Truyền thông UAV cho mạng 5G và các mạng sau 5G

04/01/2022 10:20
Theo dõi ICTVietnam trên

Mạng di động thế hệ thứ năm (5G) sẽ hỗ trợ lưu lượng truy cập tăng ít nhất gấp 1.000 lần, cho 100 tỷ thiết bị kết nối không dây và đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy, độ trễ, thời lượng pin, v.v.. vượt xa so với mạng di động thế hệ thứ tư (4G). Ngày nay, sự phổ biến của Internet kết nối vạn vật (IoT) đã làm tăng lưu lượng dữ liệu di động cho các mạng không dây 5G và xa hơn nữa là các mạng sau 5G (B5G).

Theo báo cáo mới nhất, lưu lượng di động toàn cầu sẽ đạt 1 zettabyte/tháng vào năm 2028. Điều này sẽ khiến cơ sở hạ tầng hiện tại phải đối mặt với nhu cầu dung lượng lớn và cũng đặt ra gánh nặng cho các nhà khai thác viễn thông về việc tăng vốn đầu tư và chi phí vận hành. Giải pháp ban đầu là sử dụng các mạng không đồng nhất (HetNets) để đáp ứng những nhu cầu ngày càng tăng này. 

Tuy nhiên, trong các tình huống bất ngờ hoặc khẩn cấp (chẳng hạn như cứu trợ thiên tai và phục hồi dịch vụ), việc triển khai cơ sở hạ tầng trên mặt đất là không khả thi và đầy thách thức về mặt kinh tế do chi phí hoạt động cao cũng như môi trường phức tạp và dễ biến động. Để xử lý vấn đề này, kiến trúc không đồng nhất thông minh sử dụng các phương tiện bay không người lái (hay thường được gọi là máy bay không người lái) UAV được coi là một mô hình mới đầy hứa hẹn.

Lời mở đầu

Thị trường toàn cầu cho UAV đã phát triển đáng kể trong thập kỷ qua và dự kiến sẽ tăng vọt từ 19,3 tỷ USD vào năm 2020 lên 45.8 tỷ USD vào năm 2025. Các yếu tố thúc đẩy quy mô thị trường tăng trưởng mạnh mẽ là: chi phí sản xuất ngày càng giảm và số lượng ứng dụng ngày càng tăng trong nhiều lĩnh vực dân sự và thương mại, bao gồm giám sát và theo dõi, hình ảnh trên không, nông nghiệp, hậu cần thông minh, ứng phó thảm họa và chăm sóc khẩn cấp trước khi nhập viện.

Gần đây, UAV cũng đã được ứng dụng trên toàn thế giới để chống lại sự lây lan của COVID-19, ví dụ, để tạo điều kiện thuận lợi cho việc liên lạc/truyền phát thông tin, khử trùng các khu vực bị ảnh hưởng bởi ổ dịch, cung cấp nguồn cung cấp quan trọng và đo nhiệt độ cơ thể. Truyền thông không dây là một công nghệ thiết yếu để khai thác toàn bộ tiềm năng của UAV trong nhiều ứng dụng và do đó đã nhận được sự quan tâm chưa từng có trong thời gian gần đây. Sự kết hợp UAV với các công nghệ 5G mới nhất đưa tốc độ truyền thông được nâng cao đáng kể là cách tiếp cận hiệu quả và hứa hẹn nhất về chi phí.

Trong ba kịch bản sử dụng các mạng không dây trong tương lai là băng rộng di động nâng cao (enhanced mobile broadband - eMBB), truyền thông thời gian trễ thấp và tin cậy cực cao (ultra-reliable and low-latency communications - URLLC) và truyền thông loại máy số lượng lớn (massive machine type communications - mMTC), UAV có thể đóng vai trò trung tâm trong việc cung cấp khôi phục dịch vụ mạng trong khu vực bị thiên tai, tăng cường an toàn mạng lưới công cộng hoặc xử lý các tình huống khẩn cấp khác khi URLLC được yêu cầu và đặc biệt, eMBB UAV có thể được coi là một bổ sung quan trọng cho mạng di động 5G. Do đó, UAV được xác định là một thành phần quan trọng của công nghệ không dây 5G/B5G.

Là một ứng cử viên thay thế hoặc bổ sung cho các mạng di động trên mặt đất, truyền thông UAV có các đặc điểm sau:

• Truyền thông theo tầm nhìn thẳng: UAV không người lái bay trên bầu trời có khả năng kết nối với người dùng mặt đất thông qua liên kết theo tầm nhìn thẳng (LoS), tạo điều kiện truyền dẫn tin cậy cao ở khoảng cách lớn. Ngoài ra, các UAV có thể điều chỉnh vị trí bay lơ lửng của chúng để duy trì chất lượng của các liên kết.

• Khả năng triển khai động: So với cơ sở hạ tầng mặt đất tĩnh, UAV có thể được triển khai động theo yêu cầu thời gian thực trước những thay đổi của môi trường. Ngoài ra, UAV với tư cách là BS trên không trung không đòi hỏi chi phí thuê địa điểm, không cần tháp và cáp.

• Mạng bầy đàn dựa trên UAV: Một nhóm các UAV có khả năng tạo thành các mạng gồm nhiều UAV, có thể mở rộng và cung cấp kết nối ở khắp nơi cho người dùng mặt đất. Với tính linh hoạt cao và tính năng cung cấp nhanh chóng, mạng đa UAV là một giải pháp khả thi để khôi phục và mở rộng liên lạc một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Truyền thông UAV cho mạng 5G và các mạng sau 5G  - Ảnh 1.

Kiến trúc sử dụng UAV cho 5G/B5G

1. Mạng tích hợp không gian - không trung - mặt đất

Để đáp ứng đa dạng các dịch vụ IoT với các yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau trong các tình huống thực tế khác nhau (ví dụ: thành thị, nông thôn và các khu vực dân cư thưa thớt), bắt buộc phải khai thác các lợi thế của từng mô hình mạng. 

Ví dụ, các mạng mặt đất được triển khai dày đặc ở các khu vực đô thị có thể hỗ trợ truy cập tốc độ dữ liệu cao, các hệ thống thông tin vệ tinh có thể cung cấp phạm vi phủ sóng rộng và kết nối liền mạch đến các khu vực xa xôi và dân cư thưa thớt nhất, trong khi truyền thông UAV có thể hỗ trợ thông tin di động mạng tế bào hiện có để phục hồi nhanh dịch vụ và giảm tải lưu lượng ở các khu vực cực kỳ đông đúc theo cách hiệu quả về chi phí. Hiện tại, mạng tồn tại riêng lẻ không thể đáp ứng được nhu cầu xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ và thực thi các ứng dụng quan trọng như IoT, điện toán đám mây và dữ liệu lớn. Do đó, cần phát triển một kiến trúc mạng tích hợp mạng trong không gian, mạng trên không trung và mạng trên mặt đất.

Truyền thông UAV cho mạng 5G và các mạng sau 5G  - Ảnh 2.

Hình 1. Mạng tích hợp không gian - không trung - mặt đất.

Kiến trúc tổng thể của mạng tích hợp không gian - không trung - mặt đất (Hình 1) được phân thành các lớp trong không gian, các lớp trên không trung và các lớp trên mặt đất. Trong đó, các UAV được triển khai để thiết lập mạng lưới UAV multi-tier, giống như mạng trên mặt đất bao gồm cơ sở hạ tầng truy cập vô tuyến, người dùng và phương tiện di động. Đồng thời, các bộ điều khiển mạng được định nghĩa bằng phần mềm (SDN) có thể được triển khai để điều chỉnh các hành vi mạng và quản lý tài nguyên mạng một cách nhanh chóng và linh hoạt (bằng phần mềm) để tạo điều kiện thuận lợi cho việc liên kết giữa không gian - không trung - mặt đất.

Mạng không gian bao gồm một số vệ tinh ở các quỹ đạo khác nhau (như quỹ đạo trái đất địa tĩnh (35.786km), quỹ đạo trái đất thấp (700-2.000km) và quỹ đạo trái đất trung bình (8.000-20.000km)), trạm mặt đất và trung tâm điều khiển hoạt động mạng. Các vệ tinh ở các quỹ đạo khác nhau, với các chủng loại và thuộc tính khác nhau có thể tạo thành một mạng toàn cầu dựa trên không gian thông qua các liên kết giữa các vệ tinh, từ đó sử dụng các kỹ thuật phát quảng bá hoặc đa phát để cải thiện dung lượng mạng. Trong khi đó, bằng cách thiết lập các liên kết giữa vệ tinh với UAV và vệ tinh với mặt đất tạo ra các kết nối với các vệ tinh gần kề và mạng di động mặt đất của chúng. Trên cơ sở đó, mạng dựa trên không gian có thể phủ sóng toàn cầu với các dịch vụ cứu hộ khẩn cấp, điều hướng, quan sát trái đất và liên lạc/chuyển tiếp. Tuy nhiên, việc cung cấp dữ liệu giữa các vệ tinh và phân đoạn mặt đất bị ảnh hưởng bởi độ trễ đường truyền lớn do suy hao đường truyền trong không gian tự do lớn và suy giảm tầng đối lưu. Việc sử dụng băng tần cao hơn để cung cấp các dịch vụ có độ trễ thấp và thông lượng cao là điều bắt buộc, chẳng hạn như băng tần C và băng tần Ka. Điều đáng chú ý là kênh từ vệ tinh đến UAV chủ yếu dựa vào liên kết LoS và cũng bị suy giảm đáng kể do mưa khi sử dụng băng tần Ka trở lên. Dựa trên các ứng dụng và thiết bị của mình, UAV có thể giao tiếp với các vệ tinh ở các quỹ đạo khác nhau trong quá trình điều hướng của UAV.

Nói chung, vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh được sử dụng cho kết nối từ vệ tinh tới UAV bởi vì vị trí của nó so với trái đất luôn bất biến. Đối với liên kết giữa UAV với vệ tinh, tiền đề của việc thiết lập liên kết thành công là sắp thẳng hàng búp sóng từ UAV tới vệ tinh mục tiêu nhưng điều này bị ảnh hưởng bởi việc điều hướng liên tục của các UAV. Một giải pháp đưa ra là UAV cần phải liên tục điều chỉnh búp sóng của nó về phía vệ tinh mục tiêu để duy trì liên kết.

Mạng trên không trung bao gồm nhiều loại nền tảng bay không người lái như UAV, khí cầu hoặc khinh khí cầu có thể bị hạn chế ở các độ cao hoạt động khác nhau. Nói chung, UAV được trang bị bộ thu phát để cung cấp khả năng truy cập Internet linh hoạt cho một nhóm người dùng mặt đất và drone-cell là vùng phủ sóng tương ứng. Kích thước của drone-cell phụ thuộc vào độ cao, vị trí, công suất truyền dẫn và các yếu tố môi trường của UAV. Hơn nữa, một nhóm UAV được kết nối bằng cách thiết lập các liên kết giữa UAV với UAV.

Mạng UAV multi-tier không chỉ trao đổi thông tin điều khiển giữa các UAV để tính toán đường bay và tránh va chạm mà còn gửi dữ liệu đến các thiết bị di động đang truy cập chúng. Các UAV được trang bị các giao diện vô tuyến không đồng nhất, chẳng hạn như LTE hoặc WiFi, để truyền thông với cơ sở hạ tầng hoặc vệ tinh, thiết lập các cổng giữa mạng UAV multi-tier và các mạng khác. UAV có thể kết nối với vệ tinh thông qua sky-haul hoặc kết nối với mặt đất thông qua backhaul.

Ở mạng mặt đất, mạng truy cập vô tuyến không đồng nhất bao gồm các ô lớn và ô nhỏ phục vụ người dùng di động, chẳng hạn như điện thoại di động, ô tô tự lái, thiết bị IoT, v.v.., sẽ tạo thành một hệ thống gồm các công nghệ đột phá cho mạng không dây 5G như dải tần mmWave, thu thập năng lượng, NOMA và D2D. Ngoài ra, khả năng tính toán ngày càng tăng theo cấp số nhân của các thiết bị di động dẫn đến hình thành điện toán biên di động (MEC), trong đó các UAV có thể lập biểu các tác vụ tính toán trong khi các máy tính trên bo mạch hoàn thành các tác vụ này. Các nội dung phổ biến có thể được lưu vào bộ nhớ đệm tại các UAV hoặc thiết bị mặt đất và được truyền qua các tế bào bay không người lái hoặc giao tiếp D2D giữa các thiết bị đầu cuối. Liên kết dữ liệu LoS được sử dụng để truyền trực tiếp từ UAV tới trạm điều khiển mặt đất (GCS).

2. Các thách thức đối với kiến trúc

Mô hình kênh: Do đặc điểm của phần không gian trên không trung khá đặc biệt (là không gian ba chiều 3D và biến thiên theo thời gian), các kênh từ UAV đến mặt đất phức tạp hơn nhiều so với các kênh truyền thông mặt đất hiện tại. Ngoài ra, các kênh từ UAV đến mặt đất dễ bị nghẽn mạng hơn các kênh truyền trên không trung với các đường truyền LoS chiếm ưu thế. 

Do đó, các mô hình kênh thông thường không phù hợp để mô tả các kênh từ UAV đến mặt đất. Trong điều kiện môi trường không đồng nhất, các kênh truyền từ UAV đến mặt đất phụ thuộc nhiều vào độ cao và loại UAV, góc ngẩng và loại môi trường lan truyền. Tuy nhiên, việc tìm kiếm một mô hình kênh chung cho thông tin liên lạc từ UAV với mặt đất có tính đến các yếu tố như vậy là một thách thức, đòi hỏi các mô phỏng và đo lường toàn diện trong các môi trường khác nhau.

Triển khai: Kết nối UAV - vệ tinh là một thành phần quan trọng để xây dựng mạng tích hợp không gian - không trung, sự di chuyển của UAV và vệ tinh làm phức tạp thêm hoạt động của mạng tích hợp. Một mặt, cần xem xét các kênh truyền từ không trung đến mặt đất để triển khai các UAV một cách tối ưu nhằm giảm việc chuyển giao và tránh va chạm vật lý. Mặt khác, cần xem xét vấn đề hệ thống vệ tinh bị hạn chế về công suất và băng thông do độ trễ truyền lớn và kênh truyền từ vệ tinh xuống mặt đất bị pha đinh ở tần số cao (điển hình là băng tần Ka).

Lập kế hoạch di chuyển: Đối với mạng trên không trung bao gồm nhiều UAV, mỗi UAV đều có quỹ đạo bay riêng. Để giảm trễ đường truyền, một UAV cần di chuyển gần với người sử dụng trên mặt đất. Tuy nhiên, do nhu cầu giữ kết nối với các UAV lân cận, không phải lúc nào một UAV cũng có thể duy trì một kết nối gần với những người sử dụng được phục vụ. Do đó, nếu xét theo một nhóm UAV thì việc tìm ra quỹ đạo bay tối ưu cho một UAV là một nhiệm vụ gian nan do những hạn chế thực tế. Vì vậy, việc khai thác phương pháp điều khiển quỹ đạo động cho UAV là rất cần thiết để tăng xác suất kết nối đầu cuối trong khi vẫn duy trì phủ sóng đủ cho toàn bộ khu vực.

Độ cao hoạt động: Các loại UAV khác nhau có thể bị hạn chế bởi các độ cao hoạt động khác nhau. Ví dụ: các thiết bị di động ở đô thị có thể yêu cầu kết nối LoS cao hơn, trong khi các thiết bị di động ở ngoại ô cần giảm suy hao đường truyền. Lưu ý rằng độ cao của UAV lớn hơn thúc đẩy kết nối LoS cao hơn vì pha đinh và bóng râm được giảm bớt, trong khi độ cao thấp hơn đảm bảo giảm suy hao đường truyền. Bằng cách chọn các độ cao khác nhau cho các UAV, có thể cân bằng tối ưu giữa kết nối LoS và suy hao đường truyền.

Nhiễu động: Với cấu trúc HetNets, mạng di động mặt đất và kênh từ không trung đến mặt đất chịu nhiễu đồng kênh lớn, điều này sẽ dần dần khiến giao diện sử dụng ở lớp không trung hiện tại trở nên lỗi thời. Hơn nữa, khả năng di chuyển của UAV gây ra sự dịch tần số Doppler và nhiễu liên sóng mang nghiêm trọng ở tần số cao. Do đó, khi xem xét các đặc tính di động, việc quản lý can nhiễu thích hợp trong mạng tích hợp trở nên khó khăn hơn.

Hạn chế về năng lượng: Vì UAV chủ yếu dựa vào năng lượng pin có thể sạc lại, thời gian bay trên UAV bị ảnh hưởng mạnh bởi mức tiêu thụ năng lượng của UAV vốn phụ thuộc vào tính di động, công suất truyền và việc tiêu thụ công suất của mạch điện. Đây là một thách thức hàng đầu làm hạn chế đáng kể thời gian hoạt động của UAV. Vì vậy, cần phải kéo dài thời lượng phục vụ thông qua các công nghệ sạc tiên tiến.

Truyền thông mạng tế bào backhaul: BS mặt đất và BS UAV khác nhau ở mạng backhaul vốn được đặc trưng bởi các liên kết không đồng nhất. Cụ thể, các BS mặt đất thường được kết nối với mạng lõi thông qua các liên kết hữu tuyến có băng thông lớn. Ngược lại, các BS UAV kết nối với các trạm gốc lớn (MBS) hoặc mạng lõi cần các liên kết không dây backhaul dung lượng lớn. Trên thực tế, những hạn chế về backhaul sẽ gây ra tắc nghẽn và ảnh hưởng đến QoS của người dùng di động.

An ninh mạng: Vì mạng tích hợp tạo ra một tô pô multi-tier trong đó nhiều nút được triển khai với các đặc điểm khác nhau nên dễ bị tấn công. Do đó, các chiến lược hoặc giao thức bảo vệ có tầm quan trọng hàng đầu. Hơn nữa, việc xác định vị trí chính xác của các UAV và phát hiện các hành vi xâm nhập trái phép vào không phận cũng là một vấn đề. Bên cạnh đó, với bộ điều khiển SDN chịu trách nhiệm chính trong việc quản lý tài nguyên và điều khiển hoạt động mạng, việc bảo vệ bộ điều khiển SDN khỏi các cuộc tấn công mạng vẫn là một thách thức trong các mạng tích hợp.

Yêu cầu thời gian thực: Khi sử dụng vệ tinh cho các nhiệm vụ hoặc dịch vụ khác nhau có vận tốc và vùng phủ sóng khác nhau, các liên kết dữ liệu giữa các nút có thể thường xuyên bị gián đoạn do tốc độ lỗi bit cao và độ trễ đường truyền lớn. Thách thức đặt ra là làm thế nào truyền dữ liệu từ xa nhờ hệ thống vệ tinh mà vẫn tối đa hóa khả năng thu thập dữ liệu nhanh và khả năng trao đổi thông tin theo thời gian thực trong khi truyền dữ liệu tới Trạm điều khiển mặt đất.

Các kỹ thuật sử dụng ở lớp vật lý

1. Mạng di động sử dụng UAV mmWave

Vì UAV có thể phải xử lý các loại dữ liệu khác nhau như thoại, video và các tệp dữ liệu khổng lồ nên tạo ra những thách thức chưa từng có về yêu cầu băng thông lớn. Cùng với sự đông đúc của phổ tần số hiện có đã khuyến khích việc chuyển sang phân bổ tần số mới. Trong bối cảnh này, truyền thông mmWave đang nổi lên như một ứng cử viên phù hợp có thể tận dụng một lượng lớn tài nguyên phổ không được cấp phép ở dải tần mmWave (trên 30-300 GHz) để giải quyết các yêu cầu đối với mạng không dây 5G. Điều đáng quan tâm ở UAV mmWave là suy hao đường truyền cực lớn. Tuy nhiên, bước sóng ngắn của tín hiệu mmWave cho phép nhiều anten được đóng gói trong một UAV nhỏ.

Ngoài ra, kỹ thuật định dạng búp sóng có thể được sử dụng để tạo ra một búp sóng định hướng hẹp và khắc phục suy hao đường truyền lớn hoặc suy hao do hấp thụ và tán xạ khí quyển. Sự khác biệt chính giữa mạng di động hỗ trợ mmWave UAV và mạng di động mmWave thông thường có BS cố định là BS UAV có thể di chuyển xung quanh.

2. Truyền dẫn UAV NOMA

NOMA là một trong những công nghệ quan trọng của 5G. Nó đạt được hiệu suất phổ cao thông qua việc kết hợp mã hóa xếp chồng tại máy phát với khả năng triệt nhiễu liên tiếp (SIC) ở máy thu. So với các sơ đồ đa truy nhập trực giao (OMA), NOMA phục vụ một số lượng lớn người sử dụng bằng cách thực hiện đa truy nhập trong miền công suất. Điều này giúp cho UAV đảm bảo nhu cầu cho một số lượng lớn người sử dụng dưới mặt đất ở các mức công suất khác nhau. Một minh họa đơn giản cho việc truyền dẫn NOMA trong mạng dựa trên UAV được mô tả trong Hình 2.

Truyền thông UAV cho mạng 5G và các mạng sau 5G  - Ảnh 3.

Hình 2. Trong một sơ đồ UAV NOMA, một UAV phục vụ nhiều người sử dụng ở mặt đất trong đó các tín hiệu của người sử dụng từ thứ 1 đến k-1 bị bỏ qua ở người sử dụng thứ k trong khi các tín hiệu của người sử dụng thứ k +1 đến N được phía thu xem như can nhiễu.

NOMA trong truyền thông UAV đòi hỏi nhiều thách thức và ràng buộc vì những lý do sau:

• Kỹ thuật SIC được NOMA sử dụng ở phía máy thu để cải thiện hiệu suất phổ rất phức tạp.

• SIC chỉ dựa vào thông tin trạng thái kênh ở cả máy thu và máy phát để xác định công suất được phân bổ cho mỗi máy thu và thứ tự giải mã, điều này cần được ước tính tương đối chính xác trong mạng truyền thông UAV.

• Ghép kênh NOMA nhiều người dùng trong miền công suất gây ra nhiễu giữa các lớp, cần loại bỏ nhiều hơn nhiễu giữa các lớp gây ra trong truyền thông UAV với NOMA.

• Cần xem xét tính hay di chuyển của UAV trong thực tế khiến khoảng cách truyền thông giữa UAV và người sử dụng mặt đất sẽ thay đổi liên tục dựa trên các yêu cầu thời gian thực, do đó thứ tự giải mã SIC được xác định bởi các độ mạnh tín hiệu nhận được của những người sử dụng khác nhau sẽ thay đổi theo vị trí của các UAV.

3. Mạng UAV nhận thức

Ngày nay, khó khăn lớn mà các mạng không dây hỗ trợ UAV phải đối mặt là tình trạng thiếu phổ tần vô tuyến do: i) có sự tăng trưởng mạnh mẽ và việc sử dụng các thiết bị di động mới trên mặt đất (chẳng hạn như điện thoại thông minh và máy tính bảng); ii) các mạng không dây khác nhau (Bluetooth, WiFi, LTE và mạng di động) cùng tồn tại trên các dải phổ hoạt động của UAV.

Những điều này dẫn đến sự cạnh tranh rất gay gắt trong việc sử dụng phổ tần và do đó truyền thông UAV sẽ phải đối mặt với vấn đề khan hiếm phổ. Do đó, truyền thông bằng UAV cần tăng khả năng tiếp cận phổ tần hơn nữa bằng cách sử dụng linh hoạt các dải tần hiện có. Cho đến nay, nhiều nhà nghiên cứu và nhóm tiêu chuẩn hóa đã trình bày việc kết hợp các hệ thống truyền thông nhận thức CR và UAV để tăng cơ hội sử dụng phổ tần, gọi là truyền thông UAV nhận thức. Khái niệm này tạo thành một kiến trúc mạng đầy hứa hẹn cho phép cùng tồn tại giữa UAV với các thiết bị di động trên mặt đất hoạt động trong cùng một dải tần. Trong trường hợp này, liên lạc giữa UAV với mặt đất có thể gây nhiễu nghiêm trọng cho các thiết bị trên mặt đất hiện có vì UAV thường có liên kết LoS mạnh với người dùng trên mặt đất.

4. Mạng UAV thu thập năng lượng

Không giống như các bộ thu phát mặt đất truyền thống được kết nối với nguồn điện bên ngoài, UAV được cung cấp năng lượng bằng pin có dung lượng giới hạn và do đó, để thực hiện các hoạt động khác nhau như điều khiển bay, cảm biến/truyền dữ liệu hoặc chạy một số ứng dụng, hệ thống truyền thông dựa trên UAV đang phải đối mặt với tình trạng năng lượng sẵn có hạn chế. Như đã biết, việc lưu trữ năng lượng hữu hạn của các UAV hạn chế thời gian hoạt động của chúng (tức là thời gian bay hoặc thời gian bay lơ lửng) và không phải lúc nào cũng có thể yêu cầu các UAV quay trở lại kho để sạc pin thường xuyên.

Trên thực tế, năng lượng tiêu thụ của UAV chạy bằng pin thường được chia thành năng lượng được tiêu thụ bởi bộ phận truyền thông và năng lượng được sử dụng cho phần cứng và di chuyển của UAV. Do đó, UAV thu thập năng lượng là rất quan trọng để kéo dài thời gian bay của nó mà không cần tăng khối lượng hoặc kích thước đáng kể của hệ thống nhiên liệu. Trong các ứng dụng gần đây, việc thu thập năng lượng từ các nguồn xung quanh để sạc lại pin cho UAV là rất thuận lợi, được gọi là mạng UAV được cấp nguồn không dây. 

Đặc biệt, UAV chạy bằng năng lượng mặt trời đã nhận được sự chú ý đáng kể khi thu năng lượng từ mặt trời và chuyển nó thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện để thực hiện chuyến bay liên tục (Hình 3).

Truyền thông UAV cho mạng 5G và các mạng sau 5G  - Ảnh 4.

Hình 3. Hệ thống truyền thông UAV vận hành bằng năng lượng mặt trời trong đó UAV được gắn các tấm pin mặt trời để thu thập năng lượng.

Bài báo đã trình bày những vấn đề ngắn gọn về truyền thông UAV trong mạng không dây 5G/B5G bao gồm mạng tích hợp không gian – trên không cho các hệ thống truyền thông 5G/B5G và tổng quan về các kỹ thuật sử dụng trong lớp vật lý khi kết hợp truyền thông UAV với các kỹ thuật 5G. Đây là một chủ đề cần thiết và kịp thời với hy vọng rằng nó có thể là điểm khởi đầu tốt cho việc giải quyết nhu cầu truyền dẫn trong một số tình huống trong các mạng 5G/B5G./.

Tài liệu tham khảo:

1. Qingqing Wu, Jie Xu, Yong Zeng, Derrick Wing Kwan Ng, Naofal Al-Dhahir, Robert Schober, and A. Lee Swindlehurst, 5G-and-Beyond Networks with UAVs: From Communications to Sensing and Intelligence, 10/2020

2. Bin Li, Zesong Fei, Yan Zhang, UAV Communications for 5G and Beyond: Recent Advances and Future Trends, IEEE Internet of Things Journal (Volume: 6, Issue: 2), 2019.

3. M. Mahdi Azari; Giovanni Geraci; Adrian Garcia-Rodriguez; Sofie Pollin, Cellular UAV-toUAV Communications, IEEE, 2019

(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 12 tháng 12/2021)

Nổi bật Tạp chí Thông tin & Truyền thông
Đừng bỏ lỡ
Truyền thông UAV cho mạng 5G và các mạng sau 5G
POWERED BY ONECMS - A PRODUCT OF NEKO