Μελέτη και προσομοίωση της χρήσης μη επανδρωμένων ιπτάμενων οχημάτων για τη βελτίωση της επίδοσης των ασύρματων κινητών δικτύων.

Abstract

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η παράθεση των νέων τεχνολογιών που προβλέπεται να χρησιμοποιηθούν στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G). Έμφαση δίνεται σε τρεις τομείς. Ο πρώτος είναι η νέα τεχνική πολλαπλής πρόσβασης μη ορθογώνιας πολλαπλής πρόσβαση (Non Orthogonal Multiple Access - NOMA) η οποία εξετάζεται για χρήση στα δίκτυα 5G. Γίνεται επίσης ανάλυση νέων υπηρεσιών επικοινωνίας που θα επεκτείνουν την χρήση των δικτύων κινητής τηλεφωνίας σε νέου τομείς. Επιπλέον εξετάζεται η χρήση μη επανδρωμένων ιπτάμενων οχημάτων (Unmanned Aerial Vehicles - UAVs) για την επέκταση της κάλυψης και χωρητικότητας των δικτύων κινητής τηλεφωνίας. Χρησιμοποιούνται μοντέλα τα οποία βασίζονται σε πρακτικά σενάρια λειτουργίας υπαρχόντων δικτύων. Προσομοιώνεται η μετάδοση μεταξύ σταθμού βάσης και συσκευής κινητής τηλεφωνίας από πολλαπλές διαδρομές (multipath fading) υπό συνθήκες οπτικής ή μη επαφής. Τα μοντέλα εξετάζονται ως προς τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και τον ρυθμό σφαλμάτων για διάφορες ψηφιακές διαμορφώσεις και διαφορετικές συνθήκες ασύρματου καναλιού. Το κύριο συμπέρασμα το οποίο προκύπτει είναι ότι η ύπαρξη οπτικής επαφής μεταξύ σταθμού βάσης και συσκευής κινητής τηλεφωνίας επιφέρει καλύτερα αποτελέσματα ως προς τον ρυθμό σφαλμάτων και τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων. Έπειτα πραγματοποιείται προσομοίωση ενός μοντέλου στο οποίο εξετάζεται η χρήση μη επανδρωμένου ιπτάμενου οχήματος ως σταθμός βάσης ενός δικτύου κινητής τηλεφωνίας. Το μη επανδρωμένο ιπτάμενο όχημα θεωρείται ότι τοποθετείται μεταξύ ενός επίγειου σταθμού βάσης και μιας συσκευής κινητής τηλεφωνίας. Το ασύρματο κανάλι σε αυτό το μοντέλο περιλαμβάνει δύο μέρη. Το πρώτο εντοπίζεται μεταξύ σταθμού βάσης και οχήματος και χαρακτηρίζεται από ελεύθερη εκπομπή. Το δεύτερο εμφανίζεται μεταξύ οχήματος και συσκευής κινητής τηλεφωνίας και χαρακτηρίζεται από συνθήκες οπτικής επαφής. Έπειτα συγκρίνεται με μοντέλο στο οποίο γίνεται μετάδοση υπό συνθήκες μη οπτικής επαφής. Τα μοντέλα εξετάζονται υπό συγκεκριμένες συνθήκες ασύρματου καναλιού για τις ίδιες ψηφιακές διαμορφώσεις σε συνθήκες αστικού περιβάλλοντος. Από την σύγκριση των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι η επέκταση της μετάδοσης υπό οπτική επαφή επιφέρει καλύτερα αποτελέσματα σε όλο το εύρος ψηφιακών διαμορφώσεων. Στο τελευταίο μέρος αναλύονται συμπεράσματα σχετικά με την εφικτότητα της χρήσης μη επανδρωμένων ιπτάμενων οχημάτων και μελλοντικές κατευθύνσεις για περαιτέρω έρευνα σχετικά με την χρήση τους.