在过去的几年里,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)在民用领域的使用有了巨大的增长,如空中监视、交通控制、摄影、包裹递送,且呈现出与无线通信结合的走势。第五代移动通信系统(Fifth-Generation Mobile Communication System,5G)的到来也为UAV应用带来更多的发展空间。5G的高可靠、低时延特性将为低空UAV提供高速网络化数据传输通道。5G的海量物联特性可与人工智能技术相互结合,部署万物智能互联的生态,为UAV实现智能交互、协调飞行创造基础环境。目前,UAV和无线通信技术结合主要有三个研究方向:UAV充当空中基站,为地面用户提供通信服务;UAV作为中继节点,拓展无线网络的覆盖范围;UAV作为用户终端,执行相关的任务。而本文也主要针对这三个方面进行了研究。首先,本文考虑车辆所在的小区由于自然灾害导致通信网络瘫痪,车辆到地面基站的链路中断的应急场景下,UAV充当空中临时基站借助相邻小区的资源为车辆所在的小区提供通信服务。主要研究了UAV辅助的车辆通信系统上行链路的资源分配问题。本文考虑基于慢衰落参数和信道的统计信息而不是瞬时信道状态信息来进行资源管理。车辆间通信(Vehicle to Vehicle,V2V)采用设备间直接通信(Device to Device,D2D)技术保证可靠通信。文章首先理论推导出车辆用户的最佳发射功率。之后将车辆与设备间通信(Vehicle to Infrastructure,V2I)链路选择资源块与V2V链路选择复用V2I链路资源的问题建模成三分图匹配问题,利用超图匹配理论,同时借助局部比率算法进行邻近搜索。在不考虑对资源块进行选择时,优化问题可建模成二分图匹配问题,并利用匈牙利算法求解资源分配问题。此外,考虑到UAV的可移动性,利用强化学习中的贪婪算法对UAV的航迹进行规划,从而进一步提高车辆用户的可达速率之和。其次,本文研究了UAV作为移动终端和地面用户同时存在时蜂窝通信系统的上行资源分配问题。UAV与地面蜂窝基站之间主要是直视路径传输。这既带来了机遇也带来了挑战。一方面,由于路径损耗的减少,地面基站接收到的UAV发送的信号强度会增加,同时UAV可以同时关联多个地面基站,这也为系统带来了宏分集增益。另一方面,UAV终端也会给地面用户带来较强的上行链路干扰。为了在系统性能和干扰控制之间取得折中,通过优化UAV的上行基站关联和功率分配最大化UAV终端和地面用户的可达速率之和。本文理论推导得出UAV的最优关联基站。利用连续凸近似算法进行求解同时考虑UAV和地面用户情形下的资源分配问题,并利用外部逼近算法确定了目标函数的上界。最后,本文主要研究了UAV作为无线通信中继节点时,基站处和中继处的滤波器矩阵的设计问题。旨在最大化地面用户的加权可达速率之和。由于此优化问题具有非凸性,难以找到解析解。因此将其转化成最小化均方误差的加权和。对转化问题进行求解时,先将基站处和中继处的滤波器矩阵看作定值,求解出接收端的滤波器矩阵和地面移动用户的权重矩阵。接下来依次求解中继处滤波器矩阵和基站处滤波器矩阵,然后通过迭代不断逼近最优值。