无人机在移动通信中的应用

01.无人机辅助蜂窝网络通信

随着全球蜂窝网络覆盖需求的不断增加，无人机结合蜂窝网络可以低成本、高移动性地支持无人机通信，也为建立新的专用地面网络提供了可能。在城市交通热点密集的区域，当传统蜂窝基站的覆盖不能满足需求时，无人机可以根据其高灵活性和部署方便性，快速覆盖热点并分流服务，具有广阔的应用场景。

宏基站(MBS)用于提供地面区域的基本覆盖。无人机作为一种宏基站，在热点区域存在各种或大型服务需求时，帮助地面宏基站提供高速数据覆盖。对于用户设备导致流量密集和过载的区域，无人机蜂窝基站用于缓解下游流量拥堵。对于无人机蜂窝基站与宏基站重叠覆盖的区域，该区域用户可根据用户优先级、信号强度信息或与基站的距离信息，选择宏基站业务或无人机机载基站部署的业务。对于ABS的部署，可以根据地面用户的时空分布特征来确定无人机的部署位置。

02.无人机基站

与地面基站相比，无人机基站对环境变化的适应能力更强，因此也可以部署在没有基础设施覆盖的区域，提供应急通信连接。地震、海啸、山洪等自然灾害发生时，地面基站经常遭到破坏，灾区通信基础设施受损，无法提供通信服务，极大地阻碍了救援行动的开展。

无人机基站不受灾区基础通信设施的限制，可以通过主从无人机的方式快速为灾区提供大范围的可靠通信。主无人机是一个固定的空中基站，可以为应急通信控制中心提供可靠的通信覆盖，从无人机是一个空中基站，围绕主无人机在圆形轨道上飞行，为边缘用户提供通信覆盖。无人机可分为固定翼无人机和旋翼无人机。固定翼无人机可以在空中持续飞行，旋翼无人机可以在空中悬停。因此，主无人机选择旋翼无人机，在灾区中心盘旋，固定翼无人机从无人机中选择，以主无人机为中心，在灾区边缘匀速飞行，为边缘用户提供服务。

03.无人机继电器

在远距离通信数据传输的场景中，由于无人机机载能力不足，载荷有限，难以搭载高频天线。因此，远距离通信数据传输需要多架无人机的协同。在无人机中继通信中，任务无人机与中继无人机、中继无人机与地面控制终端之间的信道存在差异。无人机以前的数据链路分为上行和下行。上行为遥控链路，即地面控制终端的指令信息发送给无人机；下行是遥测链路，即无人机的遥测信息传输到地面控制站。比如灾区无人机基站距离地面控制站较远，无法实现可靠的数据传输。此时无人机可以作为地面控制站与无人机基站之间的中继转接装置，将灾区的数据信息中继转发给地面控制站，实现远距离通信数据的传输。作为无人机的移动中继，可以根据任务进行部署，性价比高，机动性好。与传统的固定中继相比，它具有灵活的三维位置、飞行路径和更优化的尺寸，可以提高通信性能。

无人机中继通信模型

04.无人机终端

无人机可以作为新的空中用户，从空中接入蜂窝网络进行通信。这样，无人机被用作通信终端。由于蜂窝网络的全球可及性，地面飞行员可以远程指挥和控制作业范围较广的无人机，为未来无人机应用开辟了新的领域。

在网络规划设计中，基站部署的选址规划人员需要到现场采集基站规划数据，耗费大量人力和时间。同时，它们可能会受到各种客观因素的影响，无法充分收集基站数据。对于一些难点，无法根据实际情况(受客观环境因素影响)确定场地的天线高度、方向角等数据。无人机采集数据缓解了地域环境的限制，避免了人员爬塔的危险和出错率，全面提高了工作效率。

05.问题和挑战

无人机在移动通信中有着广泛的应用和诸多优势，但仍然存在能耗问题，需要改进。由于无人机体积小、负载和储能有限，无法长时间远程工作，因此对能源供应和低功耗的研究仍然是主要问题。