目 錄
第1章 概述 1
1.1 引言 1
1.2 無人機的應用場景與發(fā)展歷程 2
1.2.1 無人機的應用場景 2
1.2.2 無人機的發(fā)展歷程 5
1.3 無人機系統(tǒng)概述 6
1.3.1 無人機類型 7
1.3.2 無人機控制與集群 9
1.3.3 無人機通信及其標準化 14
1.3.4 無人機通信網(wǎng)絡與技術 19
1.4 本書的主要內(nèi)容 23
本章參考文獻 25
第1篇 無人機通信網(wǎng)絡基礎篇
第2章 無線通信網(wǎng)絡的基本概念 29
2.1 引言 29
2.2 無線通信網(wǎng)絡基礎 29
2.2.1 分集技術 29
2.2.2 復用技術 31
2.2.3 雙工技術 32
2.2.4 信道編/解碼技術 33
2.3 無線信道的傳輸損耗與衰落 34
2.3.1 無線信道傳輸損耗 34
2.3.2 三種主要的快衰落 35
2.4 多址技術 37
2.4.1 多址技術的概述 37
2.4.2 正交頻分多址技術 37
2.4.3 非正交多址接入技術 40
2.5 多天線技術 43
2.5.1 多天線技術的發(fā)展 43
2.5.2 多用戶MIMO 44
2.5.3 Massive MIMO技術 46
2.6 本章小結 49
本章參考文獻 50
第3章 無人機通信網(wǎng)絡的特征 51
3.1 引言 51
3.2 節(jié)點三維運動 52
3.3 LoS電波傳播 53
3.4 任務驅(qū)動網(wǎng)絡 54
3.5 周圍環(huán)境陌生 55
3.6 信息處理能力受限 56
3.7 能量供給能力受限 57
3.8 氣象條件的影響 58
3.9 惡意干擾的影響 59
3.10 本章小結 61
本章參考文獻 61
第4章 無人機通信網(wǎng)絡的信道模型 64
4.1 引言 64
4.2 無人機通信網(wǎng)絡的大尺度衰落模型 64
4.2.1 路徑損耗模型 65
4.2.2 陰影衰落模型 68
4.3 無人機通信網(wǎng)絡的快衰落模型 70
4.3.1 萊斯衰落模型 71
4.3.2 Nakagami-m衰落模型 71
4.3.3 色散參數(shù) 71
4.4 3GPP無人機通信網(wǎng)絡的信道建模與測量 75
4.4.1 LoS概率 75
4.4.2 路徑損耗 77
4.4.3 陰影衰落 77
4.4.4 快衰落 78
4.5 本章小結 80
本章參考文獻 81
第5章 無人機通信網(wǎng)絡性能的理論研究 82
5.1 引言 82
5.2 隨機幾何理論的基礎知識 82
5.2.1 空間點過程 83
5.2.2 隨機幾何的分析工具 85
5.2.3 隨機幾何分析常用結論 86
5.3 隨機幾何網(wǎng)絡模型 88
5.4 單層無人機通信網(wǎng)絡性能的理論研究 89
5.4.1 系統(tǒng)模型 89
5.4.2 覆蓋率 90
5.5 熱點覆蓋場景下無人機通信網(wǎng)絡性能的理論研究 93
5.5.1 系統(tǒng)模型 93
5.5.2 覆蓋率和頻譜效率性能 94
5.5.3 性能仿真驗證 98
5.6 災難救援場景的無人機通信網(wǎng)絡性能的理論研究 99
5.6.1 系統(tǒng)模型 99
5.6.2 覆蓋率和頻譜效率性能 100
5.6.3 性能仿真驗證 105
5.7 熱點覆蓋場景的無人機通信網(wǎng)絡緩存性能的理論研究 106
5.7.1 系統(tǒng)模型 106
5.7.2 緩存策略 108
5.7.3 緩存覆蓋率與平均速率性能 109
5.7.4 性能仿真驗證 115
5.8 災難救援場景的無人機通信網(wǎng)絡緩存性能的理論研究 121
5.8.1 系統(tǒng)模型 121
5.8.2 緩存策略 122
5.8.3 卸載率與平均速率性能 123
5.8.4 性能仿真驗證 129
5.9 本章小結 134
本章參考文獻 134
第2篇 無人機-蜂窩融合通信網(wǎng)絡篇
第6章 無人機通信網(wǎng)絡的無線資源分配 137
6.1 引言 137
6.2 無線資源分配研究概述 138
6.2.1 無線資源管理的優(yōu)化目標 138
6.2.2 無線資源管理的優(yōu)化方法 139
6.3 無人機輔助異構蜂窩網(wǎng)絡的無線資源分配 140
6.3.1 無人機輔助異構蜂窩網(wǎng)絡的特點與挑戰(zhàn) 140
6.3.2 UBS前傳鏈路和回傳鏈路的聯(lián)合優(yōu)化 141
6.4 無人機輔助NOMA系統(tǒng)的無線資源分配 146
6.4.1 NOMA的工作原理 146
6.4.2 無人機輔助NOMA系統(tǒng)的特點與挑戰(zhàn) 148
6.4.3 無人機輔助NOMA系統(tǒng)的無線資源聯(lián)合優(yōu)化 148

6.5 無人機輔助緩存蜂窩網(wǎng)絡及其資源分配 157
6.5.1 無人機輔助緩存蜂窩網(wǎng)絡概述 157
6.5.2 無人機輔助緩存蜂窩網(wǎng)絡的資源分配 159
6.6 無人機毫米波通信波束賦形與資源分配 167
6.6.1 無人機毫米波通信的特點與挑戰(zhàn) 167
6.6.2 波束賦形與資源分配設計 168
6.7 本章小結 173
本章參考文獻 174
第7章 無人機空地協(xié)作中繼通信 176
7.1 引言 176
7.2 無人機空地協(xié)作中繼通信的研究現(xiàn)狀 177
7.3 遠程應急無人機中繼系統(tǒng) 179
7.3.1 無人機信道模型 179
7.3.2 多中繼接收信噪比 181
7.3.3 最優(yōu)部署位置與飛行高度 182
7.3.4 性能理論分析 185
7.3.5 性能仿真驗證 187
7.4 低時延高可靠的無人機中繼系統(tǒng) 189
7.4.1 系統(tǒng)模型 189
7.4.2 無人機懸停部署設計 191
7.4.3 性能仿真驗證 193
7.5 無人機中繼系統(tǒng)的飛行軌跡優(yōu)化 195
7.5.1 系統(tǒng)模型 196
7.5.2 軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化 197
7.5.3 性能仿真驗證 200
7.6 本章小結 203
本章參考文獻 203
第8章 無人機通信網(wǎng)絡的安全傳輸 205
8.1 引言 205
8.2 基于人工噪聲的無人機通信網(wǎng)絡的安全傳輸 206
8.2.1 系統(tǒng)模型 207
8.2.2 安全傳輸方案設計 208
8.2.3 性能仿真驗證 211
8.3 基于NOMA的無人機通信網(wǎng)絡的安全傳輸 214
8.3.1 系統(tǒng)模型 214
8.3.2 NOMA-UAV網(wǎng)絡的安全功率分配方案 216
8.3.3 性能仿真驗證 219

8.4 無人機中繼系統(tǒng)的安全傳輸 221
8.4.1 系統(tǒng)模型 221
8.4.2 無人機中繼系統(tǒng)保密速率優(yōu)化方案 224
8.4.4 性能仿真驗證 227
8.5 無人機中繼輔助隱蔽通信 230
8.5.1 無人機中繼通信信道及有限包長傳輸速率 230
8.5.2 無人機有限字長隱蔽通信設計 231
8.5.3 性能仿真驗證 235
8.6 本章小結 236
本章參考文獻 236
第9章 無人機的無線能量傳輸和無線攜能通信 238
9.1 引言 238
9.2 WPT和SWIPT技術概述 238
9.2.1 WPT技術的基本原理 238
9.2.2 SWIPT技術的基本原理 239
9.3 無人機WPT網(wǎng)絡優(yōu)化 241
9.3.1 無人機WPT網(wǎng)絡模型 241
9.3.2 飛行軌跡和波束方向圖優(yōu)化算法設計 242
9.3.3 性能仿真驗證 242
9.4 無人機輔助SWIPT網(wǎng)絡優(yōu)化 244
9.4.1 無人機輔助SWIPT網(wǎng)絡模型 244
9.4.2 基于用戶動態(tài)需求的實時路徑規(guī)劃算法設計 246
9.4.3 性能仿真驗證 246
9.5 多無人機輔助SWIPT網(wǎng)絡優(yōu)化 247
9.5.1 多無人機輔助SWIPT網(wǎng)絡模型 247
9.5.2 無人機飛行軌跡和資源分配優(yōu)化算法 249
9.5.3 性能仿真驗證 249
9.6 本章小結 250
本章參考文獻 251
第3篇 無人機空中通信網(wǎng)絡篇
第10章 無人機通信網(wǎng)絡的組網(wǎng)技術 253
10.1 引言 253
10.2 無人機頻譜管理 254
10.2.1 無人機頻譜的挑戰(zhàn) 254
10.2.2 動態(tài)頻譜管理系統(tǒng) 255
10.2.3 與頻譜相關的關鍵技術 255

10.3 多路訪問控制協(xié)議 257
10.3.1 多路訪問控制協(xié)議概述 257
10.3.2 多路訪問控制協(xié)議分類與研究現(xiàn)狀 258
10.4 拓撲及功率管理 259
10.4.1 拓撲結構 259
10.4.2 功率控制技術 261
10.4.3 拓撲控制技術 262
10.5 路由協(xié)議 263
10.5.1 主動協(xié)議 264
10.5.2 被動協(xié)議 264
10.5.3 混合協(xié)議 265
10.6 本章小結 266
本章參考文獻 266
第11章 無人機集群 270
11.1 引言 270
11.2 無人機集群的路徑規(guī)劃 271
11.2.1 A*算法 271
11.2.2 人工勢場法 272
11.2.3 蟻群算法 275
11.2.4 粒子群算法 276
11.2.5 遺傳算法 278
11.3 無人機集群的抗干擾技術 280
11.3.1 頻域抗干擾技術 280
11.3.2 功率域抗干擾技術 281
11.4 無人機集群的路由及拓撲管理 281
11.4.1 分簇結構 281
11.4.2 分簇算法 282
11.4.3 分簇路由 284
11.5 無人機集群控制 284
11.5.1 集中式控制 286
11.5.2 分布式控制 286
11.6 無人機集群智能 287
11.6.1 無人機集群智能簡介 287
11.6.2 無人機集群智能在任務規(guī)劃中的應用和技術發(fā)展 287
11.6.3 無人機集群智能在信息交互中的應用和技術發(fā)展 288
11.7 本章小結 288
本章參考文獻 289

第12章 空-X一體化網(wǎng)絡 294
12.1 引言 294
12.2 空地一體化網(wǎng)絡 295
12.2.1 空地一體化網(wǎng)絡的現(xiàn)狀 295
12.2.2 空地一體化網(wǎng)絡的架構 297
12.2.3 空地一體化網(wǎng)絡的典型應用 298
12.2.4 空地一體化網(wǎng)絡的部署挑戰(zhàn) 300
12.3 空天一體化網(wǎng)絡 301
12.3.1 空天一體化網(wǎng)絡的現(xiàn)狀 301
12.3.2 空天一體化網(wǎng)絡的架構 303
12.3.3 空天一體化網(wǎng)絡的典型應用 304
12.3.4 空天一體化網(wǎng)絡的部署挑戰(zhàn) 305
12.4 空海一體化網(wǎng)絡 305
12.4.1 空海一體化網(wǎng)絡的現(xiàn)狀 305
12.4.2 空海一體化網(wǎng)絡的架構 307
12.4.3 空海一體化網(wǎng)絡的部署挑戰(zhàn) 308
12.5 空天地海一體化網(wǎng)絡 308
12.5.1 空天地海一體化網(wǎng)絡的現(xiàn)狀 308
12.5.2 空天地海一體化網(wǎng)絡的關鍵技術 310
12.5.3 空天地海一體化網(wǎng)絡的典型應用 311
12.5.4 空天地海一體化網(wǎng)絡的部署挑戰(zhàn) 311
12.6 本章小結 312
本章參考文獻 312