因智能手机/手持设备及机器类通信服务的软硬件系统升级,现代蜂窝网络面临前所未有的大数据量。其网络架构正在从仅宏小区的同构网络转变为覆盖在宏小区上的密集小区异构网络,比如:微小区、微微小区、家庭基站和分布式天线系统。这些异构网络(Hetnets)在容量和覆盖性能方面,优于传统的网络,更具成本效益优势。然而,在传输功率,覆盖范围和其他技术参数方面,网络层的异构性对网络的设计和建模提出了新的挑战,尤其对干扰分布和移动性管理产生了很大影响。即使在只有宏小区的网络中,网络拓扑对于管理稀缺资源和减少干扰,均非常重要;对于干扰分布和覆盖模式更加复杂的异构网络,其作用更是不言而喻。分数频率复用(FFR)是一种有效的小区间干扰协调机制,旨在解决同构网络中的同信道干扰问题;同时,它也可用于设计多层网络间的资源分配策略,从而最小化多层网络的跨层干扰。本论文用分数频率复用技术对异构网络的下行链路进行设计和建模,可在减少干扰和资源利用方面提供综合性指导。论文的贡献主要是提供了一种基于仿真和分析的模型,为研究人员和运营商提供工具,用于评估多种可能会出现的异构网络。首先,论文提出了一种基于六边形网格拓扑的改进结构,它具有中间区域,提供较高的抗跨层干扰能力,特别是对于处在小区中心和边缘过渡区域的用户设备(UE)。通过将共享资源策略性地增加到新中间区域的宏用户设备,并从可用子频带中选取接收干扰最小的子频带,由此改善了用户设备的吞吐量和覆盖范围的整体性能。其次,针对双层异构网络拓扑结构,为更好地捕捉覆盖在已规划好宏小区上的非规则微小区,论文提出了一种混合随机决策模型,用于评估采用FFR的6扇区天线UE的性能。我们进一步推导了一个适合各类用户设备(UEs)的SINR理论分布框架,可推测宏小区和微蜂窝共同提供的每层平均覆盖概率和平均用户吞吐量。论文又将该SINR框架用于定义边缘微蜂窝与底层FFR宏小区的同频运行的最短距离,而不违反同频禁止区的掉线限制。随后,论文进一步优化分数频率重用(FFR)相关参数,最大化网络总吞吐量和UE间的公平性。论文所提出的此分析框架为有干扰微蜂窝部署提供了实用的设计指导。最后,论文提出了一种不规则小区结构,其宏小区和微蜂窝接入点均假定为独立空间泊松点过程(PPPs),并使用带有FFR的扇区天线。在4G场景,借助PPP对非规则蜂窝位置建模,能获得与理想规则六边形蜂窝一样准确的效果。然后,借助随机几何理论工具,论文提出了一种分析框架用于评估所提出的非规则网络拓扑中封闭路径下共层和跨层干扰管理。经过数值仿真分析,论文验证了所提出的SINR分布模型,并与其他FFR机制以及非FFR系统进行了比较分析。论文还分别针对3扇区和6扇区FFR部署,计算平均网络频谱效率由此证实了在该分析框架中使用定向天线可降低干扰。本论文的主要贡献是针对具有定向天线的FFR辅助OFDM异构网络,使用随机几何的方法,建立分析模型,并使用该对多级网络进行分析和性能评估。