Cara Mengira Belanjawan Pautan RF untuk Pautan Data UAV

Pautan data UAV mungkin kelihatan boleh dipercayai semasa ujian darat pendek dan masih gagal apabila pesawat mencapai julat maksimum, tebing, mendaki atau membawa aliran video kadar tinggi. Kesukarannya bukan sekadar memilih kuasa penghantaran yang mencukupi; setiap keuntungan antena, kehilangan perkakasan, kehilangan perambatan, ambang penerima, dan keadaan operasi mesti dinilai bersama.

Sebuah praktikal Belanjawan pautan data UAV mengubah pembolehubah tersebut menjadi anggaran kuasa yang diterima dan margin boleh guna. Pengiraan bermula dengan kes misi, mengikut laluan RF dari pemancar ke penerima, menambah kerugian berkaitan penerbangan, dan mendedahkan sama ada pautan kawalan dan muatan mengekalkan rizab yang mencukupi.

 

Mulakan dengan Misi, Bukan Formula

Asingkan keperluan pautan naik, telemetri dan muatan

Data perintah, telemetri dan muatan tidak boleh dianggap sebagai satu aliran trafik generik. Pautan atas arahan mungkin membawa sedikit data tetapi memerlukan kependaman yang rendah dan kesinambungan yang sangat tinggi. Telemetri mungkin bertolak ansur dengan kadar yang lebih rendah, manakala pautan bawah video HD boleh menggunakan sebahagian besar kapasiti yang ada dan menuntut isyarat yang lebih kuat untuk modulasi yang dipilihnya.

Catatkan daya tampung muatan minimum, kependaman maksimum yang boleh diterima, toleransi kehilangan paket dan ketersediaan yang diperlukan untuk setiap perkhidmatan. Gunakan daya pemprosesan aplikasi dan bukannya kadar lapisan fizikal puncak radio, kerana overhed protokol, penghantaran semula, mengawal trafik dan perubahan modulasi mengurangkan kapasiti yang tersedia untuk muatan. Oleh itu, belanjawan pautan data UAV hendaklah disemak terhadap sekurang-kurangnya dua ambang: satu untuk mengekalkan perintah dan kawalan, dan satu lagi untuk mengekalkan aliran video atau sensor yang diperlukan.

Pilih titik paling teruk dalam sampul penerbangan

Jarak harus mewakili titik realistik paling lemah dalam laluan, bukan sekadar jejari misi yang diiklankan. Untuk pesawat pada ketinggian yang berbeza dari stesen darat, gunakan julat condong:

Julat condong = √(jarak mendatar⊃2; + perbezaan ketinggian⊃2;)

Geometri sahaja tidak mengenal pasti titik terburuk. Pusingan perbankan, perubahan padang, sudut ketinggian yang curam, tajuk kembali, dan penempatan muatan boleh meletakkan stesen tanah di bahagian yang lebih lemah daripada corak antena bawaan udara. Input misi yang betul ialah kedudukan dan sikap pesawat yang menghasilkan pautan paling lemah yang boleh dipercayai, walaupun ketika titik lain berada jauh sedikit.

 

Letakkan Setiap Untung dan Rugi dalam Satu Pengiraan

Bina helaian input daripada satu konfigurasi radio sebenar

Mulakan dengan satu mod pengendalian yang lengkap. Jangan gabungkan kuasa penghantaran tertinggi, kepekaan jalur sempit, saluran terluas dan kadar data maksimum apabila spesifikasi tersebut tidak boleh berlaku serentak.

Unit mempunyai peranan yang berbeza. dBm menyatakan tahap kuasa mutlak, dBi menerangkan keuntungan antena berbanding dengan radiator isotropik, dan dB menyatakan nisbah untung atau rugi. Kerana persamaan adalah logaritma, keuntungan ditambah dan kerugian ditolak terus.

Spesifikasi produk mesti dianggap sebagai keadaan operasi terpaut. Siri bawaan udara WDS DDLmesh menyokong lebar saluran jalur lebar dan jalur sempit yang boleh dipilih, BPSK adaptif melalui modulasi 64QAM, pilihan output RF boleh laras, fungsi 2×2 MIMO dan kepekaan penerima −103 dBm pada 5 MHz atau −117 kHz pada 250 dBm. Nilai ini menggambarkan mengapa lembaran kerja mesti memilih lebar jalur dan kadar perkhidmatan terlebih dahulu: kepekaan jalur sempit tidak boleh digunakan untuk membuktikan bahawa aliran video jalur lebar akan berfungsi.

Kira kehilangan laluan ruang bebas daripada frekuensi dan julat condong

Untuk laluan titik ke titik yang tidak terhalang, hitung kehilangan laluan ruang bebas dengan kekerapan dalam MHz dan jarak dalam kilometer:

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

Kehilangan laluan ruang bebas mewakili keadaan rujukan dan bukannya dedaunan, pembelauan rupa bumi, sekatan kerangka udara, gangguan atau salah jajaran antena. Kesan tersebut memerlukan elaun berasingan atau model penyebaran yang lebih terperinci.

Pada 2.4 GHz melebihi 10.01 km, pengiraan ialah:

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

FSPL ≈ 120.0 dB

Frekuensi yang dimasukkan dalam GHz dan bukannya MHz akan menghasilkan ralat 60 dB dengan versi persamaan ini. Oleh itu, unit hendaklah ditunjukkan bersebelahan dengan setiap sel input dan bukannya dibiarkan dalam ingatan.

Kira EIRP dan ramalan kuasa yang diterima

Kuasa sinaran isotropik yang setara menggabungkan istilah sisi hantaran:

EIRP = Ptx + Gtx − Ltx

Jika pemancar menghasilkan 30 dBm, antena menyediakan 2 dBi dalam arah yang berkaitan, dan laluan kabel kehilangan 1 dB, EIRP ialah 31 dBm. Nilai ini hendaklah disemak mengikut peraturan yang digunakan pada frekuensi dan lokasi operasi yang dipilih.

Kuasa penerima yang diramalkan ialah:

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

Pastikan kerugian tambahan kelihatan. Satu 'faktor keselamatan' yang tidak dapat dijelaskan menyukarkan untuk menentukan sama ada model itu termasuk ketidakpadanan polarisasi, pembayang kerangka udara, ralat penjejakan, toleransi penyambung atau persekitaran hingar yang tinggi. Entri berasingan juga menjadikan data ujian penerbangan kemudian lebih mudah untuk dibandingkan dengan belanjawan pautan data UAV asal.

Akhir sekali, hitung laluan udara-ke-darat dan tanah-ke-udara dalam lajur berasingan. Mereka mungkin berkongsi jarak yang sama dan kehilangan ruang bebas, tetapi kuasa penghantaran yang berbeza, pemasangan antena, larian kabel, lebar jalur dan ambang kepekaan boleh menghasilkan margin yang berbeza dengan ketara.

 

Tentukan Sama ada Pautan Masih Berfungsi dalam Penerbangan

Bandingkan kuasa yang diterima dengan nilai sensitiviti yang betul

Sensitiviti penerima bukanlah satu ciri kekal radio. Ia biasanya berubah dengan lebar jalur, modulasi, pengekodan, prestasi ralat sasaran, dan kadangkala bilangan rantai RF aktif. Nilai sensitiviti hendaklah hanya memasukkan belanjawan pautan data UAV apabila ia sepadan dengan mod pengendalian yang diperlukan oleh aplikasi.

Kira margin pautan awal sebagai:

Jidar pautan = Kuasa diterima yang diramalkan − Sensitiviti penerima

Jika isyarat yang diramalkan ialah −78 dBm dan sensitiviti yang berkenaan ialah −103 dBm, margin awal ialah 25 dB. Keputusan itu mengatakan isyarat yang dimodelkan adalah 25 dB di atas ambang penerima yang dipilih di bawah andaian yang dimasukkan ke dalam lembaran kerja.

Margin rizab untuk mengubah keadaan medan

Margin pudar ialah rizab yang boleh digunakan antara isyarat operasi yang dijangkakan dan tahap minimum yang diperlukan untuk perkhidmatan yang dipilih. Ia menyerap kerugian yang berubah mengikut masa atau tidak dapat diramalkan dengan tepat semasa perancangan berasaskan meja. Rizab yang diperlukan bergantung pada kritikal misi, masa gangguan yang boleh diterima, persekitaran laluan, kekerapan, kelakuan antena dan keyakinan data input.

Sertakan elaun untuk ralat polarisasi, toleransi penyambung, penunjuk antena tanah, sekatan kerangka udara, halangan separa, berbilang laluan dan ketidakpastian pemasangan. Gangguan harus dikendalikan dengan berhati-hati kerana ia tidak selalu mengurangkan kuasa isyarat yang diterima; sebaliknya, ia boleh menaikkan tingkat hingar yang berkesan dan meningkatkan tahap isyarat yang diperlukan untuk kadar data tertentu. Dalam helaian perancangan mudah, kesan itu mungkin diwakili sebagai penalti kepekaan konservatif, dengan syarat ia dilabel dengan jelas.

Pelepasan fresnel memerlukan pemeriksaan laluan ringkas untuk laluan altitud rendah berhampiran rupa bumi, tumbuh-tumbuhan, bangunan atau tanah. Garis penglihatan visual tidak menjamin kawasan penyebaran yang tidak terganggu. Di mana kelegaan boleh dipersoalkan, kajian penyebaran sedar rupa bumi adalah lebih sesuai daripada bergantung pada kehilangan ruang bebas sahaja.

Ambil kira sikap pesawat dan corak antena

Nilai antena dalam pengiraan pautan UAV hendaklah menjadi keuntungan ke arah radio lain, bukan sekadar nombor maksimum yang dicetak pada lembaran data. Antena omnidirectional dalam azimut masih boleh mempunyai nol ketinggian dalam, manakala pemasangan berhampiran gentian karbon, bateri, motor, pendawaian, kamera atau antena lain boleh membentuk semula corak berkesannya.

Roll, pitch, dan yaw oleh itu tergolong dalam semakan reka bentuk. Pusingan berbelok mungkin memutarkan polarisasi atau menghalakan nol ke arah stesen, manakala laluan atas boleh meletakkan antena tanah di luar kawasan ketinggian terkuat. Yang paling uBajet pautan data UAV yang seful mengandungi senario berasingan untuk penerbangan aras, bank maksimum, pendakian, transit atas dan arah pulang.

MIMO dan menerima kepelbagaian boleh meningkatkan daya tahan, tetapi faedahnya harus mengikut mod radio yang didokumenkan dan pengasingan antena yang dipasang. Pemultipleksan spatial digunakan terutamanya untuk meningkatkan kapasiti, manakala kepelbagaian bertujuan untuk meningkatkan keteguhan terhadap pudar. Menambah 'keuntungan MIMO' sewenang-wenangnya pada kuasa yang diterima boleh melebihkan prestasi.

Semak kedua-dua arah pautan dan kedua-dua ambang prestasi

Sambungan dua hala dihadkan oleh arahnya yang lebih lemah. Pautan bawah mungkin mempunyai kuasa penghantaran bawaan udara yang lebih tinggi dan membawa trafik video yang berat, manakala pautan atas arahan mungkin menggunakan antena tanah, tetapan saluran atau keperluan kepekaan yang berbeza. Timbal balik pembiakan tidak menjadikan rangkaian peralatan lengkap sama.

Julat misi hendaklah berdasarkan mana-mana ambang yang dicapai dahulu. UAV mungkin kekal terkawal selepas strim video menjadi tidak boleh digunakan, tetapi itu tidak bermakna keperluan pautan data asal telah dipenuhi.

 

Jalankan Contoh yang Berhasil, Kemudian Cabar Hasilnya

Lengkapkan satu pengiraan pautan data UAV yang realistik

Pertimbangkan pautan 2.4 GHz udara-ke-darat ilustrasi dengan julat mendatar 10 km dan perbezaan ketinggian 500 m. Konfigurasi radio yang dipilih menggunakan 1 W setiap rantai RF, bersamaan dengan 30 dBm setiap rantai, dan saluran 5 MHz dengan kepekaan −103 dBm. Contohnya ialah latihan pengiraan dan bukannya tuntutan julat terjamin.

Julat condong ialah √(10⊃2; + 0.5⊃2;), atau lebih kurang 10.01 km. Kehilangan ruang bebas ialah kira-kira 120 dB, manakala EIRP ialah 30 + 2 − 1, atau 31 dBm. Kuasa yang diterima menjadi 30 + 2 − 1 − 120 + 12 − 1 = −78 dBm.

Membandingkan −78 dBm dengan −103 dBm meninggalkan 25 dB margin nominal. Itu kelihatan boleh dilaksanakan di atas kertas, tetapi ia menganggap garis penglihatan yang jelas, keuntungan antena yang tepat, tiada kehilangan pemasangan yang tidak dimodelkan dan sensitiviti penerima yang sesuai dengan perkhidmatan yang diperlukan. Pengiraan arah bertentangan mesti dilengkapkan dengan nilai pemancar, antena dan penerimanya sendiri.

Tekan-uji belanjawan sebelum meluluskan reka bentuk

Keputusan nominal kini harus dicabar dan bukannya diterima. Katakan pusingan berbelok dan penempatan kerangka pesawat menyebabkan 6 dB kehilangan corak antena. Jika gangguan dan ketidakpastian pelaksanaan mengenakan penalti bersamaan 4 dB tambahan, margin yang tersedia jatuh daripada 25 dB kepada kira-kira 15 dB.

Meningkatkan kuasa pemancar tidak selalunya merupakan tindak balas pertama yang terbaik. Output RF yang lebih tinggi boleh meningkatkan beban elektrik, pelesapan haba, berat sistem, gangguan dan pendedahan peraturan, manakala peletakan antena yang lebih baik mungkin memulihkan beberapa desibel tanpa penalti tersebut.

Ujian penerbangan harus diteruskan dari laluan pendek dan berisiko rendah ke sampul surat yang lengkap. Rekod kekuatan isyarat yang diterima, SNR, modulasi, daya pemprosesan, kehilangan paket dan kependaman semasa penerbangan keluar tahap, selekoh, pendakian, hantaran atas dan tajuk pulang. Membandingkan ukuran tersebut dengan pengiraan senario menukar lembaran kerja asal kepada model yang ditentukur untuk misi masa hadapan.

 

Kesimpulan

Belanjawan pautan data UAV yang boleh dipercayai harus mencerminkan misi lengkap dan bukannya pengiraan garis pandang yang ideal. Menyemak kedua-dua arah pautan, memadankan sensitiviti penerima dengan kadar data yang diperlukan, dan membenarkan orientasi antena, gangguan dan kehilangan pemasangan mewujudkan asas yang lebih realistik untuk reka bentuk dan ujian penerbangan.

Produk pautan data bawaan udara DDLmesh Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. boleh dinilai dalam proses yang sama ini, membantu pasukan membandingkan konfigurasi operasi dan memilih tetapan kuasa, lebar jalur dan modulasi yang sesuai. Hasilnya ialah laluan yang lebih jelas daripada perancangan RF awal kepada komunikasi arahan, telemetri dan muatan yang boleh dipercayai.

 

Soalan Lazim

S: Apakah belanjawan pautan data UAV?

J: Belanjawan pautan data UAV menambah kuasa pemancar dan keuntungan antena, menolak laluan dan kehilangan perkakasan, kemudian membandingkan ramalan kuasa diterima dengan ambang penerima.

S: Apakah formula bajet pautan RF asas?

J: Kuasa diterima yang diramalkan bersamaan dengan kuasa pemancar ditambah pemancar dan menerima keuntungan antena, kabel tolak, penyambung, perambatan, polarisasi, sekatan dan kerugian pelaksanaan lain.

S: Berapakah margin pautan yang diperlukan oleh sistem komunikasi UAV?

J: Tiada sasaran sejagat. Margin yang diperlukan bergantung pada kritikal misi, kekerapan, gangguan, pergerakan pesawat, gangguan yang boleh diterima, dan keyakinan terhadap andaian penyebaran.

S: Mengapakah julat condong digunakan untuk pengiraan pautan UAV?

J: Julat condong mencerminkan jarak tiga dimensi sebenar antara pesawat dan stesen darat, menyumbang kedua-dua pemisahan mendatar dan perbezaan ketinggian.

S: Adakah belanjawan pautan atas dan pautan bawah UAV dikira secara berasingan?

A: Ya. Setiap arah mungkin menggunakan kuasa penghantaran yang berbeza, antena, kehilangan kabel, lebar jalur, modulasi dan kepekaan penerima, menghasilkan margin operasi yang berbeza.

S: Adakah peningkatan kuasa penghantaran sentiasa meningkatkan kebolehpercayaan pautan UAV?

J: Lebih banyak kuasa boleh meningkatkan kekuatan isyarat yang diterima, tetapi peletakan antena, kehilangan penyuap, lebar jalur saluran, gangguan, had kawal selia, haba dan penggunaan tenaga mungkin lebih penting.