मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी) या ग्राउंड रोबोटिक्स से बड़ी मात्रा में डेटा संचारित करने की चुनौती आधुनिक अनुप्रयोगों में असामान्य नहीं है। यह आलेख ब्रॉडबैंड मॉडेम के चयन मानदंड और संबंधित समस्याओं पर चर्चा करता है। यह लेख यूएवी और रोबोटिक्स डेवलपर्स के लिए लिखा गया था।
चयन मानदंड
यूएवी या रोबोटिक्स के लिए ब्रॉडबैंड मॉडेम चुनने के मुख्य मानदंड हैं:
- संचार सीमा.
- अधिकतम डेटा अंतरण दर.
- डेटा ट्रांसमिशन में देरी.
- वजन और आयाम पैरामीटर.
- समर्थित सूचना इंटरफ़ेस.
- पोषण संबंधी आवश्यकताएँ.
- अलग नियंत्रण/टेलीमेट्री चैनल।
संचार सीमा
संचार सीमा न केवल मॉडेम पर निर्भर करती है, बल्कि एंटेना, एंटीना केबल, रेडियो तरंग प्रसार की स्थिति, बाहरी हस्तक्षेप और अन्य कारणों पर भी निर्भर करती है। मॉडेम के मापदंडों को संचार रेंज को प्रभावित करने वाले अन्य मापदंडों से अलग करने के लिए, रेंज समीकरण [कलिनिन ए.आई., चेरेनकोवा ई.एल. पर विचार करें। रेडियो तरंगों का प्रसार और रेडियो लिंक का संचालन। संबंध. मास्को. 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}},$$display$$
जहां
$inline$R$inline$ — मीटर में आवश्यक संचार सीमा;
$inline$F$inline$ — हर्ट्ज़ में आवृत्ति;
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — dBm में मॉडेम ट्रांसमीटर पावर;
$inline$G_{TXdB}$inline$ — डीबी में ट्रांसमीटर एंटीना लाभ;
$inline$L_{TXdB}$inline$ - मॉडेम से ट्रांसमीटर एंटीना तक केबल में dB में हानि;
$inline$G_{RXdB}$inline$ - डीबी में रिसीवर एंटीना लाभ;
$inline$L_{RXdB}$inline$ - मॉडेम से रिसीवर एंटीना तक केबल में dB में हानि;
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — dBm में मॉडेम रिसीवर की संवेदनशीलता;
$inline$|V|_{dB}$inline$ एक क्षीणन कारक है जो पृथ्वी की सतह, वनस्पति, वायुमंडल और डीबी में अन्य कारकों के प्रभाव के कारण अतिरिक्त नुकसान को ध्यान में रखता है।
रेंज समीकरण से यह स्पष्ट है कि रेंज केवल मॉडेम के दो मापदंडों पर निर्भर करती है: ट्रांसमीटर पावर $inline$P_{TXdBm}$inline$ और रिसीवर संवेदनशीलता $inline$P_{RXdBm}$inline$, या बल्कि उनके अंतर पर - मॉडेम का ऊर्जा बजट
$$display$$B_m=P_{TXdBm}-P_{RXdBm}.$$display$$
रेंज समीकरण में शेष पैरामीटर सिग्नल प्रसार स्थितियों और एंटीना-फीडर उपकरणों के मापदंडों का वर्णन करते हैं, अर्थात। मॉडेम से कोई लेना-देना नहीं है.
इसलिए, संचार सीमा बढ़ाने के लिए, आपको बड़े $inline$B_m$inline$ मान वाला एक मॉडेम चुनना होगा। बदले में, $inline$B_m$inline$ को $inline$P_{TXdBm}$inline$ को बढ़ाकर या $inline$P_{RXdBm}$inline$ को घटाकर बढ़ाया जा सकता है। ज्यादातर मामलों में, यूएवी डेवलपर्स उच्च ट्रांसमीटर शक्ति वाले मॉडेम की तलाश में रहते हैं और रिसीवर की संवेदनशीलता पर थोड़ा ध्यान देते हैं, हालांकि उन्हें इसके ठीक विपरीत करने की आवश्यकता होती है। ब्रॉडबैंड मॉडेम के एक शक्तिशाली ऑन-बोर्ड ट्रांसमीटर में निम्नलिखित समस्याएं आती हैं:
- उच्च बिजली की खपत;
- शीतलन की आवश्यकता;
- यूएवी के अन्य ऑन-बोर्ड उपकरणों के साथ विद्युत चुम्बकीय संगतता (ईएमसी) में गिरावट;
- कम ऊर्जा गोपनीयता.
पहली दो समस्याएं इस तथ्य से संबंधित हैं कि रेडियो चैनल पर बड़ी मात्रा में सूचना प्रसारित करने के आधुनिक तरीकों, उदाहरण के लिए ओएफडीएम, की आवश्यकता होती है रैखिक ट्रांसमीटर. आधुनिक रैखिक रेडियो ट्रांसमीटरों की दक्षता कम है: 10-30%। इस प्रकार, यूएवी बिजली आपूर्ति की 70-90% कीमती ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जिसे मॉडेम से कुशलतापूर्वक हटाया जाना चाहिए, अन्यथा यह विफल हो जाएगा या सबसे अनुचित क्षण में ओवरहीटिंग के कारण इसकी आउटपुट पावर कम हो जाएगी। उदाहरण के लिए, एक 2 डब्ल्यू ट्रांसमीटर बिजली आपूर्ति से 6-20 डब्ल्यू खींचेगा, जिसमें से 4-18 डब्ल्यू गर्मी में परिवर्तित हो जाएगा।
रेडियो लिंक की ऊर्जा गुप्तता विशेष और सैन्य अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। कम स्टील्थ का मतलब है कि जैमिंग स्टेशन के टोही रिसीवर द्वारा मॉडेम सिग्नल का अपेक्षाकृत उच्च संभावना के साथ पता लगाया जाता है। तदनुसार, कम ऊर्जा वाले स्टेल्थ वाले रेडियो लिंक के दबने की संभावना भी अधिक है।
एक मॉडेम रिसीवर की संवेदनशीलता एक निश्चित स्तर की गुणवत्ता के साथ प्राप्त संकेतों से जानकारी निकालने की क्षमता को दर्शाती है। गुणवत्ता मानदंड भिन्न हो सकते हैं. डिजिटल संचार प्रणालियों के लिए, बिट त्रुटि की संभावना (बिट त्रुटि दर - बीईआर) या सूचना पैकेट में त्रुटि की संभावना (फ्रेम त्रुटि दर - एफईआर) का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। दरअसल, संवेदनशीलता उसी सिग्नल का स्तर है जिससे जानकारी निकाली जानी चाहिए। उदाहरण के लिए, BER = 98−10 के साथ −6 dBm की संवेदनशीलता इंगित करती है कि ऐसे BER वाली जानकारी −98 dBm या इससे अधिक के स्तर वाले सिग्नल से निकाली जा सकती है, लेकिन मान लीजिए, −99 dBm के स्तर वाली जानकारी निकाली जा सकती है मान लीजिए, −1 dBm के स्तर वाले सिग्नल से अब निकाला नहीं जा सकता। बेशक, सिग्नल स्तर कम होने पर गुणवत्ता में कमी धीरे-धीरे होती है, लेकिन यह ध्यान में रखने योग्य है कि अधिकांश आधुनिक मॉडेम में तथाकथित होता है। थ्रेशोल्ड प्रभाव जिसमें सिग्नल स्तर संवेदनशीलता से कम होने पर गुणवत्ता में कमी बहुत तेजी से होती है। बीईआर को 2-10 तक बढ़ाने के लिए सिग्नल को संवेदनशीलता से 1-XNUMX डीबी कम करना पर्याप्त है, जिसका मतलब है कि अब आप यूएवी से वीडियो नहीं देख पाएंगे। थ्रेशोल्ड प्रभाव शोर वाले चैनल के लिए शैनन के प्रमेय का प्रत्यक्ष परिणाम है; इसे समाप्त नहीं किया जा सकता है। जब सिग्नल का स्तर संवेदनशीलता से कम हो जाता है तो सूचना का विनाश रिसीवर के अंदर बनने वाले शोर के प्रभाव के कारण होता है। रिसीवर के आंतरिक शोर को पूरी तरह से समाप्त नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसके स्तर को कम करना या शोर सिग्नल से कुशलतापूर्वक जानकारी निकालना सीखना संभव है। मॉडेम निर्माता इन दोनों तरीकों का उपयोग कर रहे हैं, रिसीवर के आरएफ ब्लॉक में सुधार कर रहे हैं और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम में सुधार कर रहे हैं। मॉडेम रिसीवर की संवेदनशीलता में सुधार से बिजली की खपत और गर्मी अपव्यय में इतनी नाटकीय वृद्धि नहीं होती है जितनी ट्रांसमीटर शक्ति में वृद्धि होती है। निस्संदेह, ऊर्जा खपत और ताप उत्पादन में वृद्धि हुई है, लेकिन यह काफी मामूली है।
आवश्यक संचार सीमा प्राप्त करने के दृष्टिकोण से निम्नलिखित मॉडेम चयन एल्गोरिदम की अनुशंसा की जाती है।
- डेटा अंतरण दर पर निर्णय लें.
- आवश्यक गति के लिए सर्वोत्तम संवेदनशीलता वाला मॉडेम चुनें।
- गणना या प्रयोग द्वारा संचार सीमा निर्धारित करें।
- यदि संचार सीमा आवश्यकता से कम हो जाती है, तो निम्नलिखित उपायों का उपयोग करने का प्रयास करें (घटती प्राथमिकता के क्रम में व्यवस्थित):
- ऑपरेटिंग आवृत्ति पर कम रैखिक क्षीणन वाले केबल का उपयोग करके और/या केबल की लंबाई कम करके एंटीना केबल $inline$L_{TXdB}$inline$, $inline$L_{RXdB}$inline$ में नुकसान को कम करें;
- ऐन्टेना लाभ बढ़ाएँ $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
- मॉडेम ट्रांसमीटर की शक्ति बढ़ाएँ।
संवेदनशीलता मान नियम के अनुसार डेटा स्थानांतरण दर पर निर्भर करते हैं: उच्च गति - बदतर संवेदनशीलता। उदाहरण के लिए, 98 एमबीपीएस के लिए -8 डीबीएम संवेदनशीलता 95 एमबीपीएस के लिए -12 डीबीएम संवेदनशीलता से बेहतर है। आप केवल समान डेटा ट्रांसफर गति के लिए संवेदनशीलता के संदर्भ में मॉडेम की तुलना कर सकते हैं।
मॉडेम विनिर्देशों में ट्रांसमीटर पावर पर डेटा लगभग हमेशा उपलब्ध होता है, लेकिन रिसीवर संवेदनशीलता पर डेटा हमेशा उपलब्ध नहीं होता है या अपर्याप्त होता है। कम से कम, यह सावधान रहने का एक कारण है, क्योंकि सुंदर संख्याओं को छिपाने का शायद ही कोई मतलब हो। इसके अलावा, संवेदनशीलता डेटा प्रकाशित न करके, निर्माता उपभोक्ता को गणना द्वारा संचार सीमा का अनुमान लगाने के अवसर से वंचित करता है। से मॉडेम खरीद.
अधिकतम डेटा अंतरण दर
यदि गति आवश्यकताओं को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया गया है तो इस पैरामीटर के आधार पर मॉडेम का चयन करना अपेक्षाकृत सरल है। लेकिन कुछ बारीकियाँ हैं.
यदि समस्या को हल करने के लिए अधिकतम संभव संचार रेंज सुनिश्चित करने की आवश्यकता है और साथ ही रेडियो लिंक के लिए पर्याप्त व्यापक आवृत्ति बैंड आवंटित करना संभव है, तो एक मॉडेम चुनना बेहतर है जो व्यापक आवृत्ति बैंड (बैंडविड्थ) का समर्थन करता है। तथ्य यह है कि आवश्यक सूचना गति अपेक्षाकृत संकीर्ण आवृत्ति बैंड में घने प्रकार के मॉड्यूलेशन (16QAM, 64QAM, 256QAM, आदि) का उपयोग करके या विस्तृत आवृत्ति बैंड में कम-घनत्व मॉड्यूलेशन (BPSK, QPSK) का उपयोग करके प्राप्त की जा सकती है। ). ऐसे कार्यों के लिए कम घनत्व मॉड्यूलेशन का उपयोग इसकी उच्च शोर प्रतिरोधक क्षमता के कारण बेहतर है। इसलिए, रिसीवर की संवेदनशीलता बेहतर होती है; तदनुसार, मॉडेम का ऊर्जा बजट बढ़ता है और, परिणामस्वरूप, संचार सीमा बढ़ जाती है।
कभी-कभी यूएवी निर्माता रेडियो लिंक की सूचना गति को स्रोत की गति से कहीं अधिक, वस्तुतः 2 या अधिक बार सेट करते हैं, यह तर्क देते हुए कि वीडियो कोडेक्स जैसे स्रोतों में एक परिवर्तनीय बिटरेट होता है और मॉडेम गति को अधिकतम मूल्य को ध्यान में रखते हुए चुना जाना चाहिए। बिटरेट उत्सर्जन का. इस मामले में, संचार सीमा स्वाभाविक रूप से कम हो जाती है। जब तक अत्यंत आवश्यक न हो आपको इस दृष्टिकोण का उपयोग नहीं करना चाहिए। अधिकांश आधुनिक मॉडेम में ट्रांसमीटर में एक बड़ा बफर होता है जो पैकेट हानि के बिना बिटरेट स्पाइक्स को सुचारू कर सकता है। इसलिए, 25% से अधिक की गति आरक्षित की आवश्यकता नहीं है। यदि यह मानने का कारण है कि खरीदे गए मॉडेम की बफर क्षमता अपर्याप्त है और गति में काफी अधिक वृद्धि की आवश्यकता है, तो ऐसे मॉडेम को खरीदने से इनकार करना बेहतर है।
डेटा स्थानांतरण में देरी
इस पैरामीटर का मूल्यांकन करते समय, रेडियो लिंक पर डेटा ट्रांसमिशन से जुड़ी देरी को सूचना स्रोत के एन्कोडिंग/डिकोडिंग डिवाइस, जैसे वीडियो कोडेक द्वारा बनाई गई देरी से अलग करना महत्वपूर्ण है। रेडियो लिंक में देरी में 3 मान होते हैं।
- ट्रांसमीटर और रिसीवर में सिग्नल प्रोसेसिंग के कारण देरी।
- ट्रांसमीटर से रिसीवर तक सिग्नल के प्रसार के कारण देरी।
- टाइम डिवीजन डुप्लेक्स (टीडीडी) मोडेम में ट्रांसमीटर में डेटा बफरिंग के कारण देरी।
लेखक के अनुभव के अनुसार, टाइप 1 विलंबता दसियों माइक्रोसेकंड से लेकर एक मिलीसेकंड तक होती है। टाइप 2 विलंब संचार सीमा पर निर्भर करता है, उदाहरण के लिए, 100 किमी लिंक के लिए यह 333 μs है। टाइप 3 विलंब टीडीडी फ्रेम की लंबाई और ट्रांसमिशन चक्र अवधि और कुल फ्रेम अवधि के अनुपात पर निर्भर करता है और 0 से फ्रेम अवधि तक भिन्न हो सकता है, यानी यह एक यादृच्छिक चर है। यदि प्रेषित सूचना पैकेट ट्रांसमीटर इनपुट पर है जबकि मॉडेम ट्रांसमिशन चक्र में है, तो पैकेट को शून्य विलंब प्रकार 3 के साथ हवा में प्रसारित किया जाएगा। यदि पैकेट थोड़ा देर से है और रिसेप्शन चक्र पहले ही शुरू हो चुका है, तो यह रिसेप्शन चक्र की अवधि के लिए ट्रांसमीटर बफर में विलंबित होगा। विशिष्ट टीडीडी फ़्रेम की लंबाई 2 से 20 एमएस तक होती है, इसलिए सबसे खराब स्थिति में टाइप 3 विलंब 20 एमएस से अधिक नहीं होगा। इस प्रकार, रेडियो लिंक में कुल विलंब 3−21 एमएस की सीमा में होगा।
रेडियो लिंक में देरी का पता लगाने का सबसे अच्छा तरीका नेटवर्क विशेषताओं का मूल्यांकन करने के लिए उपयोगिताओं का उपयोग करके एक पूर्ण-स्तरीय प्रयोग है। अनुरोध-प्रतिक्रिया विधि का उपयोग करके देरी को मापने की अनुशंसा नहीं की जाती है, क्योंकि आगे और पीछे की दिशाओं में देरी टीडीडी मॉडेम के लिए समान नहीं हो सकती है।
वजन और आयाम पैरामीटर
इस मानदंड के अनुसार ऑन-बोर्ड मॉडेम इकाई चुनने के लिए किसी विशेष टिप्पणी की आवश्यकता नहीं है: जितना छोटा और हल्का उतना बेहतर। ऑन-बोर्ड इकाई को ठंडा करने की आवश्यकता के बारे में भी न भूलें; अतिरिक्त रेडिएटर्स की आवश्यकता हो सकती है, और तदनुसार, वजन और आयाम भी बढ़ सकते हैं। यहां कम बिजली खपत वाली हल्की, छोटे आकार की इकाइयों को प्राथमिकता दी जानी चाहिए।
ज़मीन-आधारित इकाई के लिए, द्रव्यमान-आयामी पैरामीटर इतने महत्वपूर्ण नहीं हैं। उपयोग और स्थापना में आसानी सामने आती है। ग्राउंड यूनिट को मस्तूल या तिपाई पर सुविधाजनक माउंटिंग सिस्टम के साथ बाहरी प्रभावों से विश्वसनीय रूप से संरक्षित उपकरण होना चाहिए। एक अच्छा विकल्प तब होता है जब ग्राउंड यूनिट को एंटीना के साथ एक ही आवास में एकीकृत किया जाता है। आदर्श रूप से, ग्राउंड यूनिट को एक सुविधाजनक कनेक्टर के माध्यम से नियंत्रण प्रणाली से जोड़ा जाना चाहिए। जब आपको -20 डिग्री के तापमान पर तैनाती कार्य करने की आवश्यकता होगी तो यह आपको कड़े शब्दों से बचाएगा।
आवश्यकताओं आहार
ऑनबोर्ड इकाइयां, एक नियम के रूप में, आपूर्ति वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला के समर्थन के साथ उत्पादित की जाती हैं, उदाहरण के लिए 7-30 वी, जो यूएवी पावर नेटवर्क में अधिकांश वोल्टेज विकल्पों को कवर करती है। यदि आपके पास कई आपूर्ति वोल्टेज में से चुनने का अवसर है, तो सबसे कम आपूर्ति वोल्टेज मान को प्राथमिकता दें। एक नियम के रूप में, मॉडेम आंतरिक रूप से माध्यमिक बिजली आपूर्ति के माध्यम से 3.3 और 5.0 वी के वोल्टेज से संचालित होते हैं। इन माध्यमिक बिजली आपूर्ति की दक्षता जितनी अधिक होगी, मॉडेम के इनपुट और आंतरिक वोल्टेज के बीच अंतर उतना ही कम होगा। बढ़ी हुई दक्षता का मतलब है कम ऊर्जा खपत और गर्मी उत्पादन।
दूसरी ओर, ग्राउंड इकाइयों को अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज स्रोत से बिजली का समर्थन करना चाहिए। यह एक छोटे क्रॉस-सेक्शन के साथ पावर केबल के उपयोग की अनुमति देता है, जो वजन कम करता है और स्थापना को सरल बनाता है। अन्य सभी चीजें समान होने पर, PoE (पावर ओवर ईथरनेट) समर्थन वाली ग्राउंड-आधारित इकाइयों को प्राथमिकता दें। इस मामले में, ग्राउंड यूनिट को नियंत्रण स्टेशन से जोड़ने के लिए केवल एक ईथरनेट केबल की आवश्यकता होती है।
अलग नियंत्रण/टेलीमेट्री चैनल
ऐसे मामलों में एक महत्वपूर्ण सुविधा जहां यूएवी पर एक अलग कमांड-टेलीमेट्री मॉडेम स्थापित करने के लिए कोई जगह नहीं बची है। यदि जगह है, तो ब्रॉडबैंड मॉडेम के एक अलग नियंत्रण/टेलीमेट्री चैनल को बैकअप के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इस विकल्प के साथ मॉडेम चुनते समय, इस तथ्य पर ध्यान दें कि मॉडेम यूएवी (एमएवीलिंक या मालिकाना) के साथ संचार के लिए वांछित प्रोटोकॉल का समर्थन करता है और ग्राउंड स्टेशन (जीएस) पर एक सुविधाजनक इंटरफ़ेस में नियंत्रण चैनल/टेलीमेट्री डेटा को मल्टीप्लेक्स करने की क्षमता का समर्थन करता है। ). उदाहरण के लिए, ब्रॉडबैंड मॉडेम की ऑन-बोर्ड इकाई RS232, UART या CAN जैसे इंटरफ़ेस के माध्यम से ऑटोपायलट से जुड़ी होती है, और ग्राउंड यूनिट ईथरनेट इंटरफ़ेस के माध्यम से नियंत्रण कंप्यूटर से जुड़ी होती है जिसके माध्यम से कमांड का आदान-प्रदान करना आवश्यक होता है , टेलीमेट्री और वीडियो जानकारी। इस मामले में, मॉडेम ऑन-बोर्ड यूनिट के RS232, UART या CAN इंटरफेस और ग्राउंड यूनिट के ईथरनेट इंटरफेस के बीच कमांड और टेलीमेट्री स्ट्रीम को मल्टीप्लेक्स करने में सक्षम होना चाहिए।
ध्यान देने योग्य अन्य पैरामीटर
डुप्लेक्स मोड की उपलब्धता. यूएवी के लिए ब्रॉडबैंड मॉडेम या तो सिम्प्लेक्स या डुप्लेक्स ऑपरेटिंग मोड का समर्थन करते हैं। सिंप्लेक्स मोड में, डेटा ट्रांसमिशन की अनुमति केवल यूएवी से एनएस तक की दिशा में होती है, और डुप्लेक्स मोड में - दोनों दिशाओं में। एक नियम के रूप में, सिम्प्लेक्स मॉडेम में एक अंतर्निहित वीडियो कोडेक होता है और इसे उन वीडियो कैमरों के साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है जिनमें वीडियो कोडेक नहीं होता है। एक सिम्प्लेक्स मॉडेम आईपी कैमरा या किसी अन्य डिवाइस से कनेक्ट करने के लिए उपयुक्त नहीं है जिसके लिए आईपी कनेक्शन की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, एक डुप्लेक्स मॉडेम, एक नियम के रूप में, यूएवी के ऑन-बोर्ड आईपी नेटवर्क को एनएस के आईपी नेटवर्क से जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है, यानी यह आईपी कैमरे और अन्य आईपी उपकरणों का समर्थन करता है, लेकिन इसमें अंतर्निहित नहीं हो सकता है- वीडियो कोडेक में, चूंकि आईपी वीडियो कैमरों में आमतौर पर आपका वीडियो कोडेक होता है। ईथरनेट इंटरफ़ेस समर्थन केवल पूर्ण-डुप्लेक्स मोडेम में ही संभव है।
विविधता स्वागत (आरएक्स विविधता)। संपूर्ण उड़ान दूरी के दौरान निरंतर संचार सुनिश्चित करने के लिए इस क्षमता की उपस्थिति अनिवार्य है। पृथ्वी की सतह पर फैलते समय, रेडियो तरंगें दो किरणों में प्राप्त बिंदु पर पहुंचती हैं: एक सीधे पथ के साथ और सतह से प्रतिबिंब के साथ। यदि दो किरणों की तरंगों का योग चरण में होता है, तो प्राप्त बिंदु पर क्षेत्र मजबूत होता है, और यदि एंटीफ़ेज़ में होता है, तो यह कमजोर हो जाता है। कमज़ोर होना काफी महत्वपूर्ण हो सकता है - संचार के पूर्ण नुकसान तक। एनएस पर अलग-अलग ऊंचाई पर स्थित दो एंटेना की उपस्थिति, इस समस्या को हल करने में मदद करती है, क्योंकि यदि एक एंटीना के स्थान पर बीम को एंटीफ़ेज़ में जोड़ा जाता है, तो दूसरे के स्थान पर वे नहीं जोड़ते हैं। परिणामस्वरूप, आप पूरी दूरी के दौरान एक स्थिर कनेक्शन प्राप्त कर सकते हैं।
समर्थित नेटवर्क टोपोलॉजी. ऐसा मॉडेम चुनने की सलाह दी जाती है जो न केवल पॉइंट-टू-पॉइंट (पीटीपी) टोपोलॉजी के लिए, बल्कि पॉइंट-टू-मल्टीपॉइंट (पीएमपी) और रिले (रिपीटर) टोपोलॉजी के लिए भी समर्थन प्रदान करता है। अतिरिक्त यूएवी के माध्यम से रिले का उपयोग आपको मुख्य यूएवी के कवरेज क्षेत्र का महत्वपूर्ण रूप से विस्तार करने की अनुमति देता है। पीएमपी समर्थन आपको एक एनएस पर कई यूएवी से एक साथ जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देगा। कृपया यह भी ध्यान दें कि पीएमपी और रिले का समर्थन करने के लिए एकल यूएवी के साथ संचार के मामले की तुलना में मॉडेम बैंडविड्थ में वृद्धि की आवश्यकता होगी। इसलिए, इन मोड के लिए एक मॉडेम चुनने की अनुशंसा की जाती है जो विस्तृत आवृत्ति बैंड (कम से कम 15-20 मेगाहर्ट्ज) का समर्थन करता है।
ध्वनि प्रतिरोधक क्षमता बढ़ाने के साधनों की उपलब्धता। जिन क्षेत्रों में यूएवी का उपयोग किया जाता है, वहां गहन हस्तक्षेप के माहौल को देखते हुए एक उपयोगी विकल्प। शोर प्रतिरक्षा को संचार चैनल में कृत्रिम या प्राकृतिक मूल के हस्तक्षेप की उपस्थिति में अपना कार्य करने की संचार प्रणाली की क्षमता के रूप में समझा जाता है। हस्तक्षेप से निपटने के दो दृष्टिकोण हैं। दृष्टिकोण 1: मॉडेम रिसीवर को डिज़ाइन करें ताकि यह सूचना प्रसारण गति में कुछ कमी की कीमत पर, संचार चैनल बैंड में हस्तक्षेप की उपस्थिति में भी विश्वसनीय रूप से जानकारी प्राप्त कर सके। दृष्टिकोण 2: रिसीवर इनपुट पर हस्तक्षेप को दबाएं या कम करें। पहले दृष्टिकोण के कार्यान्वयन के उदाहरण स्पेक्ट्रम स्प्रेड सिस्टम हैं, अर्थात्: फ़्रीक्वेंसी हॉपिंग (एफएच), छद्म-यादृच्छिक अनुक्रम स्प्रेड स्पेक्ट्रम (डीएसएसएस) या दोनों का एक संकर। ऐसे संचार चैनल में कम आवश्यक डेटा स्थानांतरण दर के कारण यूएवी नियंत्रण चैनलों में एफएच तकनीक व्यापक हो गई है। उदाहरण के लिए, 16 मेगाहर्ट्ज बैंड में 20 kbit/s की गति के लिए, लगभग 500 आवृत्ति स्थितियों को व्यवस्थित किया जा सकता है, जो संकीर्ण-बैंड हस्तक्षेप के खिलाफ विश्वसनीय सुरक्षा की अनुमति देता है। ब्रॉडबैंड संचार चैनल के लिए एफएच का उपयोग समस्याग्रस्त है क्योंकि परिणामी आवृत्ति बैंड बहुत बड़ा है। उदाहरण के लिए, 500 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ वाले सिग्नल के साथ काम करते समय 4 आवृत्ति स्थिति प्राप्त करने के लिए, आपको 2 गीगाहर्ट्ज मुफ्त बैंडविड्थ की आवश्यकता होगी! वास्तविक होने के लिए बहुत ज्यादा. यूएवी के साथ ब्रॉडबैंड संचार चैनल के लिए डीएसएसएस का उपयोग अधिक प्रासंगिक है। इस तकनीक में, प्रत्येक सूचना बिट को सिग्नल बैंड में कई (या यहां तक कि सभी) आवृत्तियों पर एक साथ डुप्लिकेट किया जाता है और, संकीर्ण-बैंड हस्तक्षेप की उपस्थिति में, हस्तक्षेप से प्रभावित नहीं होने वाले स्पेक्ट्रम के हिस्सों से अलग किया जा सकता है। डीएसएसएस, साथ ही एफएच के उपयोग का तात्पर्य है कि जब चैनल में हस्तक्षेप दिखाई देता है, तो डेटा ट्रांसमिशन दर में कमी की आवश्यकता होगी। फिर भी, यह स्पष्ट है कि यूएवी से कम रिज़ॉल्यूशन में वीडियो प्राप्त करना कुछ भी न मिलने से बेहतर है। दृष्टिकोण 2 इस तथ्य का उपयोग करता है कि हस्तक्षेप, रिसीवर के आंतरिक शोर के विपरीत, बाहर से रेडियो लिंक में प्रवेश करता है और, यदि मॉडेम में कुछ साधन मौजूद हैं, तो दबाया जा सकता है। यदि हस्तक्षेप को वर्णक्रमीय, लौकिक या स्थानिक डोमेन में स्थानीयकृत किया जाए तो उसका दमन संभव है। उदाहरण के लिए, नैरोबैंड हस्तक्षेप को वर्णक्रमीय क्षेत्र में स्थानीयकृत किया जाता है और एक विशेष फिल्टर का उपयोग करके स्पेक्ट्रम से "कट आउट" किया जा सकता है। इसी प्रकार, स्पंदित शोर को समय डोमेन में स्थानीयकृत किया जाता है; इसे दबाने के लिए, प्रभावित क्षेत्र को रिसीवर के इनपुट सिग्नल से हटा दिया जाता है। यदि हस्तक्षेप नैरोबैंड या स्पंदित नहीं है, तो इसे दबाने के लिए एक स्थानिक दमनकर्ता का उपयोग किया जा सकता है हस्तक्षेप एक निश्चित दिशा से एक स्रोत से प्राप्त एंटीना में प्रवेश करता है। यदि प्राप्त एंटीना के विकिरण पैटर्न का शून्य हस्तक्षेप स्रोत की दिशा में स्थित है, तो हस्तक्षेप दबा दिया जाएगा। ऐसी प्रणालियों को अनुकूली बीमफॉर्मिंग और बीम नलिंग प्रणाली कहा जाता है।
रेडियो प्रोटोकॉल का उपयोग किया गया। मॉडेम निर्माता एक मानक (वाईफाई, डीवीबी-टी) या मालिकाना रेडियो प्रोटोकॉल का उपयोग कर सकते हैं। यह पैरामीटर विनिर्देशों में शायद ही कभी दर्शाया गया हो। डीवीबी-टी का उपयोग अप्रत्यक्ष रूप से समर्थित आवृत्ति बैंड 2/4/6/7/8, कभी-कभी 10 मेगाहर्ट्ज और सीओएफडीएम (कोडित ओएफडीएम) तकनीक के विनिर्देश के पाठ में उल्लेख द्वारा इंगित किया गया है जिसमें ओएफडीएम का संयोजन संयोजन में उपयोग किया जाता है। शोर-प्रतिरोधी कोडिंग के साथ। संक्षेप में, हम ध्यान दें कि सीओएफडीएम पूरी तरह से एक विज्ञापन नारा है और इसका ओएफडीएम पर कोई लाभ नहीं है, क्योंकि शोर प्रतिरोधी कोडिंग के बिना ओएफडीएम का उपयोग कभी भी व्यवहार में नहीं किया जाता है। जब आप रेडियो मॉडेम विनिर्देशों में इन संक्षिप्ताक्षरों को देखते हैं तो COFDM और OFDM को समान करें।
मानक प्रोटोकॉल का उपयोग करने वाले मोडेम आमतौर पर एक माइक्रोप्रोसेसर के साथ मिलकर काम करने वाली एक विशेष चिप (वाईफाई, डीवीबी-टी) के आधार पर बनाए जाते हैं। कस्टम चिप का उपयोग मॉडेम निर्माता को अपने स्वयं के रेडियो प्रोटोकॉल को डिजाइन करने, मॉडलिंग करने, लागू करने और परीक्षण करने से जुड़े कई सिरदर्द से राहत देता है। मॉडेम को आवश्यक कार्यक्षमता देने के लिए माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग किया जाता है। ऐसे मॉडेम के निम्नलिखित फायदे हैं.
- कम कीमत।
- अच्छा वजन और आकार पैरामीटर।
- कम बिजली की खपत।
इसके नुकसान भी हैं.
- फ़र्मवेयर को बदलकर रेडियो इंटरफ़ेस की विशेषताओं को बदलने में असमर्थता।
- दीर्घावधि में आपूर्ति की कम स्थिरता.
- गैर-मानक समस्याओं को हल करते समय योग्य तकनीकी सहायता प्रदान करने की सीमित क्षमताएँ।
आपूर्ति की कम स्थिरता इस तथ्य के कारण है कि चिप निर्माता मुख्य रूप से बड़े पैमाने पर बाजारों (टीवी, कंप्यूटर, आदि) पर ध्यान केंद्रित करते हैं। यूएवी के लिए मॉडेम के निर्माता उनके लिए प्राथमिकता नहीं हैं और वे किसी अन्य उत्पाद के साथ पर्याप्त प्रतिस्थापन के बिना उत्पादन बंद करने के चिप निर्माता के निर्णय को किसी भी तरह से प्रभावित नहीं कर सकते हैं। इस सुविधा को "सिस्टम ऑन चिप" (सिस्टम ऑन चिप - एसओसी) जैसे विशेष माइक्रोसर्किट में रेडियो इंटरफेस की पैकेजिंग की प्रवृत्ति द्वारा प्रबलित किया गया है, और इसलिए व्यक्तिगत रेडियो इंटरफेस चिप्स धीरे-धीरे सेमीकंडक्टर बाजार से बाहर हो गए हैं।
तकनीकी सहायता प्रदान करने में सीमित क्षमताएं इस तथ्य के कारण हैं कि मानक रेडियो प्रोटोकॉल पर आधारित मॉडेम की विकास टीमों में मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स और माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी में विशेषज्ञ शामिल हैं। हो सकता है कि वहां कोई रेडियो संचार विशेषज्ञ ही न हो, क्योंकि उनके पास हल करने के लिए कोई समस्या नहीं है। इसलिए, गैर-तुच्छ रेडियो संचार समस्याओं के समाधान की तलाश में यूएवी निर्माता परामर्श और तकनीकी सहायता के मामले में निराश हो सकते हैं।
मालिकाना रेडियो प्रोटोकॉल का उपयोग करने वाले मॉडेम यूनिवर्सल एनालॉग और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग चिप्स के आधार पर बनाए जाते हैं। ऐसे चिप्स की आपूर्ति स्थिरता बहुत अधिक है। सच है, कीमत भी अधिक है. ऐसे मॉडेम के निम्नलिखित फायदे हैं.
- फ़र्मवेयर को बदलकर रेडियो इंटरफ़ेस को अनुकूलित करने सहित ग्राहक की ज़रूरतों के अनुसार मॉडेम को अनुकूलित करने की व्यापक संभावनाएँ।
- अतिरिक्त रेडियो इंटरफ़ेस क्षमताएं जो यूएवी में उपयोग के लिए दिलचस्प हैं और मानक रेडियो प्रोटोकॉल के आधार पर निर्मित मॉडेम में अनुपस्थित हैं।
- आपूर्ति की उच्च स्थिरता, सहित। लंबे समय में।
- गैर-मानक समस्याओं को हल करने सहित उच्च स्तर की तकनीकी सहायता।
नुकसान।
- उच्च मूल्य।
- वजन और आकार पैरामीटर मानक रेडियो प्रोटोकॉल का उपयोग करने वाले मॉडेम से भी बदतर हो सकते हैं।
- डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग यूनिट की बढ़ी हुई बिजली खपत।
यूएवी के लिए कुछ मॉडेम का तकनीकी डेटा
तालिका बाज़ार में उपलब्ध यूएवी के लिए कुछ मॉडेम के तकनीकी मापदंडों को दर्शाती है।
ध्यान दें कि यद्यपि 3डी लिंक मॉडेम में पिकोरेडियो ओईएम और जे11 मॉडेम (25 डीबीएम बनाम 27−30 डीबीएम) की तुलना में सबसे कम ट्रांसमिट पावर है, उच्च रिसीवर संवेदनशीलता (के साथ) के कारण 3डी लिंक पावर बजट उन मॉडेम से अधिक है तुलना किए जा रहे मॉडेम के लिए समान डेटा स्थानांतरण गति)। इस प्रकार, 3डी लिंक का उपयोग करते समय संचार रेंज बेहतर ऊर्जा चुपके के साथ अधिक होगी।
मेज़। यूएवी और रोबोटिक्स के लिए कुछ ब्रॉडबैंड मॉडेम का तकनीकी डेटा
प्राचल
(मॉड्यूल पर प्रदर्शन किया गया माइक्रोहार्ड से)
(यह सभी देखें )
निर्माता, देश
जियोस्कैन, आरएफ
मोबिलिकॉम, इज़राइल
एयरबोर्न इनोवेशन, कनाडा
डीटीसी, यूके
रेडेस, चीन
संचार सीमा [किमी] 20−60
5
n/a*
n/a*
10-20
गति [Mbit/s] 0.023−64.9
1.6-6
0.78-28
0.144-31.668
1.5-6
डेटा ट्रांसमिशन विलंब [एमएस] 1−20
25
n/a*
15-100
15-30
ऑन-बोर्ड इकाई LxWxH [मिमी] 77x45x25 का आयाम
74h54h26
40x40x10 (आवास के बिना)
67h68h22
76h48h20
ऑन-बोर्ड इकाई वजन [ग्राम] 89
105
17.6 (आवास के बिना)
135
88
सूचना इंटरफ़ेस
ईथरनेट, आरएस232, कैन, यूएसबी
ईथरनेट, आरएस232, यूएसबी (वैकल्पिक)
ईथरनेट, आरएस232/यूएआरटी
एचडीएमआई, एवी, आरएस232, यूएसबी
एचडीएमआई, ईथरनेट, यूएआरटी
ऑन-बोर्ड यूनिट बिजली आपूर्ति [वोल्ट/वाट] 7−30/6.7
7−26/एन/ए*
5−58/4.8
5.9−17.8/4.5−7
7−18/8
ग्राउंड यूनिट बिजली आपूर्ति [वोल्ट/वाट] 18−75 या पीओई/7
7−26/एन/ए*
5−58/4.8
6−16/8
7−18/5
ट्रांसमीटर पावर [डीबीएम] 25
n/a*
27-30
20
30
रिसीवर संवेदनशीलता [dBm] (गति के लिए [Mbit/s])
−122(0.023) −101(4.06) −95.1(12.18) −78.6(64.96)
−101(एन/ए*)
−101(0.78) −96(3.00) −76(28.0)
−95(एन/ए*) −104(एन/ए*)
−97(1.5) −94(3.0) −90(6.0)
मॉडेम ऊर्जा बजट [डीबी] (गति के लिए [एमबीटी/सेकंड])
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*
१८ (६) १९ (६) २० (६)
समर्थित आवृत्ति बैंड [मेगाहर्ट्ज] 4−20
4.5, 8.5
2; 4; 8
0.625; 1.25; 2.5; 6; 7; 8
2; 4; 8
सिम्प्लेक्स/डुप्लेक्स
दोहरा
दोहरा
दोहरा
सिंप्लेक्स
दोहरा
विविधता का समर्थन
हां
हां
हां
हां
हां
नियंत्रण/टेलीमेट्री के लिए अलग चैनल
हां
हां
हां
नहीं
हां
नियंत्रण/टेलीमेट्री चैनल में समर्थित यूएवी नियंत्रण प्रोटोकॉल
MAVLink, मालिकाना
MAVLink, मालिकाना
नहीं
नहीं
एमएवीलिंक
नियंत्रण/टेलीमेट्री चैनल में मल्टीप्लेक्सिंग समर्थन
हां
हां
नहीं
नहीं
n/a*
नेटवर्क टोपोलॉजी
पीटीपी, पीएमपी, रिले
पीटीपी, पीएमपी, रिले
पीटीपी, पीएमपी, रिले
PTP
पीटीपी, पीएमपी, रिले
शोर प्रतिरोधक क्षमता बढ़ाने का उपाय
डीएसएसएस, नैरोबैंड और पल्स सप्रेसर्स
n/a*
n/a*
n/a*
n/a*
रेडियो प्रोटोकॉल
संपदा
n/a*
n/a*
DVB-टी
n/a*
* एन/ए - कोई डेटा नहीं।
लेखक के बारे में
अलेक्जेंडर स्मोरोडिनोव [[ईमेल संरक्षित]] वायरलेस संचार के क्षेत्र में जियोस्कैन एलएलसी में एक अग्रणी विशेषज्ञ है। 2011 से वर्तमान तक, वह विभिन्न उद्देश्यों के लिए ब्रॉडबैंड रेडियो मॉडेम के लिए रेडियो प्रोटोकॉल और सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम विकसित कर रहे हैं, साथ ही प्रोग्रामेबल लॉजिक चिप्स के आधार पर विकसित एल्गोरिदम को लागू कर रहे हैं। लेखक की रुचि के क्षेत्रों में सिंक्रोनाइज़ेशन एल्गोरिदम, चैनल प्रॉपर्टी अनुमान, मॉड्यूलेशन/डिमॉड्यूलेशन, शोर-प्रतिरोधी कोडिंग, साथ ही कुछ मीडिया एक्सेस लेयर (मैक) एल्गोरिदम का विकास शामिल है। जियोस्कैन में शामिल होने से पहले, लेखक ने कस्टम वायरलेस संचार उपकरणों को विकसित करने के लिए विभिन्न संगठनों में काम किया। 2002 से 2007 तक, उन्होंने IEEE802.16 (वाईमैक्स) मानक पर आधारित संचार प्रणालियों के विकास में एक अग्रणी विशेषज्ञ के रूप में प्रोटियस एलएलसी में काम किया। 1999 से 2002 तक, लेखक संघीय राज्य एकात्मक उद्यम केंद्रीय अनुसंधान संस्थान "ग्रेनाइट" में शोर-प्रतिरोधी कोडिंग एल्गोरिदम के विकास और रेडियो लिंक मार्गों के मॉडलिंग में शामिल थे। लेखक ने 1998 में सेंट पीटर्सबर्ग यूनिवर्सिटी ऑफ एयरोस्पेस इंस्ट्रुमेंटेशन से तकनीकी विज्ञान की उम्मीदवार की डिग्री और 1995 में उसी विश्वविद्यालय से रेडियो इंजीनियरिंग की डिग्री प्राप्त की। अलेक्जेंडर आईईईई और आईईईई कम्युनिकेशंस सोसाइटी का वर्तमान सदस्य है।
स्रोत: www.habr.com