5G网络的无人机通信控制系统浅析

马源

摘 要：随着5G网络技术的发展和普及，其速度快、覆盖范围大等优势明确显现，在无人机通信控制系统中通过搭载5G网络技术，能够进一步提升无人机的定位效果。本文从搭载5G网络的无人机通信控制系统入手进行分析，简单阐述了系统的设计思路，并对其内部设计进行浅要的分析研究，旨在促进通信控制系统的升级与发展，提高系统的稳定性。

关键词：5G网络;无人机;通信控制系统

无人机是一种具备有传感、通信以及信息处理等功能的技术设备，其能够在搭载网络和智能控制系统的基础上，完成不同的行业的功能需求。我国的无人机技术发展速度较快，在实际的发展过程中，通过“无人机+”行业的发展，为5G网络下通信控制系统的构建提供了更多的可能，从而使无人机通信控制系统能够更好的适应不同行业的功能需求。

1.無人机通信控制系统概述

无人机在通信、遥感、监测等方面的应用相对较为广泛，通过与5G网路和通信控制系统进行结合，能够突破4G网络对通信范围和通信速率的制约，使无人机的覆盖效果更加的全面，更有利于减少外界的干扰，使无人机的通信控制过程更加顺利。

在5G网络下无人机搭载通信控制系统具有较为明显的优势。其一，有效地支持无人机的智能化控制运行。随着5G网络的覆盖范围加大、传输速率提高，能够有效的提升无人机与飞控平台在航行过程中的识别判断和灵活应对能力，在不同环境中可根据任务进行及时调整，使无人机的作业效果更加高效。其二，有利于多无人机协作系统构建。通过5G网络的协作，能够增加对无人机控制的效果，允许多台无人机协作进行工作，降低无人机之间互相干扰，提高整体控制精准度。其三，成本较低。科技更新换代速度较快，目前无人机的功能控制模块和通信控制系统正在向成熟化方向发展，使系统的构建和无人机运行难度不断下降，有效降低系统构建和无人机应用成本。

2.5G网络的无人机通信控制系统设计思路

在5G网络下，通过利用M2M和D2D通信技术，可对传统的数据传输技术进行升级和优化，使整体的技术传输效果得到加强，降低通信延时的情况。无人机系统自身对环境应对能力相对较弱，通过结合通信控制系统，在识别外部环境的过程中，实时与控制系统进行连接和分析，系统控制无人机进行合理应对，从而使无人机能够更好的适应不同环境，提高应变能力。

为提高通信控制系统设计效果，应根据系统功能要求和技术难点，构建相应的系统设计思路。一方面，应结合无人机的应用场景进行分析。无人机一般在环境监测和遥感航拍以及救灾服务等方面应用较为广泛，因此需要无人机具有较强的数据传输能力，能够复杂环境进行识别和信息获取，同时将大量信息进行回传处理，并且需要对环境变化情况进行合理应对，有效抵抗环境的干扰情况，实现准确的运行作业。因此在进行系统设计的过程中，需要其具有较强的数据传输和抗干扰能力[1]。另一方面，通过无人机通信技术进行分析，随着5G网络的发展，通信技术也在不断的提升，现代化发展背景下，为实现更好的通信，需要提高对环境的地抵抗能力，在进行系统构建的过程中，应结合实际的运行情况，设置相应的抗干扰方案，构建专项通信信道。同时，需要保障物理层的安全稳定，为保障通信安全和稳定，需要提升物理层的建设质量。

3.无人机通信控制系统设计分析

3.1无人机通信物理层安全基础

常见的无人机通信信道模型有两种，其一为控制和非有效载荷通信链路（CNPC）。指的是在无人机运行过程中，需要通过控制端和空中设备进行信息传输的方式控制无人机完成相应工作，该方式的信息传输需要无人机与地面进行双向通信，在地面控制站发出指令后，无人机需要作出相应的反馈，从而实现连接。在CNPC链路中，能够支持紧急人工干预，如在无人机受到非法用户操控而产生碰撞风险时，通过使用物理层安全技术和身份认证技术等，制定备用链路，使用地面终端以及卫星等方式进行连接，实现对无人机的控制，提高系统容错效果，降低无人机碰撞风险。

其二为数据链路。该通信连接主要连接无人机与地面终端，由无人机向地面进行信息数据传输，根据链路的不同，信道对数据容量的影响也相对较大，因此需要根据实际的数据传输需求进行调整和选择[2]。但数据链路在实际的应用时不需要特定的频谱，同时能够降低延迟效果，因此数据传输效率相对较高。

5G网络中存在大量的终端用户，在进行数据传输的过程中，为保障通道的准确性，降低信息窃取的概率，在实际的运行过程中，应通过加强物理层安全技术的方式来提高信息传输效果。将传输中的信源进行加密，利用数学知识设置密钥，转换成相应的密码，在不知道密钥的情况下，无法了解到信息的内容，合法接收者在得到信息后利用密钥进行信息识别，从而保障信息传输的安全性。

在对物理层安全技术进行优化的过程中，可以使用不同算法进行优化，通过数据基础来对物理层进行完善。以DC算法为例，该算法主要利用函数来进行全局优化，通过使用非凸优化中函数之间产生的结构异同情况进行分析，对安全技术进行深度的研究。由于函数具有较强的灵活性，在使用过程中的鲁棒性也相对较强，在进行问题处理的过程中，可以通过制定函数定义的方式，帮助进行系统重构，提高问题处理效果。给出算法的定义：设定实值函数f：Rn →R;如果存在凸函数g，h：Rn对函数f进行分解，形成 g和 h的差，该情况下函数f为DC函数。

3.2通信控制系统分析

无人机通信系统的主要构成为软件和通信端口以及控制系统，在进行数据通信过程中，利用软件和平台之间的5G网络实现信息传输和无人机控制。应用软件系统主要依赖于函数绑定IP地址和端口的方式，构建稳定的数据连接通道，从而使信息传输效果得到优化和加强。在软件的控制主板中，通过相应指令构建信息发送，实现对无人机的控制和调整，使无人机按照要求的运行方式进行巡航和起降。

通信端口是无人机和地面控制站实现信息传输的重要模块，无人机一般通过标准结构的设计，使信息能够在主板中显示，同时能够在信息回传时，对信息进行识别，根据信息回传效果对信息传输质量进行判断，从而更好的进行信息识别和判断，帮助无人机加强对地面的了解，从而提高地图标记的准确性，使无人机更加的精准，控制系统主要依赖控制主板进行调控。通过主板能够对无人机回传的信息进行识别和归纳，从而将无人机的位置在地图上进行标记，并与规划路线进行对比，更加精确的获取相应位置的信息，利用控制系统进行深度分析，进一步对相应的规划路线进行优化，从而实现对通信控制系统的应用。

3.3无人机抗干扰方案设计

5G网络下信息发送速度相对较快，并且延时较低，在无人机和基站进行信息传输的过程中，为避免窃听者和其他用户的信号影响，应提高整体通信系统的抗干扰能力，在进行抗干扰方案制定时，一方面，可以通过控制功率的方式，实现干扰抑制方案的设置。使用功率进行控制的过程中，不同功率設置相应的链路，从而使主信息传输主体效率更高，同时减少外界信息的干扰。在该方案下，应使无人机服务范围内的用户SINR保持相同[3]。使用公式：

另一方面，通过设置定向天线的方式提高抗干扰效果。在无人机运行过程中，其在与服务范围内的基站和用户之间产生一定的信号干扰情况，通过制定特定的天线，提高信号的指向性，降低周围信号的干扰情况，进一步优化传输效果。在制定方案的过程中，需要针对干扰情况进行检测，了解干扰信息的强度和信息来源方向，进而便于制定针对性的干扰控制措施，提高干扰抑制效果。使用LOS径方向追踪方式，制定相应的定向天线，对干扰信息进行抑制，使基站和用户之间能够保持良好的信息传输效果，降低干扰信号的影响。

3.4通信控制系统平台架构分析

在5G网络下构建无人机通信控制系统平台，在平台中设置不同的功能模块，并对模块进行程序设计，使不同模块在保持相应功能的同时实现互相连接，从而提高整体的功能效果。如在对用户模块进行设置时，通过设置相应的检验算法，对用户的反馈讯号进行识别，通过计算机语言进行交互设计，提高平台对用户的管理效果。在该程序下，通过控制平台对无人机发射相应的信号和命令，使无人机能够按照用户需求和反馈意见调整服务，从而提供整体的业务完成效果。

在平台构建完毕后，需要进行仿真流程试验，对不同模块的功能进行读取和验证，确保控制系统功能效果符合要求，从而提高对无人机的控制效果，优化无人机的服务质量。

结论

在5G网络下，无人机通信控制系统对于其实际的作业效果有较大影响，相关人员应加强对通信控制系统的研究，对无人机控制系统进行优化。通过提高通信控制系统的抗干扰能力和平台控制效果，优化数据传输质量，使无人机的通信质量得到进一步加强。

参考文献：

[1]钟剑峰，王红军.基于5G和无人机智能组网的应急通信技术[J].电讯技术，2020，60（11）：7.

[2]刘蕾，朱峥灏，云翔，etal.基于5G的系留式无人机应急方案研究[J].电子技术应用，2020，46（3）：6.

[3]王敏，张碧玲.无人机辅助5G网络中基于合同的缓存租赁机制[J].北京邮电大学学报，2020（3）：9.