近年来,随着无人机制造技术的发展以及无线通信系统需求的不断提升,无人机辅助无线通信领域吸引了广大专家学者的关注。无人机辅助无线通信系统在抢险救援和军事领域中承担着不可替代的任务。在偏远地区或者地面通信系统过载的情况下,通过无人机协助通信系统,用户可获得无处不在的通信服务。无人机辅助无线通信系统最大的挑战在于无人机机载能量有限。因此,需要在提升系统性能的同时提高系统能效。本文以无人机辅助车联网无线通信系统为背景,深入研究无人机飞行轨迹、系统功率分配方案以及无人机与车辆关联方案的联合优化算法,以提高无人机辅助车联网系统的性能和能效。本文主要研究内容和创新点如下:1、针对固定基站无法满足新一代移动通信系统性能要求的问题,考虑了无人机辅助车联网系统架构,提出了系统吞吐量和能效优化算法。为了缓解回程链路压力,采用搭载缓存单元的无人机辅助通信。为了有效提升系统吞吐量,提出无人机飞行轨迹及功率分配方案联合优化算法。利用松弛变量、泰勒展开将非凸的优化问题转化为凸优化问题。其次,以提升系统能效为目标,联合优化无人机飞行轨迹和功率分配方案,结合分式规划等转化方法,求解非凸优化问题。仿真结果表明,在无人机总功率等限制条件下,所提优化算法能够显著提升系统吞吐量和能效。2、针对越来越多的车辆连接到互联网中,仅通过无人机辅助车联网系统已不足以满足用户需求的情况,设计了基于协调多点传输技术的卫星与无人机协同辅助车联网的系统架构,提出了以车辆接收信息的可达率最大化为目标的优化算法。采用移动无人机作为卫星与通信目标车辆间的中继,与路边基站共同为车辆提供通信服务。在无人机功率、移动性以及信息因果关系等约束下,考虑相邻基站间的干扰,联合优化无人机飞行轨迹及系统功率分配方案。在飞行轨迹给定的情况下求得最优功率分配方案的闭合解。在给定功率分配的情况下求得最优无人机飞行轨迹。基于块坐标下降法迭代求得飞行轨迹与功率分配方案的联合最优解。仿真结果表明,所提优化算法能在提升系统性能的同时实现绿色通信的目标。3、针对多车辆双向行驶的实际运用场景,给出了带有缓存的无人机与卫星协同为多车辆提供通信服务的系统架构,提出了以最大化车流中车辆最小信息可达率之和为目标的优化算法。在能量消耗和信息因果关系的约束下,联合优化无人机与车辆的关联方案以及无人机的飞行轨迹。由于该优化问题是非凸的混合整数优化问题,难以直接求解,故分解为两个子问题。首先在无人机与车辆关联方案确定的情况下,优化无人机的飞行轨迹。通过一阶泰勒展开,获得变量的全局下限。将非凸优化问题转化为凸优化问题并运用凸优化工具求解。接着在无人机飞行轨迹固定的情况下求得最优的无人机与车辆关联方案。通过引入辅助变量,设计拉格朗日对偶函数,迭代优化求得最优关联方案。通过分层迭代进一步求得关联方案和飞行轨迹的联合最优解。经仿真验证,所提算法能够快速收敛并有效提升系统性能。