Výzva prenosu veľkého množstva údajov z bezpilotných lietadiel (UAV) alebo pozemnej robotiky nie je v moderných aplikáciách nezvyčajná. Tento článok popisuje výberové kritériá pre širokopásmové modemy a súvisiace problémy. Článok bol napísaný pre vývojárov UAV a robotiky.
Kritériá výberu
Hlavné kritériá pre výber širokopásmového modemu pre UAV alebo robotiku sú:
- Komunikačný rozsah.
- Maximálna rýchlosť prenosu dát.
- Oneskorenie prenosu dát.
- Parametre hmotnosti a rozmerov.
- Podporované informačné rozhrania.
- Požiadavky na výživu.
- Samostatný riadiaci/telemetrický kanál.
Komunikačný rozsah
Komunikačný dosah závisí nielen od modemu, ale aj od antén, anténnych káblov, podmienok šírenia rádiových vĺn, vonkajšieho rušenia a iných dôvodov. Aby bolo možné oddeliť parametre samotného modemu od ostatných parametrov, ktoré ovplyvňujú dosah komunikácie, zvážte rovnicu rozsahu [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Šírenie rádiových vĺn a prevádzka rádiových spojení. Pripojenie. Moskva. 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}},$$displej$$
kde
$inline$R$inline$ — požadovaný komunikačný dosah v metroch;
$inline$F$inline$ — frekvencia v Hz;
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — výkon vysielača modemu v dBm;
$inline$G_{TXdB}$inline$ — zisk antény vysielača v dB;
$inline$L_{TXdB}$inline$ — straty v kábli od modemu k anténe vysielača v dB;
$inline$G_{RXdB}$inline$ — zisk antény prijímača v dB;
$inline$L_{RXdB}$inline$ — straty v kábli od modemu k anténe prijímača v dB;
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — citlivosť prijímača modemu v dBm;
$inline$|V|_{dB}$inline$ je faktor útlmu, ktorý zohľadňuje dodatočné straty vplyvom zemského povrchu, vegetácie, atmosféry a ďalších faktorov v dB.
Z rovnice rozsahu je zrejmé, že dosah závisí len od dvoch parametrov modemu: výkon vysielača $inline$P_{TXdBm}$inline$ a citlivosť prijímača $inline$P_{RXdBm}$inline$, respektíve od ich rozdielu - energetický rozpočet modemu
$$display$$B_m=P_{TXdBm}-P_{RXdBm}.$$display$$
Zvyšné parametre v rovnici rozsahu popisujú podmienky šírenia signálu a parametre zariadení anténa-napájač, t.j. nema nic spolocne s modemom.
Takže, aby ste zvýšili komunikačný rozsah, musíte si vybrať modem s veľkou hodnotou $inline$B_m$inline$. Na druhej strane, $inline$B_m$inline$ možno zvýšiť zvýšením $inline$P_{TXdBm}$inline$ alebo znížením $inline$P_{RXdBm}$inline$. Vo väčšine prípadov vývojári UAV hľadajú modem s vysokým výkonom vysielača a málo dbajú na citlivosť prijímača, hoci musia urobiť presný opak. Výkonný palubný vysielač širokopásmového modemu spôsobuje nasledujúce problémy:
- vysoká spotreba energie;
- potreba chladenia;
- zhoršenie elektromagnetickej kompatibility (EMC) s inými palubnými zariadeniami UAV;
- nízkoenergetické tajomstvo.
Prvé dva problémy súvisia so skutočnosťou, že moderné metódy prenosu veľkého množstva informácií cez rádiový kanál, napríklad OFDM, vyžadujú lineárne vysielač. Účinnosť moderných lineárnych rádiových vysielačov je nízka: 10–30 %. 70-90% vzácnej energie zdroja UAV sa tak premení na teplo, ktoré je potrebné z modemu efektívne odviesť, inak zlyhá alebo jeho výstupný výkon klesne vplyvom prehriatia v tú najnevhodnejšiu chvíľu. Napríklad 2W vysielač odoberie zo zdroja 6–20 W, z čoho sa 4–18 W premení na teplo.
Utajenie energie rádiového spojenia je dôležité pre špeciálne a vojenské aplikácie. Nízke utajenie znamená, že signál modemu s pomerne vysokou pravdepodobnosťou deteguje prieskumný prijímač rušiacej stanice. V súlade s tým je pravdepodobnosť potlačenia rádiového spojenia s nízkou energiou utajenia tiež vysoká.
Citlivosť modemového prijímača charakterizuje jeho schopnosť extrahovať informácie z prijatých signálov s danou úrovňou kvality. Kritériá kvality sa môžu líšiť. Pre digitálne komunikačné systémy sa najčastejšie používa pravdepodobnosť bitovej chyby (bit error rate - BER) alebo pravdepodobnosť chyby v informačnom pakete (frame error rate - FER). Citlivosť je v skutočnosti úroveň samotného signálu, z ktorého je potrebné extrahovať informácie. Napríklad citlivosť −98 dBm s BER = 10−6 naznačuje, že informácie s takouto BER možno extrahovať zo signálu s úrovňou −98 dBm alebo vyššou, ale informácie s úrovňou povedzme −99 dBm už nebude extrahované zo signálu s úrovňou, povedzme, -1 dBm. Samozrejme, k poklesu kvality pri znižovaní úrovne signálu dochádza postupne, no treba mať na pamäti, že väčšina moderných modemov má tzv. prahový efekt, pri ktorom k zníženiu kvality pri poklese úrovne signálu pod citlivosť dochádza veľmi rýchlo. Stačí znížiť signál o 2-10 dB pod citlivosť, aby sa BER zvýšil na 1-XNUMX, čo znamená, že video z UAV už neuvidíte. Prahový efekt je priamym dôsledkom Shannonovej vety pre hlučný kanál, nedá sa odstrániť. K zničeniu informácie pri poklese úrovne signálu pod citlivosť dochádza vplyvom šumu, ktorý sa tvorí vo vnútri samotného prijímača. Vnútorný šum prijímača nie je možné úplne eliminovať, ale je možné znížiť jeho úroveň alebo sa naučiť efektívne extrahovať informácie zo zašumeného signálu. Výrobcovia modemov používajú oba tieto prístupy, pričom vylepšujú RF bloky prijímača a zlepšujú algoritmy digitálneho spracovania signálu. Zlepšenie citlivosti modemového prijímača nevedie k takému dramatickému zvýšeniu spotreby energie a odvodu tepla ako zvýšenie výkonu vysielača. Dochádza, samozrejme, k nárastu spotreby energie a tvorby tepla, ale je to dosť mierne.
Z hľadiska dosiahnutia požadovaného komunikačného dosahu sa odporúča nasledujúci algoritmus výberu modemu.
- Rozhodnite sa o rýchlosti prenosu dát.
- Vyberte modem s najlepšou citlivosťou pre požadovanú rýchlosť.
- Určte komunikačný dosah výpočtom alebo experimentom.
- Ak sa ukáže, že dosah komunikácie je menší, ako je potrebné, skúste použiť nasledujúce opatrenia (zoradené v poradí klesajúcej priority):
- znížiť straty v anténnych kábloch $inline$L_{TXdB}$inline$, $inline$L_{RXdB}$inline$ použitím kábla s nižším lineárnym útlmom pri pracovnej frekvencii a/alebo skrátením dĺžky káblov;
- zvýšiť zisk antény $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
- zvýšiť výkon vysielača modemu.
Hodnoty citlivosti závisia od rýchlosti prenosu dát podľa pravidla: vyššia rýchlosť - horšia citlivosť. Napríklad citlivosť -98 dBm pre 8 Mbps je lepšia ako citlivosť -95 dBm pre 12 Mbps. Modemy môžete porovnávať z hľadiska citlivosti len pre rovnakú rýchlosť prenosu dát.
Údaje o výkone vysielača sú takmer vždy dostupné v špecifikáciách modemu, ale údaje o citlivosti prijímača nie sú vždy dostupné alebo sú nedostatočné. Prinajmenšom je to dôvod na opatrnosť, pretože krásne čísla sotva má zmysel skrývať. Navyše nezverejňovaním údajov o citlivosti výrobca pripravuje spotrebiteľa o možnosť odhadnúť komunikačný dosah výpočtom. na nákup modemu.
Maximálna rýchlosť prenosu dát
Výber modemu na základe tohto parametra je pomerne jednoduchý, ak sú jasne definované požiadavky na rýchlosť. Ale existujú určité nuansy.
Ak riešený problém vyžaduje zabezpečenie maximálneho možného komunikačného dosahu a zároveň je možné vyčleniť dostatočne široké frekvenčné pásmo pre rádiové spojenie, potom je lepšie zvoliť modem, ktorý podporuje široké frekvenčné pásmo (šírku pásma). Faktom je, že požadovanú informačnú rýchlosť je možné dosiahnuť v relatívne úzkom frekvenčnom pásme použitím hustých typov modulácie (16QAM, 64QAM, 256QAM atď.), alebo v širokom frekvenčnom pásme využitím modulácie s nízkou hustotou (BPSK, QPSK ). Použitie modulácie s nízkou hustotou pre takéto úlohy je vhodnejšie kvôli vyššej odolnosti voči šumu. Preto je citlivosť prijímača lepšia, čím sa zvyšuje energetický rozpočet modemu a v dôsledku toho aj dosah komunikácie.
Výrobcovia UAV niekedy nastavujú informačnú rýchlosť rádiového spojenia oveľa vyššiu ako rýchlosť zdroja, doslova 2 alebo viackrát, pričom argumentujú, že zdroje, ako sú video kodeky, majú premenlivú bitovú rýchlosť a rýchlosť modemu by sa mala vyberať s ohľadom na maximálnu hodnotu. bitovej rýchlosti emisií. V tomto prípade sa komunikačný dosah prirodzene znižuje. Tento prístup by ste nemali používať, pokiaľ to nie je absolútne nevyhnutné. Väčšina moderných modemov má vo vysielači veľkú vyrovnávaciu pamäť, ktorá dokáže vyhladiť špičky bitovej rýchlosti bez straty paketov. Preto nie je potrebná rýchlostná rezerva viac ako 25 %. Ak existuje dôvod domnievať sa, že kapacita vyrovnávacej pamäte kupovaného modemu je nedostatočná a je potrebné výrazne zvýšiť rýchlosť, potom je lepšie odmietnuť nákup takéhoto modemu.
Oneskorenie prenosu dát
Pri vyhodnocovaní tohto parametra je dôležité oddeliť oneskorenie spojené s prenosom dát cez rádiové spojenie od oneskorenia vytvoreného kódovacím/dekódovacím zariadením zdroja informácií, akým je napríklad video kodek. Oneskorenie rádiového spojenia pozostáva z 3 hodnôt.
- Oneskorenie spôsobené spracovaním signálu vo vysielači a prijímači.
- Oneskorenie spôsobené šírením signálu z vysielača do prijímača.
- Oneskorenie spôsobené ukladaním údajov do vyrovnávacej pamäte vo vysielači v modemoch s časovým delením (TDD).
Latencia 1. typu sa podľa skúseností autora pohybuje od desiatok mikrosekúnd až po jednu milisekúndu. Oneskorenie typu 2 závisí od komunikačného dosahu, napríklad pri 100 km spoji je to 333 μs. Oneskorenie typu 3 závisí od dĺžky rámca TDD a od pomeru trvania prenosového cyklu k celkovému trvaniu rámca a môže sa meniť od 0 do trvania rámca, t.j. ide o náhodnú premennú. Ak je prenášaný informačný paket na vstupe vysielača, kým je modem vo vysielacom cykle, potom bude paket vysielaný vzduchom s nulovým oneskorením typu 3. Ak sa paket trochu oneskorí a cyklus príjmu sa už začal, potom bude oneskorený vo vyrovnávacej pamäti vysielača počas trvania cyklu príjmu. Typické dĺžky rámca TDD sa pohybujú od 2 do 20 ms, takže v najhoršom prípade oneskorenie typu 3 nepresiahne 20 ms. Celkové oneskorenie rádiového spojenia bude teda v rozsahu 3–21 ms.
Najlepším spôsobom, ako zistiť oneskorenie rádiového spojenia, je úplný experiment využívajúci pomocné programy na vyhodnotenie sieťových charakteristík. Meranie oneskorenia pomocou metódy požiadavka-odpoveď sa neodporúča, pretože oneskorenie v smere dopredu a dozadu nemusí byť rovnaké pre modemy TDD.
Parametre hmotnosti a rozmerov
Výber palubnej modemovej jednotky podľa tohto kritéria nevyžaduje žiadne špeciálne komentáre: čím menšia a ľahšia, tým lepšia. Netreba zabúdať ani na nutnosť chladenia palubnej jednotky, môžu byť potrebné prídavné radiátory a tým sa môže zvýšiť aj hmotnosť a rozmery. Tu by sa mali uprednostňovať ľahké, malé jednotky s nízkou spotrebou energie.
Pre pozemnú jednotku nie sú hmotnostné a rozmerové parametre také kritické. Do popredia sa dostáva jednoduchosť použitia a inštalácie. Pozemná jednotka by mala byť zariadenie spoľahlivo chránené pred vonkajšími vplyvmi s pohodlným montážnym systémom na stožiar alebo statív. Dobrou možnosťou je, keď je pozemná jednotka integrovaná v rovnakom kryte s anténou. V ideálnom prípade by mala byť pozemná jednotka pripojená k riadiacemu systému cez jeden pohodlný konektor. To vám ušetrí silné slová, keď potrebujete vykonať nasadzovacie práce pri teplote -20 stupňov.
Požiadavky na stravu
Palubné jednotky sa spravidla vyrábajú s podporou širokého rozsahu napájacích napätí, napríklad 7-30 V, čo pokrýva väčšinu možností napätia v napájacej sieti UAV. Ak máte možnosť vybrať si z viacerých napájacích napätí, tak uprednostnite najnižšiu hodnotu napájacieho napätia. Modemy sú spravidla interne napájané z napätí 3.3 a 5.0 V cez sekundárne napájacie zdroje. Účinnosť týchto sekundárnych zdrojov je tým vyššia, čím menší je rozdiel medzi vstupným a vnútorným napätím modemu. Zvýšená účinnosť znamená zníženú spotrebu energie a tvorbu tepla.
Pozemné jednotky na druhej strane musia podporovať napájanie z relatívne vysokého napätia. To umožňuje použitie napájacieho kábla s malým prierezom, ktorý znižuje hmotnosť a zjednodušuje inštaláciu. Ak sú všetky ostatné veci rovnaké, uprednostnite pozemné jednotky s podporou PoE (Power over Ethernet). V tomto prípade je na pripojenie pozemnej jednotky k riadiacej stanici potrebný iba jeden ethernetový kábel.
Samostatný riadiaci/telemetrický kanál
Dôležitá funkcia v prípadoch, keď na UAV nezostáva miesto na inštaláciu samostatného príkazovo-telemetrického modemu. Ak je priestor, potom je možné ako zálohu použiť samostatný riadiaci/telemetrický kanál širokopásmového modemu. Pri výbere modemu s touto možnosťou venujte pozornosť skutočnosti, že modem podporuje požadovaný protokol pre komunikáciu s UAV (MAVLink alebo proprietárny) a schopnosť multiplexovať riadiace kanály/telemetrické údaje do pohodlného rozhrania na pozemnej stanici (GS ). Palubná jednotka širokopásmového modemu je napríklad pripojená k autopilotovi cez rozhranie ako RS232, UART alebo CAN a pozemná jednotka je pripojená k riadiacemu počítaču cez ethernetové rozhranie, cez ktoré je potrebné vymieňať príkazy. , telemetrické a video informácie. V tomto prípade musí byť modem schopný multiplexovať príkazový a telemetrický tok medzi rozhraniami RS232, UART alebo CAN palubnej jednotky a ethernetovým rozhraním pozemnej jednotky.
Ďalšie parametre, ktorým treba venovať pozornosť
Dostupnosť duplexného režimu. Širokopásmové modemy pre UAV podporujú jednoduché alebo duplexné prevádzkové režimy. V simplexnom režime je prenos údajov povolený iba v smere z UAV do NS av duplexnom režime - v oboch smeroch. Simplexné modemy majú spravidla zabudovaný video kodek a sú navrhnuté na prácu s videokamerami, ktoré nemajú video kodek. Simplexný modem nie je vhodný na pripojenie k IP kamere alebo iným zariadeniam, ktoré vyžadujú IP pripojenie. Naopak, duplexný modem je spravidla určený na prepojenie palubnej IP siete UAV s IP sieťou NS, t.j. podporuje IP kamery a iné IP zariadenia, ale nemusí mať zabudovaný vo video kodeku, keďže IP videokamery majú zvyčajne váš video kodek. Podpora rozhrania Ethernet je možná len v duplexných modemoch.
Diverzitný príjem (RX diverzita). Prítomnosť tejto schopnosti je povinná na zabezpečenie nepretržitej komunikácie počas celej letovej vzdialenosti. Pri šírení po povrchu Zeme sa rádiové vlny dostávajú do prijímacieho bodu v dvoch lúčoch: po priamej dráhe a s odrazom od povrchu. Ak dôjde k sčítaniu vĺn dvoch lúčov vo fáze, potom sa pole v prijímacom bode zosilní, a ak v protifáze, je oslabené. Oslabenie môže byť dosť výrazné – až po úplnú stratu komunikácie. Prítomnosť dvoch antén na NS, umiestnených v rôznych výškach, pomáha vyriešiť tento problém, pretože ak sa na mieste jednej antény lúče pridávajú v protifáze, tak na mieste druhej nie. V dôsledku toho môžete dosiahnuť stabilné spojenie po celej vzdialenosti.
Podporované topológie siete. Je vhodné zvoliť modem, ktorý poskytuje podporu nielen pre topológiu point-to-point (PTP), ale aj pre topológie point-to-multipoint (PMP) a relé (repeater). Použitie relé prostredníctvom ďalšieho UAV vám umožňuje výrazne rozšíriť oblasť pokrytia hlavného UAV. Podpora PMP vám umožní prijímať informácie súčasne z niekoľkých UAV na jednom NS. Upozorňujeme tiež, že podpora PMP a relé bude vyžadovať zvýšenie šírky pásma modemu v porovnaní s prípadom komunikácie s jedným UAV. Preto sa pre tieto režimy odporúča zvoliť modem, ktorý podporuje široké frekvenčné pásmo (aspoň 15-20 MHz).
Dostupnosť prostriedkov na zvýšenie odolnosti proti hluku. Užitočná možnosť vzhľadom na intenzívne rušivé prostredie v oblastiach, kde sa používajú UAV. Odolnosť voči rušeniu sa chápe ako schopnosť komunikačného systému vykonávať svoju funkciu v prítomnosti rušenia umelého alebo prirodzeného pôvodu v komunikačnom kanáli. Existujú dva spôsoby boja proti rušeniu. Prístup 1: navrhnúť modemový prijímač tak, aby mohol spoľahlivo prijímať informácie aj v prípade rušenia v pásme komunikačného kanála, za cenu určitého zníženia rýchlosti prenosu informácií. Prístup 2: Potlačiť alebo zoslabiť rušenie na vstupe prijímača. Príkladmi implementácie prvého prístupu sú systémy s rozprestretím spektra, a to: frekvenčné preskakovanie (FH), rozprestreté spektrum pseudonáhodnej sekvencie (DSSS) alebo hybrid oboch. Technológia FH sa rozšírila v riadiacich kanáloch UAV kvôli nízkej požadovanej rýchlosti prenosu dát v takomto komunikačnom kanáli. Napríklad pre rýchlosť 16 kbit/s v pásme 20 MHz možno zorganizovať asi 500 frekvenčných pozícií, čo umožňuje spoľahlivú ochranu pred úzkopásmovým rušením. Použitie FH pre širokopásmový komunikačný kanál je problematické, pretože výsledné frekvenčné pásmo je príliš veľké. Napríklad na získanie 500 frekvenčných pozícií pri práci so signálom so šírkou pásma 4 MHz budete potrebovať 2 GHz voľnej šírky pásma! Príliš veľa na to, aby to bolo skutočné. Použitie DSSS pre širokopásmový komunikačný kanál s UAV je relevantnejšie. V tejto technológii je každý informačný bit duplikovaný súčasne na niekoľkých (alebo dokonca všetkých) frekvenciách v signálovom pásme a v prítomnosti úzkopásmového rušenia môže byť oddelený od častí spektra, ktoré nie sú ovplyvnené rušením. Použitie DSSS, ako aj FH, znamená, že keď sa v kanáli objaví rušenie, bude potrebné znížiť rýchlosť prenosu dát. Napriek tomu je zrejmé, že je lepšie prijímať video z UAV v nižšom rozlíšení ako vôbec nič. Prístup 2 využíva skutočnosť, že rušenie, na rozdiel od vnútorného šumu prijímača, vstupuje do rádiového spojenia zvonka a ak sú v modeme prítomné určité prostriedky, je možné ho potlačiť. Potlačenie interferencie je možné, ak je lokalizované v spektrálnej, časovej alebo priestorovej doméne. Napríklad úzkopásmové rušenie je lokalizované v spektrálnej oblasti a môže byť „vyrezané“ zo spektra pomocou špeciálneho filtra. Podobne je pulzný šum lokalizovaný v časovej oblasti, na jeho potlačenie je zo vstupného signálu prijímača odstránená postihnutá oblasť. Ak rušenie nie je úzkopásmové alebo pulzné, možno na jeho potlačenie použiť priestorový tlmič, od r rušenie vstupuje do prijímacej antény zo zdroja z určitého smeru. Ak je nula vyžarovacieho diagramu prijímacej antény umiestnená v smere zdroja rušenia, rušenie sa potlačí. Takéto systémy sa nazývajú adaptívne systémy tvarovania lúčov a nulovania lúčov.
Použitý rádiový protokol. Výrobcovia modemov môžu použiť štandardný (WiFi, DVB-T) alebo proprietárny rádiový protokol. Tento parameter je v špecifikáciách uvedený len zriedka. Na využitie DVB-T nepriamo poukazujú podporované frekvenčné pásma 2/4/6/7/8, niekedy 10 MHz a zmienka v texte špecifikácie technológie COFDM (coded OFDM), v ktorej sa OFDM používa v spojení s kódovaním odolným proti hluku. Na okraj poznamenávame, že COFDM je čisto reklamný slogan a nemá žiadne výhody oproti OFDM, keďže OFDM bez kódovania odolného voči hluku sa v praxi nikdy nepoužíva. Vyrovnajte COFDM a OFDM, keď uvidíte tieto skratky v špecifikáciách rádiového modemu.
Modemy využívajúce štandardný protokol sú zvyčajne postavené na báze špecializovaného čipu (WiFi, DVB-T) pracujúceho v spojení s mikroprocesorom. Použitie vlastného čipu zbaví výrobcu modemu mnohých starostí spojených s navrhovaním, modelovaním, implementáciou a testovaním vlastného rádiového protokolu. Mikroprocesor sa používa na poskytnutie potrebnej funkčnosti modemu. Takéto modemy majú nasledujúce výhody.
- Nízka cena.
- Dobré parametre hmotnosti a veľkosti.
- Nízka spotreba energie.
Existujú aj nevýhody.
- Nemožnosť zmeniť charakteristiky rádiového rozhrania zmenou firmvéru.
- Nízka stabilita dodávok z dlhodobého hľadiska.
- Obmedzené možnosti poskytovania kvalifikovanej technickej podpory pri riešení neštandardných problémov.
Nízka stabilita dodávok je spôsobená tým, že výrobcovia čipov sa orientujú predovšetkým na masové trhy (televízory, počítače a pod.). Výrobcovia modemov pre UAV nie sú pre nich prioritou a nemôžu žiadnym spôsobom ovplyvniť rozhodnutie výrobcu čipu prerušiť výrobu bez adekvátnej náhrady za iný produkt. Táto vlastnosť je posilnená trendom balenia rádiových rozhraní do špecializovaných mikroobvodov, ako je „systém na čipe“ (System on Chip - SoC), a preto sú jednotlivé čipy rádiových rozhraní postupne vymývané z trhu polovodičov.
Obmedzené možnosti poskytovania technickej podpory sú spôsobené tým, že vývojové tímy modemov založených na štandardnom rádiovom protokole sú dobre obsadené odborníkmi, predovšetkým v oblasti elektroniky a mikrovlnnej techniky. Nemusia tam byť vôbec žiadni špecialisti na rádiovú komunikáciu, pretože pre nich neexistujú žiadne problémy, ktoré by museli riešiť. Preto výrobcovia UAV, ktorí hľadajú riešenia netriviálnych problémov s rádiovou komunikáciou, môžu byť sklamaní z hľadiska konzultácií a technickej pomoci.
Modemy využívajúce proprietárny rádiový protokol sú postavené na báze univerzálnych analógových a digitálnych čipov na spracovanie signálu. Stabilita dodávky takýchto čipov je veľmi vysoká. Je pravda, že cena je tiež vysoká. Takéto modemy majú nasledujúce výhody.
- Široké možnosti prispôsobenia modemu potrebám zákazníka, vrátane prispôsobenia rádiového rozhrania zmenou firmvéru.
- Ďalšie možnosti rádiového rozhrania, ktoré sú zaujímavé pre použitie v UAV a chýbajú v modemoch postavených na základe štandardných rádiových protokolov.
- Vysoká stabilita dodávok vr. z dlhodobého hľadiska.
- Vysoká úroveň technickej podpory vrátane riešenia neštandardných problémov.
Nevýhody.
- Vysoká cena
- Parametre hmotnosti a veľkosti môžu byť horšie ako parametre modemov používajúcich štandardné rádiové protokoly.
- Zvýšená spotreba energie jednotky na spracovanie digitálneho signálu.
Technické údaje niektorých modemov pre UAV
V tabuľke sú uvedené technické parametre niektorých modemov pre UAV dostupných na trhu.
Všimnite si, že hoci má modem 3D Link najnižší vysielací výkon v porovnaní s modemami Picoradio OEM a J11 (25 dBm oproti 27–30 dBm), energetický rozpočet 3D Link je vyšší ako u týchto modemov z dôvodu vysokej citlivosti prijímača (s rovnaká rýchlosť prenosu dát pre porovnávané modemy). Komunikačný dosah pri použití 3D Link bude teda väčší s lepšou energetickou stealth.
Tabuľka. Technické údaje niektorých širokopásmových modemov pre UAV a robotiku
Parameter
(vykonávané na module od Microhard)
(pozri tiež )
Výrobca, krajina
Geoscan, RF
Mobilicom, Izrael
Airborne Innovations, Kanada
DTC, Spojené kráľovstvo
Redess, Čína
Komunikačný dosah [km]
20 60,
5
n/a*
n/a*
10 20,
Rýchlosť [Mbps]
0.023 64.9,
1.6 6,
0.78 28,
0.144 31.668,
1.5 6,
Oneskorenie prenosu dát [ms]
1 20,
25
n/a*
15 100,
15 30,
Rozmery palubnej jednotky DxŠxV [mm]
77h45h25
74h54h26
40x40x10 (bez krytu)
67h68h22
76h48h20
Hmotnosť palubnej jednotky [gram]
89
105
17.6 (bez bývania)
135
88
Informačné rozhrania
Ethernet, RS232, CAN, USB
Ethernet, RS232, USB (voliteľné)
Ethernet, RS232/UART
HDMI, AV, RS232, USB
HDMI, Ethernet, UART
Napájanie palubnej jednotky [Volt/Watt]
7-30/6.7
7-26/n/a*
5-58/4.8
5.9-17.8/4.5-7
7-18/8
Výkon základnej jednotky [Volt/Watt]
18−75 alebo PoE/7
7-26/n/a*
5-58/4.8
6-16/8
7-18/5
Výkon vysielača [dBm]
25
n/a*
27 30,
20
30
Citlivosť prijímača [dBm] (pre rýchlosť [Mbit/s])
−122(0.023) −101(4.06) −95.1(12.18) −78.6(64.96)
−101 (nie je k dispozícii*)
−101(0.78) −96(3.00) −76(28.0)
−95(n/a*) −104(n/a*)
−97(1.5) −94(3.0) −90(6.0)
Energetický rozpočet modemu [dB] (pre rýchlosť [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)
Podporované frekvenčné pásma [MHz]
4 20,
4.5; 8.5
2, 4; 8
0.625; 1.25; 2.5; 6; 7; 8
2, 4; 8
Simplex/duplex
Duplex
Duplex
Duplex
Simplex
Duplex
Podpora diverzity
áno
áno
áno
áno
áno
Samostatný kanál pre ovládanie/telemetriu
áno
áno
áno
nie
áno
Podporované riadiace protokoly UAV v riadiacom/telemetrickom kanáli
MAVLink, vlastný
MAVLink, vlastný
nie
nie
Odkaz MAV
Podpora multiplexovania v riadiacom/telemetrickom kanáli
áno
áno
nie
nie
n/a*
Sieťové topológie
PTP, PMP, relé
PTP, PMP, relé
PTP, PMP, relé
PTP
PTP, PMP, relé
Prostriedky na zvýšenie odolnosti proti hluku
DSSS, úzkopásmové a pulzné supresory
n/a*
n/a*
n/a*
n/a*
Rádiový protokol
vlastnícky
n/a*
n/a*
DVB-T
n/a*
* n/a – žiadne údaje.
O autorovi
Alexander Smorodinov [[chránené e-mailom]] je popredným špecialistom spoločnosti Geoscan LLC v oblasti bezdrôtovej komunikácie. Od roku 2011 do súčasnosti vyvíja rádiové protokoly a algoritmy spracovania signálov pre širokopásmové rádiové modemy na rôzne účely, ako aj implementuje vyvinuté algoritmy založené na programovateľných logických čipoch. Medzi oblasti záujmu autora patrí vývoj synchronizačných algoritmov, odhad vlastností kanálov, modulácia/demodulácia, kódovanie odolné voči šumu, ako aj niektoré algoritmy vrstvy prístupu k médiám (MAC). Pred nástupom do Geoscan pracoval autor v rôznych organizáciách, vyvíjajúcich vlastné bezdrôtové komunikačné zariadenia. V rokoch 2002 až 2007 pôsobil v spoločnosti Proteus LLC ako popredný špecialista na vývoj komunikačných systémov založených na štandarde IEEE802.16 (WiMAX). V rokoch 1999 až 2002 sa autor podieľal na vývoji kódovacích algoritmov odolných voči šumu a modelovaniu trás rádiového spojenia v Centrálnom výskumnom ústave federálneho štátneho podniku "Granit". Autor získal titul Kandidát technických vied na Petrohradskej univerzite leteckých prístrojov v roku 1998 a na tej istej univerzite v roku 1995 získal titul Rádioinžinierstvo. Alexander je súčasným členom IEEE a IEEE Communications Society.
Zdroj: hab.com