前言

随着物联网和智能终端设备的不断增加，移动互联网业务发展迅速，用户之间的信息交互成为数据服务的主流。根据《思科互联网年度报告（2018—2023）》显示，到2023年，连接到IP网络的移动终端设备数量将是全球人口的三倍多，人均网络设备将达到3.6个，其中互联网用户总数预计将从2018年的39亿增长到2023年的53亿，复合年增长率为6%。越来越多使用带宽密集型应用程序的用户需要高质量和高速度的移动数据服务，并且频谱资源既有限又昂贵，使得第五代（Fifth Generation，5G）网络将面临更加复杂的挑战。因此，为了应对这些挑战，网络运营商必须重新定义网络拓扑结构，改变现有的部署策略。

最近，LTE-A标准化已经设想推出异构蜂窝网络（Heterogeneous Cellular Networks，HetCNets）的新技术。新兴的高密度HetCNets引入了分层基础设施，通过部署高功率节点（如宏基站）来扩展覆盖范围和提供高移动性支持，同时部署低功率节点（如微微蜂窝基站接入点、毫微微蜂窝基站接入点）在某些热点覆盖区域内扩展无线业务覆盖范围，提供可实现的高数据速率。另外，通过在局域范围内部署其他低功率节点，可以在一个地理区域内密集地复用频谱，缩短了用户终端与服务基站之间的距离，因而基站不需要消耗大量的能量来支持小区边缘用户设备的活动，改善了小区边缘用户的性能并增强了区域频谱效率和能源效率。

事实上，HetCNets将宏基站（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。由于大面积部署SBS，所以引起了许多新问题。首先，小基站的发射功率远小于MBS，若以传统的接入方式，用户极有可能最大限度地接入MBS，无法发挥部署小基站带来的优势，反而会加重网络频谱资源及能量资源的浪费。其次，密集的小基站间距离过近，会造成严重的干扰问题，不但降低了频谱资源的利用率，造成功率消耗增大，而且最重要的是对通信质量造成毁灭性的影响。此外，网络中安装节点、BS等造成的回程负载、干扰、时延及能耗的增加，对网络的性能产生了很大的影响。因此，迫切需要研究HetCNets关键理论与技术，以解决无线网络对低时延、大覆盖和高数据速率不断增长的需求。

本书共11章，主要内容包括：垂直切换技术、干扰管理技术、内容缓存策略、能效优化的功率分配技术、NOMA资源管理技术、混合能源驱动的均匀异构蜂窝网络、混合能源驱动的非均匀异构蜂窝网络、D2D通信资源分配技术、可见光通信异构蜂窝网络动态接入，以及VLC+WiFi异构蜂窝网络通信系统设计。本书可以作为电子与通信工程领域通信与信息系统、信号与信息处理等学科的研究生和高年级本科生的教材，也可以作为从事无线通信系统深入研究与开发的电信工程师、工程管理人员的参考书。同时，本书对在这个领域进行教学、研究、开发的教师、学生有很好的参考价值。

本书参考了国内外有关著作和文献，在此向所有参考著作和文献的作者表示诚挚的感谢。此外，本书也得到了作者所指导的博士生、硕士生的支持和帮助，以及国家自然科学基金（No. 61872406）和浙江省重点研发计划项目（No. 2018C01059）的资助，在此表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，敬请读者不吝批评指正。

肖海林
2021年6月