نحوه انتخاب یک مودم پهن باند برای وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) یا روباتیک

چالش انتقال مقادیر زیادی داده از یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) یا روباتیک زمینی در کاربردهای مدرن غیر معمول نیست. این مقاله معیارهای انتخاب مودم های پهن باند و مشکلات مربوط به آن را مورد بحث قرار می دهد. این مقاله برای توسعه دهندگان پهپاد و رباتیک نوشته شده است.

معیار انتخاب

معیارهای اصلی برای انتخاب یک مودم پهن باند برای پهپاد یا رباتیک عبارتند از:

1. محدوده ارتباطی
2. حداکثر سرعت انتقال داده
3. تاخیر در انتقال اطلاعات
4. پارامترهای وزن و ابعاد
5. رابط های اطلاعاتی پشتیبانی شده
6. الزامات تغذیه ای
7. کانال کنترل/دورسنجی مجزا.

محدوده ارتباطی

محدوده ارتباط نه تنها به مودم، بلکه به آنتن ها، کابل های آنتن، شرایط انتشار امواج رادیویی، تداخل خارجی و دلایل دیگر بستگی دارد. برای جدا کردن پارامترهای خود مودم از سایر پارامترهایی که بر محدوده ارتباطی تأثیر می‌گذارند، معادله برد را در نظر بگیرید [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. انتشار امواج رادیویی و بهره برداری از پیوندهای رادیویی. ارتباط. مسکو. 1971]

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

جایی که
$inline$R$inline$ — محدوده ارتباطی مورد نیاز بر حسب متر.
$inline$F$inline$ — فرکانس در هرتز.
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — قدرت فرستنده مودم بر حسب dBm.
$inline$G_{TXdB}$inline$ — افزایش آنتن فرستنده بر حسب دسی بل.
$inline$L_{TXdB}$inline$ — تلفات کابل از مودم به آنتن فرستنده بر حسب دسی بل.
$inline$G_{RXdB}$inline$ — افزایش آنتن گیرنده بر حسب دسی بل.
$inline$L_{RXdB}$inline$ — تلفات کابل از مودم به آنتن گیرنده بر حسب دسی بل.
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — حساسیت گیرنده مودم بر حسب dBm.
$inline$|V|_{dB}$inline$ یک عامل میرایی است که تلفات اضافی ناشی از تأثیر سطح زمین، پوشش گیاهی، اتمسفر و سایر عوامل در دسی بل را در نظر می‌گیرد.

از معادله برد مشخص است که برد فقط به دو پارامتر مودم بستگی دارد: قدرت فرستنده $inline$P_{TXdBm}$inline$ و حساسیت گیرنده $inline$P_{RXdBm}$inline$ یا بهتر است بگوییم به تفاوت آنها - بودجه انرژی مودم

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

پارامترهای باقیمانده در معادله برد شرایط انتشار سیگنال و پارامترهای دستگاه های تغذیه کننده آنتن را توصیف می کنند. ربطی به مودم نداره
بنابراین، برای افزایش دامنه ارتباط، باید یک مودم با مقدار بزرگ $inline$B_m$inline$ انتخاب کنید. به نوبه خود، $inline$B_m$inline$ را می توان با افزایش $inline$P_{TXdBm}$inline$ یا با کاهش $inline$P_{RXdBm}$inline$ افزایش داد. در بیشتر موارد، توسعه دهندگان پهپاد به دنبال مودمی با قدرت فرستنده بالا هستند و به حساسیت گیرنده توجه چندانی ندارند، اگرچه دقیقاً باید برعکس عمل کنند. یک فرستنده قدرتمند روی برد یک مودم پهن باند دارای مشکلات زیر است:

• مصرف برق بالا؛
• نیاز به خنک کننده؛
• بدتر شدن سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) با سایر تجهیزات داخلی پهپاد.
• رازداری کم انرژی

دو مشکل اول به این واقعیت مربوط می شود که روش های مدرن انتقال مقادیر زیادی اطلاعات از طریق یک کانال رادیویی، به عنوان مثال OFDM، نیازمند خطی فرستنده. راندمان فرستنده های رادیویی خطی مدرن کم است: 10-30٪. بنابراین ۷۰ تا ۹۰ درصد انرژی گرانبهای منبع تغذیه پهپاد به گرما تبدیل می شود که باید به طور موثر از مودم حذف شود، در غیر این صورت از کار می افتد یا قدرت خروجی آن به دلیل گرم شدن بیش از حد در نامناسب ترین لحظه کاهش می یابد. به عنوان مثال، یک فرستنده 70 وات 90 تا 2 وات را از منبع تغذیه می کشد که 6 تا 20 وات آن به گرما تبدیل می شود.

مخفی بودن انرژی یک پیوند رادیویی برای کاربردهای خاص و نظامی مهم است. مخفی کاری کم به این معنی است که سیگنال مودم با احتمال نسبتاً بالایی توسط گیرنده شناسایی ایستگاه پارازیت شناسایی می شود. بر این اساس، احتمال سرکوب یک پیوند رادیویی با مخفی کاری کم انرژی نیز زیاد است.

حساسیت گیرنده مودم توانایی آن در استخراج اطلاعات از سیگنال های دریافتی با سطح کیفیت معینی را مشخص می کند. معیارهای کیفیت ممکن است متفاوت باشد. برای سیستم های ارتباطی دیجیتال، بیشتر از احتمال خطای بیت (نرخ خطای بیت - BER) یا احتمال خطا در یک بسته اطلاعاتی (نرخ خطای فریم - FER) استفاده می شود. در واقع، حساسیت همان سطح سیگنالی است که اطلاعات باید از آن استخراج شود. به عنوان مثال، حساسیت -98 دسی بل با BER = 10-6 نشان می دهد که اطلاعات با چنین BER را می توان از سیگنالی با سطح 98- دسی بل یا بالاتر استخراج کرد، اما اطلاعات با سطح مثلاً 99 دسی بل متر می تواند دیگر از سیگنالی با سطح مثلاً 1-dBm استخراج نمی شود. البته کاهش کیفیت با کاهش سطح سیگنال به تدریج اتفاق می‌افتد، اما شایان ذکر است که اکثر مودم‌های مدرن دارای به اصطلاح هستند. اثر آستانه که در آن کاهش کیفیت هنگامی که سطح سیگنال کمتر از حساسیت کاهش می‌یابد خیلی سریع رخ می‌دهد. کافی است سیگنال را 2-10 دسی بل زیر حساسیت کاهش دهید تا BER به 1-XNUMX افزایش یابد، به این معنی که دیگر ویدیویی از پهپاد نخواهید دید. اثر آستانه نتیجه مستقیم قضیه شانون برای یک کانال پر سر و صدا است؛ نمی توان آن را حذف کرد. تخریب اطلاعات زمانی که سطح سیگنال به زیر حساسیت کاهش می یابد به دلیل تأثیر نویز ایجاد شده در خود گیرنده رخ می دهد. نویز داخلی یک گیرنده را نمی توان به طور کامل حذف کرد، اما می توان سطح آن را کاهش داد یا یاد گرفت که به طور موثر اطلاعات را از یک سیگنال پر سر و صدا استخراج کرد. سازندگان مودم از هر دوی این رویکردها استفاده می‌کنند و بلوک‌های RF گیرنده را بهبود می‌بخشند و الگوریتم‌های پردازش سیگنال دیجیتال را بهبود می‌بخشند. بهبود حساسیت گیرنده مودم به اندازه افزایش توان فرستنده منجر به افزایش چشمگیر مصرف برق و اتلاف گرما نمی شود. البته افزایش مصرف انرژی و تولید گرما وجود دارد، اما بسیار کم است.

الگوریتم انتخاب مودم زیر از نظر دستیابی به محدوده ارتباطی مورد نیاز توصیه می شود.

1. در مورد سرعت انتقال داده تصمیم بگیرید.
2. یک مودم با بهترین حساسیت برای سرعت مورد نیاز انتخاب کنید.
3. محدوده ارتباط را با محاسبه یا آزمایش تعیین کنید.
4. اگر محدوده ارتباطی کمتر از حد لازم است، سعی کنید از اقدامات زیر استفاده کنید (به ترتیب اولویت کاهش یافته):

• کاهش تلفات در کابل‌های آنتن $inline$L_{TXdB}$inline$, $inline$L_{RXdB}$inline$ با استفاده از کابلی با تضعیف خطی کمتر در فرکانس کاری و/یا کاهش طول کابل‌ها.
• افزایش بهره آنتن $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
• افزایش قدرت فرستنده مودم

مقادیر حساسیت طبق قانون به سرعت انتقال داده بستگی دارد: سرعت بالاتر - حساسیت بدتر. به عنوان مثال، حساسیت -98 dBm برای 8 Mbps بهتر از حساسیت -95 dBm برای 12 Mbps است. شما می توانید مودم ها را از نظر حساسیت فقط با همان سرعت انتقال داده مقایسه کنید.

اطلاعات مربوط به توان فرستنده تقریباً همیشه در مشخصات مودم موجود است، اما داده های مربوط به حساسیت گیرنده همیشه در دسترس نیست یا کافی نیست. حداقل، این دلیلی برای احتیاط است، زیرا اعداد زیبا به سختی قابل پنهان کردن هستند. علاوه بر این، سازنده با عدم انتشار داده های حساسیت، فرصت تخمین محدوده ارتباطی را از طریق محاسبه از مصرف کننده سلب می کند. به خرید مودم

حداکثر نرخ باود

اگر سرعت مورد نیاز به وضوح تعریف شده باشد، انتخاب یک مودم بر اساس این پارامتر نسبتاً ساده است. اما برخی از تفاوت های ظریف وجود دارد.

اگر مشکل در حال حل مستلزم اطمینان از حداکثر محدوده ارتباطی ممکن است و در عین حال امکان اختصاص باند فرکانسی به اندازه کافی برای یک پیوند رادیویی وجود دارد، بهتر است مودمی را انتخاب کنید که از باند فرکانسی گسترده (پهنای باند) پشتیبانی کند. واقعیت این است که سرعت اطلاعات مورد نیاز را می توان در یک باند فرکانسی نسبتا باریک با استفاده از انواع مدولاسیون متراکم (16QAM، 64QAM، 256QAM و غیره) یا در یک باند فرکانسی گسترده با استفاده از مدولاسیون با چگالی کم (BPSK، QPSK) به دست آورد. ). استفاده از مدولاسیون با چگالی کم برای چنین کارهایی به دلیل ایمنی بالای سر و صدا ترجیح داده می شود. بنابراین حساسیت گیرنده بهتر است؛ بر این اساس، بودجه انرژی مودم و در نتیجه برد ارتباطی افزایش می یابد.

گاهی اوقات سازندگان پهپاد سرعت اطلاعات پیوند رادیویی را بسیار بیشتر از سرعت منبع، به معنای واقعی کلمه 2 بار یا بیشتر، تنظیم می کنند، با این استدلال که منابعی مانند کدک های ویدئویی دارای نرخ بیت متغیر هستند و سرعت مودم باید با در نظر گرفتن حداکثر مقدار انتخاب شود. انتشار بیت ریت در این حالت به طور طبیعی محدوده ارتباطی کاهش می یابد. شما نباید از این روش استفاده کنید مگر اینکه کاملاً ضروری باشد. اکثر مودم‌های مدرن دارای یک بافر بزرگ در فرستنده هستند که می‌تواند افزایش نرخ بیت را بدون از دست دادن بسته‌ها صاف کند. بنابراین، ذخیره سرعت بیش از 25٪ مورد نیاز نیست. اگر دلیلی وجود دارد که باور کنیم ظرفیت بافر مودم خریداری شده کافی نیست و افزایش قابل توجهی در سرعت مورد نیاز است، بهتر است از خرید چنین مودمی خودداری کنید.

تاخیر انتقال داده

هنگام ارزیابی این پارامتر، مهم است که تاخیر مربوط به انتقال داده از طریق پیوند رادیویی را از تاخیر ایجاد شده توسط دستگاه رمزگذاری/رمزگشایی منبع اطلاعات، مانند یک کدک ویدئویی، جدا کنید. تاخیر در پیوند رادیویی از 3 مقدار تشکیل شده است.

1. تاخیر به دلیل پردازش سیگنال در فرستنده و گیرنده.
2. تاخیر به دلیل انتشار سیگنال از فرستنده به گیرنده.
3. تاخیر به دلیل بافر داده در فرستنده در مودم های تقسیم زمانی دوبلکس (TDD).

تأخیر نوع 1، در تجربه نویسنده، از ده‌ها میکروثانیه تا یک میلی‌ثانیه متغیر است. تاخیر نوع 2 به برد ارتباطی بستگی دارد، به عنوان مثال، برای یک لینک 100 کیلومتری 333 میکرو ثانیه است. تأخیر نوع 3 به طول قاب TDD و به نسبت مدت چرخه انتقال به کل مدت فریم بستگی دارد و می تواند از 0 تا مدت فریم متغیر باشد، یعنی یک متغیر تصادفی است. اگر بسته اطلاعات ارسال شده در ورودی فرستنده باشد در حالی که مودم در چرخه انتقال است، بسته با تاخیر صفر نوع 3 بر روی هوا ارسال می شود. اگر بسته کمی تاخیر داشته باشد و چرخه دریافت از قبل شروع شده باشد، پس برای مدت چرخه دریافت در بافر فرستنده تاخیر خواهد داشت. طول قاب TDD معمولی بین 2 تا 20 میلی ثانیه است، بنابراین بدترین حالت تاخیر نوع 3 از 20 میلی ثانیه تجاوز نمی کند. بنابراین، کل تاخیر در پیوند رادیویی در محدوده 3-21 ms خواهد بود.

بهترین راه برای پی بردن به تاخیر در یک پیوند رادیویی، یک آزمایش در مقیاس کامل با استفاده از ابزارهای کمکی برای ارزیابی ویژگی های شبکه است. اندازه گیری تاخیر با استفاده از روش درخواست-پاسخ توصیه نمی شود، زیرا تاخیر در جهت جلو و عقب ممکن است برای مودم های TDD یکسان نباشد.

پارامترهای وزن و ابعاد

انتخاب یک واحد مودم روی برد طبق این معیار نیازی به اظهار نظر خاصی ندارد: هر چه کوچکتر و سبکتر باشد بهتر است. همچنین در مورد نیاز به خنک کردن واحد داخلی غافل نشوید؛ ممکن است رادیاتورهای اضافی مورد نیاز باشد و بر این اساس، وزن و ابعاد نیز ممکن است افزایش یابد. در اینجا باید به واحدهای سبک و کوچک با مصرف برق کم اولویت داده شود.

برای یک واحد زمینی، پارامترهای ابعاد جرم چندان مهم نیستند. سهولت استفاده و نصب به منصه ظهور می رسد. واحد زمینی باید دستگاهی باشد که به طور قابل اعتماد در برابر تأثیرات خارجی با یک سیستم نصب راحت روی دکل یا سه پایه محافظت می شود. یک گزینه خوب زمانی است که واحد زمین در همان محفظه با آنتن یکپارچه شود. در حالت ایده آل، واحد زمین باید از طریق یک رابط مناسب به سیستم کنترل متصل شود. این شما را از کلمات قوی در هنگام نیاز به انجام کار استقرار در دمای -20 درجه نجات می دهد.

مورد نیاز در رژیم غذایی

واحدهای داخلی، به عنوان یک قاعده، با پشتیبانی از طیف گسترده ای از ولتاژهای تغذیه، به عنوان مثال 7-30 ولت، تولید می شوند که اکثر گزینه های ولتاژ در شبکه برق پهپاد را پوشش می دهد. اگر فرصت انتخاب از بین چندین ولتاژ منبع را دارید، کمترین مقدار ولتاژ تغذیه را ترجیح دهید. به عنوان یک قاعده، مودم ها به صورت داخلی از ولتاژهای 3.3 و 5.0 ولت از طریق منابع تغذیه ثانویه تغذیه می شوند. راندمان این منابع تغذیه ثانویه بیشتر است، هر چه اختلاف بین ورودی و ولتاژ داخلی مودم کمتر باشد. افزایش راندمان به معنای کاهش مصرف انرژی و تولید گرما است.

از طرف دیگر، واحدهای زمینی باید برق را از یک منبع ولتاژ نسبتا بالا پشتیبانی کنند. این امکان استفاده از کابل برق با مقطع کوچک را فراهم می کند که باعث کاهش وزن و سهولت نصب می شود. در صورت مساوی بودن همه موارد دیگر، واحدهای زمینی با پشتیبانی از PoE (توان بر روی اترنت) را ترجیح دهید. در این حالت فقط یک کابل اترنت برای اتصال یونیت زمین به ایستگاه کنترل مورد نیاز است.

کانال کنترل/دورسنجی مجزا

یک ویژگی مهم در مواردی که فضایی بر روی پهپاد برای نصب مودم تله متری فرمان جداگانه باقی نمی ماند. اگر فضا وجود داشته باشد، می توان از یک کانال کنترل/دورسنجی جداگانه مودم پهن باند به عنوان پشتیبان استفاده کرد. هنگام انتخاب مودم با این گزینه، به این نکته توجه کنید که مودم از پروتکل مورد نظر برای ارتباط با پهپاد (MAVLink یا اختصاصی) و قابلیت کنترل چندگانه کانال/داده های تله متری در یک رابط مناسب در ایستگاه زمینی (GS) پشتیبانی می کند. ). به عنوان مثال، واحد داخلی یک مودم پهن باند از طریق رابطی مانند RS232، UART یا CAN به خلبان خودکار متصل می شود و واحد زمینی از طریق یک رابط اترنت به رایانه کنترل متصل می شود که از طریق آن لازم است دستور مبادله شود. ، تله متری و اطلاعات تصویری. در این حالت، مودم باید بتواند جریان فرمان و تله متری را بین رابط های RS232، UART یا CAN واحد داخلی و رابط اترنت واحد زمینی چندگانه کند.

پارامترهای دیگری که باید به آنها توجه کرد

در دسترس بودن حالت دوبلکس. مودم‌های باند پهن برای پهپادها از حالت‌های عملیاتی سیمپلکس یا دوبلکس پشتیبانی می‌کنند. در حالت سیمپلکس، انتقال داده فقط در جهت از پهپاد به NS و در حالت دورو - در هر دو جهت مجاز است. به عنوان یک قاعده، مودم های ساده دارای یک کدک ویدئویی داخلی هستند و برای کار با دوربین های ویدئویی که فاقد کدک ویدئو هستند طراحی شده اند. مودم سیمپلکس برای اتصال به دوربین IP یا هر دستگاه دیگری که نیاز به اتصال IP دارد مناسب نیست. برعکس، یک مودم دوبلکس، به عنوان یک قاعده، برای اتصال شبکه IP داخلی پهپاد با شبکه IP NS طراحی شده است، یعنی از دوربین های IP و سایر دستگاه های IP پشتیبانی می کند، اما ممکن است دارای داخلی نباشد. در کدک ویدئویی، زیرا دوربین های ویدئویی IP معمولا کدک ویدئویی شما را دارند. پشتیبانی از رابط اترنت فقط در مودم های فول دوبلکس امکان پذیر است.

دریافت تنوع (تنوع RX). وجود این قابلیت برای اطمینان از ارتباط مستمر در کل مسافت پرواز الزامی است. هنگام انتشار بر روی سطح زمین، امواج رادیویی در دو پرتو به نقطه دریافت می‌رسند: در طول مسیر مستقیم و با بازتاب از سطح. اگر اضافه شدن امواج دو پرتو در فاز اتفاق بیفتد، میدان در نقطه دریافت تقویت می شود و اگر در پادفاز باشد، ضعیف می شود. تضعیف می تواند بسیار قابل توجه باشد - تا از دست دادن کامل ارتباطات. وجود دو آنتن بر روی NS که در ارتفاعات مختلف قرار دارند، به حل این مشکل کمک می کند، زیرا اگر در محل یک آنتن پرتوها در آنتی فاز اضافه شوند، در محل دیگری این کار را انجام نمی دهند. در نتیجه، می توانید در کل مسافت به یک اتصال پایدار برسید.
توپولوژی های شبکه پشتیبانی می شود. توصیه می شود مودمی را انتخاب کنید که نه تنها از توپولوژی نقطه به نقطه (PTP) بلکه از توپولوژی نقطه به چند نقطه (PMP) و رله (تکرارکننده) نیز پشتیبانی کند. استفاده از رله از طریق یک پهپاد اضافی به شما امکان می دهد تا محدوده پوشش پهپاد اصلی را به میزان قابل توجهی گسترش دهید. پشتیبانی PMP به شما این امکان را می دهد که اطلاعات را به طور همزمان از چندین پهپاد در یک NS دریافت کنید. همچنین توجه داشته باشید که پشتیبانی از PMP و رله نیازمند افزایش پهنای باند مودم در مقایسه با ارتباط با یک پهپاد است. بنابراین، برای این حالت ها توصیه می شود مودمی را انتخاب کنید که از باند فرکانسی گسترده (حداقل 15-20 مگاهرتز) پشتیبانی کند.

در دسترس بودن وسایلی برای افزایش ایمنی صدا. یک گزینه مفید، با توجه به محیط تداخل شدید در مناطقی که پهپادها استفاده می شوند. مصونیت صوتی به عنوان توانایی یک سیستم ارتباطی برای انجام عملکرد خود در حضور تداخل با منشاء مصنوعی یا طبیعی در کانال ارتباطی درک می شود. دو رویکرد برای مبارزه با تداخل وجود دارد. رویکرد 1: گیرنده مودم را طوری طراحی کنید که حتی در صورت وجود تداخل در باند کانال ارتباطی، به بهای کاهش سرعت انتقال اطلاعات، بتواند اطلاعات را با اطمینان دریافت کند. روش 2: تداخل در ورودی گیرنده را سرکوب یا کاهش دهید. نمونه‌هایی از اجرای رویکرد اول، سیستم‌های گسترش طیف هستند، یعنی: پرش فرکانس (FH)، طیف گسترده توالی شبه تصادفی (DSSS) یا ترکیبی از هر دو. فناوری FH به دلیل پایین بودن نرخ انتقال داده مورد نیاز در چنین کانال ارتباطی در کانال های کنترل پهپاد گسترده شده است. به عنوان مثال، برای سرعت 16 کیلوبیت بر ثانیه در باند 20 مگاهرتز، حدود 500 موقعیت فرکانسی را می توان سازماندهی کرد که امکان محافظت مطمئن در برابر تداخل باند باریک را فراهم می کند. استفاده از FH برای یک کانال ارتباطی پهن باند مشکل ساز است زیرا باند فرکانسی حاصله بسیار بزرگ است. به عنوان مثال، برای به دست آوردن 500 موقعیت فرکانسی هنگام کار با سیگنالی با پهنای باند 4 مگاهرتز، به 2 گیگاهرتز پهنای باند آزاد نیاز دارید! برای واقعی بودن خیلی زیاده استفاده از DSSS برای یک کانال ارتباطی پهن باند با پهپادها مرتبط تر است. در این فناوری، هر بیت اطلاعات به طور همزمان در چند فرکانس (یا حتی همه) در باند سیگنال کپی می‌شود و در صورت وجود تداخل باند باریک، می‌تواند از بخش‌هایی از طیف که تحت تأثیر تداخل قرار نمی‌گیرد جدا شود. استفاده از DSSS و همچنین FH به این معنی است که وقتی تداخل در کانال ظاهر می شود، کاهش سرعت انتقال داده مورد نیاز است. با این وجود، بدیهی است که دریافت ویدیو از پهپاد با وضوح کمتر از هیچ چیز بهتر است. رویکرد 2 از این واقعیت استفاده می کند که تداخل، برخلاف نویز داخلی گیرنده، از بیرون وارد لینک رادیویی می شود و در صورت وجود وسایل خاصی در مودم، می توان آن را سرکوب کرد. سرکوب تداخل در صورتی امکان پذیر است که در حوزه های طیفی، زمانی یا مکانی قرار گیرد. به عنوان مثال، تداخل باند باریک در ناحیه طیفی محلی است و می تواند با استفاده از یک فیلتر خاص از طیف "قطع" شود. به طور مشابه، نویز پالسی در حوزه زمان محلی است؛ برای سرکوب آن، ناحیه آسیب دیده از سیگنال ورودی گیرنده حذف می شود. اگر تداخل باریک یا پالسی نباشد، می توان از یک سرکوبگر فضایی برای سرکوب آن استفاده کرد، زیرا تداخل از یک منبع از جهت خاصی وارد آنتن گیرنده می شود. اگر صفر الگوی تشعشعی آنتن گیرنده در جهت منبع تداخل قرار گیرد، تداخل سرکوب می شود. به این گونه سیستم‌ها، سیستم‌های شکل‌دهی پرتو تطبیقی ​​و تهی‌سازی پرتو می‌گویند.

پروتکل رادیویی استفاده شده سازندگان مودم می توانند از پروتکل رادیویی استاندارد (WiFi، DVB-T) یا اختصاصی استفاده کنند. این پارامتر به ندرت در مشخصات نشان داده شده است. استفاده از DVB-T به طور غیرمستقیم با باندهای فرکانسی پشتیبانی شده 2/4/6/7/8، گاهی اوقات 10 مگاهرتز و ذکر مشخصات فناوری COFDM (کد شده OFDM) که در آن OFDM به همراه استفاده شده است نشان داده شده است. با کدگذاری مقاوم در برابر نویز در گذر، یادآور می شویم که COFDM صرفاً یک شعار تبلیغاتی است و هیچ مزیتی نسبت به OFDM ندارد، زیرا OFDM بدون کدنویسی مقاوم در برابر نویز هرگز در عمل استفاده نمی شود. با دیدن این اختصارات در مشخصات مودم رادیویی، COFDM و OFDM را برابر کنید.

مودم هایی که از یک پروتکل استاندارد استفاده می کنند معمولاً بر اساس یک تراشه تخصصی (WiFi، DVB-T) ساخته می شوند که در ارتباط با یک ریزپردازنده کار می کند. استفاده از یک تراشه سفارشی تولید کننده مودم را از بسیاری از سردردهای مرتبط با طراحی، مدل سازی، پیاده سازی و آزمایش پروتکل رادیویی خود رها می کند. ریزپردازنده برای دادن عملکرد لازم به مودم استفاده می شود. چنین مودم هایی دارای مزایای زیر هستند.

1. قیمت پایین.
2. پارامترهای وزن و اندازه خوب.
3. مصرف برق کم

معایبی هم دارد.

1. عدم امکان تغییر ویژگی های رابط رادیویی با تغییر سیستم عامل.
2. ثبات پایین منابع در دراز مدت.
3. توانایی های محدود در ارائه پشتیبانی فنی واجد شرایط در هنگام حل مشکلات غیر استاندارد.

ثبات پایین منابع به این دلیل است که تولید کنندگان تراشه عمدتاً بر بازارهای انبوه (تلویزیون، رایانه و غیره) تمرکز می کنند. تولیدکنندگان مودم برای پهپادها برای آنها در اولویت نیستند و به هیچ وجه نمی توانند بر تصمیم سازنده تراشه برای توقف تولید بدون جایگزینی مناسب با محصول دیگری تأثیر بگذارند. این ویژگی با روند بسته بندی رابط های رادیویی به ریزمدارهای تخصصی مانند "سیستم روی تراشه" (System on Chip - SoC) تقویت می شود و بنابراین تراشه های رابط رادیویی جداگانه به تدریج از بازار نیمه هادی ها پاک می شوند.

توانایی‌های محدود در ارائه پشتیبانی فنی به این دلیل است که تیم‌های توسعه مودم‌های مبتنی بر پروتکل رادیویی استاندارد به خوبی از متخصصان، عمدتاً در فناوری الکترونیک و مایکروویو، برخوردار هستند. ممکن است اصلاً متخصص ارتباطات رادیویی در آنجا نباشد، زیرا هیچ مشکلی برای حل آنها وجود ندارد. بنابراین، سازندگان پهپاد به دنبال راه حلی برای مشکلات غیر پیش پا افتاده ارتباط رادیویی ممکن است از نظر مشاوره و کمک فنی ناامید شوند.

مودم هایی که از یک پروتکل رادیویی اختصاصی استفاده می کنند بر اساس تراشه های پردازش سیگنال جهانی آنالوگ و دیجیتال ساخته شده اند. ثبات عرضه چنین تراشه هایی بسیار بالا است. درسته که قیمتش هم بالاست چنین مودم هایی دارای مزایای زیر هستند.

1. امکانات گسترده برای تطبیق مودم با نیازهای مشتری، از جمله تطبیق رابط رادیویی با تغییر سیستم عامل.
2. قابلیت های رابط رادیویی اضافی که برای استفاده در پهپادها جالب است و در مودم های ساخته شده بر اساس پروتکل های رادیویی استاندارد وجود ندارد.
3. ثبات بالا از منابع، از جمله. در بلند مدت.
4. سطح بالایی از پشتیبانی فنی، از جمله حل مشکلات غیر استاندارد.

معایب

1. قیمت بالا
2. پارامترهای وزن و اندازه ممکن است بدتر از مودم هایی باشد که از پروتکل های رادیویی استاندارد استفاده می کنند.
3. افزایش مصرف برق واحد پردازش سیگنال دیجیتال.

اطلاعات فنی برخی از مودم ها برای پهپاد

جدول پارامترهای فنی برخی از مودم های پهپادهای موجود در بازار را نشان می دهد.

توجه داشته باشید که اگرچه مودم 3D Link کمترین قدرت انتقال را در مقایسه با مودم های Picoradio OEM و J11 دارد (25 dBm در مقابل 27-30 dBm)، اما بودجه برق 3D Link به دلیل حساسیت بالای گیرنده بالاتر از آن مودم ها است (با همان سرعت انتقال داده برای مودم های مورد مقایسه). بنابراین، محدوده ارتباطی هنگام استفاده از لینک سه بعدی با مخفی کاری انرژی بهتر بیشتر خواهد بود.

جدول. اطلاعات فنی برخی از مودم های باند پهن برای پهپادها و روباتیک

پارامتر
پیوند سه بعدی
Skyhopper PRO
Picoradio OEM (بر روی ماژول اجرا شد pDDL2450 از Microhard)
SOLO7
(همچنین ببینید گیرنده SOLO7)
J11

سازنده، کشور
Geoscan، RF
موبیلیکام، اسرائیل
نوآوری های هوابرد، کانادا
DTC، انگلستان
ردس، چین

برد ارتباطی [km] 20-60
5
n/a*
n/a*
10-20

سرعت [Mbit/s] 0.023-64.9
1.6-6
0.78-28
0.144-31.668
1.5-6

تأخیر انتقال داده [ms] 1-20
25
n/a*
15-100
15-30

ابعاد واحد روی برد LxWxH [mm] 77x45x25
74h54h26
40x40x10 (بدون مسکن)
67h68h22
76h48h20

وزن واحد داخل هواپیما [گرم] 89
105
17.6 (بدون مسکن)
135
88

رابط های اطلاعاتی
اترنت، RS232، CAN، USB
اترنت، RS232، USB (اختیاری)
اترنت، RS232/UART
HDMI، AV، RS232، USB
HDMI، اترنت، UART

منبع تغذیه واحد روی برد [Volt/Watt] 7-30/6.7
7-26/n/a*
5-58/4.8
5.9-17.8/4.5-7
7-18/8

منبع تغذیه واحد زمینی [Volt/Watt] 18-75 یا PoE/7
7-26/n/a*
5-58/4.8
6-16/8
7-18/5

قدرت فرستنده [dBm] 25
n/a*
27-30
20
30

حساسیت گیرنده [dBm] (برای سرعت [Mbit/s])
−122(0.023) −101(4.06) −95.1(12.18) −78.6(64.96)
−101 (n/a*)
−101(0.78) −96(3.00) −76(28.0)
−95 (n/a*) −104 (n/a*)
−97(1.5) −94(3.0) −90(6.0)

بودجه انرژی مودم [dB] (برای سرعت [Mbit/sec])
147(0.023) 126(4.06) 120.1(12.18) 103.6(64.96)
n/a*
131(0.78) 126(3.00) 103(28.0)
n/a*
127،1.5 (124) 3.0،120 (6.0) XNUMX،XNUMX (XNUMX)

باندهای فرکانسی پشتیبانی شده [MHz] 4-20
4.5. 8.5
2؛ 4؛ 8
0.625 1.25; 2.5; 6; 7; 8
2؛ 4؛ 8

سیمپلکس/دوبلکس
دوبلکس
دوبلکس
دوبلکس
سیمپلکس
دوبلکس

پشتیبانی از تنوع
بله
بله
بله
بله
بله

کانال مجزا برای کنترل/دورسنجی
بله
بله
بله
هیچ
بله

پشتیبانی از پروتکل های کنترل پهپاد در کانال کنترل/تلمتری
MAVLink، اختصاصی
MAVLink، اختصاصی
هیچ
هیچ
پیوند MAV

پشتیبانی از مالتی پلکس در کانال کنترل/تلمتری
بله
بله
هیچ
هیچ
n/a*

توپولوژی های شبکه
PTP، PMP، رله
PTP، PMP، رله
PTP، PMP، رله
PTP
PTP، PMP، رله

وسیله ای برای افزایش ایمنی صدا
DSSS، باند باریک و سرکوبگرهای پالس
n/a*
n/a*
n/a*
n/a*

پروتکل رادیویی
اختصاصی
n/a*
n/a*
DVB-T
n/a*

* n/a - داده ای وجود ندارد.

درباره نویسنده

الکساندر اسمرودینوف [[ایمیل محافظت شده]] متخصص پیشرو در Geoscan LLC در زمینه ارتباطات بی سیم است. او از سال 2011 تا به امروز پروتکل های رادیویی و الگوریتم های پردازش سیگنال را برای مودم های رادیویی پهن باند برای اهداف مختلف و همچنین پیاده سازی الگوریتم های توسعه یافته بر اساس تراشه های منطقی قابل برنامه ریزی را توسعه داده است. زمینه های مورد علاقه نویسنده شامل توسعه الگوریتم های همگام سازی، تخمین ویژگی کانال، مدولاسیون/دمولاسیون، کدگذاری مقاوم در برابر نویز، و همچنین برخی از الگوریتم های لایه دسترسی به رسانه (MAC) است. قبل از پیوستن به Geoscan، نویسنده در سازمان‌های مختلف کار می‌کرد و دستگاه‌های ارتباط بی‌سیم سفارشی را توسعه می‌داد. او از سال 2002 تا 2007 در Proteus LLC به عنوان متخصص برجسته در توسعه سیستم های ارتباطی بر اساس استاندارد IEEE802.16 (WiMAX) کار کرد. از سال 1999 تا 2002، نویسنده در توسعه الگوریتم‌های کدگذاری مقاوم در برابر نویز و مدل‌سازی مسیرهای پیوند رادیویی در مؤسسه تحقیقاتی مرکزی شرکت واحد فدرال «گرانیت» شرکت داشت. نویسنده مدرک کاندیدای علوم فنی را از دانشگاه سن پترزبورگ ابزار دقیق هوافضا در سال 1998 و مدرک مهندسی رادیو را از همان دانشگاه در سال 1995 دریافت کرد. الکساندر عضو فعلی IEEE و انجمن ارتباطات IEEE است.

منبع: www.habr.com