A survey on Cellular-connected uavs: Design Challenges, Enabling 5G/B5g innovations, and Experimental Advancements

---

A Survey on Cellular-connected UAVs: Design Challenges, Enabling
5G/B5G Innovations, and Experimental Advancements
Debashisha
Mishra
∗
,
Enrico
Natalizio
Université de Lorraine, CNRS, LORIA, France
A R T I C L E I N F O
Keywords
:
Cellular-connected UAV
5G/B5G
UAV communications
UAV integration
A B S T R A C T
As an emerging field of aerial robotics, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have gained significant
research interest within the wireless networking research community. As soon as national legislations
allow UAVs to fly autonomously, we will see swarms of UAV populating the sky of our smart cities to
accomplish different missions: parcel delivery, infrastructure monitoring, event filming, surveillance,
tracking, etc. The UAV ecosystem can benefit from existing 5G/B5G cellular networks, which can be
exploited in different ways to enhance UAV communications. Because of the inherent characteristics
of UAV pertaining to flexible mobility in 3D space, autonomous operation and intelligent placement,
these smart devices cater to wide range of wireless applications and use cases. This work aims at
presenting an in-depth exploration of integration synergies between 5G/B5G cellular systems and
UAV technology, where the UAV is integrated as a new aerial User Equipment (UE) to existing cellular
networks. In this integration, the UAVs perform the role of flying users within cellular coverage, thus
they are termed as cellular-connected UAVs (a.k.a. UAV-UE, drone-UE, 5G-connected drone, or
aerial user). The main focus of this work is to present an extensive study of integration challenges
along with key 5G/B5G technological innovations and ongoing efforts in design prototyping and field
trials corroborating cellular-connected UAVs. This study highlights recent progress updates with
respect to 3GPP standardization and emphasizes socio-economic concerns that must be accounted
before successful adoption of this promising technology. Various open problems paving the path to
future research opportunities are also discussed.