Diseño y simulación de una red 5G basada en estaciones base aéreas con UAV en entornos urbanos

Resumen

Las redes móviles futuras suponen implementaciones ultradensas de estaciones base (BS) en su mayoría estáticas, representadas típicamente por celdas pequeñas, para satisfacer las demandas de comunicación de un número creciente y una diversidad de equipos de usuario. Se espera que se implementen decenas de BS por kilómetro cuadrado en áreas con mucho tráfico. Es probable que los despliegues ultradensos de celdas pequeñas estáticas destinados a cumplir tales requisitos sean costosos e ineficientes en términos de costes, ya que muchas de estas BS recién construidas estarán desaprovechadas (en términos de carga de comunicación) la mayor parte del tiempo, mientras que en otros periodos pueden tener una carga de tráfico muy elevada, de forma puntual.
Una posible solución es el uso de estaciones base aéreas mediante UAV (Unnamed Aerial Vehicles). Las características notables de los UAV, como la movilidad, la flexibilidad en el espacio tridimensional y altitud adaptativa, hace que sean capaces de proporcionar una alta calidad de servicio, alta capacidad y baja interferencia. En los últimos años, varios experimentos han constatado que una sola estación base aérea ofrece un mejor servicio que varias estaciones base terrestres en términos de calidad de señal, cobertura, rendimiento y capacidad de canal.
El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es el estudio y diseño de una red 5G mediante la implementación de estaciones base aéreas con UAV. Concretamente, se ha realizado el estudio en las cercanías del estadio Santiago Bernabéu, donde, de forma puntual existe una congestión en la red debida al alto número de usuarios activos por la celebración de eventos temporales.
En primer lugar, se ha realizado un estudio teórico tanto de la tecnología 5G como de los UAV y su uso como estaciones base aéreas, donde se analizan sus prestaciones, funcionamiento, casos de uso y los desafíos que suponen. Tras este estudio, se procede al diseño y a la simulación de la red utilizando la herramienta de planificación radioeléctrica Xirio-Online, que proporciona cálculos basados en estudios de cobertura, considerando variables como la distribución geográfica de los puntos de acceso, la densidad de dispositivos conectados y los posibles obstáculos o interferencias. Se ha llevado a cabo una búsqueda de los equipos necesarios, así como una serie de cálculos relevantes y parametrización previa a la simulación. A continuación, se han realizan dos estudios de cobertura que han ofrecido resultados como el nivel de señal recibida, nivel de solapamiento y nivel de interferencia existente en la red.
Tras analizar los resultados obtenidos, se concluye que estos son muy favorables y justifican la viabilidad de una red 5G basada en estaciones base aéreas con UAV. Sin embargo, algunos desafíos como la recarga de las baterías de los drones o su posicionamiento optimo se abordarán en investigaciones futuras.