临近空间泛指距离地面约20-100 km的近地空间,由临近空间飞行器作为通信载体构成的互连互通的信息获取与分发网络,具有覆盖范围大、部署灵活及成本低等优点,在国防、通信中继、应急通信等很多领域具有广阔的发展和应用空间。相比于地面基站,高空平台(High Altitude Platform Station,HAPS)是位于临近空间网络中的一种新的通信基础设施,其覆盖半径大,系统容量高,可提供宽带和高速率数据业务传输。在临近空间应急通信场景下为保证无缝覆盖,高空平台节点覆盖范围将出现不同程度交叠,导致用户信干噪比计算与功率分配等均与传统无交叠节点布局规划不同。应急通信常伴随用户大规模长距离迁移和聚集现象,业务分布随时间和空间变化。当整体用户分布不变,而局部用户在某一时段出现迁移和聚集现象时,易造成协作节点过载。如何部署高空平台有效的交叠覆盖给定区域、动态地分配资源,满足时变的可靠通信需求具有重要意义,即确定高空平台最优数量和位置,并达到各个高空平台负载均衡的动态调整方法。因此,本文结合国家自然科学基金重大研究计划——培育项目“临近空间动态网络的传输容量及优化方法”,针对临近空间高空平台布局优化及负载均衡问题进行了以下研究:(1)传统基站规划属于经典六边形蜂窝小区范畴,但是高空平台覆盖半径大,为保证用户覆盖率,各个小区边缘不可避免地出现交叠,并非传统规则六边形蜂窝小区。虽然正交频分复用技术作为一种特殊的多载波传输方案能够大幅降低小区内同信道干扰,但小区间干扰仍然存在。多点协作(Coordinated Multiple Points Transmission,CoMP)联合传输与接收技术通过共享信道信息和用户数据信息由多个基站同时为同一用户提供服务,将邻区干扰信号转化为有用信号,从而降低相邻小区间干扰。因此,考虑到绿色通信理念及运营商基站架设成本,本文确定了两个目标函数,高空平台最低总发射功耗与最小建站数量。根据目标函数,本文针对超大半径交叠覆盖场景,建立高空平台优化数学模型,采用算法嵌套的方式对所建模型进行数值求解,并对数值仿真结果进行综合分析,为临近空间超大半径交叠通信网络的高空平台部署提供参考。(2)优化后的高空平台能够以较小的总功耗和建站数量为用户提供服务,但当整体用户分布不变,而局部区域在某一时段出现用户大规模迁入或聚集现象时,易造成该区域协作节点过载。目前对基站负载均衡的研究方法主要基于资源分配、用户切换和小区覆盖扩展,但是负载均衡仍需解决用户的干扰问题。本文针对交叠场景,创新性提出基于低负载协作簇的负载均衡算法,既达到了高空平台的负载均衡,又克服了边缘用户由于干扰导致的性能下降问题。为保证用户通信质量,本文评估了多点协作负载均衡中,高空平台业务量和用户的呼叫阻塞率。