بغیر پائلٹ کے فضائی گاڑی (UAV) یا روبوٹکس کے لیے براڈ بینڈ موڈیم کا انتخاب کیسے کریں۔

جدید ایپلی کیشنز میں بغیر پائلٹ کے فضائی گاڑی (UAV) یا زمینی روبوٹکس سے بڑی مقدار میں ڈیٹا منتقل کرنے کا چیلنج کوئی معمولی بات نہیں ہے۔ یہ مضمون براڈ بینڈ موڈیم اور متعلقہ مسائل کے انتخاب کے معیار پر بحث کرتا ہے۔ مضمون UAV اور روبوٹکس ڈویلپرز کے لیے لکھا گیا تھا۔

انتخاب کا معیار

UAVs یا روبوٹکس کے لیے براڈ بینڈ موڈیم کا انتخاب کرنے کا بنیادی معیار یہ ہیں:

1. مواصلات کی حد۔
2. ڈیٹا کی منتقلی کی زیادہ سے زیادہ شرح۔
3. ڈیٹا کی ترسیل میں تاخیر۔
4. وزن اور طول و عرض کے پیرامیٹرز۔
5. معاون معلوماتی انٹرفیس۔
6. غذائی ضروریات۔
7. علیحدہ کنٹرول/ٹیلی میٹری چینل۔

مواصلات کی حد

کمیونیکیشن رینج کا انحصار نہ صرف موڈیم پر ہے بلکہ انٹینا، اینٹینا کیبلز، ریڈیو لہر کے پھیلاؤ کے حالات، بیرونی مداخلت اور دیگر وجوہات پر بھی ہے۔ موڈیم کے پیرامیٹرز کو دوسرے پیرامیٹرز سے الگ کرنے کے لیے جو کمیونیکیشن رینج کو متاثر کرتے ہیں، رینج کی مساوات پر غور کریں [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. ریڈیو لہروں کا پھیلاؤ اور ریڈیو لنکس کا آپریشن۔ کنکشن ماسکو۔ 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}},$$display$$

جہاں
$inline$R$inline$ — میٹروں میں مطلوبہ مواصلاتی حد؛
$inline$F$inline$ — فریکوئنسی Hz میں؛
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — dBm میں موڈیم ٹرانسمیٹر پاور؛
$inline$G_{TXdB}$inline$ — dB میں ٹرانسمیٹر اینٹینا کا اضافہ؛
$inline$L_{TXdB}$inline$ — موڈیم سے ڈی بی میں ٹرانسمیٹر اینٹینا تک کیبل میں نقصان؛
$inline$G_{RXdB}$inline$ — dB میں رسیور اینٹینا کا فائدہ؛
$inline$L_{RXdB}$inline$ — موڈیم سے ڈی بی میں ریسیور اینٹینا تک کیبل میں نقصان؛
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — dBm میں موڈیم ریسیور کی حساسیت؛
$inline$|V|_{dB}$inline$ ایک توجہ کا عنصر ہے جو dB میں زمین کی سطح، پودوں، ماحول اور دیگر عوامل کے اثر و رسوخ کی وجہ سے اضافی نقصانات کو مدنظر رکھتا ہے۔

رینج کی مساوات سے یہ واضح ہے کہ رینج موڈیم کے صرف دو پیرامیٹرز پر منحصر ہے: ٹرانسمیٹر پاور $inline$P_{TXdBm}$inline$ اور وصول کنندہ کی حساسیت $inline$P_{RXdBm}$inline$، یا ان کے فرق پر - موڈیم کا توانائی کا بجٹ

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

رینج کی مساوات میں باقی پیرامیٹرز سگنل کے پھیلاؤ کے حالات اور اینٹینا فیڈر ڈیوائسز کے پیرامیٹرز کو بیان کرتے ہیں، یعنی موڈیم کے ساتھ کوئی تعلق نہیں ہے.
لہذا، کمیونیکیشن رینج کو بڑھانے کے لیے، آپ کو ایک بڑی $inline$B_m$inline$ ویلیو والا موڈیم منتخب کرنا ہوگا۔ بدلے میں، $inline$B_m$inline$ کو $inline$P_{TXdBm}$inline$ کو بڑھا کر یا $inline$P_{RXdBm}$inline$ کو گھٹا کر بڑھایا جا سکتا ہے۔ زیادہ تر معاملات میں، UAV ڈویلپرز اعلی ٹرانسمیٹر پاور والے موڈیم کی تلاش میں ہیں اور وصول کنندہ کی حساسیت پر بہت کم توجہ دیتے ہیں، حالانکہ انہیں بالکل اس کے برعکس کرنے کی ضرورت ہے۔ براڈ بینڈ موڈیم کا ایک طاقتور آن بورڈ ٹرانسمیٹر مندرجہ ذیل مسائل میں داخل ہوتا ہے:

• اعلی توانائی کی کھپت؛
• کولنگ کی ضرورت؛
• UAV کے دیگر آن بورڈ آلات کے ساتھ برقی مقناطیسی مطابقت (EMC) کا بگاڑ؛
• کم توانائی کی رازداری.

پہلے دو مسائل اس حقیقت سے متعلق ہیں کہ ریڈیو چینل پر بڑی مقدار میں معلومات کی ترسیل کے جدید طریقے، مثال کے طور پر OFDM کی ضرورت ہوتی ہے۔ لکیری ٹرانسمیٹر جدید لکیری ریڈیو ٹرانسمیٹر کی کارکردگی کم ہے: 10-30%۔ اس طرح، UAV پاور سپلائی کی قیمتی توانائی کا 70-90% حرارت میں تبدیل ہو جاتا ہے، جسے موڈیم سے مؤثر طریقے سے ہٹانا ضروری ہے، ورنہ یہ ناکام ہو جائے گا یا انتہائی نامناسب وقت میں زیادہ گرمی کی وجہ سے اس کی آؤٹ پٹ پاور گر جائے گی۔ مثال کے طور پر، ایک 2 ڈبلیو ٹرانسمیٹر پاور سپلائی سے 6–20 ڈبلیو حاصل کرے گا، جس میں سے 4–18 ڈبلیو گرمی میں تبدیل ہو جائے گا۔

ریڈیو لنک کی توانائی کی رازداری خصوصی اور فوجی ایپلی کیشنز کے لیے اہم ہے۔ کم اسٹیلتھ کا مطلب یہ ہے کہ موڈیم سگنل کو جیمنگ اسٹیشن کے ریسیور کے ذریعہ نسبتاً زیادہ امکان کے ساتھ پتہ چلا ہے۔ اس کے مطابق، کم توانائی کے اسٹیلتھ کے ساتھ ریڈیو لنک کو دبانے کا امکان بھی زیادہ ہے۔

موڈیم وصول کرنے والے کی حساسیت اس کی معیار کی دی گئی سطح کے ساتھ موصول ہونے والے سگنلز سے معلومات نکالنے کی صلاحیت کو نمایاں کرتی ہے۔ معیار کے معیار مختلف ہو سکتے ہیں۔ ڈیجیٹل کمیونیکیشن سسٹمز کے لیے، تھوڑی غلطی کا امکان (بٹ ایرر ریٹ - بی ای آر) یا انفارمیشن پیکٹ میں غلطی کا امکان (فریم ایرر ریٹ - ایف ای آر) اکثر استعمال ہوتا ہے۔ دراصل، حساسیت اس سگنل کی سطح ہے جہاں سے معلومات کو نکالنا ضروری ہے۔ مثال کے طور پر، BER = 98−10 کے ساتھ −6 dBm کی حساسیت اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ ایسے BER والی معلومات کو سگنل سے −98 dBm یا اس سے زیادہ کی سطح کے ساتھ نکالا جا سکتا ہے، لیکن −99 dBm کی سطح کے ساتھ معلومات حاصل کی جا سکتی ہیں۔ اب −1 dBm کی سطح کے ساتھ سگنل سے نہیں نکالا جائے گا۔ بلاشبہ، سگنل کی سطح میں کمی کے ساتھ معیار میں کمی بتدریج واقع ہوتی ہے، لیکن یہ بات ذہن میں رکھنے کے قابل ہے کہ زیادہ تر جدید موڈیم نام نہاد ہوتے ہیں۔ حد کا اثر جس میں جب سگنل کی سطح حساسیت سے کم ہو جاتی ہے تو معیار میں کمی بہت جلد ہوتی ہے۔ BER کے لیے 2-10 تک بڑھنے کے لیے حساسیت سے نیچے سگنل کو 1-XNUMX dB تک کم کرنا کافی ہے، جس کا مطلب ہے کہ اب آپ UAV سے ویڈیو نہیں دیکھیں گے۔ حد کا اثر شور والے چینل کے لیے شینن کے نظریہ کا براہ راست نتیجہ ہے؛ اسے ختم نہیں کیا جا سکتا۔ معلومات کی تباہی جب سگنل کی سطح حساسیت سے کم ہو جاتی ہے تو شور کے اثر کی وجہ سے ہوتی ہے جو وصول کنندہ کے اندر ہی بنتا ہے۔ رسیور کے اندرونی شور کو مکمل طور پر ختم نہیں کیا جا سکتا، لیکن اس کی سطح کو کم کرنا یا شور والے سگنل سے موثر طریقے سے معلومات نکالنا سیکھنا ممکن ہے۔ موڈیم بنانے والے ان دونوں طریقوں کو استعمال کر رہے ہیں، وصول کنندہ کے RF بلاکس میں بہتری لا رہے ہیں اور ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ الگورتھم کو بہتر بنا رہے ہیں۔ موڈیم ریسیور کی حساسیت کو بہتر بنانے سے بجلی کی کھپت اور حرارت کی کھپت میں اتنا ڈرامائی اضافہ نہیں ہوتا ہے جیسا کہ ٹرانسمیٹر کی طاقت میں اضافہ ہوتا ہے۔ بلاشبہ، توانائی کی کھپت اور گرمی کی پیداوار میں اضافہ ہوا ہے، لیکن یہ کافی معمولی ہے۔

مطلوبہ کمیونیکیشن رینج کو حاصل کرنے کے نقطہ نظر سے درج ذیل موڈیم سلیکشن الگورتھم کی سفارش کی جاتی ہے۔

1. ڈیٹا کی منتقلی کی شرح کا فیصلہ کریں۔
2. مطلوبہ رفتار کے لیے بہترین حساسیت والا موڈیم منتخب کریں۔
3. حساب یا تجربے کے ذریعہ مواصلات کی حد کا تعین کریں۔
4. اگر کمیونیکیشن کی حد ضرورت سے کم نکلتی ہے، تو درج ذیل اقدامات کو استعمال کرنے کی کوشش کریں (ترجیح کو کم کرنے کی ترتیب میں):

• انٹینا کیبلز میں ہونے والے نقصانات کو کم کریں
• اینٹینا میں اضافہ $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$؛
• موڈیم ٹرانسمیٹر کی طاقت میں اضافہ کریں۔

حساسیت کی اقدار اصول کے مطابق ڈیٹا کی منتقلی کی شرح پر منحصر ہیں: تیز رفتار - بدتر حساسیت۔ مثال کے طور پر، 98 Mbps کے لیے −8 dBm حساسیت 95 Mbps کے لیے −12 dBm حساسیت سے بہتر ہے۔ آپ موڈیم کا موازنہ صرف اسی ڈیٹا کی منتقلی کی رفتار کے لیے حساسیت کے لحاظ سے کر سکتے ہیں۔

ٹرانسمیٹر پاور پر ڈیٹا تقریباً ہمیشہ موڈیم تصریحات میں دستیاب ہوتا ہے، لیکن وصول کنندہ کی حساسیت پر ڈیٹا ہمیشہ دستیاب نہیں ہوتا یا ناکافی ہوتا ہے۔ کم از کم، یہ ہوشیار رہنے کی ایک وجہ ہے، کیونکہ خوبصورت نمبروں کو چھپانے کا شاید ہی کوئی مطلب ہو۔ اس کے علاوہ، حساسیت کے اعداد و شمار کو شائع نہ کرکے، مینوفیکچرر صارف کو حساب کے ذریعہ مواصلات کی حد کا اندازہ لگانے کے موقع سے محروم کرتا ہے۔ پر موڈیم کی خریداری

ڈیٹا کی منتقلی کی زیادہ سے زیادہ شرح

اس پیرامیٹر کی بنیاد پر موڈیم کا انتخاب نسبتاً آسان ہے اگر رفتار کی ضروریات واضح طور پر بیان کی جائیں۔ لیکن کچھ باریکیاں ہیں۔

اگر مسئلہ حل ہونے کے لیے زیادہ سے زیادہ ممکنہ کمیونیکیشن رینج کو یقینی بنانے کی ضرورت ہے اور ساتھ ہی ساتھ ریڈیو لنک کے لیے کافی وسیع فریکوئنسی بینڈ مختص کرنا بھی ممکن ہے، تو بہتر ہے کہ ایسے موڈیم کا انتخاب کیا جائے جو وسیع فریکوئنسی بینڈ (بینڈ وڈتھ) کو سپورٹ کرے۔ حقیقت یہ ہے کہ مطلوبہ معلومات کی رفتار کو نسبتاً تنگ فریکوئنسی بینڈ میں گھنے قسم کی ماڈیولیشن (16QAM، 64QAM، 256QAM، وغیرہ) کا استعمال کر کے حاصل کیا جا سکتا ہے، یا کم کثافت ماڈیولیشن (BPSK، QPSK) کا استعمال کر کے وسیع فریکوئنسی بینڈ میں حاصل کیا جا سکتا ہے۔ )۔ اس طرح کے کاموں کے لیے کم کثافت ماڈیولیشن کا استعمال زیادہ شور کی قوت مدافعت کی وجہ سے بہتر ہے۔ لہذا، وصول کنندہ کی حساسیت بہتر ہے؛ اس کے مطابق، موڈیم کے توانائی کے بجٹ میں اضافہ ہوتا ہے اور اس کے نتیجے میں، مواصلات کی حد.

بعض اوقات UAV مینوفیکچررز ریڈیو لنک کی معلوماتی رفتار کو ماخذ کی رفتار سے کہیں زیادہ متعین کرتے ہیں، لفظی طور پر 2 یا اس سے زیادہ بار، یہ دلیل دیتے ہوئے کہ ویڈیو کوڈیکس جیسے ذرائع کا بٹریٹ متغیر ہوتا ہے اور موڈیم کی رفتار کو زیادہ سے زیادہ قدر کو مدنظر رکھتے ہوئے منتخب کیا جانا چاہیے۔ بٹریٹ کے اخراج کا۔ اس صورت میں، مواصلات کی حد قدرتی طور پر کم ہو جاتی ہے. آپ کو یہ طریقہ استعمال نہیں کرنا چاہئے جب تک کہ بالکل ضروری نہ ہو۔ زیادہ تر جدید موڈیمز میں ٹرانسمیٹر میں ایک بڑا بفر ہوتا ہے جو پیکٹ کے نقصان کے بغیر بٹریٹ اسپائکس کو ہموار کر سکتا ہے۔ لہذا، 25% سے زیادہ کے سپیڈ ریزرو کی ضرورت نہیں ہے۔ اگر یہ یقین کرنے کی وجہ ہے کہ خریدے جانے والے موڈیم کی بفر صلاحیت ناکافی ہے اور رفتار میں نمایاں طور پر زیادہ اضافہ درکار ہے، تو بہتر ہے کہ ایسے موڈیم کو خریدنے سے انکار کر دیا جائے۔

ڈیٹا کی منتقلی میں تاخیر

اس پیرامیٹر کا جائزہ لیتے وقت، ریڈیو لنک پر ڈیٹا ٹرانسمیشن سے منسلک تاخیر کو معلوماتی ماخذ، جیسے کہ ویڈیو کوڈیک کے انکوڈنگ/ڈی کوڈنگ ڈیوائس کے ذریعے پیدا ہونے والی تاخیر سے الگ کرنا ضروری ہے۔ ریڈیو لنک میں تاخیر 3 قدروں پر مشتمل ہے۔

1. ٹرانسمیٹر اور ریسیور میں سگنل پروسیسنگ کی وجہ سے تاخیر۔
2. ٹرانسمیٹر سے وصول کنندہ تک سگنل کے پھیلاؤ کی وجہ سے تاخیر۔
3. ٹائم ڈویژن ڈوپلیکس (TDD) موڈیم میں ٹرانسمیٹر میں ڈیٹا بفرنگ کی وجہ سے تاخیر۔

ٹائپ 1 لیٹینسی، مصنف کے تجربے میں، دسیوں مائیکرو سیکنڈز سے لے کر ایک ملی سیکنڈ تک ہوتی ہے۔ قسم 2 کی تاخیر مواصلات کی حد پر منحصر ہے، مثال کے طور پر، 100 کلومیٹر کے لنک کے لیے یہ 333 μs ہے۔ قسم 3 کی تاخیر کا انحصار TDD فریم کی لمبائی اور ٹرانسمیشن سائیکل دورانیے کے کل فریم دورانیے کے تناسب پر ہوتا ہے اور یہ 0 سے لے کر فریم کی مدت تک مختلف ہو سکتا ہے، یعنی یہ ایک بے ترتیب متغیر ہے۔ اگر ٹرانسمیشن شدہ معلومات کا پیکٹ ٹرانسمیٹر ان پٹ پر ہے جبکہ موڈیم ٹرانسمیشن سائیکل میں ہے، تو پیکٹ صفر تاخیر کی قسم 3 کے ساتھ ہوا پر منتقل ہوگا۔ یہ استقبالیہ سائیکل کی مدت کے لئے ٹرانسمیٹر بفر میں تاخیر ہو جائے گا. عام TDD فریم کی لمبائی 2 سے 20 ms تک ہوتی ہے، اس لیے بدترین صورت میں قسم 3 کی تاخیر 20 ms سے زیادہ نہیں ہوگی۔ اس طرح، ریڈیو لنک میں کل تاخیر 3−21 ms کی حد میں ہوگی۔

ریڈیو لنک میں تاخیر کا پتہ لگانے کا بہترین طریقہ نیٹ ورک کی خصوصیات کا جائزہ لینے کے لیے یوٹیلیٹیز کا استعمال کرتے ہوئے ایک مکمل پیمانے پر تجربہ ہے۔ درخواست کے جواب کا طریقہ استعمال کرتے ہوئے تاخیر کی پیمائش کرنے کی سفارش نہیں کی جاتی ہے، کیونکہ آگے اور معکوس سمتوں میں تاخیر TDD موڈیمز کے لیے ایک جیسی نہیں ہو سکتی۔

وزن اور طول و عرض کے پیرامیٹرز

اس معیار کے مطابق آن بورڈ موڈیم یونٹ کا انتخاب کرنے کے لیے کسی خاص تبصرے کی ضرورت نہیں ہے: جتنا چھوٹا اور ہلکا اتنا ہی بہتر۔ آن بورڈ یونٹ کو ٹھنڈا کرنے کی ضرورت کے بارے میں بھی مت بھولنا؛ اضافی ریڈی ایٹرز کی ضرورت پڑ سکتی ہے، اور اس کے مطابق، وزن اور طول و عرض بھی بڑھ سکتے ہیں۔ یہاں کم بجلی کی کھپت والے ہلکے، چھوٹے سائز والے یونٹوں کو ترجیح دی جانی چاہیے۔

زمینی بنیاد پر اکائی کے لیے، بڑے پیمانے پر جہتی پیرامیٹرز اتنے اہم نہیں ہیں۔ استعمال اور تنصیب میں آسانی سامنے آتی ہے۔ گراؤنڈ یونٹ ایک ایسا آلہ ہونا چاہیے جو مستول یا تپائی پر آسان چڑھنے والے نظام کے ساتھ بیرونی اثرات سے قابل اعتماد طور پر محفوظ ہو۔ ایک اچھا آپشن ہے جب گراؤنڈ یونٹ ایک ہی ہاؤسنگ میں اینٹینا کے ساتھ مربوط ہو۔ مثالی طور پر، گراؤنڈ یونٹ کو ایک آسان کنیکٹر کے ذریعے کنٹرول سسٹم سے جوڑا جانا چاہیے۔ یہ آپ کو سخت الفاظ سے بچائے گا جب آپ کو −20 ڈگری کے درجہ حرارت پر تعیناتی کا کام کرنے کی ضرورت ہے۔

غذائی ضروریات

آن بورڈ یونٹس، ایک اصول کے طور پر، سپلائی وولٹیج کی وسیع رینج کے لیے سپورٹ کے ساتھ تیار کیے جاتے ہیں، مثال کے طور پر 7-30 V، جو UAV پاور نیٹ ورک میں زیادہ تر وولٹیج کے اختیارات کا احاطہ کرتا ہے۔ اگر آپ کے پاس کئی سپلائی وولٹیجز میں سے انتخاب کرنے کا موقع ہے، تو سب سے کم سپلائی وولٹیج کی قدر کو ترجیح دیں۔ ایک اصول کے طور پر، موڈیم اندرونی طور پر ثانوی بجلی کی فراہمی کے ذریعے 3.3 اور 5.0 V کے وولٹیج سے چلتے ہیں۔ ان ثانوی بجلی کی فراہمی کی کارکردگی زیادہ ہے، موڈیم کے ان پٹ اور اندرونی وولٹیج کے درمیان فرق اتنا ہی کم ہوگا۔ کارکردگی میں اضافہ کا مطلب ہے توانائی کی کھپت اور گرمی کی پیداوار میں کمی۔

دوسری طرف، زمینی یونٹس کو نسبتاً زیادہ وولٹیج کے ذریعہ سے بجلی کی حمایت کرنی چاہیے۔ یہ ایک چھوٹے کراس سیکشن کے ساتھ پاور کیبل کے استعمال کی اجازت دیتا ہے، جو وزن کم کرتا ہے اور تنصیب کو آسان بناتا ہے۔ دیگر تمام چیزیں برابر ہونے کی وجہ سے، PoE (پاور اوور ایتھرنیٹ) سپورٹ کے ساتھ زمینی بنیاد پر اکائیوں کو ترجیح دیں۔ اس صورت میں، گراؤنڈ یونٹ کو کنٹرول سٹیشن سے جوڑنے کے لیے صرف ایک ایتھرنیٹ کیبل کی ضرورت ہے۔

علیحدہ کنٹرول/ٹیلی میٹری چینل

ان صورتوں میں ایک اہم خصوصیت جہاں UAV پر الگ کمانڈ-ٹیلی میٹری موڈیم لگانے کے لیے کوئی جگہ باقی نہیں رہتی ہے۔ اگر جگہ ہے، تو براڈ بینڈ موڈیم کا ایک علیحدہ کنٹرول/ٹیلی میٹری چینل بیک اپ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس اختیار کے ساتھ موڈیم کا انتخاب کرتے وقت، اس بات پر توجہ دیں کہ موڈیم UAV (MAVLink یا ملکیتی) کے ساتھ مواصلت کے لیے مطلوبہ پروٹوکول کی حمایت کرتا ہے اور زمینی اسٹیشن (GS) پر ایک آسان انٹرفیس میں ملٹی پلیکس کنٹرول چینل/ٹیلی میٹری ڈیٹا کو منتقل کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ )۔ مثال کے طور پر، براڈ بینڈ موڈیم کا آن بورڈ یونٹ آٹو پائلٹ سے ایک انٹرفیس جیسے RS232، UART یا CAN کے ذریعے منسلک ہوتا ہے، اور گراؤنڈ یونٹ کنٹرول کمپیوٹر سے ایتھرنیٹ انٹرفیس کے ذریعے منسلک ہوتا ہے جس کے ذریعے کمانڈ کا تبادلہ کرنا ضروری ہوتا ہے۔ ٹیلی میٹری اور ویڈیو کی معلومات۔ اس صورت میں، موڈیم کو آن بورڈ یونٹ کے RS232، UART یا CAN انٹرفیس اور زمینی یونٹ کے ایتھرنیٹ انٹرفیس کے درمیان کمانڈ اور ٹیلی میٹری سٹریم کو ملٹی پلیکس کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔

دوسرے پیرامیٹرز پر توجہ دینا

ڈوپلیکس موڈ کی دستیابی UAVs کے لیے براڈ بینڈ موڈیم یا تو سمپلیکس یا ڈوپلیکس آپریٹنگ طریقوں کو سپورٹ کرتے ہیں۔ سمپلیکس موڈ میں، ڈیٹا ٹرانسمیشن کی اجازت صرف UAV سے NS تک، اور ڈوپلیکس موڈ میں - دونوں سمتوں میں ہے۔ ایک اصول کے طور پر، سمپلیکس موڈیم میں بلٹ ان ویڈیو کوڈیک ہوتا ہے اور یہ ایسے ویڈیو کیمروں کے ساتھ کام کرنے کے لیے بنائے گئے ہیں جن میں ویڈیو کوڈیک نہیں ہوتا ہے۔ ایک سمپلیکس موڈیم آئی پی کیمرہ یا کسی دوسرے ڈیوائس سے جڑنے کے لیے موزوں نہیں ہے جس کے لیے آئی پی کنکشن کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، ایک ڈوپلیکس موڈیم، ایک اصول کے طور پر، UAV کے آن بورڈ IP نیٹ ورک کو NS کے IP نیٹ ورک کے ساتھ جوڑنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، یعنی یہ IP کیمروں اور دیگر IP آلات کو سپورٹ کرتا ہے، لیکن ہو سکتا ہے کہ اس میں بلٹ نہیں ہو۔ ویڈیو کوڈیک میں، چونکہ IP ویڈیو کیمروں میں عام طور پر آپ کا ویڈیو کوڈیک ہوتا ہے۔ ایتھرنیٹ انٹرفیس سپورٹ صرف ڈوپلیکس موڈیم میں ہی ممکن ہے۔

تنوع کا استقبال (RX تنوع)۔ پرواز کے پورے فاصلے پر مسلسل رابطے کو یقینی بنانے کے لیے اس صلاحیت کی موجودگی لازمی ہے۔ زمین کی سطح پر پھیلتے وقت، ریڈیو لہریں دو شہتیروں میں وصولی کے مقام پر پہنچتی ہیں: ایک سیدھے راستے کے ساتھ اور سطح سے انعکاس کے ساتھ۔ اگر دو شہتیروں کی لہروں کا اضافہ مرحلے میں ہوتا ہے، تو حاصل کرنے والے مقام پر میدان مضبوط ہوتا ہے، اور اگر اینٹی فیز میں، تو یہ کمزور ہو جاتا ہے۔ کمزور ہونا کافی اہم ہوسکتا ہے - مواصلات کے مکمل نقصان تک۔ مختلف اونچائیوں پر واقع NS پر دو انٹینا کی موجودگی اس مسئلے کو حل کرنے میں مدد دیتی ہے، کیونکہ اگر ایک اینٹینا کے مقام پر شہتیر اینٹی فیز میں شامل کیے جائیں تو دوسرے کے مقام پر وہ نہیں ہوتے۔ نتیجے کے طور پر، آپ پورے فاصلے پر ایک مستحکم کنکشن حاصل کر سکتے ہیں۔
تعاون یافتہ نیٹ ورک ٹوپولاجی۔ ایسا موڈیم منتخب کرنے کا مشورہ دیا جاتا ہے جو نہ صرف پوائنٹ ٹو پوائنٹ (PTP) ٹوپولوجی کے لیے بلکہ پوائنٹ ٹو ملٹی پوائنٹ (PMP) اور ریلے (ریپیٹر) ٹوپولاجی کے لیے بھی مدد فراہم کرتا ہو۔ اضافی UAV کے ذریعے ریلے کا استعمال آپ کو مرکزی UAV کے کوریج کے علاقے کو نمایاں طور پر بڑھانے کی اجازت دیتا ہے۔ PMP سپورٹ آپ کو ایک NS پر متعدد UAVs سے بیک وقت معلومات حاصل کرنے کی اجازت دے گی۔ براہ کرم یہ بھی نوٹ کریں کہ PMP اور ریلے کو سپورٹ کرنے کے لیے موڈیم بینڈ وڈتھ میں اضافے کی ضرورت ہوگی، اس کے مقابلے میں ایک واحد UAV کے ساتھ کمیونیکیشن کی صورت میں۔ لہذا، ان طریقوں کے لیے ایک موڈیم کا انتخاب کرنے کی سفارش کی جاتی ہے جو وسیع فریکوئنسی بینڈ (کم از کم 15-20 میگاہرٹز) کو سپورٹ کرتا ہو۔

شور کی قوت مدافعت بڑھانے کے ذرائع کی دستیابی۔ ان علاقوں میں جہاں UAVs کا استعمال کیا جاتا ہے وہاں شدید مداخلت کے ماحول کو دیکھتے ہوئے ایک مفید آپشن۔ شور سے استثنیٰ کو مواصلاتی نظام کی صلاحیت کے طور پر سمجھا جاتا ہے جو مواصلاتی چینل میں مصنوعی یا قدرتی ماخذ کی مداخلت کی موجودگی میں اپنا کام انجام دے سکتا ہے۔ مداخلت کا مقابلہ کرنے کے دو طریقے ہیں۔ طریقہ 1: موڈیم ریسیور کو ڈیزائن کریں تاکہ یہ معلومات کی ترسیل کی رفتار میں کچھ کمی کی قیمت پر، کمیونیکیشن چینل بینڈ میں مداخلت کی موجودگی میں بھی قابل اعتماد طریقے سے معلومات حاصل کر سکے۔ طریقہ 2: رسیور ان پٹ پر مداخلت کو دبائیں یا کم کریں۔ پہلے اپروچ کے نفاذ کی مثالیں سپیکٹرم اسپریڈ سسٹمز ہیں، یعنی: فریکوئنسی ہاپنگ (FH)، سیوڈو رینڈم سیکوینس اسپریڈ اسپیکٹرم (DSSS) یا دونوں کا ایک ہائبرڈ۔ اس طرح کے مواصلاتی چینل میں ڈیٹا کی منتقلی کی کم مطلوبہ شرح کی وجہ سے FH ٹیکنالوجی UAV کنٹرول چینلز میں وسیع ہو گئی ہے۔ مثال کے طور پر، 16 میگاہرٹز بینڈ میں 20 kbit/s کی رفتار کے لیے، تقریباً 500 فریکوئنسی پوزیشنز کو منظم کیا جا سکتا ہے، جو تنگ بینڈ کی مداخلت کے خلاف قابل اعتماد تحفظ کی اجازت دیتا ہے۔ براڈ بینڈ کمیونیکیشن چینل کے لیے ایف ایچ کا استعمال مشکل ہے کیونکہ نتیجے میں آنے والا فریکوئنسی بینڈ بہت بڑا ہے۔ مثال کے طور پر، 500 میگاہرٹز بینڈوڈتھ کے ساتھ سگنل کے ساتھ کام کرتے وقت 4 فریکوئنسی پوزیشنز حاصل کرنے کے لیے، آپ کو 2 گیگا ہرٹز مفت بینڈوتھ کی ضرورت ہوگی! حقیقی ہونا بہت زیادہ۔ UAVs کے ساتھ براڈ بینڈ کمیونیکیشن چینل کے لیے DSSS کا استعمال زیادہ متعلقہ ہے۔ اس ٹیکنالوجی میں، ہر انفارمیشن بٹ کو بیک وقت سگنل بینڈ میں کئی (یا حتیٰ کہ تمام) فریکوئنسیوں پر نقل کیا جاتا ہے اور، تنگ بینڈ مداخلت کی موجودگی میں، مداخلت سے متاثر نہ ہونے والے سپیکٹرم کے حصوں سے الگ کیا جا سکتا ہے۔ ڈی ایس ایس ایس کے ساتھ ساتھ ایف ایچ کے استعمال کا مطلب یہ ہے کہ جب چینل میں مداخلت ظاہر ہوتی ہے تو ڈیٹا کی منتقلی کی شرح میں کمی کی ضرورت ہوگی۔ بہر حال، یہ واضح ہے کہ یو اے وی سے کم ریزولیوشن میں ویڈیو وصول کرنا بہتر ہے کچھ بھی نہیں۔ نقطہ نظر 2 اس حقیقت کا استعمال کرتا ہے کہ مداخلت، رسیور کے اندرونی شور کے برعکس، باہر سے ریڈیو لنک میں داخل ہوتی ہے اور، اگر کچھ ذرائع موڈیم میں موجود ہوں، تو اسے دبایا جا سکتا ہے۔ مداخلت کو دبانا ممکن ہے اگر یہ سپیکٹرل، عارضی یا مقامی ڈومینز میں مقامی ہو۔ مثال کے طور پر، تنگ بینڈ کی مداخلت اسپیکٹرل ریجن میں مقامی ہے اور اسے ایک خاص فلٹر کا استعمال کرتے ہوئے سپیکٹرم سے "کاٹ کر" کیا جا سکتا ہے۔ اسی طرح، پلسڈ شور کو ٹائم ڈومین میں مقامی کیا جاتا ہے؛ اسے دبانے کے لیے، متاثرہ حصے کو ریسیور کے ان پٹ سگنل سے ہٹا دیا جاتا ہے۔ اگر مداخلت تنگ بینڈ یا پلس نہیں ہے، تو اسے دبانے کے لیے ایک مقامی دبانے والا استعمال کیا جا سکتا ہے، کیونکہ مداخلت کسی خاص سمت سے کسی ذریعہ سے وصول کرنے والے اینٹینا میں داخل ہوتی ہے۔ اگر موصول ہونے والے اینٹینا کے تابکاری پیٹرن کا صفر مداخلت کے ذریعہ کی سمت میں رکھا جائے تو مداخلت کو دبا دیا جائے گا۔ ایسے نظاموں کو اڈاپٹیو بیمفارمنگ اور بیم نالنگ سسٹم کہا جاتا ہے۔

ریڈیو پروٹوکول استعمال کیا گیا۔ موڈیم بنانے والے معیاری (WiFi، DVB-T) یا ملکیتی ریڈیو پروٹوکول استعمال کر سکتے ہیں۔ یہ پیرامیٹر شاذ و نادر ہی وضاحتوں میں ظاہر ہوتا ہے۔ DVB-T کا استعمال بالواسطہ طور پر معاون فریکوئنسی بینڈز 2/4/6/7/8، بعض اوقات 10 میگاہرٹز اور COFDM (کوڈڈ OFDM) ٹیکنالوجی کی تصریح کے متن میں ذکر ہے جس میں OFDM کو ملا کر استعمال کیا جاتا ہے۔ شور مزاحم کوڈنگ کے ساتھ۔ گزرتے ہوئے، ہم نوٹ کرتے ہیں کہ COFDM خالصتاً ایک اشتہاری نعرہ ہے اور اس کا OFDM پر کوئی فائدہ نہیں ہے، کیونکہ OFDM بغیر شور کے مزاحم کوڈنگ کے کبھی عملی طور پر استعمال نہیں ہوتا ہے۔ COFDM اور OFDM کو برابر کریں جب آپ ان مخففات کو ریڈیو موڈیم کی وضاحتوں میں دیکھیں۔

معیاری پروٹوکول کا استعمال کرنے والے موڈیم عام طور پر مائکرو پروسیسر کے ساتھ مل کر کام کرنے والی خصوصی چپ (WiFi، DVB-T) کی بنیاد پر بنائے جاتے ہیں۔ اپنی مرضی کے مطابق چپ کا استعمال موڈیم بنانے والے کو اپنے ریڈیو پروٹوکول کو ڈیزائن کرنے، ماڈلنگ کرنے، لاگو کرنے اور جانچنے سے وابستہ بہت سے سر درد سے نجات دلاتا ہے۔ مائیکرو پروسیسر کا استعمال موڈیم کو ضروری فعالیت دینے کے لیے کیا جاتا ہے۔ اس طرح کے موڈیم کے درج ذیل فوائد ہیں۔

1. کم قیمت.
2. اچھے وزن اور سائز کے پیرامیٹرز۔
3. کم بجلی کی کھپت.

اس کے نقصانات بھی ہیں۔

1. فرم ویئر کو تبدیل کرکے ریڈیو انٹرفیس کی خصوصیات کو تبدیل کرنے میں ناکامی۔
2. طویل مدتی میں سپلائی کا کم استحکام۔
3. غیر معیاری مسائل کو حل کرتے وقت اہل تکنیکی مدد فراہم کرنے میں محدود صلاحیتیں۔

سپلائی کا کم استحکام اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ چپ بنانے والے بنیادی طور پر بڑے پیمانے پر مارکیٹوں (ٹی وی، کمپیوٹرز وغیرہ) پر توجہ دیتے ہیں۔ UAVs کے لیے موڈیم تیار کرنے والے ان کے لیے ترجیح نہیں ہیں اور وہ کسی بھی طرح سے چپ بنانے والے کے اس فیصلے پر اثر انداز نہیں ہو سکتے کہ وہ کسی اور پروڈکٹ کے مناسب متبادل کے بغیر پیداوار بند کر دیں۔ اس خصوصیت کو خصوصی مائیکرو سرکٹس جیسے "سسٹم آن چپ" (سسٹم آن چپ - ایس او سی) میں پیکیجنگ ریڈیو انٹرفیس کے رجحان سے تقویت ملتی ہے، اور اس وجہ سے انفرادی ریڈیو انٹرفیس چپس کو سیمی کنڈکٹر مارکیٹ سے آہستہ آہستہ ختم کر دیا جاتا ہے۔

تکنیکی مدد فراہم کرنے میں محدود صلاحیتیں اس حقیقت کی وجہ سے ہیں کہ معیاری ریڈیو پروٹوکول پر مبنی موڈیم کی ڈیولپمنٹ ٹیمیں ماہرین کے ساتھ اچھی طرح سے کام کرتی ہیں، بنیادی طور پر الیکٹرانکس اور مائکروویو ٹیکنالوجی میں۔ ہو سکتا ہے کہ وہاں ریڈیو کمیونیکیشن کا کوئی ماہر نہ ہو، کیونکہ ان کے حل کرنے کے لیے کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ لہذا، غیر معمولی ریڈیو مواصلاتی مسائل کے حل کی تلاش میں UAV مینوفیکچررز مشاورت اور تکنیکی مدد کے معاملے میں خود کو مایوس پا سکتے ہیں۔

ایک ملکیتی ریڈیو پروٹوکول کا استعمال کرتے ہوئے موڈیم یونیورسل اینالاگ اور ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ چپس کی بنیاد پر بنائے جاتے ہیں۔ اس طرح کے چپس کی فراہمی کا استحکام بہت زیادہ ہے۔ سچ ہے، قیمت بھی زیادہ ہے. اس طرح کے موڈیم کے درج ذیل فوائد ہیں۔

1. موڈیم کو کسٹمر کی ضروریات کے مطابق ڈھالنے کے وسیع امکانات، بشمول فرم ویئر کو تبدیل کرکے ریڈیو انٹرفیس کو ڈھالنا۔
2. اضافی ریڈیو انٹرفیس کی صلاحیتیں جو UAVs میں استعمال کے لیے دلچسپ ہیں اور معیاری ریڈیو پروٹوکول کی بنیاد پر بنائے گئے موڈیم میں موجود نہیں ہیں۔
3. سپلائی کی اعلی استحکام، بشمول طویل مدتی میں.
4. اعلیٰ سطح کی تکنیکی معاونت، بشمول غیر معیاری مسائل کو حل کرنا۔

نقصانات

1. زیادہ قیمت۔
2. وزن اور سائز کے پیرامیٹرز معیاری ریڈیو پروٹوکول استعمال کرنے والے موڈیم سے بدتر ہو سکتے ہیں۔
3. ڈیجیٹل سگنل پروسیسنگ یونٹ کی بجلی کی کھپت میں اضافہ۔

UAVs کے لیے کچھ موڈیم کا تکنیکی ڈیٹا

جدول مارکیٹ میں دستیاب UAVs کے لیے کچھ موڈیم کے تکنیکی پیرامیٹرز دکھاتا ہے۔

نوٹ کریں کہ اگرچہ 3D لنک موڈیم میں Picoradio OEM اور J11 موڈیم (25 dBm بمقابلہ 27−30 dBm) کے مقابلے میں سب سے کم ٹرانسمٹ پاور رکھتا ہے، لیکن 3D لنک پاور بجٹ ان موڈیمز سے زیادہ ہے کیونکہ وصول کنندہ کی حساسیت زیادہ ہے (اس کے ساتھ موڈیم کے لیے ڈیٹا کی منتقلی کی رفتار کا موازنہ کیا جا رہا ہے)۔ اس طرح، 3D لنک کا استعمال کرتے وقت مواصلات کی حد بہتر توانائی کے اسٹیلتھ کے ساتھ زیادہ ہوگی۔

ٹیبل. UAVs اور روبوٹکس کے لیے کچھ براڈ بینڈ موڈیم کا تکنیکی ڈیٹا

پیرامیٹر
3D لنک
اسکائی ہاپر پی آر او
پیکوراڈیو OEM (ماڈیول پر کارکردگی کا مظاہرہ کیا pDDL2450 مائکرو ہارڈ سے)
سولوکسیمکس
(بھی دیکھو SOLO7 وصول کنندہ)
J11

صنعت کار، ملک
جیوسکان، آر ایف
موبیلیکوم، اسرائیل
ایئر بورن انوویشنز، کینیڈا
ڈی ٹی سی، یوکے
ریڈیس، چین

مواصلاتی حد [کلومیٹر] 20−60
5
n / A*
n / A*
10 − 20۔

رفتار [Mbit/s] 0.023−64.9
1.6 − 6۔
0.78 − 28۔
0.144 − 31.668۔
1.5 − 6۔

ڈیٹا کی ترسیل میں تاخیر [ms] 1−20
25
n / A*
15 − 100۔
15 − 30۔

آن بورڈ یونٹ کے طول و عرض LxWxH [mm] 77x45x25
74h54h26
40x40x10 (گھر کے بغیر)
67h68h22
76h48h20

آن بورڈ یونٹ وزن [گرام] 89
105
17.6 (گھر کے بغیر)
135
88

معلوماتی انٹرفیس
ایتھرنیٹ، RS232، CAN، USB
ایتھرنیٹ، RS232، USB (اختیاری)
ایتھرنیٹ، RS232/UART
HDMI، AV، RS232، USB
HDMI، ایتھرنیٹ، UART

آن بورڈ یونٹ پاور سپلائی [وولٹ/واٹ] 7−30/6.7
7−26/n/a*
5-58/4.8
5.9−17.8/4.5−7
7-18/8

گراؤنڈ یونٹ پاور سپلائی [وولٹ/واٹ] 18−75 یا PoE/7
7−26/n/a*
5-58/4.8
6-16/8
7-18/5

ٹرانسمیٹر پاور [dBm] 25
n / A*
27 − 30۔
20
30

وصول کنندہ کی حساسیت [dBm] (رفتار [Mbit/s] کے لیے)
−122(0.023) −101(4.06) −95.1(12.18) −78.6(64.96)
−101(n/a*)
−101(0.78) −96(3.00) −76(28.0)
−95(n/a*) −104(n/a*)
−97(1.5) −94(3.0) −90(6.0)

موڈیم توانائی بجٹ [dB] (رفتار [Mbit/sec] کے لیے)
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) XNUMX،XNUMX (XNUMX)

تعاون یافتہ فریکوئنسی بینڈز [MHz] 4−20
4.5؛ 8.5
2؛ 4؛ Xnumx
0.625،1.25; 2.5; 6،7; 8،XNUMX; XNUMX; XNUMX
2؛ 4؛ Xnumx

سمپلیکس/ڈپلیکس
ڈوپلیکس
ڈوپلیکس
ڈوپلیکس
سمپلیکس
ڈوپلیکس

تنوع کی حمایت
جی ہاں
جی ہاں
جی ہاں
جی ہاں
جی ہاں

کنٹرول/ٹیلی میٹری کے لیے الگ چینل
جی ہاں
جی ہاں
جی ہاں
нет
جی ہاں

کنٹرول/ٹیلی میٹری چینل میں تعاون یافتہ UAV کنٹرول پروٹوکول
MAVLink، ملکیتی
MAVLink، ملکیتی
нет
нет
ایم اے وی لنک

کنٹرول/ٹیلی میٹری چینل میں ملٹی پلیکسنگ سپورٹ
جی ہاں
جی ہاں
нет
нет
n / A*

نیٹ ورک ٹوپولوجیز
پی ٹی پی، پی ایم پی، ریلے
پی ٹی پی، پی ایم پی، ریلے
پی ٹی پی، پی ایم پی، ریلے
PTP
پی ٹی پی، پی ایم پی، ریلے

شور کی قوت مدافعت کو بڑھانے کا ذریعہ
DSSS، تنگ بینڈ اور نبض دبانے والے
n / A*
n / A*
n / A*
n / A*

ریڈیو پروٹوکول
ملکیتی
n / A*
n / A*
DVB T-
n / A*

* n/a - کوئی ڈیٹا نہیں ہے۔

مصنف کے بارے میں

الیگزینڈر سموروڈینوف [[ای میل محفوظ]] Geoscan LLC میں وائرلیس کمیونیکیشن کے شعبے میں ایک سرکردہ ماہر ہے۔ 2011 سے لے کر آج تک، وہ مختلف مقاصد کے لیے براڈ بینڈ ریڈیو موڈیم کے لیے ریڈیو پروٹوکول اور سگنل پروسیسنگ الگورتھم تیار کر رہا ہے، ساتھ ہی قابل پروگرام لاجک چپس پر مبنی ترقی یافتہ الگورتھم کو لاگو کر رہا ہے۔ مصنف کی دلچسپی کے شعبوں میں سنکرونائزیشن الگورتھم، چینل پراپرٹی کا تخمینہ، ماڈیولیشن/ڈیموڈولیشن، شور سے بچنے والے کوڈنگ کے ساتھ ساتھ کچھ میڈیا ایکسیس لیئر (MAC) الگورتھم شامل ہیں۔ Geoscan میں شامل ہونے سے پہلے، مصنف نے مختلف اداروں میں کام کیا، اپنی مرضی کے مطابق وائرلیس مواصلاتی آلات تیار کیا۔ 2002 سے 2007 تک، اس نے IEEE802.16 (WiMAX) کے معیار پر مبنی مواصلاتی نظام کی ترقی میں ایک سرکردہ ماہر کے طور پر Proteus LLC میں کام کیا۔ 1999 سے 2002 تک، مصنف فیڈرل اسٹیٹ یونٹری انٹرپرائز سینٹرل ریسرچ انسٹی ٹیوٹ "گرینیٹ" میں شور سے بچنے والے کوڈنگ الگورتھم اور ریڈیو لنک روٹس کی ماڈلنگ میں شامل تھا۔ مصنف نے 1998 میں سینٹ پیٹرزبرگ یونیورسٹی آف ایرو اسپیس انسٹرومینٹیشن سے ٹیکنیکل سائنسز کی ڈگری اور 1995 میں اسی یونیورسٹی سے ریڈیو انجینئرنگ کی ڈگری حاصل کی۔ الیگزینڈر IEEE اور IEEE کمیونیکیشن سوسائٹی کا موجودہ رکن ہے۔

ماخذ: www.habr.com