كيفية اختيار مودم النطاق العريض لمركبة جوية بدون طيار (UAV) أو الروبوتات

التحدي المتمثل في نقل كميات كبيرة من البيانات من مركبة جوية بدون طيار (UAV) أو الروبوتات الأرضية ليس من غير المألوف في التطبيقات الحديثة. تتناول هذه المقالة معايير التحديد لأجهزة المودم ذات النطاق العريض والمشكلات ذات الصلة. تمت كتابة المقالة لمطوري الطائرات بدون طيار والروبوتات.

معايير الاختيار

المعايير الرئيسية لاختيار مودم النطاق العريض للطائرات بدون طيار أو الروبوتات هي:

1. نطاق الاتصالات.
2. الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات.
3. التأخير في نقل البيانات.
4. معلمات الوزن والأبعاد.
5. واجهات المعلومات المدعومة.
6. الاحتياجات الغذائية.
7. قناة تحكم/قياس منفصلة.

نطاق الاتصال

لا يعتمد نطاق الاتصال على المودم فحسب، بل يعتمد أيضًا على الهوائيات وكابلات الهوائي وظروف انتشار الموجات الراديوية والتداخل الخارجي وأسباب أخرى. من أجل فصل معلمات المودم نفسه عن المعلمات الأخرى التي تؤثر على نطاق الاتصال، فكر في معادلة النطاق [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. انتشار الموجات الراديوية وتشغيل الوصلات الراديوية. اتصال. موسكو. 1971]

$$display$$ R=frac{3 cdot 10^8}{4 pi F}10^{frac{P_{TXdBm}+G_{TXdB}+L_{TXdB}+G_{RXdB}+L_{RXdB}+ |V|_{ديسيبل}-P_{RXdBm}}{20}},$$display$$

حيث
$inline$R$inline$ — نطاق الاتصال المطلوب بالأمتار؛
$inline$F$inline$ — التردد بالهرتز؛
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — طاقة جهاز إرسال المودم بالديسيبل ميلي واط؛
$inline$G_{TXdB}$inline$ — كسب هوائي الإرسال بالديسيبل؛
$inline$L_{TXdB}$inline$ — فقدان الكابل من المودم إلى هوائي الإرسال بالديسيبل؛
$inline$G_{RXdB}$inline$ — كسب هوائي الاستقبال بالديسيبل؛
$inline$L_{RXdB}$inline$ — فقدان الكابل من المودم إلى هوائي الاستقبال بالديسيبل؛
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — حساسية جهاز استقبال المودم بالديسيبل ميلي واط؛
$inline$|V|_{dB}$inline$ هو عامل توهين يأخذ في الاعتبار الخسائر الإضافية الناجمة عن تأثير سطح الأرض والغطاء النباتي والغلاف الجوي وعوامل أخرى بالديسيبل.

يتضح من معادلة النطاق أن النطاق يعتمد فقط على معلمتين للمودم: قدرة المرسل $inline$P_{TXdBm}$inline$ وحساسية جهاز الاستقبال $inline$P_{RXdBm}$inline$، أو بالأحرى على اختلافهما - ميزانية الطاقة للمودم

$$display$$B_m=P_{TXdBm}-P_{RXdBm}.$$display$$

تصف المعلمات المتبقية في معادلة المدى ظروف انتشار الإشارة ومعلمات أجهزة تغذية الهوائي، أي. لا علاقة لها بالمودم.
لذلك، من أجل زيادة نطاق الاتصال، تحتاج إلى اختيار مودم بقيمة $inline$B_m$inline$ كبيرة. في المقابل، يمكن زيادة $inline$B_m$inline$ عن طريق زيادة $inline$P_{TXdBm}$inline$ أو عن طريق تقليل $inline$P_{RXdBm}$inline$. في معظم الحالات، يبحث مطورو الطائرات بدون طيار عن مودم يتمتع بقدرة إرسال عالية ولا يهتمون كثيرًا بحساسية جهاز الاستقبال، على الرغم من أنهم بحاجة إلى القيام بالعكس تمامًا. يستلزم جهاز الإرسال القوي الموجود على متن مودم النطاق العريض المشكلات التالية:

• ارتفاع استهلاك الطاقة.
• الحاجة للتبريد
• تدهور التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) مع المعدات الأخرى الموجودة على متن الطائرة بدون طيار؛
• سرية منخفضة الطاقة.

وترتبط المشكلتان الأوليان بحقيقة أن الأساليب الحديثة لنقل كميات كبيرة من المعلومات عبر قناة راديوية، على سبيل المثال OFDM، تتطلب خطي الارسال. كفاءة أجهزة الإرسال الراديوية الخطية الحديثة منخفضة: 10-30%. وبالتالي، يتم تحويل 70-90٪ من الطاقة الثمينة لمصدر طاقة الطائرات بدون طيار إلى حرارة، والتي يجب إزالتها بكفاءة من المودم، وإلا فسوف تفشل أو ستنخفض طاقة الخرج بسبب ارتفاع درجة الحرارة في أكثر اللحظات غير المناسبة. على سبيل المثال، سوف يسحب جهاز إرسال بقدرة 2 واط 6-20 واط من مصدر الطاقة، منها 4-18 واط سيتم تحويلها إلى حرارة.

يعد إخفاء الطاقة للوصلة الراديوية أمرًا مهمًا للتطبيقات الخاصة والعسكرية. يعني التخفي المنخفض أنه تم اكتشاف إشارة المودم باحتمالية عالية نسبيًا بواسطة جهاز استقبال الاستطلاع لمحطة التشويش. وبناء على ذلك، فإن احتمال قمع وصلة راديوية ذات طاقة خفية منخفضة مرتفع أيضًا.

تميز حساسية جهاز استقبال المودم قدرته على استخراج المعلومات من الإشارات المستقبلة بمستوى معين من الجودة. قد تختلف معايير الجودة. بالنسبة لأنظمة الاتصالات الرقمية، غالبًا ما يتم استخدام احتمال خطأ البت (معدل خطأ البت - BER) أو احتمال حدوث خطأ في حزمة المعلومات (معدل خطأ الإطار - FER). في الواقع، الحساسية هي مستوى الإشارة نفسها التي يجب استخراج المعلومات منها. على سبيل المثال، تشير حساسية −98 dBm مع BER = 10−6 إلى أنه يمكن استخلاص المعلومات التي تحتوي على مثل هذا BER من إشارة بمستوى dBm 98- أو أعلى، ولكن يمكن الحصول على معلومات بمستوى 99- dBm مثلاً لم يعد من الممكن استخلاصها من إشارة بمستوى، على سبيل المثال، -1 ديسيبل ميلي واط. بالطبع، يحدث الانخفاض في الجودة مع انخفاض مستوى الإشارة تدريجيا، ولكن يجدر بنا أن نأخذ في الاعتبار أن معظم أجهزة المودم الحديثة لديها ما يسمى. تأثير العتبة الذي يحدث فيه انخفاض في الجودة عندما ينخفض ​​مستوى الإشارة عن الحساسية بسرعة كبيرة. يكفي تقليل الإشارة بمقدار 2-10 ديسيبل أقل من الحساسية حتى يرتفع معدل الخطأ في البتات (BER) إلى 1-XNUMX، مما يعني أنك لن ترى فيديو من الطائرة بدون طيار بعد الآن. إن تأثير العتبة هو نتيجة مباشرة لنظرية شانون الخاصة بالقناة الصاخبة، ولا يمكن التخلص منه. يحدث تدمير المعلومات عندما ينخفض ​​مستوى الإشارة عن الحساسية بسبب تأثير الضوضاء التي تتشكل داخل جهاز الاستقبال نفسه. لا يمكن القضاء على الضوضاء الداخلية لجهاز الاستقبال بشكل كامل، ولكن من الممكن تقليل مستواها أو تعلم كيفية استخراج المعلومات بكفاءة من إشارة صاخبة. يستخدم مصنعو المودم كلا الأسلوبين، مما يؤدي إلى إجراء تحسينات على كتل الترددات اللاسلكية الخاصة بجهاز الاستقبال وتحسين خوارزميات معالجة الإشارات الرقمية. إن تحسين حساسية جهاز استقبال المودم لا يؤدي إلى زيادة كبيرة في استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة مثل زيادة قوة جهاز الإرسال. هناك، بالطبع، زيادة في استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة، لكنها متواضعة للغاية.

يوصى باستخدام خوارزمية اختيار المودم التالية من حيث تحقيق نطاق الاتصال المطلوب.

1. اتخاذ قرار بشأن معدل نقل البيانات.
2. حدد مودمًا يتمتع بأفضل حساسية للسرعة المطلوبة.
3. تحديد نطاق الاتصال عن طريق الحساب أو التجربة.
4. إذا تبين أن نطاق الاتصال أقل من اللازم، فحاول استخدام التدابير التالية (مرتبة حسب الأولوية التنازلية):

• تقليل الخسائر في كابلات الهوائي $inline$L_{TXdB}$inline$، $inline$L_{RXdB}$inline$ باستخدام كابل ذي توهين خطي أقل عند تردد التشغيل و/أو تقليل طول الكابلات؛
• زيادة كسب الهوائي $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
• زيادة قوة الارسال المودم.

تعتمد قيم الحساسية على معدل نقل البيانات وفقا للقاعدة: سرعة أعلى - حساسية أسوأ. على سبيل المثال، تعد حساسية -98 ديسيبل ميلي واط لسرعة 8 ميجابت في الثانية أفضل من حساسية -95 ديسيبل ميلي واط لسرعة 12 ميجابت في الثانية. يمكنك مقارنة أجهزة المودم من حيث الحساسية لنفس سرعة نقل البيانات فقط.

تتوفر البيانات المتعلقة بقدرة جهاز الإرسال دائمًا تقريبًا في مواصفات المودم، لكن البيانات المتعلقة بحساسية جهاز الاستقبال لا تتوفر دائمًا أو تكون غير كافية. على الأقل، هذا سبب للحذر، لأن الأرقام الجميلة لا معنى لها للاختباء. بالإضافة إلى ذلك، من خلال عدم نشر بيانات الحساسية، تحرم الشركة المصنعة المستهلك من فرصة تقدير نطاق الاتصال عن طريق الحساب. إلى مشتريات المودم.

الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات

يعد تحديد المودم بناءً على هذه المعلمة أمرًا بسيطًا نسبيًا إذا كانت متطلبات السرعة محددة بوضوح. ولكن هناك بعض الفروق الدقيقة.

إذا كانت المشكلة التي يتم حلها تتطلب ضمان أقصى نطاق اتصال ممكن، وفي الوقت نفسه، من الممكن تخصيص نطاق تردد واسع بما فيه الكفاية لرابط الراديو، فمن الأفضل اختيار مودم يدعم نطاق تردد واسع (عرض النطاق الترددي). والحقيقة هي أنه يمكن تحقيق سرعة المعلومات المطلوبة في نطاق ترددي ضيق نسبيًا باستخدام أنواع التشكيل الكثيفة (16QAM، 64QAM، 256QAM، وما إلى ذلك)، أو في نطاق تردد واسع باستخدام التشكيل منخفض الكثافة (BPSK، QPSK) ). يُفضل استخدام التشكيل منخفض الكثافة لمثل هذه المهام نظرًا لحصانته العالية من الضوضاء. ولذلك فإن حساسية جهاز الاستقبال أفضل، وبالتالي تزيد ميزانية الطاقة للمودم، ونتيجة لذلك، نطاق الاتصال.

في بعض الأحيان يقوم مصنعو الطائرات بدون طيار بضبط سرعة معلومات رابط الراديو أعلى بكثير من سرعة المصدر، حرفيًا مرتين أو أكثر، بحجة أن المصادر مثل برامج ترميز الفيديو لها معدل بت متغير ويجب تحديد سرعة المودم مع الأخذ في الاعتبار القيمة القصوى من انبعاثات معدل البت. وفي هذه الحالة، ينخفض ​​نطاق الاتصال بشكل طبيعي. يجب ألا تستخدم هذا الأسلوب إلا عند الضرورة القصوى. تحتوي معظم أجهزة المودم الحديثة على مخزن مؤقت كبير في جهاز الإرسال يمكنه تخفيف ارتفاع معدل البت دون فقدان الحزمة. ولذلك، ليس من الضروري الاحتفاظ باحتياطي سرعة يزيد عن 2%. إذا كان هناك سبب للاعتقاد بأن سعة المخزن المؤقت للمودم الذي تم شراؤه غير كافية وأن هناك حاجة إلى زيادة أكبر بكثير في السرعة، فمن الأفضل رفض شراء مثل هذا المودم.

تأخير نقل البيانات

عند تقييم هذه المعلمة، من المهم فصل التأخير المرتبط بإرسال البيانات عبر الوصلة الراديوية عن التأخير الناتج عن جهاز التشفير/فك التشفير لمصدر المعلومات، مثل برنامج ترميز الفيديو. يتكون التأخير في الارتباط الراديوي من 3 قيم.

1. تأخير بسبب معالجة الإشارة في جهاز الإرسال والاستقبال.
2. تأخير بسبب انتشار الإشارة من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال.
3. التأخير بسبب التخزين المؤقت للبيانات في جهاز الإرسال في أجهزة المودم المزدوجة بتقسيم الوقت (TDD).

ويتراوح زمن الوصول من النوع الأول، في تجربة المؤلف، من عشرات الميكروثانية إلى واحد مللي ثانية. ويعتمد التأخير من النوع 1 على مدى الاتصال، على سبيل المثال، بالنسبة لوصلة طولها 2 كيلومتر يكون 100 ميكروثانية. يعتمد التأخير من النوع 333 على طول إطار TDD وعلى نسبة مدة دورة الإرسال إلى إجمالي مدة الإطار ويمكن أن يختلف من 3 إلى مدة الإطار، أي أنه متغير عشوائي. إذا كانت حزمة المعلومات المرسلة عند مدخل جهاز الإرسال بينما يكون المودم في دورة الإرسال، فسيتم إرسال الحزمة على الهواء بدون تأخير من النوع 0. إذا كانت الحزمة متأخرة قليلاً وبدأت دورة الاستقبال بالفعل، إذن سيتم تأخيره في المخزن المؤقت لجهاز الإرسال طوال مدة دورة الاستقبال. تتراوح أطوال إطارات TDD النموذجية من 3 إلى 2 مللي ثانية، وبالتالي فإن أسوأ حالة تأخير من النوع 20 لن تتجاوز 3 مللي ثانية. وبالتالي، سيكون إجمالي التأخير في الوصلة الراديوية في حدود 20−3 مللي ثانية.

أفضل طريقة لمعرفة التأخير في الارتباط الراديوي هي تجربة واسعة النطاق باستخدام الأدوات المساعدة لتقييم خصائص الشبكة. لا يوصى بقياس التأخير باستخدام طريقة الطلب والاستجابة، نظرًا لأن التأخير في الاتجاهين الأمامي والخلفي قد لا يكون هو نفسه بالنسبة لأجهزة مودم TDD.

معلمات الوزن والأبعاد

لا يتطلب اختيار وحدة مودم مدمجة وفقًا لهذا المعيار أي تعليقات خاصة: فكلما كان أصغر حجمًا وأخف وزنًا، كان ذلك أفضل. لا تنس أيضًا الحاجة إلى تبريد الوحدة الموجودة على متن الطائرة، فقد تكون هناك حاجة إلى مشعات إضافية، وبالتالي قد يزيد الوزن والأبعاد أيضًا. يجب إعطاء الأفضلية هنا للوحدات الخفيفة والصغيرة الحجم ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة.

بالنسبة للوحدة الأرضية، فإن معلمات أبعاد الكتلة ليست بالغة الأهمية. سهولة الاستخدام والتثبيت تأتي في المقدمة. يجب أن تكون الوحدة الأرضية جهازًا محميًا بشكل موثوق من التأثيرات الخارجية مع نظام تثبيت مناسب على سارية أو حامل ثلاثي الأرجل. الخيار الجيد هو عندما يتم دمج الوحدة الأرضية في نفس الهيكل مع الهوائي. ومن الناحية المثالية، ينبغي توصيل الوحدة الأرضية بنظام التحكم من خلال موصل واحد مناسب. سيوفر لك هذا الكلمات القوية عندما تحتاج إلى تنفيذ أعمال النشر عند درجة حرارة -20 درجة.

المتطلبات الغذائية

يتم إنتاج الوحدات الموجودة على متن الطائرة، كقاعدة عامة، بدعم نطاق واسع من جهد الإمداد، على سبيل المثال 7-30 فولت، والذي يغطي معظم خيارات الجهد في شبكة طاقة الطائرات بدون طيار. إذا كانت لديك الفرصة للاختيار من بين العديد من الفولتية للإمداد، فقم بإعطاء الأفضلية لقيمة جهد الإمداد الأدنى. كقاعدة عامة، يتم تزويد أجهزة المودم بالطاقة داخليًا من جهد 3.3 و5.0 فولت من خلال مصادر طاقة ثانوية. تكون كفاءة مصادر الطاقة الثانوية هذه أعلى، كلما قل الفرق بين المدخلات والجهد الداخلي للمودم. زيادة الكفاءة تعني تقليل استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة.

ومن ناحية أخرى، يجب أن تدعم الوحدات الأرضية الطاقة من مصدر جهد مرتفع نسبيًا. وهذا يسمح باستخدام كابل طاقة ذو مقطع عرضي صغير، مما يقلل الوزن ويسهل عملية التثبيت. مع تساوي جميع الأشياء الأخرى، قم بإعطاء الأفضلية للوحدات الأرضية التي تدعم PoE (الطاقة عبر الإيثرنت). في هذه الحالة، يلزم وجود كابل إيثرنت واحد فقط لتوصيل الوحدة الأرضية بمحطة التحكم.

قناة تحكم/قياس منفصلة

ميزة مهمة في الحالات التي لا توجد فيها مساحة على الطائرة بدون طيار لتثبيت مودم منفصل لقياس الأوامر عن بعد. إذا كانت هناك مساحة، فيمكن استخدام قناة تحكم/قياس منفصلة للمودم عريض النطاق كنسخة احتياطية. عند اختيار مودم به هذا الخيار، انتبه إلى حقيقة أن المودم يدعم البروتوكول المطلوب للاتصال بالطائرة بدون طيار (MAVLink أو الملكية) والقدرة على تعدد إرسال بيانات القناة/القياس عن بعد في واجهة ملائمة في المحطة الأرضية (GS) ). على سبيل المثال، يتم توصيل الوحدة الموجودة على متن مودم النطاق العريض بالطيار الآلي عبر واجهة مثل RS232 أو UART أو CAN، ويتم توصيل الوحدة الأرضية بكمبيوتر التحكم عبر واجهة Ethernet التي من الضروري من خلالها تبادل الأوامر والقياس عن بعد ومعلومات الفيديو. في هذه الحالة، يجب أن يكون المودم قادرًا على مضاعفة تدفق الأمر والقياس عن بعد بين واجهات RS232 أو UART أو CAN الخاصة بالوحدة الموجودة على اللوحة وواجهة Ethernet الخاصة بالوحدة الأرضية.

معلمات أخرى يجب الانتباه إليها

توفر الوضع المزدوج. تدعم أجهزة المودم ذات النطاق العريض للطائرات بدون طيار أوضاع التشغيل البسيطة أو المزدوجة. في الوضع البسيط، يُسمح بنقل البيانات فقط في الاتجاه من الطائرة بدون طيار إلى NS، وفي الوضع المزدوج - في كلا الاتجاهين. كقاعدة عامة، تحتوي أجهزة المودم البسيط على برنامج ترميز فيديو مدمج وهي مصممة للعمل مع كاميرات الفيديو التي لا تحتوي على برنامج ترميز فيديو. المودم البسيط غير مناسب للاتصال بكاميرا IP أو أي أجهزة أخرى تتطلب اتصال IP. على العكس من ذلك، تم تصميم المودم المزدوج، كقاعدة عامة، لتوصيل شبكة IP الموجودة على متن الطائرة بدون طيار بشبكة IP الخاصة بـ NS، أي أنه يدعم كاميرات IP وأجهزة IP الأخرى، ولكن قد لا يحتوي على مدمج- في برنامج ترميز الفيديو، نظرًا لأن كاميرات فيديو IP عادةً ما تحتوي على برنامج ترميز الفيديو الخاص بك. دعم واجهة Ethernet ممكن فقط في أجهزة المودم المزدوجة.

استقبال التنوع (تنوع RX). يعد وجود هذه الإمكانية أمرًا إلزاميًا لضمان التواصل المستمر طوال مسافة الرحلة بأكملها. عند الانتشار على سطح الأرض، تصل موجات الراديو إلى نقطة الاستقبال في شعاعين: على طول مسار مباشر ومع انعكاس من السطح. إذا حدثت إضافة موجات من شعاعين في الطور، فسيتم تقوية المجال عند نقطة الاستقبال، وإذا كان في الطور المضاد، فسيتم إضعافه. يمكن أن يكون الضعف كبيرًا جدًا - حتى فقدان الاتصال بالكامل. يساعد وجود هوائيين على ارتفاعات مختلفة في NS على حل هذه المشكلة، لأنه إذا تمت إضافة الحزم في موقع أحد الهوائيات في الطور المضاد، فإنها لا تتم في موقع الآخر. ونتيجة لذلك، يمكنك تحقيق اتصال مستقر طوال المسافة.
طبولوجيا الشبكة المدعومة. يُنصح باختيار مودم يوفر الدعم ليس فقط لطوبولوجيا نقطة إلى نقطة (PTP)، ولكن أيضًا لطوبولوجيا نقطة إلى عدة نقاط (PMP) والمرحل (المكرر). يتيح لك استخدام التتابع من خلال طائرة بدون طيار إضافية توسيع مساحة تغطية الطائرة بدون طيار الرئيسية بشكل كبير. سيسمح لك دعم PMP بتلقي المعلومات في وقت واحد من عدة طائرات بدون طيار على NS واحد. يرجى أيضًا ملاحظة أن دعم PMP والترحيل سيتطلب زيادة في عرض النطاق الترددي للمودم مقارنة بحالة الاتصال بطائرة بدون طيار واحدة. لذلك، يوصى باختيار مودم يدعم نطاق تردد واسع (15-20 ميجاهرتز على الأقل) لهذه الأوضاع.

توافر وسائل لزيادة مناعة الضوضاء. وهو خيار مفيد، نظراً لبيئة التداخل المكثفة في المناطق التي تُستخدم فيها الطائرات بدون طيار. تُفهم الحصانة من الضوضاء على أنها قدرة نظام الاتصالات على أداء وظيفته في حالة وجود تداخل من أصل صناعي أو طبيعي في قناة الاتصال. هناك طريقتان لمكافحة التدخل. النهج 1: تصميم جهاز استقبال المودم بحيث يمكنه استقبال المعلومات بشكل موثوق حتى في حالة وجود تداخل في نطاق قناة الاتصال، على حساب بعض التخفيض في سرعة نقل المعلومات. النهج 2: قمع أو تخفيف التداخل عند مدخل جهاز الاستقبال. ومن أمثلة تنفيذ النهج الأول أنظمة انتشار الطيف، وهي: قفز التردد (FH)، طيف انتشار التسلسل العشوائي الزائف (DSSS) أو مزيج من الاثنين معًا. أصبحت تقنية FH منتشرة على نطاق واسع في قنوات التحكم في الطائرات بدون طيار نظرًا لانخفاض معدل نقل البيانات المطلوب في قناة الاتصال هذه. على سبيل المثال، لسرعة 16 كيلوبت/ثانية في نطاق 20 ميجاهرتز، يمكن تنظيم حوالي 500 موضع تردد، مما يسمح بحماية موثوقة ضد تداخل النطاق الضيق. يعد استخدام FH لقناة اتصال عريضة النطاق مشكلة لأن نطاق التردد الناتج كبير جدًا. على سبيل المثال، للحصول على 500 موضع تردد عند العمل مع إشارة بعرض نطاق 4 ميجا هرتز، ستحتاج إلى 2 جيجا هرتز من عرض النطاق الترددي المجاني! الكثير ليكون حقيقيا. يعد استخدام DSSS لقناة اتصال عريضة النطاق مع الطائرات بدون طيار أكثر أهمية. في هذه التقنية، يتم تكرار كل بتة معلومات في وقت واحد عند عدة (أو حتى جميع) الترددات في نطاق الإشارة، وفي حالة وجود تداخل ضيق النطاق، يمكن فصلها عن أجزاء الطيف التي لا تتأثر بالتداخل. إن استخدام DSSS، وكذلك FH، يعني أنه عند ظهور التداخل في القناة، ستكون هناك حاجة إلى تقليل معدل نقل البيانات. ومع ذلك، فمن الواضح أنه من الأفضل استقبال الفيديو من طائرة بدون طيار بدقة أقل من لا شيء على الإطلاق. يستخدم النهج 2 حقيقة أن التداخل، على عكس الضوضاء الداخلية لجهاز الاستقبال، يدخل إلى الوصلة الراديوية من الخارج، ويمكن منعه في حالة وجود وسائل معينة في المودم. ومن الممكن قمع التداخل إذا كان موضعياً في المجالات الطيفية أو الزمانية أو المكانية. على سبيل المثال، يتم تحديد موضع التداخل ضيق النطاق في المنطقة الطيفية ويمكن "قطعه" من الطيف باستخدام مرشح خاص. وبالمثل، يتم تحديد موضع الضوضاء النبضية في المجال الزمني؛ ولقمعها، تتم إزالة المنطقة المتأثرة من إشارة دخل جهاز الاستقبال. إذا لم يكن التداخل ضيق النطاق أو نبضيًا، فيمكن استخدام الكابت المكاني لقمعه يدخل التداخل إلى هوائي الاستقبال من مصدر من اتجاه معين. إذا تم وضع الصفر لمخطط إشعاع هوائي الاستقبال في اتجاه مصدر التداخل، فسيتم كبت التداخل. تسمى هذه الأنظمة بأنظمة تشكيل الشعاع التكيفي وإبطال الشعاع.

بروتوكول الراديو المستخدم يمكن لمصنعي المودم استخدام بروتوكول راديو قياسي (WiFi، DVB-T) أو خاص. نادرًا ما تتم الإشارة إلى هذه المعلمة في المواصفات. تتم الإشارة إلى استخدام DVB-T بشكل غير مباشر من خلال نطاقات التردد المدعومة 2/4/6/7/8، وأحيانًا 10 ميجا هرتز والإشارة في النص إلى مواصفات تقنية COFDM (المشفرة OFDM) والتي يستخدم فيها OFDM جنبًا إلى جنب. مع الترميز المقاوم للضوضاء. بشكل عابر، نلاحظ أن COFDM هو شعار إعلاني بحت وليس له أي مزايا مقارنة بـ OFDM، حيث لا يتم استخدام OFDM بدون تشفير مقاوم للضوضاء أبدًا في الممارسة العملية. قم بمساواة COFDM وOFDM عندما ترى هذه الاختصارات في مواصفات مودم الراديو.

عادةً ما يتم إنشاء أجهزة المودم التي تستخدم بروتوكولًا قياسيًا على أساس شريحة متخصصة (WiFi، DVB-T) تعمل جنبًا إلى جنب مع معالج دقيق. إن استخدام شريحة مخصصة يريح الشركة المصنعة للمودم من الكثير من المتاعب المرتبطة بتصميم ونمذجة وتنفيذ واختبار بروتوكول الراديو الخاص بها. يتم استخدام المعالج الدقيق لإعطاء المودم الوظائف الضرورية. تتمتع أجهزة المودم هذه بالمزايا التالية.

1. انخفاض السعر
2. معلمات الوزن والحجم جيدة.
3. استهلاك منخفض للطاقة.

هناك أيضا عيوب.

1. عدم القدرة على تغيير خصائص واجهة الراديو عن طريق تغيير البرامج الثابتة.
2. انخفاض استقرار الإمدادات على المدى الطويل.
3. محدودية القدرات في تقديم الدعم الفني المؤهل عند حل المشكلات غير القياسية.

يرجع انخفاض استقرار الإمدادات إلى حقيقة أن مصنعي الرقائق يركزون بشكل أساسي على الأسواق الكبيرة (أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر وما إلى ذلك). لا يمثل مصنعو أجهزة المودم الخاصة بالطائرات بدون طيار أولوية بالنسبة لهم ولا يمكنهم بأي شكل من الأشكال التأثير على قرار الشركة المصنعة للرقاقة بوقف الإنتاج دون استبدال مناسب بمنتج آخر. يتم تعزيز هذه الميزة من خلال اتجاه تعبئة واجهات الراديو في دوائر دقيقة متخصصة مثل "النظام على الرقاقة" (System on Chip - SoC)، وبالتالي يتم التخلص تدريجيًا من شرائح واجهة الراديو الفردية من سوق أشباه الموصلات.

ترجع القدرات المحدودة في تقديم الدعم الفني إلى حقيقة أن فرق تطوير أجهزة المودم المعتمدة على بروتوكول الراديو القياسي تضم طاقمًا جيدًا من المتخصصين، في المقام الأول في مجال الإلكترونيات وتكنولوجيا الموجات الدقيقة. قد لا يكون هناك متخصصون في الاتصالات اللاسلكية على الإطلاق، حيث لا توجد مشاكل يتعين عليهم حلها. لذلك، قد يجد مصنعو الطائرات بدون طيار الذين يبحثون عن حلول لمشاكل الاتصالات اللاسلكية غير التافهة أنفسهم بخيبة أمل فيما يتعلق بالتشاور والمساعدة الفنية.

تم تصميم أجهزة المودم التي تستخدم بروتوكول راديو خاصًا على أساس شرائح معالجة الإشارات التناظرية والرقمية العالمية. استقرار العرض لهذه الرقائق مرتفع جدًا. صحيح أن السعر مرتفع أيضًا. تتمتع أجهزة المودم هذه بالمزايا التالية.

1. إمكانيات واسعة لتكييف المودم مع احتياجات العميل، بما في ذلك تكييف واجهة الراديو عن طريق تغيير البرامج الثابتة.
2. إمكانات واجهة الراديو الإضافية المثيرة للاهتمام للاستخدام في الطائرات بدون طيار وهي غائبة في أجهزة المودم المبنية على أساس بروتوكولات الراديو القياسية.
3. ارتفاع استقرار الإمدادات، بما في ذلك. على المدى الطويل.
4. مستوى عالٍ من الدعم الفني، بما في ذلك حل المشكلات غير القياسية.

عيوب.

1. سعر مرتفع
2. قد تكون معلمات الوزن والحجم أسوأ من تلك الخاصة بأجهزة المودم التي تستخدم بروتوكولات الراديو القياسية.
3. زيادة استهلاك الطاقة لوحدة معالجة الإشارات الرقمية.

البيانات الفنية لبعض أجهزة المودم للطائرات بدون طيار

يوضح الجدول المعلمات الفنية لبعض أجهزة المودم الخاصة بالطائرات بدون طيار المتوفرة في السوق.

لاحظ أنه على الرغم من أن مودم 3D Link يتمتع بأقل طاقة إرسال مقارنة بمودم Picoradio OEM وJ11 (25 ديسيبل ميلي واط مقابل 27−30 ديسيبل ميلي واط)، فإن ميزانية طاقة الارتباط ثلاثي الأبعاد أعلى من أجهزة المودم هذه نظرًا لحساسية جهاز الاستقبال العالية (مع نفس سرعة نقل البيانات لأجهزة المودم التي تتم مقارنتها). وبالتالي، سيكون نطاق الاتصال عند استخدام 3D Link أكبر مع إمكانية إخفاء الطاقة بشكل أفضل.

طاولة. البيانات الفنية لبعض أجهزة المودم ذات النطاق العريض للطائرات بدون طيار والروبوتات

المعلمة
رابط ثلاثي الأبعاد
سكاي هوبر برو
بيكوراديو OEM (يتم إجراؤه على الوحدة النمطية pDDL2450 من ميكروهارد)
SOLO7
(أنظر أيضا جهاز استقبال SOLO7)
J11

الشركة المصنعة ، البلد
جيوسكان، الترددات اللاسلكية
موبايليكوم، إسرائيل
الابتكارات المحمولة جوا، كندا
دي تي سي، المملكة المتحدة
ريديس، الصين

نطاق الاتصالات [كم] 20−60
5
غير متوفر *
غير متوفر *
10-20

السرعة [ميغابت/ثانية] 0.023−64.9
1.6-6
0.78-28
0.144-31.668
1.5-6

تأخير نقل البيانات [مللي ثانية] 1−20
25
غير متوفر *
15-100
15-30

أبعاد الوحدة الموجودة على متن الطائرة LxWxH [مم] 77x45x25
74h54h26
40x40x10 (بدون السكن)
67h68h22
76h48h20

وزن الوحدة على متن الطائرة [جرام] 89
105
17.6 (بدون سكن)
135
88

واجهات المعلومات
إيثرنت، RS232، CAN، USB
إيثرنت، RS232، USB (اختياري)
إيثرنت، RS232/UART
اتش دي ام اي، ايه في، RS232، يو اس بي
HDMI، إيثرنت، UART

وحدة إمداد الطاقة على متن الطائرة [فولت/وات] 7−30/6.7
7−26/ن/أ*
5−58 / 4.8
5.9−17.8/4.5−7
7−18 / 8

مصدر طاقة الوحدة الأرضية [فولت/وات] 18−75 أو PoE/7
7−26/ن/أ*
5−58 / 4.8
6−16 / 8
7−18 / 5

قوة الارسال [ديسيبل ميلي واط] 25
غير متوفر *
27-30
20
30

حساسية جهاز الاستقبال [ديسيبل مللي واط] (للسرعة [ميجابت/ثانية])
−122(0.023) −101(4.06) −95.1(12.18) −78.6(64.96)
−101(غير متوفر*)
−101(0.78) −96(3.00) −76(28.0)
−95(ن/أ*) −104(ن/أ*)
−97(1.5) −94(3.0) −90(6.0)

ميزانية طاقة المودم [ديسيبل] (للسرعة [ميجابت/ثانية])
147(0.023) 126(4.06) 120.1(12.18) 103.6(64.96)
غير متوفر *
131(0.78) 126(3.00) 103(28.0)
غير متوفر *
127،1.5 (124) 3.0،120 (6.0) XNUMX،XNUMX (XNUMX)

نطاقات التردد المدعومة [MHz] 4−20
4.5؛ 8.5
2؛ 4؛ 8
0.625. 1.25. 2.5. 6. 7. 8
2؛ 4؛ 8

البسيط / المزدوج
دوبلكس
دوبلكس
دوبلكس
البسيط
دوبلكس

دعم التنوع
نعم
نعم
نعم
نعم
نعم

قناة منفصلة للتحكم/القياس عن بعد
نعم
نعم
نعم
لا
نعم

بروتوكولات التحكم في الطائرات بدون طيار المدعومة في قناة التحكم/القياس عن بعد
MAVLink، ملكية خاصة
MAVLink، ملكية خاصة
لا
لا
رابط مركبة الصعود من المريخ

دعم تعدد الإرسال في قناة التحكم/القياس عن بعد
نعم
نعم
لا
لا
غير متوفر *

مخططات الشبكة
بتب، بمب، التتابع
بتب، بمب، التتابع
بتب، بمب، التتابع
PTP
بتب، بمب، التتابع

وسائل لزيادة مناعة الضوضاء
DSSS، والنطاق الضيق، ومثبطات النبض
غير متوفر *
غير متوفر *
غير متوفر *
غير متوفر *

بروتوكول الراديو
امتلاكي
غير متوفر *
غير متوفر *
DVB-T
غير متوفر *

* غير متوفر - لا توجد بيانات.

نبذة عن الكاتب

ألكسندر سمورودينوف [[البريد الإلكتروني محمي]] هو أحد المتخصصين الرائدين في شركة Geoscan LLC في مجال الاتصالات اللاسلكية. منذ عام 2011 وحتى الوقت الحاضر، قام بتطوير بروتوكولات الراديو وخوارزميات معالجة الإشارات لأجهزة المودم الراديوية ذات النطاق العريض لأغراض مختلفة، بالإضافة إلى تنفيذ الخوارزميات المطورة القائمة على رقائق المنطق القابلة للبرمجة. تشمل مجالات اهتمام المؤلف تطوير خوارزميات التزامن، وتقدير خاصية القناة، والتعديل/إزالة التشكيل، والتشفير المقاوم للضوضاء، بالإضافة إلى بعض خوارزميات طبقة الوصول إلى الوسائط (MAC). قبل انضمامه إلى Geoscan، عمل المؤلف في مؤسسات مختلفة، حيث قام بتطوير أجهزة اتصالات لاسلكية مخصصة. ومن عام 2002 إلى عام 2007، عمل في شركة Proteus LLC كمتخصص رائد في تطوير أنظمة الاتصالات بناءً على معيار IEEE802.16 (WiMAX). من عام 1999 إلى عام 2002، شارك المؤلف في تطوير خوارزميات التشفير المقاومة للضوضاء ونمذجة مسارات الوصلات الراديوية في معهد الأبحاث المركزي للمؤسسة الفيدرالية الحكومية "جرانيت". حصل المؤلف على درجة مرشح في العلوم التقنية من جامعة سانت بطرسبرغ لمعدات الفضاء الجوي في عام 1998 ودرجة في الهندسة الراديوية من نفس الجامعة في عام 1995. ألكساندر هو عضو حالي في IEEE وجمعية الاتصالات IEEE.

المصدر: www.habr.com