Título
Propagation model for cellular mobile networks used in UAVcommunications environmentss
Autor
Silvério, André de Sousa
Resumo
pt
Tendo em conta o crescimento que o mercado de drones tem tido nos últimos anos, é
importante considerar as tecnologias de comunicações móveis assim como as respectivas
infraestruturas e verificar se estas são capazes de suportar diversas aplicações que podem
estar associadas a estes veículos, permitindo isto um custo inferior para os utilizadores
dos mesmos. O tipo de aplicação escolhida para esta tese foi uma streaming de vídeo,
com o objetivo de ultrapassar a limitação das comunicações rádio, em que o utilizador
apenas consegue comunicar com o drone caso este se encontre no seu campo de visão.
Foi necessário ter em conta um modelo de propagação que considerasse as características
únicas de movimentação dum drone, uma vez que os modelos mais utilizados apenas
consideram um utilizador móvel comum que se desloque abaixo do nível das estações
base e respetivas antenas para um espectro de frequências curto/médio. Para a escolha
deste modelo, foi realizado um estudo teórico que permitiu concluir que o Lisbon
University Institute Model é o mais acertado, uma vez que é capaz de cumprir os
requisitos associados a um drone, considerando um intervalo de frequências maior,
permitindo a utilização das tecnologias de terceira e quarta geração, que são fundamentais
para suportar aplicações multimedia, como é o caso da streaming de vídeo. Para verificar
a viabilidade das comunicações móveis, foram feitas medições em três cenários reais em
zona rural recorrendo a um analisador de espectros transportado por um drone, com o
objetivo de monitorizar, fazer a leitura e gravação de dados associados ao comportamento
do sinal para um ficheiro durante a rota de voo.
Com esta abordagem, foi possível analisar a viabilidade das comunicações móveis para a
aplicação de streaming de vídeo num drone, em cenário rural, considerando as
tecnologias UMTS (3G) e LTE (4G). Para além disso, foi ainda possível avaliar o
comportamento do sinal quando o drone se encontra acima do eixo vertical das antenas,
onde o “fenómeno do buraco” ocorre.
en
Recognizing the growth of the drone market in recent years, it is crucial to evaluate the
capacity of the mobile communications technologies as well as their infrastructure to
verify if these are capable to support various applications and services that may associate
with these type of vehicles, achieving lower costs to the users. The type of application
chosen for this thesis is a video streaming that is able to assume different qualities
depending on the RF conditions, in order to overcome the limitation of radio
communications, in which the user is only able to communicate with the drone when in
his line of sight.
It was necessary to take into account a propagation model that considered the unique
characteristics of an UAV, since the most commonly used models only consider a typical
mobile user moving below the level of the BSs and their respective antennas using a
short/medium frequency interval that is not able to consider the third and fourth
generation technologies at once. In order to choose the ideal model, a theoretical study
was carried out, which allowed to conclude that Lisbon University Institute Model is the
most accurate since it is able to fulfill the requirements associated to a flying drone,
considering a larger frequency spectrum, allowing the use of third and fourth generation
technologies that are fundamental to support multimedia services, such as video
streaming.
To verify the viability of mobile communications, measurements were made in three real
scenarios in rural areas using a spectrum analyzer carried by a flying drone, in order to
monitor, read and write the data related to the signal’s behavior into a file, during the
flight route.
Based on this approach, it was possible to analyze the viability of mobile communications
for a video streaming service using a drone, in a rural environment and considering UMTS
and LTE technologies. In addition, evaluate the signal’s performance when the drone is
above the antennas where the “hole phenomenon” occurs, theoretically.