平流层蜂窝网络（Stratosphere Cellular Network,SCN）具有巨大的技术优势,因此得到学术界与产业界的广泛关注,成为当前的研究热点。SCN通过将基站（Base Station,BS）部署于空中平台如高空平台（High-Altitude Platform,HAP）等来提供通信和其他服务的网络。与地面蜂窝网络相比,SCN具有更广泛的覆盖范围和更好的信道质量。SCN平台不仅可以为地面用户提供无线服务,还可以为空中用户提供服务。目前,SCN和GCN的兼容是可实现的,即通过将HAP和地面基础设施相结合,构建混合蜂窝网络来实现无缝的三维网络覆盖。作为天空地一体化信息网络的重要组成部分,基于HAPs的空地一体化通信网络受到各国政府、企业与学术界的广泛关注。如今各国正在积极开展相关科学问题的研讨与论证,但尚有不少的理论与技术上的挑战亟待解决。面对未来密集部署的蜂窝网络和用户的高速数据需求,传统封闭式的网络架构使得所有基站工作在同一频段,会产生较大的同频干扰,进而导致用户服务质量较差。因此,控制面与用户面分离（Control and User Plane Separation,CUPS）技术应运而生。由于控制面和用户面的工作机制不一样,控制面的控制基站工作在低频段,覆盖范围较大,主要负责控制覆盖;用户面的数据基站工作在高频段,覆盖范围较小,主要负责高速的数据传输。据我们所知,为CUPS提供可靠保险的前景尚未得到解决。由于未来无线网络的覆盖要求更高,这是一个重要的研究方向。在这种直觉的推动下,本论文提出了一种基于SCN的新解决方案。以解决控制面的覆盖概率和用户面的能效问题。因此,需要对控制面和用户面分别建立不同的信道模型。本文建立了基于SCN的控制面与用户面分离系统模型,并分别对控制面的覆盖概率、频谱效率和能量效率性能与用户面的频谱效率性能进行分析。具体的研究内容如下:本文建立了基于控制面和用户面分离CUPS的SCN,由位于HAP上的控制基站（Control Base Station,CBS）构成控制面（Control Plane,CP）,为地面上的广大区域提供控制覆盖。而用户面（User Plane,UP）则由部署于地面的业务基站（Traffic Base Station,TBS）组成,用于向被CP覆盖的用户传输高速数据。首先,本文介绍了基于CUPS的空地一体化网络。具体来说,通过将CBS和TBS分别部署在HAP和地面上,将CUPS引入SCN,以实现CP覆盖范围的最大化。其次,基于随机几何理论推导了 Rician衰落下的CP覆盖概率,以及Rayleigh衰落下的UP能量效率（UP’s Energy Efficiency,UP-EE）,其中UP-EE取决于CP的成功覆盖。最后,在考虑CBS的最佳部署高度的同时,推导了CP覆盖概率的闭式表达式。仿真结果表明:（1）当流量负载较高时,CP的覆盖概率随着CBS密度和最佳高度的增加而增加,同时UP-EE可以在CP成功覆盖的基础上得到提升;（2）基于CUPS的SCN覆盖性能优于基于CUPS的地面蜂窝网络;（3）基于CUPS的空地一体化网络的能量效率也优于未引入CUPS的空地一体化网络。