بغیر پائلٹ کے فضائی گاڑی (UAV) کے ساتھ مواصلاتی حد کو بڑھانے کا کام متعلقہ رہتا ہے۔ یہ مضمون اس پیرامیٹر کو بہتر بنانے کے طریقوں پر بحث کرتا ہے۔ یہ مضمون UAV ڈویلپرز اور آپریٹرز کے لیے لکھا گیا تھا اور UAVs کے ساتھ مواصلت کے بارے میں مضامین کی ایک سیریز کا تسلسل ہے (سلسلہ کے آغاز کے لیے، دیکھیں .
مواصلات کی حد کو کیا متاثر کرتا ہے۔
مواصلات کی حد استعمال شدہ موڈیم، اینٹینا، اینٹینا کیبلز، ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کے حالات، بیرونی مداخلت اور کچھ دیگر وجوہات پر منحصر ہے۔ کمیونیکیشن رینج پر کسی خاص پیرامیٹر کے اثر کی ڈگری کا تعین کرنے کے لیے، رینج کی مساوات پر غور کریں۔
(1)
جہاں
- ضروری مواصلاتی حد [میٹر]؛
- خلا میں روشنی کی رفتار [m/sec]؛
فریکوئنسی [Hz]؛
- موڈیم ٹرانسمیٹر پاور [dBm]؛
- ٹرانسمیٹر اینٹینا گین [dBi]؛
- موڈیم سے ٹرانسمیٹر اینٹینا تک کیبل میں نقصانات [dB]؛
- رسیور اینٹینا حاصل [dBi]؛
- موڈیم سے ریسیور اینٹینا تک کیبل میں نقصانات [dB]؛
- موڈیم ریسیور کی حساسیت [dBm]؛
- کشیدہ کاری ضرب، زمین کی سطح، پودوں، ماحول اور دیگر عوامل کے اثر و رسوخ کی وجہ سے اضافی نقصانات کو مدنظر رکھتے ہوئے [dB]۔
مساوات سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ رینج کا تعین اس سے ہوتا ہے:
- استعمال شدہ موڈیم؛
- ریڈیو چینل کی فریکوئنسی؛
- استعمال شدہ اینٹینا؛
- کیبلز میں نقصان؛
- زمین کی سطح، پودوں، ماحول، عمارتوں وغیرہ سے ریڈیو لہروں کے پھیلاؤ پر اثر
اگلا، حد کو متاثر کرنے والے پیرامیٹرز کو الگ سے سمجھا جاتا ہے۔
موڈیم استعمال کیا گیا۔
مواصلات کی حد صرف موڈیم کے دو پیرامیٹرز پر منحصر ہے: ٹرانسمیٹر پاور اور وصول کنندہ کی حساسیت ، یا بلکہ، ان کے فرق سے - موڈیم کا توانائی بجٹ
(2)
مواصلات کی حد کو بڑھانے کے لئے، یہ ایک بڑی قیمت کے ساتھ ایک موڈیم کا انتخاب کرنا ضروری ہے . اضافہ اس کے نتیجے میں، یہ اضافہ کرکے ممکن ہے یا کم کر کے . اعلی حساسیت کے ساتھ موڈیم تلاش کرنے کو ترجیح دی جانی چاہئے ( ٹرانسمیٹر کی طاقت کو بڑھانے کے بجائے جتنا کم ہو سکے) . اس مسئلے پر پہلے مضمون میں تفصیل سے بات کی گئی ہے۔ .
مواد کے علاوہ یہ ذہن میں رکھنے کے قابل ہے کہ کچھ مینوفیکچررز، جیسے مائکرو ہارڈ ، کچھ آلات کی تصریحات میں اوسط نہیں بلکہ ٹرانسمیٹر کی چوٹی کی طاقت کی نشاندہی کریں، جو اوسط سے کئی گنا زیادہ ہے اور جسے رینج کا حساب لگانے کے لیے استعمال نہیں کیا جا سکتا، کیونکہ اس سے حساب کی گئی حد درست سے بہت زیادہ ہو جائے گی۔ قدر. اس طرح کے آلات میں شامل ہیں، مثال کے طور پر، مقبول pDDL2450 ماڈیول [,] یہ حقیقت براہ راست FCC سرٹیفیکیشن حاصل کرنے کے لیے کی گئی اس آلے کی جانچ کے نتائج سے ہوتی ہے۔ (صفحہ 58 دیکھیں)۔ FCC سے تصدیق شدہ وائرلیس آلات کے ٹیسٹ کے نتائج FCC ID ویب سائٹ پر دیکھے جا سکتے ہیں۔ تلاش بار میں مناسب FCC ID درج کرکے، جو آلہ کی قسم کی نشاندہی کرنے والے لیبل پر ہونی چاہیے۔ pDDL2450 ماڈیول کی FCC ID NS916pDDL2450 ہے۔
ریڈیو چینل کی فریکوئنسی
رینج کی مساوات سے یہ واضح طور پر مندرجہ ذیل ہے کہ کم آپریٹنگ فریکوئنسی ، مواصلات کی حد جتنی زیادہ ہوگی۔ . لیکن آئیے کسی نتیجے پر پہنچنے میں جلدی نہ کریں۔ حقیقت یہ ہے کہ مساوات میں شامل دیگر پیرامیٹرز بھی تعدد پر منحصر ہیں۔ مثال کے طور پر، اینٹینا حاصل کرتا ہے и اس معاملے میں تعدد پر منحصر ہوگا جب اینٹینا کے زیادہ سے زیادہ طول و عرض طے شدہ، جو عملی طور پر ہوتا ہے۔ اینٹینا حاصل کرنا ، جس کا اظہار بغیر جہت کی اکائیوں (اوقات) میں کیا جاتا ہے، اینٹینا کے جسمانی رقبے کے لحاظ سے ظاہر کیا جا سکتا ہے مندرجہ ذیل کے طور پر
(3)
جہاں - اینٹینا یپرچر کی کارکردگی، یعنی اینٹینا کے مؤثر علاقے کا جسمانی سے تناسب (اینٹینا ڈیزائن پر منحصر ہے) .
میں سے یہ فوری طور پر واضح ہے کہ ایک فکسڈ اینٹینا ایریا کے لیے، فائن فریکوئنسی کے مربع کے تناسب سے بڑھتا ہے۔ آئیے متبادل کرتے ہیں۔ в ، پہلے سے دوبارہ لکھا گیا تھا۔ اینٹینا حاصل کرنے کے لیے بغیر ڈائمینشن لیس یونٹس کا استعمال , ، کیبل کے نقصانات , اور تناؤ کا عنصر ، اور اس کے لیے واٹس کا استعمال بھی и dBm کے بجائے۔ پھر
(4)
گتانک کہاں ہے؟ مقررہ اینٹینا کے طول و عرض کے لیے ایک مستقل ہے۔ اس طرح، اس صورت حال میں، مواصلات کی حد براہ راست تعدد کے متناسب ہے، یعنی، فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، حد اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ دکھائیں. انٹینا کے مقررہ طول و عرض کے ساتھ، ریڈیو لنک کی فریکوئنسی میں اضافہ انٹینا کی دشاتمک خصوصیات کو بہتر بنا کر کمیونیکیشن رینج میں اضافہ کا باعث بنتا ہے۔ تاہم، یہ ذہن میں رکھنا ضروری ہے کہ جیسے جیسے فریکوئنسی بڑھتی ہے، اسی طرح گیسوں، بارش، اولے، برف، دھند اور بادلوں کی وجہ سے فضا میں ریڈیو لہروں کی تنزلی بھی ہوتی ہے۔ . مزید برآں، راستے کی لمبائی میں اضافے کے ساتھ، فضا میں کشندگی بھی بڑھ جاتی ہے۔ اس وجہ سے، ہر راستے کی لمبائی اور اس پر اوسط موسمی حالات کے لیے، کیریئر فریکوئنسی کی ایک خاص زیادہ سے زیادہ قدر ہوتی ہے، جو کہ فضا میں سگنل کی کشندگی کی قابل اجازت سطح سے محدود ہوتی ہے۔ آئیے ہم اس سوال کا حتمی حل چھوڑتے ہیں کہ ریڈیو چینل کی فریکوئنسی کے کمیونیکیشن رینج پر اثر انداز ہونے کے اس حصے پر جہاں ریڈیو لہروں کے پھیلاؤ پر زمین کی سطح اور ماحول کے اثر و رسوخ پر غور کیا جائے گا۔
اینٹینا
کمیونیکیشن رینج کا تعین ایسے اینٹینا پیرامیٹر سے کیا جاتا ہے جیسا کہ گین (انگریزی اصطلاحات میں حاصل)، dBi میں ماپا جاتا ہے۔ گین ایک اہم جامع پیرامیٹر ہے کیونکہ اس میں غور کیا جاتا ہے: (1) ایک آئسوٹروپک ریڈی ایٹر کے مقابلے میں ٹرانسمیٹر کی توانائی کو رسیور کی طرف مرکوز کرنے کے لیے اینٹینا کی صلاحیت (اس لیے dBi میں انڈیکس i)؛ (2) اینٹینا میں ہی نقصانات,] کمیونیکیشن رینج کو بڑھانے کے لیے، آپ کو ان انٹیناوں میں سے زیادہ سے زیادہ ممکنہ فائدہ کے ساتھ انٹینا کا انتخاب کرنا چاہیے جو وزن اور سائز کے پیرامیٹرز اور گائیڈنس سسٹم کی صلاحیتوں کے لحاظ سے موزوں ہوں۔ انٹینا کی توانائی کو فوکس کرنے کی صلاحیت مفت میں نہیں دی جاتی بلکہ صرف اینٹینا کے طول و عرض (اپرچر) کو بڑھا کر دی جاتی ہے۔ مثال کے طور پر، وصول کرنے والا اینٹینا جتنا بڑا ہوگا، اتنا ہی بڑا رقبہ وصول کرنے والے ان پٹ کو فراہم کرنے کے لیے توانائی جمع کرنے کے قابل ہوگا، اور جتنی زیادہ توانائی ہوگی، موصول ہونے والا سگنل اتنا ہی مضبوط ہوگا، یعنی کمیونیکیشن رینج میں اضافہ ہوگا۔ اس طرح، آپ کو پہلے انٹینا کے زیادہ سے زیادہ طول و عرض کا فیصلہ کرنا چاہیے جو مسئلہ حل ہونے کے لیے کافی ہیں اور اس پیرامیٹر کے ذریعے تلاش کے علاقے کو محدود کریں، اور پھر زیادہ سے زیادہ فائدہ پر توجہ مرکوز کرتے ہوئے ایک مخصوص اینٹینا ماڈل تلاش کریں۔ مشق کے لیے دوسرا اہم اینٹینا پیرامیٹر بیم کی چوڑائی ہے [,]، کونیی ڈگری میں ماپا جاتا ہے۔ عام طور پر، شہتیر کی چوڑائی کو اینٹینا کے مرکز سے دو مقامی سمتوں کے درمیان زاویہ کے طور پر بیان کیا جاتا ہے جس پر اینٹینا کا فائدہ اس اینٹینا کے لیے زیادہ سے زیادہ سے 3 dB تک کم ہوتا ہے۔ ایزیمتھ اور بلندی میں پیٹرن کی چوڑائی بہت مختلف ہوسکتی ہے۔ یہ پیرامیٹر قاعدہ کے مطابق اینٹینا کے طول و عرض سے قریبی تعلق رکھتا ہے: بڑے طول و عرض - چھوٹی بیم کی چوڑائی۔ یہ پیرامیٹر براہ راست رینج کی مساوات میں شامل نہیں ہے، لیکن یہ پیرامیٹر ہے جو UAV پر گراؤنڈ اسٹیشن (GS) اینٹینا گائیڈنس سسٹم کے تقاضوں کا تعین کرتا ہے، کیونکہ GS، ایک اصول کے طور پر، انتہائی دشاتمک اینٹینا استعمال کرتا ہے، کم از کم ایسے معاملات جہاں UAV کے ساتھ حد زیادہ سے زیادہ مواصلت ہوتی ہے ترجیح ہے۔ درحقیقت، جب تک NS ٹریکنگ سسٹم پیٹرن کی نصف چوڑائی یا اس سے کم کے برابر UAV پر اینٹینا کی طرف اشارہ کرنے کی کونیی درستگی کو یقینی بناتا ہے، موصولہ/اخراج سگنل کی سطح زیادہ سے زیادہ سے 3 dB سے نیچے نہیں آئے گی۔ کسی بھی حالت میں منتخب اینٹینا کی نصف شہتیر کی چوڑائی ایزیمتھ یا بلندی میں NS اینٹینا پوائنٹنگ سسٹم کی کونیی غلطی سے کم نہیں ہونی چاہئے۔
کیبلز
کمیونیکیشن رینج کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے، آپ کو سب سے کم ممکنہ لکیری کشندگی (کیبل اٹینیویشن یا کیبل کا نقصان) کے ساتھ کیبلز استعمال کرنے کی ضرورت ہے۔ کام کرنا NS-UAV ریڈیو لنک کی فریکوئنسی۔ کیبل میں لکیری کشندگی کو 1 میٹر کیبل سیگمنٹ (میٹرک سسٹم میں) کے آؤٹ پٹ پر سگنل کے تناسب کے طور پر بیان کیا جاتا ہے جس کا اظہار dB میں کیبل سیگمنٹ کے ان پٹ پر سگنل سے ہوتا ہے۔ کیبل کے نقصانات رینج مساوات میں شامل ہے۔ ، کیبل کی لمبائی سے لکیری کشندگی کو ضرب دے کر طے کیا جاتا ہے۔ اس طرح، زیادہ سے زیادہ ممکنہ مواصلاتی رینج حاصل کرنے کے لیے، آپ کو کم سے کم ممکنہ لکیری کشندگی کے ساتھ کیبلز استعمال کرنے اور ان کیبلز کی لمبائی کو کم سے کم کرنے کی ضرورت ہے۔ NS پر، موڈیم یونٹس کو براہ راست انٹینا کے ساتھ مستول پر نصب کیا جانا چاہیے۔ UAV باڈی میں، موڈیم کو انٹینا کے زیادہ سے زیادہ قریب ہونا چاہیے۔ یہ منتخب کیبل کی رکاوٹ کی جانچ پڑتال کے قابل بھی ہے. یہ پیرامیٹر Ohms میں ماپا جاتا ہے اور عام طور پر 50 یا 75 Ohms کے برابر ہوتا ہے۔ کیبل کی رکاوٹ، موڈیم کا اینٹینا کنیکٹر اور خود اینٹینا پر کنیکٹر برابر ہونا چاہیے۔
زمین کی سطح کا اثر
اس حصے میں ہم کسی میدانی یا سمندری سطح پر ریڈیو لہروں کے پھیلاؤ کو دیکھیں گے۔ یہ صورت حال اکثر UAVs استعمال کرنے کی مشق میں ہوتی ہے۔ پائپ لائنوں، بجلی کی لائنوں، زرعی فصلوں، بہت سے فوجی اور خصوصی آپریشنز کی UAV نگرانی - یہ سب اس ماڈل کے ذریعہ اچھی طرح سے بیان کیا گیا ہے۔ انسانی تجربہ ہمیں ایک ایسی تصویر پیش کرتا ہے جس میں اشیاء کے درمیان بات چیت ممکن ہے اگر وہ ایک دوسرے کی براہ راست نظری مرئی کے میدان میں ہوں، بصورت دیگر مواصلات ناممکن ہے۔ تاہم، ریڈیو لہروں کا تعلق آپٹیکل رینج سے نہیں ہوتا، اس لیے ان کے ساتھ صورتحال کچھ مختلف ہے۔ اس سلسلے میں، UAV ڈویلپر اور آپریٹر کے لیے درج ذیل دو حقائق کو یاد رکھنا مفید ہے۔
1. NS اور UAV کے درمیان براہ راست مرئیت کی غیر موجودگی میں بھی ریڈیو رینج میں مواصلات ممکن ہے۔
2. UAV کے ساتھ مواصلات پر بنیادی سطح کا اثر اس وقت بھی محسوس کیا جائے گا جب NS-UAV آپٹیکل لائن پر کوئی چیز نہ ہو۔
زمین کی سطح کے قریب ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کی تفصیلات کو سمجھنے کے لیے، ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کے ایک اہم علاقے کے تصور سے اپنے آپ کو واقف کرنا مفید ہے۔ . ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کے ایک اہم زون میں کسی بھی چیز کی عدم موجودگی میں، خالی جگہ کے فارمولوں کا استعمال کرتے ہوئے رینج کا حساب لگایا جا سکتا ہے، یعنی в 0 کے برابر لیا جا سکتا ہے۔ اگر ضروری زون میں اشیاء ہیں، تو ایسا نہیں کیا جا سکتا۔ تصویر میں نقطہ A پر 1 ایک نقطہ ایمیٹر ہے جو اونچائی پر واقع ہے۔ زمین کی سطح کے اوپر، جو برابر شدت کے ساتھ تمام سمتوں میں برقی مقناطیسی توانائی خارج کرتی ہے۔ اونچائی پر نقطہ B پر میدان کی شدت کی پیمائش کے لیے ایک رسیور موجود ہے۔ اس ماڈل میں، ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کا ضروری خطہ ایک بیضوی ہے جس میں پوائنٹس A اور B پر فوکی ہوتا ہے۔
چاول۔ 1. ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کا اہم علاقہ
اس کے "سب سے موٹے" حصے میں بیضوی کا رداس اظہار سے طے ہوتا ہے۔
(5)
میں سے یہ واضح ہے کہ تعدد پر منحصر ہے الٹا متناسب، کم , "موٹا" بیضوی ( تصویر میں 1)۔ اس کے علاوہ، ellipsoid کی "موٹائی" مواصلاتی اشیاء کے درمیان بڑھتی ہوئی فاصلے کے ساتھ بڑھتی ہے. ریڈیو لہروں کے لیے کافی متاثر کن قدر ہو سکتی ہے، تو کب 10 کلومیٹر، ہمیں 2.45 گیگا ہرٹز ملتا ہے۔ 50÷60 میٹر
آئیے اب اس مبہم آبجیکٹ پر غور کریں جس کی تصویر میں خاکستری مثلث نے دکھایا ہے۔ 1. یہ فریکوئنسی کے ساتھ ریڈیو لہروں کے پھیلاؤ کو متاثر کرے گا۔ چونکہ یہ ایک اہم پروپیگیشن زون میں واقع ہے، اور تعدد کے ساتھ ریڈیو لہروں کے پھیلاؤ پر عملی طور پر کوئی اثر نہیں پڑے گا۔ . آپٹیکل رینج (روشنی) میں ریڈیو لہروں کے لیے، قدر چھوٹا ہے، لہذا روشنی کے پھیلاؤ پر زمین کی سطح کا اثر عملی طور پر محسوس نہیں ہوتا ہے۔ اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ زمین کی سطح ایک کرہ ہے، یہ سمجھنا آسان ہے کہ بڑھتی ہوئی فاصلے کے ساتھ , بنیادی سطح تیزی سے اہم پھیلاؤ والے علاقے میں منتقل ہو جائے گی، اس طرح پوائنٹ A سے پوائنٹ B تک توانائی کے بہاؤ کو روکے گا - کہانی کے اختتام پر، UAV کے ساتھ مواصلات میں خلل پڑتا ہے۔ راستے پر موجود دیگر اشیاء، جیسے ناہموار خطہ، عمارتیں، جنگلات وغیرہ، اسی طرح مواصلات کو متاثر کریں گے۔
آئیے اب تصویر کو دیکھتے ہیں۔ 2 جس میں ایک مبہم چیز فریکوئنسی کے ساتھ ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کے ایک اہم علاقے کو مکمل طور پر احاطہ کرتی ہے اس فریکوئنسی پر مواصلت کو ناممکن بنانا۔ ایک ہی وقت میں، تعدد پر مواصلات اس لیے بھی ممکن ہے کیونکہ توانائی کا ایک حصہ مبہم چیز پر "چھلانگ لگاتا ہے"۔ فریکوئنسی جتنی کم ہوگی، آپٹیکل افق سے اتنا ہی آگے ریڈیو لہر پھیل سکتی ہے، UAV کے ساتھ مستحکم مواصلت کو برقرار رکھتی ہے۔
چاول۔ 2. ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کے ایک اہم علاقے کا احاطہ کرنا
مواصلات پر زمین کی سطح کے اثر و رسوخ کی ڈگری بھی انٹینا کی اونچائی پر منحصر ہے и . اینٹینا کی اونچائی جتنی زیادہ ہوگی، اتنا ہی زیادہ فاصلہ جو A اور B کو بتاتا ہے بغیر کسی چیز یا بنیادی سطح کو کسی اہم علاقے میں گرنے کی اجازت دیے بغیر الگ کیا جاسکتا ہے۔
جیسے ہی آبجیکٹ یا بنیادی سطح ایک اہم علاقے میں منتقل ہوتی ہے، نقطہ B پر فیلڈ کی طاقت دوہرائی جاتی ہے۔ ، یعنی یہ اوسط فیلڈ طاقت سے زیادہ یا کم ہوگا۔ یہ چیز سے توانائی کے انعکاس کی وجہ سے ہوتا ہے۔ فیز میں مرکزی توانائی کے ساتھ پوائنٹ B پر منعکس شدہ توانائی شامل کی جا سکتی ہے - پھر فیلڈ کی طاقت میں اضافہ ہوتا ہے، یا اینٹی فیز میں - پھر فیلڈ کی طاقت میں کمی (اور کافی گہری) ہوتی ہے۔ UAVs کے ساتھ مواصلات کی تفصیلات کو سمجھنے کے لیے اس اثر کو یاد رکھنا ضروری ہے۔ UAV کے ساتھ ایک مخصوص رینج میں کمیونیکیشن کا نقصان دولن کی وجہ سے فیلڈ کی طاقت میں مقامی کمی کی وجہ سے ہو سکتا ہے، یعنی اگر آپ کچھ اور فاصلہ طے کرتے ہیں، تو کنکشن بحال کیا جا سکتا ہے۔ مواصلات کا حتمی نقصان تب ہی ہوگا جب کسی اہم علاقے کو اشیاء یا زیریں سطح سے مکمل طور پر مسدود کردیا جائے۔ اگلا، فیلڈ طاقت کے دوغلوں کے نتائج سے نمٹنے کے لیے طریقے تجویز کیے جائیں گے۔
کشندگی کے عنصر کا حساب لگانے کے فارمولے۔ زمین کی ہموار سطح پر ریڈیو لہروں کو پھیلاتے وقت، وہ کافی پیچیدہ ہوتی ہیں، خاص طور پر فاصلے کے لیے ، آپٹیکل افق کی حد سے تجاوز کر رہا ہے۔ . لہذا، مسئلہ پر مزید غور کرتے ہوئے، ہم مصنف کے کمپیوٹر پروگراموں کے سیٹ کا استعمال کرتے ہوئے ریاضیاتی ماڈلنگ کا سہارا لیں گے۔ آئیے 3D لنک موڈیم کا استعمال کرتے ہوئے UAV سے NS میں ویڈیو منتقل کرنے کے ایک عام کام پر غور کریں۔ Geoscan کمپنی سے. ابتدائی اعداد و شمار درج ذیل ہیں۔
1. این ایس اینٹینا کی بڑھتی ہوئی اونچائی: 5 میٹر۔
2. UAV پرواز کی اونچائی: 1000 میٹر۔
3. ریڈیو لنک فریکوئنسی: 2.45 گیگا ہرٹز۔
4. این ایس اینٹینا حاصل: 17 ڈی بی۔
5. UAV اینٹینا فائدہ: 3 dB۔
6. ٹرانسمیٹر پاور: +25 ڈی بی ایم (300 میگاواٹ)۔
7. ویڈیو چینل کی رفتار: 4 Mbit/sec.
8. ویڈیو چینل میں وصول کنندہ کی حساسیت: −100.4 dBm (فریکوئنسی بینڈ کے لیے جس پر 12 میگاہرٹز سگنل موجود ہے)۔
9. سبسٹریٹ: خشک مٹی۔
10. پولرائزیشن: عمودی۔
ان ابتدائی اعداد و شمار کے لیے نظر کا فاصلہ 128.8 کلومیٹر ہوگا۔ dBm میں موڈیم ریسیور کے ان پٹ پر سگنل پاور کی شکل میں حساب کتاب کے نتائج تصویر میں پیش کیے گئے ہیں۔ 3۔
چاول۔ 3. 3D لنک موڈیم ریسیور کے ان پٹ پر سگنل کی طاقت
تصویر میں نیلے رنگ کا وکر۔ 3 NS رسیور کے ان پٹ پر سگنل پاور ہے، سرخ سیدھی لکیر اس ریسیور کی حساسیت کی نشاندہی کرتی ہے۔ X محور کلومیٹر میں رینج دکھاتا ہے، اور Y محور dBm میں طاقت دکھاتا ہے۔ ان رینج پوائنٹس پر جہاں نیلے رنگ کا وکر سرخ رنگ کے اوپر ہوتا ہے، UAV سے براہ راست ویڈیو کا استقبال ممکن ہے، بصورت دیگر کوئی بات چیت نہیں ہوگی۔ گراف دکھاتا ہے کہ دوغلوں کی وجہ سے، 35.5–35.9 کلومیٹر کی حد میں اور مزید 55.3–58.6 کلومیٹر کی حد میں مواصلاتی نقصان ہوگا۔ اس صورت میں، حتمی منقطع بہت آگے ہو جائے گا - پرواز کے 110.8 کلومیٹر کے بعد.
جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے، فیلڈ کی طاقت میں کمی براہ راست سگنل کے NS اینٹینا کے مقام پر اینٹی فیز میں اضافے اور زمین کی سطح سے ظاہر ہونے والے سگنل کی وجہ سے پیدا ہوتی ہے۔ آپ 2 شرائط کو پورا کر کے ناکامیوں کی وجہ سے NS پر کمیونیکیشن کے نقصان سے چھٹکارا حاصل کر سکتے ہیں۔
1. کم از کم دو استقبالیہ چینلز (RX تنوع) کے ساتھ NS پر ایک موڈیم استعمال کریں، مثال کے طور پر 3D لنک .
2. وصول کرنے والے اینٹینا کو NS مستول پر رکھیں مختلف اونچائی
وصول کرنے والے اینٹینا کی اونچائیوں کے درمیان وقفہ کرنا ضروری ہے تاکہ ایک اینٹینا کے مقام پر فیلڈ کی طاقت میں کمی کو دوسرے اینٹینا کے مقام پر ریسیور کی حساسیت سے زیادہ سطحوں سے معاوضہ ملے۔ تصویر میں شکل 4 اس معاملے کے لیے اس نقطہ نظر کا نتیجہ دکھاتا ہے جہاں ایک NS اینٹینا 5 میٹر (نیلے ٹھوس وکر) کی اونچائی پر اور دوسرا 4 میٹر (نیلے نقطے والا وکر) کی اونچائی پر واقع ہے۔
چاول۔ 4. مختلف بلندیوں پر واقع انٹینا سے دو 3D لنک موڈیم ریسیورز کے ان پٹ پر سگنل پاور
تصویر سے۔ شکل 4 واضح طور پر اس طریقہ کار کی تاثیر کو ظاہر کرتی ہے۔ درحقیقت، UAV کی پوری پرواز کے فاصلے کے دوران، 110.8 کلومیٹر کی حد تک، کم از کم ایک NS ریسیور کے ان پٹ پر سگنل حساسیت کی سطح سے تجاوز کر جاتا ہے، یعنی، پرواز کے پورے فاصلے کے دوران بورڈ سے ویڈیو میں خلل نہیں پڑے گا۔ .
تاہم، مجوزہ طریقہ صرف UAV→NS ریڈیو لنک کی وشوسنییتا کو بڑھانے میں مدد کرتا ہے، کیونکہ مختلف بلندیوں پر اینٹینا نصب کرنے کی صلاحیت صرف NS پر دستیاب ہے۔ UAV پر 1 میٹر کے انٹینا کی اونچائی کی علیحدگی کو یقینی بنانا ممکن نہیں ہے۔ NS→UAV ریڈیو لنک کی وشوسنییتا کو بڑھانے کے لیے، درج ذیل طریقے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔
1. NS ٹرانسمیٹر سگنل کو انٹینا میں فیڈ کریں جو UAV سے زیادہ طاقتور سگنل وصول کرتا ہے۔
2. اسپیس ٹائم کوڈز استعمال کریں، جیسے کہ الاموٹی کوڈ .
3. ہر اینٹینا کو بھیجے گئے سگنل پاور کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت کے ساتھ اینٹینا بیمفارمنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کریں۔
پہلا طریقہ UAV کے ساتھ مواصلات کے مسئلے میں زیادہ سے زیادہ قریب ہے۔ یہ آسان ہے اور اس میں تمام ٹرانسمیٹر توانائی کو صحیح سمت میں ہدایت کی جاتی ہے - ایک بہترین واقع اینٹینا کی طرف۔ مثال کے طور پر، 50 کلومیٹر کی رینج میں (تصویر 4 دیکھیں)، ٹرانسمیٹر سگنل کو 5 میٹر پر معطل ایک اینٹینا، اور 60 کلومیٹر کی حد میں - 4 میٹر پر معطل اینٹینا کو دیا جاتا ہے۔ یہ 3D لنک موڈیم میں استعمال ہونے والا طریقہ ہے۔ . دوسرا طریقہ UAV→NS کمیونیکیشن چینل (اینٹینا آؤٹ پٹس پر موصول ہونے والے سگنلز کی سطح) کی حالت کے بارے میں کوئی ترجیحی ڈیٹا استعمال نہیں کرتا، اس لیے یہ ٹرانسمیٹر توانائی کو دو اینٹینا کے درمیان یکساں طور پر تقسیم کرتا ہے، جو لامحالہ توانائی کے نقصانات کا باعث بنتا ہے، کیونکہ ایک اینٹینا کی ایک سوراخ میدان طاقت میں ہو سکتا ہے. تیسرا طریقہ مواصلات کے معیار کے لحاظ سے پہلے کے برابر ہے، لیکن اس پر عمل درآمد زیادہ مشکل ہے۔
آئیے ہم UAV کے ساتھ کمیونیکیشن رینج پر ریڈیو ویو فریکوئنسی کے اثر و رسوخ کے مسئلے پر مزید غور کریں، بنیادی سطح کے اثر و رسوخ کو مدنظر رکھتے ہوئے۔ یہ اوپر دکھایا گیا تھا کہ فریکوئنسی میں اضافہ فائدہ مند ہے، کیونکہ انٹینا کے مقررہ طول و عرض کے ساتھ، یہ مواصلات کی حد میں اضافہ کا باعث بنتا ہے. تاہم، انحصار کا سوال تعدد پر غور نہیں کیا گیا۔ سے یہ مندرجہ ذیل ہے کہ اینٹینا کے فوائد کا تناسب رقبہ کے برابر ہے اور تعدد پر کام کرنے کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے и ، برابر
(6)
کے لیے 2450 میگاہرٹز؛ ہمیں 915 میگاہرٹز ملتا ہے۔ 7.2 (8.5 ڈی بی)۔ عملی طور پر تقریباً یہی ہوتا ہے۔ آئیے موازنہ کرتے ہیں، مثال کے طور پر، وائرلیس آلات سے درج ذیل اینٹینا کے پیرامیٹرز:
- WiBOX PA 0809-8V [13] (تعدد: 0.83–0.96 GHz؛ بیم کی چوڑائی: 70°/70°؛ فائدہ: 8 dBi)؛
- WiBOX PA 24-15 [14] (تعدد: 2.3–2.5 GHz؛ بیم کی چوڑائی: 30°/30°؛ فائدہ: 15 dBi)۔
ان انٹینا کا موازنہ کرنا آسان ہے، کیونکہ یہ ایک ہی 27x27 سینٹی میٹر ہاؤسنگ میں بنائے گئے ہیں، یعنی ان کا رقبہ ایک ہی ہے۔ نوٹ کریں کہ اینٹینا کا فائدہ 15−8=7 dB سے مختلف ہے، جو 8.5 dB کی حسابی قدر کے قریب ہے۔ اینٹینا کی خصوصیات سے یہ بھی واضح ہے کہ رینج 2.3–2.5 GHz (30°/30°) کے اینٹینا پیٹرن کی چوڑائی حد 0.83–0.96 کے اینٹینا پیٹرن کی چوڑائی سے دوگنا زیادہ تنگ ہے۔ GHz (70°/70°)، یعنی انہی جہتوں کے ساتھ اینٹینا کا حاصل دراصل دشاتمک خصوصیات میں بہتری کی وجہ سے بڑھتا ہے۔ اس حقیقت کو مدنظر رکھتے ہوئے کہ کمیونیکیشن لائن میں 2 اینٹینا استعمال کیے جاتے ہیں، تناسب 2∙8.5=17 dB ہوگا۔ اس طرح، ایک ہی اینٹینا کے طول و عرض کے ساتھ، فریکوئنسی کے ساتھ ریڈیو لنک کا توانائی بجٹ 2450 میگاہرٹز فریکوئنسی کے ساتھ لائن بجٹ سے 17 ڈی بی زیادہ ہوگا۔ 915 میگاہرٹز حساب میں، ہم اس حقیقت کو بھی مدنظر رکھتے ہیں کہ UAVs، ایک اصول کے طور پر، وہپ انٹینا استعمال کرتے ہیں جن کے لیے طول و عرض اتنے اہم نہیں ہوتے جتنے کہ NS پینل اینٹینا کے لیے۔ لہذا، ہم تعدد کے لیے UAV اینٹینا کے فوائد کو قبول کرتے ہیں۔ и برابر وہ. لائنوں کے توانائی کے بجٹ میں فرق 8.5 ڈی بی ہوگا، 17 ڈی بی نہیں۔ ان ابتدائی اعداد و شمار اور NS اینٹینا کی 5 میٹر اونچائی کے لیے کیے گئے حساب کتاب کے نتائج تصویر میں دکھائے گئے ہیں۔ 5۔
چاول۔ 5. فریکوئنسی 915 اور 2450 میگاہرٹز پر کام کرنے والے ریڈیو لنکس کے لیے رسیور ان پٹ پر سگنل پاور
تصویر سے۔ 5 واضح طور پر ظاہر کرتا ہے کہ آپریٹنگ فریکوئنسی میں اضافے اور NS اینٹینا کے اسی علاقے کے ساتھ مواصلات کی حد 96.3 میگاہرٹز کی فریکوئنسی والے ریڈیو لنک کے لیے 915 کلومیٹر سے بڑھ کر 110.8 میگاہرٹز کی فریکوئنسی والے لنک کے لیے 2450 کلومیٹر ہو جاتی ہے۔ . تاہم، 915 میگاہرٹز پر لائن میں دولن کی تعدد کم ہے۔ کم دوغلوں کا مطلب فیلڈ کی طاقت میں کم کمی ہے، یعنی پرواز کے پورے فاصلے پر UAV کے ساتھ مواصلت میں رکاوٹ کا کم امکان۔ شاید یہی حقیقت ہے جو UAVs کے ساتھ کمانڈ اور ٹیلی میٹری کمیونیکیشن لائنوں کے لیے سب گیگا ہرٹز ریڈیو ویو رینج کی مقبولیت کا تعین کرتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، جب فیلڈ طاقت کے دوغلوں سے بچانے کے لیے اوپر بیان کیے گئے اعمال کے سیٹ کو انجام دے رہے ہیں، تو گیگاہرٹز رینج میں ریڈیو لنکس انٹینا کی دشاتمک خصوصیات کو بہتر بنا کر زیادہ مواصلاتی رینج فراہم کرتے ہیں۔
تصویر کے غور سے۔ 5 ہم یہ نتیجہ بھی نکال سکتے ہیں کہ شیڈو زون میں (128.8 کلومیٹر کے نشان کے بعد) کمیونیکیشن لائن کی آپریٹنگ فریکوئنسی کو کم کرنا معنی خیز ہے۔ درحقیقت، تقریباً −120 dBm کے ایک نقطہ پر تعدد کے لیے بجلی کے منحنی خطوط и ایک دوسرے کو کاٹنا وہ. −120 dBm سے بہتر حساسیت کے ساتھ ریسیورز کا استعمال کرتے وقت، 915 میگاہرٹز کی فریکوئنسی پر ایک ریڈیو لنک طویل کمیونیکیشن رینج فراہم کرے گا۔ اس صورت میں، تاہم، ضروری لنک بینڈوتھ کو مدنظر رکھا جانا چاہیے، چونکہ اتنی زیادہ حساسیت کی قدر کے لیے، معلومات کی رفتار بہت کم ہو گی۔ مثال کے طور پر، 3D لنک موڈیم اگرچہ یہ −122 dBm تک حساسیت فراہم کرتا ہے، مجموعی طور پر (دونوں سمتوں میں) معلومات کی ترسیل کی شرح 23 kbit/sec ہوگی، جو کہ اصولی طور پر UAV کے ساتھ KTRL مواصلت کے لیے کافی ہے، لیکن واضح طور پر ویڈیو کی منتقلی کے لیے کافی نہیں ہے۔ بورڈ اس طرح، ذیلی گیگاہرٹز رینج، واقعی، کے ٹی آر ایل کے لیے گیگاہرٹز رینج کے مقابلے میں تھوڑا سا فائدہ رکھتی ہے، لیکن ویڈیو لائنز کو منظم کرتے وقت واضح طور پر خصوصیات میں کمی محسوس کرتی ہے۔
ریڈیو لنک فریکوئنسی کا انتخاب کرتے وقت، آپ کو سگنل کی کشندگی کو بھی مدنظر رکھنا چاہیے کیونکہ یہ زمین کے ماحول میں پھیلتا ہے۔ NS-UAV کمیونیکیشن لنکس کے لیے، گیسوں، بارش، اولے، برف، دھند اور بادلوں کی وجہ سے فضا میں تناؤ پیدا ہوتا ہے۔ . 6 گیگا ہرٹز سے کم ریڈیو لنکس کی آپریٹنگ فریکوئنسی کے لیے، گیسوں میں کشندگی کو نظر انداز کیا جا سکتا ہے۔ . سب سے شدید کمزوری بارشوں میں دیکھی جاتی ہے، خاص طور پر زیادہ شدت (بارش) میں۔ جدول 1 ڈیٹا دکھاتا ہے۔ 3–6 GHz تعدد کے لیے مختلف شدت کی بارشوں میں لکیری کشندگی [dB/km] کے ذریعے۔
جدول 1. تعدد کے لحاظ سے مختلف شدت کی بارشوں میں ریڈیو لہروں کی لکیری کشندگی [dB/km]
تعدد [GHz] 3 ملی میٹر فی گھنٹہ (کمزور)
12 ملی میٹر فی گھنٹہ (اعتدال پسند)
30 ملی میٹر فی گھنٹہ (مضبوط)
70 ملی میٹر فی گھنٹہ (بارش)
3.00
0.3∙10−3
1.4∙10−3
3.6∙10−3
8.7∙10−3
4.00
0.3∙10−2
1.4∙10−2
3.7∙10−2
9.1∙10−2
5.00
0.8∙10−2
3.7∙10−2
10.6∙10−2
28∙10−2
6.00
1.4∙10−2
7.1∙10−2
21∙10−2
57∙10−2
میز سے 1 اس کی پیروی کرتا ہے، مثال کے طور پر، 3 GHz کی فریکوئنسی پر، شاور میں دھیان تقریباً 0.0087 dB/km ہوگا، جو 100 کلومیٹر کے راستے پر کل 0.87 dB دے گا۔ جیسے جیسے ریڈیو لنک کی آپریٹنگ فریکوئنسی بڑھتی ہے، بارش میں کشندگی تیزی سے بڑھ جاتی ہے۔ 4 گیگا ہرٹز کی فریکوئنسی کے لیے، اسی راستے پر شاور میں کشندگی پہلے سے ہی 9.1 ڈی بی، اور 5 اور 6 گیگا ہرٹز کی فریکوئنسی پر بالترتیب 28 اور 57 ڈی بی ہوگی۔ تاہم، اس صورت میں، یہ فرض کیا جاتا ہے کہ پورے راستے میں دی گئی شدت کے ساتھ بارش ہوتی ہے، جو عملی طور پر شاذ و نادر ہی ہوتی ہے۔ تاہم، ایسے علاقوں میں UAVs کا استعمال کرتے وقت جہاں زیادہ شدت والی بارشیں اکثر ہوتی ہیں، یہ سفارش کی جاتی ہے کہ ریڈیو لنک کی آپریٹنگ فریکوئنسی 3 GHz سے نیچے منتخب کریں۔
ادب
1. سموروڈینوف A.A. حبر 2019
2. Kalinin A.I.، Cherenkova E.L. ریڈیو لہروں کا پھیلاؤ اور ریڈیو لنکس کا آپریشن۔ کنکشن ماسکو۔ 1971.
3.
4.
5.
6.
7.
8. CA Balanis. اینٹینا تھیوری۔ تجزیہ اور ڈیزائن۔ چوتھا ایڈیشن۔ جان ولی اینڈ سنز۔ 2016.
9. ویکیپیڈیا مضمون۔
10. ویکیپیڈیا مضمون۔
11.
12. ایس ایم الماؤتی۔ "وائرلیس مواصلات کے لئے ایک سادہ ٹرانسمٹ تنوع تکنیک۔" مواصلات میں منتخب علاقوں پر IEEE جرنل. 16(8):1451–1458۔
13.
14.
ماخذ: www.habr.com