展望6G——無(wú)人機(jī)輔助通信技術(shù)

　　雖然目前5G商用化還在不斷地普及當(dāng)中，但前沿學(xué)術(shù)領(lǐng)域則早已開(kāi)始了6G無(wú)線傳輸潛在關(guān)鍵技術(shù)的研究。在2021年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)全國(guó)通信理論與技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議上，北京郵電大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師王朝煒?lè)窒砹怂?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/6G">6G中的無(wú)人機(jī)輔助傳輸技術(shù)上的研究。

6G的需求分析

　　通過(guò)目前對(duì)6G的需求分析來(lái)看，6G不僅僅要在性能、傳輸速率、信道單位面積容量和時(shí)延超越5G標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)是多通信體制的無(wú)縫連接，跨空天地海的三維一體化網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括地面節(jié)點(diǎn)、水面節(jié)點(diǎn)、低空和高空節(jié)點(diǎn)，甚至包含大氣層外的高空低軌衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)。在6G標(biāo)準(zhǔn)化前期過(guò)程中，開(kāi)始定義了一些面向空中用戶的服務(wù)。這對(duì)于研究無(wú)人機(jī)通信技術(shù)有很大的推動(dòng)力。

　　王朝煒副教授對(duì)比了基站、衛(wèi)星、HAPS和無(wú)人機(jī)通信的優(yōu)劣勢(shì)，無(wú)人機(jī)相比于其他集中通信來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)輔助通信具有靈活部署和配置、快速響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采用低成本無(wú)人機(jī)部署可極大降低成本，采用不同旋翼的無(wú)人機(jī)以便靈活適應(yīng)通信需求，信道簡(jiǎn)單主要采用短距離LOS信道。

6G對(duì)無(wú)人機(jī)輔助通信的需求

　　在偏遠(yuǎn)地區(qū)和災(zāi)區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施不足或失效的問(wèn)題可以通過(guò)無(wú)人機(jī)經(jīng)行擴(kuò)展覆蓋；在人口密集和人流量大的熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，可以通過(guò)無(wú)人機(jī)達(dá)到增強(qiáng)無(wú)線覆蓋，加大用戶容量的功能；同時(shí)還能在交通控制、貨物運(yùn)輸、航拍、應(yīng)急救援等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

　　在今年7月鄭州水災(zāi)通信救援中，翼龍無(wú)人機(jī)作為“空中基站”打通了鞏義米河鎮(zhèn)應(yīng)急通信保障傳輸線，為受災(zāi)群眾和救援人員之間的連接了生命線。在持續(xù)不斷的暴雨中，電力通信設(shè)備被摧毀使得災(zāi)民通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)信號(hào)全部中斷，災(zāi)區(qū)與外界信息不互通。而在應(yīng)急管理部緊急調(diào)派翼龍無(wú)人機(jī)抵達(dá)鞏義市米河鎮(zhèn)通信中斷區(qū)后，與外界失聯(lián)多時(shí)的鞏義米河鎮(zhèn)群眾收到這樣一條短信：“移動(dòng)公網(wǎng)通信暫時(shí)恢復(fù)，請(qǐng)盡快報(bào)告情況，聯(lián)系家人?！?/p>

　　這就是一個(gè)無(wú)人機(jī)在災(zāi)區(qū)輔助通信的現(xiàn)實(shí)案例，利用無(wú)人機(jī)空中應(yīng)急通信平臺(tái)搭載的移動(dòng)公網(wǎng)基站，為通信中斷區(qū)提供連續(xù)移動(dòng)信號(hào)。在采訪王朝煒副教授后，他表示這次無(wú)人機(jī)輔助通信僅僅是恢復(fù)2G通信，通信設(shè)備僅能發(fā)送短信，而未來(lái)6G中的無(wú)人機(jī)輔助通信將能夠傳輸多媒體信息，并且能夠更快速的到達(dá)信號(hào)中斷區(qū)。

6G中無(wú)人機(jī)輔助通信的應(yīng)用

　　第一，為6G網(wǎng)絡(luò)提供可靠的覆蓋方案。為臨時(shí)熱點(diǎn)區(qū)域提供短期而經(jīng)濟(jì)的通信部署；在小區(qū)邊緣提供基站補(bǔ)充和增強(qiáng)覆蓋；為邊遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)和海上等區(qū)域作為補(bǔ)充覆蓋。

　　第二，在意外或緊急情況下（如救災(zāi)、服務(wù)恢復(fù)及臨時(shí)密集用戶場(chǎng)景），由于業(yè)務(wù)支出高、環(huán)境復(fù)雜多變，部署地面基礎(chǔ)設(shè)施在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，而無(wú)人機(jī)被認(rèn)定為是一個(gè)前途的新技術(shù)。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，無(wú)人機(jī)能充分發(fā)揮快速高效、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、靈活性高等優(yōu)勢(shì)，組建臨時(shí)通信系統(tǒng)。

　　第三，采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常周期性檢查和狀態(tài)檢測(cè)將耗費(fèi)極大人力時(shí)間，無(wú)人機(jī)利用其靈活性和機(jī)動(dòng)性，可以為設(shè)備巡檢維護(hù)提供一個(gè)更加高效、安全、可靠的工作方案。無(wú)人機(jī)可以自主巡檢，對(duì)故障經(jīng)行定位并實(shí)時(shí)追蹤和報(bào)警，將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊傳輸，這些特點(diǎn)在管線檢測(cè)、森林防火、邊防巡邏、交通線路災(zāi)害等巡查中顯得尤為重要。

6G中無(wú)人機(jī)輔助通信的未來(lái)方向

　　UAV+IoV：無(wú)人機(jī)輔助車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)包含地面移動(dòng)用戶以及空中移動(dòng)輔助通信節(jié)點(diǎn)，在這種高動(dòng)態(tài)情境下，其通信質(zhì)量必然收到多普勒效應(yīng)的影響。同時(shí)，地面頻譜共享的傳輸特性以及用戶的爆炸增長(zhǎng)使得同信道干擾更加嚴(yán)重。

　　Imperfect CSI+UAV：無(wú)人機(jī)的參數(shù)配置和行為控制通常需要先驗(yàn)信息，如用戶位置和瞬時(shí)信道狀態(tài)（CSI）等。然而在高度時(shí)變的環(huán)境下，很難及時(shí)地獲取這些信息。

　　Cell-Free Massive MIMO+UAV：利用無(wú)人機(jī)高機(jī)動(dòng)性和靈活部署的特點(diǎn)，在無(wú)蜂窩大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中增加移動(dòng)無(wú)人機(jī)終端或?qū)⒌孛婀潭ˋP替換為移動(dòng)無(wú)人機(jī)，可提供靈活和可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。

　　NOMA+UAV：隨著地面終端密度的增加以及頻率復(fù)用，無(wú)人機(jī)可用的RBs數(shù)量迅速減少，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)傳輸速率受到嚴(yán)重限制。非正交多址（NOMA）與干擾消除（IC）是一個(gè)更有吸引力的解決方案。

　　空天地一體化網(wǎng)絡(luò)：5G無(wú)線系統(tǒng)仍然以地面為基礎(chǔ)，覆蓋范圍有限。空間通信網(wǎng)可以為海上、偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)和空中的人員以及車輛提供廣泛的通信覆蓋，充當(dāng)?shù)孛嫱ㄐ啪W(wǎng)的補(bǔ)充。

　　在享受著5G通信的同時(shí)，我們可以大膽暢想，6G通信會(huì)有哪些革命性的突破？對(duì)于未來(lái)的生活有哪些改變？6G網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)能否超越空間的限制，為我們的社會(huì)和生活打造一體化通信網(wǎng)絡(luò)？這些問(wèn)題都是值得期待的。