近年来,无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)高机动性和低成本的特点使得其在无线通信领域受到广泛应用。比如在灾区应急通信和郊区辅助通信场景中,利用无人机作为空中基站,可以快速灵活地建立无线通信网络,从而保障信息传输。在无人机通信系统中,无人机的轨迹规划和无线资源分配往往会对系统的性能产生重要的影响。因此,本课题以实际应用场合为研究背景,构建相应的数学模型,研究在不同条件下,无人机基站通信系统的最优轨迹和资源分配联合优化算法。本文的主要创新点是在无人机通信网络中引入多天线阵列,然而,这将导致通信网络的传输性能受到入射角的影响,并使得问题呈现高度非线性,极难求解,目前尚未有文献对此问题进行研究。为此,本文提出一种基于块坐标轮换下降和连续凸近似迭代求解算法。具体包括以下研究内容:(1)针对单天线无人机,研究基于频分多址的下行传输服务。为了最大化多个地面用户的最小吞吐量,在无人机能量和飞行时间的约束下,考虑无人机飞行轨迹和用户带宽的联合优化问题。由于轨迹和带宽之间的非线性耦合以及能量约束的非凸特性,导致该问题通常难以求解。因此,本文提出一种基于块坐标轮换下降和连续凸近似的双层迭代算法。首先,通过块坐标轮换下降法将轨迹设计问题和带宽分配问题解耦合,并进行迭代求解。其中,轨迹优化子问题仍为非凸问题,因此需利用连续凸近似对该子问题进一步进行简化。(2)针对阵列天线无人机,研究基于空分多址下行的传输服务。考虑一个装有阵列天线的无人机,在从起始位置飞往预定终点位置的过程中,分别采用最大比发送和迫零两种不同的预编码技术,同时向多个地面用户传送数据。在无人机飞行状态和飞行时间受限的条件下,以系统传输速率最大化为目标,考虑航迹和用户功率分配联合优化问题。由于航迹和功率间的非线性耦合,导致该问题难以求解。因此,本文提出一种基于块坐标轮换下降和连续凸近似的算法。首先,通过块坐标轮换下降法将分别采用两种预编码技术的轨迹设计问题和功率分配问题解耦合,并进行迭代求解。其中,轨迹优化子问题和功率优化子问题仍均为非凸问题,因此需利用连续凸近似对相应的子问题进一步简化。仿真结果表明了本文所提算法的有效性,给出了两种场景下无人机的最佳航迹规划和资源分配情况。本文的研究内容及其成果丰富了无人机通信领域的研究内涵,对于推动无人机辅助无线网络的应用具有重要的意义。