伍璇 曾靖 赖煌辉
广东省通讯终端产品质量监督检验中心
摘要：无人机通信技术是缓解应急通信网络下的通信中断问题的重要性技术，目前也已经成为了无线通信技术也成为了重要的研究对象。本文提炼了无人机的通信技术中较为重要的射频性能参数，着重在功率这方面进行了研究分析，主要是在无人机总功率受到限制的情况下，对无人机功率资源进行了有效的分配，让信道的容量可以达到最大值。
关键词：无人机通信系统；射频性能；功率分配；关键技术
引言
近些年的无人机和无线通信技术都得到了很大的发展，两项技术的融合已经成为了当前无线通信科技的研究热点，尤其是在植保、工业、消防和军事领域中有着非常广泛的应用。无人机有着比较好的机动性并且部署也比较难简单，因此面向无人机通信系统的射频性能也受到了广泛的关注。功率是射频性能的重要参数指标，同时也是无人机中继通信系统的重要资源，它的分配问题会直接的影响到各个链路的性能，功率的优化分配会直接的提升无人机中继通信系统的性能。
一、无人机通信系统在中继网络中的应用
在5G通信技术的不断发展中，无人机中继网络的应用也变得更加普及，其中无人机作为中继节点很多方面都受到了极大的关注。在城市化进程不断加快的影响下，各种高楼耸立，通信设备经常会因为有限的带宽和通信网络的有限覆盖范围而无法实现源节点的传送，因此需要对无线用户终端在城市环境中的通信内容进行关注。在通信技术不断进步和发展的影响下，一些低成本高性能的小型无人机应运而生，并且可以将其应用在城市环境和应急场景下的通信问题当中，能够对源节点和目的节点之间的通信链路性能进行有效的改善。除此之外，无人机还能对卫星通信和地面通信的大多缺点进行有效的解决。在小型通信无人机的发展影响下，无人机中继网络中的功率分配关键技术成为了研究的重点内容。
二、面向无人机中继网络的用户调度和功率分配联合优化方法
面向无人机中继网络的用户调度和功率分配联合优化的算法比较适合应用在应急场景当中，可以实现无线用户和控制中心的数据传输。在这种应急通信的场景当中，无线用户终端一般都是凭借发射功率来对数据信息进行发送，然后将无人机作为主要的中继节点，最终到达控制中心端。同时，在多用户场景当中，需要对用户调度和功率分配的内容进行关注，要将信道质量最好的用户接入到无人机中继网络当中，并且实现对其功率分配的优化处理。
（一）系统模型的搭建
当处于应急场景的状态当中，主要搭建起由无人机、无线用户终端和控制中心组成的通信系统，如图1所示。在地震等自然灾害出现的时候，通信链路会出现一定的中断，这个时候要对无人机进行利用，将其作为一个中继节点来将用户端的信息传送给控制中心。在用户终端到无人机以及无人机到控制中心之间的总功率是恒定的状态时，要对条链路的功率资源进行一定的优化分配，通过这样的方式来让信道容量达到一个最大值的状态。
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图1 模型构建
（二）用户调度和功率分配联合优化的方案
在无人机总功率受限的背景下，最大化无线用户终端阶段到无人机节点以及无人机节点到控制中心节点的这两条信道总信道容量，需要与实际的情况进行结合，对用户调度算法进行综合的考虑，确保在应急场景下的用户依旧可以接入到信道当中。同时，为了对传统的平均功率分配法进行综合的考虑，可以通过一定的数值计算来实现对给定总功率的约束。在功率分配方案下的传输信道容量要明显的大于传统平均功率分配算法下的信道容量，同时功所消耗的功率也要低于传统平均功率分配下的功率，能够在很大程度上对系统的性能进行提升。
三、面向无人机信息采集系统的功率分配研究
在无线通信系统的不断发展下，人们开始更多的将目光集中在了无线传感器的网络当中，并且开始利用移动的无人机来对传统的静态信息收集器进行取代，同时设备也在朝着小型化的方向进行发展。无人机凭借着多种功能特点，成为无线网络运行中的一个重要的部分，可以更好的对5G网络的一些需求进行满足。
（一）系统模型的构建
在无线传感器网络当中，主要是由地面上的传感器飞行的无人机组成一个移动无人机信息采系统，具体的系统模型可以如下图2所示。假设在地面上有M个传感器，并且每个传感器的数据传输率都受到了限制，并且无人机在有限的时间内在固定的高度H上进行飞行。但是对于实际的无人机飞行来说，其飞行的高度经常需要大于无线传感器网络中的部署区域，只有这样才能避免与树木和建筑物的最小高度出现碰撞的现象。要考虑到无人机的飞行速度是提前给定的，因此可以提前做好无人机飞行轨迹的设置，通过这样的方式来实现对无人机碰撞障碍物现象的规避。
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图2 模型构建
（二）移动无人机通信系统的最小功率分配
无线传感器网络中的移动无人机信息采集系统主要包括着多个地面传感器和充当信息采集功能的无人，共同的组成一个移动通信系统。在这样的通信系统当红，功率分配是非常重要的内容，因为每个地面传感器到无人机的传输速率如果都受到了限制，就需要对地面传感器的总功率耗损情况进行关注，要保证其朝着最小化的方向进行发展。对移动无人机通信系统的最小功率分配进行重视，并且要与传统的平均功率分配进行比较，要保证新的功率分配方案有着更小的功率消耗率。在地面传感器数量不断增加的背景下，这种新型的功率分配方案可以对地面上的每个传感器功耗进行有效的降低，能够对系统性能进行有效的提升，并且也能对无线传感器网络的寿命进行一定的延长。
四、多天线无人机中继网络的功率分配优化算法
多天线的无人机中继网络功率分配优化计算法在应急场景中可以得到有效的应用，它可以实现对无线用户终端和目的节点之间的数据传传输。对于应急通信场景中的无线用户端来说，它主要是以一定的发射功率来实现对数据信息的发射，并且利用多个传输天线的无人机理作为中继节点，继而达到目的的节点。
（一）系统模型的构建
在发生紧急状况，通信链路中断的情况下，需要将无人机作为中继节点来将无线用户终端的信息传送给目的节点，具体可以如下图3所示。要对多线路无人机所搭载的多根通信天线进行关注，需要对两种条件下的功率分配情况进行关注，通过这样的方式来实现对系统传输容量的有效提升。
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图3 模型构建
（二）多天线无人机中继网络的功率分配优化
在给出多天线无人机作为中继节点连接用户终端和控制中心的系统模型之后，需要在忽略信道估计误差和存在信道估计误差的条件下对多根天线进行功率分配的优化，在总功率保持一定的情况下对系统的传输容量进行提升。其次是要无人机通信的信道状态信息进行关注，在对信道估计误差的忽略条件下来对多天线权值进行优化，接着对存在信道估计误差条件下的多天线权值优化问题进行分析，然后对两种情况下的功率分配优化算法进行分析。
结语
综上所述，在无人机通信技术不断发展的影响下，无人机通信系统中的功率资源分配技术也成为了必须要重点关注的内容。无人机凭借着自身的很多优点在应急通信场景和军事领域中都有着非常大的应用研究价值，但是因为无人机所携带电量具有有限性没，因此需要对无人机通信中的功率资源分配优化进行关注，这对未来的无人机通信系统应用和发展来说也具有重要的研究意义。
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