نحوه محاسبه بودجه پیوند RF برای پیوندهای داده پهپاد

پیوند داده‌های پهپاد ممکن است در طول یک آزمایش کوتاه زمینی قابل اعتماد به نظر برسد و زمانی که هواپیما به حداکثر برد برسد، سقوط کند، صعود کند یا یک جریان ویدئویی با نرخ بالا را حمل کند، باز هم شکست بخورد. مشکل صرفاً انتخاب قدرت انتقال کافی نیست. هر افزایش آنتن، از دست دادن سخت افزار، افت انتشار، آستانه گیرنده، و شرایط عملیاتی باید با هم ارزیابی شوند.

یک عملی بودجه پیوند داده پهپاد این متغیرها را به تخمین توان دریافتی و حاشیه قابل استفاده تبدیل می کند. محاسبه با مورد ماموریت شروع می شود، مسیر RF از فرستنده به گیرنده را دنبال می کند، تلفات مربوط به پرواز را اضافه می کند، و نشان می دهد که آیا لینک های کنترل و بار ذخیره کافی دارند یا خیر.

 

با ماموریت شروع کنید نه با فرمول

الزامات uplink، telemetry و payload را از هم جدا کنید

داده های فرمان، تله متری و محموله نباید به عنوان یک جریان عمومی ترافیک در نظر گرفته شوند. یک آپلینک فرمان ممکن است داده های کمی داشته باشد اما به تأخیر کم و تداوم بسیار بالا نیاز دارد. تله متری ممکن است نرخ پایین تری را تحمل کند، در حالی که یک لینک پایین ویدیوی HD می تواند بیشتر ظرفیت موجود را مصرف کند و سیگنال قوی تری را برای مدولاسیون انتخابی خود طلب کند.

حداقل توان عملیاتی بار، حداکثر تأخیر قابل قبول، تحمل از دست دادن بسته و در دسترس بودن مورد نیاز برای هر سرویس را ثبت کنید. از توان عملیاتی برنامه به جای اوج نرخ لایه فیزیکی رادیو استفاده کنید، زیرا سربار پروتکل، ارسال مجدد، کنترل ترافیک و تغییر مدولاسیون ظرفیت موجود برای بار را کاهش می دهد. بنابراین، بودجه پیوند داده‌های پهپاد باید در برابر حداقل دو آستانه بررسی شود: یکی برای حفظ فرمان و کنترل، و دیگری برای حفظ جریان ویدئو یا حسگر مورد نیاز.

بدترین نقطه را در پاکت پرواز انتخاب کنید

فاصله باید نشان دهنده ضعیف ترین نقطه واقع بینانه در مسیر باشد، نه صرفاً شعاع مأموریت تبلیغ شده. برای یک هواپیما در ارتفاع متفاوت از ایستگاه زمینی، از برد شیب استفاده کنید:

محدوده شیب = √(فاصله افقی⊃2؛ + اختلاف ارتفاع⊃2؛)

هندسه به تنهایی بدترین نقطه را مشخص نمی کند. پیچ‌های بانکی، تغییرات زمین، زوایای شیب‌دار ارتفاع، سرفصل‌های برگشتی و قرارگیری بار ممکن است ایستگاه زمینی را در بخش ضعیف‌تری از الگوی آنتن هوابرد قرار دهد. ورودی صحیح ماموریت موقعیت و نگرش هواپیما است که ضعیف ترین پیوند معتبر را ایجاد می کند، حتی زمانی که نقطه دیگری کمی دورتر است.

 

هر سود و زیان را در یک محاسبه قرار دهید

یک صفحه ورودی از یک پیکربندی رادیویی واقعی بسازید

با یک حالت عملیاتی کامل شروع کنید. هنگامی که این مشخصات نمی توانند به طور همزمان رخ دهند، بالاترین توان انتقال، حساسیت باند باریک، وسیع ترین کانال و حداکثر سرعت داده را ترکیب نکنید.

واحدها نقش های متفاوتی دارند. dBm سطح توان مطلق را بیان می کند، dBi افزایش آنتن را نسبت به یک رادیاتور همسانگرد و dB بیانگر نسبت افزایش یا تلفات است. از آنجایی که معادله لگاریتمی است، سودها اضافه و زیان ها مستقیماً کم می شوند.

مشخصات محصول باید به عنوان شرایط عملیاتی مرتبط در نظر گرفته شود. سری هوابرد WDS DDLmesh از پهنای کانال باند پهن و باند باریک قابل انتخاب، BPSK تطبیقی ​​از طریق مدولاسیون 64QAM، گزینه‌های خروجی RF قابل تنظیم، عملکردهای MIMO 2×2، و حساسیت گیرنده 103-dBm در 5 مگاهرتز یا -117 دسی‌بل‌متر در 250 کیلوهرتز پشتیبانی می‌کند. این مقادیر نشان می‌دهند که چرا کاربرگ باید ابتدا پهنای باند و نرخ سرویس را انتخاب کند: از حساسیت باند باریک نمی‌توان برای اثبات اینکه یک جریان ویدئویی باند پهن کار می‌کند استفاده کرد.

اتلاف مسیر فضای آزاد را از محدوده فرکانس و شیب محاسبه کنید

برای یک مسیر نقطه به نقطه بدون مانع، تلفات مسیر فضای آزاد را با فرکانس بر حسب مگاهرتز و فاصله بر حسب کیلومتر محاسبه کنید:

FSPL (dB) = 32.4 + 20 log10 (fMHz) + 20 log10 (dkm)

از دست دادن مسیر فضای آزاد به جای شاخ و برگ، پراش زمین، انسداد بدنه هواپیما، تداخل یا ناهماهنگی آنتن، وضعیت مرجع را نشان می دهد. این اثرات نیاز به کمک هزینه جداگانه یا مدل انتشار دقیق تری دارند.

در 2.4 گیگاهرتز بیش از 10.01 کیلومتر، محاسبه به این صورت است:

FSPL = 32.4 + 20 log10 (2400) + 20 log10 (10.01)

FSPL ≈ 120.0 دسی بل

فرکانس وارد شده در گیگاهرتز به جای مگاهرتز، خطای 60 دسی بل را با این نسخه از معادله ایجاد می کند. بنابراین واحدها باید در کنار هر سلول ورودی نشان داده شوند به جای اینکه به حافظه سپرده شوند.

EIRP و توان دریافتی پیش بینی شده را محاسبه کنید

توان تابشی معادل همسانگرد اصطلاحات سمت انتقال را ترکیب می کند:

EIRP = Ptx + Gtx - Ltx

اگر فرستنده 30 dBm تولید کند، آنتن dBi 2 را در جهت مربوطه فراهم می کند و مسیر کابل 1 دسی بل از دست می دهد، EIRP 31 dBm است. این مقدار باید بر اساس قوانینی که برای فرکانس انتخابی و مکان عملیاتی اعمال می شود بررسی شود.

قدرت پیش بینی شده گیرنده پس از این است:

Prx = Ptx + Gtx - Ltx - FSPL - Ladditional + Grx - Lrx

تلفات اضافی را قابل مشاهده نگه دارید. یک 'عامل ایمنی' منفرد غیرقابل توضیح، تعیین اینکه آیا مدل شامل عدم تطابق پلاریزاسیون، سایه‌بندی بدنه هواپیما، خطای ردیابی، تحمل اتصال یا محیط نویز بالا است، دشوار می‌کند. ورودی‌های جداگانه همچنین داده‌های آزمایش پرواز بعدی را برای مقایسه با بودجه پیوند داده اصلی پهپاد آسان‌تر می‌کند.

در نهایت مسیرهای هوا به زمین و زمین به هوا را در ستون های جداگانه محاسبه کنید. آنها ممکن است فاصله و فضای آزاد را از دست بدهند، اما قدرت های انتقال مختلف، نصب آنتن، کابل کشی، پهنای باند، و آستانه حساسیت می توانند حاشیه های متفاوتی ایجاد کنند.

 

تصمیم بگیرید که آیا پیوند هنوز در پرواز کار می کند یا خیر

توان دریافتی را با مقدار حساسیت مناسب مقایسه کنید

حساسیت گیرنده یکی از مشخصه های دائمی رادیو نیست. معمولاً با پهنای باند، مدولاسیون، کدگذاری، عملکرد خطای هدف و گاهی اوقات تعداد زنجیره‌های RF فعال تغییر می‌کند. یک مقدار حساسیت فقط زمانی باید بودجه پیوند داده پهپاد را وارد کند که با حالت عملیاتی مورد نیاز برنامه مطابقت داشته باشد.

حاشیه لینک اولیه را به صورت زیر محاسبه کنید:

حاشیه پیوند = توان دریافتی پیش بینی شده - حساسیت گیرنده

اگر سیگنال پیش‌بینی‌شده 78- دسی‌بل باشد و حساسیت قابل اعمال آن 103 دسی‌بل باشد، حاشیه اولیه 25 دسی‌بل است. این نتیجه می‌گوید سیگنال مدل‌سازی شده 25 دسی‌بل بالاتر از آستانه گیرنده انتخاب‌شده بر اساس مفروضات وارد شده در کاربرگ است.

حاشیه رزرو برای تغییر شرایط مزرعه

حاشیه محو شدن ذخیره قابل استفاده بین سیگنال عملیاتی مورد انتظار و حداقل سطح مورد نیاز برای سرویس انتخاب شده است. این تلفات را جذب می کند که با زمان متفاوت است یا نمی توان آن را به طور دقیق در طول برنامه ریزی مبتنی بر میز پیش بینی کرد. ذخیره مورد نیاز به بحرانی بودن ماموریت، زمان وقفه قابل قبول، محیط مسیر، فرکانس، رفتار آنتن و اطمینان داده های ورودی بستگی دارد.

شامل موارد مجاز برای خطای پلاریزاسیون، تلورانس کانکتور، اشاره آنتن به زمین، انسداد بدنه هواپیما، انسداد جزئی، چند مسیر، و عدم قطعیت نصب است. تداخل باید با دقت انجام شود زیرا همیشه قدرت سیگنال دریافتی را کاهش نمی دهد. در عوض، می تواند سطح نویز موثر را افزایش دهد و سطح سیگنال مورد نیاز برای یک نرخ داده معین را افزایش دهد. در یک برگه برنامه ریزی ساده، این اثر ممکن است به عنوان یک جریمه حساسیت محافظه کار نشان داده شود، مشروط بر اینکه به وضوح برچسب گذاری شده باشد.

پاکسازی فرنل مستحق یک بررسی مختصر مسیر برای مسیرهای کم ارتفاع در نزدیکی زمین، پوشش گیاهی، ساختمان‌ها یا زمین است. خط دید بصری منطقه انتشار دست نخورده را تضمین نمی کند. در مواردی که خلاصی مشکوک است، مطالعه انتشار آگاهانه از زمین مناسب تر از تکیه بر تلفات فضای آزاد به تنهایی است.

وضعیت هواپیما و الگوی آنتن را در نظر بگیرید

مقدار آنتن در یک محاسبه لینک پهپاد باید افزایش نسبت به رادیو دیگر باشد، نه صرفاً حداکثر عدد چاپ شده در یک دیتاشیت. یک آنتن همه جهته در آزیموت همچنان می‌تواند تهی‌های عمقی داشته باشد، در حالی که نصب در نزدیکی فیبر کربن، باتری‌ها، موتورها، سیم‌کشی، دوربین‌ها یا سایر آنتن‌ها می‌تواند الگوی مؤثر آن را تغییر دهد.

بنابراین رول، گام، و انحراف به بررسی طراحی تعلق دارند. یک چرخش کناری ممکن است قطبش را بچرخاند یا یک نقطه صفر را به سمت ایستگاه نشان دهد، در حالی که یک گذر بالای سر ممکن است آنتن زمین را خارج از قوی ترین منطقه ارتفاع قرار دهد. بیشترین توبودجه پیوند داده‌های پهپاد seful شامل سناریوهای جداگانه برای پرواز در سطح، حداکثر بانک، صعود، حمل و نقل هوایی و مسیر برگشت است.

تنوع MIMO و دریافت می تواند انعطاف پذیری را بهبود بخشد، اما مزیت آن باید از حالت مستند رادیویی و جداسازی آنتن نصب شده پیروی کند. مالتی پلکس فضایی در درجه اول برای افزایش ظرفیت استفاده می شود، در حالی که تنوع برای بهبود استحکام در برابر محو شدن در نظر گرفته شده است. اضافه کردن دلخواه 'MIMO' به توان دریافتی می‌تواند عملکرد را بیش از حد اعلام کند.

هر دو جهت پیوند و هر دو آستانه عملکرد را بررسی کنید

یک اتصال دو طرفه با جهت ضعیف تر آن محدود می شود. داونلینک ممکن است قدرت انتقال هوابرد بالاتری داشته باشد و ترافیک ویدیویی سنگینی را حمل کند، در حالی که آپلینک فرمان ممکن است از آنتن زمینی، تنظیمات کانال یا نیاز حساسیت متفاوتی استفاده کند. انتشار متقابل زنجیره های کامل تجهیزات را یکسان نمی کند.

محدوده ماموریت باید بر اساس هر آستانه ای باشد که ابتدا به آن رسیده است. یک پهپاد ممکن است پس از غیرقابل استفاده شدن جریان ویدیو قابل کنترل باقی بماند، اما این بدان معنا نیست که الزامات اصلی پیوند داده برآورده شده است.

 

یک مثال کار شده را اجرا کنید، سپس نتیجه را به چالش بکشید

یک محاسبه واقعی پیوند داده پهپاد را تکمیل کنید

یک پیوند هوا به زمین با فرکانس 2.4 گیگاهرتز با برد افقی 10 کیلومتر و اختلاف ارتفاع 500 متری را در نظر بگیرید. پیکربندی رادیویی انتخاب شده از 1 وات در هر زنجیره RF، معادل 30 دسی‌بل متر در هر زنجیره، و یک کانال 5 مگاهرتز با حساسیت 103 دسی‌بل متر استفاده می‌کند. مثال به جای ادعای محدوده تضمین شده، یک تمرین محاسبه است.

محدوده شیب √(10⊃2; + 0.5⊃2;) یا تقریباً 10.01 کیلومتر است. تلفات فضای آزاد حدود 120 دسی بل است، در حالی که EIRP 30 + 2-1 یا 31 دسی بل است. توان دریافتی 30 + 2 - 1 - 120 + 12 - 1 = -78 dBm می شود.

مقایسه dBm 78- با dBm 103- dB 25 حاشیه اسمی باقی می گذارد. به نظر می رسد که روی کاغذ قابل اجرا است، اما خط دید واضح، افزایش آنتن دقیق، عدم تلفات نصب نشده مدل نشده و حساسیت گیرنده متناسب با سرویس مورد نیاز را فرض می کند. محاسبه جهت مخالف همچنان باید با مقادیر فرستنده، آنتن و گیرنده خود تکمیل شود.

قبل از تایید طرح، بودجه را تست کنید

اکنون باید نتیجه اسمی به جای پذیرفتن به چالش کشیده شود. فرض کنید چرخش و قرارگیری بدنه هواپیما باعث از دست دادن 6 دسی بل الگوی آنتن شود. اگر تداخل و عدم قطعیت اجرا، جریمه معادل 4 دسی بل اضافی را اعمال کند، حاشیه موجود از 25 دسی بل به تقریباً 15 دسی بل کاهش می یابد.

افزایش قدرت فرستنده همیشه بهترین پاسخ اول نیست. خروجی RF بالاتر می تواند بار الکتریکی، اتلاف گرما، وزن سیستم، تداخل و قرار گرفتن در معرض نظارتی را افزایش دهد، در حالی که قرارگیری بهتر آنتن ممکن است چندین دسی بل را بدون آن جریمه بازیابی کند.

آزمایش پرواز باید از مسیرهای کوتاه و کم خطر تا پاکت کامل پیش برود. قدرت سیگنال دریافتی، SNR، مدولاسیون، توان عملیاتی، از دست دادن بسته، و تأخیر را در طول پرواز سطحی، چرخش، صعود، عبور از سربار و مسیر برگشت ثبت کنید. مقایسه آن اندازه‌گیری‌ها با محاسبات سناریو، کاربرگ اصلی را به یک مدل کالیبره‌شده برای مأموریت‌های آینده تبدیل می‌کند.

 

نتیجه گیری

یک بودجه پیوند داده قابل اعتماد پهپاد باید منعکس کننده ماموریت کامل باشد تا یک محاسبه خط دید ایده آل. بررسی هر دو جهت پیوند، تطبیق حساسیت گیرنده با نرخ داده مورد نیاز، و اجازه دادن به جهت گیری آنتن، تداخل و تلفات نصب، مبنای واقعی تری برای طراحی و آزمایش پرواز ایجاد می کند.

محصولات پیوند داده هوابرد DDLmesh شرکت فناوری Shenzhen Sinosun Ltd.'s DDLmesh را می توان در همین فرآیند ارزیابی کرد و به تیم ها در مقایسه پیکربندی های عملیاتی و انتخاب تنظیمات مناسب توان، پهنای باند و مدولاسیون کمک کرد. نتیجه یک مسیر واضح تر از برنامه ریزی اولیه RF تا ارتباطات قابل اعتماد، تله متری و محموله است.

 

سوالات متداول

س: بودجه پیوند داده پهپاد چیست؟

پاسخ: بودجه پیوند داده پهپاد توان فرستنده و آنتن را اضافه می کند، مسیر و تلفات سخت افزاری را کم می کند، سپس توان دریافتی پیش بینی شده را با آستانه گیرنده مقایسه می کند.

س: فرمول اولیه بودجه لینک RF چیست؟

پاسخ: توان دریافتی پیش‌بینی‌شده برابر است با توان فرستنده به اضافه آنتن دریافت و ارسال، منهای کابل، کانکتور، انتشار، پلاریزاسیون، انسداد و سایر تلفات اجرا.

س: یک سیستم ارتباطی پهپاد به چه مقدار حاشیه لینک نیاز دارد؟

پاسخ: هیچ هدف جهانی وجود ندارد. حاشیه مورد نیاز به بحرانی بودن ماموریت، فرکانس، تداخل، حرکت هواپیما، قطعی قابل قبول و اطمینان در مفروضات انتشار بستگی دارد.

س: چرا باید از برد مایل برای محاسبات پیوند پهپاد استفاده شود؟

A: برد شیب فاصله واقعی سه بعدی بین هواپیما و ایستگاه زمینی را نشان می دهد که هم جدایی افقی و هم اختلاف ارتفاع را در بر می گیرد.

س: آیا بودجه uplink و downlink پهپاد باید جداگانه محاسبه شود؟

ج: بله. هر جهت ممکن است از توان انتقال، آنتن‌ها، تلفات کابل، پهنای باند، مدولاسیون و حساسیت گیرنده متفاوتی استفاده کند که حاشیه‌های عملیاتی متفاوتی ایجاد می‌کند.

س: آیا افزایش قدرت انتقال همیشه قابلیت اطمینان لینک پهپاد را بهبود می بخشد؟

پاسخ: توان بیشتر می تواند قدرت سیگنال دریافتی را افزایش دهد، اما قرار دادن آنتن، از دست دادن فیدر، پهنای باند کانال، تداخل، محدودیت های نظارتی، گرما و مصرف انرژی ممکن است مهم تر باشد.