在未来,随着物联网应用的普及,无线网络将支持上千亿的接入设备,当前的蜂窝基础架构将迎接巨大的挑战。不仅如此,在体育赛场、室外音乐会场、灾害发生区域等临时、紧急的特殊场景中,地面基站时常出现过载或发生故障,而临时部署地面通信设施耗时、耗资巨大。本文的研究工作主要是利用无人机空中基站辅助地面通信设施,来解决临时性特殊区域的通信问题,充分利用无人机灵活部署的特性,建立起空-地联合通信系统,扩大网络覆盖范围,提升对用户的服务性能。研究主要工作总结如下:首先,针对短时间内信息接收稠密区域,利用无人机空中基站与地面基站共同提供服务的情况进行了研究。根据无人机基站和地面基站分布特点,采用最近关联策略,推导出用户分别关联无人机基站及地面基站的关联概率,进一步得出整个通信系统的覆盖率,仿真结果验证了理论推导的正确性。此外,重点分析无人机飞行高度对于关联概率、覆盖率的影响,结合基站密度部署情况,得到最佳的飞行高度,实现系统覆盖的最大化。其次,针对出现通信中断的区域,利用无人机空中基站接替故障基站提供服务的情况进行了研究。根据地面基站与用户分布特点进行位置假设,推导出通信故障区域之外基站干扰的拉普拉斯表达式以及系统覆盖率表达式,并且进行了仿真验证。此外,针对Nakagami-m衰落信道的衰落参数以及基于空地高度的路径损耗因子进行了着重讨论,分析出通信环境中障碍物对于接收信号质量的严重影响,在此基础上通过对空中基站飞行高度及发射天线波束宽度的联合控制,实现对不同大小的通信中断区域的最佳覆盖性能。