迈向智能天空：低空无线网络的信号处理与人工智能基础

《IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing》：Toward Intelligent Skies: Signal Processing and AI Foundations of Low-Altitude Wireless Networks

　　

摘要：

由无人机（UAV）驱动的低空航空服务和应用的快速增长，要求构建超越传统地面网络的新型数字基础设施。低空无线网络（LAWN）被提出作为一种动态可重构的三维架构，通过整合空中和地面节点，在开放且安全关键的空域中提供连接、感知和控制功能。本教程从人工智能（AI）和信号处理的联合视角，全面阐述了LAWN。我们首先回顾了LAWN的历史演进和架构基础，介绍了基于高度的分层和功能平面，并总结了监管和标准化现状。在此基础上，我们讨论了LAWN的信号处理基础，包括三维信道和系统模型、性能指标、波形和接收机设计、定位和跟踪，以及多功能协同设计。接下来，我们综述了用于LAWN的AI技术，涵盖感知、控制、资源管理和安全方面的判别式和生成式模型，以及用于任务规划和闭环优化的新兴范式，如基础模型、大语言模型和数字孪生。为说明AI与信号处理的实际整合，我们提供了一个案例研究，展示了一个由AI驱动的多层LAWN，该网络混合了卫星、高空和地面节点。最后，本教程概述了架构设计、信号处理与AI协同设计、安全与保障、实验验证和标准化方面的关键研究挑战，并强调了LAWN向智能空域中可靠、AI原生的基础设施演进的机遇。