随着各种智能设备的普及和快速发展，下一代无线通信系统中终端设备的数量和移动数据都将会出现爆发式的增长。同时，海量的智能终端接入将会产生各种各样的业务，而不同的业务又有着不同的通信性能指标要求。设备和数据量的增长以及业务的多样化都给现有的蜂窝网络带来了新的挑战，特别是在一些通信基础设施匮乏的区域。这些区域在面对基础设施被破坏和区域业务突发性增长等情况时，将会面临更大的困难。经过几十年的技术沉淀，近些年无人机开始被应用到包括安防、巡逻、数据采集、通信等各个领域。由于无人机空中基站的高机动性、易于部署和具备良好的通信链路等优点，使用无人机辅助现有无线通信系统已经成为了国内外学者的一个研究热点。
　　本文考虑到无人机空对地无线通信系统的信道特性与传统地面蜂窝通信系统有显著不同，首先对于无人机空对地无线通信系统进行了信道建模，并通过仿真展示了无人机空对地无线通信系统的信道特性。随后，对于传统物联网系统中数据回传受限问题，本文提出一种无人机辅助物联网数据回传的通信系统，旨在帮助物联网设备进行数据回传的同时使得系统的能量效用最大化。由于该系统的能效优化涉及多个变量参数联合优化并且是一个非凸问题，因此本文基于连续凸优化技术，提出一种联合优化算法来解决该问题，并通过仿真验证了所提算法能够有效提升系统的能效。最后，本文针对传统地面蜂窝网络无法为小区边缘用户提供良好的通信服务问题，提出一种多无人机多地面基站共同服务地面用户的系统架构，通过优化多无人机的部署来提升边缘用户的服务速率。考虑到所提出的多无人机部署优化问题是一个混合整数非凸问题，本文将该问题分为无人机数量确定和位置优化两个子问题，分别使用Louvain算法和基于可行性约束的启发式算法来解决上述两个子问题。仿真结果表明，本文提出的方案能够有效提高用户的服务速率。
　　本文针对无人机在无线通信中的两个具体应用场景进行了建模和分析，并且提出了相应的算法分别优化通信系统的能效和速率。仿真结果显示系统的能效和服务速率能够通过所提算法得到有效提升。本文的研究工作有望为未来无人机在无线通信中的应用提供一些新的思路和参考。