本書主要涵蓋第五代（The 5th Generation，5G）及未來移動通信系統的異構融合無線網絡下的協同多點傳輸及其性能分析。異構融合無線網絡是5G網絡乃至未來6G網絡的典型網絡架構，是提升移動數據速率以及網絡覆蓋的主要技術，但異構融合無線網絡的引入也帶來了復雜的異構網絡間協調和組網安全等問題。協同多點傳輸技術預期能實現異構網絡間協調，降低網絡間干擾，進一步提高異構融合無線網絡的性能，并且異構協作技術結合物理層安全技術可實現無線信號在物理層的安全傳輸。本書圍繞典型異構融合無線網絡場景，結合異構協作的網絡覆蓋與容量研究，建立異構協作模型，從理論上建模、分析和優化異構融合無線網絡異構協作安全組網的網絡覆蓋、安全覆蓋、吞吐量和安全容量等。本書既有關于異構融合無線網絡的協作安全組網新型機制的介紹，也有異構協作安全組網性能的分析，可作為相關領域研究者的參考材料。
吳慧慈，博士，北京郵電大學助理教授。畢業于北京郵電大學，獲“北京市優秀畢業生”榮譽稱號，北京郵電大學優秀博士學位論文獲得者。加拿大滑鐵盧大學訪問學者（2016-2017），主要研究方向為異構協作組網與無線接入安全，發表SCI/EI檢索論文30余篇，包括IEEE JSAC，IEEE IoT Journal, IEEE TCOM，IEEE TVT。長期擔任IEEE COMM MAG, IEEE TIFS, IEEE TWC, IEEE TCOM, IEEE TVT, IEEE ACCESS, IEEE COMML等國際學術期刊審稿人，2018年亞太地區通信會議（APCC 2018）出版聯合主席，曾擔任APCC 2018、IEEE ICC 2019 /2020技術委員會成員（TPC member）。
目錄
第1章異構融合網絡及異構協作概述1
1.1異構融合網絡1
1.2基于COMP的異構協作概述5
1.3異構融合協作挑戰7
1.3.1異構融合無線網絡的拓撲結構改變7
1.3.2異構融合無線網絡結合無線新技術7
1.3.3異構融合無線網絡中差異化的無線電傳播環境8
參考文獻8
第2章基于隨機幾何的異構網絡組網分析13
2.1隨機幾何概述13
2.2典型的隨機點過程14
2.2.1泊松點過程14
2.2.2簇點過程19
2.2.3Hardcore點過程19
2.2.4其他隨機點過程20
2.3網絡干擾分析20
2.4隨機網絡容量分析24
2.4.1同構隨機網絡分析25
2.4.2異構聚合網絡分析26
參考文獻27
第3章非均勻異構蜂窩網絡的異構多點協作30
3.1引言30
3.2基于用戶位置信息的異構多小區協作30
3.2.1兩層非均勻異構網絡模型30
3.2.2基于MU位置信息的多小區協作機制31
3.2.3移動用戶的覆蓋概率分析33
3.2.4數值分析與仿真結果37
3.2.5小結40
3.3基于基站接入容量與安全感知的異構多點協作40
3.3.1非均勻異構蜂窩網絡系統模型與基礎數學概念41
3.3.2頻譜效率和單位面積頻譜效率分析43
3.3.3基站部署密度優化47
3.3.4數值、仿真與分析49
3.3.5小結55
3.4本章定理證明55
參考文獻57
第4章支持緩存與能量收集技術的異構蜂窩網絡協作覆蓋與容量提升59
4.1支持緩存與能量收集技術的異構蜂窩網絡系統模型60
4.1.1網絡部署模型60
4.1.2能量收集模型61
4.1.3內容緩存模型61
4.1.4基于基站能量狀態、緩存和信道資源聯合感知的基站協調機制61
4.2小區負載分布分析62
4.2.1MBS的小區負載分布62
4.2.2SBS的小區負載分布63
4.3用戶平均容量和覆蓋概率分析64
4.3.1累積信息信號強度與累積干擾信號強度的統計特性65
4.3.2用戶平均容量67
4.3.3覆蓋概率67
4.4數值、仿真與分析69
4.4.1協作RSS門限的影響69
4.4.2SBS的最大信道復用數的影響71
4.4.3能量收集能力的影響71
4.4.4基站緩存容量的影響72
4.5總結73
4.6本章引理、定理證明74
4.6.1引理4.1證明74
4.6.2引理4.2證明74
4.6.3引理4.3證明74
4.6.4引理4.4證明75
4.6.5定理4.2證明75
參考文獻77
第5章考慮差異化基站高度的異構蜂窩網絡
聯合傳輸頻譜效率與業務卸載分析80
5.1考慮差異化基站高度的異構蜂窩網絡系統模型80
5.1.1網絡部署模型80
5.1.2內容緩存模型81
5.1.3無線信號傳播模型81
5.1.4以用戶為中心的異構協作傳輸與卸載機制82
5.2小區負載分布與業務卸載分析84
5.2.1SBS的小區負載分布及卸載概率分析84
5.2.2MBS的小區負載分布分析85
5.3頻譜效率分析85
5.3.1用戶被MBS服務的平均頻譜效率86
5.3.2用戶被SBS服務的平均頻譜效率88
5.4數值、仿真與分析91
5.4.1基站高度的影響91
5.4.2協作距離門限的影響92
5.4.3緩存容量的影響93
5.4.4基站密度的影響94
5.5總結96
5.6本章引理、證明96
5.6.1引理5.2證明96
5.6.2引理5.3證明98
5.6.3引理5.4證明99
參考文獻99
第6章無人機輔助的空地異構網絡協作與
小區邊緣性能提升102
6.1引言102
6.2空地異構網絡模型103
6.2.1非均勻地面基站部署和移動用戶模型103
6.2.2無人機運動模型和移動覆蓋區域模型104
6.2.3地對地無線信道模型和空對地無線信道模型104
6.3用戶調度與小區邊緣用戶卸載105
6.4小區負載分布分析106
6.5頻譜效率和網絡吞吐量分析109
6.5.1Mcellcenter用戶：從宏基站獲取無線服務109
6.5.2Scellcenter用戶：從其最近微基站獲取無線服務110
6.5.3小區邊緣用戶：從地面協作基站獲取無線服務111
6.5.4小區邊緣用戶：從無人機基站獲取無線服務114
6.5.5平均頻譜效率和吞吐量115
6.6數值、仿真與分析116
6.7總結121
6.8本章引理、定理證明121
6.8.1引理6.1證明121
6.8.2定理6.1證明121
6.8.3定理6.2證明122
6.8.4定理6.3證明123
6.8.5定理6.4證明123
參考文獻124
第7章異構網絡安全建模與協作
物理層安全傳輸125
7.1引言125
7.2基于動態節點選擇的異構接入與安全傳輸分析126
7.2.1系統模型與假設126
7.2.2單層同構網絡安全覆蓋分析128
7.2.3兩層異構網絡分析安全中斷概率分析132
7.2.4小結135
7.3基于協作干擾的物理層安全增強研究136
7.3.1非系統模型與問題描述136
7.3.2全CSI已知條件下MISOME下行竊聽信道優化139
7.3.3竊聽者CDI已知條件下MISOME下行廣播竊聽信道優化144
7.3.4數值、仿真與分析147
7.3.5小結152
7.4總結153
7.5本章引理、定理證明153
7.5.1定理7.1證明153
7.5.2定理7.2證明154
7.5.3引理7.4證明155
7.5.4定理7.4和定理7.5證明156
7.5.5定理7.6證明158
參考文獻158
第8章未來空地異構融合網絡協作安全組網162
8.1異構融合網絡的協作組網挑戰162
8.2異構融合網絡的安全挑戰163
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