無人機通信網絡中的資源優化技術研究

苗建軍

（中華通信系統有限責任公司 河北分公司，河北 石家莊 050081）

0 引 言

隨著無人機通信網絡技術的日益成熟與完善，該技術的應用范圍也實現了全面提升。然而在無人機通信網絡構建中，一方面加大了區域內蜂窩網絡資源的供給壓力，另一方面也面臨著嚴峻的信號干擾問題，因此無人機通信網絡中資源優化技術成為該領域的主要研究方向。結合自身工作經驗，就無人機通信網絡中資源優化技術進行分析，以期能夠為相關領域從業者提供有價值的參考和幫助。

1 無人機通信網絡概述

隨著無人機技術的飛速發展，無人機在軍用、公共以及民用領域均實現了廣泛應用。在通信技術領域，無人機既能夠作為一種輔助設備來協助傳統通信網絡進行通信，同時也能夠作為通信設備搭建無人機網絡，從而實現強化與創建通信網絡的作用。眾所周知，無人機具有部署便捷、配置靈活以及成本低廉的應用優勢，因此在通信領域具有十分凸顯的應用價值。首先，無人機能夠在自然災害發生后第一時間迅速進入救災區域，并作為空中基站搭建通信網絡，從而恢復災區的通信服務功能[1]。其次，在一些數據流量激增的區域，如體育賽事、演唱會等環境下，通過無人機來搭建臨時基站同樣能夠增強區域通信網絡得到承載力，并保障通信服務功能的穩定。最后，無人機還能夠作為通信網絡的延伸，通過將無人機作為空中基站來實現對信號薄弱區域的通信網絡構建，從而提升通信網絡的覆蓋范圍?？偠灾?，無人機通信網絡的發展與應用滿足了人們日益增長的通信服務需求，同時也推動了電子通信技術的發展與創新。

2 無人機通信鏈路形式及其特點

2.1 Wi-Fi鏈路

在無人機通信系統構建中，Wi-Fi鏈路是最為基礎和原始的通信鏈路方式。Wi-Fi鏈路相比其他鏈路方式在數據傳輸速度以及傳輸容量方面均有著十分理想的應用優勢，能夠將超清畫質傳輸到地面控制器中，因此能夠滿足更高的通信需求。值得注意的是，由于Wi-Fi鏈路的連接質量受到路由器覆蓋范圍的影響與制約，一旦無人機飛行距離超出一定距離后便會導致通信信號質量的下降，因此Wi-Fi鏈路也更多應用于短距離通信需求中[2]。

2.2 中繼鏈路

在無人機技術飛速發展的同時，無人機通信網絡也實現了創新與進步，其中中繼鏈路是只承載標記數據的干線鏈路，特別是基于蜂窩網絡的中繼鏈路形式實現了無人機長距離的通信服務功能。現階段，在一些監測和勘察領域，無人機往往需要飛行較遠的距離，這時便對無人機通信的鏈路連接質量提出了更高的要求。蜂窩基站作為一個中繼點能夠大幅提升無人機與地面控制器之間數據傳輸距離，從而滿足了長距離無人機飛行任務的通信需求[3]。除蜂窩網絡外，衛星網絡也能夠作為無人機和地面控制器之間信息傳輸的中繼站，因此中繼鏈路是目前無人機通信系統構建的重要形式。

2.3 云端鏈路

近年來，無人機的應用領域愈加廣泛，而無人機飛行任務也是復雜多樣，因此經常會遇到同一飛行任務中存在短距離Wi-Fi傳輸以及長距離中繼傳輸2種形式，這便對無人機通信系統的構建提出了新要求。在此背景下，通信技術人員提出基于云端虛擬服務的云端鏈路通信方式。云存儲是一種在線存儲的模式，即把數據存放在通常由第三方托管的多臺虛擬服務器中，而在非專屬服務器上的優勢為能夠基于客觀環境的改變選擇最為合理的鏈路方式，并保障通信功能的良好穩定運轉。除此之外，云端虛擬服務還具備極高的計算能力，并將過往無人機承擔的數據分析任務轉移到云端服務器中，從而降低了無人機的運行負擔，并由此來提升無人機的續航能力。

3 無人機通信網絡構建中的注意事項

3.1 GPS定位準確控制

在無人機執行飛行任務時，必須時刻對無人機進行全球定位系統（Global Positioning System，GPS）定位，從而獲取準確且全面的設備信息。而在無人機通信網絡構建中，無人機GPS定位同樣十分重要，并且對于整個通信網絡的穩定性有著深遠影響。近年來，GPS全球衛星定位更多地被應用在無人機導航方面。GPS全球衛星定位系統如圖1所示，有著全球性、全天候、連續性以及實時性等特點，具體而言，無人機作為空中中繼，當其位置發生變化時往往會導致通信網絡覆蓋范圍的變化，而這種細微的變化會在緊急情況下導致通信服務中斷，進而給通信任務帶來嚴重影響[4]。例如，在搶險救災工作中，無人機GPS定位的精準度不僅影響著通信網絡的穩定性，同時也是搶險救災工作的高質、高效開展的基礎，因此在無人機通信網絡構建中必須選對方法，注重GPS定位的精準度。

圖1 GPS全球衛星定位系統

3.2 信號干擾問題處理

無人機通信網絡中，一方面是存在著許多頻次的信號，從而導致了通信環境十分復雜；另一方面是網絡構建中還會受到許多客觀因素的影響，如干擾器會導致通信信號中斷或衰弱，并存在惡意竊聽等行為。信號干擾按照其技術原理的不同分為壓制式干擾和欺騙式干擾兩類，壓制式干擾是指發射的干擾信號遮蓋了無人機信號頻譜，令其通信接收機降低或完全喪失正常工作的能力，欺騙式干擾則為通過故意模仿無人機的通信信號，把模擬的假信號送進無人機的通信網，導致其通信失誤或行動上的錯誤[5]。目前，在無人機通信網絡構建中應當十分重視信號抗干擾工作的落實與推進，通過科學合理的抗干擾措施來保障通信質量和安全的同時，也應滿足人們日益增長的無人機通信需求。

4 無人機通信網絡中資源優化技術

4.1 無線自組網技術

在無人機通信網絡的資源優化中，無線自組網技術起到了十分理想的價值與作用，而該技術的應用要點主要體現在以下2個方面。

（1）無線路由協議。無人機通信網絡具有動態拓撲的特點，因此導致了傳統路由器協議無法滿足通信網絡的運行需求，這便需要對路由器協議進行升級與創新，從而保障無人機通信鏈路的持續穩定。

（2）系統服務。Mesh組網技術的應用實現了高帶寬、遠距離的無線通信傳輸，并且還兼具理想的自檢功能以及電磁兼容性[6]。此外，Mesh組網技術還能夠通過無線自組網通信系統來實現對通信鏈路狀態的有效顯示，并大幅提升無線自組網通信系統平臺的服務水平和質量。

4.2 仿真技術

無人機通信網絡構建的目的在于滿足人們的通信服務需求，因此強化信號傳輸指令和效率也是無人機通信網絡資源優化工作的核心目標。一直以來，無人機通信網絡資源優化中更多的采用技術輔助方式來降低信號傳輸中的損耗問題，而隨著無人機與地面控制器之間距離的不斷增加，這種信號損耗或衰減問題也愈加凸顯?；诖?，無人機通信網絡資源優化應當以改善信道條件作為發展方向，并由此來確保信息傳輸的穩定性和完整性[7]。仿真技術的特點在于能夠對信號傳輸的距離以及損耗進行驗證，進而時刻把控無人機飛行距離以及信號強度，由此達成無人機通信網絡資源優化的作用。

4.3 無人機安全技術

通信安全是無人機通信網絡構建的基礎與前提，因此在無人機通信網絡資源優化中還要注重無人機安全技術的應用。具體而言，無人機安全技術主要包含以下幾方面內容。

（1）軟件安全。不同無人機品牌都有專業的操作平臺，為實現無人機通信網絡的安全性則需要相關軟件具有極強的安全能力，避免因系統運行不穩定而影響通信功能的發揮。

（2）通信安全。無人機通信網絡會受到多方面客觀因素的影響，不同的通信鏈路在抗干擾方面的能力也不相同，這時便需要采用加密通信協議的方式來規避干擾問題，并保障通信的質量與安全[8]。

（3）自我防護。自我防護是指無人機在特殊情況下的安全返回機制，當遇到強烈信號干擾而失去控制時，能夠通過一鍵返航功能安全返回。

4.4 智能天線技術

目前，無人機通信網絡環境十分復雜，不僅干擾因素眾多，同時也經常因信道重疊而影響信息傳輸的質量。智能天線技術是現階段實現無人機通信網絡資源優化的重要技術之一，其優勢在于能夠對無線列陣的信號進行分析，同時更加靈活地使用波束，達到規避信號干擾和提高頻率利用效率的作用。由此可見，智能天線技術對于無人機通信網絡資源的優化具有十分重要的促進作用，并能夠保障通信服務的整體質量[9]。

4.5 正交頻分復用技術

正交頻分復用技術是一種多載波調制技術，其優勢在于通過頻分復用來實現高速串行數據的并列傳輸，并且在抗多徑衰落方面有著較為凸顯的應用效果，滿足了通信網絡中的多用戶接入需求。在無人機通信網絡的構建中，正交頻分復用技術能夠有效解決信號之間存在的干擾問題，從而使網絡通信信號的傳輸更加穩定和高效。除此之外，正交頻分復用技術還與蜂窩網絡進行了深層次的融合與創新，從而進一步強化了信號的抗干擾能力，對于無人機通信網絡的應用具有十分積極的促進作用。

4.6 構建無人機安全網絡

首先，針對無人機通信網絡中存在的干擾要素，為保障通信功能服務質量還需要構建無人機安全防護網絡。具體而言，為提高無人機網絡的安全性，需要在網絡連接時強化身份驗證工作，如此才能確保用戶處于安全的通信網絡環境中。其次，云端通信也是實現無人機通信網絡資源優化的重要途徑，即在安全協議的協同性基礎上進行通信方式的有效切換提高通信信號的安全性[10]。最后，技術人員還要注重信號抗干擾能力的強化，通過技術升級來規避外界因素帶來的信號干擾問題，并最終實現無人機通信網絡信號安全穩定傳輸的目標。

5 結 論

無人機通信網絡技術的發展與成熟滿足了日益增長的電子通信服務需求，而該技術應用中面臨的資源緊張以及信號干擾問題也需要得到進一步的解決和優化?；诖耍仨毤訌姛o人機通信網絡資源優化技術的研究與創新工作，進而充分發揮無人機通信網絡的社會服務價值和作用。