第3章
无人机通信网络的特征

3.1 引言

无人机通信网络可以看成一个飞行的无线网络，其中无人机作为网络节点，可以接收或发送信息，也可以作为中继节点提供中继服务。无人机通信网络可以是没有基础设施支持的自组织网，或者由地面通信和卫星通信基础设施支持的无人机辅助通信网络。无人机通信网络的拓扑结构多种多样，可以是网状、星状、直线状等，因具体的应用场景而异。

无人机在较高的海拔飞行主要有以下两个好处：

（1）地面的发送端/接收端与空中接收端/发送端在一条清晰的视距上，电波以视距传播，信号传输质量更好。

（2）无人机节点可以充当中继节点扩展收发两端通信距离，如图3-1所示。当地面通信中收发两端处于不平坦的地形以及复杂的地理环境中时，无人机可以提供更好的通信服务。

无人机通信网络主要分为两类：第一类是无人机接入蜂窝网络（也称为无人机-蜂窝融合网络），无人机作为空中用户，可以在空中访问蜂窝网络；第二类是基于无人机辅助的通信网络（无人机空中网络），无人机作为空中通信平台（如基站、中继），辅助地面通信网络进行通信。无人机接入蜂窝网络有以下几点好处：

（1）得益于蜂窝网络几乎是全球覆盖的，地面的无人机控制者可以在视距范围外，对无人机进行指挥操作。基于此，将来会出现更多的无人机应用。

（2）借助蜂窝网络的先进技术以及身份验证机制，与蜂窝网络连接的无人机有望在可靠性、安全性、数据吞吐量等方面获得性能提升。

（3）无人机接入蜂窝网络是一种经济高效的网络，因为它可以重复使用已经建好的数百万个蜂窝，无须建立仅用于无人机系统（Unmanned Aerial System, UAS）的新基础架构。因此，无人机接入蜂窝网络对于无人机和蜂窝网络来说是一种双赢的结果，未来将有丰富的商机等待探索。

由于无人机制造成本的不断降低以及通信设备不断小型化，在无人机上安装小型基站/中继设备辅助地面通信变得更加可行。例如，可以将轻量级LTE基站安装在无人机上。基于无人机辅助的通信网络有以下几点好处：

（1）小型基站/中继设备可以快速、按需部署在无人机上，尤其适用于临时的突发的情况，如紧急搜索、救援等。

（2）无人机的飞行高度较高，无人机上的基站/中继可以通过视距和地面用户进行通信，可为地面用户提供更可靠的通信链路。

（3）由于无人机具有可控的高动态性，无人机可以调整三维空间位置，更好地满足地面通信的需求。

5G三大典型应用场景是增强型移动宽带（enhanced Mobile Broadband, eMBB）、大规模机器通信（massive Machine-Type Communications, mMTC）、高可靠低时延通信（Ultra-Reliable and Low-Latency Communications, URLLC）。5G能够满足无人机通信网络在技术上的需求，有效支撑无人机通信，因此未来会有更多的基于无人机通信的应用场景。本章主要从节点三维运动、LoS电波传播、任务驱动网络、周围环境陌生、信息处理能力受限、能量供给能力受限、气象条件影响、恶意干扰影响等方面分析无人机通信网络的特征。 CT7dDMMCUlvA0WidMPT/UJcu2JQwPc2vUWwrIaMBi0xXV7305AbFJRJaNVh8IL6G