3.1 太赫兹通信
作为6G移动通信中最具突破性的技术,太赫兹被评为改变未来的关键技术之一[29]。为了满足数据的爆炸式增长,单纯利用现有频段进行无线传输已无法满足人们日常的数据需求。从现阶段的毫米波到未来的太赫兹,无线通信可用频带出现了革命性的突破,传输速率也将显著提升。太赫兹频段为0.1~10 THz,频率更高,波长更短,这使得波束赋形的主瓣更窄,增加了窃听的难度,具有更高的安全性。但是,太赫兹相较于前几代的低频信号具有更大的衰减,而无人机通信中的空地视距信道将会极大程度地减弱太赫兹信号的衰减,从而保证通信质量。
3.2 超大规模天线阵列
无线通信可以通过多天线技术利用信道性质以实现用户接收端的功率增益[30]。另外,也可以利用天线的方向性通过波束赋形和信号的预编码来有效抑制窃听保证通信的安全。6G移动通信将会在5G的256~1024规模的天线阵列基础上更大规模地对其进行扩充,预计单个基站将会超过10000根天线。由于6G移动通信将采用太赫兹频段进行传输,因而即便超大规模天线阵列在天线数目量级上十分巨大,其体积也不会过于庞大,例如纳米级的天线可以在1 mm2内嵌入1024个工作在1 THz的阵列单元[31],这也更有利于其装载到载荷受限的无人机平台上用于信号的接收与转发。
3.3 网络内生人工智能驱动
区别于现已商用的5G网络中依靠外接系统实现人工智能的方式[32],6G将采用网络内生智能这一概念。6G移动通信中,以人为核心将智能化贯彻到网络中的每一个层面,进而实现高度灵活具有自主性的“智”化网络来服务每一个用户,具体结构如图3所示。天基网、空基网和地基网都可以独立地接入至6G智能网络,将智能化贯穿于整个网络的各个层面。在智能化的6G网络中,基于无人机的辅助通信可以通过网络、业务和用户的相关数据来自主学习并管理和控制其飞行轨迹等特征,以实现“无人”驾驶的飞行目标并通过多维感知和大数据计算等手段实现多元网络的融合。
图 3 6G无人机通信网络中的内生智能
3.4 智能反射面
智能反射面可以通过软件编程控制信号反射的幅值和相位,实现无线信道的自重构[33]。智能反射面由多个低功耗的无源反射组件组成,这些反射组件可以通过外加的电压和相位驱动使其可以操控反射出去的信号,进而实现对波束赋形信号传输的更全面控制。由于智能反射面不需要射频转发等功能,因而能耗较低。同时,智能反射面结构简单,便于安装在其他物体表面,如无人机空中平台等。搭载了智能反射面的无人机通信平台如图4所示,通过空中智能反射面可将接收信号反射至被遮挡屏蔽的用户终端,提升无线通信质量。另外,通过直射与反射信号叠加,搭载智能反射面的无人机还可以带来更高的信道增益。

图 4 智能反射面在6G无人机通信中的应用
3.5 智能边缘计算
纵观计算模式发展史,从中心化的大型机计算时代,到分布式的个人终端计算时代,再到大数据云计算时代,中心式计算和分布式计算交替发展。在未来的6G移动通信中,由于网络更侧重内生的智能运算能力,未来的网络将采用智能云计算与智能边缘计算相融合的方法,使计算系统更扁平化,同时采用区块链分布式存储等去中心化技术来实现对用户数据隐私的保护[34]。应用智能化边缘计算的无人机平台可以不依托中心控制系统,而是结合周围的环境,进行实时的智能化计算控制,其具体应用场景如图5所示。基站可以将计算任务分配至无人机,无人机可以合理地将计算任务卸载至各个拥有计算能力的终端用户,进而实现智能化边缘计算。
图 5 6G无人机通信中的智能边缘计算
3.6 分布式区块链网络
在6G移动通信网络中,物联网和车联网等部署将会随时随地产生海量数据。然而,由于无线通信的开放性,超密集网络中用户的安全保障尤为重要。区块链技术通过将用户数据分布式存储于各个用户终端从而保证数据无法被非法篡改,因此可以保障网络数据的有效性。在超密集异构网络中可以通过部署无人机作为分布式区块链网络的节点,以实现用户信息安全、高效地存储与传输。然而,当网络规模增大到一定程度时,数据索引将会产生较大的时延并且用户数据的存储也需要更大的空间,这也是未来无人机分布式区块链网络将面临的挑战。
3.7 通信感知一体化
无人机凭借其良好的高移动性和易部署性在军事应用中占有重要地位,如无人机侦查与攻击。此外,民用无人机的日益普及使得禁飞区的空域管理也更加困难。因此,军事方面对敌方恶意的无人机侦查行动和民事中对非法无人机的跟踪等都是亟待解决的问题。相较于图像感知系统,雷达探测受天气等环境变化的影响更小,也更具稳定性。因此,在未来的6G移动通信网络中,可以将雷达系统与基站通信系统进行有机结合,通过雷达探测监控的同时完成重要信息的安全传输。
综上所述,6G移动通信网络将会产生海量数据,而上述提及的太赫兹通信、超大规模天线阵列和智能反射面等技术将会有效保证6G网络中无人机节点的高速海量数据传输。