超密集异构蜂窝网络是第五代移动通信(5G,5th-Generation)成功运作的关键技术之一。在异构蜂窝网络中,均匀部署的宏基站提供大部分区域覆盖,小基站用于补充热点区域的信道容量以及填补覆盖盲区。为满足用户需求,未来低功率小基站的部署密度将达到现有基站密度的10倍以上。因此,对超密集异构蜂窝网络中基站和用户分布进行高效、准确的建模及性能分析是亟待解决的问题。由于密集的小基站与用户的空间位置息息相关,因此在分析网络性能时,应该考虑蜂窝用户以小基站为中心的簇分布情况,从而体现小基站和用户的空间位置关系。本文主要针对异构蜂窝网络中基站分布为泊松点过程(PPP,Poisson Point Process),用户分布以小基站为父节点的泊松簇过程(PCP,Poisson Cluster Process)进行建模。根据随机几何理论,推导基于该模型的覆盖概率和能量效率的理论表达式,通过仿真实验分析影响网络性能的因素。论文的主要研究工作分为以下四个方面:1.针对异构蜂窝网络中基站和用户在二维空间中分别采用PPP和PCP分布的四种情况进行建模及覆盖概率分析。首先在瑞利衰落信道下,基于四种模型分别计算用户从各层基站接收信号所获得的信号干扰比(SIR,Signal to Interference Ratio);其次由最大信号干扰比的小区接入准则及泊松点过程和泊松簇过程的概率生成函数,计算不同层基站的和积函数,推导出四种模型的覆盖概率表达式;最后通过蒙特卡罗仿真实验比较四种模型的覆盖概率。实验结果表明:基站分布为PPP,用户分布以小基站为父节点的PCP模型的覆盖概率性能最好。因此,本文后续工作主要针对该模型进行性能研究及分析。2.针对异构蜂窝网络中用户以小基站为父节点的泊松簇二维空间分布模型,通过仿真实验分析SIR门限值、Matern簇过程半径、Thomas簇过程方差、小基站密度之比和功率之比对覆盖概率的影响。3.针对异构蜂窝网络中用户以小基站为父节点的Thomas簇过程二维空间分布模型,推导能量效率理论表达式。首先将目标用户所在簇定义为第0层基站;其次根据Thomas簇过程和泊松点过程的特性,得到距离函数和用户接入不同层基站的关联概率,并由关联概率表达式得到第0层基站的密度,从而推导出能量效率表达式;最后通过仿真实验分析Thomas簇过程的方差、SIR门限值对能量效率的影响。实验结果表明:Thomas簇过程方差越大,用户簇越稀疏,能量效率越低。4.针对商务办公区、高层住宅小区和大型购物中心密集的都市环境,提出用户分布是以小基站为父节点的泊松簇三维空间模型。该模型假设小基站分布为三维泊松点过程,用户簇分别采用均匀分布和正态分布的三维Matern簇过程和Thomas簇过程。基于该模型,首先将目标用户所在的簇中心小基站单独定义为第0层基站,结合正态分布和均匀分布特性分析第0层基站的SIR和干扰特性,构建网络模型;其次在瑞利衰落信道下,推导出三维异构蜂窝网络的覆盖概率表达式;最后通过蒙特卡洛仿真实验验证理论结果,分析了SIR门限值、用户簇半径、小基站密度之比和功率之比等参数变化对覆盖概率的影响,并比较三维用户簇分布模型、三维用户均匀分布模型和二维用户簇分布模型的网络性能。实验结果表明:基于三维用户簇分布模型的异构蜂窝网络具有较好的覆盖概率,覆盖概率分析更准确。