无人空中飞行器（UAD）通信网络有望成为下一代无线网络发展的关键要素，其灵活的架构可将网络覆盖延伸至偏远或受灾地区，并在重大事件与大规模紧急情况下提升网络容量。随着UAD技术的演进，其在保障持续、广泛连接方面的作用日益凸显，但也面临高时延、频谱效率低以及多无人机间公平性等挑战。本研究提出一种基于非正交多址接入（NOMA）的多UAD通信网络优化框架，以应对上述难题。该框架聚焦于优化地面用户与UAD的关联及无人机功率分配，旨在最大化频谱效率。核心优化问题属于混合整数、非凸非线性任务，需在解决UAD-用户关联与功率分配问题的同时，兼顾干扰与二元决策变量的复杂性，以实现总速率最大化。为应对该复杂性，本研究首先在给定的固定NOMA功率分配条件下优化UAD-用户关联，继而优化各接入无人机的NOMA地面用户功率分配。数值结果表明，相较于传统正交多址接入（OMA）优化方法及同类基准NOMA技术，本框架在频谱效率、复杂度与收敛速度方面均具优势，可为动态场景下UAD网络性能提升提供有效解决方案。

关键词 无人空中飞行器（UAD）通信；下一代无线网络；灵活基础设施；网络容量；非正交多址接入（NOMA）

无人空中飞行器（UAD）系无人在机驾驶的一类航空器，通常被称为无人机，预计将在下一代无线网络中发挥关键作用。据IoT Analytics预测，到2030年全球连接设备数量将达300亿台。在此庞大生态系统中，无人机已成为极具价值的工具，既可接受地面控制站飞行员的远程操控，亦可依据预设航线执行自主飞行任务¹。UAD兼具遵循既定指令与适应动态任务目标的灵活性。

UAD的应用潜力已得到广泛探究。例如，一项研究²考察了其在海岸带场景中的运行效能，表明将UAD纳入网络可降低移动边缘计算网络的执行时延并提升运算速度。此类技术集成³极大推动了UAD在海岸带应用中的能力跃升。搭载传感器、摄像头及专用设备的UAD已广泛应用于监视、巡检、数据采集、监测等相关任务⁴。早期UAD主要服务于军事领域，但随着技术进步使其体积缩小、成本降低，其应用逐步拓展至民用领域，涵盖智慧物流、精准农业等行业⁵。

各类UAD专为特定功能设计：多旋翼UAD通常配备四至六个旋翼，具备精准操控与垂直起降能力，适用于短程巡检、航拍及影视拍摄⁶；固定翼UAD则采用静态机翼与传统飞机相似的气动布局，擅长执行长航时观测与侦察任务，虽在广域覆盖方面表现卓越，但需专用跑道起降；单旋翼与复合翼垂直起降UAD融合了固定翼的高效巡航能力与直升机的垂直起降特性，为长航时任务提供了多功能性。在下一代无线网络中，非正交多址接入（NOMA）正成为一种颇具前景的多址技术。与传统时分或频分复用不同，NOMA利用功率域复用技术，允许多个用户共享相同时隙、频段或编码资源⁷。这种灵活性使UAD能够通过接收端串行干扰消除（SIC）技术，在单一资源块内同时服务多个用户。NOMA提升UAD网络连接容量的能力缓解了资源稀缺问题，助力UAD高效执行各类通信任务。

低时延与高速率数据传输⁸⁹进一步凸显其价值。智能设备的激增加剧了无线电资源供需缺口，难以满足高数据速率、低时延的通信需求¹⁰。此外，6G网络的即将大规模部署亦带来硬件复杂性、能耗控制及超宽带连接与实时业务爆发式增长等挑战¹¹。如前所述，UAD凭借广覆盖、数据采集、设备互联、易部署与精准监测等优势具有重要价值；而智能超表面（RIS）作为一项差异化技术，能显著提升其所交互的网络或设备性能，包括增强信号容量与信道增益、降低成本效益及支持多表面部署。在多用户RIS辅助的多输入单输出（MISO）系统中，优化RIS相位偏移与发射端功率分配对于实现最高总速率与最小化能耗至关重要¹²。UAD通信领域已引发广泛关注，学界针对相关问题开展了大量研究。鉴于UAD通信的移动特性，仍存在诸多重大挑战。为实现高效UAD通信，须重点解决以下难题：其一，无人机机载能量有限，制约其续航时间¹³⁻¹⁵。无人机可高效应用于救援行动、战略区域监控、洪涝区网络保障及快递配送等场景，因此节能型无人机设计对可持续高效UAD通信至关重要¹⁶¹⁷。其二，安全性与可靠性问题突出，UAD通信依赖视距广播信道，较传统地面系统更易遭受窃听¹⁸¹⁹。其三，在多UAD场景中，所有无人机共享相同频谱资源，高效的轨迹规划与资源优化不可或缺。若同频干扰管控失当，将急剧劣化系统性能²⁰。此外，在有限系统资源下支持海量连接亦是下一代无线通信的挑战之一。具体而言，传统模式下单个UAD需为地面用户分配独占频率资源，无法复用²¹。NOMA作为一种空口技术，为解决UAD通信海量连接问题提供了可行路径：通过叠加编码与SIC解码技术，UAD可利用单一频率资源服务多个地面用户。然而，NOMA的成功实施依赖于接收端精准的SIC解码，而UAD的高移动性使该过程难度倍增²²。SIC解码误差将严重损害系统性能，凸显了面向高效信号解码的智能NOMA接收机设计的必要性²³。

现有文献多聚焦于采用传统正交多址接入（OMA）技术（如码分多址、频分多址、时分多址）的UAD通信研究，且多数研究仅考虑单小区UAD通信场景，未涉及同频干扰问题。本研究则考察更具实践意义的场景：多架UAD共享相同频谱资源，并采用NOMA协议服务多用户。在该场景下，每架UAD会对其他UAD产生干扰，而同一UAD覆盖范围内的用户则会遭遇NOMA干扰。此类场景导致非凸优化问题，求解难度极高。本文提出一种新型多UAD通信优化框架，在满足最低数据速率、用户关联及NOMA地面用户功率控制等约束条件下，最大化频谱效率。