NAVEGAÇÃO AUTÔNOMA DE DRONES EM AMBIENTES URBANOS COM SUPORTE DE 5G E INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

INTRODUÇÃO: A utilização de veículos aéreos não tripulados (UAVs) em aplicações urbanas, como monitoramento, inspeção de infraestruturas e segurança, depende de enlaces de comunicação confiáveis, especialmente em operações além da linha de visada (BLOS). Nesse contexto, as redes 5G podem oferecer baixa latência, elevada capacidade e suporte à mobilidade. Entretanto, obstáculos urbanos, áreas de sombra e sucessivas trocas de estação rádio-base podem comprometer a continuidade da comunicação e a segurança das missões. OBJETIVOS: O projeto teve como objetivo modelar e avaliar a comunicação entre drones e redes 5G em ambientes urbanos, identificando condições de navegação que afetam a qualidade do enlace. Buscou-se levantar informações sobre a infraestrutura 5G de Curitiba, simular a cobertura do sinal em cenários tridimensionais, identificar regiões com falhas de cobertura e desenvolver um algoritmo de planejamento de rotas que considerasse, além da distância percorrida, a redução do número de handovers entre estações rádio-base. MATERIAIS E MÉTODO: Inicialmente, realizou-se uma revisão bibliográfica sobre redes 5G, comunicação celular com UAVs e modelagem de propagação em ambientes urbanos. Dados públicos da ANATEL foram utilizados para caracterizar as estações rádio-base, enquanto informações tridimensionais das edificações foram obtidas do OpenStreetMap. Após a análise das plataformas Matlab e Sionna, adotou-se o Matlab para as simulações de cobertura por ray tracing. O modelo foi avaliado mediante medições do sinal 5G em 53 pontos georreferenciados no campus da PUCPR. Posteriormente, foram gerados mapas de conectividade que indicam a melhor gNodeB servidora em função da posição e da altitude. Com base nesses mapas, desenvolveu-se um algoritmo inspirado no Dijkstra, incorporando ao custo da rota uma penalidade associada a cada handover. RESULTADOS: A comparação entre os valores medidos e simulados apresentou erro médio de aproximadamente 8 dB, considerado satisfatório diante das limitações do modelo tridimensional e da limitação dos dados urbanos. Os mapas de cobertura permitiram identificar obstruções, áreas de sombra e mudanças da estação servidora ao longo da navegação. O algoritmo desenvolvido encontrou trajetórias viáveis que preservam por mais tempo a conexão com a mesma gNodeB, reduzindo o número de handovers. Em alguns casos, essa melhoria na continuidade da comunicação exigiu um pequeno aumento na distância total percorrida, evidenciando o compromisso entre eficiência geométrica da rota e estabilidade do enlace. CONSIDERAÇÕES FINAIS: Os resultados demonstram que informações sobre cobertura e continuidade da comunicação 5G podem ser incorporadas diretamente ao planejamento de trajetórias de UAVs. A integração de dados públicos, modelagem urbana tridimensional, simulação de propagação e algoritmos de busca mostrou-se promissora para apoiar operações autônomas em ambientes urbanos. Como continuidade, recomenda-se ampliar as medições para outras regiões, operadoras e altitudes, além de incorporar métricas como potência mínima recebida, latência, consumo de energia e zonas de exclusão.

PALAVRAS-CHAVE: Veículos aéreos não tripulados; Redes 5G; Planejamento de rotas; Handover; Ray tracing.