Análisis de Fiabilidad y Retraso de Redes Tridimensionales con Multi-Conectividad: Comunicaciones por Satélite, HAPs y Celulares

Los vehículos aéreos (AVs) como las aeronaves eléctricas de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL) hacen realidad el transporte aéreo de pasajeros en entornos urbanos. Sin embargo, su conectividad de comunicación aún está en investigación para realizar su operación segura y a gran escala. Este documento prevé una red aérea habilitada para multi-conectividad (MC) para proporcionar un servicio ubicuo y fiable a los AVs. Se consideran redes heterogéneas verticales con comunicación directa aire-tierra (DA2G) y aire-aire (A2A), plataformas de alta altitud (HAPs) y satélites en órbita terrestre baja (LEO). Evaluamos la fiabilidad de múltiples saltos (E2E) y la disponibilidad de la red del enlace descendente de los AVs para escenarios de pilotaje remoto y tráfico de control/telemetría. El servicio de conectividad de mando y control (C2) requiere comunicación ultra fiable y de baja latencia (URLLC), por lo tanto, analizamos la fiabilidad y latencia E2E bajo el régimen de longitud de bloque finito (FBL). Exploramos cómo diferentes opciones de MC satisfacen los exigentes requisitos de conectividad E2E teniendo en cuenta los patrones de radiación de antena y enlaces de retroceso poco fiables. Dado que proporcionar conectividad continua a los AVs es un gran desafío debido a la interferencia de línea de visión (LoS) y las ganancias reducidas de las antenas de estaciones base (BS) inclinadas hacia abajo, utilizamos múltiples puntos coordinados (CoMP) entre las BS terrestres para aliviar la interferencia inter-celular. Además, resolvemos un problema de optimización para seleccionar la mejor ruta de MC bajo las restricciones de calidad de servicio (QoS). Maximizamos la eficiencia espectral (SE) para especificar la ruta óptima de MC con el número mínimo de enlaces requeridos. Basándonos en los resultados de la simulación, descubrimos que incluso con una mitigación de interferencias muy eficiente, MC es el habilitador clave para operaciones de pilotaje remoto seguro.