展望6G——無人機輔助通信技術

　　雖然目前5G商用化還在不斷地普及當中，但前沿學術領域則早已開始了6G無線傳輸潛在關鍵技術的研究。在2021年中國物聯網大會全國通信理論與技術學術會議上，北京郵電大學副教授、博士生導師王朝煒分享了他在6G中的無人機輔助傳輸技術上的研究。

6G的需求分析

　　通過目前對6G的需求分析來看，6G不僅僅要在性能、傳輸速率、信道單位面積容量和時延超越5G標準，還應是多通信體制的無縫連接，跨空天地海的三維一體化網絡。網絡節點包括地面節點、水面節點、低空和高空節點，甚至包含大氣層外的高空低軌衛星節點。在6G標準化前期過程中，開始定義了一些面向空中用戶的服務。這對于研究無人機通信技術有很大的推動力。

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

6G對無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題可以通過無人機經行擴展覆蓋；在人口密集和人流量大的熱點區域內，可以通過無人機達到增強無線覆蓋，加大用戶容量的功能；同時還能在交通控制、貨物運輸、航拍、應急救援等領域發揮作用。

　　在今年7月鄭州水災通信救援中，翼龍無人機作為“空中基站”打通了鞏義米河鎮應急通信保障傳輸線，為受災群眾和救援人員之間的連接了生命線。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絡信號全部中斷，災區與外界信息不互通。而在應急管理部緊急調派翼龍無人機抵達鞏義市米河鎮通信中斷區后，與外界失聯多時的鞏義米河鎮群眾收到這樣一條短信：“移動公網通信暫時恢復，請盡快報告情況，聯系家人?！?/p>

　　這就是一個無人機在災區輔助通信的現實案例，利用無人機空中應急通信平臺搭載的移動公網基站，為通信中斷區提供連續移動信號。在采訪王朝煒副教授后，他表示這次無人機輔助通信僅僅是恢復2G通信，通信設備僅能發送短信，而未來6G中的無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中無人機輔助通信的應用

　　第一，為6G網絡提供可靠的覆蓋方案。為臨時熱點區域提供短期而經濟的通信部署；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、服務恢復及臨時密集用戶場景），由于業務支出高、環境復雜多變，部署地面基礎設施在經濟上是不可行的，而無人機被認定為是一個前途的新技術。在這些應用場景中，無人機能充分發揮快速高效、機動性強、靈活性高等優勢，組建臨時通信系統。

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

6G中無人機輔助通信的未來方向

　　UAV+IoV：無人機輔助車聯網架構包含地面移動用戶以及空中移動輔助通信節點，在這種高動態情境下，其通信質量必然收到多普勒效應的影響。同時，地面頻譜共享的傳輸特性以及用戶的爆炸增長使得同信道干擾更加嚴重。

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

　　Cell-Free Massive MIMO+UAV：利用無人機高機動性和靈活部署的特點，在無蜂窩大規模MIMO系統中增加移動無人機終端或將地面固定AP替換為移動無人機，可提供靈活和可靠的網絡連接。

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

　　空天地一體化網絡：5G無線系統仍然以地面為基礎，覆蓋范圍有限?？臻g通信網可以為海上、偏遠農村地區和空中的人員以及車輛提供廣泛的通信覆蓋，充當地面通信網的補充。

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