Hoe een breedbandmodem te kiezen voor een onbemand luchtvaartuig (UAV) of robotica

De uitdaging van het verzenden van grote hoeveelheden gegevens vanuit een onbemand luchtvaartuig (UAV) of grondrobotica is niet ongebruikelijk in moderne toepassingen. Dit artikel bespreekt de selectiecriteria voor breedbandmodems en aanverwante problemen. Het artikel is geschreven voor UAV- en robotica-ontwikkelaars.

Selectiecriteria

De belangrijkste criteria bij het kiezen van een breedbandmodem voor UAV's of robotica zijn:

1. Communicatiebereik.
2. Maximale gegevensoverdrachtsnelheid.
3. Vertraging bij gegevensoverdracht.
4. Gewicht- en afmetingenparameters.
5. Ondersteunde informatie-interfaces.
6. Voedingsbehoeften.
7. Afzonderlijk besturings-/telemetriekanaal.

альность связи

Het communicatiebereik is niet alleen afhankelijk van het modem, maar ook van antennes, antennekabels, omstandigheden voor de voortplanting van radiogolven, externe interferentie en andere redenen. Om de parameters van de modem zelf te scheiden van andere parameters die het communicatiebereik beïnvloeden, moet u de bereikvergelijking overwegen [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Voortplanting van radiogolven en werking van radioverbindingen. Verbinding. Moskou. 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}},$$display$$

waar
$inline$R$inline$ — vereist communicatiebereik in meters;
$inline$F$inline$ — frequentie in Hz;
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — modemzendervermogen in dBm;
$inline$G_{TXdB}$inline$ — versterking van de zenderantenne in dB;
$inline$L_{TXdB}$inline$ — verliezen in de kabel van de modem naar de zendantenne in dB;
$inline$G_{RXdB}$inline$ — antenneversterking ontvanger in dB;
$inline$L_{RXdB}$inline$ — verliezen in de kabel van de modem naar de ontvangerantenne in dB;
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — gevoeligheid van de modemontvanger in dBm;
$inline$|V|_{dB}$inline$ is een dempingsfactor die rekening houdt met extra verliezen als gevolg van de invloed van het aardoppervlak, de vegetatie, de atmosfeer en andere factoren in dB.

Uit de bereikvergelijking wordt duidelijk dat het bereik alleen afhangt van twee parameters van de modem: zendvermogen $inline$P_{TXdBm}$inline$ en ontvangergevoeligheid $inline$P_{RXdBm}$inline$, of beter gezegd van hun verschil - het energiebudget van het modem

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

De overige parameters in de bereikvergelijking beschrijven de signaalvoortplantingsomstandigheden en de parameters van de antennevoedingsapparaten, d.w.z. heeft niets met het modem te maken.
Om het communicatiebereik te vergroten, moet u dus een modem kiezen met een grote waarde $inline$B_m$inline$. Op zijn beurt kan $inline$B_m$inline$ worden verhoogd door $inline$P_{TXdBm}$inline$ te verhogen of door $inline$P_{RXdBm}$inline$ te verlagen. In de meeste gevallen zijn UAV-ontwikkelaars op zoek naar een modem met een hoog zendvermogen en besteden ze weinig aandacht aan de gevoeligheid van de ontvanger, terwijl ze precies het tegenovergestelde moeten doen. Een krachtige boordzender van een breedbandmodem brengt de volgende problemen met zich mee:

• hoog energieverbruik;
• behoefte aan koeling;
• verslechtering van de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) met andere boordapparatuur van de UAV;
• lage energiegeheimen.

De eerste twee problemen houden verband met het feit dat moderne methoden voor het verzenden van grote hoeveelheden informatie via een radiokanaal, bijvoorbeeld OFDM, lineair zender. Het rendement van moderne lineaire radiozenders is laag: 10–30%. Zo wordt 70-90% van de kostbare energie van de UAV-voeding omgezet in warmte, die efficiënt uit de modem moet worden verwijderd, anders zal deze uitvallen of zal het uitgangsvermogen dalen als gevolg van oververhitting op het meest ongelegen moment. Een zender van 2 W verbruikt bijvoorbeeld 6–20 W van de voeding, waarvan 4–18 W wordt omgezet in warmte.

De energie-stealth van een radioverbinding is belangrijk voor speciale en militaire toepassingen. Low stealth betekent dat het modemsignaal met een relatief grote waarschijnlijkheid wordt gedetecteerd door de verkenningsontvanger van het stoorstation. Dienovereenkomstig is de waarschijnlijkheid van het onderdrukken van een radioverbinding met stealth met lage energie ook hoog.

De gevoeligheid van een moderne ontvanger kenmerkt zijn vermogen om informatie te extraheren uit ontvangen signalen met een bepaald kwaliteitsniveau. Kwaliteitscriteria kunnen variëren. Voor digitale communicatiesystemen wordt meestal de waarschijnlijkheid van een bitfout (bit error rate - BER) of de waarschijnlijkheid van een fout in een informatiepakket (frame error rate - FER) gebruikt. Eigenlijk is gevoeligheid het niveau van het signaal waaruit informatie moet worden gehaald. Een gevoeligheid van −98 dBm met BER = 10−6 geeft bijvoorbeeld aan dat informatie met een dergelijke BER kan worden geëxtraheerd uit een signaal met een niveau van −98 dBm of hoger, maar informatie met een niveau van bijvoorbeeld −99 dBm kan niet langer worden geëxtraheerd uit een signaal met een niveau van bijvoorbeeld −1 dBm. Natuurlijk vindt de afname van de kwaliteit naarmate het signaalniveau afneemt geleidelijk plaats, maar het is de moeite waard om in gedachten te houden dat de meeste moderne modems zogenaamde modems hebben. drempeleffect waarbij een kwaliteitsvermindering optreedt wanneer het signaalniveau onder de gevoeligheid daalt, zeer snel. Het is voldoende om het signaal 2-10 dB onder de gevoeligheid te verlagen om de BER te verhogen naar 1-XNUMX, wat betekent dat je geen video meer ziet van de UAV. Het drempeleffect is een direct gevolg van de stelling van Shannon voor een luidruchtig kanaal; het kan niet worden geëlimineerd. De vernietiging van informatie wanneer het signaalniveau onder de gevoeligheid daalt, vindt plaats als gevolg van de invloed van ruis die in de ontvanger zelf wordt gevormd. De interne ruis van een ontvanger kan niet volledig worden geëlimineerd, maar het is wel mogelijk om het niveau ervan te verlagen of te leren efficiënt informatie uit een signaal met ruis te extraheren. Modemfabrikanten gebruiken beide benaderingen, waarbij ze verbeteringen aanbrengen in de RF-blokken van de ontvanger en de algoritmen voor digitale signaalverwerking verbeteren. Het verbeteren van de gevoeligheid van de modemontvanger leidt niet tot zo'n dramatische toename van het stroomverbruik en de warmtedissipatie als het vergroten van het zendvermogen. Er is uiteraard sprake van een toename van het energieverbruik en de warmteopwekking, maar deze is vrij bescheiden.

Het volgende modemselectie-algoritme wordt aanbevolen vanuit het oogpunt van het bereiken van het vereiste communicatiebereik.

1. Bepaal de gegevensoverdrachtsnelheid.
2. Selecteer een modem met de beste gevoeligheid voor de gewenste snelheid.
3. Bepaal het communicatiebereik door berekening of experiment.
4. Als het communicatiebereik kleiner blijkt te zijn dan nodig, probeer dan de volgende maatregelen te nemen (gerangschikt in volgorde van afnemende prioriteit):

• de verliezen in antennekabels $inline$L_{TXdB}$inline$, $inline$L_{RXdB}$inline$ verminderen door een kabel te gebruiken met een lagere lineaire verzwakking bij de werkfrequentie en/of door de lengte van de kabels te verkleinen;
• verhoog de antenneversterking $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
• verhoog het zendvermogen van de modem.

Gevoeligheidswaarden zijn afhankelijk van de gegevensoverdrachtsnelheid volgens de regel: hogere snelheid - slechtere gevoeligheid. De gevoeligheid van −98 dBm voor 8 Mbps is bijvoorbeeld beter dan de gevoeligheid van −95 dBm voor 12 Mbps. Modems kun je qua gevoeligheid alleen vergelijken voor dezelfde dataoverdrachtsnelheid.

Gegevens over het zendvermogen zijn vrijwel altijd beschikbaar in de modemspecificaties, maar gegevens over de gevoeligheid van de ontvanger zijn niet altijd beschikbaar of onvoldoende. Dit is op zijn minst een reden om op uw hoede te zijn, aangezien het nauwelijks zinvol is om mooie cijfers te verbergen. Door geen gevoeligheidsgegevens te publiceren ontneemt de fabrikant bovendien de consument de mogelijkheid om het communicatiebereik door berekening in te schatten. naar modemaankopen.

Maximale gegevensoverdrachtsnelheid

Het selecteren van een modem op basis van deze parameter is relatief eenvoudig als de snelheidseisen duidelijk zijn gedefinieerd. Maar er zijn enkele nuances.

Als het opgeloste probleem het garanderen van een zo groot mogelijk communicatiebereik vereist en het tegelijkertijd mogelijk is om een ​​voldoende brede frequentieband voor een radioverbinding toe te wijzen, dan is het beter om een ​​modem te kiezen die een brede frequentieband (bandbreedte) ondersteunt. Feit is dat de vereiste informatiesnelheid kan worden bereikt in een relatief smalle frequentieband door gebruik te maken van dichte modulatietypen (16QAM, 64QAM, 256QAM, enz.), of in een brede frequentieband door gebruik te maken van modulatie met lage dichtheid (BPSK, QPSK ). Het gebruik van modulatie met lage dichtheid voor dergelijke taken verdient de voorkeur vanwege de hogere ruisimmuniteit. Daarom is de gevoeligheid van de ontvanger beter; dienovereenkomstig neemt het energiebudget van de modem toe en daarmee het communicatiebereik.

Soms stellen UAV-fabrikanten de informatiesnelheid van de radioverbinding veel hoger in dan de snelheid van de bron, letterlijk 2 of meer keer, met het argument dat bronnen zoals videocodecs een variabele bitrate hebben en dat de modemsnelheid moet worden geselecteerd rekening houdend met de maximale waarde van bitrate-emissies. In dit geval neemt het communicatiebereik uiteraard af. U mag deze aanpak niet gebruiken, tenzij dit absoluut noodzakelijk is. De meeste moderne modems hebben een grote buffer in de zender die bitratepieken kan afvlakken zonder pakketverlies. Daarom is een snelheidsreserve van meer dan 25% niet vereist. Als er reden is om aan te nemen dat de buffercapaciteit van het aan te schaffen modem onvoldoende is en er een aanzienlijk grotere snelheidsverhoging nodig is, dan kun je de aanschaf van een dergelijk modem beter weigeren.

Vertraging gegevensoverdracht

Bij het evalueren van deze parameter is het belangrijk om de vertraging die gepaard gaat met datatransmissie via de radioverbinding te scheiden van de vertraging die wordt veroorzaakt door het codeer-/decodeerapparaat van de informatiebron, zoals een videocodec. De vertraging in de radioverbinding bestaat uit 3 waarden.

1. Vertraging door signaalverwerking in zender en ontvanger.
2. Vertraging als gevolg van signaalvoortplanting van zender naar ontvanger.
3. Vertraging als gevolg van gegevensbuffering in de zender in tijdverdelingsduplex (TDD)-modems.

Volgens de ervaring van de auteur varieert de latentie van type 1 van tientallen microseconden tot één milliseconde. Type 2-vertraging is afhankelijk van het communicatiebereik, voor een verbinding van 100 km is dit bijvoorbeeld 333 μs. Type 3-vertraging hangt af van de lengte van het TDD-frame en van de verhouding tussen de duur van de transmissiecyclus en de totale frameduur en kan variëren van 0 tot de frameduur, d.w.z. het is een willekeurige variabele. Als het verzonden informatiepakket zich bij de zenderingang bevindt terwijl de modem zich in de verzendcyclus bevindt, wordt het pakket verzonden zonder enige vertraging, type 3. Als het pakket iets te laat is en de ontvangstcyclus al is begonnen, dan het wordt gedurende de ontvangstcyclus in de zenderbuffer vertraagd. Typische TDD-framelengtes variëren van 2 tot 20 ms, dus de ergste Type 3-vertraging zal niet groter zijn dan 20 ms. De totale vertraging in de radioverbinding zal dus in het bereik van 3−21 ms liggen.

De beste manier om de vertraging in een radioverbinding te achterhalen is een grootschalig experiment waarbij gebruik wordt gemaakt van hulpprogramma's om de netwerkkenmerken te evalueren. Het wordt niet aanbevolen om de vertraging te meten met behulp van de request-response-methode, omdat de vertraging in de voorwaartse en achterwaartse richting mogelijk niet hetzelfde is voor TDD-modems.

Gewicht- en afmetingenparameters

Het kiezen van een ingebouwde modemeenheid op basis van dit criterium vereist geen speciale opmerkingen: hoe kleiner en lichter, hoe beter. Vergeet ook niet de noodzaak om de boordunit te koelen; er kunnen extra radiatoren nodig zijn, en dienovereenkomstig kunnen het gewicht en de afmetingen ook toenemen. Hierbij moet de voorkeur worden gegeven aan lichte, kleine eenheden met een laag stroomverbruik.

Voor een eenheid op de grond zijn de massa-dimensionale parameters niet zo kritisch. Gebruiksgemak en installatie staan ​​voorop. De grondeenheid moet een apparaat zijn dat betrouwbaar beschermd is tegen invloeden van buitenaf, met een handig bevestigingssysteem aan een mast of statief. Een goede optie is wanneer de grondunit met de antenne in dezelfde behuizing is geïntegreerd. Idealiter zou de grondeenheid via één handige connector op het besturingssysteem moeten worden aangesloten. Dit bespaart u sterke woorden wanneer u inzetwerkzaamheden moet uitvoeren bij een temperatuur van −20 graden.

Dieetwensen

Onboard-units worden in de regel geproduceerd met ondersteuning voor een breed scala aan voedingsspanningen, bijvoorbeeld 7-30 V, die de meeste spanningsopties in het UAV-stroomnetwerk dekken. Als u de mogelijkheid heeft om uit meerdere voedingsspanningen te kiezen, geef dan de voorkeur aan de laagste voedingsspanningswaarde. In de regel worden modems intern gevoed met spanningen van 3.3 en 5.0 V via secundaire voedingen. Het rendement van deze secundaire voedingen is hoger naarmate het verschil tussen de ingangs- en interne spanning van het modem kleiner is. Verhoogde efficiëntie betekent minder energieverbruik en warmteontwikkeling.

Grondeenheden daarentegen moeten stroom ondersteunen van een bron met relatief hoge spanning. Hierdoor is het gebruik van een voedingskabel met een kleine doorsnede mogelijk, wat het gewicht vermindert en de installatie vereenvoudigt. Als alle overige omstandigheden gelijk blijven, geef dan de voorkeur aan grondgebaseerde eenheden met PoE-ondersteuning (Power over Ethernet). In dit geval is slechts één ethernetkabel nodig om de grondeenheid met het controlestation te verbinden.

Afzonderlijk besturings-/telemetriekanaal

Een belangrijk kenmerk in gevallen waarin er geen ruimte meer is op de UAV om een ​​afzonderlijk commando-telemetriemodem te installeren. Als er ruimte is, kan een apart besturings-/telemetriekanaal van het breedbandmodem als back-up worden gebruikt. Let bij het kiezen van een modem met deze optie op het feit dat de modem het gewenste protocol voor communicatie met de UAV ondersteunt (MAVLink of eigen) en de mogelijkheid om controlekanaal-/telemetriegegevens te multiplexen naar een handige interface op het grondstation (GS ). De boordunit van een breedbandmodem is bijvoorbeeld verbonden met de stuurautomaat via een interface zoals RS232, UART of CAN, en de grondeenheid is via een Ethernet-interface verbonden met de besturingscomputer waarmee commando’s kunnen worden uitgewisseld. , telemetrie en video-informatie. In dit geval moet het modem de commando- en telemetriestroom tussen de RS232-, UART- of CAN-interfaces van de boordunit en de Ethernet-interface van de grondunit kunnen multiplexen.

Andere parameters waar u op moet letten

Beschikbaarheid van duplexmodus. Breedbandmodems voor UAV's ondersteunen simplex- of duplex-bedrijfsmodi. In de simplexmodus is gegevensoverdracht alleen toegestaan ​​in de richting van de UAV naar de NS, en in de duplexmodus - in beide richtingen. Simplexmodems hebben in de regel een ingebouwde videocodec en zijn ontworpen om te werken met videocamera's die geen videocodec hebben. Een simplexmodem is niet geschikt om verbinding te maken met een IP-camera of andere apparaten waarvoor een IP-verbinding nodig is. Integendeel, een duplexmodem is in de regel ontworpen om het ingebouwde IP-netwerk van de UAV te verbinden met het IP-netwerk van de NS, d.w.z. het ondersteunt IP-camera's en andere IP-apparaten, maar heeft mogelijk geen ingebouwde in videocodec, aangezien IP-videocamera's meestal over uw videocodec beschikken. Ondersteuning van Ethernet-interfaces is alleen mogelijk in full-duplexmodems.

Diversiteitsontvangst (RX-diversiteit). De aanwezigheid van deze mogelijkheid is verplicht om continue communicatie gedurende de gehele vliegafstand te garanderen. Wanneer ze zich over het aardoppervlak voortplanten, arriveren radiogolven in twee bundels op het ontvangstpunt: langs een direct pad en met reflectie vanaf het oppervlak. Als de optelling van golven van twee bundels in fase plaatsvindt, wordt het veld op het ontvangstpunt versterkt, en als het in tegenfase is, wordt het verzwakt. De verzwakking kan behoorlijk aanzienlijk zijn, tot aan het volledige verlies van communicatie. De aanwezigheid van twee antennes op de NS, gelegen op verschillende hoogtes, helpt dit probleem op te lossen, want als op de locatie van de ene antenne de bundels in tegenfase worden opgeteld, dan doen ze dat op de locatie van de andere antenne niet. Hierdoor bereik je over de gehele afstand een stabiele verbinding.
Ondersteunde netwerktopologieën. Het is raadzaam om een ​​modem te kiezen die niet alleen ondersteuning biedt voor point-to-point (PTP) topologie, maar ook voor point-to-multipoint (PMP) en relay (repeater) topologieën. Door het gebruik van relais via een extra UAV kunt u het dekkingsgebied van de hoofd-UAV aanzienlijk uitbreiden. Met PMP-ondersteuning kunt u tegelijkertijd informatie ontvangen van meerdere UAV's op één NS. Houd er ook rekening mee dat het ondersteunen van PMP en relay een toename van de modembandbreedte vereist in vergelijking met het geval van communicatie met een enkele UAV. Daarom wordt het aanbevolen om voor deze modi een modem te kiezen die een brede frequentieband ondersteunt (minimaal 15-20 MHz).

Beschikbaarheid van middelen om de immuniteit tegen lawaai te vergroten. Een nuttige optie, gezien de intense interferentieomgeving in gebieden waar UAV's worden gebruikt. Onder ruisimmuniteit wordt verstaan ​​het vermogen van een communicatiesysteem om zijn functie uit te voeren in aanwezigheid van interferentie van kunstmatige of natuurlijke oorsprong in het communicatiekanaal. Er zijn twee benaderingen om interferentie te bestrijden. Benadering 1: ontwerp de modemontvanger zo dat deze op betrouwbare wijze informatie kan ontvangen, zelfs als er sprake is van interferentie in de communicatiekanaalband, ten koste van enige reductie van de informatietransmissiesnelheid. Benadering 2: Onderdruk of verzwak de interferentie bij de ingang van de ontvanger. Voorbeelden van de implementatie van de eerste benadering zijn spectrumspreidingssystemen, namelijk: frequentiehopping (FH), pseudo-random sequence spread spectrum (DSSS) of een hybride van beide. FH-technologie is wijdverspreid geworden in UAV-besturingskanalen vanwege de lage vereiste gegevensoverdrachtsnelheid in een dergelijk communicatiekanaal. Voor een snelheid van 16 kbit/s in een 20 MHz-band kunnen bijvoorbeeld ongeveer 500 frequentieposities worden georganiseerd, wat een betrouwbare bescherming tegen smalbandige interferentie mogelijk maakt. Het gebruik van FH voor een breedbandcommunicatiekanaal is problematisch omdat de resulterende frequentieband te groot is. Om bijvoorbeeld 500 frequentieposities te verkrijgen bij het werken met een signaal met een bandbreedte van 4 MHz, heeft u 2 GHz vrije bandbreedte nodig! Te veel om waar te zijn. Het gebruik van DSSS voor een breedbandcommunicatiekanaal met UAV's is relevanter. Bij deze technologie wordt elk informatiebit gelijktijdig gedupliceerd op meerdere (of zelfs alle) frequenties in de signaalband en kan het, in geval van smalbandige interferentie, worden gescheiden van delen van het spectrum die niet door interferentie worden beïnvloed. Het gebruik van zowel DSSS als FH impliceert dat wanneer er interferentie in het kanaal optreedt, een verlaging van de datatransmissiesnelheid vereist zal zijn. Toch ligt het voor de hand dat het beter is om video van een UAV in een lagere resolutie te ontvangen dan helemaal niets. Benadering 2 maakt gebruik van het feit dat interferentie, in tegenstelling tot de interne ruis van de ontvanger, van buitenaf de radioverbinding binnendringt en, als bepaalde middelen in het modem aanwezig zijn, kan worden onderdrukt. Onderdrukking van interferentie is mogelijk als deze gelokaliseerd is in het spectrale, temporele of ruimtelijke domein. Zo is smalbandige interferentie gelokaliseerd in het spectrale gebied en kan met behulp van een speciaal filter uit het spectrum worden “weggesneden”. Op dezelfde manier wordt gepulseerde ruis gelokaliseerd in het tijdsdomein; om deze te onderdrukken wordt het getroffen gebied verwijderd uit het ingangssignaal van de ontvanger. Als de interferentie niet smalbandig of gepulseerd is, kan een ruimtelijke onderdrukker worden gebruikt om deze te onderdrukken interferentie komt de ontvangende antenne binnen vanuit een bron vanuit een bepaalde richting. Als de nul van het stralingspatroon van de ontvangende antenne in de richting van de interferentiebron staat, wordt de interferentie onderdrukt. Dergelijke systemen worden adaptieve bundelvormings- en bundelnulsystemen genoemd.

Radioprotocol gebruikt. Modemfabrikanten kunnen een standaard (WiFi, DVB-T) of eigen radioprotocol gebruiken. Deze parameter wordt zelden aangegeven in de specificaties. Het gebruik van DVB-T wordt indirect aangegeven door de ondersteunde frequentiebanden 2/4/6/7/8, soms 10 MHz en de vermelding in de tekst van de specificatie van COFDM (gecodeerde OFDM) technologie waarin OFDM in combinatie wordt gebruikt met geluidswerende codering. Terloops merken we op dat COFDM puur een reclameslogan is en geen voordelen heeft ten opzichte van OFDM, aangezien OFDM zonder ruisbestendige codering in de praktijk nooit wordt gebruikt. Maak COFDM en OFDM gelijk als u deze afkortingen ziet in de specificaties van de radiomodems.

Modems die een standaardprotocol gebruiken, zijn meestal gebouwd op basis van een gespecialiseerde chip (WiFi, DVB-T) die samenwerkt met een microprocessor. Het gebruik van een op maat gemaakte chip verlost de modemfabrikant van veel van de kopzorgen die gepaard gaan met het ontwerpen, modelleren, implementeren en testen van hun eigen radioprotocol. De microprocessor wordt gebruikt om het modem de benodigde functionaliteit te geven. Dergelijke modems hebben de volgende voordelen.

1. Lage prijs
2. Goede gewichts- en maatparameters.
3. Laag energieverbruik.

Er zijn ook nadelen.

1. Onvermogen om de kenmerken van de radio-interface te wijzigen door de firmware te wijzigen.
2. Lage leveringsstabiliteit op de lange termijn.
3. Beperkte mogelijkheden voor het bieden van gekwalificeerde technische ondersteuning bij het oplossen van niet-standaardproblemen.

De lage leveringsstabiliteit is te wijten aan het feit dat chipfabrikanten zich vooral richten op massamarkten (tv's, computers, enz.). Fabrikanten van modems voor UAV's hebben voor hen geen prioriteit en kunnen op geen enkele wijze invloed uitoefenen op de beslissing van de chipfabrikant om de productie stop te zetten zonder adequate vervanging door een ander product. Dit kenmerk wordt versterkt door de trend om radio-interfaces te verpakken in gespecialiseerde microschakelingen zoals “system on chip” (System on Chip - SoC), en daarom worden individuele radio-interfacechips geleidelijk uit de halfgeleidermarkt weggespoeld.

De beperkte mogelijkheden bij het bieden van technische ondersteuning zijn te wijten aan het feit dat de ontwikkelingsteams van modems gebaseerd op het standaard radioprotocol goed bemand zijn met specialisten, voornamelijk op het gebied van elektronica en microgolftechnologie. Het kan zijn dat daar helemaal geen specialisten op het gebied van radiocommunicatie aanwezig zijn, aangezien er voor hen geen problemen zijn om op te lossen. Daarom kunnen UAV-fabrikanten die op zoek zijn naar oplossingen voor niet-triviale radiocommunicatieproblemen teleurgesteld raken in de vorm van advies en technische ondersteuning.

Modems die een eigen radioprotocol gebruiken, zijn gebouwd op basis van universele analoge en digitale signaalverwerkingschips. De leveringsstabiliteit van dergelijke chips is zeer hoog. Toegegeven, de prijs is ook hoog. Dergelijke modems hebben de volgende voordelen.

1. Ruime mogelijkheden om het modem aan te passen aan de behoeften van de klant, inclusief het aanpassen van de radio-interface door de firmware te wijzigen.
2. Extra radio-interfacemogelijkheden die interessant zijn voor gebruik in UAV's en ontbreken in modems die zijn gebouwd op basis van standaard radioprotocollen.
3. Hoge leveringsstabiliteit, incl. op de lange termijn.
4. Hoog niveau van technische ondersteuning, inclusief het oplossen van niet-standaardproblemen.

Nadelen.

1. Hoge prijs
2. De parameters voor gewicht en afmetingen kunnen slechter zijn dan die van modems die gebruik maken van standaard radioprotocollen.
3. Verhoogd stroomverbruik van de digitale signaalverwerkingseenheid.

Technische gegevens van enkele modems voor UAV's

De tabel toont de technische parameters van enkele modems voor UAV's die op de markt verkrijgbaar zijn.

Merk op dat hoewel het 3D Link-modem het laagste zendvermogen heeft vergeleken met de Picoradio OEM- en J11-modems (25 dBm vs. 27-30 dBm), het 3D Link-stroombudget hoger is dan die modems vanwege de hoge ontvangergevoeligheid (met de dezelfde gegevensoverdrachtsnelheid voor de modems die worden vergeleken). Het communicatiebereik bij gebruik van 3D Link zal dus groter zijn met betere energie-stealth.

Tafel. Technische gegevens van enkele breedbandmodems voor UAV's en robotica

Parameter
3D-koppeling
Skyhopper PRO
Picoradio OEM (uitgevoerd op de module pDDL2450 van Microhard)
SOLO7
(zie ook SOLO7-ontvanger)
J11

Fabrikant, land
Geoscan, RF
Mobilicom, Israël
Airborne Innovations, Canada
DTC, VK
Redes, China

Communicatiebereik [km] 20−60
5
nvt*
nvt*
10-20

Snelheid [Mbit/s] 0.023−64.9
1.6-6
0.78-28
0.144-31.668
1.5-6

Vertraging gegevensoverdracht [ms] 1−20
25
nvt*
15-100
15-30

Afmetingen van de boordunit LxBxH [mm] 77x45x25
74h54h26
40x40x10 (zonder behuizing)
67h68h22
76h48h20

Gewicht boordapparaat [gram] 89
105
17.6 (zonder behuizing)
135
88

Informatie-interfaces
Ethernet, RS232, KAN, USB
Ethernet, RS232, USB (optioneel)
Ethernet, RS232/UART
HDMI, AV, RS232, USB
HDMI, Ethernet, UART

Voeding boordunit [Volt/Watt] 7−30/6.7
7−26/n.v.t.*
5-58/4.8
5.9−17.8/4.5−7
7-18/8

Voeding aardeenheid [Volt/Watt] 18−75 of PoE/7
7−26/n.v.t.*
5-58/4.8
6-16/8
7-18/5

Zendvermogen [dBm] 25
nvt*
27-30
20
30

Ontvangergevoeligheid [dBm] (voor snelheid [Mbit/s])
−122(0.023) −101(4.06) −95.1(12.18) −78.6(64.96)
−101(n.v.t.*)
−101(0.78) −96(3.00) −76(28.0)
−95(n.v.t.*) −104(n.v.t.*)
−97(1.5) −94(3.0) −90(6.0)

Modem energiebudget [dB] (voor snelheid [Mbit/sec])
147(0.023) 126(4.06) 120.1(12.18) 103.6(64.96)
nvt*
131(0.78) 126(3.00) 103(28.0)
nvt*
127 (1.5) 124 (3.0) 120 (6.0)

Ondersteunde frequentiebanden [MHz] 4−20
4.5; 8.5
2, 4; 8
0.625; 1.25; 2.5; 6; 7; 8
2, 4; 8

Simplex/duplex
tweezijdig
tweezijdig
tweezijdig
Eenvoudig
tweezijdig

Ondersteuning van diversiteit
ja
ja
ja
ja
ja

Apart kanaal voor bediening/telemetrie
ja
ja
ja
geen
ja

Ondersteunde UAV-besturingsprotocollen in het besturings-/telemetriekanaal
MAVLink, eigen
MAVLink, eigen
geen
geen
MAV-link

Ondersteuning voor multiplexing in het besturings-/telemetriekanaal
ja
ja
geen
geen
nvt*

Netwerktopologieën
PTP, PMP, relais
PTP, PMP, relais
PTP, PMP, relais
PTP
PTP, PMP, relais

Middelen om de immuniteit tegen ruis te vergroten
DSSS-, smalband- en pulsonderdrukkers
nvt*
nvt*
nvt*
nvt*

Radioprotocol
eigen
nvt*
nvt*
DVB-T
nvt*

* n.v.t. - geen gegevens.

Over de auteur

Alexander Smorodinov [[e-mail beveiligd]] is een toonaangevende specialist bij Geoscan LLC op het gebied van draadloze communicatie. Van 2011 tot heden heeft hij radioprotocollen en signaalverwerkingsalgoritmen ontwikkeld voor breedbandradiomodems voor verschillende doeleinden, en de ontwikkelde algoritmen geïmplementeerd op basis van programmeerbare logica-chips. De interessegebieden van de auteur omvatten de ontwikkeling van synchronisatie-algoritmen, schatting van kanaaleigenschappen, modulatie/demodulatie, ruisbestendige codering, evenals enkele MAC-algoritmen (Media Access Layer). Voordat hij bij Geoscan kwam, werkte de auteur bij verschillende organisaties, waar hij op maat gemaakte draadloze communicatieapparatuur ontwikkelde. Van 2002 tot 2007 werkte hij bij Proteus LLC als toonaangevend specialist in de ontwikkeling van communicatiesystemen op basis van de IEEE802.16 (WiMAX) standaard. Van 1999 tot 2002 was de auteur betrokken bij de ontwikkeling van ruisbestendige coderingsalgoritmen en het modelleren van radioverbindingsroutes bij het Federal State Unitary Enterprise Central Research Institute "Granit". De auteur behaalde in 1998 een diploma kandidaat-technische wetenschappen aan de St. Petersburg University of Aerospace Instrumentation en in 1995 een diploma radio-ingenieur aan dezelfde universiteit. Alexander is een huidig ​​lid van IEEE en de IEEE Communications Society.

Bron: www.habr.com