在无线通信系统中,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)可被用作空中基站辅助地面基站进行网络覆盖。若在应用过程中能根据实际情况对无人机基站的飞行路线进行优化设计,并合理分配通信资源,整个系统的吞吐量将会达到最大化的效果。本课题研究的无人机基站通信系统考虑了回程链路和用户服务质量约束。这是因为当回程链路的带宽受限时,它可能会限制无人机基站通信的整体性能,并且在无线通信网络中,用户往往具有各不相同的服务质量需求。无人机基站的移动性对于网络整体性能的优化具有相当大的作用。如果能够根据通信需求合理规划无人机的飞行路线,并将飞行路线设计和功率控制联合起来,无人机基站就可以通过建立稳定的视距链路为地面用户提供服务,同时又可避免对其他用户的干扰。为了进一步提高通信性能,系统还可根据信道状态自适应地调整每个数据链路的带宽。因此,本研究根据无人机基站通信网络的动态变化分配通信资源和优化无人机的飞行路线,充分利用全部的优化自由度,来提高系统的通信性能。本文的主要内容如下。首先,研究了一种具有回程和用户服务质量约束的无人机基站系统的带宽、功率与飞行路线优化方法,其中,地面基站(回程链路网关)给无人机发送信息,无人机作为空中基站转发给地面用户,根据不同用户的服务质量要求,本文把用户分为延迟容忍和延迟敏感用户。由于频谱资源稀缺,无人机与回程链路网关之间的回程链路与无人机到用户的数据链路共享相同的频谱。本文通过联合优化回程链路和数据链路的带宽,分配给不同用户的发射功率和无人机的飞行路线来最大化延迟容忍用户的最小速率,但是它受限于无人机的移动性,总带宽,总发射功率,回程数据速率以及对延迟敏感的用户的最小速率的约束。尽管提出的问题是非凸的并且难以求得最优解,但是本文提出一种有效的迭代算法来求得次优解,主要通过交替优化和连续凸优化的方法解决。仿真结果表明,所提出的联合优化算法实现的最小用户速率明显高于基准方案。然后,研究了一种具有回程约束的多无人机基站系统的带宽、功率与飞行路线优化方法,其中,多个无人机作为空中基站接收回程链路网关发来的信息并转发给相应的每一组用户(一个无人机服务一组用户)。为了提高用户的通信性能并合理高效地利用频谱资源,本文通过联合优化所有链路的带宽,功率,无人机基站的飞行路线来最大化所有地面用户的最小速率,这种联合优化受限于回程链路网关与无人机的频谱带宽,传输功率及无人机的移动性,无人机间的防碰撞性。尽管提出的问题是非凸的并且难以求得最优解,但是本文提出一种有效的迭代算法来求得次优解,主要通过交替优化和连续凸优化的方法解决。仿真结果表明,所提出的联合优化算法实现的最小用户速率明显高于基准方案。