展望6G——無(wú)人機輔助通信技術(shù)

　　雖然目前5G商用化還在不斷地普及當中，但前沿學(xué)術(shù)領(lǐng)域則早已開(kāi)始了6G無(wú)線(xiàn)傳輸潛在關(guān)鍵技術(shù)的研究。在2021年中國物聯(lián)網(wǎng)大會(huì )全國通信理論與技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì )議上，北京郵電大學(xué)副教授、博士生導師王朝煒?lè )窒砹怂?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/6G">6G中的無(wú)人機輔助傳輸技術(shù)上的研究。

6G的需求分析

　　通過(guò)目前對6G的需求分析來(lái)看，6G不僅僅要在性能、傳輸速率、信道單位面積容量和時(shí)延超越5G標準，還應是多通信體制的無(wú)縫連接，跨空天地海的三維一體化網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)包括地面節點(diǎn)、水面節點(diǎn)、低空和高空節點(diǎn)，甚至包含大氣層外的高空低軌衛星節點(diǎn)。在6G標準化前期過(guò)程中，開(kāi)始定義了一些面向空中用戶(hù)的服務(wù)。這對于研究無(wú)人機通信技術(shù)有很大的推動(dòng)力。

　　王朝煒副教授對比了基站、衛星、HAPS和無(wú)人機通信的優(yōu)劣勢，無(wú)人機相比于其他集中通信來(lái)說(shuō)，無(wú)人機輔助通信具有靈活部署和配置、快速響應、環(huán)境適應性強等優(yōu)勢，同時(shí)采用低成本無(wú)人機部署可極大降低成本，采用不同旋翼的無(wú)人機以便靈活適應通信需求，信道簡(jiǎn)單主要采用短距離LOS信道。

6G對無(wú)人機輔助通信的需求

　　在偏遠地區和災區，基礎設施不足或失效的問(wèn)題可以通過(guò)無(wú)人機經(jīng)行擴展覆蓋；在人口密集和人流量大的熱點(diǎn)區域內，可以通過(guò)無(wú)人機達到增強無(wú)線(xiàn)覆蓋，加大用戶(hù)容量的功能；同時(shí)還能在交通控制、貨物運輸、航拍、應急救援等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

　　在今年7月鄭州水災通信救援中，翼龍無(wú)人機作為“空中基站”打通了鞏義米河鎮應急通信保障傳輸線(xiàn)，為受災群眾和救援人員之間的連接了生命線(xiàn)。在持續不斷的暴雨中，電力通信設備被摧毀使得災民通信設備網(wǎng)絡(luò )信號全部中斷，災區與外界信息不互通。而在應急管理部緊急調派翼龍無(wú)人機抵達鞏義市米河鎮通信中斷區后，與外界失聯(lián)多時(shí)的鞏義米河鎮群眾收到這樣一條短信：“移動(dòng)公網(wǎng)通信暫時(shí)恢復，請盡快報告情況，聯(lián)系家人?！?/p>

　　這就是一個(gè)無(wú)人機在災區輔助通信的現實(shí)案例，利用無(wú)人機空中應急通信平臺搭載的移動(dòng)公網(wǎng)基站，為通信中斷區提供連續移動(dòng)信號。在采訪(fǎng)王朝煒副教授后，他表示這次無(wú)人機輔助通信僅僅是恢復2G通信，通信設備僅能發(fā)送短信，而未來(lái)6G中的無(wú)人機輔助通信將能夠傳輸多媒體信息，并且能夠更快速的到達信號中斷區。

6G中無(wú)人機輔助通信的應用

　　第一，為6G網(wǎng)絡(luò )提供可靠的覆蓋方案。為臨時(shí)熱點(diǎn)區域提供短期而經(jīng)濟的通信部署；在小區邊緣提供基站補充和增強覆蓋；為邊遠地區、山區和海上等區域作為補充覆蓋。

　　第二，在意外或緊急情況下（如救災、服務(wù)恢復及臨時(shí)密集用戶(hù)場(chǎng)景），由于業(yè)務(wù)支出高、環(huán)境復雜多變，部署地面基礎設施在經(jīng)濟上是不可行的，而無(wú)人機被認定為是一個(gè)前途的新技術(shù)。在這些應用場(chǎng)景中，無(wú)人機能充分發(fā)揮快速高效、機動(dòng)性強、靈活性高等優(yōu)勢，組建臨時(shí)通信系統。

　　第三，采用傳統的人工巡檢方式對設備進(jìn)行日常周期性檢查和狀態(tài)檢測將耗費極大人力時(shí)間，無(wú)人機利用其靈活性和機動(dòng)性，可以為設備巡檢維護提供一個(gè)更加高效、安全、可靠的工作方案。無(wú)人機可以自主巡檢，對故障經(jīng)行定位并實(shí)時(shí)追蹤和報警，將采集數據進(jìn)行通訊傳輸，這些特點(diǎn)在管線(xiàn)檢測、森林防火、邊防巡邏、交通線(xiàn)路災害等巡查中顯得尤為重要。

6G中無(wú)人機輔助通信的未來(lái)方向

　　UAV+IoV：無(wú)人機輔助車(chē)聯(lián)網(wǎng)架構包含地面移動(dòng)用戶(hù)以及空中移動(dòng)輔助通信節點(diǎn)，在這種高動(dòng)態(tài)情境下，其通信質(zhì)量必然收到多普勒效應的影響。同時(shí)，地面頻譜共享的傳輸特性以及用戶(hù)的爆炸增長(cháng)使得同信道干擾更加嚴重。

　　Imperfect CSI+UAV：無(wú)人機的參數配置和行為控制通常需要先驗信息，如用戶(hù)位置和瞬時(shí)信道狀態(tài)（CSI）等。然而在高度時(shí)變的環(huán)境下，很難及時(shí)地獲取這些信息。

　　Cell-Free Massive MIMO+UAV：利用無(wú)人機高機動(dòng)性和靈活部署的特點(diǎn)，在無(wú)蜂窩大規模MIMO系統中增加移動(dòng)無(wú)人機終端或將地面固定AP替換為移動(dòng)無(wú)人機，可提供靈活和可靠的網(wǎng)絡(luò )連接。

　　NOMA+UAV：隨著(zhù)地面終端密度的增加以及頻率復用，無(wú)人機可用的RBs數量迅速減少，導致無(wú)人機傳輸速率受到嚴重限制。非正交多址（NOMA）與干擾消除（IC）是一個(gè)更有吸引力的解決方案。

　　空天地一體化網(wǎng)絡(luò )：5G無(wú)線(xiàn)系統仍然以地面為基礎，覆蓋范圍有限?？臻g通信網(wǎng)可以為海上、偏遠農村地區和空中的人員以及車(chē)輛提供廣泛的通信覆蓋，充當地面通信網(wǎng)的補充。

　　在享受著(zhù)5G通信的同時(shí)，我們可以大膽暢想，6G通信會(huì )有哪些革命性的突破？對于未來(lái)的生活有哪些改變？6G網(wǎng)絡(luò )的鋪設能否超越空間的限制，為我們的社會(huì )和生活打造一體化通信網(wǎng)絡(luò )？這些問(wèn)題都是值得期待的。