Los investigadores Giovanni Geraci y Mohamed Benzaghta, del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF, son coautores de un artículo sobre cómo mejorar la convivencia entre drones y dispositivos terrestres como los móviles en las redes 6G, recientemente premiado en dos certámenes internacionales. El IEEE, organización internacional que promueve adelantos tecnológicos para el progreso social, ha premiado el artículo en el marco de dos foros y congresos celebrados recientemente en Riad (Arabia Saudí) y Río de Janeiro (Brasil).

La investigación en la que se basa el artículo analiza cómo garantizar la calidad de la transmisión de datos desde los UAV (vehículos aéreos no tripulados en sus siglas en inglés, más conocidos como drones) y los dispositivos terrestres como los móviles, en un escenario en el que tienen que convivir de forma creciente. La solución propuesta pasa por la integración de las redes de telecomunicaciones terrestres (TNs, en sus siglas en inglés) y no terrestres (NTNs).

El artículo se titula UAV Communications in Integrated Terrestrial and Non-terrestrial Networks  y lo han elaborado los dos investigadores del DTIC de la UPF, vinculados al Grupo de Investigación Wireless & Secure Communications (WiSeCom), junto con Rasoul Nikbakht  (vinculado al Centro Tecnológico de Telecomunicaciones de Cataluña situado en Barcelona y doctorado en el DTIC) y David López Pérez  (Huawei Technologies, París). Se publicó en la revista científica digital arXiv el pasado mes de agosto.

Tercer premio en la competición de la IEEE Future Networks Iniciative, concedido en Riad

Desde su publicación, el artículo ha recibido dos reconocimientos internacionales del IEEE, que es la organización técnica profesional más grande del mundo. Por un lado, ha recibido el tercer premio en una competición global para impulsar soluciones innovadoras en el ámbito de las telecomunicaciones no terrestres más allá del 5G y el 6G, organizada por la iniciativa de la IEEE para promover las redes de futuro (IEEE Future Networks Iniciative) y la Comisión de Comunicaciones, Espacio y Tecnología de Arabia Saudí (CST en sus siglas en inglés). El premio, con una dotación económica de 5.000 dólares, se ha concedido en el marco del foro Connecting the World from the Skies, organizado por la International Telecommunication Union (ITU) (ITU) y la CST entre el 8 y el 10 de noviembre de este año. A esta competición, se presentaron más 100 participantes procedentes de 17 países y 34 universidades y centros de investigación. Este foro contó con la presencia de representantes del gobierno de Arabia Saudí y de ejecutivos de grandes empresas del sector.

Reconocido con el Best Paper Award del IEEE Globecom

Por otro lado, más recientemente, el artículo ha recibido el Best Paper Award en el IEEE Globecom Best Paper Award en el IEEE Globecom, el congreso de telecomunicaciones de mayor alcance del mundo, celebrado en la ciudad brasileña de Río de Janeiro entre el 4 y el 8 de diciembre. El artículo coelaborado por los dos investigadores del DTIC ha sido seleccionado de entre los cerca de 2.800 papeles de investigación presentados a este certamen, 1.100 de ellos aceptados y tan solo 16 premiados.

Una respuesta para disminuir las interferencias de las señales de drones y dispositivos terrestres

La necesidad de garantizar una mejora convivencia entre los UAV y los móviles u otros dispositivos terrestres se ha incrementado durante los últimos tiempos, ante el uso creciente de los drones con funciones diversas, vinculadas no solo a las telecomunicaciones, sino a también a la inspección aérea, la fotografía, la agricultura de precisión, el control de tráfico, la búsqueda y rescate o la entrega de paquetes, entre otras. Además, durante la próxima década, se prevé poner en marcha taxis voladores (aerotaxis) a través de la tecnología de los UAV.

En la actualidad, la convivencia entre drones y dispositivos terrestres sigue presentando algunas dificultades. Hay que tener en cuenta que los drones, debido a la altura a la que vuelan, están sometidos a interferencias causadas por señales de una pluralidad de áreas de cobertura móvil. A la vez, las señales emitidas por los drones afectan la calidad de las transmisiones de datos de los dispositivos terrestres.

Una solución basada en la integración de redes terrestres y no terrestres

La investigación expuesta en el artículo propone soluciones a esta problemática, que van más allá de las propuestas planteadas hasta ahora a partir de las tecnologías 4G y 5G, con escasa viabilidad económica a corto plazo, puesto que requieren una renovación de los actuales sistemas de las redes de telecomunicaciones.

Concretamente, la investigación evalúa la posibilidad de mejorar la convivencia de los UAV y los dispositivos utilizados por usuarios de telecomunicaciones terrestres a partir de una red integrada terrestre (TN) -con despliegue celular terrestre- y no terrestre (NTN).

Giovanni Geraci: “Las constelaciones de satélites LEO se están lanzando para proporcionar cobertura a zonas que no tienen (...). Estos satélites tienen que orbitar continuamente y pasan regularmente sobre áreas urbanas ya conectadas en la red terrestre. Nos planteamos explotar las constelaciones LEO para conectar los drones en áreas urbanas y solucionar estos problemas de coexistencia con usuarios terrestres”

Las redes no terrestres están formadas por una constelación de satélites LEO (de baja órbita). A propósito de las redes NTN, el investigador Giovanni Geraci  expone: “Las constelaciones de satélites LEO se están lanzando para proporcionar cobertura a zonas que no tienen como países en vías de desarrollo, áreas rurales... Estos satélites tienen que orbitar continuamente -no son geoestacionarios- y pasan regularmente sobre áreas urbanas ya conectadas en la red terrestre. Nos planteamos explotar las constelaciones LEO para conectar los drones en áreas urbanas y solucionar estos problemas de coexistencia con usuarios terrestres”.

El artículo científico concluye que, en redes de comunicación integradas TN y NTN, los UAV pueden conseguir unos niveles de cobertura fiables para la recepción y envío de datos, sin que esto vaya en detrimento del rendimiento de los dispositivos utilizados por los usuarios terrestres.

Se reducen casi a cero las interrupciones de las señales de comunicaciones de drones y dispositivos terrestres

La investigación muestra que, con el uso de la red no terrestre, se reducen casi a cero las interrupciones que sufren los UAV en la recepción y descarga de los datos que le llegan vía satélite (a través de la señal descendente: del satélite al dron). Por el contrario, el porcentaje de interrupción se sitúa en un 70% cuando los UAV están únicamente conectados en la red terrestre. Estos resultados se han obtenido con los UAV volando a una altura de 150 metros.

El uso de las redes no terrestres por parte de los UAV también puede contribuir a mejorar la calidad de las comunicaciones de los dispositivos terrestres. Mediante este sistema integrado de TN-NTN, se pueden reducir del 12 al 1% las interrupciones de la señal ascendente de los usuarios terrestres.

Mediante esta red integrada, y a pesar de las limitaciones de su ancho de banda (en su espectro por debajo de los 6Gz), se consiguen los requisitos mínimos de velocidad de mando y control de los UAV, incluso en un área urbana como Barcelona con un uso elevado de este tipo de dispositivos. En áreas con una menor densidad de UAV, y a partir de la potencial implementación de tecnologías de transmisión con mayor direccionalidad y una reutilización de banda más agresiva, se podría mejorar esta velocidad y conseguir un apoyo de aplicaciones aéreas de banda ancha.