Viestintäetäisyyden lisääminen miehittämättömän ilma-aluksen (UAV) kanssa on edelleen ajankohtainen. Tässä artikkelissa käsitellään tämän parametrin parantamistapoja. Artikkeli on kirjoitettu UAV-kehittäjille ja operaattoreille, ja se on jatkoa UAV-viestintää käsittelevälle artikkelisarjalle (sarjan alku, ks. .
Mikä vaikuttaa viestintäalueeseen
Tietoliikennekanta riippuu käytetystä modeemista, antenneista, antennikaapeleista, radioaaltojen etenemisolosuhteista, ulkoisista häiriöistä ja joistakin muista syistä. Harkitse etäisyysyhtälöä, jotta voit määrittää tietyn parametrin vaikutuksen asteen tietoliikennealueeseen
(1)
missä
— vaadittu tiedonsiirtoetäisyys [metriä];
— valon nopeus tyhjiössä [m/s];
— taajuus [Hz];
— modeemin lähettimen teho [dBm];
— lähettimen antennin vahvistus [dBi];
— kaapelin häviöt modeemista lähetinantenniin [dB];
— vastaanottimen antennin vahvistus [dBi];
— kaapelin häviöt modeemista vastaanotinantenniin [dB];
— modeemivastaanottimen herkkyys [dBm];
— vaimennuskerroin, jossa otetaan huomioon maapallon pinnan, kasvillisuuden, ilmakehän ja muiden tekijöiden vaikutuksesta johtuvat lisähäviöt [dB].
Yhtälöstä voidaan nähdä, että alueen määrää:
- käytetty modeemi;
- radiokanavan taajuus;
- käytetyt antennit;
- häviöt kaapeleissa;
- vaikutus radioaaltojen etenemiseen maan pinnasta, kasvillisuudesta, ilmakehästä, rakennuksista jne.
Seuraavaksi tarkastellaan vaihteluväliin vaikuttavia parametreja erikseen.
Modeemi käytetty
Yhteysalue riippuu vain kahdesta modeemin parametrista: lähettimen tehosta ja vastaanottimen herkkyys , tai pikemminkin niiden erosta - modeemin energiabudjetista
(2)
Viestintäalueen laajentamiseksi on valittava modeemi, jolla on suuri arvo . Lisääntyä puolestaan se on mahdollista lisäämällä tai vähentämällä . Etusija tulisi olla sellaisten modeemien etsimiselle, joilla on suuri herkkyys ( mahdollisimman alhaiseksi) lähetintehoa lisäämisen sijaan . Tätä asiaa käsitellään yksityiskohtaisesti ensimmäisessä artikkelissa. .
Materiaalien lisäksi On syytä pitää mielessä, että jotkut valmistajat, kuten Microhard , ilmoita joidenkin laitteiden teknisissä tiedoissa ei keskiarvoa, vaan lähettimen huipputehoa, joka on useita kertoja suurempi kuin keskiarvo ja jota ei voida käyttää kantaman laskemiseen, koska tämä johtaa siihen, että laskettu kantama ylittää huomattavasti todellisen arvo. Tällaisia laitteita ovat esimerkiksi suosittu pDDL2450-moduuli [,]. Tämä tosiasia seuraa suoraan tämän laitteen FCC-sertifioinnin saamiseksi suoritetun testauksen tuloksista (katso sivu 58). FCC-sertifioitujen langattomien laitteiden testitulokset ovat nähtävissä FCC ID -verkkosivustolla kirjoittamalla hakupalkkiin sopiva FCC-tunnus, jonka pitäisi olla laitteen tyypin osoittavassa tarrassa. pDDL2450-moduulin FCC-tunnus on NS916pDDL2450.
Radiokanavan taajuus
Alueyhtälöstä Tästä seuraa selvästi, että mitä pienempi toimintataajuus , sitä suurempi viestintäalue . Mutta älä kiirehdi tekemään johtopäätöksiä. Tosiasia on, että muut yhtälöön sisältyvät parametrit riippuvat myös taajuudesta. Esimerkiksi antenni vahvistuu и riippuu taajuudesta siinä tapauksessa, että antennien enimmäismitat korjattu, mikä on juuri niin kuin käytännössä tapahtuu. Antenni vahvistus , ilmaistuna dimensiottomina yksiköinä (aikoina), voidaan ilmaista antennin fyysisen alueen suhteen seuraavasti
(3)
missä — antennin aukon hyötysuhde, eli tehollisen antennin pinta-alan suhde fyysiseen pinta-alaan (riippuen antennin suunnittelusta) .
Ja On heti selvää, että kiinteällä antennialueella vahvistus kasvaa suhteessa taajuuden neliöön. Korvataan в , joka on aiemmin kirjoitettu uudelleen käyttämällä dimensiotonta yksikköä antennin vahvistukseen , , kaapelihäviöitä , ja vaimennuskerroin ja käyttää myös watteja и dBm:n sijaan. Sitten
(4)
missä on kerroin on vakio kiinteille antennimitoille. Näin ollen tässä tilanteessa tiedonsiirtoalue on suoraan verrannollinen taajuuteen, eli mitä suurempi taajuus, sitä suurempi kantama. Output. Antennien kiinteillä mitoilla radiolinkin taajuuden lisääminen johtaa tiedonsiirtoalueen kasvuun parantamalla antennien suuntaominaisuuksia. On kuitenkin pidettävä mielessä, että taajuuden kasvaessa kaasujen, sateen, rakeiden, lumen, sumun ja pilvien aiheuttama radioaaltojen vaimeneminen ilmakehässä vähenee. . Lisäksi reitin pituuden kasvaessa ilmakehän vaimennus kasvaa. Tästä syystä kullekin polun pituudelle ja sen keskimääräisille sääolosuhteille on olemassa tietty kantoaaltotaajuuden maksimiarvo, jota rajoittaa signaalin vaimennus ilmakehässä. Jätetään lopullinen ratkaisu kysymykseen radiokanavan taajuuden vaikutuksesta viestintäalueeseen osaan, jossa tarkastellaan maan pinnan ja ilmakehän vaikutusta radioaaltojen etenemiseen.
antennit
Viestintäalueen määrää sellainen antenniparametri kuin vahvistus (voitto englanninkielisessä terminologiassa), mitattuna dBi. Vahvistus on tärkeä yhdistelmäparametri, koska se ottaa huomioon: (1) antennin kyvyn kohdistaa lähettimen energia vastaanottimeen verrattuna isotrooppiseen emitteriin (isotrooppinen, tästä syystä indeksi i dBi:ssä); (2) häviöt itse antennissa [,]. Viestintäalueen laajentamiseksi sinun tulee valita antennit, joilla on suurin mahdollinen vahvistusarvo paino- ja kokoparametrien sekä ohjausjärjestelmän ominaisuuksien kannalta sopivista antenneista. Antennin kykyä kohdistaa energiaa ei anneta ilmaiseksi, vaan ainoastaan antennin mittoja (aukkoa) suurentamalla. Esimerkiksi mitä suurempi vastaanottoantenni on, sitä suuremmalta alueelta se pystyy keräämään energiaa syötettäväksi vastaanottimen sisäänmenoon, ja mitä enemmän energiaa, sitä vahvempi on vastaanotettu signaali, eli viestintäetäisyys kasvaa. Siksi sinun on ensin päätettävä antennin enimmäismitat, jotka sopivat ratkaistavaan ongelmaan, ja rajattava hakualue tällä parametrilla, ja sitten etsittävä tietty antennimalli, keskittyen maksimivahvistukseen. Toinen harjoituksen kannalta tärkeä antennin parametri on keilanleveys [,], mitattuna kulma-asteina. Tyypillisesti säteen leveys määritellään kahden avaruudellisen suunnan väliseksi kulmaksi antennin keskustasta, jossa antennin vahvistus pienenee 3 dB kyseisen antennin maksimista. Kuvion leveys atsimuutissa ja korkeudessa voi vaihdella suuresti. Tämä parametri liittyy läheisesti antennin mittoihin säännön mukaan: suuremmat mitat - pienempi säteen leveys. Tämä parametri ei sisälly suoraan etäisyysyhtälöön, mutta juuri tämä parametri määrittää vaatimukset maa-aseman (GS) antenniohjausjärjestelmälle UAV:ssa, koska GS käyttää pääsääntöisesti erittäin suunnattuja antenneja, ainakin Tapauksissa, joissa kantama on maksimoitu, viestintä UAV:n kanssa on etusijalla. Niin kauan kuin NS-seurantajärjestelmä varmistaa antennin UAV:hen osoittamisen kulmatarkkuuden, joka on yhtä suuri kuin puolet kuvion leveydestä tai vähemmän, vastaanotetun/lähetetyn signaalin taso ei putoa alle 3 dB maksimista. Missään tapauksessa puolet valitun antennin säteen leveydestä ei saa olla pienempi kuin NS-antennin osoitinjärjestelmän kulmavirhe atsimuutissa tai korkeudessa.
kaapelit
Tiedonsiirtoalueen maksimoimiseksi sinun on käytettävä kaapeleita, joissa on pienin mahdollinen lineaarinen vaimennus (kaapelin vaimennus tai kaapelihäviö) työskentelee NS-UAV-radiolinkin taajuus. Lineaarinen vaimennus kaapelissa määritellään 1 m:n kaapelisegmentin lähdössä (metrijärjestelmässä) signaalin ja kaapelisegmentin sisäänmenon signaalin suhteena ilmaistuna dB. Kaapelin häviöt sisältyy alueyhtälöön , määritetään kertomalla lineaarinen vaimennus kaapelin pituudella. Siten saadaksesi suurimman mahdollisen tiedonsiirtoalueen, sinun on käytettävä kaapeleita, joissa on pienin mahdollinen lineaarinen vaimennus ja minimoitava näiden kaapelien pituus. NS:ssä modeemiyksiköt on asennettava suoraan mastoon antennien viereen. UAV-rungossa modeemin tulisi sijaita mahdollisimman lähellä antenneja. Myös valitun kaapelin impedanssi kannattaa tarkistaa. Tämä parametri mitataan ohmeina ja se on yleensä 50 tai 75 ohmia. Kaapelin, modeemin antenniliittimen ja itse antennin liittimen impedanssin tulee olla sama.
Maan pinnan vaikutus
Tässä osiossa tarkastellaan radioaaltojen etenemistä tasaisella tai merenpinnalla. Tämä tilanne esiintyy usein UAV-käytössä. Putkilinjojen, voimalinjojen, maatalouskasvien, monien sotilaallisten ja erikoisoperaatioiden UAV-seuranta - kaikki tämä kuvataan hyvin tässä mallissa. Ihmiskokemus maalaa meille kuvan, jossa esineiden välinen kommunikointi on mahdollista, jos ne ovat toistensa suoran optisen näkyvyyden kentässä, muuten kommunikaatio on mahdotonta. Radioaallot eivät kuitenkaan kuulu optiseen kantamaan, joten niiden kanssa tilanne on hieman erilainen. Tässä suhteessa UAV:n kehittäjän ja operaattorin on hyödyllistä muistaa seuraavat kaksi tosiasiaa.
1. Kommunikointi radioalueella on mahdollista myös ilman suoraa näkyvyyttä NS:n ja UAV:n välillä.
2. Alla olevan pinnan vaikutus viestintään UAV:n kanssa tuntuu jopa silloin, kun NS-UAV:n optisella linjalla ei ole esineitä.
Radioaaltojen etenemisen erityispiirteiden ymmärtämiseksi lähellä maan pintaa on hyödyllistä perehtyä käsitteeseen radioaaltojen eteneminen merkittävästä alueesta. . Jos radioaaltojen etenemisen merkittävällä vyöhykkeellä ei ole esineitä, voidaan etäisyyslaskelmat suorittaa vapaan tilan kaavoilla, ts. в voidaan ottaa yhtä suureksi kuin 0. Jos olennaisella vyöhykkeellä on esineitä, niin tätä ei voi tehdä. Kuvassa 1 pisteessä A on pistelähetin, joka sijaitsee korkeudella Maan pinnan yläpuolella, joka lähettää sähkömagneettista energiaa kaikkiin suuntiin yhtä intensiteetillä. Pisteessä B korkeudessa siellä on vastaanotin kentän voimakkuuden mittaamiseksi. Tässä mallissa radioaallon etenemisen olennainen alue on ellipsoidi, jonka polttopisteet ovat pisteissä A ja B.
Riisi. 1. Merkittävä radioaaltojen etenemisalue
Ellipsoidin säde sen "paksuimmassa" osassa määräytyy lausekkeen avulla
(5)
Ja se on selvää riippuu taajuudesta kääntäen verrannollinen, sitä vähemmän , mitä "paksumpi" on ellipsoidi ( kuvassa 1). Lisäksi ellipsoidin "paksuus" kasvaa viestintäobjektien välisen etäisyyden kasvaessa. Radioaaltoja varten voi olla melko vaikuttava arvo, joten milloin 10 km Saamme 2.45 GHz 50÷60 m.
Tarkastellaan nyt harmaan kolmion kuvaamaa läpinäkymätöntä objektia kuvassa 1. XNUMX. Se vaikuttaa radioaaltojen etenemiseen taajuudella , koska se sijaitsee merkittävällä etenemisvyöhykkeellä eikä sillä käytännössä ole vaikutusta radioaaltojen etenemiseen taajuudella . Optisella alueella (valo) oleville radioaalloille arvo on pieni, joten maan pinnan vaikutusta valon etenemiseen ei käytännössä tunneta. Kun otetaan huomioon, että maapallon pinta on pallo, se on helppo ymmärtää etäisyyden kasvaessa , alla oleva pinta siirtyy yhä enemmän merkittävälle etenemisvyöhykkeelle, mikä estää energian virtauksen pisteestä A pisteeseen B - tarinan lopussa viestintä UAV:n kanssa katkeaa. Muut reitillä olevat kohteet, kuten epätasainen maasto, rakennukset, metsät jne., vaikuttavat samalla tavoin viestintään.
Katsotaan nyt kuviota. 2, jossa läpinäkymätön esine peittää kokonaan merkittävän alueen radioaallon leviämisestä taajuudella , mikä tekee viestinnän tällä taajuudella mahdotonta. Samaan aikaan viestintä taajuudella on myös mahdollista, koska osa energiasta "hyppää" läpinäkymättömän kohteen yli. Mitä pienempi taajuus, sitä kauempana optisen horisontin ulkopuolella radioaalto voi levitä ja ylläpitää vakaata yhteyttä UAV:n kanssa.
Riisi. 2. Kattaa merkittävän alueen radioaaltojen etenemisestä
Maan pinnan vaikutus kommunikaatioon riippuu myös antennien korkeudesta и . Mitä suurempi antennien korkeus on, sitä pidemmälle pisteet A ja B voidaan siirtää toisistaan ilman, että esineet tai alla oleva pinta putoaa merkittävälle alueelle.
Kun esine tai alla oleva pinta siirtyy merkittävälle alueelle, kentänvoimakkuus pisteessä B värähtelee , eli se on joko suurempi tai pienempi kuin keskimääräinen kentänvoimakkuus. Tämä johtuu energian heijastuksesta esineestä. Heijastunut energia voidaan lisätä pisteeseen B pääenergian ollessa vaiheessa - silloin tapahtuu kentänvoimakkuuden nousu tai vastavaiheessa - sitten tapahtuu laskua (ja melko syvää) kentänvoimakkuudessa. On tärkeää muistaa tämä vaikutus ymmärtääksesi UAV-viestinnän erityispiirteet. Yhteyden katkeaminen UAV:n kanssa tietyllä alueella voi johtua värähtelyjen aiheuttamasta paikallisesta kentänvoimakkuuden heikkenemisestä, eli jos lennät pidemmän matkan, yhteys voidaan palauttaa. Lopullinen tiedonsiirto katkeaa vasta sen jälkeen, kun merkittävä alue on kokonaan tukkeutunut esineillä tai alla olevalla pinnalla. Seuraavaksi ehdotetaan menetelmiä kentänvoimakkuuden heilahtelujen seurausten torjumiseksi.
Kaavat vaimennuskertoimen laskemiseksi Radioaaltoja levitettäessä maan tasaisella pinnalla ne ovat varsin monimutkaisia etenkin etäisyyksillä , ylittää optisen horisontin alueen . Siksi ongelman jatkokäsittelyssä turvaudumme matemaattiseen mallinnukseen käyttämällä tekijän tietokoneohjelmia. Tarkastellaan tyypillistä tehtävää siirtää videota UAV:sta NS:ään 3D Link -modeemin avulla Geoscan-yhtiöltä. Alkutiedot ovat seuraavat.
1. NS-antennin asennuskorkeus: 5 m.
2. UAV lentokorkeus: 1000 m.
3. Radiolinkin taajuus: 2.45 GHz.
4. NS-antennin vahvistus: 17 dB.
5. UAV-antennin vahvistus: 3 dB.
6. Lähettimen teho: +25 dBm (300 mW).
7. Videokanavan nopeus: 4 Mbit/s.
8. Vastaanottimen herkkyys videokanavalla: −100.4 dBm (taajuuskaistalle, jolla on 12 MHz signaali).
9. Alusta: kuiva maaperä.
10. Polarisaatio: pystysuora.
Näkyvyyden etäisyys näille lähtötiedoille on 128.8 km. Laskentatulokset signaalitehon muodossa modeemivastaanottimen sisääntulossa dBm:nä on esitetty kuvassa. 3.
Riisi. 3. Signaalin voimakkuus 3D Link -modeemivastaanottimen tulossa
Sininen käyrä kuvassa. 3 on signaaliteho NS-vastaanottimen tulossa, punainen suora viiva osoittaa tämän vastaanottimen herkkyyden. X-akseli näyttää alueen kilometreinä ja Y-akseli tehon dBm:inä. Niissä etäisyyspisteissä, joissa sininen käyrä on punaisen yläpuolella, suora videovastaanotto UAV:lta on mahdollista, muuten viestintää ei ole. Kaavio osoittaa, että heilahteluista johtuen tietoliikennekatkoksia esiintyy alueella 35.5-35.9 km ja edelleen välillä 55.3-58.6 km. Tässä tapauksessa lopullinen katkaisu tapahtuu paljon kauempana - 110.8 kilometrin lennon jälkeen.
Kuten edellä mainittiin, kentänvoimakkuuden laskut johtuvat suoran signaalin ja maan pinnalta heijastuneen signaalin vastavaiheen lisäyksestä NS-antennin kohdalla. Voit päästä eroon NS-yhteyden katkeamisesta virheiden vuoksi täyttämällä 2 ehtoa.
1. Käytä modeemia NS:ssä, jossa on vähintään kaksi vastaanottokanavaa (RX-diversiteetti), esimerkiksi 3D Link .
2. Aseta vastaanottoantennit NS-mastoon eri korkeus.
Vastaanottoantennien korkeusvälit tulee tehdä siten, että kentänvoimakkuuden heilahtelut yhden antennin kohdalla kompensoidaan tasoilla, jotka ovat korkeammat kuin vastaanottimen herkkyys toisen antennin kohdalla. Kuvassa Kuvassa 4 on esitetty tämän lähestymistavan tulos tapauksessa, jossa yksi NS-antenni sijaitsee 5 metrin korkeudella (sininen kiinteä käyrä) ja toinen 4 metrin korkeudella (sininen pistekäyrä).
Riisi. 4. Signaaliteho kahden 3D Link -modeemivastaanottimen tuloissa eri korkeuksilla sijaitsevista antenneista
Kuvasta Kuva 4 osoittaa selvästi tämän menetelmän hedelmällisyyden. Todellakin, koko UAV:n lentomatkan, 110.8 km:n kantamaan asti, signaali vähintään yhden NS-vastaanottimen sisääntulossa ylittää herkkyystason, eli levyltä tuleva video ei keskeydy koko lennon ajan. etäisyys.
Ehdotettu menetelmä auttaa kuitenkin lisäämään vain UAV→NS-radiolinkin luotettavuutta, koska mahdollisuus asentaa antenneja eri korkeuksille on käytettävissä vain NS:ssä. Ei ole mahdollista varmistaa antennien korkeuseroa 1 m UAV:ssa. NS→UAV-radiolinkin luotettavuuden lisäämiseksi voidaan käyttää seuraavia lähestymistapoja.
1. Syötä NS-lähettimen signaali antenniin, joka vastaanottaa tehokkaamman signaalin UAV:lta.
2. Käytä tila-aikakoodeja, kuten Alamouti-koodia .
3. Käytä antennin keilanmuodostustekniikkaa, jonka avulla voit ohjata kuhunkin antenniin lähetetyn signaalin tehoa.
Ensimmäinen menetelmä on lähellä optimaalista UAV-viestinnän ongelmassa. Se on yksinkertainen ja siinä kaikki lähettimen energia ohjataan oikeaan suuntaan - optimaalisesti sijoitettuun antenniin. Esimerkiksi 50 km:n etäisyydellä (katso kuva 4) lähettimen signaali syötetään antenniin, joka on ripustettu 5 metrin päähän, ja 60 km:n etäisyydeltä antenniin, joka on ripustettu 4 metrin päähän. Tätä menetelmää käytetään 3D Link -modeemissa . Toinen menetelmä ei käytä ennakkotietoa UAV→NS-viestintäkanavan tilasta (vastaanotettujen signaalien tasot antennin lähdöissä), joten se jakaa lähettimen energian tasan kahden antennin kesken, mikä johtaa väistämättä energiahäviöihin, koska antenneista voi olla reikäkentän voimakkuutta. Kolmas menetelmä vastaa ensimmäistä kommunikaatiolaadun suhteen, mutta on paljon vaikeampi toteuttaa.
Tarkastellaan edelleen kysymystä radioaaltotaajuuden vaikutuksesta viestintäalueeseen UAV:n kanssa ottaen huomioon alla olevan pinnan vaikutus. Yllä osoitettiin, että taajuuden lisääminen on hyödyllistä, koska antennien kiinteillä mitoilla tämä johtaa viestintäalueen kasvuun. Kuitenkin riippuvuuskysymys taajuutta ei otettu huomioon. From tästä seuraa, että antennien vahvistusten suhde on pinta-alaltaan yhtä suuri ja suunniteltu toimimaan taajuuksilla и , yhtä suuri
(6)
varten 2450 MHz; Saamme 915 MHz 7.2 (8.5 dB). Näin suunnilleen käytännössä tapahtuu. Verrataanpa esimerkiksi seuraavien Wireless Instrumentsin antennien parametreja:
- WiBOX PA 0809-8V [13] (taajuus: 0.83–0.96 GHz; keilanleveys: 70°/70°; vahvistus: 8 dBi);
- WiBOX PA 24-15 [14] (taajuus: 2.3–2.5 GHz; keilanleveys: 30°/30°; vahvistus: 15 dBi).
Näitä antenneja on kätevä verrata, koska ne on tehty samoihin 27x27 cm koteloihin, eli niillä on sama pinta-ala. Huomaa, että antennin vahvistus eroaa 15−8=7 dB, mikä on lähellä laskettua arvoa 8.5 dB. Antennien ominaisuuksista käy myös selväksi, että antennikuvion leveys alueella 2.3–2.5 GHz (30°/30°) on yli kaksi kertaa kapeampi kuin alueen 0.83–0.96 antennikuvion leveys. GHz (70°/70°), eli samanmittaisten antennien vahvistus itse asiassa kasvaa suuntaominaisuuksien paranemisen myötä. Kun otetaan huomioon se, että tietoliikennelinjassa käytetään 2 antennia, suhde on 2∙8.5=17 dB. Näin ollen samoilla antennimitoilla radiolinkin energiabudjetti taajuudella 2450 MHz on 17 dB enemmän kuin linjabudjetti taajuudella 915 MHz. Laskennassa otamme huomioon myös sen, että UAV:t käyttävät pääsääntöisesti piiska-antenneja, joiden mitat eivät ole yhtä kriittisiä kuin tarkasteltavilla NS-paneeliantenneilla. Siksi hyväksymme UAV-antennin vahvistukset taajuuksille и yhtä suuri. Nuo. johtojen energiabudjettien ero on 8.5 dB, ei 17 dB. Näille lähtötiedoille ja NS-antennin 5 m korkeudelle suoritetun laskennan tulokset on esitetty kuvassa. 5.
Riisi. 5. Signaaliteho vastaanottimen sisääntulossa taajuuksilla 915 ja 2450 MHz toimiville radiolinkeille
Kuvasta Kuva 5 osoittaa selvästi, että NS-antennin toimintataajuuden kasvun ja saman alueen kommunikaatioalue kasvaa 96.3 km:stä radiolinkille, jonka taajuus on 915 MHz, 110.8 km:iin linkillä, jonka taajuus on 2450 MHz. . 915 MHz:n linjalla on kuitenkin pienempi värähtelytaajuus. Vähemmän värähtelyjä tarkoittaa vähemmän kentänvoimakkuuden pudotuksia, eli vähemmän todennäköisyyttä keskeyttää tietoliikenne UAV:n kanssa koko lentomatkan ajan. Ehkä juuri tämä tosiasia määrittää aligigahertsin radioaaltoalueen suosion komento- ja telemetriaviestintälinjoissa UAV-laitteilla luotettavimpana. Samanaikaisesti suoritettaessa edellä kuvattuja toimenpiteitä suojatakseen kentänvoimakkuuden heilahteluilta, gigahertsialueen radiolinkit tarjoavat suuremman viestintäalueen parantamalla antennien suuntaominaisuuksia.
Kun tarkastellaan kuviota. Kuvasta 5 voidaan myös päätellä, että varjovyöhykkeellä (128.8 km merkin jälkeen) viestintälinjan toimintataajuuden alentaminen on järkevää. Todellakin, noin −120 dBm:n pisteessä taajuuksien tehokäyrät и leikkaavat. Nuo. Käytettäessä vastaanottimia, joiden herkkyys on parempi kuin -120 dBm, radiolinkki taajuudella 915 MHz tarjoaa pidemmän viestintäalueen. Tässä tapauksessa on kuitenkin otettava huomioon tarvittava linkin kaistanleveys, koska niin korkealla herkkyysarvolla tiedon nopeus on hyvin alhainen. Esimerkiksi 3D Link -modeemi Vaikka se tarjoaa herkkyyden -122 dBm asti, tiedon kokonaissiirtonopeus (molempiin suuntiin) tulee olemaan 23 kbit/s, mikä periaatteessa riittää KTRL-viestintään UAV:n kanssa, mutta ei selvästikään riitä videon lähettämiseen eteenpäin. hallitus. Siten aligigahertsialueella on todellakin pieni etu KTRL:n gigahertsialueeseen verrattuna, mutta se menettää selvästi ominaisuuksia videolinjoja järjestettäessä.
Radiolinkin taajuutta valittaessa on otettava huomioon myös signaalin vaimennus sen eteneessä maan ilmakehän läpi. NS-UAV-viestintälinkeissä ilmakehän vaimennuksen aiheuttavat kaasut, sade, rakeet, lumi, sumu ja pilvet . Alle 6 GHz:n radiolinkkien toimintataajuuksilla kaasujen vaimennus voidaan jättää huomiotta. . Voimakkain heikkeneminen on havaittavissa sateissa, erityisesti voimakkaissa (sadeissa). Taulukko 1 näyttää tiedot lineaarisella vaimennuksella [dB/km] eri intensiteetin sateessa taajuuksilla 3–6 GHz.
Taulukko 1. Radioaaltojen lineaarinen vaimennus [dB/km] eri intensiteetin sateissa taajuudesta riippuen
Taajuus [GHz]
3 mm/tunti (heikko)
12 mm/tunti (kohtalainen)
30 mm/tunti (vahva)
70 mm/tunti (sade)
3.00
0.3∙10-3
1.4∙10-3
3.6∙10-3
8.7∙10-3
4.00
0.3∙10-2
1.4∙10-2
3.7∙10-2
9.1∙10-2
5.00
0.8∙10-2
3.7∙10-2
10.6∙10-2
28∙10-2
6.00
1.4∙10-2
7.1∙10-2
21∙10-2
57∙10-2
Pöydältä Kuviosta 1 seuraa, että esimerkiksi taajuudella 3 GHz vaimennus suihkussa on noin 0.0087 dB/km, mikä 100 km:n reitillä antaa 0.87 dB kokonaisvaimennuksen. Radiolinkin toimintataajuuden kasvaessa vaimennus sateessa kasvaa jyrkästi. 4 GHz:n taajuudella vaimennus suihkussa samalla polulla on jo 9.1 dB ja taajuuksilla 5 ja 6 GHz - 28 ja 57 dB. Tässä tapauksessa oletetaan kuitenkin, että tietyn voimakkuuden omaavaa sadetta esiintyy koko reitillä, mitä käytännössä tapahtuu harvoin. Kuitenkin käytettäessä UAV-laitteita alueilla, joilla on usein voimakkaita sateita, on suositeltavaa valita radiolinkin toimintataajuus alle 3 GHz.
Kirjallisuus
1. Smorodinov A.A. Habr. 2019
2. Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Radioaaltojen leviäminen ja radiolinkkien toiminta. Yhteys. Moskova. 1971.
3.
4.
5.
6.
7.
8. C.A. Balanis. Antenni teoria. Analyysi ja suunnittelu. Neljäs painos. John Wiley & Sons. 2016.
9. Wikipedian artikkeli.
10. Wikipedian artikkeli.
11.
12. S.M. Alamouti. "Yksinkertainen lähetysdiversiteettitekniikka langattomaan viestintään." IEEE-lehti valituista viestintäalueista. 16(8):1451–1458.
13.
14.
Lähde: will.com