由于移动数据流量呈指数型增长和用户体验要求不断提高,现有的传统蜂窝网络已经不能满足用户的需求。传统蜂窝网络主要用于广域覆盖,对热点区域、覆盖盲点和室内区域等无线场景,无法形成有效覆盖。在现有蜂窝网络的基础上,通过低功率节点的高密集部署,形成覆盖互补的超密集异构网络,能够有效解决上述问题。但是由于异构网络中宏基站和低功率的小基站之间的功率差异,根据传统的小区选择策略,大多数用户会被迫接入宏基站,这就形成了宏基站和小基站之间负载的不平衡。此外,对于宏基站的边界用户来说,它们离小基站的通信距离更近,这就会给临近的小基站造成十分严重的干扰,造成异构网络中上下行覆盖失衡。为了解决异构网络中负载不均衡和上下行覆盖失衡问题,本文最大潜力挖掘小区范围扩展(Cell Range Expansion,CRE)的核心——CRE偏置设计。根据异构网络的特点,从系统结构、方案设计和小区范围扩展偏置值的动态设置方面展开,围绕小基站小区范围扩展问题展开探索,论文的主要工作和创新点如下:1.在用户通信速率与负载匹配的基础上,构建了基于用户通信速率与负载匹配的小区范围扩展框架,提出了以系统吞吐量的三个常见性能指标作为效用函数的CRE优化方案,实现小区范围扩展中的负载均衡,在小基站采用统一CRE偏置值和不同CRE偏置值策略时,采用蒙特卡洛方法,对不同无线异构场景进行仿真。根据仿真结果,探讨CRE的设置方案与优化场景,最优对数和与中位速率的CRE优化方案在实现负载均衡的同时,能够改善边界用户的体验速率,更能保证用户之间的公平性;异构网络中的网络设计对于系统性能也有重要影响,当小基站分布在宏基站小区边缘且数目合理增大时,对系统性能会有所提升。2.针对小区范围扩展中偏置值的设置问题,提出了基于小区内用户最低体验速率的动态设置CRE的方法。根据传统小区选择的特点,对于边界用户来说,用户瞬时速率相差不大。由于异构网络中宏基站比小基站有20dB的优势,绝大部分用户会接入宏基站,这造成宏基站边界用户的体验速率过低。通过对小基站和宏基站各自用户的最低体验速率比较,来判定小基站负载是否处于超载、轻载或者相对均衡状态,从而实现小区范围扩展中CRE偏置值的动态配置。仿真结果表明,基于小区内各基站用户的最低体验速率的动态配置,能够根据当前网络实际情况,进行CRE偏置值的选择,改善小区内用户的最低体验速率,保障了用户之间的公平性,实现了小区内负载均衡。