异构融合无线网络协作安全传输与组网分析

　　本书主要涵盖第五代（The 5th Generation，5G）及未来移动通信系统的异构融合无线网络下的协同多点传输及其性能分析。异构融合无线网络是5G网络乃至未来6G网络的典型网络架构，是提升移动数据速率以及网络覆盖的主要技术，但异构融合无线网络的引入也带来了复杂的异构网络间协调和组网安全等问题。协同多点传输技术预期能实现异构网络间协调，降低网络间干扰，进一步提高异构融合无线网络的性能，并且异构协作技术结合物理层安全技术可实现无线信号在物理层的安全传输。本书围绕典型异构融合无线网络场景，结合异构协作的网络覆盖与容量研究，建立异构协作模型，从理论上建模、分析和优化异构融合无线网络异构协作安全组网的网络覆盖、安全覆盖、吞吐量和安全容量等。本书既有关于异构融合无线网络的协作安全组网新型机制的介绍，也有异构协作安全组网性能的分析，可作为相关领域研究者的参考材料。

　　吴慧慈，博士，北京邮电大学助理教授。毕业于北京邮电大学，获“北京市优秀毕业生”荣誉称号，北京邮电大学优秀博士学位论文获得者。加拿大滑铁卢大学访问学者（2016-2017），主要研究方向为异构协作组网与无线接入安全，发表SCI/EI检索论文30余篇，包括IEEE JSAC，IEEE IoT Journal， IEEE TCOM，IEEE TVT。长期担任IEEE COMM MAG， IEEE TIFS， IEEE TWC， IEEE TCOM， IEEE TVT， IEEE ACCESS， IEEE COMML等国际学术期刊审稿人，2018年亚太地区通信会议（APCC 2018）出版联合主席，曾担任APCC 2018、IEEE ICC 2019 /2020技术委员会成员（TPC member）。

目录

第1章异构融合网络及异构协作概述1
1.1异构融合网络1
1.2基于COMP的异构协作概述5
1.3异构融合协作挑战7
1.3.1异构融合无线网络的拓扑结构改变7
1.3.2异构融合无线网络结合无线新技术7
1.3.3异构融合无线网络中差异化的无线电传播环境8
参考文献8
第2章基于随机几何的异构网络组网分析13
2.1随机几何概述13
2.2典型的随机点过程14
2.2.1泊松点过程14
2.2.2簇点过程19
2.2.3Hardcore点过程19
2.2.4其他随机点过程20
2.3网络干扰分析20
2.4随机网络容量分析24
2.4.1同构随机网络分析25
2.4.2异构聚合网络分析26
参考文献27
第3章非均匀异构蜂窝网络的异构多点协作30
3.1引言30
3.2基于用户位置信息的异构多小区协作30
3.2.1两层非均匀异构网络模型30
3.2.2基于MU位置信息的多小区协作机制31
3.2.3移动用户的覆盖概率分析33
3.2.4数值分析与仿真结果37
3.2.5小结40
3.3基于基站接入容量与安全感知的异构多点协作40
3.3.1非均匀异构蜂窝网络系统模型与基础数学概念41
3.3.2频谱效率和单位面积频谱效率分析43
3.3.3基站部署密度优化47
3.3.4数值、仿真与分析49
3.3.5小结55
3.4本章定理证明55
参考文献57


第4章支持缓存与能量收集技术的异构蜂窝网络协作覆盖与容量提升59
4.1支持缓存与能量收集技术的异构蜂窝网络系统模型60
4.1.1网络部署模型60
4.1.2能量收集模型61
4.1.3内容缓存模型61
4.1.4基于基站能量状态、缓存和信道资源联合感知的基站协调机制61
4.2小区负载分布分析62
4.2.1MBS的小区负载分布62
4.2.2SBS的小区负载分布63
4.3用户平均容量和覆盖概率分析64
4.3.1累积信息信号强度与累积干扰信号强度的统计特性65
4.3.2用户平均容量67
4.3.3覆盖概率67
4.4数值、仿真与分析69
4.4.1协作RSS门限的影响69
4.4.2SBS的最大信道复用数的影响71
4.4.3能量收集能力的影响71
4.4.4基站缓存容量的影响72
4.5总结73
4.6本章引理、定理证明74
4.6.1引理4.1证明74
4.6.2引理4.2证明74
4.6.3引理4.3证明74
4.6.4引理4.4证明75
4.6.5定理4.2证明75
参考文献77
第5章考虑差异化基站高度的异构蜂窝网络
联合传输频谱效率与业务卸载分析80
5.1考虑差异化基站高度的异构蜂窝网络系统模型80
5.1.1网络部署模型80
5.1.2内容缓存模型81
5.1.3无线信号传播模型81
5.1.4以用户为中心的异构协作传输与卸载机制82
5.2小区负载分布与业务卸载分析84
5.2.1SBS的小区负载分布及卸载概率分析84
5.2.2MBS的小区负载分布分析85
5.3频谱效率分析85
5.3.1用户被MBS服务的平均频谱效率86
5.3.2用户被SBS服务的平均频谱效率88
5.4数值、仿真与分析91
5.4.1基站高度的影响91
5.4.2协作距离门限的影响92
5.4.3缓存容量的影响93
5.4.4基站密度的影响94
5.5总结96
5.6本章引理、证明96
5.6.1引理5.2证明96
5.6.2引理5.3证明98
5.6.3引理5.4证明99
参考文献99
第6章无人机辅助的空地异构网络协作与
小区边缘性能提升102
6.1引言102
6.2空地异构网络模型103
6.2.1非均匀地面基站部署和移动用户模型103
6.2.2无人机运动模型和移动覆盖区域模型104
6.2.3地对地无线信道模型和空对地无线信道模型104
6.3用户调度与小区边缘用户卸载105
6.4小区负载分布分析106
6.5频谱效率和网络吞吐量分析109
6.5.1Mcellcenter用户：从宏基站获取无线服务109
6.5.2Scellcenter用户：从其最近微基站获取无线服务110
6.5.3小区边缘用户：从地面协作基站获取无线服务111
6.5.4小区边缘用户：从无人机基站获取无线服务114
6.5.5平均频谱效率和吞吐量115
6.6数值、仿真与分析116
6.7总结121
6.8本章引理、定理证明121
6.8.1引理6.1证明121
6.8.2定理6.1证明121
6.8.3定理6.2证明122
6.8.4定理6.3证明123
6.8.5定理6.4证明123
参考文献124
第7章异构网络安全建模与协作
物理层安全传输125
7.1引言125
7.2基于动态节点选择的异构接入与安全传输分析126
7.2.1系统模型与假设126
7.2.2单层同构网络安全覆盖分析128
7.2.3两层异构网络分析安全中断概率分析132
7.2.4小结135
7.3基于协作干扰的物理层安全增强研究136
7.3.1非系统模型与问题描述136
7.3.2全CSI已知条件下MISOME下行窃听信道优化139
7.3.3窃听者CDI已知条件下MISOME下行广播窃听信道优化144
7.3.4数值、仿真与分析147
7.3.5小结152
7.4总结153
7.5本章引理、定理证明153
7.5.1定理7.1证明153
7.5.2定理7.2证明154
7.5.3引理7.4证明155
7.5.4定理7.4和定理7.5证明156
7.5.5定理7.6证明158
参考文献158
第8章未来空地异构融合网络协作安全组网162
8.1异构融合网络的协作组网挑战162
8.2异构融合网络的安全挑战163