IzaicinÄjums pÄrsÅ«tÄ«t lielus datu apjomus no bezpilota lidaparÄta (UAV) vai zemes robotikas mÅ«sdienu lietojumos nav nekas neparasts. Å ajÄ rakstÄ ir apskatÄ«ti platjoslas modemu atlases kritÄriji un saistÄ«tÄs problÄmas. Raksts tika rakstÄ«ts UAV un robotikas izstrÄdÄtÄjiem.
Atlases kritÄriji
Galvenie kritÄriji platjoslas modema izvÄlei bezpilota lidaparÄtiem vai robotikai ir:
- Sakaru diapazons.
- MaksimÄlais datu pÄrraides Ätrums.
- Datu pÄrraides kavÄÅ”anÄs.
- Svara un izmÄru parametri.
- AtbalstÄ«tÄs informÄcijas saskarnes.
- Uztura prasības.
- AtseviŔķs vadÄ«bas/telemetrijas kanÄls.
Sakaru diapazons
Sakaru diapazons ir atkarÄ«gs ne tikai no modema, bet arÄ« no antenÄm, antenas kabeļiem, radioviļÅu izplatÄ«Å”anÄs apstÄkļiem, ÄrÄjiem traucÄjumiem un citiem iemesliem. Lai atdalÄ«tu paÅ”a modema parametrus no citiem parametriem, kas ietekmÄ sakaru diapazonu, apsveriet diapazona vienÄdojumu [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. RadioviļÅu izplatÄ«ba un radiosaitu darbÄ«ba. Savienojums. Maskava. 1971]
$$displejs$$ 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}},$$displejs$$
kur
$inline$R$inline$ ā nepiecieÅ”amais sakaru diapazons metros;
$inline$F$inline$ ā frekvence Hz;
$inline$P_{TXdBm}$inline$ ā modema raidÄ«tÄja jauda dBm;
$inline$G_{TXdB}$inline$ ā raidÄ«tÄja antenas pastiprinÄjums dB;
$inline$L_{TXdB}$inline$ ā zudumi kabelÄ« no modema lÄ«dz raidÄ«tÄja antenai dB;
$inline$G_{RXdB}$inline$ ā uztvÄrÄja antenas pastiprinÄjums dB;
$inline$L_{RXdB}$inline$ ā zudumi kabelÄ« no modema lÄ«dz uztvÄrÄja antenai dB;
$inline$P_{RXdBm}$inline$ ā modema uztvÄrÄja jutÄ«ba dBm;
$inline$|V|_{dB}$inline$ ir vÄjinÄjuma faktors, kas Åem vÄrÄ papildu zudumus Zemes virsmas, veÄ£etÄcijas, atmosfÄras un citu faktoru ietekmes dÄļ dB.
No diapazona vienÄdojuma ir skaidrs, ka diapazons ir atkarÄ«gs tikai no diviem modema parametriem: raidÄ«tÄja jaudas $inline$P_{TXdBm}$inline$ un uztvÄrÄja jutÄ«bas $inline$P_{RXdBm}$inline$ vai drÄ«zÄk no to atŔķirÄ«bas. - modema enerÄ£ijas budžets
$$displejs$$B_m=P_{TXdBm}-P_{RXdBm}.$$displejs$$
AtlikuÅ”ie parametri diapazona vienÄdojumÄ apraksta signÄla izplatÄ«Å”anÄs apstÄkļus un antenas padeves ierÄ«Äu parametrus, t.i. nav nekÄda sakara ar modemu.
TÄtad, lai palielinÄtu sakaru diapazonu, jums jÄizvÄlas modems ar lielu $inline$B_m$inline$ vÄrtÄ«bu. SavukÄrt $inline$B_m$inline$ var palielinÄt, palielinot $inline$P_{TXdBm}$inline$ vai samazinot $inline$P_{RXdBm}$inline$. VairumÄ gadÄ«jumu UAV izstrÄdÄtÄji meklÄ modemu ar lielu raidÄ«tÄja jaudu un maz uzmanÄ«bas pievÄrÅ” uztvÄrÄja jutÄ«gumam, lai gan viÅiem ir jÄdara tieÅ”i pretÄji. JaudÄ«gs platjoslas modema borta raidÄ«tÄjs rada Å”Ädas problÄmas:
- augsts enerÄ£ijas patÄriÅÅ”;
- nepiecieÅ”amÄ«ba pÄc dzesÄÅ”anas;
- elektromagnÄtiskÄs savietojamÄ«bas (EMC) pasliktinÄÅ”anÄs ar citu UAV borta aprÄ«kojumu;
- zems enerÄ£ijas noslÄpums.
PirmÄs divas problÄmas ir saistÄ«tas ar to, ka mÅ«sdienu metodÄm liela apjoma informÄcijas pÄrraidÄ«Å”anai pa radio kanÄlu, piemÄram, OFDM, ir nepiecieÅ”amas lineÄrs raidÄ«tÄjs. MÅ«sdienu lineÄro radioraidÄ«tÄju efektivitÄte ir zema: 10ā30%. TÄdÄjÄdi 70-90% no UAV baroÅ”anas avota vÄrtÄ«gÄs enerÄ£ijas tiek pÄrvÄrsti siltumÄ, kas ir efektÄ«vi jÄizÅem no modema, pretÄjÄ gadÄ«jumÄ tas neizdosies vai tÄ izejas jauda samazinÄsies pÄrkarÅ”anas dÄļ visnepiemÄrotÄkajÄ brÄ«dÄ«. PiemÄram, 2 W raidÄ«tÄjs no baroÅ”anas avota patÄrÄs 6ā20 W, no kuriem 4ā18 W tiks pÄrvÄrsti siltumÄ.
Radiosaites enerÄ£ijas slepenÄ«ba ir svarÄ«ga Ä«paÅ”iem un militÄriem lietojumiem. Zema slepenÄ«ba nozÄ«mÄ, ka modema signÄlu ar salÄ«dzinoÅ”i lielu varbÅ«tÄ«bu nosaka traucÄÅ”anas stacijas izlÅ«koÅ”anas uztvÄrÄjs. AttiecÄ«gi liela ir arÄ« iespÄja nomÄkt radiosakaru ar zemas enerÄ£ijas slepenÄ«bas lÄ«meni.
Modema uztvÄrÄja jutÄ«gums raksturo tÄ spÄju iegÅ«t informÄciju no saÅemtajiem signÄliem ar noteiktu kvalitÄtes lÄ«meni. KvalitÄtes kritÄriji var atŔķirties. Ciparu sakaru sistÄmÄm visbiežÄk tiek izmantota bitu kļūdas varbÅ«tÄ«ba (bit error rate - BER) vai kļūdas varbÅ«tÄ«ba informÄcijas paketÄ (frame error rate - FER). PatiesÄ«bÄ jutÄ«ba ir tÄ signÄla lÄ«menis, no kura ir jÄiegÅ«st informÄcija. PiemÄram, jutÄ«ba ā98 dBm ar BER = 10ā6 norÄda, ka informÄciju ar Å”Ädu BER var iegÅ«t no signÄla, kura lÄ«menis ir ā98 dBm vai augstÄks, bet informÄciju ar lÄ«meni, piemÄram, ā99 dBm, var iegÅ«t. vairs nevar iegÅ«t no signÄla, kura lÄ«menis ir, piemÄram, ā1 dBm. Protams, kvalitÄtes pazeminÄÅ”anÄs, samazinoties signÄla lÄ«menim, notiek pakÄpeniski, taÄu ir vÄrts paturÄt prÄtÄ, ka lielÄkajai daļai mÅ«sdienu modemu ir t.s. sliekÅ”Åa efekts, kurÄ kvalitÄtes pazeminÄÅ”anÄs, signÄla lÄ«menim nokrÄ«tot zem jutÄ«bas, notiek ļoti Ätri. Pietiek samazinÄt signÄlu par 2-10 dB zem jutÄ«bas, lai BER palielinÄtos lÄ«dz 1-XNUMX, kas nozÄ«mÄ, ka jÅ«s vairs neredzÄsit video no UAV. SliekÅ”Åa efekts ir tieÅ”as Å enona teorÄmas sekas trokÅ”Åainam kanÄlam; to nevar novÄrst. InformÄcijas iznÄ«cinÄÅ”ana, signÄla lÄ«menim nokrÄ«tot zem jutÄ«bas, notiek trokÅ”Åa ietekmes dÄļ, kas veidojas paÅ”Ä uztvÄrÄjÄ. UztvÄrÄja iekÅ”Äjo troksni nevar pilnÄ«bÄ novÄrst, taÄu ir iespÄjams samazinÄt tÄ lÄ«meni vai iemÄcÄ«ties efektÄ«vi iegÅ«t informÄciju no trokÅ”Åaina signÄla. Modemu ražotÄji izmanto abas Ŕīs pieejas, uzlabojot uztvÄrÄja RF blokus un uzlabojot digitÄlo signÄlu apstrÄdes algoritmus. Modema uztvÄrÄja jutÄ«bas uzlaboÅ”ana neizraisa tik dramatisku enerÄ£ijas patÄriÅa un siltuma izkliedes pieaugumu kÄ raidÄ«tÄja jaudas palielinÄÅ”ana. Protams, ir vÄrojams enerÄ£ijas patÄriÅa un siltuma ražoÅ”anas pieaugums, taÄu tas ir diezgan pieticÄ«gs.
No vajadzÄ«gÄ sakaru diapazona sasniegÅ”anas viedokļa ir ieteicams izmantot Å”Ädu modema izvÄles algoritmu.
- Izlemiet par datu pÄrraides Ätrumu.
- IzvÄlieties modemu ar vislabÄko jutÄ«bu vajadzÄ«gajam Ätrumam.
- Nosakiet sakaru diapazonu, aprÄÄ·inot vai eksperimentÄjot.
- Ja saziÅas diapazons izrÄdÄs mazÄks nekÄ nepiecieÅ”ams, mÄÄ£iniet izmantot Å”Ädus pasÄkumus (sakÄrtots dilstoÅ”Ä prioritÄtes secÄ«bÄ):
- samazinÄt zudumus antenas kabeļos $inline$L_{TXdB}$inline$, $inline$L_{RXdB}$inline$, izmantojot kabeli ar zemÄku lineÄro vÄjinÄjumu darba frekvencÄ un/vai samazinot kabeļu garumu;
- palielinÄt antenas pastiprinÄjumu $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
- palielinÄt modema raidÄ«tÄja jaudu.
JutÄ«bas vÄrtÄ«bas ir atkarÄ«gas no datu pÄrraides Ätruma saskaÅÄ ar noteikumu: lielÄks Ätrums - sliktÄka jutÄ«ba. PiemÄram, ā98 dBm jutÄ«ba 8 Mb/s ir labÄka nekÄ ā95 dBm jutÄ«ba 12 Mb/s. Modemus var salÄ«dzinÄt jutÄ«bas ziÅÄ tikai tÄdam paÅ”am datu pÄrraides Ätrumam.
Dati par raidÄ«tÄja jaudu gandrÄ«z vienmÄr ir pieejami modema specifikÄcijÄs, bet dati par uztvÄrÄja jutÄ«bu ne vienmÄr ir pieejami vai ir nepietiekami. Vismaz tas ir iemesls bÅ«t piesardzÄ«giem, jo āāskaistus skaitļus diez vai ir jÄga slÄpt. TurklÄt, nepublicÄjot jutÄ«guma datus, ražotÄjs liedz patÄrÄtÄjam iespÄju ar aprÄÄ·inu palÄ«dzÄ«bu novÄrtÄt sakaru diapazonu. lÄ«dz modema iegÄde.
MaksimÄlais datu pÄrraides Ätrums
Modema izvÄle, pamatojoties uz Å”o parametru, ir salÄ«dzinoÅ”i vienkÄrÅ”a, ja ir skaidri noteiktas Ätruma prasÄ«bas. Bet ir dažas nianses.
Ja risinÄmÄ problÄma prasa nodroÅ”inÄt maksimÄli iespÄjamo sakaru diapazonu un vienlaikus radio saitei ir iespÄjams atvÄlÄt pietiekami plaÅ”u frekvenÄu joslu, tad labÄk izvÄlÄties modemu, kas atbalsta plaÅ”u frekvenÄu joslu (joslas platumu). Fakts ir tÄds, ka nepiecieÅ”amo informÄcijas Ätrumu var sasniegt salÄ«dzinoÅ”i Å”aurÄ frekvenÄu joslÄ, izmantojot blÄ«vus modulÄcijas veidus (16QAM, 64QAM, 256QAM utt.), vai plaÅ”Ä frekvenÄu joslÄ, izmantojot zema blÄ«vuma modulÄciju (BPSK, QPSK). ). Zema blÄ«vuma modulÄcijas izmantoÅ”ana Å”Ädiem uzdevumiem ir ieteicama tÄs augstÄkas trokÅ”Åu noturÄ«bas dÄļ. TÄpÄc uztvÄrÄja jutÄ«ba ir labÄka, attiecÄ«gi palielinÄs modema enerÄ£ijas budžets un lÄ«dz ar to arÄ« sakaru diapazons.
Dažreiz UAV ražotÄji nosaka radio saites informÄcijas Ätrumu daudz lielÄku par avota Ätrumu, burtiski 2 vai vairÄk reizes, apgalvojot, ka tÄdiem avotiem kÄ video kodeki ir mainÄ«gs bitu pÄrraides Ätrums un modema Ätrums jÄizvÄlas, Åemot vÄrÄ maksimÄlo vÄrtÄ«bu. bitu pÄrraides Ätruma emisijÄm. Å ajÄ gadÄ«jumÄ komunikÄcijas diapazons dabiski samazinÄs. Jums nevajadzÄtu izmantot Å”o pieeju, ja vien tas nav absolÅ«ti nepiecieÅ”ams. LielÄkajai daļai mÅ«sdienu modemu ir liels buferis raidÄ«tÄjÄ, kas var izlÄ«dzinÄt bitu pÄrraides Ätruma kÄpumus bez pakeÅ”u zuduma. TÄpÄc Ätruma rezerve, kas lielÄka par 25%, nav nepiecieÅ”ama. Ja ir pamats uzskatÄ«t, ka pÄrkamÄ modema bufera jauda ir nepietiekama un nepiecieÅ”ams ievÄrojami lielÄks Ätruma palielinÄjums, tad no Å”Äda modema iegÄdes labÄk atteikties.
Datu pÄrsÅ«tÄ«Å”anas aizkave
NovÄrtÄjot Å”o parametru, ir svarÄ«gi nodalÄ«t aizkavi, kas saistÄ«ta ar datu pÄrraidi pa radio saiti, no aizkaves, ko rada informÄcijas avota kodÄÅ”anas/dekodÄÅ”anas ierÄ«ce, piemÄram, video kodeks. Radiosaites aizkave sastÄv no 3 vÄrtÄ«bÄm.
- KavÄÅ”anÄs signÄla apstrÄdes dÄļ raidÄ«tÄjÄ un uztvÄrÄjÄ.
- Aizkave signÄla izplatÄ«Å”anÄs dÄļ no raidÄ«tÄja uz uztvÄrÄju.
- KavÄÅ”anÄs datu buferizÄcijas dÄļ raidÄ«tÄjÄ laika dalÄ«Å”anas dupleksajos (TDD) modemos.
1. tipa latentums, pÄc autora pieredzes, svÄrstÄs no desmitiem mikrosekunžu lÄ«dz vienai milisekundei. 2. tipa aizkave ir atkarÄ«ga no sakaru diapazona, piemÄram, 100 km saitei tÄ ir 333 Ī¼s. 3. tipa aizkave ir atkarÄ«ga no TDD kadra garuma un pÄrraides cikla ilguma attiecÄ«bas pret kopÄjo kadra ilgumu, un tÄ var mainÄ«ties no 0 lÄ«dz kadra ilgumam, t.i., tas ir nejauÅ”s mainÄ«gais. Ja pÄrsÅ«tÄ«tÄ informÄcijas pakete atrodas raidÄ«tÄja ieejÄ, kamÄr modems atrodas pÄrraides ciklÄ, tad pakete tiks pÄrraidÄ«ta ÄterÄ ar nulles aizkaves veidu 3. Ja pakete nedaudz kavÄjas un saÅemÅ”anas cikls jau ir sÄcies, tad tas tiks aizkavÄts raidÄ«tÄja buferÄ« uz uztverÅ”anas cikla laiku. Tipiski TDD kadru garumi ir no 2 lÄ«dz 20 ms, tÄpÄc sliktÄkajÄ gadÄ«jumÄ 3. tipa aizkave nepÄrsniegs 20 ms. TÄdÄjÄdi kopÄjÄ radiosaites aizkave bÅ«s 3ā21 ms diapazonÄ.
LabÄkais veids, kÄ noskaidrot radio saites aizkavi, ir pilna mÄroga eksperiments, izmantojot utilÄ«tas, lai novÄrtÄtu tÄ«kla Ä«paŔības. Aizkaves mÄrÄ«Å”ana, izmantojot pieprasÄ«juma-atbildes metodi, nav ieteicama, jo TDD modemiem aizkave uz priekÅ”u un atpakaļgaitu var atŔķirties.
Svara un izmÄru parametri
IzvÄloties iebÅ«vÄto modema bloku saskaÅÄ ar Å”o kritÄriju, nav nepiecieÅ”ami Ä«paÅ”i komentÄri: jo mazÄks un vieglÄks, jo labÄk. Neaizmirstiet arÄ« par nepiecieÅ”amÄ«bu atdzesÄt borta bloku, var bÅ«t nepiecieÅ”ami papildu radiatori, un attiecÄ«gi var palielinÄties arÄ« svars un izmÄri. Å eit priekÅ”roka jÄdod vieglÄm, maza izmÄra ierÄ«cÄm ar zemu enerÄ£ijas patÄriÅu.
Uz zemes izvietotai vienÄ«bai masas dimensijas parametri nav tik kritiski. PriekÅ”plÄnÄ tiek izvirzÄ«ta lietoÅ”anas un uzstÄdÄ«Å”anas vienkÄrŔība. Zemes blokam jÄbÅ«t ierÄ«cei, kas ir droÅ”i aizsargÄta no ÄrÄjÄm ietekmÄm ar Ärtu montÄžas sistÄmu pie masta vai statÄ«va. Labs risinÄjums ir, ja zemes bloks ir integrÄts vienÄ korpusÄ ar antenu. IdeÄlÄ gadÄ«jumÄ zemÄjuma blokam jÄbÅ«t savienotam ar vadÄ«bas sistÄmu, izmantojot vienu Ärtu savienotÄju. Tas ietaupÄ«s jÅ«s no spÄcÄ«giem vÄrdiem, kad izvietoÅ”anas darbi jÄveic ā20 grÄdu temperatÅ«rÄ.
Uztura prasības
Borta vienÄ«bas, kÄ likums, tiek ražotas ar atbalstu plaÅ”am baroÅ”anas spriegumu diapazonam, piemÄram, 7-30 V, kas aptver lielÄko daļu sprieguma iespÄju UAV baroÅ”anas tÄ«klÄ. Ja jums ir iespÄja izvÄlÄties no vairÄkiem baroÅ”anas spriegumiem, dodiet priekÅ”roku zemÄkajai baroÅ”anas sprieguma vÄrtÄ«bai. Parasti modemus iekÅ”Äji darbina no 3.3 un 5.0 V sprieguma, izmantojot sekundÄros baroÅ”anas avotus. Å o sekundÄro baroÅ”anas avotu efektivitÄte ir augstÄka, jo mazÄka ir modema ieejas un iekÅ”ÄjÄ sprieguma atŔķirÄ«ba. PaaugstinÄta efektivitÄte nozÄ«mÄ samazinÄtu enerÄ£ijas patÄriÅu un siltuma ražoÅ”anu.
No otras puses, zemes vienÄ«bÄm ir jÄatbalsta jauda no salÄ«dzinoÅ”i augsta sprieguma avota. Tas ļauj izmantot baroÅ”anas kabeli ar mazu ŔķÄrsgriezumu, kas samazina svaru un vienkÄrÅ”o uzstÄdÄ«Å”anu. Ja visas pÄrÄjÄs lietas ir vienÄdas, dodiet priekÅ”roku uz zemes izvietotÄm ierÄ«cÄm ar PoE (Power over Ethernet) atbalstu. Å ajÄ gadÄ«jumÄ ir nepiecieÅ”ams tikai viens Ethernet kabelis, lai savienotu zemes bloku ar vadÄ«bas staciju.
AtseviŔķs vadÄ«bas/telemetrijas kanÄls
SvarÄ«ga funkcija gadÄ«jumos, kad UAV nav atlicis vietas, lai instalÄtu atseviŔķu komandu-telemetrijas modemu. Ja ir vieta, tad kÄ rezerves var izmantot atseviŔķu platjoslas modema vadÄ«bas/telemetrijas kanÄlu. IzvÄloties modemu ar Å”o opciju, pievÄrsiet uzmanÄ«bu tam, ka modems atbalsta vÄlamo protokolu saziÅai ar UAV (MAVLink vai patentÄts) un iespÄju multipleksÄt vadÄ«bas kanÄlu/telemetrijas datus ÄrtÄ saskarnÄ zemes stacijÄ (GS). ). PiemÄram, platjoslas modema iebÅ«vÄtais bloks ir savienots ar autopilotu, izmantojot interfeisu, piemÄram, RS232, UART vai CAN, un zemes bloks ir savienots ar vadÄ«bas datoru, izmantojot Ethernet interfeisu, caur kuru ir nepiecieÅ”ams apmainÄ«ties ar komandÄm. , telemetrijas un video informÄcija. Å ÄdÄ gadÄ«jumÄ modemam jÄspÄj multipleksÄt komandu un telemetrijas straumi starp borta ierÄ«ces RS232, UART vai CAN saskarnÄm un zemes vienÄ«bas Ethernet interfeisu.
Citi parametri, kuriem jÄpievÄrÅ” uzmanÄ«ba
DupleksÄ režīma pieejamÄ«ba. Platjoslas modemi bezpilota lidaparÄtiem atbalsta vienpusÄjo vai duplekso darbÄ«bas režīmu. SimpleksÄ režīmÄ datu pÄrraide ir atļauta tikai virzienÄ no UAV uz NS, bet dupleksajÄ režīmÄ - abos virzienos. Parasti simpleksiem modemiem ir iebÅ«vÄts video kodeks, un tie ir paredzÄti darbam ar videokamerÄm, kurÄm nav video kodeku. Simplekss modems nav piemÄrots savienojuma izveidei ar IP kameru vai citÄm ierÄ«cÄm, kurÄm nepiecieÅ”ams IP savienojums. Gluži pretÄji, dupleksais modems, kÄ likums, ir paredzÄts, lai savienotu UAV borta IP tÄ«klu ar NS IP tÄ«klu, t.i., tas atbalsta IP kameras un citas IP ierÄ«ces, bet tam var nebÅ«t iebÅ«vÄta. video kodekÄ, jo IP videokamerÄm parasti ir jÅ«su video kodeku. Ethernet interfeisa atbalsts ir iespÄjams tikai pilna dupleksa modemos.
DaudzveidÄ«bas uztverÅ”ana (RX dažÄdÄ«ba). Å Ä«s iespÄjas klÄtbÅ«tne ir obligÄta, lai nodroÅ”inÄtu nepÄrtrauktu saziÅu visÄ lidojuma attÄlumÄ. Izplatoties pa Zemes virsmu, radioviļÅi uztverÅ”anas punktÄ nonÄk divos staros: pa tieÅ”u ceļu un ar atspÄ«dumu no virsmas. Ja divu staru viļÅu pievienoÅ”ana notiek fÄzÄ, tad lauks uztverÅ”anas punktÄ tiek nostiprinÄts, un, ja pretfÄzÄ, tas tiek vÄjinÄts. VÄjinÄÅ”anÄs var bÅ«t diezgan ievÄrojama - lÄ«dz pilnÄ«gam komunikÄcijas zudumam. Divu antenu klÄtbÅ«tne uz NS, kas atrodas dažÄdos augstumos, palÄ«dz atrisinÄt Å”o problÄmu, jo, ja vienas antenas vietÄ stari tiek pievienoti pretfÄzÄ, tad otras vietÄ tie nav. TÄ rezultÄtÄ jÅ«s varat sasniegt stabilu savienojumu visÄ attÄluma garumÄ.
AtbalstÄ«tÄs tÄ«kla topoloÄ£ijas. Ieteicams izvÄlÄties modemu, kas nodroÅ”ina atbalstu ne tikai punkta-punkta (PTP) topoloÄ£ijai, bet arÄ« point-to-multipoint (PMP) un releja (repeater) topoloÄ£ijÄm. Releja izmantoÅ”ana, izmantojot papildu UAV, ļauj ievÄrojami paplaÅ”inÄt galvenÄ UAV pÄrklÄjuma zonu. PMP atbalsts ļaus saÅemt informÄciju vienlaicÄ«gi no vairÄkiem UAV vienÄ NS. LÅ«dzu, Åemiet vÄrÄ arÄ« to, ka, lai atbalstÄ«tu PMP un releju, bÅ«s jÄpalielina modema joslas platums, salÄ«dzinot ar saziÅu ar vienu UAV. TÄpÄc Å”iem režīmiem ieteicams izvÄlÄties modemu, kas atbalsta plaÅ”u frekvenÄu joslu (vismaz 15-20 MHz).
LÄ«dzekļu pieejamÄ«ba trokÅ”Åa imunitÄtes palielinÄÅ”anai. NoderÄ«ga iespÄja, Åemot vÄrÄ intensÄ«vo traucÄjumu vidi vietÄs, kur tiek izmantoti bezpilota lidaparÄti. TrokÅ”Åu imunitÄte tiek saprasta kÄ sakaru sistÄmas spÄja veikt savu funkciju mÄkslÄ«gas vai dabiskas izcelsmes traucÄjumu klÄtbÅ«tnÄ sakaru kanÄlÄ. Ir divas pieejas, lai cÄ«nÄ«tos pret traucÄjumiem. 1. pieeja: izveidojiet modema uztvÄrÄju tÄ, lai tas varÄtu droÅ”i uztvert informÄciju pat tad, ja sakaru kanÄla joslÄ ir traucÄjumi, uz zinÄmu informÄcijas pÄrraides Ätruma samazinÄÅ”anos. 2. pieeja: apspiest vai vÄjinÄt traucÄjumus uztvÄrÄja ieejÄ. PirmÄs pieejas Ä«stenoÅ”anas piemÄri ir spektra izkliedes sistÄmas, proti: frekvences lÄciens (FH), pseidogadÄ«juma secÄ«bas izkliedes spektrs (DSSS) vai abu hibrÄ«ds. FH tehnoloÄ£ija ir kļuvusi plaÅ”i izplatÄ«ta UAV vadÄ«bas kanÄlos, pateicoties zemam nepiecieÅ”amajam datu pÄrraides Ätrumam Å”ÄdÄ sakaru kanÄlÄ. PiemÄram, Ätrumam 16 kbit/s 20 MHz joslÄ var organizÄt aptuveni 500 frekvenÄu pozÄ«cijas, kas ļauj droÅ”i aizsargÄt pret Å”aurjoslas traucÄjumiem. FH izmantoÅ”ana platjoslas sakaru kanÄlam ir problemÄtiska, jo iegÅ«tÄ frekvenÄu josla ir pÄrÄk liela. PiemÄram, lai iegÅ«tu 500 frekvenÄu pozÄ«cijas, strÄdÄjot ar signÄlu ar 4 MHz joslas platumu, jums bÅ«s nepiecieÅ”ams 2 GHz brÄ«vs joslas platums! PÄrÄk daudz, lai bÅ«tu Ä«sts. DSSS izmantoÅ”ana platjoslas sakaru kanÄlam ar bezpilota lidaparÄtiem ir aktuÄlÄka. Å ajÄ tehnoloÄ£ijÄ katrs informÄcijas bits tiek dublÄts vienlaicÄ«gi vairÄkÄs (vai pat visÄs) signÄla joslas frekvencÄs un Å”aurjoslas traucÄjumu klÄtbÅ«tnÄ var tikt atdalÄ«ts no spektra daļÄm, kuras traucÄjumi neietekmÄ. DSSS, kÄ arÄ« FH izmantoÅ”ana nozÄ«mÄ, ka, kad kanÄlÄ parÄdÄs traucÄjumi, bÅ«s jÄsamazina datu pÄrraides Ätrums. TomÄr ir skaidrs, ka labÄk ir saÅemt video no UAV zemÄkÄ izŔķirtspÄjÄ nekÄ neko. 2. pieejÄ tiek izmantots fakts, ka traucÄjumi, atŔķirÄ«bÄ no uztvÄrÄja iekÅ”ÄjÄ trokÅ”Åa, iekļūst radiosakarÄ no Ärpuses un, ja modemÄ ir noteikti lÄ«dzekļi, tos var nomÄkt. Interferences nomÄkÅ”ana ir iespÄjama, ja tÄ ir lokalizÄta spektrÄlajÄ, laika vai telpiskajÄ jomÄ. PiemÄram, Å”aurjoslas traucÄjumi ir lokalizÄti spektra apgabalÄ, un tos var āizgrieztā no spektra, izmantojot Ä«paÅ”u filtru. LÄ«dzÄ«gi impulsu troksnis tiek lokalizÄts laika domÄnÄ; lai to slÄpÄtu, skartÄ zona tiek noÅemta no uztvÄrÄja ieejas signÄla. Ja traucÄjumi nav Å”aurjoslas vai impulsu, tad to slÄpÄÅ”anai var izmantot telpisko slÄpÄtÄju, jo traucÄjumi no avota no noteikta virziena nonÄk uztveroÅ”Ä antenÄ. Ja uztveroÅ”Äs antenas starojuma shÄmas nulle ir novietota traucÄjumu avota virzienÄ, traucÄjumi tiks nomÄkti. Å Ädas sistÄmas sauc par adaptÄ«vÄm staru formÄÅ”anas un staru nulles sistÄmÄm.
Izmantotais radio protokols. Modemu ražotÄji var izmantot standarta (WiFi, DVB-T) vai patentÄtu radio protokolu. Å is parametrs specifikÄcijÄs ir norÄdÄ«ts reti. Par DVB-T izmantoÅ”anu netieÅ”i norÄda atbalstÄ«tÄs frekvenÄu joslas 2/4/6/7/8, dažreiz 10 MHz, kÄ arÄ« pieminÄÅ”ana COFDM (coded OFDM) tehnoloÄ£ijas specifikÄcijas tekstÄ, kurÄ OFDM tiek izmantots kopÄ ar trokÅ”Åu izturÄ«gu kodÄjumu. GarÄmejot, mÄs atzÄ«mÄjam, ka COFDM ir tikai reklÄmas sauklis un tam nav nekÄdu priekÅ”rocÄ«bu salÄ«dzinÄjumÄ ar OFDM, jo OFDM bez trokÅ”Åa izturÄ«gas kodÄÅ”anas praksÄ nekad netiek izmantots. IzlÄ«dziniet COFDM un OFDM, kad redzat Å”os saÄ«sinÄjumus radio modema specifikÄcijÄs.
Modemi, kas izmanto standarta protokolu, parasti tiek veidoti, pamatojoties uz specializÄtu mikroshÄmu (WiFi, DVB-T), kas darbojas kopÄ ar mikroprocesoru. Izmantojot pielÄgotu mikroshÄmu, modema ražotÄjs atbrÄ«vo no daudzÄm galvassÄpÄm, kas saistÄ«tas ar sava radio protokola projektÄÅ”anu, modelÄÅ”anu, ievieÅ”anu un testÄÅ”anu. Mikroprocesors tiek izmantots, lai nodroÅ”inÄtu modemam nepiecieÅ”amo funkcionalitÄti. Å Ädiem modemiem ir Å”Ädas priekÅ”rocÄ«bas.
- Zema cena.
- Labi svara un izmÄra parametri.
- Zems enerÄ£ijas patÄriÅÅ”.
Ir arī trūkumi.
- NespÄja mainÄ«t radio interfeisa raksturlielumus, mainot programmaparatÅ«ru.
- Zema piegÄžu stabilitÄte ilgtermiÅÄ.
- Ierobežotas iespÄjas sniegt kvalificÄtu tehnisko atbalstu, risinot nestandarta problÄmas.
ZemÄ piegÄžu stabilitÄte ir saistÄ«ta ar to, ka mikroshÄmu ražotÄji galvenokÄrt koncentrÄjas uz masu tirgiem (televizori, datori utt.). Bezpilota lidaparÄtu modemu ražotÄji viÅiem nav prioritÄte, un tie nekÄdÄ veidÄ nevar ietekmÄt mikroshÄmas ražotÄja lÄmumu pÄrtraukt ražoÅ”anu bez atbilstoÅ”as āāaizstÄÅ”anas ar citu produktu. Å o funkciju pastiprina tendence iesaiÅot radio saskarnes specializÄtÄs mikroshÄmÄs, piemÄram, "sistÄmÄ mikroshÄmÄ" (System on Chip - SoC), un tÄpÄc atseviŔķas radio saskarnes mikroshÄmas pakÄpeniski tiek izskalotas no pusvadÄ«tÄju tirgus.
IerobežotÄs iespÄjas sniegt tehnisko atbalstu ir saistÄ«tas ar to, ka modemu izstrÄdes komandas, kuru pamatÄ ir standarta radio protokols, ir labi nokomplektÄtas ar speciÄlistiem, galvenokÄrt elektronikas un mikroviļÅu tehnoloÄ£iju jomÄ. Radiosakaru speciÄlistu tur var nebÅ«t, jo viÅiem nav problÄmu risinÄt. TÄpÄc bezpilota lidaparÄtu ražotÄji, kas meklÄ risinÄjumus nenozÄ«mÄ«gÄm radiosakaru problÄmÄm, var bÅ«t vÄ«luÅ”ies konsultÄciju un tehniskÄs palÄ«dzÄ«bas ziÅÄ.
Modemi, kas izmanto patentÄtu radio protokolu, ir veidoti, pamatojoties uz universÄlÄm analogo un digitÄlo signÄlu apstrÄdes mikroshÄmÄm. Å Ädu mikroshÄmu piegÄdes stabilitÄte ir ļoti augsta. Tiesa, arÄ« cena ir augsta. Å Ädiem modemiem ir Å”Ädas priekÅ”rocÄ«bas.
- PlaÅ”as iespÄjas pielÄgot modemu klienta vajadzÄ«bÄm, tai skaitÄ pielÄgot radio interfeisu, mainot programmaparatÅ«ru.
- Papildu radio saskarnes iespÄjas, kas ir interesantas izmantoÅ”anai bezpilota lidaparÄtos un nav pieejamas modemos, kas veidoti, pamatojoties uz standarta radio protokoliem.
- Augsta piegÄžu stabilitÄte, t.sk. ilgtermiÅÄ.
- Augsts tehniskÄ atbalsta lÄ«menis, tai skaitÄ nestandarta problÄmu risinÄÅ”ana.
Trūkumi.
- Augsta cena
- Svara un izmÄra parametri var bÅ«t sliktÄki nekÄ modemiem, kas izmanto standarta radio protokolus.
- PalielinÄts ciparu signÄlu apstrÄdes bloka enerÄ£ijas patÄriÅÅ”.
Dažu bezpilota lidaparÄtu modemu tehniskie dati
TabulÄ parÄdÄ«ti dažu tirgÅ« pieejamo bezpilota lidaparÄtu modemu tehniskie parametri.
Å emiet vÄrÄ: lai gan 3D Link modemam ir viszemÄkÄ pÄrraides jauda salÄ«dzinÄjumÄ ar Picoradio OEM un J11 modemiem (25 dBm pret 27ā30 dBm), 3D Link jaudas budžets ir lielÄks nekÄ Å”iem modemiem augstÄs uztvÄrÄja jutÄ«bas dÄļ (ar vienÄds datu pÄrraides Ätrums salÄ«dzinÄmajiem modemiem). TÄdÄjÄdi saziÅas diapazons, izmantojot 3D saiti, bÅ«s lielÄks ar labÄku enerÄ£ijas slepenÄ«bu.
Tabula. Dažu platjoslas modemu tehniskie dati UAV un robotikai
Parametrs
(veikts modulī no Microhard)
(Skatīt arī )
RažotÄjs, valsts
Geoscan, RF
Mobilicom, IzraÄla
Airborne Innovations, KanÄda
DTC, LielbritÄnija
Redesa, Ķīna
Sakaru diapazons [km] 20ā60
5
n/a*
n/a*
10 ā 20
Ätrums [Mbit/s] 0.023ā64.9
1.6 ā 6
0.78 ā 28
0.144 ā 31.668
1.5 ā 6
Datu pÄrraides aizkave [ms] 1ā20
25
n/a*
15 ā 100
15 ā 30
Borta bloka izmÄri LxWxH [mm] 77x45x25
74h54h26
40x40x10 (bez korpusa)
67h68h22
76h48h20
Borta vienības svars [grami] 89
105
17.6 (bez korpusa)
135
88
InformÄcijas saskarnes
Ethernet, RS232, CAN, USB
Ethernet, RS232, USB (pÄc izvÄles)
Ethernet, RS232/UART
HDMI, AV, RS232, USB
HDMI, Ethernet, UART
Borta bloka baroÅ”anas avots [Volts/Watt] 7ā30/6.7
7ā26/n/a*
5ā58/4.8
5.9ā17.8/4.5ā7
7ā18/8
ZemÄjuma bloka baroÅ”anas avots [Volts/Watt] 18ā75 vai PoE/7
7ā26/n/a*
5ā58/4.8
6ā16/8
7ā18/5
RaidÄ«tÄja jauda [dBm] 25
n/a*
27 ā 30
20
30
UztvÄrÄja jutÄ«ba [dBm] (Ätrumam [Mbit/s])
ā122(0.023) ā101(4.06) ā95.1(12.18) ā78.6(64.96)
ā101 (nav*)
ā101(0.78) ā96(3.00) ā76(28.0)
ā95 (n/a*) ā104 (nav*)
ā97(1.5) ā94(3.0) ā90(6.0)
Modema enerÄ£ijas budžets [dB] (Ätrumam [Mbit/s])
147(0.023) 126(4.06) 120.1(12.18) 103.6(64.96)
n/a*
131(0.78) 126(3.00) 103(28.0)
n/a*
127 (1.5) 124 (3.0) 120 (6.0)
AtbalstÄ«tÄs frekvenÄu joslas [MHz] 4ā20
4.5; 8.5
2, 4; 8
0.625; 1.25; 2.5; 6; 7; 8
2, 4; 8
Simplekss/duplekss
Duplekss
Duplekss
Duplekss
VienkÄrÅ”s
Duplekss
Daudzveidības atbalsts
jÄ
jÄ
jÄ
jÄ
jÄ
AtseviŔķs kanÄls vadÄ«bai/telemetrijai
jÄ
jÄ
jÄ
nÄ
jÄ
AtbalstÄ«tie UAV vadÄ«bas protokoli vadÄ«bas/telemetrijas kanÄlÄ
MAVLink, patentÄts
MAVLink, patentÄts
nÄ
nÄ
MAV saite
MultipleksÄÅ”anas atbalsts vadÄ«bas/telemetrijas kanÄlÄ
jÄ
jÄ
nÄ
nÄ
n/a*
Tīkla topoloģijas
PTP, PMP, relejs
PTP, PMP, relejs
PTP, PMP, relejs
PTP
PTP, PMP, relejs
LÄ«dzekļi trokÅ”Åa imunitÄtes paaugstinÄÅ”anai
DSSS, Å”aurjoslas un impulsu slÄpÄtÄji
n/a*
n/a*
n/a*
n/a*
Radio protokols
īpaŔumtiesības
n/a*
n/a*
DVB-T
n/a*
* n/a - nav datu.
Par Autors
Aleksandrs Smorodinovs [[e-pasts aizsargÄts]] ir Geoscan LLC vadoÅ”ais speciÄlists bezvadu sakaru jomÄ. No 2011. gada lÄ«dz mÅ«sdienÄm viÅÅ” ir izstrÄdÄjis radio protokolus un signÄlu apstrÄdes algoritmus platjoslas radio modemiem dažÄdiem mÄrÄ·iem, kÄ arÄ« ievieÅ” izstrÄdÄtos algoritmus, kuru pamatÄ ir programmÄjamÄs loÄ£ikas mikroshÄmas. Autora intereÅ”u lokÄ ietilpst sinhronizÄcijas algoritmu izstrÄde, kanÄla Ä«paŔību novÄrtÄÅ”ana, modulÄcija/demodulÄcija, trokÅ”Åu izturÄ«ga kodÄÅ”ana, kÄ arÄ« daži mediju piekļuves slÄÅa (MAC) algoritmi. Pirms pievienoÅ”anÄs Geoscan autore strÄdÄja dažÄdÄs organizÄcijÄs, izstrÄdÄjot pielÄgotas bezvadu sakaru ierÄ«ces. No 2002. lÄ«dz 2007. gadam viÅÅ” strÄdÄja Proteus LLC kÄ vadoÅ”ais speciÄlists sakaru sistÄmu izstrÄdÄ, kuru pamatÄ ir IEEE802.16 (WiMAX) standarts. No 1999. lÄ«dz 2002. gadam autore nodarbojÄs ar troksni izturÄ«gu kodÄÅ”anas algoritmu izstrÄdi un radiosakaru marÅ”rutu modelÄÅ”anu FederÄlÄ valsts vienotÄ uzÅÄmuma CentrÄlajÄ pÄtniecÄ«bas institÅ«tÄ "GranÄ«ts". Autore 1998. gadÄ ieguva tehnisko zinÄtÅu kandidÄta grÄdu SanktpÄterburgas AviÄcijas un kosmosa instrumentÄcijas universitÄtÄ un 1995. gadÄ radioinženieru grÄdu Å”ajÄ paÅ”Ä universitÄtÄ. Aleksandrs ir paÅ”reizÄjais IEEE un IEEE komunikÄciju biedrÄ«bas biedrs.
Avots: www.habr.com