Análisis de rendimiento de la conexión en cascada UAV-IRS de enlace FSO/THz multi-salto
Autores: Wang, Yawei; Liu, Rongpeng; Yuan, Jia; Lu, Jingwei; Wang, Ziyang; Wu, Ruihuan; Wei, Zhongchao; Liu, Hongzhan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis de rendimiento de la conexión en cascada UAV-IRS de enlace FSO/THz multi-salto
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Era
6G
Comunicaciones
UAVs
FSO
THz
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
A medida que se acerca la era de las comunicaciones de sexta generación (6G), habrá un aumento sin precedentes en el número de dispositivos inalámbricos conectados a internet y un fuerte aumento en el tráfico de datos móviles. Frente a la escasez de recursos espectrales en las redes de comunicación tradicionales y desafíos como el establecimiento rápido de comunicaciones después de desastres, este estudio aprovecha vehículos aéreos no tripulados (UAVs) para promover un sistema de comunicación multi-salto integrado que combina comunicación óptica en espacio libre (FSO), tecnología terahertz (THz) y superficie reflectante inteligente (IRS). Esta innovadora amalgama capitaliza la flexibilidad de los UAVs, la capacidad de implementación de IRS y las fortalezas complementarias de las comunicaciones FSO y THz. Hemos desarrollado un modelo de canal integral que incluye los efectos de la turbulencia atmosférica, la atenuación, los errores de apuntamiento y las fluctuaciones del ángulo de llegada (AOA). Además, hemos derivado funciones de densidad de probabilidad (PDFs) y funciones de distribución acumulativa (CDFs) para varias técnicas de conmutación. Empleando métodos avanzados como la cuadratura gaussiana-laguerre y el teorema del límite central (CLT), hemos calculado indicadores clave de rendimiento que incluyen la probabilidad promedio de interrupción, tasa de error de bits (BER) y capacidad de canal. Los resultados numéricos demuestran que IRS mejora significativamente el rendimiento del sistema híbrido FSO/THz basado en UAVs. La investigación indica que optimizar el número de elementos de IRS puede aumentar sustancialmente el rendimiento y la fiabilidad al tiempo que se minimizan los costos de conmutación. Además, el enfoque multi-salto aborda específicamente las limitaciones de dependencia de línea de visión (LoS) inherentes en los sistemas FSO y THz al utilizar UAVs como puntos de relevo dinámicos. Esta estrategia supera eficazmente distancias más largas, superando obstáculos físicos y atmosféricos, y garantiza enlaces de comunicación estables incluso en condiciones adversas. Este estudio destaca que el enlace FSO/THz multi-salto mejorado es altamente efectivo para comunicaciones de emergencia después de desastres, abordando el desafío de los escasos recursos espectrales. Al desplegar estratégicamente UAVs como puntos de relevo en una configuración multi-salto, el sistema logra una mayor flexibilidad y resiliencia, lo que lo hace altamente adecuado para escenarios de comunicación críticos donde las redes tradicionales podrían fallar.
Descripción
A medida que se acerca la era de las comunicaciones de sexta generación (6G), habrá un aumento sin precedentes en el número de dispositivos inalámbricos conectados a internet y un fuerte aumento en el tráfico de datos móviles. Frente a la escasez de recursos espectrales en las redes de comunicación tradicionales y desafíos como el establecimiento rápido de comunicaciones después de desastres, este estudio aprovecha vehículos aéreos no tripulados (UAVs) para promover un sistema de comunicación multi-salto integrado que combina comunicación óptica en espacio libre (FSO), tecnología terahertz (THz) y superficie reflectante inteligente (IRS). Esta innovadora amalgama capitaliza la flexibilidad de los UAVs, la capacidad de implementación de IRS y las fortalezas complementarias de las comunicaciones FSO y THz. Hemos desarrollado un modelo de canal integral que incluye los efectos de la turbulencia atmosférica, la atenuación, los errores de apuntamiento y las fluctuaciones del ángulo de llegada (AOA). Además, hemos derivado funciones de densidad de probabilidad (PDFs) y funciones de distribución acumulativa (CDFs) para varias técnicas de conmutación. Empleando métodos avanzados como la cuadratura gaussiana-laguerre y el teorema del límite central (CLT), hemos calculado indicadores clave de rendimiento que incluyen la probabilidad promedio de interrupción, tasa de error de bits (BER) y capacidad de canal. Los resultados numéricos demuestran que IRS mejora significativamente el rendimiento del sistema híbrido FSO/THz basado en UAVs. La investigación indica que optimizar el número de elementos de IRS puede aumentar sustancialmente el rendimiento y la fiabilidad al tiempo que se minimizan los costos de conmutación. Además, el enfoque multi-salto aborda específicamente las limitaciones de dependencia de línea de visión (LoS) inherentes en los sistemas FSO y THz al utilizar UAVs como puntos de relevo dinámicos. Esta estrategia supera eficazmente distancias más largas, superando obstáculos físicos y atmosféricos, y garantiza enlaces de comunicación estables incluso en condiciones adversas. Este estudio destaca que el enlace FSO/THz multi-salto mejorado es altamente efectivo para comunicaciones de emergencia después de desastres, abordando el desafío de los escasos recursos espectrales. Al desplegar estratégicamente UAVs como puntos de relevo en una configuración multi-salto, el sistema logra una mayor flexibilidad y resiliencia, lo que lo hace altamente adecuado para escenarios de comunicación críticos donde las redes tradicionales podrían fallar.