4. 6G无人机通信的技术挑战与未来方向
无人机辅助的移动通信在6G中具有非常广阔的前景。然而，由于无人机通信自身的发展仍处于初级阶段，并且6G相较于5G又有了全新的技术发展，因而将无人机应用于6G移动通信仍有诸多挑战需要深入的探索与研究。本章从无人机的续航时间、“空天地海”全覆盖异构网络的融合、射频相关的天线技术与太赫兹技术、移动用户的安全问题等方面对面向6G的无人机通信所存在的技术挑战与未来研究方向进行探讨。
4.1 无人机的续航时间
无人机的续航时间一直是限制其发展与应用的瓶颈[35]。旋翼无人机多为电池驱动，市面上的电池多为锂电池，无法为无人机提供长时间的续航能力。目前，旋翼无人机续航时间多在30分钟左右。已有研究提出可以利用能量采集技术为无人机供能，而如何提升无线能量采集的效率也是一大技术难题。此外，尽管已有可以为无人机自动更换电池的航站装置，但这仍无法从根本上解决无人机续航时间短的难题。
4.2 无人机与异构网络间融合
为了满足更广域的无缝覆盖，6G致力于实现“空天地海”的全维度通信，因此如何实现空域网的无人机与其他不同异构网络间数据交互的高速率、低时延、海量连接便成为亟待解决的技术难题。不同网络的传输协议、网络架构均不同，数据的跨网络传输需要进行缓存、转发，这将会产生多余的处理步骤。因此，为了解决数据在不同类型网络间的交互，需要重新设计各网络架构以及数据分发协议并考虑它们之间的兼容性，在保证用户数据准确性的同时实现低时延、高带宽传输。
4.3 智能反射面及超大规模天线阵列与无人机的兼容性
智能反射面可以通过软件定义主动调节入射信号来改变反射信号的相位和幅值，以达到对信道的重构来提高接收端信号功率的目标并同时抑制干扰。由于智能反射面是无源反射而不需要通过接收-放大/解码-转发的方式传输信号，与传统中继相比更加节能。但在实际部署中，由于智能反射面需要装配在无人机表面，考虑到无人机的尺寸以及有限的续航载荷能力，需要有效限制智能反射面的尺寸与重量。此外，由于6G中采用超大规模天线阵列，即便采用太赫兹频段将明显减小单元尺寸，但天线阵列规模巨大，在设计中仍需将其体积纳入考量范围。
4.4 太赫兹相关技术及设备研发
太赫兹作为6G移动通信中备受关注的突破性技术之一，具有更宽的带宽并可提供接近Tbit/s的传输速率。一方面由于其频率较高波长较短，因此在波束赋形中具有更窄的主瓣宽度和更精确的传输方向以保证用户信息安全。然而，无人机端受限于体积与续航能力，太赫兹波束的搜索与对准技术难以实现。另一方面，太赫兹频率较高且易被分子吸收，因此太赫兹传输衰减增大，这也造成传输距离较短。此外，目前的半导体、金属材料和光学元件还不能满足太赫兹通信的性能，因此，未来还需要对适用于太赫兹频段的材料进行大力研发。
4.5 用户信息的安全性
由于无线通信具有广播特性，用户的信息暴露在空中引发了安全隐患。另外，无人机的运行范围在空中，无论是空对地信道还是空对空信道都更接近视距信道，因而无人机通信更容易被窃听者进行信道估计，进而对用户的私密信息进行截获与窃听。6G移动通信中将采用太赫兹信道，虽然其信道模型尚未充分建立，但视距信道更具稳定性，因而信道特性更容易被窃听者获取，进而对用户信息隐私造成威胁。此外，窃听者还可能发射干扰噪声来攻击无人机的正常通信，如何克服主动干扰攻击也是亟待解决的问题。
4.6 蜂群网络冲突规避
无人机的高移动性使其受到广泛关注，然而在大规模无人机蜂群网络中，其移动性给蜂群系统的信道建模、飞行部署和轨迹优化等造成极大的挑战。尽管空地无线信道可以近似为视距链路，然而由于蜂群网络的复杂性以及无人机间的相互干扰，无人机信道仍存在极大的不确定性，这也会对空地信道建模造成影响，进而对6G移动通信网络中各无人机的轨迹规划造成干扰，影响无人机的编队飞行，甚至产生冲突。因此，如何对无人机蜂群进行有效的冲突规避，也是未来6G无人机通信网络所面临的严峻挑战。
4.7 海量密集接入的频谱稀缺
6G移动通信网络中无人机需要作为临时空中基站配合海量用户的超密集接入。尽管无人机可以分担部分网络负载，然而有限的频谱资源仍会极大限制用户的信息传输速率并造成网络的高时延。尽管太赫兹频段的引入将会对频谱短缺有所缓解，然而频谱资源利用率低的问题仍亟待解决。因此，将认知无线电技术有效的引入6G无人机通信中，通过无人机进行频谱感知并将冗余的频带高效利用，从而改善频谱资源稀缺的问题迫在眉睫。
5. 结论
6G移动通信将在5G的低延时、大接入、高带宽的基础上进一步增强网络通信性能指标。本文重点针对6G空天地海一体化无缝覆盖网络架构下空基网络中的无人机通信进行了阐述与分析；同时，针对无人机在通信网络架构中所担任的不同职责对其在6G中的应用场景进行了预测。此外，对6G无人机通信中太赫兹、超大规模天线阵列、智能反射面、人工智能计算、区块链、通信感知一体化等潜在关键技术进行阐述。最后，对面向6G的无人机通信中存在的相关技术挑战与未来发展趋势进行了展望。
