Prohoster > Blog > quản lý > Cách chọn modem băng thông rộng cho máy bay không người lái (UAV) hoặc robot

Cách chọn modem băng thông rộng cho máy bay không người lái (UAV) hoặc robot

Thách thức truyền lượng lớn dữ liệu từ máy bay không người lái (UAV) hoặc robot mặt đất không phải là hiếm trong các ứng dụng hiện đại. Bài viết này thảo luận về các tiêu chí lựa chọn modem băng thông rộng và các vấn đề liên quan. Bài viết được viết cho các nhà phát triển UAV và robot.

Tiêu chí lựa chọn

Tiêu chí chính để chọn modem băng thông rộng cho UAV hoặc robot là:

  1. Phạm vi truyền thông.
  2. Tốc độ truyền dữ liệu tối đa.
  3. Độ trễ trong việc truyền dữ liệu.
  4. Các thông số về trọng lượng và kích thước.
  5. Giao diện thông tin được hỗ trợ.
  6. Yêu cầu dinh dưỡng.
  7. Kênh điều khiển/đo lường từ xa riêng biệt.

Phạm vi giao tiếp

Phạm vi liên lạc không chỉ phụ thuộc vào modem mà còn phụ thuộc vào ăng-ten, cáp ăng-ten, điều kiện truyền sóng vô tuyến, nhiễu từ bên ngoài và các lý do khác. Để tách các tham số của chính modem khỏi các tham số khác ảnh hưởng đến phạm vi liên lạc, hãy xem xét phương trình phạm vi [Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Sự lan truyền sóng vô tuyến và hoạt động của các liên kết vô tuyến. Sự liên quan. Mátxcơva. 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}},$$display$$

đâu
$inline$R$inline$ — phạm vi giao tiếp được yêu cầu tính bằng mét;
$inline$F$inline$ — tần số tính bằng Hz;
$inline$P_{TXdBm}$inline$ — công suất phát của modem tính bằng dBm;
$inline$G_{TXdB}$inline$ — mức tăng ăng-ten máy phát tính bằng dB;
$inline$L_{TXdB}$inline$ — tổn thất trên cáp từ modem tới ăng-ten máy phát tính bằng dB;
$inline$G_{RXdB}$inline$ — mức tăng ăng ten máy thu tính bằng dB;
$inline$L_{RXdB}$inline$ — tổn thất trên cáp từ modem tới ăng ten máy thu tính bằng dB;
$inline$P_{RXdBm}$inline$ — độ nhạy của bộ thu modem tính bằng dBm;
$inline$|V|_{dB}$inline$ là hệ số suy giảm có tính đến tổn thất bổ sung do ảnh hưởng của bề mặt Trái đất, thảm thực vật, khí quyển và các yếu tố khác tính bằng dB.

Từ phương trình phạm vi, rõ ràng là phạm vi chỉ phụ thuộc vào hai tham số của modem: công suất máy phát $inline$P_{TXdBm}$inline$ và độ nhạy của máy thu $inline$P_{RXdBm}$inline$, hay đúng hơn là vào sự khác biệt của chúng - ngân sách năng lượng của modem

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

Các tham số còn lại trong phương trình phạm vi mô tả các điều kiện truyền tín hiệu và các tham số của thiết bị cấp nguồn ăng-ten, tức là chả liên quan gì đến modem cả.
Vì vậy, để tăng phạm vi liên lạc, bạn cần chọn modem có giá trị $inline$B_m$inline$ lớn. Đổi lại, $inline$B_m$inline$ có thể được tăng lên bằng cách tăng $inline$P_{TXdBm}$inline$ hoặc bằng cách giảm $inline$P_{RXdBm}$inline$. Trong hầu hết các trường hợp, các nhà phát triển UAV đang tìm kiếm một modem có công suất phát cao và ít chú ý đến độ nhạy của máy thu, mặc dù họ cần phải làm điều ngược lại. Bộ phát mạnh mẽ trên bo mạch của modem băng thông rộng gây ra các vấn đề sau:

  • tiêu thụ điện năng cao;
  • nhu cầu làm mát;
  • suy giảm khả năng tương thích điện từ (EMC) với các thiết bị trên máy bay khác của UAV;
  • bí mật năng lượng thấp.

Hai vấn đề đầu tiên liên quan đến thực tế là các phương pháp hiện đại để truyền lượng lớn thông tin qua kênh vô tuyến, chẳng hạn như OFDM, đòi hỏi tuyến tính hệ thống điều khiển. Hiệu suất của các máy phát vô tuyến tuyến tính hiện đại thấp: 10–30%. Do đó, 70-90% năng lượng quý giá của nguồn điện UAV được chuyển thành nhiệt, nhiệt này phải được loại bỏ khỏi modem một cách hiệu quả, nếu không nó sẽ bị hỏng hoặc công suất đầu ra của nó sẽ giảm do quá nóng vào thời điểm không thích hợp nhất. Ví dụ: một máy phát 2 W sẽ tiêu thụ 6–20 W từ nguồn điện, trong đó 4–18 W sẽ được chuyển thành nhiệt.

Khả năng tàng hình năng lượng của liên kết vô tuyến rất quan trọng đối với các ứng dụng đặc biệt và quân sự. Khả năng tàng hình thấp có nghĩa là tín hiệu modem bị máy thu trinh sát của trạm gây nhiễu phát hiện với xác suất tương đối cao. Theo đó, khả năng triệt tiêu liên kết vô tuyến với khả năng tàng hình năng lượng thấp cũng rất cao.

Độ nhạy của máy thu modem đặc trưng cho khả năng trích xuất thông tin từ các tín hiệu nhận được với mức chất lượng nhất định. Tiêu chí chất lượng có thể khác nhau. Đối với các hệ thống truyền thông số, xác suất xảy ra lỗi bit (tỷ lệ lỗi bit - BER) hoặc xác suất xảy ra lỗi trong gói thông tin (tỷ lệ lỗi khung - FER) thường được sử dụng nhiều nhất. Trên thực tế, độ nhạy là mức tín hiệu mà từ đó thông tin phải được trích xuất. Ví dụ: độ nhạy −98 dBm với BER = 10−6 chỉ ra rằng thông tin có BER như vậy có thể được trích xuất từ ​​tín hiệu có mức −98 dBm hoặc cao hơn, nhưng thông tin có mức −99 dBm có thể không còn được trích xuất từ ​​tín hiệu có mức -1 dBm. Tất nhiên, việc giảm chất lượng khi mức tín hiệu giảm xảy ra dần dần, nhưng cần lưu ý rằng hầu hết các modem hiện đại đều có cái gọi là. hiệu ứng ngưỡng trong đó chất lượng giảm khi mức tín hiệu giảm xuống dưới độ nhạy xảy ra rất nhanh. Chỉ cần giảm tín hiệu xuống 2-10 dB dưới độ nhạy là đủ để BER tăng lên 1-XNUMX, nghĩa là bạn sẽ không còn nhìn thấy video từ UAV nữa. Hiệu ứng ngưỡng là hệ quả trực tiếp của định lý Shannon đối với kênh nhiễu; nó không thể bị loại bỏ. Việc phá hủy thông tin khi mức tín hiệu giảm xuống dưới độ nhạy xảy ra do ảnh hưởng của nhiễu hình thành bên trong chính máy thu. Không thể loại bỏ hoàn toàn tiếng ồn bên trong máy thu, nhưng có thể giảm mức độ của nó hoặc học cách trích xuất thông tin một cách hiệu quả từ tín hiệu nhiễu. Các nhà sản xuất modem đang sử dụng cả hai phương pháp này, cải tiến khối RF của máy thu và cải tiến các thuật toán xử lý tín hiệu số. Việc cải thiện độ nhạy của bộ thu modem không dẫn đến mức tiêu thụ điện năng và tản nhiệt tăng đáng kể như việc tăng công suất của bộ phát. Tất nhiên, có sự gia tăng về mức tiêu thụ năng lượng và sinh nhiệt, nhưng nó khá khiêm tốn.

Thuật toán lựa chọn modem sau đây được khuyến nghị dựa trên quan điểm đạt được phạm vi liên lạc cần thiết.

  1. Quyết định tốc độ truyền dữ liệu.
  2. Chọn modem có độ nhạy tốt nhất cho tốc độ cần thiết.
  3. Xác định phạm vi liên lạc bằng tính toán hoặc thử nghiệm.
  4. Nếu phạm vi liên lạc ít hơn mức cần thiết, hãy thử sử dụng các biện pháp sau (sắp xếp theo thứ tự ưu tiên giảm dần):

  • giảm tổn thất trong cáp ăng-ten $inline$L_{TXdB}$inline$, $inline$L_{RXdB}$inline$ bằng cách sử dụng cáp có độ suy giảm tuyến tính thấp hơn ở tần số hoạt động và/hoặc giảm độ dài của cáp;
  • tăng mức tăng ăng-ten $inline$G_{TXdB}$inline$, $inline$G_{RXdB}$inline$;
  • tăng công suất phát của modem.

Giá trị độ nhạy phụ thuộc vào tốc độ truyền dữ liệu theo quy luật: tốc độ cao hơn – độ nhạy kém hơn. Ví dụ: độ nhạy −98 dBm cho 8 Mbps tốt hơn độ nhạy −95 dBm cho 12 Mbps. Bạn chỉ có thể so sánh các modem về độ nhạy với cùng tốc độ truyền dữ liệu.

Dữ liệu về công suất máy phát hầu như luôn có sẵn trong thông số kỹ thuật của modem, nhưng dữ liệu về độ nhạy của máy thu không phải lúc nào cũng có sẵn hoặc không đầy đủ. Ít nhất, đây là lý do để cảnh giác, vì những con số đẹp khó có thể che giấu được. Ngoài ra, bằng cách không công bố dữ liệu độ nhạy, nhà sản xuất sẽ tước đi cơ hội ước tính phạm vi liên lạc của người tiêu dùng bằng tính toán. để mua modem.

Tốc độ truyền tối đa

Việc lựa chọn modem dựa trên thông số này tương đối đơn giản nếu yêu cầu về tốc độ được xác định rõ ràng. Nhưng có một số sắc thái.

Nếu vấn đề đang được giải quyết yêu cầu đảm bảo phạm vi liên lạc tối đa có thể, đồng thời có thể phân bổ dải tần đủ rộng cho liên kết vô tuyến, thì tốt hơn nên chọn modem hỗ trợ dải tần (băng thông) rộng. Thực tế là tốc độ thông tin cần thiết có thể đạt được ở dải tần tương đối hẹp bằng cách sử dụng các loại điều chế dày đặc (16QAM, 64QAM, 256QAM, v.v.) hoặc ở dải tần rộng bằng cách sử dụng điều chế mật độ thấp (BPSK, QPSK ). Việc sử dụng điều chế mật độ thấp cho các nhiệm vụ như vậy là thích hợp hơn do khả năng chống nhiễu cao hơn. Do đó, độ nhạy của máy thu tốt hơn, theo đó, ngân sách năng lượng của modem tăng lên và kết quả là phạm vi liên lạc.

Đôi khi các nhà sản xuất UAV đặt tốc độ thông tin của liên kết vô tuyến cao hơn nhiều so với tốc độ của nguồn, theo nghĩa đen là 2 lần trở lên, lập luận rằng các nguồn như codec video có tốc độ bit thay đổi và tốc độ modem phải được chọn có tính đến giá trị tối đa phát thải tốc độ bit. Trong trường hợp này, phạm vi liên lạc sẽ giảm đi một cách tự nhiên. Bạn không nên sử dụng phương pháp này trừ khi thực sự cần thiết. Hầu hết các modem hiện đại đều có bộ đệm lớn trong bộ phát có thể làm giảm tốc độ bit tăng vọt mà không làm mất gói. Do đó, không cần phải dự trữ tốc độ trên 25%. Nếu có lý do để tin rằng dung lượng bộ đệm của modem đang mua là không đủ và cần phải tăng tốc độ lên đáng kể, thì tốt hơn hết bạn nên từ chối mua modem đó.

Độ trễ truyền dữ liệu

Khi đánh giá tham số này, điều quan trọng là phải tách độ trễ liên quan đến việc truyền dữ liệu qua liên kết vô tuyến khỏi độ trễ được tạo bởi thiết bị mã hóa/giải mã của nguồn thông tin, chẳng hạn như bộ giải mã video. Độ trễ trong liên kết vô tuyến bao gồm 3 giá trị.

  1. Độ trễ do quá trình xử lý tín hiệu ở bộ phát và bộ thu.
  2. Độ trễ do tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu.
  3. Độ trễ do đệm dữ liệu trong bộ phát trong modem song công phân chia theo thời gian (TDD).

Theo kinh nghiệm của tác giả, độ trễ loại 1 dao động từ hàng chục micro giây đến một mili giây. Độ trễ loại 2 phụ thuộc vào phạm vi liên lạc, ví dụ, đối với liên kết 100 km thì nó là 333 μs. Độ trễ loại 3 phụ thuộc vào độ dài của khung TDD và tỷ lệ giữa thời lượng chu kỳ truyền với tổng thời lượng khung và có thể thay đổi từ 0 đến thời lượng khung, tức là nó là một biến ngẫu nhiên. Nếu gói thông tin được truyền ở đầu vào máy phát trong khi modem đang trong chu kỳ truyền thì gói sẽ được truyền trên mạng với độ trễ bằng 3 loại 2. Nếu gói bị trễ một chút và chu kỳ nhận đã bắt đầu thì nó sẽ bị trì hoãn trong bộ đệm máy phát trong suốt chu kỳ tiếp nhận. Độ dài khung TDD điển hình nằm trong khoảng từ 20 đến 3 ms, do đó độ trễ Loại 20 trong trường hợp xấu nhất sẽ không vượt quá 3 ms. Do đó, tổng độ trễ trong liên kết vô tuyến sẽ nằm trong khoảng 21−XNUMX ms.

Cách tốt nhất để tìm ra độ trễ trong liên kết vô tuyến là thử nghiệm toàn diện bằng cách sử dụng các tiện ích để đánh giá đặc tính mạng. Không nên đo độ trễ bằng phương pháp đáp ứng yêu cầu vì độ trễ theo hướng thuận và ngược có thể không giống nhau đối với modem TDD.

Thông số trọng lượng và kích thước

Việc chọn một bộ modem tích hợp theo tiêu chí này không yêu cầu bất kỳ nhận xét đặc biệt nào: càng nhỏ và nhẹ thì càng tốt. Cũng đừng quên nhu cầu làm mát bộ phận trên máy bay, có thể cần thêm bộ tản nhiệt và do đó, trọng lượng và kích thước cũng có thể tăng lên. Ở đây nên ưu tiên cho các thiết bị nhẹ, kích thước nhỏ với mức tiêu thụ điện năng thấp.

Đối với thiết bị đặt trên mặt đất, các tham số khối lượng không quá quan trọng. Dễ sử dụng và cài đặt được đặt lên hàng đầu. Bộ phận nối đất phải là một thiết bị được bảo vệ chắc chắn khỏi các tác động bên ngoài với hệ thống lắp thuận tiện vào cột buồm hoặc giá ba chân. Một lựa chọn tốt là khi bộ phận mặt đất được tích hợp trong cùng một vỏ với ăng-ten. Lý tưởng nhất là bộ phận nối đất nên được kết nối với hệ thống điều khiển thông qua một đầu nối thuận tiện. Điều này sẽ giúp bạn tránh khỏi những lời lẽ nặng nề khi bạn cần thực hiện công việc triển khai ở nhiệt độ −20 độ.

Yêu cầu về chế độ ăn uống

Theo quy định, các thiết bị trên máy bay được sản xuất với sự hỗ trợ cho nhiều loại điện áp cung cấp, ví dụ 7-30 V, bao gồm hầu hết các tùy chọn điện áp trong mạng điện UAV. Nếu bạn có cơ hội chọn từ một số điện áp cung cấp, thì hãy ưu tiên giá trị điện áp cung cấp thấp nhất. Theo quy định, modem được cấp nguồn bên trong từ điện áp 3.3 và 5.0 V thông qua nguồn điện thứ cấp. Hiệu suất của các nguồn điện thứ cấp này càng cao thì độ chênh lệch giữa điện áp đầu vào và điện áp bên trong của modem càng nhỏ. Hiệu quả tăng lên có nghĩa là giảm tiêu thụ năng lượng và sinh nhiệt.

Mặt khác, các bộ phận nối đất phải hỗ trợ nguồn điện từ nguồn điện áp tương đối cao. Điều này cho phép sử dụng cáp nguồn có tiết diện nhỏ, giúp giảm trọng lượng và đơn giản hóa việc lắp đặt. Tất cả những thứ khác đều như nhau, hãy ưu tiên cho các thiết bị trên mặt đất có hỗ trợ PoE (Cấp nguồn qua Ethernet). Trong trường hợp này, chỉ cần một cáp Ethernet để kết nối thiết bị mặt đất với trạm điều khiển.

Kênh điều khiển/đo từ xa riêng biệt

Một tính năng quan trọng trong trường hợp không còn chỗ trống trên UAV để cài đặt modem điều khiển từ xa riêng biệt. Nếu có không gian thì có thể sử dụng kênh điều khiển/đo từ xa riêng biệt của modem băng thông rộng để dự phòng. Khi chọn modem có tùy chọn này, hãy chú ý đến thực tế là modem hỗ trợ giao thức mong muốn để liên lạc với UAV (MAVLink hoặc độc quyền) và khả năng ghép kênh điều khiển/dữ liệu đo từ xa thành giao diện thuận tiện tại trạm mặt đất (GS). ). Ví dụ: bộ phận trên bo mạch của modem băng thông rộng được kết nối với hệ thống lái tự động thông qua giao diện như RS232, UART hoặc CAN và bộ phận mặt đất được kết nối với máy tính điều khiển thông qua giao diện Ethernet mà qua đó cần phải trao đổi lệnh , đo từ xa và thông tin video. Trong trường hợp này, modem phải có khả năng ghép kênh lệnh và đo từ xa giữa các giao diện RS232, UART hoặc CAN của thiết bị trên bo mạch và giao diện Ethernet của thiết bị mặt đất.

Các thông số khác cần chú ý

Có sẵn chế độ song công. Modem băng thông rộng cho UAV hỗ trợ chế độ hoạt động đơn giản hoặc song công. Ở chế độ đơn giản, chỉ được phép truyền dữ liệu theo hướng từ UAV đến NS và ở chế độ song công - theo cả hai hướng. Theo quy định, modem đơn giản có bộ giải mã video tích hợp và được thiết kế để hoạt động với các máy quay video không có bộ giải mã video. Modem đơn giản không phù hợp để kết nối với camera IP hoặc bất kỳ thiết bị nào khác yêu cầu kết nối IP. Ngược lại, modem song công, theo quy định, được thiết kế để kết nối mạng IP trên máy bay của UAV với mạng IP của NS, tức là nó hỗ trợ camera IP và các thiết bị IP khác, nhưng có thể không được tích hợp- trong codec video, vì máy quay video IP thường có codec video của bạn. Hỗ trợ giao diện Ethernet chỉ có thể thực hiện được ở các modem song công hoàn toàn.

Tiếp nhận phân tập (phân tập RX). Sự hiện diện của khả năng này là bắt buộc để đảm bảo liên lạc liên tục trong toàn bộ quãng đường bay. Khi truyền trên bề mặt Trái đất, sóng vô tuyến đến điểm nhận theo hai chùm: dọc theo đường truyền trực tiếp và phản xạ từ bề mặt. Nếu sự cộng thêm sóng của hai chùm tia xảy ra cùng pha thì trường tại điểm nhận sẽ mạnh hơn và nếu ngược pha thì trường đó sẽ yếu đi. Sự suy yếu có thể khá đáng kể - có thể dẫn đến mất hoàn toàn khả năng liên lạc. Sự hiện diện của hai ăng-ten trên NS, nằm ở các độ cao khác nhau, giúp giải quyết vấn đề này, bởi vì nếu tại vị trí của một ăng-ten, các chùm tia được thêm vào phản pha thì ở vị trí của ăng-ten kia thì không. Nhờ đó, bạn có thể đạt được kết nối ổn định trong toàn bộ khoảng cách.
Cấu trúc liên kết mạng được hỗ trợ. Bạn nên chọn một modem cung cấp hỗ trợ không chỉ cho cấu trúc liên kết điểm-điểm (PTP) mà còn cho cấu trúc liên kết điểm-đa điểm (PMP) và chuyển tiếp (bộ lặp). Việc sử dụng rơle thông qua một UAV bổ sung cho phép bạn mở rộng đáng kể phạm vi phủ sóng của UAV chính. Hỗ trợ PMP sẽ cho phép bạn nhận thông tin đồng thời từ nhiều UAV trên một NS. Cũng xin lưu ý rằng việc hỗ trợ PMP và chuyển tiếp sẽ yêu cầu tăng băng thông modem so với trường hợp liên lạc với một UAV duy nhất. Vì vậy, đối với các chế độ này nên chọn modem hỗ trợ dải tần rộng (ít nhất là 15-20 MHz).

Có sẵn các phương tiện để tăng khả năng chống ồn. Một lựa chọn hữu ích trong môi trường nhiễu sóng mạnh ở những khu vực sử dụng UAV. Khả năng chống ồn được hiểu là khả năng hệ thống thông tin liên lạc thực hiện chức năng của nó khi có sự can thiệp có nguồn gốc nhân tạo hoặc tự nhiên trong kênh liên lạc. Có hai cách tiếp cận để chống nhiễu. Cách tiếp cận 1: thiết kế bộ thu modem sao cho nó có thể nhận thông tin một cách đáng tin cậy ngay cả khi có nhiễu trong băng tần kênh liên lạc, với chi phí là giảm tốc độ truyền thông tin. Cách tiếp cận 2: Triệt tiêu hoặc giảm thiểu nhiễu ở đầu vào máy thu. Ví dụ về việc triển khai phương pháp thứ nhất là các hệ thống trải phổ, cụ thể là: nhảy tần (FH), trải phổ chuỗi giả ngẫu nhiên (DSSS) hoặc kết hợp cả hai. Công nghệ FH đã trở nên phổ biến trong các kênh điều khiển UAV do tốc độ truyền dữ liệu cần thiết trong kênh liên lạc đó thấp. Ví dụ: đối với tốc độ 16 kbit/s ở băng tần 20 MHz, có thể tổ chức khoảng 500 vị trí tần số, điều này cho phép bảo vệ đáng tin cậy chống lại nhiễu băng tần hẹp. Việc sử dụng FH cho kênh truyền thông băng thông rộng có vấn đề vì dải tần thu được quá lớn. Ví dụ: để có được 500 vị trí tần số khi làm việc với tín hiệu có băng thông 4 MHz, bạn sẽ cần băng thông trống 2 GHz! Quá nhiều để trở thành hiện thực. Việc sử dụng DSSS cho kênh liên lạc băng thông rộng với UAV có liên quan hơn. Trong công nghệ này, mỗi bit thông tin được sao chép đồng thời ở một số (hoặc thậm chí tất cả) tần số trong dải tín hiệu và khi có nhiễu dải hẹp, có thể tách khỏi các phần của phổ không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Việc sử dụng DSSS, cũng như FH, ngụ ý rằng khi xuất hiện nhiễu trên kênh thì cần phải giảm tốc độ truyền dữ liệu. Tuy nhiên, rõ ràng là nhận video từ UAV ở độ phân giải thấp hơn sẽ tốt hơn là không có gì cả. Cách tiếp cận 2 sử dụng thực tế là nhiễu, không giống như nhiễu bên trong của máy thu, xâm nhập vào liên kết vô tuyến từ bên ngoài và nếu có một số phương tiện nhất định trong modem thì có thể bị triệt tiêu. Có thể ngăn chặn nhiễu nếu nó được định vị trong các miền quang phổ, thời gian hoặc không gian. Ví dụ, nhiễu băng tần hẹp được định vị trong vùng quang phổ và có thể được “loại bỏ” khỏi phổ bằng bộ lọc đặc biệt. Tương tự, nhiễu xung được định vị trong miền thời gian; để triệt tiêu nó, vùng bị ảnh hưởng sẽ bị loại bỏ khỏi tín hiệu đầu vào của máy thu. Nếu nhiễu không phải là băng tần hẹp hoặc dạng xung thì có thể sử dụng bộ triệt tiêu không gian để triệt tiêu nó, vì nhiễu đi vào ăng-ten thu từ một nguồn theo một hướng nhất định. Nếu điểm XNUMX của mẫu bức xạ của ăng ten thu được đặt theo hướng của nguồn nhiễu thì nhiễu sẽ bị triệt tiêu. Những hệ thống như vậy được gọi là hệ thống định dạng chùm tia và vô hiệu hóa chùm tia thích ứng.

Giao thức vô tuyến được sử dụng. Các nhà sản xuất modem có thể sử dụng giao thức vô tuyến tiêu chuẩn (WiFi, DVB-T) hoặc độc quyền. Thông số này hiếm khi được chỉ định trong thông số kỹ thuật. Việc sử dụng DVB-T được biểu thị gián tiếp bởi các dải tần được hỗ trợ 2/4/6/7/8, đôi khi là 10 MHz và được đề cập trong văn bản về thông số kỹ thuật của công nghệ COFDM (OFDM được mã hóa) trong đó OFDM được sử dụng kết hợp với mã hóa chống ồn. Nhân tiện, chúng tôi lưu ý rằng COFDM hoàn toàn là một khẩu hiệu quảng cáo và không có bất kỳ lợi thế nào so với OFDM, vì OFDM không có mã hóa chống nhiễu sẽ không bao giờ được sử dụng trong thực tế. Cân bằng COFDM và OFDM khi bạn thấy những chữ viết tắt này trong thông số kỹ thuật của modem vô tuyến.

Các modem sử dụng giao thức chuẩn thường được xây dựng trên cơ sở chip chuyên dụng (WiFi, DVB-T) hoạt động kết hợp với bộ vi xử lý. Việc sử dụng một con chip tùy chỉnh giúp nhà sản xuất modem giảm bớt rất nhiều vấn đề đau đầu liên quan đến việc thiết kế, lập mô hình, triển khai và thử nghiệm giao thức vô tuyến của riêng họ. Bộ vi xử lý được sử dụng để cung cấp cho modem những chức năng cần thiết. Những modem như vậy có những ưu điểm sau.

  1. Giá thấp
  2. Thông số trọng lượng và kích thước tốt.
  3. Sự tiêu thụ ít điện năng.

Cũng có những nhược điểm.

  1. Không thể thay đổi các đặc tính của giao diện vô tuyến bằng cách thay đổi phần sụn.
  2. Tính ổn định của nguồn cung trong dài hạn thấp.
  3. Khả năng hạn chế trong việc cung cấp hỗ trợ kỹ thuật có trình độ khi giải quyết các vấn đề phi tiêu chuẩn.

Tính ổn định của nguồn cung thấp là do các nhà sản xuất chip tập trung chủ yếu vào thị trường đại chúng (TV, máy tính,…). Các nhà sản xuất modem cho UAV không phải là ưu tiên hàng đầu của họ và họ không thể tác động đến quyết định của nhà sản xuất chip về việc ngừng sản xuất mà không có sự thay thế thích hợp bằng một sản phẩm khác. Đặc điểm này càng được củng cố bởi xu hướng đóng gói các giao diện vô tuyến thành các vi mạch chuyên dụng như “system on chip” (System on Chip - SoC), và do đó, các chip giao diện vô tuyến riêng lẻ dần bị loại khỏi thị trường bán dẫn.

Khả năng cung cấp hỗ trợ kỹ thuật hạn chế là do các nhóm phát triển modem dựa trên giao thức vô tuyến tiêu chuẩn có đội ngũ chuyên gia dồi dào, chủ yếu về công nghệ điện tử và vi sóng. Có thể không có chuyên gia liên lạc vô tuyến nào ở đó cả, vì không có vấn đề gì để họ giải quyết. Do đó, các nhà sản xuất UAV đang tìm kiếm giải pháp cho các vấn đề liên lạc vô tuyến không tầm thường có thể thấy thất vọng về mặt tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật.

Các modem sử dụng giao thức vô tuyến độc quyền được xây dựng trên cơ sở chip xử lý tín hiệu tương tự và kỹ thuật số phổ quát. Độ ổn định nguồn cung của những con chip như vậy là rất cao. Đúng là giá cũng cao. Những modem như vậy có những ưu điểm sau.

  1. Khả năng rộng rãi để điều chỉnh modem theo nhu cầu của khách hàng, bao gồm điều chỉnh giao diện vô tuyến bằng cách thay đổi chương trình cơ sở.
  2. Các khả năng giao diện vô tuyến bổ sung rất thú vị khi sử dụng trong UAV và không có trong các modem được xây dựng trên cơ sở các giao thức vô tuyến tiêu chuẩn.
  3. Tính ổn định cao của nguồn cung cấp, bao gồm. Về lâu dài.
  4. Hỗ trợ kỹ thuật ở mức độ cao, bao gồm giải quyết các vấn đề không chuẩn.

Nhược điểm.

  1. Giá cao
  2. Các thông số về trọng lượng và kích thước có thể kém hơn so với các modem sử dụng giao thức vô tuyến tiêu chuẩn.
  3. Tăng mức tiêu thụ điện năng của bộ xử lý tín hiệu số.

Thông số kỹ thuật của một số modem cho UAV

Bảng trình bày các thông số kỹ thuật của một số modem dùng cho máy bay không người lái hiện có trên thị trường.

Lưu ý rằng mặc dù modem 3D Link có công suất phát thấp nhất so với modem Picoradio OEM và J11 (25 dBm so với 27−30 dBm), nguồn điện của 3D Link cao hơn các modem đó do độ nhạy thu cao (với cùng tốc độ truyền dữ liệu cho các modem được so sánh). Như vậy, phạm vi liên lạc khi sử dụng 3D Link sẽ lớn hơn với khả năng tàng hình năng lượng tốt hơn.

Bàn. Thông số kỹ thuật của một số modem băng thông rộng cho thiết bị bay không người lái và robot

Thông số
Liên kết 3D
Skyhopper PRO
OEM Picoradio (thực hiện trên module pDDL2450 từ Microhard)
SOLO7
(Xem thêm đầu thu SOLO7)
J11

Nhà sản xuất, quốc gia
Quét địa lý, RF
Mobilicom, Israel
Đổi mới trên không, Canada
DTC, Vương quốc Anh
Redess, Trung Quốc

Phạm vi liên lạc [km] 20−60
5
không có*
không có*
10-20

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

Độ trễ truyền dữ liệu [ms] 1−20
25
không có*
15-100
15-30

Kích thước của bộ phận trên bo mạch LxWxH [mm] 77x45x25
74h54h26
40x40x10 (không có nhà ở)
67h68h22
76h48h20

Trọng lượng đơn vị trên tàu [gram] 89
105
17.6 (không có nhà ở)
135
88

Giao diện thông tin
Ethernet, RS232, CÓ THỂ, USB
Ethernet, RS232, USB (tùy chọn)
Ethernet, RS232/UART
HDMI, AV, RS232, USB
HDMI, Ethernet, UART

Bộ cấp nguồn trên bo mạch [Volt/Watt] 7−30/6.7
7−26/n/a*
5−58/4.8
5.9−17.8/4.5−7
7−18/8

Bộ nguồn nối đất [Volt/Watt] 18−75 hoặc PoE/7
7−26/n/a*
5−58/4.8
6−16/8
7−18/5

Công suất máy phát [dBm] 25
không có*
27-30
20
30

Độ nhạy của máy thu [dBm] (đối với tốc độ [Mbit/s])
−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)

Ngân sách năng lượng của modem [dB] (đối với tốc độ [Mbit/giây])
147(0.023) 126(4.06) 120.1(12.18) 103.6(64.96)
không có*
131(0.78) 126(3.00) 103(28.0)
không có*
127 (1.5) 124 (3.0) 120 (6.0)

Dải tần được hỗ trợ [MHz] 4−20
4.5; 8.5
2; 4; 8
0.625; 1.25; 2.5; 6; 7; 8
2; 4; 8

Một mặt/song công
Song công
Song công
Song công
một mặt
Song công

Hỗ trợ đa dạng
vâng
vâng
vâng
vâng
vâng

Kênh riêng biệt để điều khiển/đo từ xa
vâng
vâng
vâng
không
vâng

Các giao thức điều khiển UAV được hỗ trợ trong kênh điều khiển/đo từ xa
MAVLink, độc quyền
MAVLink, độc quyền
không
không
Liên kết MAV

Hỗ trợ ghép kênh trong kênh điều khiển/đo từ xa
vâng
vâng
không
không
không có*

Cấu trúc liên kết mạng
PTP, PMP, rơle
PTP, PMP, rơle
PTP, PMP, rơle
PTP
PTP, PMP, rơle

Phương tiện để tăng khả năng chống ồn
DSSS, băng hẹp và bộ triệt xung
không có*
không có*
không có*
không có*

Giao thức vô tuyến
độc quyền
không có*
không có*
DVB-T
không có*

* không áp dụng - không có dữ liệu.

Thông tin về các Tác giả

Alexander Smorodinov [[email được bảo vệ]] là chuyên gia hàng đầu tại Geoscan LLC trong lĩnh vực truyền thông không dây. Từ năm 2011 đến nay, anh đã phát triển các giao thức vô tuyến và thuật toán xử lý tín hiệu cho modem vô tuyến băng thông rộng cho nhiều mục đích khác nhau, đồng thời triển khai các thuật toán được phát triển dựa trên chip logic lập trình. Các lĩnh vực quan tâm của tác giả bao gồm phát triển các thuật toán đồng bộ hóa, ước tính thuộc tính kênh, điều chế/giải điều chế, mã hóa chống nhiễu, cũng như một số thuật toán lớp truy cập phương tiện (MAC). Trước khi gia nhập Geoscan, tác giả đã làm việc ở nhiều tổ chức khác nhau, phát triển các thiết bị liên lạc không dây tùy chỉnh. Từ năm 2002 đến 2007, ông làm việc tại Proteus LLC với tư cách là chuyên gia hàng đầu trong việc phát triển hệ thống truyền thông dựa trên tiêu chuẩn IEEE802.16 (WiMAX). Từ năm 1999 đến 2002, tác giả đã tham gia phát triển các thuật toán mã hóa chống ồn và mô hình hóa các tuyến đường liên kết vô tuyến tại Viện Nghiên cứu Trung tâm Doanh nghiệp Thống nhất Nhà nước Liên bang "Granit". Tác giả đã nhận được bằng Ứng viên Khoa học Kỹ thuật của Đại học Thiết bị Hàng không Vũ trụ St. Petersburg năm 1998 và bằng Kỹ thuật Vô tuyến của cùng trường đại học đó vào năm 1995. Alexander là thành viên hiện tại của IEEE và Hiệp hội Truyền thông IEEE.

Nguồn: www.habr.com

Thêm một lời nhận xét