Si të llogarisni një buxhet të lidhjes RF për lidhjet e të dhënave UAV

Një lidhje e të dhënave UAV mund të duket e besueshme gjatë një testi të shkurtër në tokë dhe ende të dështojë kur avioni arrin rrezen maksimale, anon, ngjitet ose mbart një transmetim video me shpejtësi të lartë. Vështirësia nuk është thjesht zgjedhja e fuqisë së mjaftueshme të transmetimit; çdo fitim i antenës, humbje harduerike, humbje e përhapjes, pragu i marrësit dhe gjendja e funksionimit duhet të vlerësohen së bashku.

Një praktike Buxheti i lidhjes së të dhënave UAV i kthen ato variabla në një vlerësim të fuqisë së marrë dhe marzhit të përdorshëm. Llogaritja fillon me rastin e misionit, ndjek rrugën RF nga transmetuesi në marrës, shton humbjet e lidhura me fluturimin dhe zbulon nëse lidhjet e kontrollit dhe ngarkesës mbajnë rezervë të mjaftueshme.

 

Filloni me misionin, jo me formulën

Ndani kërkesat për lidhjen lart, telemetrinë dhe ngarkesën

Të dhënat e komandës, telemetrisë dhe ngarkesës nuk duhet të trajtohen si një rrjedhë e përgjithshme e trafikut. Një lidhje komanduese mund të ketë pak të dhëna, por kërkon vonesë të ulët dhe vazhdimësi shumë të lartë. Telemetria mund të tolerojë një shpejtësi më të ulët, ndërsa një lidhje zbritëse e videos HD mund të konsumojë pjesën më të madhe të kapacitetit të disponueshëm dhe të kërkojë një sinjal më të fortë për modulimin e tij të zgjedhur.

Regjistroni kapacitetin minimal të ngarkesës, vonesën maksimale të pranueshme, tolerancën e humbjes së paketave dhe disponueshmërinë e kërkuar për secilin shërbim. Përdorni xhiron e aplikacionit në vend të shpejtësisë maksimale të shtresës fizike të radios, sepse ngarkesa e protokollit, ritransmetimet, kontrolli i trafikut dhe ndryshimi i modulimit zvogëlojnë kapacitetin e disponueshëm për ngarkesën. Prandaj, buxheti i lidhjes së të dhënave të UAV-ve duhet të kontrollohet në të paktën dy pragje: një për ruajtjen e komandës dhe kontrollit dhe një tjetër për ruajtjen e transmetimit të kërkuar të videos ose sensorit.

Zgjidhni pikën më të keqe në zarfin e fluturimit

Distanca duhet të përfaqësojë pikën më të dobët realiste në itinerar, jo thjesht rrezen e misionit të reklamuar. Për një avion në një lartësi të ndryshme nga stacioni tokësor, përdorni rrezen e pjerrët:

Gama e pjerrët = √ (distanca horizontale⊃2; + diferenca në lartësi⊃2;)

Vetëm gjeometria nuk e identifikon pikën më të keqe. Kthesat bankare, ndryshimet e lartësisë, këndet e pjerrëta të lartësisë, titujt e kthimit dhe vendosja e ngarkesës mund ta vendosin stacionin tokësor në një pjesë më të dobët të modelit të antenës ajrore. Inputi i saktë i misionit është pozicioni dhe qëndrimi i avionit që prodhojnë lidhjen më të dobët të besueshme, edhe kur një pikë tjetër është pak më larg.

 

Vendosni çdo fitim dhe humbje në një llogaritje

Ndërtoni një fletë hyrëse nga një konfigurim aktual i radios

Filloni me një mënyrë të plotë funksionimi. Mos kombinoni fuqinë më të lartë të transmetimit, ndjeshmërinë me brez të ngushtë, kanalin më të gjerë dhe shpejtësinë maksimale të të dhënave kur këto specifikime nuk mund të ndodhin njëkohësisht.

Njësitë kanë role të ndryshme. dBm shpreh një nivel absolut të fuqisë, dBi përshkruan fitimin e antenës në lidhje me një radiator izotropik dhe dB shpreh një raport fitimi ose humbjeje. Për shkak se ekuacioni është logaritmik, fitimet shtohen dhe humbjet zbriten drejtpërdrejt.

Specifikimet e produktit duhet të trajtohen si kushte të lidhura operimi. Seria ajrore WDS DDLmesh mbështet gjerësi të përzgjedhshme të kanaleve me brez të gjerë dhe brez të ngushtë, BPSK adaptive përmes modulimit 64QAM, opsione të rregullueshme të daljes RF, funksione MIMO 2×2 dhe ndjeshmëri të marrësit prej -103 dBm në 5 MHz ose −117 dBm në 25. Këto vlera ilustrojnë pse fleta e punës duhet të zgjedhë së pari një gjerësi brezi dhe shpejtësi shërbimi: ndjeshmëria e brezit të ngushtë nuk mund të përdoret për të vërtetuar se një transmetim video me brez të gjerë do të funksionojë.

Llogaritni humbjen e rrugës së hapësirës së lirë nga diapazoni i frekuencës dhe i pjerrët

Për një shteg të papenguar pikë-për-pikë, llogaritni humbjen e shtegut të hapësirës së lirë me frekuencë në MHz dhe distancë në kilometra:

FSPL (dB) = 32,4 + 20 log10 (fMHz) + 20 log10 (dkm)

Humbja e rrugës së hapësirës së lirë përfaqëson një gjendje referimi në vend të gjethit, difraksionit të terrenit, bllokimit të kornizës së avionit, ndërhyrjes ose shtrembërimit të antenës. Këto efekte kërkojnë lejime të veçanta ose një model më të detajuar të përhapjes.

Në 2.4 GHz mbi 10.01 km, llogaritja është:

FSPL = 32,4 + 20 log10 (2400) + 20 log10 (10,01)

FSPL ≈ 120,0 dB

Një frekuencë e futur në GHz në vend të MHz do të prodhonte një gabim prej 60 dB me këtë version të ekuacionit. Prandaj, njësitë duhet të shfaqen pranë çdo qelize hyrëse në vend që të lihen në kujtesë.

Llogaritni EIRP dhe fuqinë e parashikuar të marrë

Fuqia ekuivalente e rrezatuar në mënyrë izotropike kombinon termat e anës së transmetimit:

EIRP = Ptx + Gtx − Ltx

Nëse transmetuesi prodhon 30 dBm, antena siguron 2 dBi në drejtimin përkatës dhe rruga e kabllove humbet 1 dB, EIRP është 31 dBm. Kjo vlerë duhet të kontrollohet kundrejt rregullave që zbatohen për frekuencën e zgjedhur dhe vendndodhjen e funksionimit.

Fuqia e parashikuar e marrësit është atëherë:

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

Mbani të dukshme humbjet shtesë. Një 'faktor sigurie' i vetëm i pashpjegueshëm e bën të vështirë përcaktimin nëse modeli përfshin mospërputhjen e polarizimit, hijezimin e kornizës së avionit, gabimin e gjurmimit, tolerancën e lidhësit ose një mjedis zhurmash të ngritur. Regjistrimet e veçanta gjithashtu i bëjnë të dhënat e mëvonshme të testeve të fluturimit më të lehta për t'u krahasuar me buxhetin origjinal të lidhjes së të dhënave UAV.

Së fundi, llogaritni shtigjet ajër-tokë dhe tokë-ajër në kolona të veçanta. Ata mund të ndajnë të njëjtën distancë dhe humbje të hapësirës së lirë, por fuqitë e ndryshme të transmetimit, instalimet e antenave, lidhjet e kabllove, gjerësia e brezit dhe pragjet e ndjeshmërisë mund të krijojnë margjina të ndryshme.

 

Vendosni nëse lidhja funksionon akoma gjatë fluturimit

Krahasoni fuqinë e marrë me vlerën e duhur të ndjeshmërisë

Ndjeshmëria e marrësit nuk është një karakteristikë e përhershme e një radioje. Zakonisht ndryshon me gjerësinë e brezit, modulimin, kodimin, performancën e gabimit të synuar dhe nganjëherë numrin e zinxhirëve aktivë RF. Një vlerë ndjeshmërie duhet të hyjë vetëm në buxhetin e lidhjes së të dhënave të UAV-së kur korrespondon me mënyrën e funksionimit të kërkuar nga aplikacioni.

Llogaritni marzhin fillestar të lidhjes si:

Marzhi i lidhjes = Fuqia e parashikuar e marrë − Ndjeshmëria e marrësit

Nëse sinjali i parashikuar është -78 dBm dhe ndjeshmëria e aplikueshme është -103 dBm, marzhi fillestar është 25 dB. Ky rezultat thotë se sinjali i modeluar është 25 dB mbi pragun e zgjedhur të marrësit sipas supozimeve të futura në fletën e punës.

Marzhi rezervë për ndryshimin e kushteve të fushës

Marzhi i zbehjes është rezerva e përdorshme midis sinjalit të pritshëm të funksionimit dhe nivelit minimal të kërkuar për shërbimin e zgjedhur. Ai thith humbjet që ndryshojnë me kalimin e kohës ose që nuk mund të parashikohen saktësisht gjatë planifikimit të bazuar në tavolinë. Rezerva e kërkuar varet nga kritikiteti i misionit, koha e pranueshme e ndërprerjes, mjedisi i rrugës, frekuenca, sjellja e antenës dhe besimi i të dhënave hyrëse.

Përfshini lejimet për gabimin e polarizimit, tolerancat e lidhësit, drejtimin e antenës në tokë, bllokimin e kornizës së ajrit, pengimin e pjesshëm, shumë rrugë dhe pasigurinë e instalimit. Ndërhyrja duhet të trajtohet me kujdes sepse jo gjithmonë e zvogëlon fuqinë e sinjalit të marrë; në vend të kësaj, ai mund të rrisë nivelin efektiv të zhurmës dhe të rrisë nivelin e sinjalit të nevojshëm për një shpejtësi të caktuar të dhënash. Në një fletë të thjeshtë planifikimi, ky efekt mund të përfaqësohet si një ndëshkim konservativ i ndjeshmërisë, me kusht që të jetë etiketuar qartë.

Pastrimi i Fresnel meriton një kontroll të shkurtër të rrugës për shtigjet me lartësi të ulët pranë terrenit, vegjetacionit, ndërtesave ose tokës. Vija vizuale e shikimit nuk garanton një rajon të pashqetësuar përhapjeje. Aty ku pastrimi është i diskutueshëm, një studim i përhapjes së terrenit është më i përshtatshëm sesa mbështetja vetëm në humbjen e hapësirës së lirë.

Llogaritja për qëndrimin e avionit dhe modelin e antenës

Vlera e antenës në një llogaritje të lidhjes UAV duhet të jetë fitimi drejt radios tjetër, jo thjesht numri maksimal i printuar në një fletë të dhënash. Një antenë e gjithanshme në azimut mund të ketë ende nule lartësie të thella, ndërsa instalimi pranë fibrave të karbonit, baterive, motorëve, instalimeve elektrike, kamerave ose antenave të tjera mund të riformojë modelin e saj efektiv.

Rrotullimi, katrani dhe kthesa i përkasin rishikimit të dizajnit. Një kthesë e anuar mund të rrotullojë polarizimin ose të drejtojë një null drejt stacionit, ndërsa një kalim sipër mund të vendosë antenën tokësore jashtë rajonit të lartësisë më të fortë. Më shumë uBuxheti i sigurt i lidhjes së të dhënave të UAV-ve përmban skenarë të veçantë për fluturimin në nivel, bankën maksimale, ngjitjen, kalimin e sipërm dhe drejtimin e kthimit.

Diversiteti MIMO dhe marrës mund të përmirësojnë elasticitetin, por përfitimi duhet të ndjekë modalitetin e dokumentuar të radios dhe ndarjen e instaluar të antenës. Multipleksimi hapësinor përdoret kryesisht për të rritur kapacitetin, ndërsa diversiteti synon të përmirësojë qëndrueshmërinë kundër zbehjes. Shtimi i një 'fitimi MIMO' arbitrar në fuqinë e marrë mund të mbivlerësojë performancën.

Kontrolloni të dy drejtimet e lidhjes dhe të dy pragjet e performancës

Një lidhje e dyanshme kufizohet nga drejtimi i saj më i dobët. Lidhja poshtë mund të ketë fuqi më të lartë transmetimi ajror dhe të ketë trafik të rëndë video, ndërsa lidhja lart e komandës mund të përdorë një antenë tokësore, cilësim kanali ose kërkesë ndjeshmërie të ndryshme. Reciprociteti i përhapjes nuk i bën zinxhirët e plotë të pajisjeve identike.

Gama e misionit duhet të bazohet në cilindo prag që arrihet më parë. Një UAV mund të mbetet i kontrollueshëm pasi transmetimi i videos bëhet i papërdorshëm, por kjo nuk do të thotë që kërkesa origjinale për lidhjen e të dhënave është përmbushur.

 

Drejtoni një shembull të punuar, më pas sfidoni rezultatin

Plotësoni një llogaritje realiste të lidhjes së të dhënave UAV

Konsideroni një lidhje ilustruese 2,4 GHz ajër-tokë me një rreze horizontale 10 km dhe një diferencë lartësie 500 m. Konfigurimi i zgjedhur i radios përdor 1 W për zinxhir RF, ekuivalente me 30 dBm për zinxhir, dhe një kanal 5 MHz me një ndjeshmëri -103 dBm. Shembulli është një ushtrim llogaritjeje dhe jo një pretendim për diapazonin e garantuar.

Gama e pjerrët është √(10⊃2; + 0.5⊃2;), ose afërsisht 10.01 km. Humbja e hapësirës së lirë është rreth 120 dB, ndërsa EIRP është 30 + 2 − 1, ose 31 dBm. Fuqia e marrë bëhet 30 + 2 − 1 − 120 + 12 − 1 = −78 dBm.

Krahasimi i -78 dBm me -103 dBm lë 25 dB marzh nominal. Kjo duket e zbatueshme në letër, por supozon një pamje të qartë, fitime të sakta të antenës, pa humbje të pamodeluara të instalimit dhe ndjeshmëri të marrësit të përshtatshme për shërbimin e kërkuar. Llogaritja e drejtimit të kundërt duhet ende të plotësohet me vlerat e tij të transmetuesit, antenës dhe marrësit.

Stress-test buxhetin përpara se të miratoni dizajnin

Rezultati nominal tani duhet të kundërshtohet dhe jo të pranohet. Supozoni se një kthesë e anuar dhe vendosja e kornizës ajrore shkaktojnë 6 dB humbje të modelit të antenës. Nëse ndërhyrja dhe pasiguria e zbatimit imponojnë një dënim shtesë ekuivalent prej 4 dB, marzhi i disponueshëm bie nga 25 dB në afërsisht 15 dB.

Rritja e fuqisë së transmetuesit nuk është gjithmonë përgjigja më e mirë e parë. Prodhimi më i lartë i RF mund të rrisë ngarkesën elektrike, shpërndarjen e nxehtësisë, peshën e sistemit, ndërhyrjen dhe ekspozimin rregullator, ndërsa vendosja më e mirë e antenës mund të rikuperojë disa decibel pa këto ndëshkime.

Testimi i fluturimit duhet të përparojë nga shtigje të shkurtra, me rrezik të ulët në zarfin e plotë. Regjistroni fuqinë e sinjalit të marrë, SNR, modulimin, xhiros, humbjen e paketës dhe vonesën gjatë fluturimit në nivel të jashtëm, kthesave, ngjitjeve, kalimeve lart dhe drejtimit të kthimit. Krahasimi i këtyre matjeve me llogaritjet e skenarit e shndërron fletën origjinale të punës në një model të kalibruar për misionet e ardhshme.

 

konkluzioni

Një buxhet i besueshëm i lidhjes së të dhënave UAV duhet të pasqyrojë misionin e plotë në vend të një llogaritje ideale të vijës së shikimit. Kontrollimi i të dy drejtimeve të lidhjes, përputhja e ndjeshmërisë së marrësit me shpejtësinë e kërkuar të të dhënave dhe lejimi i orientimit të antenës, ndërhyrjeve dhe humbjeve të instalimit krijon një bazë më realiste për testimin e projektimit dhe fluturimit.

Produktet e lidhjes ajrore të Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd., DDLmesh, mund të vlerësohen brenda të njëjtit proces, duke ndihmuar ekipet të krahasojnë konfigurimet e funksionimit dhe të zgjedhin cilësimet e përshtatshme të fuqisë, gjerësisë së brezit dhe modulimit. Rezultati është një rrugë më e qartë nga planifikimi fillestar i RF deri te komunikimi i besueshëm i komandës, telemetrisë dhe ngarkesës.

 

FAQ

Pyetje: Cili është buxheti i lidhjes së të dhënave UAV?

Përgjigje: Buxheti i lidhjes së të dhënave UAV shton fuqinë e transmetuesit dhe fitimet e antenës, zvogëlon humbjet e rrugës dhe harduerit, më pas krahason fuqinë e parashikuar të marrë me pragun e marrësit.

Pyetje: Cila është formula bazë e buxhetit të lidhjes RF?

A: Fuqia e parashikuar e marrë është e barabartë me fuqinë e transmetuesit plus fitimet e antenës së transmetimit dhe pranimit, minus kabllon, lidhësin, përhapjen, polarizimin, bllokimin dhe humbje të tjera të zbatimit.

Pyetje: Sa marzh lidhjeje ka nevojë për një sistem komunikimi UAV?

Përgjigje: Nuk ka asnjë objektiv universal. Marzhi i kërkuar varet nga kritika e misionit, frekuenca, ndërhyrja, lëvizja e avionëve, ndërprerjet e pranueshme dhe besimi në supozimet e përhapjes.

Pyetje: Pse duhet të përdoret diapazoni i pjerrët për llogaritjet e lidhjeve UAV?

Përgjigje: Gama e pjerrët pasqyron distancën aktuale tre-dimensionale midis avionit dhe stacionit tokësor, duke llogaritur si ndarjen horizontale ashtu edhe ndryshimin në lartësi.

Pyetje: A duhet të llogariten ndaras buxhetet e lidhjes së sipërme dhe të poshtme të UAV-së?

A: Po. Çdo drejtim mund të përdorë fuqi të ndryshme transmetimi, antena, humbje kabllore, gjerësi brezi, modulim dhe ndjeshmëri të marrësit, duke prodhuar marzhe të ndryshme funksionimi.

Pyetje: A e përmirëson gjithmonë besueshmërinë e lidhjes UAV rritja e fuqisë së transmetimit?

Përgjigje: Më shumë fuqi mund të rrisë fuqinë e sinjalit të marrë, por vendosja e antenës, humbja e furnizuesit, gjerësia e brezit të kanalit, ndërhyrja, kufijtë rregullatorë, nxehtësia dhe konsumi i energjisë mund të jenë më të rëndësishme.