5G網絡的無人機通信控制系統淺析

馬源

摘 要：隨著5G網絡技術的發展和普及，其速度快、覆蓋范圍大等優勢明確顯現，在無人機通信控制系統中通過搭載5G網絡技術，能夠進一步提升無人機的定位效果。本文從搭載5G網絡的無人機通信控制系統入手進行分析，簡單闡述了系統的設計思路，并對其內部設計進行淺要的分析研究，旨在促進通信控制系統的升級與發展，提高系統的穩定性。

關鍵詞：5G網絡;無人機;通信控制系統

無人機是一種具備有傳感、通信以及信息處理等功能的技術設備，其能夠在搭載網絡和智能控制系統的基礎上，完成不同的行業的功能需求。我國的無人機技術發展速度較快，在實際的發展過程中，通過“無人機+”行業的發展，為5G網絡下通信控制系統的構建提供了更多的可能，從而使無人機通信控制系統能夠更好的適應不同行業的功能需求。

1.無人機通信控制系統概述

無人機在通信、遙感、監測等方面的應用相對較為廣泛，通過與5G網路和通信控制系統進行結合，能夠突破4G網絡對通信范圍和通信速率的制約，使無人機的覆蓋效果更加的全面，更有利于減少外界的干擾，使無人機的通信控制過程更加順利。

在5G網絡下無人機搭載通信控制系統具有較為明顯的優勢。其一，有效地支持無人機的智能化控制運行。隨著5G網絡的覆蓋范圍加大、傳輸速率提高，能夠有效的提升無人機與飛控平臺在航行過程中的識別判斷和靈活應對能力，在不同環境中可根據任務進行及時調整，使無人機的作業效果更加高效。其二，有利于多無人機協作系統構建。通過5G網絡的協作，能夠增加對無人機控制的效果，允許多臺無人機協作進行工作，降低無人機之間互相干擾，提高整體控制精準度。其三，成本較低。科技更新換代速度較快，目前無人機的功能控制模塊和通信控制系統正在向成熟化方向發展，使系統的構建和無人機運行難度不斷下降，有效降低系統構建和無人機應用成本。

2.5G網絡的無人機通信控制系統設計思路

在5G網絡下，通過利用M2M和D2D通信技術，可對傳統的數據傳輸技術進行升級和優化，使整體的技術傳輸效果得到加強，降低通信延時的情況。無人機系統自身對環境應對能力相對較弱，通過結合通信控制系統，在識別外部環境的過程中，實時與控制系統進行連接和分析，系統控制無人機進行合理應對，從而使無人機能夠更好的適應不同環境，提高應變能力。

為提高通信控制系統設計效果，應根據系統功能要求和技術難點，構建相應的系統設計思路。一方面，應結合無人機的應用場景進行分析。無人機一般在環境監測和遙感航拍以及救災服務等方面應用較為廣泛，因此需要無人機具有較強的數據傳輸能力，能夠復雜環境進行識別和信息獲取，同時將大量信息進行回傳處理，并且需要對環境變化情況進行合理應對，有效抵抗環境的干擾情況，實現準確的運行作業。因此在進行系統設計的過程中，需要其具有較強的數據傳輸和抗干擾能力[1]。另一方面，通過無人機通信技術進行分析，隨著5G網絡的發展，通信技術也在不斷的提升，現代化發展背景下，為實現更好的通信，需要提高對環境的地抵抗能力，在進行系統構建的過程中，應結合實際的運行情況，設置相應的抗干擾方案，構建專項通信信道。同時，需要保障物理層的安全穩定，為保障通信安全和穩定，需要提升物理層的建設質量。

3.無人機通信控制系統設計分析

3.1無人機通信物理層安全基礎

常見的無人機通信信道模型有兩種，其一為控制和非有效載荷通信鏈路（CNPC）。指的是在無人機運行過程中，需要通過控制端和空中設備進行信息傳輸的方式控制無人機完成相應工作，該方式的信息傳輸需要無人機與地面進行雙向通信，在地面控制站發出指令后，無人機需要作出相應的反饋，從而實現連接。在CNPC鏈路中，能夠支持緊急人工干預，如在無人機受到非法用戶操控而產生碰撞風險時，通過使用物理層安全技術和身份認證技術等，制定備用鏈路，使用地面終端以及衛星等方式進行連接，實現對無人機的控制，提高系統容錯效果，降低無人機碰撞風險。

其二為數據鏈路。該通信連接主要連接無人機與地面終端，由無人機向地面進行信息數據傳輸，根據鏈路的不同，信道對數據容量的影響也相對較大，因此需要根據實際的數據傳輸需求進行調整和選擇[2]。但數據鏈路在實際的應用時不需要特定的頻譜，同時能夠降低延遲效果，因此數據傳輸效率相對較高。

5G網絡中存在大量的終端用戶，在進行數據傳輸的過程中，為保障通道的準確性，降低信息竊取的概率，在實際的運行過程中，應通過加強物理層安全技術的方式來提高信息傳輸效果。將傳輸中的信源進行加密，利用數學知識設置密鑰，轉換成相應的密碼，在不知道密鑰的情況下，無法了解到信息的內容，合法接收者在得到信息后利用密鑰進行信息識別，從而保障信息傳輸的安全性。

在對物理層安全技術進行優化的過程中，可以使用不同算法進行優化，通過數據基礎來對物理層進行完善。以DC算法為例，該算法主要利用函數來進行全局優化，通過使用非凸優化中函數之間產生的結構異同情況進行分析，對安全技術進行深度的研究。由于函數具有較強的靈活性，在使用過程中的魯棒性也相對較強，在進行問題處理的過程中，可以通過制定函數定義的方式，幫助進行系統重構，提高問題處理效果。給出算法的定義：設定實值函數f：Rn →R;如果存在凸函數g，h：Rn對函數f進行分解，形成 g和 h的差，該情況下函數f為DC函數。

3.2通信控制系統分析

無人機通信系統的主要構成為軟件和通信端口以及控制系統，在進行數據通信過程中，利用軟件和平臺之間的5G網絡實現信息傳輸和無人機控制。應用軟件系統主要依賴于函數綁定IP地址和端口的方式，構建穩定的數據連接通道，從而使信息傳輸效果得到優化和加強。在軟件的控制主板中，通過相應指令構建信息發送，實現對無人機的控制和調整，使無人機按照要求的運行方式進行巡航和起降。

通信端口是無人機和地面控制站實現信息傳輸的重要模塊，無人機一般通過標準結構的設計，使信息能夠在主板中顯示，同時能夠在信息回傳時，對信息進行識別，根據信息回傳效果對信息傳輸質量進行判斷，從而更好的進行信息識別和判斷，幫助無人機加強對地面的了解，從而提高地圖標記的準確性，使無人機更加的精準，控制系統主要依賴控制主板進行調控。通過主板能夠對無人機回傳的信息進行識別和歸納，從而將無人機的位置在地圖上進行標記，并與規劃路線進行對比，更加精確的獲取相應位置的信息，利用控制系統進行深度分析，進一步對相應的規劃路線進行優化，從而實現對通信控制系統的應用。

3.3無人機抗干擾方案設計

5G網絡下信息發送速度相對較快，并且延時較低，在無人機和基站進行信息傳輸的過程中，為避免竊聽者和其他用戶的信號影響，應提高整體通信系統的抗干擾能力，在進行抗干擾方案制定時，一方面，可以通過控制功率的方式，實現干擾抑制方案的設置。使用功率進行控制的過程中，不同功率設置相應的鏈路，從而使主信息傳輸主體效率更高，同時減少外界信息的干擾。在該方案下，應使無人機服務范圍內的用戶SINR保持相同[3]。使用公式：

另一方面，通過設置定向天線的方式提高抗干擾效果。在無人機運行過程中，其在與服務范圍內的基站和用戶之間產生一定的信號干擾情況，通過制定特定的天線，提高信號的指向性，降低周圍信號的干擾情況，進一步優化傳輸效果。在制定方案的過程中，需要針對干擾情況進行檢測，了解干擾信息的強度和信息來源方向，進而便于制定針對性的干擾控制措施，提高干擾抑制效果。使用LOS徑方向追蹤方式，制定相應的定向天線，對干擾信息進行抑制，使基站和用戶之間能夠保持良好的信息傳輸效果，降低干擾信號的影響。

3.4通信控制系統平臺架構分析

在5G網絡下構建無人機通信控制系統平臺，在平臺中設置不同的功能模塊，并對模塊進行程序設計，使不同模塊在保持相應功能的同時實現互相連接，從而提高整體的功能效果。如在對用戶模塊進行設置時，通過設置相應的檢驗算法，對用戶的反饋訊號進行識別，通過計算機語言進行交互設計，提高平臺對用戶的管理效果。在該程序下，通過控制平臺對無人機發射相應的信號和命令，使無人機能夠按照用戶需求和反饋意見調整服務，從而提供整體的業務完成效果。

在平臺構建完畢后，需要進行仿真流程試驗，對不同模塊的功能進行讀取和驗證，確保控制系統功能效果符合要求，從而提高對無人機的控制效果，優化無人機的服務質量。

結論

在5G網絡下，無人機通信控制系統對于其實際的作業效果有較大影響，相關人員應加強對通信控制系統的研究，對無人機控制系統進行優化。通過提高通信控制系統的抗干擾能力和平臺控制效果，優化數據傳輸質量，使無人機的通信質量得到進一步加強。

參考文獻：

[1]鐘劍峰，王紅軍.基于5G和無人機智能組網的應急通信技術[J].電訊技術，2020，60（11）：7.

[2]劉蕾，朱崢灝，云翔，etal.基于5G的系留式無人機應急方案研究[J].電子技術應用，2020，46（3）：6.

[3]王敏，張碧玲.無人機輔助5G網絡中基于合同的緩存租賃機制[J].北京郵電大學學報，2020（3）：9.