Dos investigadors del DTIC, premiats per un article sobre com millorar la convivència de drons i mòbils en les xarxes 6G

Els investigadors Giovanni Geraci i Mohamed Benzaghta, del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF, són coautors d'un article sobre com millorar la convivència entre drons i dispositius terrestres com els mòbils a les xarxes 6G, recentment premiat en dos certàmens internacionals. L'IEEE, organització internacional que promou avenços tecnològics per al progrés social, ha premiat l'article en el marc de dos fòrums i congressos celebrats recentment a Riad (Aràbia Saudita) i Rio de Janeiro (Brasil).

La recerca en què es basa l'article analitza com garantir la qualitat de la transmissió de dades des dels UAV (vehicles aeris no tripulats en les seves sigles en anglès, més coneguts com a drons) i els dispositius terrestres com els mòbils, en un escenari en què han de conviure de forma creixent. La solució proposada passa per la integració de les xarxes de telecomunicacions terrestres (TNs, en les seves sigles en anglès) i no terrestres (NTNs).

L'article es titula UAV Communications in Integrated Terrestrial and Non-terrestrial Networks i l'han elaborat els dos investigadors del DTIC de la UPF, vinculats al Grup de Recerca Wireless & Secure Communications (WiSeCom), juntament amb Rasoul Nikbakht (vinculat al Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya situat a Barcelona i doctorat al DTIC) i David López Pérez (Huawei Technologies, París). Es va publicar a la revista científica digital arXiv el passat mes d'agost.

Des de la seva publicació, l'article ha rebut dos reconeixements internacionals de l'IEEE, que és l'organització tècnica professional més gran del món. D'una banda, ha rebut el tercer premi en una competició global per impulsar solucions innovadores en l'àmbit de de les telecomunicacions no terrestres més enllà del 5G i el 6G, organitzada per la iniciativa de l'IEEE per promoure les xarxes de futur (IEEE Future Networks Iniciative) i la Comissió de Comunicacions, Espai i Tecnologia de l'Aràbia Saudita (CST en les seves sigles en anglès). El premi, amb una dotació econòmica de 5.000 dòlars, s'ha lliurat en el marc del fòrum Connecting the World from the Skies, organitzat per la International Telecommunication Union (ITU) i la CST entre el 8 i el 10 de novembre d'enguany. A aquesta competició, s'hi van presentar més 100 participants procedents de 17 països i 34 universitats i centres de recerca. Aquest fòrum ha comptat amb la presència de representants del govern de l'Aràbia Saudita i d'executius de grans empreses del sector.

D'altra banda, més recentment, l'article ha rebut el Best Paper Award a l'IEEE Globecom, el congrés de telecomunicacions de major abast del món, celebrat a la ciutat brasilera de Rio de Janeiro entre el 4 i el 8 de desembre. L'article coelaborat pels dos investigadors del DTIC ha estat seleccionat d'entre els prop de 2.800 papers de recerca presentats a aquest certamen, 1.100 d'ells acceptats i tan sols 16 premiats.

La necessitat de garantir una millora convivència entre els UAV i els mòbils o d'altres dispositius terrestres s'ha incrementat durant els darrers temps, davant de l'ús creixent dels drons amb funcions diverses, vinculades no només a les telecomunicacions, sinó a també a la inspecció aèria, la fotografia, l'agricultura de precisió, el control de trànsit, la cerca i rescat o el lliurament de paquets, entre d'altres. A més, durant la propera dècada, es preveu posar en marxa taxis voladors (aerotaxis) a través de la tecnologia dels UAV.

En l'actualitat, la convivència entre drons i dispositius terrestres segueix presentant algunes dificultats. Cal tenir en compte que els drons, degut a l'alçada amb què volen, estan sotmesos a interferències causades per senyals d'una pluralitat d`àrees de cobertura mòbil. Alhora, els senyals emesos pels drons afecten la qualitat de les transmissions de dades dels dispositius terrestres.

La recerca exposada en l'article proposa solucions a aquesta problemàtica, que van més enllà de les propostes plantejades fins ara a partir de les tecnologies 4G i 5G, amb escassa viabilitat econòmica a curt termini, ja que requereixen una renovació dels actuals sistemes de les xarxes de telecomunicacions.

Concretament, la recerca avalua la possibilitat de millorar la convivència dels UAV i els dispositius utilitzats per usuaris de telecomunicacions terrestres a partir d'una xarxa integrada terrestre (TN) -amb desplegament cel·lular terrestre- i no terrestre (NTN).

Giovanni Geraci: "Les constel·lacions de satèl·lits LEO s'estan llançant per proporcionar cobertura a zones que no en tenen (...). Aquests satèl·lits han d'orbitar contínuament i passen regularment sobre àrees urbanes ja connectades a la xarxa terrestre. Ens plantegem explotar les constel·lacions LEO per connectar els drons en àrees urbanes i solucionar aquests problemes de coexistència amb usuaris terrestres"

Les xarxes no terrestres estan formades per una constel·lació de satèl·lits LEO (de baixa òrbita). A propòsit de les xarxes NTN, l'investigador Giovanni Geraci exposa: "Les constel·lacions de satèl·lits LEO s'estan llançant per proporcionar cobertura a zones que no en tenen com països en vies de desenvolupament, àrees rurals... Aquests satèl·lits han d'orbitar contínuament -no són geoestacionaris- i passen regularment sobre àrees urbanes ja connectades a la xarxa terrestre. Ens plantegem explotar les constel·lacions LEO per connectar els drons en àrees urbanes i solucionar aquests problemes de coexistència amb usuaris terrestres".

L'article científic conclou que, en xarxes de comunicació integrades TN i NTN, els UAV poden aconseguir uns nivells de cobertura fiables per a la recepció i enviament de dades, sense que això vagi en detriment del rendiment dels dispositius utilitzats pels usuaris terrestres.

La recerca mostra que, amb l'ús de la xarxa no terrestre, es redueixen gairebé a zero les interrupcions que pateixen els UAV en la recepció i descàrrega de les dades que li arriben via satèl·lit (a través del senyal descendent: del satèl·lit al dron). Per contra, el percentatge d'interrupció se situa en un 70% quan els UAV estan únicament connectats a la xarxa terrestre. Aquests resultats s'han obtingut amb els UAV volant a una alçada de 150 metres.

L'ús de les xarxes no terrestres per part dels UAV també pot contribuir a millorar la qualitat de les comunicacions dels dispositius terrestres. Mitjançant aquest sistema integrat de TN-NTN, es poden reduir del 12 a l'1% les interrupcions del senyal ascendent dels usuaris terrestres.

Mitjançant aquesta xarxa integrada, i tot les limitacions de la seva amplada de banda (en el seu espectre per sota dels 6Gz), s'aconsegueixen els requisits mínims de velocitat de comandament i control dels UAV, fins i tot en una àrea urbana com Barcelona amb un ús elevat d'aquest tipus de dispositius. En àrees amb una menor densitat d'UAV, i a partir de la potencial implementació de tecnologies de transmissió amb major direccionalitat i una reutilització de banda més agressiva, es podria millorar aquesta velocitat i aconseguir un suport d'aplicacions aèries de banda ampla.