Channel models for UAV-to-ground communication

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) could pave the way for wireless applications in cellular based network with help of its inherent features such as mobility, adaptive altitude and ease of deployment. UAVs could be used as base station or relay in wireless network to increase the coverage and data rate of ground users (GUs). UAVs could reach higher altitudes comparing to terrestrial base stations (BS) as well as have the possibility of more flexible placement based on instantaneous situation of GUs that give chance to having the better Line of Sight (LoS) condition comparing to terrestrial BSs. Therefore, UAVs could increase the data rate, coverage probability, spectral and energy efficiency due to existence of high probability of LoS. However, UAV-based Communications (UbC) have several challenges such as size, weight and power (SWAP) constraints, requirement of new air-to-ground (A2G) channel models and effects of high mobility. In this study, channel models are investigated for UAV-based systems. There are mainly three links available in UbC: UAV-to-Ground Users (U2G), Base Station-to-UAV (B2U) and UAV-to-UAV (U2U). In this thesis, U2G and B2U channel models are implemented and compared with each other in order to provide the reliable channel model for UAV-based systems.

Gli Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) potrebbero aprire la strada alle applicazioni wireless nella rete cellulare con l'aiuto delle loro caratteristiche intrinseche quali mobilità, altitudine adattiva e facilità di implementazione. Gli UAV potrebbero essere utilizzati come stazione base o ripetitori nella rete wireless per aumentare la copertura e la velocità dei dati degli utenti terrestri (GU). Gli UAV potrebbero raggiungere quote più elevate rispetto alle stazioni base terrestri (BS) e avere la possibilità di un posizionamento più flessibile basato sulla situazione istantanea dei GU che danno la possibilità di avere la migliore condizione di Line of Sight (LoS) rispetto alle BS terrestri. Pertanto, gli UAV potrebbero aumentare la velocità dei dati, la probabilità di copertura, l'efficienza spettrale e energetica a causa dell'esistenza di un'alta probabilità di LoS. Tuttavia, le comunicazioni basate su UAV (UbC) presentano diverse sfide come vincoli di dimensioni, peso e potenza (SWAP), requisiti dei nuovi modelli di canali aria-terra (A2G) ed effetti di elevata mobilità. In questo studio, i modelli di canale sono studiati per i sistemi basati su UAV. Ci sono principalmente tre collegamenti disponibili in UbC: UAV-to-Ground Users (U2G), Base Station-to-UAV (B2U) e UAV-to-UAV (U2U). In questa tesi, i modelli di canale U2G e B2U sono implementati e confrontati tra loro al fine di fornire il modello di canale affidabile per i sistemi basati su UAV.