Los vehículos aéreos no tripulados (UAV, del inglés unmanned aerial vehicle), también conocidos comúnmente como drones, son aparatos autopilotados o controlados remotamente. La tecnología dron tiene numerosas aplicaciones: inspección aérea, fotografía, agricultura de precisión, control de tráfico, búsqueda y rescate, entrega de paquetes, y telecomunicaciones, entre otros. Se prevé un crecimiento exponencial de la industria mundial de vehículos aéreos no tripulados en los próximos años.

Un trabajo publicado en edición avanzada por Giovanni Geraci y Ángel Lozano, miembros del Departamento de Tecnologías de la Información y as Comunicaciones DTIC de la UPF,  parte de la pregunta ¿cuál será el futuro de las comunicaciones móviles con drones? Un trabajo que publican junto con investigadores de las universidades de Nueva York, del Estado de Carolina del Norte (EE.UU.), de Luxemburgo y de Paris-Saclay, así como de Huawei Technologies, todos ellos miembros de la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

"Nos embarcamos en el viaje de 5G a 6G y compartimos una gran cantidad de estudios de casos realistas respaldados por resultados originales"

Si bien la temática de las comunicaciones móviles con y desde drones ha avanzado en los últimos años, quedan muchos desafíos fundamentales por abordar. "En este artículo tutorial, combinamos visiones académicas e industriales para el viaje de 5G a 6G y compartimos una gran cantidad de estudios de casos realistas respaldados por resultados originales", afirma Geraci, primer autor del trabajo.

El artículo comienza con una descripción general del status quo de las comunicaciones con drones desde un punto de vista industrial, aportando datos actualizados del 3GPP (3rd Generation Partnership Project), la organización que desde 1998 desarrolla los estándares de comunicación móvil. En concreto, el trabajo detalla las nuevas características de 5G NR (NR, New Radio), la nueva tecnología desarrollada por el 3GPP para la quinta generación de redes celulares, en soporte de dispositivos aéreos.

"Mostramos evaluaciones alentadoras de cobertura en entornos urbanos y suburbanos / rurales, y examinamos las peculiaridades de las comunicaciones directas de dispositivo a dispositivo en el cielo"

A continuación los autores muestran el potencial y las limitaciones de la imbricación de drones en las redes 5G. Por ejemplo, una matriz de antenas puede recibir datos y enviar datos a múltiples dispositivos al mismo tiempo. "En particular, demostramos cómo matrices masivas de este tipo pueden abordar con éxito la selección de células y los desafíos de la interferencia, mostramos evaluaciones alentadoras de cobertura en entornos urbanos y suburbanos / rurales a frecuencias milimétricas, y examinamos las peculiaridades de las comunicaciones directas de dispositivo a dispositivo en el cielo", explica Geraci. Onda milimétrica o “mmWave” es el espectro de corta longitud de onda entre los 24 GHz y los 100 GHz, frecuencias muy superiores a las que se usan en los sistemas 4G, y que tienen la capacidad de entregar servicios inalámbricos de gigabits por segundo en zonas con muy alta demanda de datos.

Comunicaciones UAV prometedoras para el 2030

En este mismo trabajo se comentan los sistemas de comunicaciones de próxima generación, enumerando algunos de los casos de uso previstos para la década del 2030. Los autores identifican los habilitadores 6G más prometedores para la comunicación con drones, aquellos de los que se espera lleven el rendimiento y la fiabilidad al siguiente nivel. Para cada uno de estos nuevos paradigmas disruptivos (redes no terrestres, arquitecturas sin celdas, inteligencia artificial, superficies inteligentes reconfigurables y comunicaciones a frecuencias incluso más altas que las milimétricas), los autores evalúan los posibles beneficios para los drones y discuten los principales obstáculos tecnológicos que se interponen en el camino.

Finalmente, el artículo extrae las principales conclusiones del estado del arte de las comunicaciones con drones y los hallazgos más relevantes, al tiempo que identifican algunos problemas clave, aún por resolver, de esta prometedora tecnología.

Artículo de referencia:

Giovanni Geraci, Adrian Garcia-Rodriguez, M. Mahdi Azari, Angel Lozano, Marco Mezzavilla, Symeon Chatzinotas, Yun Chen, Sundeep Rangan, Marco Di Renzo (2021) "What Will the Future of UAV Cellular Communications Be? A Flight from 5G to 6G", preprint, mayo. https://arxiv.org/pdf/2105.04842.pdf