როგორ ავირჩიოთ ფართოზოლოვანი მოდემი უპილოტო საჰაერო ხომალდისთვის (UAV) ან რობოტისთვის

უპილოტო საფრენი აპარატიდან (UAV) ან სახმელეთო რობოტიკიდან დიდი რაოდენობით მონაცემების გადაცემის გამოწვევა არ არის იშვიათი თანამედროვე აპლიკაციებში. ეს სტატია განიხილავს ფართოზოლოვანი მოდემების შერჩევის კრიტერიუმებს და მასთან დაკავშირებულ პრობლემებს. სტატია დაიწერა უპილოტო საფრენი აპარატების და რობოტექნიკის დეველოპერებისთვის.

შერჩევის კრიტერიუმი

უპილოტო საფრენი აპარატების ან რობოტიკისთვის ფართოზოლოვანი მოდემის არჩევის ძირითადი კრიტერიუმებია:

1. კომუნიკაციის დიაპაზონი.
2. მონაცემთა გადაცემის მაქსიმალური სიჩქარე.
3. მონაცემთა გადაცემის შეფერხება.
4. წონის და ზომების პარამეტრები.
5. მხარდაჭერილი ინფორმაციის ინტერფეისები.
6. კვების მოთხოვნები.
7. ცალკე მართვის/ტელემეტრიის არხი.

კომუნიკაციის დიაპაზონი

კომუნიკაციის დიაპაზონი დამოკიდებულია არა მხოლოდ მოდემზე, არამედ ანტენებზე, ანტენის კაბელებზე, რადიოტალღების გავრცელების პირობებზე, გარე ჩარევაზე და სხვა მიზეზებზე. იმისათვის, რომ გამოვყოთ თავად მოდემის პარამეტრები სხვა პარამეტრებისგან, რომლებიც გავლენას ახდენენ კომუნიკაციის დიაპაზონზე, განიხილეთ დიაპაზონის განტოლება [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. რადიოტალღების გავრცელება და რადიოკავშირების მუშაობა. კავშირი. მოსკოვი. 1971]

$$ჩვენება$$ 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}},$$ჩვენება$$

სადაც
$inline$R$inline$ — საჭირო საკომუნიკაციო დიაპაზონი მეტრებში;
$inline$F$inline$ — სიხშირე ჰც-ში;
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — მოდემის გადამცემის სიმძლავრე dBm-ში;
$inline$G_{TXdB}$inline$ — გადამცემის ანტენის მომატება dB-ში;
$inline$L_{TXdB}$inline$ — დანაკარგები კაბელში მოდემიდან გადამცემის ანტენამდე dB;
$inline$G_{RXdB}$inline$ — მიმღების ანტენის მომატება dB-ში;
$inline$L_{RXdB}$inline$ — დანაკარგები კაბელში მოდემიდან მიმღების ანტენამდე dB;
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — მოდემის მიმღების მგრძნობელობა dBm-ში;
$inline$|V|_{dB}$inline$ არის შესუსტების ფაქტორი, რომელიც ითვალისწინებს დამატებით დანაკარგებს დედამიწის ზედაპირის, მცენარეულობის, ატმოსფეროს და სხვა ფაქტორების დბ-ში გავლენის გამო.

დიაპაზონის განტოლებიდან ირკვევა, რომ დიაპაზონი დამოკიდებულია მხოლოდ მოდემის ორ პარამეტრზე: გადამცემის სიმძლავრე $inline$P_{TXdBm}$inline$ და მიმღების მგრძნობელობა $inline$P_{RXdBm}$inline$, უფრო სწორად მათ განსხვავებაზე - მოდემის ენერგეტიკული ბიუჯეტი

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

დიაპაზონის განტოლებაში დარჩენილი პარამეტრები აღწერს სიგნალის გავრცელების პირობებს და ანტენა-მიმწოდებელი მოწყობილობების პარამეტრებს, ე.ი. არანაირი კავშირი არ აქვს მოდემთან.
ასე რომ, კომუნიკაციის დიაპაზონის გაზრდის მიზნით, თქვენ უნდა აირჩიოთ მოდემი დიდი $inline$B_m$inline$ ღირებულებით. თავის მხრივ, $inline$B_m$inline$ შეიძლება გაიზარდოს $inline$P_{TXdBm}$inline$-ის გაზრდით ან $inline$P_{RXdBm}$inline$-ის შემცირებით. უმეტეს შემთხვევაში, უპილოტო საფრენი აპარატების დეველოპერები ეძებენ მოდემს მაღალი გადამცემის სიმძლავრით და ნაკლებად აქცევენ ყურადღებას მიმღების მგრძნობელობას, თუმცა მათ უნდა გააკეთონ ზუსტად საპირისპირო. ფართოზოლოვანი მოდემის ძლიერი შიდა გადამცემი იწვევს შემდეგ პრობლემებს:

• ენერგიის მაღალი მოხმარება;
• გაგრილების საჭიროება;
• ელექტრომაგნიტური თავსებადობის (EMC) გაუარესება უპილოტო საფრენი აპარატის სხვა ბორტ აღჭურვილობასთან;
• დაბალი ენერგიის საიდუმლოება.

პირველი ორი პრობლემა უკავშირდება იმ ფაქტს, რომ რადიო არხზე დიდი რაოდენობით ინფორმაციის გადაცემის თანამედროვე მეთოდები, მაგალითად OFDM, მოითხოვს ხაზოვანი გადამცემი. თანამედროვე ხაზოვანი რადიო გადამცემების ეფექტურობა დაბალია: 10–30%. ამრიგად, უპილოტო საფრენი აპარატის ელექტრომომარაგების ძვირფასი ენერგიის 70-90% გარდაიქმნება სიცხეში, რომელიც ეფექტურად უნდა მოიხსნას მოდემიდან, წინააღმდეგ შემთხვევაში ის ვერ მოხდება ან მისი გამომავალი სიმძლავრე შემცირდება გადახურების გამო ყველაზე შეუფერებელ მომენტში. მაგალითად, 2 ვტ სიმძლავრის გადამცემი გამოიყვანს 6-20 ვტ-ს ელექტრომომარაგებიდან, საიდანაც 4-18 ვტ გადაიქცევა სითბოდ.

რადიოკავშირის ენერგეტიკული საიდუმლოება მნიშვნელოვანია სპეციალური და სამხედრო აპლიკაციებისთვის. დაბალი სტელსი ნიშნავს, რომ მოდემის სიგნალი შედარებით მაღალი ალბათობით არის გამოვლენილი ჩაკეტვის სადგურის სადაზვერვო მიმღების მიერ. შესაბამისად, რადიოკავშირის ჩახშობის ალბათობა დაბალი ენერგეტიკული სტელსითაც მაღალია.

მოდემის მიმღების მგრძნობელობა ახასიათებს მის უნარს მიღებული სიგნალებიდან ინფორმაციის ამოღება ხარისხის მოცემული დონით. ხარისხის კრიტერიუმები შეიძლება განსხვავდებოდეს. ციფრული საკომუნიკაციო სისტემებისთვის ყველაზე ხშირად გამოიყენება ბიტის შეცდომის ალბათობა (ბიტის შეცდომის სიხშირე - BER) ან შეცდომის ალბათობა საინფორმაციო პაკეტში (ჩარჩოების შეცდომის მაჩვენებელი - FER). სინამდვილეში, მგრძნობელობა არის იმ სიგნალის დონე, საიდანაც ინფორმაცია უნდა იყოს ამოღებული. მაგალითად, −98 dBm მგრძნობელობა BER = 10−6 მიუთითებს, რომ ინფორმაციის ასეთი BER შეიძლება ამოღებული იყოს სიგნალიდან, რომლის დონეა −98 dBm ან უფრო მაღალი, მაგრამ ინფორმაცია, მაგალითად, −99 dBm შეიძლება. აღარ იქნება ამოღებული სიგნალიდან, ვთქვათ, −1 დბმ. რა თქმა უნდა, ხარისხის კლება სიგნალის დონის კლებასთან ერთად ხდება თანდათან, მაგრამ გასათვალისწინებელია, რომ თანამედროვე მოდემების უმეტესობას აქვს ე.წ. ზღურბლის ეფექტი, რომლის დროსაც ხარისხის დაქვეითება, როდესაც სიგნალის დონე მცირდება მგრძნობელობის ქვემოთ, ძალიან სწრაფად ხდება. საკმარისია სიგნალის შემცირება 2-10 დბ-ით მგრძნობელობის ქვემოთ, რათა BER გაიზარდოს 1-XNUMX-მდე, რაც ნიშნავს, რომ თქვენ აღარ იხილავთ ვიდეოს უპილოტო საფრენი აპარატიდან. ზღურბლის ეფექტი არის შენონის თეორემის პირდაპირი შედეგი ხმაურიანი არხისთვის; მისი აღმოფხვრა შეუძლებელია. ინფორმაციის განადგურება, როდესაც სიგნალის დონე მცირდება მგრძნობელობის ქვემოთ, ხდება ხმაურის გავლენის გამო, რომელიც წარმოიქმნება თავად მიმღების შიგნით. მიმღების შიდა ხმაურის სრულად აღმოფხვრა შეუძლებელია, მაგრამ შესაძლებელია მისი დონის შემცირება ან ხმაურიანი სიგნალიდან ინფორმაციის ეფექტურად ამოღება. მოდემის მწარმოებლები იყენებენ ორივე ამ მიდგომას, აუმჯობესებენ მიმღების RF ბლოკებს და აუმჯობესებენ ციფრული სიგნალის დამუშავების ალგორითმებს. მოდემის მიმღების მგრძნობელობის გაუმჯობესება არ იწვევს ენერგიის მოხმარების და სითბოს გაფრქვევის ისეთ მკვეთრ ზრდას, როგორც გადამცემის სიმძლავრის გაზრდას. რა თქმა უნდა, იზრდება ენერგიის მოხმარება და სითბოს გამომუშავება, მაგრამ ეს საკმაოდ მოკრძალებულია.

მოდემის შერჩევის შემდეგი ალგორითმი რეკომენდებულია საკომუნიკაციო საჭირო დიაპაზონის მიღწევის თვალსაზრისით.

1. გადაწყვიტეთ მონაცემთა გადაცემის სიჩქარე.
2. აირჩიეთ საუკეთესო მგრძნობელობის მქონე მოდემი საჭირო სიჩქარისთვის.
3. განსაზღვრეთ კომუნიკაციის დიაპაზონი გაანგარიშებით ან ექსპერიმენტით.
4. თუ კომუნიკაციის დიაპაზონი საჭიროზე ნაკლები აღმოჩნდა, მაშინ შეეცადეთ გამოიყენოთ შემდეგი ზომები (მოწყობილი პრიორიტეტის შემცირების მიხედვით):

• შეამცირეთ დანაკარგები ანტენის კაბელებში $inline$L_{TXdB}$inline$, $inline$L_{RXdB}$inline$ კაბელის გამოყენებით ქვედა ხაზოვანი შესუსტების ოპერაციულ სიხშირეზე და/ან კაბელის სიგრძის შემცირებით;
• ანტენის გაზრდა $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
• მოდემის გადამცემის სიმძლავრის გაზრდა.

მგრძნობელობის მნიშვნელობები დამოკიდებულია მონაცემთა გადაცემის სიჩქარეზე წესის მიხედვით: უფრო მაღალი სიჩქარე - უარესი მგრძნობელობა. მაგალითად, −98 dBm მგრძნობელობა 8 Mbps-ისთვის უკეთესია, ვიდრე −95 dBm მგრძნობელობა 12 Mbps-ისთვის. თქვენ შეგიძლიათ შეადაროთ მოდემები მგრძნობელობის თვალსაზრისით მხოლოდ მონაცემთა გადაცემის იგივე სიჩქარით.

მონაცემები გადამცემის სიმძლავრის შესახებ თითქმის ყოველთვის ხელმისაწვდომია მოდემის სპეციფიკაციებში, მაგრამ მონაცემები მიმღების მგრძნობელობის შესახებ ყოველთვის არ არის ხელმისაწვდომი ან არასაკმარისი. სულ მცირე, ეს სიფრთხილის მიზეზია, რადგან ლამაზ ციფრებს დამალვა არ აქვს. გარდა ამისა, მგრძნობელობის მონაცემების არ გამოქვეყნებით, მწარმოებელი მომხმარებელს ართმევს შესაძლებლობას შეაფასოს კომუნიკაციის დიაპაზონი გაანგარიშებით. დან მოდემის შესყიდვები.

მონაცემთა გადაცემის მაქსიმალური სიჩქარე

ამ პარამეტრზე დაფუძნებული მოდემის არჩევა შედარებით მარტივია, თუ სიჩქარის მოთხოვნები მკაფიოდ არის განსაზღვრული. მაგრამ არის რამდენიმე ნიუანსი.

თუ პრობლემის გადაჭრა მოითხოვს კომუნიკაციის მაქსიმალური დიაპაზონის უზრუნველყოფას და ამავე დროს შესაძლებელია რადიოკავშირისთვის საკმარისად ფართო სიხშირის დიაპაზონის გამოყოფა, მაშინ უმჯობესია აირჩიოთ მოდემი, რომელიც მხარს უჭერს ფართო სიხშირის დიაპაზონს (სიჩქარის სიჩქარეს). ფაქტია, რომ საჭირო ინფორმაციის სიჩქარის მიღწევა შესაძლებელია შედარებით ვიწრო სიხშირის დიაპაზონში მკვრივი ტიპის მოდულაციის გამოყენებით (16QAM, 64QAM, 256QAM და ა.შ.), ან ფართო სიხშირის დიაპაზონში დაბალი სიმკვრივის მოდულაციის გამოყენებით (BPSK, QPSK). ). დაბალი სიმკვრივის მოდულაციის გამოყენება ასეთი ამოცანებისთვის სასურველია ხმაურის მაღალი იმუნიტეტის გამო. ამიტომ მიმღების მგრძნობელობა უკეთესია, შესაბამისად იზრდება მოდემის ენერგეტიკული ბიუჯეტი და, შედეგად, კომუნიკაციის დიაპაზონი.

ზოგჯერ უპილოტო საფრენი აპარატების მწარმოებლები ადგენენ რადიოს ბმულის საინფორმაციო სიჩქარეს ბევრად აღემატება წყაროს სიჩქარეს, სიტყვასიტყვით 2 ან მეტჯერ, ამტკიცებენ, რომ წყაროებს, როგორიცაა ვიდეო კოდეკები, აქვთ ცვლადი ბიტური სიჩქარე და მოდემის სიჩქარე უნდა შეირჩეს მაქსიმალური მნიშვნელობის გათვალისწინებით. ბიტური ემისიების. ამ შემთხვევაში, კომუნიკაციის დიაპაზონი ბუნებრივად მცირდება. თქვენ არ უნდა გამოიყენოთ ეს მიდგომა, თუ აბსოლუტურად აუცილებელი არ არის. თანამედროვე მოდემების უმეტესობას აქვს დიდი ბუფერი გადამცემში, რომელსაც შეუძლია გაასწოროს ბიტური სიჩქარის მწვერვალები პაკეტის დაკარგვის გარეშე. ამიტომ, სიჩქარის რეზერვი 25%-ზე მეტი არ არის საჭირო. თუ არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ შეძენილი მოდემის ბუფერული სიმძლავრე არასაკმარისია და საჭიროა სიჩქარის მნიშვნელოვნად დიდი ზრდა, მაშინ უმჯობესია უარი თქვან ასეთი მოდემის შეძენაზე.

მონაცემთა გადაცემის შეფერხება

ამ პარამეტრის შეფასებისას მნიშვნელოვანია გამოვყოთ მონაცემთა გადაცემასთან დაკავშირებული დაყოვნება ინფორმაციის წყაროს კოდირების/გაშიფვრის მოწყობილობის მიერ შექმნილი დაყოვნებისგან, როგორიცაა ვიდეო კოდეკი. რადიოკავშირის შეფერხება შედგება 3 მნიშვნელობისაგან.

1. შეფერხება გადამცემსა და მიმღებში სიგნალის დამუშავების გამო.
2. შეფერხება გადამცემიდან მიმღებამდე სიგნალის გავრცელების გამო.
3. შეფერხება გადამცემში მონაცემთა ბუფერირების გამო დროის გაყოფის დუპლექსში (TDD) მოდემებში.

1 ტიპის შეყოვნება, ავტორის გამოცდილებით, მერყეობს ათობით მიკროწამიდან ერთ მილიწამამდე. ტიპი 2 დაყოვნება დამოკიდებულია კომუნიკაციის დიაპაზონზე, მაგალითად, 100 კმ ბმულისთვის ეს არის 333 μs. ტიპი 3 დაყოვნება დამოკიდებულია TDD ჩარჩოს სიგრძეზე და გადაცემის ციკლის ხანგრძლივობის თანაფარდობაზე კადრის მთლიან ხანგრძლივობასთან და შეიძლება განსხვავდებოდეს 0-დან ჩარჩოს ხანგრძლივობამდე, ანუ ეს არის შემთხვევითი ცვლადი. თუ გადაცემული ინფორმაციის პაკეტი იმყოფება გადამცემის შესასვლელში, ხოლო მოდემი გადაცემის ციკლშია, მაშინ პაკეტი გადაეცემა ეთერში ნულოვანი დაგვიანებით ტიპი 3. თუ პაკეტი ცოტა დაგვიანებულია და მიღების ციკლი უკვე დაწყებულია, მაშინ ის დაყოვნებული იქნება გადამცემის ბუფერში მიღების ციკლის განმავლობაში. ტიპიური TDD ჩარჩოს სიგრძე მერყეობს 2-დან 20 ms-მდე, ასე რომ, უარეს შემთხვევაში, ტიპი 3 დაყოვნება არ აღემატება 20 ms-ს. ამრიგად, რადიოკავშირის მთლიანი შეფერხება იქნება 3−21 ms-ის ფარგლებში.

რადიოკავშირის შეფერხების გასარკვევად საუკეთესო გზაა სრულმასშტაბიანი ექსპერიმენტი, რომელიც იყენებს უტილიტას ქსელის მახასიათებლების შესაფასებლად. დაყოვნების გაზომვა მოთხოვნა-პასუხის მეთოდით არ არის რეკომენდებული, რადგან წინ და უკან მიმართულების შეფერხება შეიძლება არ იყოს იგივე TDD მოდემებისთვის.

წონის და ზომების პარამეტრები

ბორტ მოდემის ერთეულის არჩევა ამ კრიტერიუმის მიხედვით არ საჭიროებს განსაკუთრებულ კომენტარს: რაც უფრო პატარა და მსუბუქია, მით უკეთესი. ასევე არ დაგავიწყდეთ ბორტ განყოფილების გაგრილების აუცილებლობის შესახებ; შეიძლება საჭირო გახდეს დამატებითი რადიატორები და, შესაბამისად, წონა და ზომებიც გაიზარდოს. აქ უპირატესობა უნდა მიენიჭოს მსუბუქ, მცირე ზომის ერთეულებს დაბალი ენერგიის მოხმარებით.

მიწაზე დაფუძნებული ერთეულისთვის, მასის განზომილებიანი პარამეტრები არც ისე კრიტიკულია. გამოყენებისა და ინსტალაციის სიმარტივე გამოდის წინა პლანზე. მიწის დანადგარი უნდა იყოს საიმედოდ დაცული მოწყობილობა გარე ზემოქმედებისგან, მოსახერხებელი სამონტაჟო სისტემით ანძაზე ან სამფეხაზე. კარგი ვარიანტია, როდესაც მიწის ერთეული ინტეგრირებულია იმავე კორპუსში ანტენასთან. იდეალურ შემთხვევაში, მიწის ერთეული უნდა იყოს დაკავშირებული საკონტროლო სისტემასთან ერთი მოსახერხებელი კონექტორის მეშვეობით. ეს გიხსნით ძლიერი სიტყვებისგან, როცა დაგჭირდებათ განლაგების სამუშაოების ჩატარება −20 გრადუს ტემპერატურაზე.

დიეტური მოთხოვნები

საბორტო დანადგარები, როგორც წესი, იწარმოება მიწოდების ძაბვის ფართო სპექტრის მხარდაჭერით, მაგალითად 7-30 ვ, რომელიც ფარავს უპილოტო საფრენი აპარატების ელექტრო ქსელში ძაბვის ვარიანტების უმეტესობას. თუ თქვენ გაქვთ შესაძლებლობა აირჩიოთ მიწოდების რამდენიმე ძაბვა, მაშინ უპირატესობა მიანიჭეთ მიწოდების ძაბვის ყველაზე დაბალ მნიშვნელობას. როგორც წესი, მოდემები შიგნიდან იკვებება 3.3 და 5.0 ვ ძაბვისგან მეორადი კვების წყაროების მეშვეობით. ამ მეორადი კვების წყაროების ეფექტურობა უფრო მაღალია, რაც უფრო მცირეა სხვაობა მოდემის შემავალ და შიდა ძაბვას შორის. გაზრდილი ეფექტურობა ნიშნავს ენერგიის მოხმარების შემცირებას და სითბოს გამომუშავებას.

მეორეს მხრივ, მიწის ერთეულებმა უნდა უზრუნველყონ ელექტროენერგია შედარებით მაღალი ძაბვის წყაროდან. ეს საშუალებას იძლევა გამოიყენოს დენის კაბელი მცირე კვეთით, რაც ამცირებს წონას და ამარტივებს ინსტალაციას. ყველა სხვა თანაბარ პირობებში, უპირატესობა მიანიჭეთ მიწისზე დაფუძნებულ ერთეულებს PoE (Power over Ethernet) მხარდაჭერით. ამ შემთხვევაში, მხოლოდ ერთი Ethernet კაბელი არის საჭირო მიწის ერთეულის საკონტროლო სადგურთან დასაკავშირებლად.

ცალკე მართვის/ტელემეტრიის არხი

მნიშვნელოვანი ფუნქცია იმ შემთხვევებში, როდესაც უპილოტო საფრენ აპარატზე ადგილი არ რჩება ცალკე ბრძანება-ტელემეტრიული მოდემის დასაყენებლად. თუ სივრცეა, მაშინ სარეზერვო საშუალებად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფართოზოლოვანი მოდემის ცალკე საკონტროლო/ტელემეტრიული არხი. ამ პარამეტრით მოდემის არჩევისას ყურადღება მიაქციეთ იმ ფაქტს, რომ მოდემი მხარს უჭერს უპილოტო საფრენ აპარატთან კომუნიკაციისთვის სასურველ პროტოკოლს (MAVLink ან საკუთრებაში) და არხის/ტელემეტრიის მონაცემების მულტიპლექსირების შესაძლებლობას მოსახერხებელ ინტერფეისში სახმელეთო სადგურზე (GS). ). მაგალითად, ფართოზოლოვანი მოდემის ბორტ განყოფილება დაკავშირებულია ავტოპილოტთან ისეთი ინტერფეისით, როგორიცაა RS232, UART ან CAN, ხოლო მიწის განყოფილება დაკავშირებულია საკონტროლო კომპიუტერთან Ethernet ინტერფეისის მეშვეობით, რომლის მეშვეობითაც აუცილებელია ბრძანების გაცვლა. , ტელემეტრია და ვიდეო ინფორმაცია. ამ შემთხვევაში, მოდემს უნდა შეეძლოს ბრძანებისა და ტელემეტრიის ნაკადის მულტიპლექსირება ბორტ ერთეულის RS232, UART ან CAN ინტერფეისებსა და მიწისქვეშა განყოფილების Ethernet ინტერფეისს შორის.

სხვა პარამეტრები, რომელსაც ყურადღება უნდა მიაქციოთ

დუპლექსის რეჟიმის ხელმისაწვდომობა. უპილოტო საფრენი აპარატების ფართოზოლოვანი მოდემები მხარს უჭერენ მარტივი ან დუპლექსის მუშაობის რეჟიმებს. სიმპლექს რეჟიმში მონაცემთა გადაცემა ნებადართულია მხოლოდ უპილოტო საფრენი აპარატიდან NS-ის მიმართულებით, ხოლო დუპლექს რეჟიმში - ორივე მიმართულებით. როგორც წესი, simplex მოდემებს აქვთ ჩაშენებული ვიდეო კოდეკი და შექმნილია იმ ვიდეოკამერებთან მუშაობისთვის, რომლებსაც არ აქვთ ვიდეო კოდეკი. მარტივი მოდემი არ არის შესაფერისი IP კამერასთან ან სხვა მოწყობილობებთან დასაკავშირებლად, რომლებიც საჭიროებენ IP კავშირს. პირიქით, დუპლექსის მოდემი, როგორც წესი, შექმნილია უპილოტო საფრენი აპარატის ბორტ IP ქსელის დასაკავშირებლად NS-ის IP ქსელთან, ანუ მხარს უჭერს IP კამერებს და სხვა IP მოწყობილობებს, მაგრამ შეიძლება არ ჰქონდეს ჩაშენებული. ვიდეო კოდეკში, რადგან IP ვიდეო კამერებს ჩვეულებრივ აქვთ თქვენი ვიდეო კოდეკი. Ethernet ინტერფეისის მხარდაჭერა შესაძლებელია მხოლოდ სრულ დუპლექს მოდემებში.

მრავალფეროვნების მიღება (RX diversity). ამ შესაძლებლობის არსებობა სავალდებულოა უწყვეტი კომუნიკაციის უზრუნველსაყოფად მთელი ფრენის მანძილზე. დედამიწის ზედაპირზე გავრცელებისას რადიოტალღები მიმღებ წერტილში ორი სხივით მოდის: პირდაპირი ბილიკით და ზედაპირიდან ასახვით. თუ ორი სხივის ტალღების დამატება ხდება ფაზაში, მაშინ მიმღების ველი ძლიერდება, ხოლო თუ ანტიფაზაშია, სუსტდება. შესუსტება შეიძლება იყოს საკმაოდ მნიშვნელოვანი - კომუნიკაციის სრულ დაკარგვამდე. NS-ზე ორი ანტენის არსებობა, რომლებიც მდებარეობს სხვადასხვა სიმაღლეზე, ეხმარება ამ პრობლემის მოგვარებას, რადგან თუ ერთი ანტენის ადგილას სხივები ემატება ანტიფაზაში, მაშინ მეორის ადგილმდებარეობაზე ისინი არ ემატება. შედეგად, თქვენ შეგიძლიათ მიაღწიოთ სტაბილურ კავშირს მთელ მანძილზე.
მხარდაჭერილი ქსელის ტოპოლოგიები. მიზანშეწონილია აირჩიოთ მოდემი, რომელიც უზრუნველყოფს არა მხოლოდ წერტილიდან წერტილამდე (PTP) ტოპოლოგიის მხარდაჭერას, არამედ წერტილიდან მრავალწერტილამდე (PMP) და რელეს (განმეორებით) ტოპოლოგიებს. რელეს გამოყენება დამატებითი უპილოტო საფრენი აპარატის საშუალებით საშუალებას გაძლევთ მნიშვნელოვნად გააფართოვოთ მთავარი უპილოტო საფრენი აპარატის დაფარვის არეალი. PMP მხარდაჭერა საშუალებას მოგცემთ მიიღოთ ინფორმაცია ერთდროულად რამდენიმე უპილოტო საფრენი აპარატიდან ერთ NS-ზე. გთხოვთ, ასევე გაითვალისწინოთ, რომ PMP და რელეს მხარდაჭერა მოითხოვს მოდემის გამტარუნარიანობის გაზრდას ერთ უპილოტო საფრენ აპარატთან კომუნიკაციის შემთხვევაში. ამიტომ, ამ რეჟიმებისთვის რეკომენდებულია მოდემის არჩევა, რომელიც მხარს უჭერს ფართო სიხშირის დიაპაზონს (მინიმუმ 15-20 MHz).

ხმაურის იმუნიტეტის გაზრდის საშუალებების არსებობა. სასარგებლო ვარიანტი, თუ გავითვალისწინებთ ინტენსიური ჩარევის გარემოს იმ ადგილებში, სადაც უპილოტო საფრენი აპარატები გამოიყენება. ხმაურის იმუნიტეტი გაგებულია, როგორც საკომუნიკაციო სისტემის უნარი შეასრულოს თავისი ფუნქცია საკომუნიკაციო არხში ხელოვნური ან ბუნებრივი წარმოშობის ჩარევის არსებობისას. ჩარევის წინააღმდეგ ბრძოლის ორი მიდგომა არსებობს. მიდგომა 1: დააპროექტეთ მოდემის მიმღები ისე, რომ მან შეძლოს ინფორმაციის საიმედოდ მიღება საკომუნიკაციო არხის დიაპაზონში ჩარევის შემთხვევაშიც კი, ინფორმაციის გადაცემის სიჩქარის გარკვეული შემცირების ფასად. მიდგომა 2: ჩაახშო ან შეასუსტეთ ჩარევა მიმღების შეყვანაში. პირველი მიდგომის განხორციელების მაგალითებია სპექტრის გავრცელების სისტემები, კერძოდ: სიხშირის გადახტომა (FH), ფსევდო შემთხვევითი მიმდევრობის გავრცელების სპექტრი (DSSS) ან ორივეს ჰიბრიდი. FH ტექნოლოგია ფართოდ გავრცელდა უპილოტო საფრენი აპარატების მართვის არხებში მონაცემთა გადაცემის დაბალი საჭირო სიჩქარის გამო ასეთ საკომუნიკაციო არხში. მაგალითად, 16 MHz დიაპაზონში 20 კბიტ/წმ სიჩქარისთვის შეიძლება ორგანიზებული იყოს დაახლოებით 500 სიხშირის პოზიცია, რაც იძლევა საიმედო დაცვას ვიწრო ზოლის ჩარევისგან. ფართოზოლოვანი საკომუნიკაციო არხისთვის FH-ის გამოყენება პრობლემურია, რადგან შედეგად მიღებული სიხშირის დიაპაზონი ძალიან დიდია. მაგალითად, 500 MHz გამტარუნარიანობის სიგნალთან მუშაობისას 4 სიხშირის პოზიციის მისაღებად, დაგჭირდებათ 2 გჰც თავისუფალი გამტარობა! ძალიან ბევრი რომ იყოს რეალური. DSSS-ის გამოყენება უპილოტო საფრენი აპარატებით ფართოზოლოვანი საკომუნიკაციო არხისთვის უფრო აქტუალურია. ამ ტექნოლოგიაში, თითოეული ინფორმაციის ბიტი დუბლირებულია ერთდროულად რამდენიმე (ან თუნდაც ყველა) სიხშირეზე სიგნალის დიაპაზონში და, ვიწრო დიაპაზონის ჩარევის არსებობისას, შეიძლება განცალკევდეს სპექტრის ნაწილებისგან, რომლებსაც არ ეხება ჩარევა. DSSS-ის, ისევე როგორც FH-ის გამოყენება გულისხმობს, რომ როდესაც არხში ჩარევა გამოჩნდება, საჭირო იქნება მონაცემთა გადაცემის სიჩქარის შემცირება. მიუხედავად ამისა, აშკარაა, რომ უკეთესია უპილოტო საფრენი აპარატიდან ვიდეოს მიღება უფრო დაბალი გარჩევადობით, ვიდრე საერთოდ არაფერი. მიდგომა 2 იყენებს იმ ფაქტს, რომ ჩარევა, მიმღების შიდა ხმაურისგან განსხვავებით, შედის რადიოს ბმულზე გარედან და, თუ მოდემში გარკვეული საშუალებები არსებობს, მისი ჩახშობა შესაძლებელია. ჩარევის ჩახშობა შესაძლებელია, თუ ის ლოკალიზებულია სპექტრალურ, დროებით ან სივრცულ დომენებში. მაგალითად, ვიწროზოლიანი ჩარევა ლოკალიზებულია სპექტრალურ რეგიონში და შეიძლება "ამოიჭრას" სპექტრიდან სპეციალური ფილტრის გამოყენებით. ანალოგიურად, პულსირებული ხმაური ლოკალიზებულია დროის დომენში; მისი ჩახშობის მიზნით, დაზარალებული ტერიტორია ამოღებულია მიმღების შეყვანის სიგნალიდან. თუ ჩარევა არ არის ვიწროზოლიანი ან იმპულსური, მაშინ მისი ჩასახშობად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სივრცითი დამთრგუნველი, რადგან ჩარევა შედის მიმღებ ანტენაში წყაროდან გარკვეული მიმართულებიდან. თუ მიმღები ანტენის გამოსხივების ნიმუშის ნული განლაგებულია ჩარევის წყაროს მიმართულებით, ჩარევა ჩახშობილი იქნება. ასეთ სისტემებს ეწოდება ადაპტური სხივის ფორმირება და სხივის გაუქმება.

გამოყენებული რადიო პროტოკოლი. მოდემის მწარმოებლებს შეუძლიათ გამოიყენონ სტანდარტული (WiFi, DVB-T) ან საკუთრების რადიო პროტოკოლი. ეს პარამეტრი იშვიათად არის მითითებული სპეციფიკაციებში. DVB-T-ის გამოყენებაზე ირიბად მითითებულია მხარდაჭერილი სიხშირის ზოლები 2/4/6/7/8, ზოგჯერ 10 MHz და ტექსტში მითითებული COFDM (კოდური OFDM) ტექნოლოგიის სპეციფიკაცია, რომელშიც OFDM გამოიყენება ერთად. ხმაურის რეზისტენტული კოდირებით. სხვათა შორის, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ COFDM არის წმინდა სარეკლამო სლოგანი და არ აქვს რაიმე უპირატესობა OFDM-თან შედარებით, რადგან OFDM ხმაურის რეზისტენტული კოდირების გარეშე პრაქტიკაში არასოდეს გამოიყენება. გაათანაბრე COFDM და OFDM, როდესაც ხედავთ ამ აბრევიატურებს რადიო მოდემის სპეციფიკაციებში.

სტანდარტული პროტოკოლის გამოყენებით მოდემები ჩვეულებრივ აგებულია სპეციალიზებული ჩიპის (WiFi, DVB-T) ბაზაზე, რომელიც მუშაობს მიკროპროცესორთან ერთად. მორგებული ჩიპის გამოყენება მოდემის მწარმოებელს ათავისუფლებს უამრავ თავის ტკივილს, რომელიც დაკავშირებულია საკუთარი რადიო პროტოკოლის დიზაინთან, მოდელირებასთან, დანერგვასთან და ტესტირებასთან. მიკროპროცესორი გამოიყენება მოდემისთვის საჭირო ფუნქციონირების მისაცემად. ასეთ მოდემებს შემდეგი უპირატესობები აქვთ.

1. დაბალი ფასი
2. კარგი წონის და ზომის პარამეტრები.
3. დაბალი ენერგიის მოხმარება.

ასევე არის უარყოფითი მხარეები.

1. რადიო ინტერფეისის მახასიათებლების შეცვლის შეუძლებლობა პროგრამული უზრუნველყოფის შეცვლით.
2. მარაგების დაბალი სტაბილურობა გრძელვადიან პერსპექტივაში.
3. შეზღუდული შესაძლებლობები არასტანდარტული პრობლემების გადაჭრისას კვალიფიციური ტექნიკური დახმარების გაწევაში.

მარაგების დაბალი სტაბილურობა განპირობებულია იმით, რომ ჩიპების მწარმოებლები ძირითადად ყურადღებას ამახვილებენ მასობრივ ბაზრებზე (ტელევიზორები, კომპიუტერები და ა.შ.). უპილოტო საფრენი აპარატების მოდემების მწარმოებლები მათთვის პრიორიტეტი არ არის და მათ არანაირად არ შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ ჩიპების მწარმოებლის გადაწყვეტილებაზე, შეწყვიტოს წარმოება სხვა პროდუქტით ადეკვატური ჩანაცვლების გარეშე. ამ მახასიათებელს აძლიერებს რადიო ინტერფეისების სპეციალიზებულ მიკროსქემებში შეფუთვის ტენდენცია, როგორიცაა „სისტემა ჩიპზე“ (System on Chip - SoC) და, შესაბამისად, ინდივიდუალური რადიო ინტერფეისის ჩიპები თანდათან იშლება ნახევარგამტარული ბაზრიდან.

ტექნიკური მხარდაჭერის შეზღუდული შესაძლებლობები განპირობებულია იმით, რომ სტანდარტული რადიოს პროტოკოლზე დაფუძნებული მოდემის განვითარების გუნდები კარგად არის დაკომპლექტებული სპეციალისტებით, ძირითადად ელექტრონიკისა და მიკროტალღური ტექნოლოგიების სფეროში. შეიძლება იქ საერთოდ არ იყოს რადიოკავშირის სპეციალისტები, რადგან მათ გადასაჭრელი პრობლემები არ აქვთ. ამიტომ, უპილოტო საფრენი აპარატების მწარმოებლები, რომლებიც ეძებენ გადაწყვეტილებებს რადიოკავშირის არა ტრივიალური პრობლემებისთვის, შესაძლოა იმედგაცრუებული აღმოჩნდნენ კონსულტაციისა და ტექნიკური დახმარების კუთხით.

მოდემები, რომლებიც იყენებენ საკუთრების რადიო პროტოკოლს, აგებულია უნივერსალური ანალოგური და ციფრული სიგნალის დამუშავების ჩიპების საფუძველზე. ასეთი ჩიპების მიწოდების სტაბილურობა ძალიან მაღალია. მართალია, ფასიც მაღალია. ასეთ მოდემებს შემდეგი უპირატესობები აქვთ.

1. მოდემის მომხმარებელთა საჭიროებებზე ადაპტაციის ფართო შესაძლებლობები, მათ შორის რადიოს ინტერფეისის ადაპტაცია პროგრამული უზრუნველყოფის შეცვლით.
2. დამატებითი რადიო ინტერფეისის შესაძლებლობები, რომლებიც საინტერესოა უპილოტო საფრენ აპარატებში გამოსაყენებლად და არ არსებობს სტანდარტული რადიო პროტოკოლების საფუძველზე აგებულ მოდემებში.
3. მარაგების მაღალი სტაბილურობა, მათ შორის. ხანგრძლივად.
4. მაღალი დონის ტექნიკური მხარდაჭერა, მათ შორის არასტანდარტული პრობლემების გადაჭრა.

ნაკლოვანებები.

1. მაღალი ფასი
2. წონისა და ზომის პარამეტრები შეიძლება იყოს უფრო უარესი, ვიდრე მოდემები, რომლებიც იყენებენ სტანდარტულ რადიო პროტოკოლებს.
3. ციფრული სიგნალის დამუშავების ერთეულის ენერგიის მოხმარების გაზრდა.

ზოგიერთი მოდემის ტექნიკური მონაცემები უპილოტო საფრენი აპარატებისთვის

ცხრილში მოცემულია ზოგიერთი მოდემის ტექნიკური პარამეტრები ბაზარზე არსებული უპილოტო საფრენი აპარატებისთვის.

გაითვალისწინეთ, რომ მიუხედავად იმისა, რომ 3D Link მოდემს აქვს ყველაზე დაბალი გადაცემის სიმძლავრე Picoradio OEM და J11 მოდემებთან შედარებით (25 dBm vs. 27−30 dBm), 3D Link დენის ბიუჯეტი უფრო მაღალია, ვიდრე მოდემები მაღალი მიმღების მგრძნობელობის გამო. მონაცემთა გადაცემის იგივე სიჩქარე შედარებული მოდემებისთვის). ამრიგად, კომუნიკაციის დიაპაზონი 3D Link-ის გამოყენებისას უფრო დიდი იქნება უკეთესი ენერგეტიკული სტელსით.

მაგიდა. ზოგიერთი ფართოზოლოვანი მოდემის ტექნიკური მონაცემები უპილოტო საფრენი აპარატებისა და რობოტიკისთვის

პარამეტრის
3D ლინკი
Skyhopper PRO
Picoradio OEM (შესრულებულია მოდულზე pDDL2450 მიკროჰარდისგან)
SOLO7
(იხილეთ ასევე SOLO7 მიმღები)
J11

მწარმოებელი, ქვეყანა
გეოსკანი, RF
Mobilicom, ისრაელი
Airborne Innovations, კანადა
DTC, დიდი ბრიტანეთი
რედესი, ჩინეთი

კომუნიკაციის დიაპაზონი [კმ]
20-60
5
არ*
არ*
10-20

სიჩქარე [Mbps]
0.023-64.9
1.6-6
0.78-28
0.144-31.668
1.5-6

მონაცემთა გადაცემის დაგვიანება [ms]
1-20
25
არ*
15-100
15-30

საბორტო ერთეულის ზომები LxWxH [მმ]
77h45h25
74h54h26
40x40x10 (საცხოვრებლის გარეშე)
67h68h22
76h48h20

საბორტო ერთეულის წონა [გრამი]
89
105
17.6 (საცხოვრებლის გარეშე)
135
88

ინფორმაციის ინტერფეისები
Ethernet, RS232, CAN, USB
Ethernet, RS232, USB (სურვილისამებრ)
Ethernet, RS232/UART
HDMI, AV, RS232, USB
HDMI, Ethernet, UART

ბორტ ერთეულის კვების წყარო [ვოლტი/ვატი]
7−30/6.7
7−26/n/a*
5−58/4.8
5.9−17.8/4.5−7
7−18/8

მიწის ბლოკის სიმძლავრე [ვოლტი/ვატი]
18−75 ან PoE/7
7−26/n/a*
5−58/4.8
6−16/8
7−18/5

გადამცემის სიმძლავრე [dBm]
25
არ*
27-30
20
30

მიმღების მგრძნობელობა [dBm] (სიჩქარისთვის [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)

მოდემის ენერგიის ბიუჯეტი [dB] (სიჩქარისთვის [მბიტი/წმ])
147(0.023) 126(4.06) 120.1(12.18) 103.6(64.96)
არ*
131(0.78) 126(3.00) 103(28.0)
არ*
127 (1.5) 124 (3.0) 120 (6.0)

მხარდაჭერილი სიხშირის ზოლები [MHz]
4-20
4.5; 8.5
2; 4; 8
0.625; 1.25; 2.5; 6; 7; 8 წ
2; 4; 8

მარტივი/დუპლექსი
დუპლექსი
დუპლექსი
დუპლექსი
სიმპლექსი
დუპლექსი

მრავალფეროვნების მხარდაჭერა
დიახ
დიახ
დიახ
დიახ
დიახ

ცალკე არხი მართვის/ტელემეტრიისთვის
დიახ
დიახ
დიახ
არარის
დიახ

მხარდაჭერილი UAV კონტროლის პროტოკოლები საკონტროლო/ტელემეტრიის არხში
MAVLink, საკუთრებაში
MAVLink, საკუთრებაში
არარის
არარის
MAV ლინკი

მულტიპლექსირების მხარდაჭერა საკონტროლო/ტელემეტრიის არხში
დიახ
დიახ
არარის
არარის
არ*

ქსელის ტოპოლოგიები
PTP, PMP, რელე
PTP, PMP, რელე
PTP, PMP, რელე
PTP
PTP, PMP, რელე

ხმაურის იმუნიტეტის გაზრდის საშუალებები
DSSS, ვიწროზოლიანი და პულსის სუპრესორები
არ*
არ*
არ*
არ*

რადიო პროტოკოლი
საკუთრების
არ*
არ*
DVB-T
არ*

* n/a - მონაცემები არ არის.

შესახებ ავტორი

ალექსანდრე სმოროდინოვი [[ელ.ფოსტით დაცულია]] არის შპს ჯეოსკანის წამყვანი სპეციალისტი უკაბელო კომუნიკაციების სფეროში. 2011 წლიდან დღემდე ამუშავებს რადიო პროტოკოლებს და სიგნალის დამუშავების ალგორითმებს ფართოზოლოვანი რადიო მოდემებისთვის სხვადასხვა დანიშნულებით, ასევე ახორციელებს შემუშავებულ ალგორითმებს პროგრამირებადი ლოგიკური ჩიპების საფუძველზე. ავტორის ინტერესის სფეროები მოიცავს სინქრონიზაციის ალგორითმების შემუშავებას, არხის თვისებების შეფასებას, მოდულაციას/დემოდულაციას, ხმაურის რეზისტენტული კოდირებას, ასევე მედია წვდომის ფენის (MAC) ალგორითმებს. ჯეოსკანში გაწევრიანებამდე ავტორი მუშაობდა სხვადასხვა ორგანიზაციაში, ამუშავებდა საბაჟო უკაბელო საკომუნიკაციო მოწყობილობებს. 2002 წლიდან 2007 წლამდე მუშაობდა შპს Proteus-ში, როგორც IEEE802.16 (WiMAX) სტანდარტზე დაფუძნებული საკომუნიკაციო სისტემების განვითარების წამყვანი სპეციალისტი. 1999 წლიდან 2002 წლამდე ავტორი ჩართული იყო ხმაურისადმი მდგრადი კოდირების ალგორითმების შემუშავებაში და რადიოკავშირის მარშრუტების მოდელირებაში ფედერალურ სახელმწიფო უნიტარული საწარმოს ცენტრალურ კვლევით ინსტიტუტში "გრანიტი". ავტორმა მიიღო ტექნიკურ მეცნიერებათა კანდიდატის ხარისხი სანქტ-პეტერბურგის აეროკოსმოსური ინსტრუმენტაციის უნივერსიტეტიდან 1998 წელს და რადიოინჟინერიის ხარისხი ამავე უნივერსიტეტიდან 1995 წელს. ალექსანდრე არის IEEE-სა და IEEE Communications Society-ის ამჟამინდელი წევრი.

წყარო: www.habr.com