当今移动通信数据量的爆炸性增长，使得第五代（5G，5 generation）移动通信系统的研发和部署势在必行。由于毫米波频段存在大量可用的频谱资源，毫米波成为5G通信的关键技术之一。因此，毫米波在蜂窝移动通信系统中的应用成为近几年的研究热点。毫米波通信和传统的Sub-6GHz微波通信相比有两个基本的不同点：（1）毫米波极易受到阻碍的影响；（2）毫米波存在严重的路径损耗，因此收发端需要使用大规模天线阵列获取大的天线增益。本文结合毫米波的特点，基于随机几何理论，分别从以下三个方面对毫米波蜂窝网络的性能进行了研究。
　　1. 毫米波蜂窝网络通常在二维空间下建模和性能分析。二维模型适合基站分布稀疏的郊区，但是并不适合城市环境下密集蜂窝网络的性能分析。本文基于随机几何理论提出三维空间模型。该模型假设：基站分布为三维泊松点过程；阻碍模型为视距（LOS， line of sight）球模型；信道为Nakagami-m衰落信道；收发端使用大规模天线阵列获得最大的波束成形增益。基于该模型，本文首先给出三维空间下目标用户和最近基站距离的概率密度函数，然后推导出目标用户的平均覆盖概率，最后通过蒙特卡洛仿真实验与二维模型的性能进行了对比，并且分析了路径损耗、蜂窝半径、天线的波束宽度和天线增益等参数变化对平均覆盖概率的影响。实验结果表明：在密集的城市环境下，三维模型对毫米波蜂窝网络的性能分析更加精确。
　　2. 针对毫米波蜂窝网络，开放接入模式下多运营商双频混合频谱接入方案的频谱效率进行了研究。该方案中，各运营商在低频段采用专用模式，在高频段采用共享模式。首先，采用泊松点过程对各运营商基站分布进行建模，用户根据最大接收功率准则选择基站以及高频载波信号干扰噪声比（SINR，signal to interference plus noise ratio）阈值接入准则选择载波频段；其次，选择速率覆盖率作为研究该频谱效率的性能指标，根据信道模型、路径损耗模型和天线模型，由随机几何理论推导出速率覆盖率的理论表达式；最后，通过仿真实验分析用户密度、基站密度和天线增益等参数对速率覆盖率的影响。实验结果表明：多运营商双频混合频谱接入方案具有较好的频谱利用效率。
　　3. 采用宏分集技术，对用户移动产生的切换问题进行了研究。首先，在双基站宏分集的情况下，建立了用户的移动模型；其次，根据基站分布模型和建立的用户移动模型，采用最大功率接入准则，推导了用户切换概率的理论表达式。最后，通过仿真实验分析用户移动速度和基站密度对切换概率的影响。仿真结果表明，随着用户移动速度和基站密度的增加，发生一次切换的概率明显增大，但是发生二次切换的概率几乎没有改变，因此可以保证通信链路的通畅。
　　本文的研究结果为毫米波蜂窝网络的性能分析和优化提供了理论指导，具有一定的参考价值和实际意义。