前言

隨著物聯網和智能終端設備的不斷增加，移動互聯網業務發展迅速，用戶之間的信息交互成為數據服務的主流。根據《思科互聯網年度報告（2018—2023）》顯示，到2023年，連接到IP網絡的移動終端設備數量將是全球人口的三倍多，人均網絡設備將達到3.6個，其中互聯網用戶總數預計將從2018年的39億增長到2023年的53億，復合年增長率為6%。越來越多使用帶寬密集型應用程序的用戶需要高質量和高速度的移動數據服務，并且頻譜資源既有限又昂貴，使得第五代（Fifth Generation，5G）網絡將面臨更加復雜的挑戰。因此，為了應對這些挑戰，網絡運營商必須重新定義網絡拓撲結構，改變現有的部署策略。

最近，LTE-A標準化已經設想推出異構蜂窩網絡（Heterogeneous Cellular Networks，HetCNets）的新技術。新興的高密度HetCNets引入了分層基礎設施，通過部署高功率節點（如宏基站）來擴展覆蓋范圍和提供高移動性支持，同時部署低功率節點（如微微蜂窩基站接入點、毫微微蜂窩基站接入點）在某些熱點覆蓋區域內擴展無線業務覆蓋范圍，提供可實現的高數據速率。另外，通過在局域范圍內部署其他低功率節點，可以在一個地理區域內密集地復用頻譜，縮短了用戶終端與服務基站之間的距離，因而基站不需要消耗大量的能量來支持小區邊緣用戶設備的活動，改善了小區邊緣用戶的性能并增強了區域頻譜效率和能源效率。

事實上，HetCNets將宏基站（Macrocell Base Station，MBS）和微微基站（Pico Base Station，PBS）、毫微微基站（Femto Base Station，FBS）等小基站（Small Base Station，SBS）共存。由于大面積部署SBS，所以引起了許多新問題。首先，小基站的發射功率遠小于MBS，若以傳統的接入方式，用戶極有可能最大限度地接入MBS，無法發揮部署小基站帶來的優勢，反而會加重網絡頻譜資源及能量資源的浪費。其次，密集的小基站間距離過近，會造成嚴重的干擾問題，不但降低了頻譜資源的利用率，造成功率消耗增大，而且最重要的是對通信質量造成毀滅性的影響。此外，網絡中安裝節點、BS等造成的回程負載、干擾、時延及能耗的增加，對網絡的性能產生了很大的影響。因此，迫切需要研究HetCNets關鍵理論與技術，以解決無線網絡對低時延、大覆蓋和高數據速率不斷增長的需求。

本書共11章，主要內容包括：垂直切換技術、干擾管理技術、內容緩存策略、能效優化的功率分配技術、NOMA資源管理技術、混合能源驅動的均勻異構蜂窩網絡、混合能源驅動的非均勻異構蜂窩網絡、D2D通信資源分配技術、可見光通信異構蜂窩網絡動態接入，以及VLC+WiFi異構蜂窩網絡通信系統設計。本書可以作為電子與通信工程領域通信與信息系統、信號與信息處理等學科的研究生和高年級本科生的教材，也可以作為從事無線通信系統深入研究與開發的電信工程師、工程管理人員的參考書。同時，本書對在這個領域進行教學、研究、開發的教師、學生有很好的參考價值。

本書參考了國內外有關著作和文獻，在此向所有參考著作和文獻的作者表示誠摯的感謝。此外，本書也得到了作者所指導的博士生、碩士生的支持和幫助，以及國家自然科學基金（No. 61872406）和浙江省重點研發計劃項目（No. 2018C01059）的資助，在此表示衷心的感謝。

由于作者水平有限，書中難免存在一些缺點和錯誤，敬請讀者不吝批評指正。

肖海林
2021年6月