Els vehicles aeris no tripulats (UAV, de l'anglès unmanned aerial vehicle), també coneguts comunament com a drons, són aparells autopilotats o controlats remotament. La tecnologia dron té nombroses aplicacions: inspecció aèria, fotografia, agricultura de precisió, control de trànsit, cerca i rescat, lliurament de paquets, i telecomunicacions, entre altres. Es preveu un creixement exponencial de la indústria mundial de vehicles aeris no tripulats en els propers anys.

Un treball publicat en edició avançada per Giovanni Geraci i Ángel Lozano, investigadors del Departament de Tecnologies de la Informació i es Comunicacions (DTIC) de la UPF, parteix de la pregunta: quin serà el futur de les comunicacions mòbils amb drons? Un treball que publiquen juntament amb investigadors de les universitats de Nova York, de l'Estat de Carolina de Nord (EUA), de Luxemburg i de Paris-Saclay, així com d'Huawei Technologies, tots ells membres de la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

"Ens vam embarcar en el viatge de 5G a 6G i compartim una gran quantitat d'estudis de casos realistes recolzats per resultats originals"

Si bé la temàtica de les comunicacions mòbils amb i des de drons ha avançat en els últims anys, queden molts reptes fonamentals per abordar. "En aquest article tutorial, combinem visions acadèmiques i industrials per al viatge de 5G a 6G i compartim una gran quantitat d'estudis de casos realistes recolzats per resultats originals", afirma Geraci, primer autor del treball.

L'article s’inicia amb una descripció general de l'status quo de les comunicacions amb drons des d'un punt de vista industrial. Aporta dades actualitzades de 3GPP (3rd Generation Partnership Project), l'organització que des de 1998 desenvolupa els estàndards de comunicació mòbil. En concret, el treball detalla les noves característiques de 5G NR (NR, New Ràdio), la nova tecnologia desenvolupada pel 3GPP per a la cinquena generació de xarxes mòbils, en suport de dispositius aeris.

"Mostrem avaluacions encoratjadores de cobertura en entorns urbans i suburbans / rurals, i examinem les peculiaritats de les comunicacions directes de dispositiu a dispositiu al cel"

A continuació els autors mostren el potencial i les limitacions de la imbricació de drons en les xarxes 5G. Per exemple, una matriu d'antenes pot rebre dades i enviar dades a múltiples dispositius al mateix temps.

"En particular, demostrem com matrius massives d'aquest tipus poden abordar amb èxit la selecció de cèl·lules i els desafiaments de la interferència, mostrem avaluacions encoratjadores de cobertura en entorns urbans i suburbans / rurals a freqüències mil·limètriques, i examinem les peculiaritats de les comunicacions directes de dispositiu a dispositiu al cel", explica Geraci. Onda mil·limètrica o "mmWave" és l'espectre de curta longitud d'ona entre els 24 GHz i els 100 GHz, freqüències molt superiors a les que es fan servir en els sistemes 4G, i que tenen la capacitat de lliurar serveis sense fils de gigabits per segon en zones amb molt alta demanda de dades.

Comunicacions UAV prometedores per al 2030

En aquest mateix treball es comenten els sistemes de comunicacions de pròxima generació, enumerant alguns dels casos d'ús previstos per a la dècada del 2030. Els autors identifiquen els habilitadors 6G més prometedors per a la comunicació amb drons, aquells dels quals s'espera portin el rendiment i la fiabilitat al següent nivell. Per a cadascun d'aquests nous paradigmes disruptius (xarxes no terrestres, arquitectures sense cel·les, intel·ligència artificial, superfícies intel·ligents reconfigurables i comunicacions a freqüències fins i tot més altes que les mil·limètriques), els autors avaluen els possibles beneficis per als drons i discuteixen els principals obstacles tecnològics que s'interposen en el seu camí.

Finalment, l'article extreu les principals conclusions de l'estat de l'art de les comunicacions amb drons i les troballes més rellevants, al temps que s’identifiquen alguns problemes clau, encara per resoldre, d'aquesta prometedora tecnologia.

Article de referència:

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, maig. https://arxiv.org/pdf/2105.04842.pdf