展望6G——无人机辅助通信技术

6G的需求分析  

        通过目前对6G的需求分析来看，6G不仅仅要在性能、传输速率、信道单位面积容量和时延超越5G标准，还应是多通信体制的无缝连接，跨空天地海的三维一体化网络。网络节点包括地面节点、水面节点、低空和高空节点，甚至包含大气层外的高空低轨卫星节点。在6G标准化前期过程中，开始定义了一些面向空中用户的服务。这对于研究无人机通信技术有很大的推动力。  

        王朝炜副教授对比了基站、卫星、HAPS和无人机通信的优劣势，无人机相比于其他集中通信来说，无人机辅助通信具有灵活部署和配置、快速响应、环境适应性强等优势，同时采用低成本无人机部署可极大降低成本，采用不同旋翼的无人机以便灵活适应通信需求，信道简单主要采用短距离LOS信道。  

6G对无人机辅助通信的需求  

        在偏远地区和灾区，基础设施不足或失效的问题可以通过无人机经行扩展覆盖；在人口密集和人流量大的热点区域内，可以通过无人机达到增强无线覆盖，加大用户容量的功能；同时还能在交通控制、货物运输、航拍、应急救援等领域发挥作用。  

        在今年7月郑州水灾通信救援中，翼龙无人机作为“空中基站”打通了巩义米河镇应急通信保障传输线，为受灾群众和救援人员之间的连接了生命线。在持续不断的暴雨中，电力通信设备被摧毁使得灾民通信设备网络信号全部中断，灾区与外界信息不互通。而在应急管理部紧急调派翼龙无人机抵达巩义市米河镇通信中断区后，与外界失联多时的巩义米河镇群众收到这样一条短信：“移动公网通信暂时恢复，请尽快报告情况，联系家人。”  

        这就是一个无人机在灾区辅助通信的现实案例，利用无人机空中应急通信平台搭载的移动公网基站，为通信中断区提供连续移动信号。在采访王朝炜副教授后，他表示这次无人机辅助通信仅仅是恢复2G通信，通信设备仅能发送短信，而未来6G中的无人机辅助通信将能够传输多媒体信息，并且能够更快速的到达信号中断区。  

6G中无人机辅助通信的应用  

        第一，为6G网络提供可靠的覆盖方案。为临时热点区域提供短期而经济的通信部署；在小区边缘提供基站补充和增强覆盖；为边远地区、山区和海上等区域作为补充覆盖。  

        第二，在意外或紧急情况下（如救灾、服务恢复及临时密集用户场景），由于业务支出高、环境复杂多变，部署地面基础设施在经济上是不可行的，而无人机被认定为是一个前途的新技术。在这些应用场景中，无人机能充分发挥快速高效、机动性强、灵活性高等优势，组建临时通信系统。  

        第三，采用传统的人工巡检方式对设备进行日常周期性检查和状态检测将耗费极大人力时间，无人机利用其灵活性和机动性，可以为设备巡检维护提供一个更加高效、安全、可靠的工作方案。无人机可以自主巡检，对故障经行定位并实时追踪和报警，将采集数据进行通讯传输，这些特点在管线检测、森林防火、边防巡逻、交通线路灾害等巡查中显得尤为重要。  

6G中无人机辅助通信的未来方向  

        UAV+IoV：无人机辅助车联网架构包含地面移动用户以及空中移动辅助通信节点，在这种高动态情境下，其通信质量必然收到多普勒效应的影响。同时，地面频谱共享的传输特性以及用户的爆炸增长使得同信道干扰更加严重。  

ImperfectCSI+UAV：无人机的参数配置和行为控制通常需要先验信息，如用户位置和瞬时信道状态（CSI）等。然而在高度时变的环境下，很难及时地获取这些信息。

Cell-FreeMassiveMIMO+UAV：利用无人机高机动性和灵活部署的特点，在无蜂窝大规模MIMO系统中增加移动无人机终端或将地面固定AP替换为移动无人机，可提供灵活和可靠的网络连接。

NOMA+UAV：随着地面终端密度的增加以及频率复用，无人机可用的RBs数量迅速减少，导致无人机传输速率受到严重限制。非正交多址（NOMA）与干扰消除（IC）是一个更有吸引力的解决方案。

空天地一体化网络：5G无线系统仍然以地面为基础，覆盖范围有限。空间通信网可以为海上、偏远农村地区和空中的人员以及车辆提供广泛的通信覆盖，充当地面通信网的补充。

在享受着5G通信的同时，我们可以大胆畅想，6G通信会有哪些革命性的突破？对于未来的生活有哪些改变？6G网络的铺设能否超越空间的限制，为我们的社会和生活打造一体化通信网络？这些问题都是值得期待的。