A Survey of Air-to-Ground Propagation Channel Modeling for Unmanned Aerial Vehicles

In recent years, there has been a dramatic increase in the use of unmanned aerial vehicles (UAVs), particularly for small UAVs, due to their affordable prices, ease of availability, and ease of operability. Existing and future applications of UAVs include remote surveillance and monitoring, relief operations, package delivery, and communication backhaul infrastructure. Additionally, UAVs are envisioned as an important component of 5G wireless technology and beyond. The unique application scenarios for UAVs necessitate accurate air-to-ground (AG) propagation channel models for designing and evaluating UAV communication links for control/non-payload as well as payload data transmissions. These AG propagation models have not been investigated in detail when compared to terrestrial propagation models. In this paper, a comprehensive survey is provided on available AG channel measurement campaigns, large and small scale fading channel models, their limitations, and future research directions for UAV communication scenarios

Bounding the Practical Error of Path Loss Models

We seek to provide practical lower bounds on the prediction accuracy of path loss models. We describe and implement 30 propagation models of varying popularity that have been proposed over the last 70 years. Our analysis is performed using a large corpus of measurements collected on production networks operating in the 2.4 GHz ISM, 5.8 GHz UNII, and 900 MHz ISM bands in a diverse set of rural and urban environments. We find that the landscape of path loss models is precarious: typical best-case performance accuracy of these models is on the order of 12–15 dB root mean square error (RMSE) and in practice it can be much worse. Models that can be tuned with measurements and explicit data fitting approaches enable a reduction in RMSE to 8-9 dB. These bounds on modeling error appear to be relatively constant, even in differing environments and at differing frequencies. Based on our findings, we recommend the use of a few well-accepted and well-performing standard models in scenarios where a priori predictions are needed and argue for the use of well-validated, measurement-driven methods whenever possible

Channel Estimation via Loss Field: Accurate Site-Trained Modeling for Shadowing Prediction

Future mobile ad hoc networks will share spectrum between many users. Channels will be assigned on the fly to guarantee signal and interference power requirements for requested links. Channel losses must be re-estimated between many pairs of users as they move and as environmental conditions change. Computational complexity must be low, precluding the use of some accurate but computationally intensive site-specific channel models. Channel model errors must be low, precluding the use of standard statistical channel models. We propose a new channel model, CELF, which uses channel loss measurements from a deployed network in the area and a Bayesian linear regression method to estimate a site-specific loss field for the area. The loss field is explainable as the site's 'shadowing' of the radio propagation across the area of interest, but it requires no site-specific terrain or building information. Then, for any arbitrary pair of transmitter and receiver positions, CELF sums the loss field near the link line to estimate its channel loss. We use extensive measurements to show that CELF lowers the variance of channel estimates by up to 56%. It outperforms 3 popular machine learning methods in variance reduction and training efficiency

Parallel prediction of radio propagation

Tese de mestrado. Engenharia Informática e Computação. Cranfield University. School of Engineering. 201

Serious Game Engineering and Lighting Models for the Realistic Emulation of 5G Systems

[ES] La quinta generación de comunicaciones móviles, 5G, promete ser una revolución tecnológica que vaya más allá de multiplicar la velocidad de transmisión de datos de sus predecesoras. Pretende soportar una gran cantidad de dispositivos y alcanzar latencias muy cercanas a 1 milisegundo. Para satisfacer estos ambiciosos requisitos, se han investigado nuevas tecnologías habilitadoras. Una de ellas es el uso de las bandas de ondas milimétricas (mmW) en las cuales hay una gran cantidad de espectro disponible. Para predecir las características del canal radio y evaluar las prestaciones de la 5G de forma fiable en las bandas mmW se requieren modelos de canal complejos. Concretamente, los modelos de propagación más precisos son los basados en trazado de rayos, pero su alto costo computacional los hacen inviables para la caracterización del canal radio en escenarios complejos. Por otro lado, en los últimos años, la tecnología de videojuegos ha desarrollado potentes herramientas para modelar la propagación de la luz en escenarios superrealistas. Dada la cercanía espectral entre el espectro visible y las ondas mmW, la presente Tesis ha estudiado la aplicación de las herramientas de modelado de propagación de la luz de los motores de juego para el modelado del canal radio en mmW. Esta Tesis propone un modelo de estimación de las pérdidas de propagación en mmW llamado "Modelo de Intensidad de Luz'' (LIM). Usando este modelo, basado en los procesos de iluminación realizados por los motores de juego, los transmisores de señal se sustituyen por focos de luz y la intensidad lumínica recibida en un punto se traduce a potencia de señal en milimétricas a través de una función polinómica sencilla. Una de las ventajas de usar los motores de juego es su gran capacidad y la facilidad que tiene el usuario para crear escenarios superrealistas que representen fielmente la geometría de escenarios donde se quiera evaluar el canal radio. De esta forma se pueden obtener estimaciones precisas de las pérdidas de propagación. La estimación de las pérdidas de propagación con LIM ha sido comparada con campañas de medida en las bandas de 28 GHz y 73 GHz y con otros modelos de propagación. Como resultado, el error de estimación de LIM es menor que los modelos estocásticos actuales y es comparable con el modelo de trazado de rayos. Y, además, el coste computacional de LIM comparado con el trazado de rayos es 130 veces menor, lo que posibilita el uso de LIM en escenarios altamente complejos para la estimación del canal radio en tiempo real. Los motores de juego permiten caracterizar de forma diferente la interacción de los materiales con la luz configurando el mapa de normales de sus superficies y sus funciones de dispersión y reflexión. En esta Tesis se ha determinado la caracterización de varios materiales que mejor se ajusta a medidas de laboratorio realizadas en un escenario controlado en la banda de 28 GHz. El modelo de LIM empleando materiales con esta caracterización óptima reduce más de un 50\% su error de estimación con respecto a la aplicación de LIM con los materiales por defecto, mientras que su coste computacional sigue siendo 26 veces menor que el modelo de trazado de rayos. Finalmente, se ha desarrollado sobre un motor de juego una primera versión de plataforma para la emulación de los sistemas 5G que es el punto de partida para un emulador completo de 5G. Esta plataforma no sólo contiene el modelo de LIM sino que incluye varios casos de uso de la 5G en entornos superrealistas. La plataforma, que se basa en el concepto de "Serious Game Engineering", rompe las limitaciones de los simuladores de redes móviles en cuanto a las capacidades de visualización e interacción del usuario con los componentes de la red en tiempo real.[CA] La cinquena generació de comunicacions mòbils, 5G, promet ser una revolució tecnològica que vaja més enllà de multiplicar la velocitat de transmissió de dades de les seues predecessores. Pretén suportar una gran quantitat de dispositius i aconseguir latències molt pròximes a 1 mil·lisegon. Per a satisfer aquests ambiciosos requisits, s'han investigat noves tecnologies habilitadores. Una d'elles és l'ús de les bandes d'ones mil·limètriques (mmW) en les quals hi ha una gran quantitat d'espectre disponible. Per a predir les característiques del canal ràdio i avaluar les prestacions de la 5G de forma fiable en les bandes mmW es requereixen models de canal complexos. Concretament, els models de propagació més precisos són els basats en traçat de rajos, però el seu alt cost computacional els fan inviables per a la caracterització del canal ràdio en escenaris complexos. D'altra banda, en els últims anys, la tecnologia de videojocs ha desenvolupat potents eines per a modelar la propagació de la llum en escenaris superrealistes. Donada la proximitat espectral entre l'espectre visible i les ones mmW, la present Tesi ha estudiat l'aplicació de les eines de modelatge de propagació de la llum dels motors de joc per al modelatge del canal radie en mmW. Aquesta Tesi proposa un model d'estimació de les pèrdues de propagació en mmW anomenat "Model d'Intensitat de Llum'' (LIM). Usant aquest model, basat en els processos d'il·luminació realitzats pels motors de joc, els transmissors de senyal se substitueixen per focus de llum i la intensitat lumínica rebuda en un punt es tradueix a potència de senyal en mil·limètriques a través d'una funció polinòmica senzilla. Una dels avantatges d'usar els motors de joc és la seua gran capacitat i la facilitat que té l'usuari per a crear escenaris superrealistes que representen fidelment la geometria d'escenaris on es vulga avaluar el canal ràdio. D'aquesta forma es poden obtindre estimacions precises de les pèrdues de propagació. L'estimació de les pèrdues de propagació amb LIM ha sigut comparada amb campanyes de mesura en les bandes de 28~GHz i 73~GHz i amb altres models de propagació. Com a resultat, l'error d'estimació de LIM és menor que els models estocàstics actuals i és comparable amb el model de traçat de rajos. I, a més, el cost computacional de LIM comparat amb el traçat de rajos és 130 vegades menor, la qual cosa possibilita l'ús de LIM en escenaris altament complexos per a l'estimació del canal ràdio en temps real. Els motors de joc permeten caracteritzar de forma diferent la interacció dels materials amb la llum configurant el mapa de normals de les seues superfícies i les seues funcions de dispersió i reflexió. En aquesta Tesi s'ha determinat la caracterització de diversos materials que s'ajusta millor a mesures de laboratori realitzades en un escenari controlat en la banda de 28 GHz. El model de LIM emprant materials amb aquesta caracterització òptima redueix més d'un 50 % el seu error d'estimació respecte a l'aplicació de LIM amb els materials per defecte, mentre que el seu cost computacional continua sent 26 vegades menor que el model de traçat de rajos. Finalment, s'ha desenvolupat sobre un motor de joc una primera versió de plataforma per a l'emulació dels sistemes 5G que és el punt de partida per a un emulador complet de 5G. Aquesta plataforma no solament conté el model de LIM sinó que inclou diversos casos d'ús de la 5G en entorns superrealistes. La plataforma, que es basa en el concepte de "Serious Game Engineering", trenca les limitacions dels simuladors de xarxes mòbils quant a les capacitats de visualització i interacció de l'usuari amb els components de la xarxa en temps real.[EN] The fifth generation of mobile communications, 5G, promises to be a technological revolution that goes beyond multiplying the data transmission speed of its predecessors. It aims to support a large number of devices and reach latencies very close to 1 millisecond. To meet these ambitious requirements, new enabling technologies have been researched. One of these is the use of millimetre-wave bands (mmW) in which a large amount of spectrum is available. Complex channel models are required to predict radio channel characteristics and reliably evaluate 5G performance in the mmW bands. Specifically, the most accurate propagation models are those based on ray tracing, but their high computational cost makes them unfeasible for radio channel characterization in complex scenarios. On the other hand, in recent years, video game technology has developed powerful tools to model the propagation of light in super realistic scenarios. Given the spectral closeness between the visible spectrum and the mmW waves, the present Thesis has studied the application of light propagation modeling tools from game engines for radio channel modeling in mmW. This Thesis proposes a model for estimating propagation losses in mmW called "Light Intensity Model'' (LIM). Using this model, based on the lighting processes performed by the game engines, the signal transmitters are replaced by light sources and the light intensity received at a point is translated into signal strength in mmW through a simple polynomial function. One of the advantages of using the game engines is their great capacity and the ease with which the user can create super realistic scenarios that faithfully represent the geometry of scenarios where the radio channel is to be evaluated. In this way, accurate estimates of propagation losses can be obtained. The estimation of propagation losses with LIM has been compared with measurement campaigns in the 28 GHz and 73 GHz bands and with other propagation models. As a result, the LIM estimation error is smaller than the current stochastic models and is comparable with the ray tracing model. In addition, the computational cost of LIM compared to ray tracing is 130 times lower, allowing the use of LIM in highly complex scenarios for real-time radio channel estimation. The game engines allow to characterize in a different way the interaction of the materials with the light configuring the normal map of their surfaces and their scattering and reflection functions. In this Thesis it has been determined the characterization of several materials that best fits to laboratory measurements made in a controlled scenario in the 28 GHz band. The LIM model using materials with this optimal characterization reduces by more than 50% its estimation error with respect to the application of LIM with default materials, while its computational cost remains 26 times lower than the ray tracing model. Finally, a first version of a platform for the emulation of 5G systems has been developed on a game engine, which is the starting point for a complete 5G emulator. This platform not only contains the LIM model but also includes several 5G use cases in super realistic environments. The platform, which is based on the concept of "`Serious Game Engineering", breaks the limitations of mobile network simulators in terms of visualization capabilities and user interaction with network components in real time.Inca Sánchez, SA. (2019). Serious Game Engineering and Lighting Models for the Realistic Emulation of 5G Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/132695TESI

Contributions to channel modelling and performance estimation of HAPS-based communication systems regarding IEEE Std 802.16TM

New and future telecommunication networks are and will be broadband type. The existing terrestrial and space radio communication infrastructures might be supplemented by new wireless networks that make and will make use of aeronautics-technology. Our study/contribution is referring to radio communications based on radio stations aboard a stratospheric platform named, by ITU-R, HAPS (High Altitude Platform Station). These new networks have been proposed as an alternative technology within the ITU framework to provide various narrow/broadband communication services. With the possibility of having a payload for Telecommunications in an aircraft or a balloon (HAPS), it can be carried out radio communications to provide backbone connections on ground and to access to broadband points for ground terminals. The latest implies a complex radio network planning. Therefore, the radio coverage analysis at outdoors and indoors becomes an important issue on the design of new radio systems. In this doctoral thesis, the contribution is related to the HAPS application for terrestrial fixed broadband communications. HAPS was hypothesised as a quasi-static platform with height above ground at the so-called stratospheric layer. Latter contribution was fulfilled by approaching via simulations the outdoor-indoor coverage with a simple efficient computational model at downlink mode. This work was assessing the ITU-R recommendations at bands recognised for the HAPS-based networks. It was contemplated the possibility of operating around 2 GHz (1820 MHz, specifically) because this band is recognised as an alternative for HAPS networks that can provide IMT-2000 and IMT-Advanced services. The global broadband radio communication model was composed of three parts: transmitter, channel, and receiver. The transmitter and receiver parts were based on the specifications of the IEEE Std 802.16TM-2009 (with its respective digital transmission techniques for a robust-reliable link), and the channel was subjected to the analysis of radio modelling at the level of HAPS and terrestrial (outdoors plus indoors) parts. For the channel modelling was used the two-state characterisation (physical situations associated with the transmitted/received signals), the state-oriented channel modelling. One of the channel-state contemplated the environmental transmission situation defined by a direct path between transmitter and receiver, and the remaining one regarded the conditions of shadowing. These states were dependent on the elevation angle related to the ray-tracing analysis: within the propagation environment, it was considered that a representative portion of the total energy of the signal was received by a direct or diffracted wave, and the remaining power signal was coming by a specular wave, to last-mentioned waves (rays) were added the scattered and random rays that constituted the diffuse wave. At indoors case, the variations of the transmitted signal were also considering the following matters additionally: the building penetration, construction material, angle of incidence, floor height, position of terminal in the room, and indoor fading; also, these indoors radiocommunications presented different type of paths to reach the receiver: obscured LOS, no LOS (NLOS), and hard NLOS. The evaluation of the feasible performance for the HAPS-to-ground terminal was accomplished by means of thorough simulations. The outcomes of the experiment were presented in terms of BER vs. Eb/N0 plotting, getting significant positive conclusions for these kind of system as access network technology based on HAPS

The relationship between choice of spectrum sensing device and secondary-user intrusion in database-driven cognitive radio systems

As radios in future wireless systems become more flexible and reconfigurable whilst available radio spectrum becomes scarce, the possibility of using TV White Space devices (WSD) as secondary users in the TV Broadcast Bands (without causing harmful interference to licensed incumbents) becomes ever more attractive. Cognitive Radio encompasses a number of technologies which enable adaptive self-programming of systems at different levels to provide more effective use of the increasingly congested radio spectrum. Cognitive Radio has the potential to use spectrum allocated to TV services, which is not actually being used by these services, without causing disruptive interference to licensed users by using channel selection aided by use of appropriate propagation modelling in TV White Spaces.The main purpose of this thesis is to explore the potential of the Cognitive Radio concept to provide additional bandwidth and improved efficiency to help accelerate the development and acceptance of Cognitive Radio technology. Specifically, firstly: three main classes of spectrum sensing techniques (Energy Detection, Matched Filtering and Cyclostationary Feature Detection) have compare in terms of time and spectrum resources consumed, required prior knowledge and complexity, ranking the three classes according to accuracy and performance. Secondly, investigate spectrum occupancy of the UHF TV band in the frequency range from 470 to 862 MHz by undertaking spectrum occupancy measurements in different locations around the Hull area in the UK, using two different receiver devices; a low cost Software-Defined Radio device and a laboratory-quality spectrum analyser. Thirdly, investigate the best propagation model among three propagation models (Extended-Hata, Davidson-Hata and Egli) for use in the TV band, whilst also finding the optimum terrain data resolution to use (1000, 100 or 30 m). it compares modelled results with the previously-mentioned practical measurements and then describe how such models can be integrated into a database-driven tool for Cognitive Radio channel selection within the TV White Space environment. Fourthly, create a flexible simulation system for creating a TV White Space database by using different propagation models. Finally, design a flexible system which uses a combination of Geolocation Database and Spectrum Sensing in the TV band, comparing the performance of two spectrum analysers (Agilent E4407B and Agilent EXA N9010A) with that of a low cost Software-Defined Radio in the real radio environment. The results shows that white space devices can be designed using SDRs based on the Realtek RTL2832U chip (RTL-SDR), combined with a geolocation database for identifying the primary user in the specific location in a cost-effective manner. Furthermore it is shown that improving the sensitivity of RTL-SDR will affect the accuracy and performance of the WSD

Modelling and Real Deployment of C-ITS by Integrating Ground Vehicles and Unmanned Aerial Vehicles

[ES] Para proporcionar un entorno de tráfico vial más seguro y eficiente, los sistemas ITS o Sistemas Inteligentes de Transporte representan como una solución dotada de avances tecnológicos de vanguardia. La integración de elementos de transporte como automóviles junto con elementos de infraestructura como RoadSide Units (RSUs) ubicados a lo largo de la vía de comunicación permiten ofrecer un entorno de red conectado con múltiples servicios, incluida conectividad a Internet. Esta integración se conoce con el término C-ITS o Sistemas Inteligentes de Transporte Cooperativos. La conexión de automóviles con dispositivos de infraestructura permite crear redes vehiculares conectadas (V2X) vehículo a dispositivos, que ofrecen la posibilidad de nuevos despliegues en aplicaciones C-ITS como las relacionadas con la seguridad. Hoy en día, con el uso masivo de teléfonos inteligentes y debido a su flexibilidad y movilidad, existen varios esfuerzos para integrarlos con los automóviles. De hecho, con el soporte adecuado de unidad a bordo (OBU), los teléfonos inteligentes se pueden integrar perfectamente con las redes vehiculares, permitiendo a los conductores usar sus teléfonos inteligentes como dispositivos de bordo a que participan en los servicios C-ITS, con el objeto de mejorar la seguridad al volante entre otros. Tópico este, que hoy día representa un tema relevante de investigación. Un problema a solucionar surge cuando las comunicaciones vehiculares sufren inferencias y bloqueos de la señal debidos al escenario. De hecho, el impacto de la vegetación y los edificios, ya sea en áreas urbanas y rurales, puede afectar a la calidad de la señal. Algunas estrategias para mejorar la comunicación vehicular en este tipo de entorno consiste en desplegar UAVs o vehículo aéreo no tripulado (drones), los cuales actúan como enlaces de comunicación entre vehículos. De hecho, UAV ofrece importantes ventajas de implementación, ya que tienen una gran flexibilidad en términos de movilidad, además de un rango de comunicaciones mejorado. Para evaluar la calidad de las comunicaciones, debe realizarse un conjunto de mediciones. Sin embargo, debido al costo de las implementaciones reales de UAV y automóviles, los experimentos reales podrían no ser factibles para actividades de investigación con recursos limitados. Por lo tanto, los experimentos de simulación se convierten en la opción preferida para evaluar las comunicaciones entre UAV y vehículos terrestres. Lograr modelos de propagación de señal correctos y representativos que puedan importarse a los entornos de simulación se vuelve crucial para obtener un mayor grado de realismo, especialmente para simulaciones que involucran el movimiento de UAVs en cualquier lugar del espacio 3D. En particular, la información de elevación del terreno debe tenerse en cuenta al intentar caracterizar los efectos de propagación de la señal. En esta tesis doctoral, proponemos nuevos enfoques tanto teóricos como empíricos para estudiar la integración de redes vehiculares que combinan automóviles y UAVs, así mismo el impacto del entorno en la calidad de las comunicaciones. Esta tesis presenta una aplicación, una metodología de medición en escenarios reales y un nuevo modelo de simulación, los cuales contribuyen a modelar, desarrollar e implementar servicios C-ITS. Más específicamente, proponemos un modelo de simulación que tiene en cuenta las características del terreno en 3D, para lograr resultados confiables de comunicación entre UAV y vehículos terrestres.[CA] Per a proporcionar un entorn de trànsit viari més segur i eficient, els sistemes ITS o Sistemes Intel·ligents de Transport representen una solució dotada d'avanços tecnològics d'avantguarda. La integració d'elements de transport com auto móvils juntament amb elements d'infraestructura com Road Side Units (RSUs) situats al llarg de lav via de comunicació permeten oferir un entorn de xarxa connectat amb multiples serveis, inclusa connectivitat a Internet. Aquesta integració es connex amb el terme C-ITS o Sistemes Intel·ligents de Transport Cooperatius , com ara els automòbils, amb elements d'infraestructura, com ara les road side units (RSU) o pals situats al llarg de la carretera, per a aconseguir un entorn de xarxa que oferisca nous serveis a més de connectivitat a Internet. Aquesta integració s'expressa amb el terme C-ITS, o sistemes intel·ligents de transport cooperatius. La connexió d'automòbils amb dispositius d'infraestructura permet crear xarxes vehiculars connectades (V2X) vehicle a dispositiu, que ofreixen la possibilitat de nous desplegaments en aplicacions C-ITS, com ara les relacionades amb la seguretat. Avui dia, amb l'ús massiu dels telèfons intel·ligents, i a causa de la flexibilitat i mobilitat que presenten, es fan esforços per integrar-los amb els automòbils. De fet, amb el suport adequat d'unitat a bord (OBU), els telèfons intel·ligents es poden integrar perfectament amb les xarxes vehiculars, permetent als conductors usar els seus telèfons intel·ligents com a dispositius per a participar en els serveis de C-ITS, a fi de millorar la seguretat al volant entre altres. Tòpic est, que hui dia representa un tema rellevant d'investigació. Un problema a solucionar sorgeix quan les comunicacions vehiculars ateixen inferències i bloquejos del senyal deguts a l'escenari. De fet, l'impacte de la vegetació i els edificis, tant en àrees urbanes com rurals, pot afectar la qualitat del senyal. Algunes estratègies de millorar la comunicació vehicular en aquest tipus d'entorn consisteix a desplegar UAVs o vehicles aeris no tripulats (drones), els quals actuen com a enllaços de comunicació entre vehicles. De fet, l'ús d'UAVs ofereix importants avantatges d'implementació, ja que tenen una gran flexibilitat en termes de mobilitat, a més d'un rang de comunicacions millorat. Per a avaluar la qualitat de les comunicacions, s'han de realitzar mesures en escenaris reals. No obstant això, a causa del cost de les implementacions i desplegaments reals d'UAV i el seu ús combinat amb vehicles, aquests experiments reals podrien no ser factibles per a activitats d'investigació amb recursos limitats. Per tant, la metodologia basada en simulació es converteixen en l'opció preferida entre els investigadors per a avaluar les comunicacions entre UAV i vehicles terrestres. Aconseguir models de propagació de senyal correctes i representatius que puguen importar-se als entorns de simulació resulta crucial per a obtenir un major grau de realisme, especialment per a simulacions que involucren el moviment d'UAV en qualsevol lloc de l'espai 3D. En particular, cal tenir en compte la informació d'elevació del terreny per a intentar caracteritzar els efectes de propagació del senyal. En aquesta tesi doctoral proposem enfocaments tant teòrics com empírics per a estudiar la integració de xarxes vehiculars que combinen automòbils i UAV, així com l'impacte de l'entorn en la qualitat de les comunicacions. Aquesta tesi presenta una aplicació, una metodología de mesurament en escenaris reals i un nou model de simulació, els quals contribueixen a modelar, desenvolupar i implementar serveis C-ITS. Més específicament, proposem un model de simulació que té en compte les característiques del terreny en 3D, per a aconseguir resultats fiables de comunicació entre UAV i vehicles terrestres.[EN] To provide a safer road traffic environment and make it more convenient, Intelligent Transport Systems (ITSs) are proposed as a solution endowed with cutting-edge technological advances. The integration of transportation elements like cars together with infrastructure elements like Road Side Units to achieve a networking environment offers new services in addition to Internet connectivity. This integration comes under the term Cooperative Intelligent Transport System (C-ITS). Connecting cars with surrounding devices forming vehicular networks in Vehicle-to-Everything (V2X) open new deployments in C-ITS applications like safety-related ones. With the massive use of smartphones nowadays, and due to their flexibility and mobility, several efforts exist to integrate them with cars. In fact, with the right support from the vehicle's On-Board Unit (OBU), smartphones can be seamlessly integrated with vehicular networks. Hence, drivers can use their smartphones as a device to participate in C-ITS services for safety purposes, among others, which is a quite interesting research topic. A significant problem arises when vehicular communications face signal obstructions caused by the environment. In fact, the impact of vegetation and buildings, whether in urban and rural areas, can result in a lower signal quality. One way to enhance vehicular communication networks is to deploy Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) to act as relays for communication between cars, or ground vehicles. In fact, UAVs offer important deployment advantages, as they offer great flexibility in terms of mobility, in addition to an enhanced communications range. To assess the quality of the communications, a set of measurements must take place. However, due to the cost of real deployments of UAVs and cars, real experiments might not be feasible for research activities with limited resources. Hence, simulation experiments become the preferred option to assess UAV-to- car communications. Achieving correct and representative signal propagation models that can be imported to the simulation environments becomes crucial to obtain a higher degree of realism, especially for simulations involving UAVs moving anywhere throughout the 3D space. In particular, terrain elevation information must be taken into account when attempting to characterize signal propagation effects. In this research work, we propose both theoretical and empirical approaches to study the integration of vehicular networks combining cars and UAVs, and we study the impact of the surrounding environment on the communications quality. An application, a measurement framework, and a simulation model are presented in this thesis in an effort to model, develop, and deploy C-ITS services. More specifically, we propose a simulation model that takes into account 3D terrain features to achieve reliable UAV-to-car communication results.I want to thank the Spanish government through the Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) and the European Union Commission through the European Social Fund (ESF) for co-financing and granting me the fellowship to fund my studies in Spain and my research stay in Russia. In addition, I would to thank the National Institute of Informatics for granting me the internship fund and the Japanese government through the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) for supporting my research work in Japan.Hadiwardoyo, SA. (2019). Modelling and Real Deployment of C-ITS by Integrating Ground Vehicles and Unmanned Aerial Vehicles [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118796TESI