本书介绍和研究了第五代移动通信技术（5G）异构网络关键技术的基本概念、基本模型、基本理论、基本分析方法和典型场景网络配置等，较充分地反映5G和超5G(B5G)的关键技术和异构网络模型。全书共11章，内容包括5G/B5G关键技术和异构网络概述、随机几何与点过程、异构网络频谱资源管理、异构网络用户级联、异构网络无线回程、联合回程与缓存的异构网络、大规模热点区域多层异构网络、端到端协助的超密集异构网络、中继协助的异构网络、无人机协助的低空异构网络和三维无人机群协助的异构网络。
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国家自然科学基金地区类项目面向B5G的毫米波大规模MIMO低空无人机异构网信道模型及其回程应用
目录
前言
第1章 5G/B5G关键技术和异构网络概述 1
1.1 移动通信的演进 1
1.1.1 无线通信与移动通信 1
1.1.2 第一代移动通信技术 3
1.1.3 第二代移动通信技术 3
1.1.4 第三代移动通信技术 5
1.1.5 第四代移动通信技术 6
1.1.6 第五代移动通信技术 7
1.2 5G关键技术 9
1.2.1 5G/B5G异构网络 9
1.2.2 大规模MIMO技术 11
1.2.3 中继协作通信 13
1.2.4 NOMA技术 17
1.2.5 FD模式 19
1.2.6 端到端通信 20
1.2.7 毫米波网络 21
1.3 无人机协助通信 27
1.3.1 无人机协助通信及其应用 27
1.3.2 毫米波无人机协助通信 29
第2章 随机几何与点过程 31
2.1 常用信道模型及分布 33
2.1.1 伽马分布与Nakagami-m衰落 33
2.1.2 莱斯分布和衰落 34
2.1.3 指数分布和瑞利衰落 35
2.2 点过程 35
2.2.1 泊松点过程 36
2.2.2 泊松簇过程 37
2.2.3 泊松洞过程 39
iv 基于随机几何的5G/B5G异构网络设计与分析
2.2.4 成对交互点过程 39
2.3 点过程的重要定理及操作 41
2.3.1 点过程的重要定理 41
2.3.2 点过程的操作 46
2.4 超密集PCP异构网络中随机距离分布 47
第3章 异构网络频谱资源管理 50
3.1 基于PBS父过程的网络模型和PBS 固定覆盖半径用户分类 51
3.1.1 基于簇的用户分类方案 51
3.1.2 频谱共享分配方案 52
3.2 基于最近路径比的簇分割和改进的FFR 方案 53
3.2.1 最近路径比用户分类 53
3.2.2 最近路径比簇分割频谱分配 55
3.3 联合最近路径比与随机接入的多用户宏小区分割和信道分配 56
3.3.1 最近路径比宏小区分割 56
3.3.2 信道分配与随机频谱接入策略 57
3.4 联合软频率复用的频谱管理技术 59
第4章 异构网络用户级联 63
4.1 耦合与解耦上下行链路用户级联 63
4.2 非最佳用户级联 66
4.2.1 多层异构网络非最佳用户级联 67
4.2.2 网络SINR覆盖 78
4.3 基于跨层双连接的解耦级联 82
4.3.1 跨层双连接模型与解耦级联 82
4.3.2 三层异构网络跨层级联方案级联概率 86
4.3.3 覆盖概率分析 93
4.4 NOMA协助的跨层双连接解耦级联 100
4.4.1 基于NOMA的DUDA 传输策略 101
4.4.2 覆盖性能和遍历速率 102
第5章 异构网络无线回程 111
5.1 回程方案 111
5.1.1 有线回程 111
5.1.2 高增益定向天线阵无线回程 112
5.1.3 基于蜂窝网络技术和频谱的无线回程 112
5.2 联合全双工大规模MIMO和NOMA的异构网络自回程 113
5.2.1 全双工大规模MIMO多层异构网络 113
5.2.2 全双工带内自回程 114
5.2.3 MBS-MU-DL随机几何模型 115
5.2.4 接收端干扰LT一般模型 117
5.3 MBS-MU-DL传输模式及SBS 上行回程 118
5.3.1 MBS-MU-DL模式级联概率和级联距离分布 118
5.3.2 MU上行回程链路覆盖概率 120
5.4 小小区下行链路覆盖概率 130
5.4.1 MBS下行链路SIR 130
5.4.2 SBS下行链路SIR 132
5.4.3 下行链路覆盖概率 133
第6章 联合回程与缓存的异构网络 140
6.1 联合回程与缓存的两层异构网络随机点模型 140
6.2 缓存内容放置 142
6.3 缓存内容的交付 143
6.3.1 下行链路内容交付 143
6.3.2 下行链路干扰分布 145
6.4 系统SINR 覆盖性能 149
6.5 内容交付时延 153
6.6 平均面积速率 155
6.7 系统能量效率 158
第7章 大规模热点区域多层异构网络 161
7.1 基于簇的大规模异构网络热点区域建模 161
7.2 基于最近路径比的簇分割和改进的FFR 方案 163
7.3 UE 级联方案和级联概率 165
7.4 UE干扰分析 167
7.5 下行传输速率 174
第8章 D2D协助的超密集异构网络 181
8.1 基于宏基站和微微基站PPP模型的蜂窝异构网络 181
8.1.1 基于PBS父过程的网络模型和PBS 固定覆盖半径用户分类 181
8.1.2 频谱共享分配方案 182
8.2 D2D 覆盖约束的UE 级联及其接入距离分布 183
8.2.1 簇中心用户级联和接入距离分布 184
8.2.2 簇边缘用户级联和接入距离分布 189
8.3 基于簇分类和频谱分配的干扰分布 192
8.3.1 D2D通信的干扰分析 192
8.3.2 蜂窝UE簇的干扰分析 196
8.4 网络覆盖概率分析 202
8.4.1 D2D 通信网络覆盖概率 203
8.4.2 蜂窝UE簇覆盖概率 205
第9章 中继协助的异构网络 210
9.1 中继协助两层混合异构网络 210
9.2 MRC/MRT预处理方案 214
9.3 ZFR/ZFT预处理方案 219
第10章 无人机协助的低空异构网络 228
10.1 低空异构网络及其异构扩展 228
10.1.1 信号传输衰落模型 229
10.1.2 簇内和簇间距离分布 231
10.2 基于最小距离级联的各层BS 的接入路径损耗分布 232
10.2.1 第0层簇内U-BS接入路径损耗分布 232
10.2.2 簇内G-BS接入路径损耗分布 234
10.2.3 簇间BS接入路径损耗分布 235
10.3 不同级联方案和级联距离分布 236
10.3.1 四层级联方案和级联距离分布 237
10.3.2 两层级联方案和级联距离分布 240
10.4 干扰分布 243
10.5 下行链路覆盖概率和平均面积吞吐量 248
第11章 三维无人机群协助的异构网络 257
11.1 三维无人机群单层网络 257
11.2 动态无人机网络覆盖和容量 259
11.2.1 BHM模式下覆盖分析 259
11.2.2 BCM模式覆盖分析 261
11.2.3 下行信道容量 263
11.3 三维无人机协助的两层异构网络 266
11.3.1 三维无人机协助的两层异构网络用户级联 266
11.3.2 下行链路覆盖和频谱效率 268
参考文献 276
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