Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)

Povećanje dometa veze s bespilotnom letjelicom (BLA) i dalje je aktualna tema. Ovaj članak razmatra metode za poboljÅ”anje ovog parametra. Članak je napisan za programere i operatore BLA-a i predstavlja nastavak ciklusa članaka o vezi s BLA-om (početak ciklusa vidi u [1].

Što utječe na domet veze

Domet veze ovisi o koriÅ”tenom modem, antenama, antennim kabelima, uvjetima Å”irenja radio valova, vanjskim smetnjama i nekim drugim razlozima. Da bismo odredili stupanj utjecaja pojedinog parametra na domet veze, razmotrit ćemo jednadžbu dometa [2]
(1)

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)

gdje
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — traženi domet veze [metri];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — brzina svjetlosti u vakuumu [m/s];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — frekvencija [Hz];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — snaga odaÅ”iljača modema [dBm];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — pojačanje antene odaÅ”iljača [dBi];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — gubici u kabelu od modema do antene odaÅ”iljača [dB];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — pojačanje antene prijemnika [dBi];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — gubici u kabelu od modema do antene prijemnika [dB];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — osjetljivost prijemnika modema [dBm];
Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — faktor slabljenja koji uzima u obzir dodatne gubitke uzrokovane utjecajem povrÅ”ine Zemlje, vegetacije, atmosfere i drugih čimbenika [dB].

Iz jednadžbe se vidi da domet ovisi o:

  • koriÅ”tenom modemu;
  • frekvenciji radio kanala;
  • primijenjenim antenama;
  • gubicima u kablovima;
  • utjecaju na Å”irenje radio valova povrÅ”ine Zemlje, vegetaciji, atmosferi, zgradama itd.

Dalje, parametri koji utječu na domet razmatraju se posebno.

KoriŔteni modem

Domet veze ovisi samo o dva parametra modema: snazi odaÅ”iljača Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i osjetljivosti prijemnika Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), točnije o njihovoj razlici — energetskom budžetu modema
(2)

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)

Kako bismo povećali domet veze, potrebno je odabrati modem s većom vrijednoŔću Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA). Povećati Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) može se, s druge strane, postići povećanjem Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) ili smanjenjem Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA). Prioritet treba dati potrazi za modemima s visokom osjetljivoŔću (Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) Å”to je moguće niže), a ne povećanju snage odaÅ”iljača Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA). Ovo pitanje je detaljno razrađeno u prvom članku [1].

Uz materijale [1] valja imati na umu da pojedini proizvođači, na primjer, Microhard [3], neki uređaji u svojim specifikacijama ne navode prosječnu, već vrÅ”nu snagu predajnika, koja je nekoliko puta veća od prosječne i koja se ne može koristiti za izračunavanje dometa, jer bi to dovelo do značajnog prekoračenja stvarne vrijednosti izračunatog dometa. Takvi uređaji su, na primjer, popularni modul pDDL2450 [4,5]. Ova činjenica proizlazi iz rezultata testiranja ovog uređaja, provedenog radi dobivanja FCC certifikata [6] (vidi str. 58). Rezultate testiranja bežičnih uređaja koji imaju FCC certifikate možete pogledati na web stranici FCC ID [7], unosom odgovarajućeg FCC ID-a u pretraživač, koji bi trebao biti na naljepnici s oznakom tipa uređaja. FCC identifikator modula pDDL2450 je sljedeći: NS916pDDL2450.

Frekvencija radio kanala

Iz jednadžbe dometa (1) jednostavno slijedi da Å”to je manja radna frekvencija Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), veći je domet veze Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA). No, nećemo donositi ishitrene zaključke. Naime, ostali parametri koji ulaze u jednadžbu također ovise o frekvenciji. Na primjer, koeficijenti pojačanja antena Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) ovise o frekvenciji u slučaju kada su maksimalne dimenzije antena fiksirane, Å”to je upravo ono Å”to se u praksi događa. Koeficijent pojačanja antene Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), izražen u bezdimenzionalnim jedinicama (puta), može se izraziti putem fizičke povrÅ”ine antene Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) na sljedeći način [8]
(3)

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)

gdje Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) — učinkovitost otvora antene, tj. omjer učinkovite povrÅ”ine antene prema fizičkoj (ovisi o konstrukciji antene) [8].

Od (3) odmah je vidljivo da pri fiksnoj povrÅ”ini antene koeficijent pojačanja raste proporcionalno kvadratu frekvencije. Umetnimo (3) u (1), prethodno prepisujući (1) koristeći bezdimenzionalne jedinice za koeficijente pojačanja antena Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), gubitke u kabelima Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i faktor slabljenja Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), kao i koristeći Wate za Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) umjesto dBm. Tada
(4)

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)

gdje je koeficijent Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) konstanta pri fiksnim dimenzijama antene. Tako, u ovoj situaciji, domet veze je izravno proporcionalan frekvenciji, tj. Å”to je veća frekvencija, to je veći domet. Zaključak. Za fiksne dimenzije antena, povećanje frekvencije radio veze dovodi do povećanja dometa komunikacije zahvaljujući poboljÅ”anju usmjerenih svojstava antena. Međutim, treba imati na umu da s porastom frekvencije također raste i slabljenje radio valova u atmosferi, uzrokovano plinovima, kiÅ”om, tučom, snijegom, maglom i oblacima. [2]. Naime, s povećanjem duljine trase, slabljenje u atmosferi također se povećava. Iz tog razloga, za svaku duljinu trase i prosječne vremenske uvjete na njoj postoji određena maksimalna vrijednost nosive frekvencije, ograničena prihvatljivom razinom slabljenja signala u atmosferi. Ostavimo konačnu odluku o utjecaju frekvencije radio kanala na domet komunikacije za dio gdje će se razmatrati utjecaj povrÅ”ine Zemlje i atmosfere na proÅ”irenje radio valova.

Antene

Domet veze određuje se parametrima antene kao Å”to je koeficijent pojačanja Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) (gain u engleskoj terminologiji), mjeren u dBi. Koeficijent pojačanja je važan kompozitni parametar, jer uzima u obzir: (1) sposobnost antene da usmjeri energiju odaÅ”iljača prema prijamniku u usporedbi s izotropnim izvorom zračenja (isotropic, odatle indeks i u dBi); (2) gubitke u samoj anteni [8,9]. Za povećanje dometa veze treba odabrati antene s maksimalnom mogućom vrijednoŔću koeficijenta pojačanja od onih koje odgovaraju masrim i dimenzijskim parametrima i mogućnostima sustava usmjeravanja. Sposobnost antene da usmjeri energiju ne dolazi besplatno, već samo povećanjem dimenzija (aperture) antene. Na primjer, Å”to je veća prijamna antena, to će moći prikupiti energiju s veće povrÅ”ine za ulaz prijamnika, a Å”to je veća energija — to je jači primani signal, tj. domet veze se povećava. Tako, prvo treba odrediti maksimalne dimenzije antena koje su prikladne za rjeÅ”avanje zadatka i ograničiti područje pretraživanja tim parametrom, a zatim tražiti konkretan model antene, orijentirajući se na maksimalni koeficijent pojačanja. Drugi važan parametar antene za praksu je Å”irina dijagrama usmjerenosti (DN) (beamwidth) [8,10], mjeren u kutnim stupnjevima. Općenito, Å”irina Dn definira se kao kut između dva prostorna smjera iz srediÅ”ta antene na kojima se pojačanje antene smanjuje za 3 dB od maksimuma za tu antenu. Å irina Dn po azimutu i kutu mjesta može značajno varirati. Ovaj parametar usko je povezan s dimenzijama antene prema pravilu: veće dimenzije - manja Å”irina Dn. Neposredno u jednadžbu dometa ovaj parametar ne ulazi, ali on određuje zahtjeve za sustav usmjeravanja antene prijemne stanice (PS) na BLA, s obzirom na to da se na PS obično koriste jako usmjerene antene, barem u slučajevima kada je maksimizacija dometa veze s BLA prioritet. Naime, dok sustav praćenja PS osigurava kutnu točnost usmjeravanja antene na BLA, jednaku polovici Å”irine Dn ili manje, razina primljenog/emitujućeg signala neće pasti ispod 3 dB od maksimuma. Polovina Å”irine Dn odabrane antene ni pod kojim uvjetima ne smije biti manja od kutne pogreÅ”ke sustava usmjeravanja antene PS po azimutu ili kutu mjesta.

Kabeli

Za maksimizaciju dometa veze potrebno je koristiti kabele s Å”to manjim pogonskim attuacijama (cable attenuation ili cable loss) na radnoj frekvenciji radijske linije PS – BLA. Pogonska atenuacija u kablu definira se kao omjer signala na izlazu segmenta kabela duljine 1 m (u metričkom sustavu) prema signalu na ulazu segmenta kabela, izraženom u dB. Gubitci u kabelima Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), koji ulaze u jednadžbu dometa (1), određuju se množenjem pogonske atenuacije s dužinom kabela. Dakle, za postizanje maksimalno mogućeg dometa veze treba koristiti kabele s minimalnom mogućom pogonskom atenuacijom i minimizirati duljinu tih kabela. Na PS modemni blokovi trebaju biti postavljeni izravno na teleskopu blizu antena. U kućiÅ”tu BLA modem treba biti smjeÅ”ten Å”to bliže antenama. Odvojeno je potrebno kontrolirati impedancu odabranog kabela. Ovaj parametar mjeri se u Ohmima i obično iznosi 50 ili 75 Ohm. Impedanca kabela, antennog konektora modema i konektora na samoj anteni trebaju biti jednake.

Utjecaj povrŔine Zemlje

U ovom dijelu razmatramo Å”irenje radio valova iznad ravnice ili pomorske povrÅ”ine. Ova situacija često se susreće u praksi koriÅ”tenja UAV-a. Praćenje plinovoda, elektroenergetskih vodova, poljoprivrednih usjeva, mnoge vojne i specijalne operacije - sve to dobro se opisuje ovom modelu. Ljudsko iskustvo nam pokazuje da je komunikacija između objekata moguća samo ako se nalaze unutar područja izravne optičke vidljivosti jedni drugima; u suprotnom, komunikacija nije moguća. Međutim, radio valovi ne pripadaju optičkom spektru, stoga su stvari malo drugačije. U tom smislu, programerima i operaterima UAV-a korisno je zapamtiti sljedeće dvije činjenice.

1. Komunikacija u radio spektru moguća je i bez izravne vidljivosti između Nadzorne Stanice (NS) i UAV-a.
2. Utjecaj podloge na komunikaciju s UAV-om osjećat će se čak i kada nema objekata na optičkoj liniji NS-UAV.

Za razumijevanje specifičnosti Å”irenja radio valova u blizini povrÅ”ine Zemlje korisno je upoznati se s konceptom suÅ”tinskog područja Å”irenja radio valova. [2]. U odsutnosti bilo kakvih objekata u suÅ”tinskoj zoni Å”irenja radio valova, izračun daljine može se izvoditi prema formulama za slobodan prostor, tj. Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) u (1) može se smatrati jednakim 0. Ako u suÅ”tinskoj zoni postoji objekata, ne bi se trebalo ponaÅ”ati na taj način. Na slici 1 tocak A prikazan je točkovni izvor postavljen na visini Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) iznad povrÅ”ine Zemlje, koji emitira elektromagnetsku energiju u svim smjerovima s istom intenzitetom. Na točki B, na visini Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) se nalazi prijemnik za mjerenje intenziteta polja. U ovom modelu suÅ”tinsko područje Å”irenja radio valova predstavlja elipsoidu s fokusima u točkama A i B.

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)
Slika 1. SuŔtinsko područje Ŕirenja radio valova

Polumjer elipsoida u njegovom "najdebljem" dijelu određuje se izrazom [2]
(5)

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)

Od (5) vidljivo je da Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) ovisi o frekvenciji Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) obrnuto proporcionalno, Å”to je manja Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), to je "deblji" elipsoid (Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) na slici 1). Osim toga, "debljina" elipsoida povećava se s porastom udaljenosti između objekata komunikacije. Za radio valove Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) može imati prilično značajne dimenzije, tako pri Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)10 km, Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)2.45 GHz dobit ćemo Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)50Ć·60 m.

Sada razmotrimo neprozirni objekt, prikazan sivoj trokutom na slici 1. On će utjecati na Å”irenje radio valova s frekvencijom Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), jer se nalazi u bitnoj zoni Å”irenja, i praktički neće utjecati na Å”irenje radio valova s frekvencijom Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA). Za radio valove optičkog opsega (svjetlo) veličina Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) je mala, stoga utjecaj povrÅ”ine Zemlje na Å”irenje svjetla u praksi nije osjetan. S obzirom na to da povrÅ”ina Zemlje predstavlja kuglu, nije teÅ”ko razumjeti da će s povećanjem udaljenosti Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), podstila povrÅ”ina sve viÅ”e ulaziti u bitnu zonu Å”irenja, blokirajući na taj način dolazak energije iz točke A u točku B — kraj priče, veza s UAV-om se prekida. Slični objekti na ruti, poput neravnina terena, zgrada, Å”uma itd., također će utjecati na vezu.

Sada razmotrimo sliku 2 na kojoj neprozirni objekt potpuno prekriva bitnu zonu Å”irenja radio valne frekvencije Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), čime se onemogućava veza na ovoj frekvenciji. U isto vrijeme veza na frekvenciji Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) je joÅ” uvijek moguća jer dio energije 'preskoči' iznad neprozirnog objekta. Å to je frekvencija niža, to se radio val može dalje Å”iriti iza optičkog horizonta, održavajući stabilnu vezu s UAV-om.

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)
Slika 2. Preklapanje bitnog područja Ŕirenja radio valova

Stepen utjecaja povrÅ”ine Zemlje na vezu također ovisi o visini antena Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA). Å to je veća visina antena, to su udaljenosti između točaka A i B veće, bez dopuÅ”tanja da objekti ili podstila povrÅ”ina uđu u bitnu zonu.

Kako se objekt ili podstila povrÅ”ina uvlače u bitnu zonu, intenzitet polja u točki B će oscilirati [2], tj. polje će biti povremeno jače, a povremeno slabije od srednje jačine. To se događa zbog refleksije energije s objekta. Reflektirana energija može se zbrajati u točki B s osnovnom energijom u fazi – tada dolazi do povećanja jačine polja, ili u protivfaznom stanju – tada dolazi do smanjenja jačine polja (i to prilično značajnog). Važno je imati na umu ovaj efekt za razumijevanje specifičnosti veze s UAV-om. Gubitak veze s UAV-om na određenoj udaljenosti može biti uzrokovan lokalnim smanjenjem jačine polja uslijed oscilacija, tj. ako se preleti joÅ” neka udaljenost, veza se može obnoviti. Konačni gubitak veze nastavit će se tek nakon potpunog zatvaranja značajne zone objektima ili podloga. U nastavku će biti predložene metode borbe protiv posljedica oscilacija jačine polja.

Formule za izračunavanje faktora slabljenja Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) prilikom Å”irenja radiovalova iznad ravne povrÅ”ine Zemlje prilično su složene, posebno za udaljenosti Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), koje premaÅ”uju domet optičke horizonte [2]. Stoga će se u daljnjem razmatranju problema pribjeći matematičkom modeliranju pomoću skupa računalnih programa autora. Razmotrit ćemo tipičan zadatak prijenosa videa s broda UAV-a na NS pomoću modema 3D Link [11] tvrtke Geoscan. Ulazni podaci su sljedeći.

1. Visina postavljanja antene NS: 5 m.
2. Visina leta UAV-a: 1000 m.
3. Frekvencija radioveze: 2.45 GHz.
4. Koeficijent pojačanja antene NS: 17 dB.
5. Koeficijent pojačanja antene UAV-a: 3 dB.
6. Snaga predajnika: +25 dBm (300 mW).
7. Brzina u video kanalu: 4 Mbps.
8. Osjetljivost prijemnika u video kanalu: āˆ’100.4 dBm (za pojas frekvencija koji zauzima signal 12 MHz).
9. Podloga: suha tla.
10. Polarizacija: vertikalna.

Udaljenost izravne optičke vidljivosti za ove ulazne podatke iznosit će 128.8 km. Rezultati izračuna u obliku snage signala na ulazu prijemnika modema u dBm prikazani su na slici 3.

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)
Slika 3. Snaga signala na ulazu prijemnika modema 3D Link [11]

Plava krivulja na slici 3 predstavlja snagu signala na ulazu prijemnika NS, dok crvena ravna linija označava osjetljivost tog prijemnika. Na osi X je prikazana udaljenost u km, a na osi Y — snaga u dBm. Na onim udaljenostima gdje plava krivulja leži iznad crvene ravne linije moguć je prijem videa s bespilotne letjelice, dok u protivnom neće biti veze. Iz grafika se može vidjeti da će zbog oscilacija gubitak veze nastati u rasponu udaljenosti od 35.5–35.9 km, a zatim u rasponu od 55.3–58.6 km. Pritom, konačni prekid veze dogodit će se znatno dalje — nakon 110.8 km leta.

Kao Å”to je već spomenuto, prekidi u intenzitetu polja nastaju zbog suprotne faze u mjestu gdje je antena NS, zajedno s direktnim i reflektiranim signalom od povrÅ”ine Zemlje. Da bi se izbjegao gubitak veze na NS zbog ovih prekida, potrebno je ispuniti 2 uvjeta.

1. Koristiti na NS modem s najmanje dva prijemna kanala (RX diversity), na primjer 3D Link. [11].
2. Postaviti prijemne antene na masti NS na različitim visinama.

Raspored visina prijemnih antena treba biti takav da prekidi u intenzitetu polja na mjestu jedne antene budu kompenzirani razinama iznad osjetljivosti prijemnika na mjestu druge antene. Na slici 4 prikazan je rezultat ovog pristupa za slučaj kada je jedna antena NS postavljena na visini od 5 m (plava puna krivulja), a druga na visini od 4 m (plava isprekidana krivulja).

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)
Slika 4. Snaga signala na ulazima dva prijemnika modema 3D Link s antena postavljenih na različitim visinama.

Sa slike 4 jasno se vidi plodnost ove metode. Doista, tijekom cijelog leta BLA, sve do udaljenosti od 110.8 km, snaga na ulazu barem jednog prijemnika NS prelazi razinu osjetljivosti, Å”to znači da video s letjelice neće biti prekinut tijekom cijelog leta.

Predložena metoda, međutim, pomaže poboljÅ”ati pouzdanost isključivo radijske veze BLA→NS, jer mogućnost postavljanja antena na različitim visinama postoji samo na NS. Osigurati razmak između antena od 1 m na BLA ne čini se mogućim. Za poboljÅ”anje pouzdanosti radijske veze NS→BLA mogu se koristiti sljedeći pristupi.

1. Usmjeriti signal prijenosa NS na onu antenu koja prima jači signal s BLA.
2. Koristiti prostorno-vremenske kodove, na primjer kod Alamoutija [12].
3. Koristiti tehnologiju upravljanja DNN antenom (beamforming) s mogućnoŔću upravljanja snagom signala koja se Å”alje svakoj od antena.

Prvi način je blizu optimalnog za zadatak komunikacije s BLA. On je jednostavan i cijela energija predajnika se usmjerava u pravom smjeru — prema optimalno smjeÅ”tenoj anteni. Na primjer, na udaljenosti od 50 km (vidi sl. 4) signal predajnika se Å”alje anteni koja je objeÅ”ena na 5 metara, a na udaljenosti od 60 km — anteni koja je objeÅ”ena na 4 metra. Ovaj način se koristi u 3D Link modemima. [11]. Drugi način ne koristi apriorne podatke o stanju komunikacijskog kanala BLA→NS (razine primanih signala na izlazima antena), stoga dijeli energiju predajnika ravnomjerno između dvije antene, Å”to neizbježno dovodi do gubitaka energije, budući da se jedna od antena može nalaziti u području sa slabim poljem intenziteta. Treći način po kvaliteti veze ekvivalentan je prvom, ali je mnogo složeniji za implementaciju.

Dalje ćemo razmotriti pitanje utjecaja frekvencije radio valova na domet veze s BLA, uzimajući u obzir utjecaj podloge. Ranije je pokazano da povećanje frekvencije donosi prednost, jer uz fiksne dimenzije antena vodi do povećanja dometa veze. Međutim, pitanje o ovisnosti Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) o frekvenciji nije razmatrano. Iz (3) to slijedi da je odnos koeficijenata pojačanja antena, koji su jednake po povrÅ”ini i projektirane za rad na frekvencijama Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA), jednak
(6)

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)

Za Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)2450 MHz; Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)915 MHz dobijamo Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)7.2 (8.5 dB). Otprilike tako se i događa u praksi. Usporedimo, na primjer, parametre sljedećih antena proizvođača Wireless Instruments:

  • WiBOX PA 0809-8V [13] (frekvencija: 0.83–0.96 GHz; Å”irina snopa: 70°/70°; dobitak: 8 dBi);
  • WiBOX PA 24-15 [14] (frekvencija: 2.3–2.5 GHz; Å”irina snopa: 30°/30°; dobitak: 15 dBi).

Podaci o antenama su lako usporedivi, jer su napravljene u istim kućiÅ”tima veličine 27x27 cm, Å”to znači da imaju istu povrÅ”inu. Primijetimo da se pojačanje antena razlikuje za 15āˆ’8=7 dB, Å”to je blizu proračunate vrijednosti od 8.5 dB. Iz karakteristika antena također je vidljivo da je Å”irina upravljačke karakteristike antene na opsegu od 2.3–2.5 GHz (30°/30°) viÅ”e od dva puta uža nego Å”irina upravljačke karakteristike antene na opsegu od 0.83–0.96 GHz (70°/70°), tj. pojačanje antena pri istim dimenzijama zapravo raste zahvaljujući poboljÅ”anim usmjerenim svojstvima. Uzimajući u obzir da se u liniji za komunikaciju koriste 2 antene, omjer Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) iznosit će 2āˆ™8.5=17 dB. Tako će, pri istim dimenzijama antena, energetski budžet radijske linije na frekvenciji Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)2450 MHz biti veći za 17 dB nego budžet linije na frekvenciji Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)915 MHz. U proračunu također uzimamo u obzir činjenicu da se na dronovima obično koriste Å”uplje antene za koje dimenzije nisu toliko kritične kao kod razmatranih panelnih antena. Stoga uzimamo koeficijente pojačanja antene drona za frekvencije Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) jednake. Odnosno, razlika u energetskim budžetima linija iznosit će 8.5 dB, a ne 17 dB. Rezultati proračuna, izvedeni za ove ulazne podatke i visinu ovjesa antene od 5 m, prikazani su na slici 5.

Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA)
Slika 5. Snaga signala na ulazu prijemnika za radijske linije koje rade na frekvencijama 915 i 2450 MHz

Iz slike 5 očigledno je da se domet komunikacije povećava s radnom frekvencijom i istom povrÅ”inom antene, s 96.3 km za radijsku liniju na frekvenciji 915 MHz do 110.8 km za liniju na frekvenciji 2450 MHz. Međutim, linija na frekvenciji 915 MHz ima manju frekvenciju oscilacija. Manje oscilacija — manji padovi intenziteta polja, tj. manja vjerojatnost prekida veze s dronom na cijeloj udaljenosti leta. Moguće je da upravo ta činjenica objaÅ”njava popularnost subgigahercnog opsega radio valova za komandno-telemeterične komunikacijske linije s dronom kao najpouzdanijeg. U isto vrijeme, prilikom izvrÅ”enja prethodno opisanog skupa mjera za zaÅ”titu od oscilacija intenziteta polja, radijske linije gigahercnog opsega osiguravaju veći domet veze zahvaljujući poboljÅ”anim usmjerenim svojstvima antena.

Iz razmatranja sl. 5 također se može zaključiti da u zoni sjene (poslije oznake 128,8 km) smanjenje radne frekvencije veze ima smisla. Naime, u točki otprilike āˆ’120 dBm krivulje snage za frekvencije Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) i Kako povećati domet veze s bespilotnim letjelicama (BLA) se sijeku. Odnosno, pri koriÅ”tenju prijemnika s osjetljivoŔću boljom od āˆ’120 dBm, radioveza na frekvenciji 915 MHz omogućit će veću udaljenost veze. U tom slučaju, međutim, potrebno je uzeti u obzir potrebnu propusnost veze, jer će za tako visoku osjetljivost informacijska brzina biti vrlo mala. Na primjer, modem 3D Link [11] iako osigurava osjetljivost do āˆ’122 dBm, agregatna (u oba smjera) brzina prijenosa informacija iznosit će 23 kbit/s, Å”to je, u načelu, dovoljno za KTRL vezu s BLA, ali očito nedovoljno za prijenos video sadržaja s broda. Tako, subgigahercka područja stvarno imaju male prednosti u odnosu na gigahercka područja za KTRL, ali očito gube u karakteristikama pri organizaciji video veza.

Pri odabiru frekvencije radioveze treba također uzeti u obzir gubitak signala pri Å”irenju u Zemljinoj atmosferi. Za veze NS–BLA gubitak u atmosferi uzrokovan je plinovima, kiÅ”om, gradom, snijegom, maglom i oblacima [2]. Za radne frekvencije radioveza ispod 6 GHz gubitkom u plinovima može se zanemariti [2]. Najjači gubitak se promatra za vrijeme kiÅ”e, osobito visoke intenzivnosti (pljuskova). U tablici 1 prikazani su podaci [2] o pojevnome slabljenju [dB/km] u kiÅ”ama različite intenzivnosti za frekvencije od 3-6 GHz.

Tablica 1. Pojevno slabljenje radiovalova [dB/km] u kiŔama različite intenzivnosti u odnosu na frekvenciju

Frekvencija [GHz]
3 mm/sat (slaba)
12 mm/sat (umjerena)
30 mm/sat (snažna)
70 mm/sat (pljusak)

3.00
0.3āˆ™10āˆ’3
1.4āˆ™10āˆ’3
3.6āˆ™10āˆ’3
8.7āˆ™10āˆ’3

4.00
0.3āˆ™10āˆ’2
1.4āˆ™10āˆ’2
3.7āˆ™10āˆ’2
9.1āˆ™10āˆ’2

5.00
0.8āˆ™10āˆ’2
3.7āˆ™10āˆ’2
10.6āˆ™10āˆ’2
28āˆ™10āˆ’2

6.00
1.4āˆ™10āˆ’2
7.1āˆ™10āˆ’2
21āˆ™10āˆ’2
57āˆ™10āˆ’2

Iz tablice 1 proizlazi da, primjerice, na frekvenciji od 3 GHz, slabljenje u kiÅ”i iznosi oko 0.0087 dB/km, Å”to na udaljenosti od 100 km dovodi do ukupnog slabljenja od 0.87 dB. Povećanjem radne frekvencije radiolink-a, slabljenje u kiÅ”i značajno raste. Za frekvenciju od 4 GHz, slabljenje u kiÅ”i na istoj udaljenosti iznosi već 9.1 dB, a na frekvencijama od 5 i 6 GHz — 28 i 57 dB respektivno. Pri tome, međutim, pretpostavlja se da kiÅ”a s određenom intenzitetom traje duž cijelog razdvijanja, Å”to rijetko biva u praksi. Ipak, prilikom koriÅ”tenja BLA u područjima gdje su česte visoke kiÅ”e, preporučuje se odabrati radnu frekvenciju radiolink-a ispod 3 GHz.

Literatura

1. Smorodinov A.A. Kako odabrati Ŕirokopojasni modem za bespilotnu letjelicu (BLA). Habr. 2019.
2. Kalinin A.I., Čerenkova E.L. Širenje radiovalova i rad radiolinkova. Veze. Moskva. 1971.
3. Microhard.
4. Pico Digital Data Link pDDL2450 specifikacija.
5. Picoradio OEM specifikacija.
6. Inženjerski test izvjeŔtaj. Pico 2.4GHz 1W digitalni modul za prijenos podataka.
7. FCC ID.
8. C.A. Balanis. Teorija antena. Analiza i dizajn. Četvrto izdanje. John Wiley & Sons. 2016.
9. Dobitak antene. Članak na Wikipediji.
10. Širina snopa. Članak na Wikipediji.
11. Digitalni dupleksni radiomodul 3D Link.
12. S.M. Alamouti. "Jednostavna tehnika raznolikosti prijenosa za bežične komunikacije". IEEE časopis o odabranim područjima u komunikacijama. 16 (8): 1451–1458.
13. PTP Klijent Antena WiBOX PA 0809-8V.
14. PTP Klijent Antena WiBOX PA 24-15.

Izvor: habr.com

Kupite pouzdan hosting za web stranice s DDoS zaÅ”titom, VPS VDS servere šŸ”„ Kupite pouzdan hosting za web stranice s DDoS zaÅ”titom, VPS VDS servere | ProHoster