İHA Veri Bağlantıları İçin RF Bağlantı Bütçesi Nasıl Hesaplanır?

Bir İHA veri bağlantısı, kısa bir yer testi sırasında güvenilir görünebilir ve uçak maksimum menzile ulaştığında, yana yattığında, tırmandığında veya yüksek hızlı bir video akışı taşıdığında yine de başarısız olabilir. Zorluk sadece yeterli iletim gücünü seçmek değildir; her anten kazancı, donanım kaybı, yayılma kaybı, alıcı eşiği ve çalışma koşulu birlikte değerlendirilmelidir.

Pratik İHA veri bağlantısı bütçesi, bu değişkenleri alınan güç ve kullanılabilir marjın tahminine dönüştürür. Hesaplama, görev durumuyla başlar, vericiden alıcıya RF yolunu takip eder, uçuşla ilgili kayıpları toplar ve kontrol ve faydalı yük bağlantılarının yeterli rezerve sahip olup olmadığını ortaya çıkarır.

 

Formülle Değil Misyonla Başlayın

Yukarı bağlantı, telemetri ve yük gereksinimlerini ayırın

Komut, telemetri ve yük verileri tek bir genel trafik akışı olarak ele alınmamalıdır. Bir komut yukarı bağlantısı çok az veri taşıyabilir ancak düşük gecikme süresi ve çok yüksek süreklilik gerektirir. Telemetri daha düşük bir hızı tolere edebilirken, bir HD video indirme bağlantısı mevcut kapasitenin çoğunu tüketebilir ve seçilen modülasyon için daha güçlü bir sinyal talep edebilir.

Her hizmet için minimum yük verimini, maksimum kabul edilebilir gecikmeyi, paket kaybı toleransını ve gerekli kullanılabilirliği kaydedin. Protokol ek yükü, yeniden iletimler, kontrol trafiği ve değişen modülasyon, yükün kullanabileceği kapasiteyi azalttığından, radyonun en yüksek fiziksel katman hızı yerine uygulama verimini kullanın. Bu nedenle İHA veri bağlantısı bütçesi en az iki eşiğe göre kontrol edilmelidir: biri komuta ve kontrolü sürdürmek için, diğeri gerekli video veya sensör akışını sürdürmek için.

Uçuş zarfındaki en kötü noktayı seçin

Mesafe, yalnızca reklamı yapılan görev yarıçapını değil, rotadaki en zayıf gerçekçi noktayı temsil etmelidir. Yer istasyonundan farklı yükseklikteki bir uçak için eğik aralığı kullanın:

Eğim aralığı = √(yatay mesafe⊃2; + yükseklik farkı⊃2;)

Geometri tek başına en kötü noktayı belirlemez. Yana yatma dönüşleri, eğim değişiklikleri, dik yükseklik açıları, dönüş istikametleri ve faydalı yük yerleşimi, yer istasyonunu havadaki anten modelinin daha zayıf bir kısmına yerleştirebilir. Doğru görev girişi, başka bir nokta biraz daha uzakta olsa bile, en zayıf güvenilir bağlantıyı oluşturan pozisyon ve uçağın tutumudur.

 

Her Kazancı ve Kaybı Tek Hesaplamada Yerleştirin

Gerçek bir radyo konfigürasyonundan bir giriş sayfası oluşturun

Tek bir tam çalışma moduyla başlayın. En yüksek iletim gücünü, dar bant hassasiyetini, en geniş kanalı ve maksimum veri hızını, bu özelliklerin aynı anda gerçekleşemediği durumlarda birleştirmeyin.

Birimlerin farklı rolleri vardır. dBm mutlak bir güç seviyesini ifade eder, dBi izotropik bir yayıcıya göre anten kazancını tanımlar ve dB bir kazanç veya kayıp oranını ifade eder. Denklem logaritmik olduğundan kazançlar toplanır ve kayıplar doğrudan çıkarılır.

Ürün spesifikasyonları bağlantılı çalışma koşulları olarak ele alınmalıdır. WDS DDLmesh havadan serisi, seçilebilir geniş bant ve dar bant kanal genişliklerini, 64QAM modülasyonu aracılığıyla uyarlanabilir BPSK'yi, ayarlanabilir RF çıkış seçeneklerini, 2x2 MIMO işlevlerini ve 5 MHz'de −103 dBm veya 250 kHz'de −117 dBm alıcı hassasiyetini destekler. Bu değerler, çalışma sayfasının neden öncelikle bir bant genişliği ve hizmet hızı seçmesi gerektiğini göstermektedir: dar bant duyarlılığı, geniş bantlı bir video akışının çalışacağını kanıtlamak için kullanılamaz.

Frekans ve eğik aralıktan boş alan yolu kaybını hesaplayın

Noktadan noktaya engelsiz bir yol için, boş alan yol kaybını frekansı MHz cinsinden ve mesafeyi kilometre cinsinden hesaplayarak hesaplayın:

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

Boş alan yol kaybı, bitki örtüsü, arazi kırınımı, uçak gövdesi tıkanması, girişim veya antenin yanlış hizalanmasından ziyade bir referans durumunu temsil eder. Bu etkiler ayrı tahsisler veya daha ayrıntılı bir yayılma modeli gerektirir.

10,01 km'nin üzerinde 2,4 GHz'de hesaplama şu şekildedir:

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

FSPL ≈ 120,0 dB

MHz yerine GHz cinsinden girilen bir frekans, denklemin bu versiyonunda 60 dB'lik bir hata üretecektir. Bu nedenle birimlerin belleğe bırakılması yerine her giriş hücresinin yanında gösterilmesi gerekir.

EIRP'yi ve tahmini alınan gücü hesaplayın

Eşdeğer izotropik olarak yayılan güç, iletim tarafı terimlerini birleştirir:

EIRP = Ptx + Gtx - Ltx

Verici 30 dBm üretiyorsa, anten ilgili yönde 2 dBi sağlıyorsa ve kablo yolu 1 dB kaybediyorsa EIRP 31 dBm olur. Bu değer, seçilen frekans ve çalışma yeri için geçerli olan kurallara göre kontrol edilmelidir.

Tahmin edilen alıcı gücü bu durumda:

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

Ek kayıpları görünür tutun. Açıklanamayan tek bir 'güvenlik faktörü', modelin polarizasyon uyumsuzluğu, uçak gövdesi gölgelemesi, izleme hatası, konektör toleransı veya yüksek gürültü ortamı içerip içermediğini belirlemeyi zorlaştırır. Ayrı girişler ayrıca daha sonraki uçuş testi verilerinin orijinal İHA veri bağlantısı bütçesiyle karşılaştırılmasını da kolaylaştırır.

Son olarak, havadan yere ve yerden havaya yolları ayrı sütunlarda hesaplayın. Aynı mesafeyi ve boş alan kaybını paylaşabilirler ancak farklı iletim güçleri, anten kurulumları, kablo yolları, bant genişlikleri ve hassasiyet eşikleri önemli ölçüde farklı marjlar oluşturabilir.

 

Bağlantının Uçuş Sırasında Hala Çalışıp Çalışmadığına Karar Verin

Alınan gücü doğru hassasiyet değeriyle karşılaştırın

Alıcı duyarlılığı bir radyonun kalıcı özelliklerinden biri değildir. Normalde bant genişliği, modülasyon, kodlama, hedef hata performansı ve bazen aktif RF zincirlerinin sayısına göre değişir. Bir hassasiyet değeri, yalnızca uygulamanın gerektirdiği çalışma moduna karşılık geldiğinde İHA veri bağlantısı bütçesine girmelidir.

Başlangıç ​​bağlantı marjını şu şekilde hesaplayın:

Bağlantı marjı = Tahmini alınan güç − Alıcı hassasiyeti

Tahmin edilen sinyal -78 dBm ve uygulanabilir hassasiyet -103 dBm ise başlangıç ​​marjı 25 dB'dir. Bu sonuç, modellenen sinyalin, çalışma sayfasına girilen varsayımlar altında seçilen alıcı eşiğinin 25 dB üzerinde olduğunu söylüyor.

Değişen saha koşulları için rezerv marjı

Solma marjı, beklenen çalışma sinyali ile seçilen hizmet için gereken minimum seviye arasındaki kullanılabilir rezervdir. Zamanla değişen veya masa başı planlama sırasında kesin olarak tahmin edilemeyen kayıpları karşılar. Gerekli rezerv, görevin kritikliğine, kabul edilebilir kesinti süresine, yol ortamına, frekansa, anten davranışına ve giriş verilerinin güvenilirliğine bağlıdır.

Polarizasyon hatası, konnektör toleransları, yer anteni yönlendirmesi, uçak gövdesi tıkanıklığı, kısmi engelleme, çoklu yol ve kurulum belirsizliği için toleransları ekleyin. Parazit dikkatli bir şekilde ele alınmalıdır çünkü alınan sinyal gücünü her zaman azaltmaz; bunun yerine etkin gürültü tabanını yükseltebilir ve belirli bir veri hızı için gereken sinyal seviyesini artırabilir. Basit bir planlama tablosunda bu etki, açıkça etiketlenmesi koşuluyla ihtiyatlı bir duyarlılık cezası olarak temsil edilebilir.

Fresnel temizliği, araziye, bitki örtüsüne, binalara veya yere yakın alçak irtifalı yollar için kısa bir rota kontrolünü hak eder. Görsel görüş hattı, kesintisiz bir yayılma bölgesini garanti etmez. Açıklığın şüpheli olduğu durumlarda, araziye duyarlı bir yayılma çalışması, yalnızca boş alan kaybına dayanmaktan daha uygundur.

Uçağın tutumu ve anten düzeninin hesaba katılması

İHA bağlantısı hesaplamasındaki anten değeri, yalnızca veri sayfasında yazılı olan maksimum sayı değil, diğer radyoya yönelik kazanç olmalıdır. Azimuttaki çok yönlü bir anten hala derin yükseklik sıfırlarına sahip olabilirken, karbon fiber, piller, motorlar, kablolar, kameralar veya diğer antenlerin yakınına kurulum etkili modelini yeniden şekillendirebilir.

Bu nedenle yuvarlanma, eğim ve sapma tasarım incelemesine aittir. Yatık bir dönüş, polarizasyonu döndürebilir veya istasyona doğru bir sıfıra işaret edebilirken, üstten geçiş, yer antenini en güçlü yükseklik bölgesinin dışına yerleştirebilir. en çok senGüvenli İHA veri bağlantısı bütçesi , düz uçuş, maksimum yatış, tırmanış, havai geçiş ve dönüş yönü için ayrı senaryolar içerir.

MIMO ve alım çeşitliliği dayanıklılığı artırabilir, ancak fayda, belgelenmiş radyo modu ve kurulu anten ayrımından kaynaklanmalıdır. Uzamsal çoğullama öncelikle kapasiteyi arttırmak için kullanılırken çeşitliliğin solmaya karşı sağlamlığı artırması amaçlanır. Alınan güce keyfi bir 'MIMO kazancı' eklemek performansı abartabilir.

Her iki bağlantı yönünü ve her iki performans eşiğini kontrol edin

İki yönlü bir bağlantı, zayıf yönü ile sınırlıdır. Aşağı bağlantı daha yüksek havadan iletim gücüne sahip olabilir ve yoğun video trafiği taşıyabilirken, komut yukarı bağlantısı farklı bir yer anteni, kanal ayarı veya hassasiyet gereksinimi kullanabilir. Yayılmanın karşılıklı olması, tüm ekipman zincirlerini aynı yapmaz.

Görev menzili, hangi eşiğe ilk ulaşıldığına göre belirlenmelidir. Bir İHA, video akışı kullanılamaz hale geldikten sonra kontrol edilebilir durumda kalabilir ancak bu, orijinal veri bağlantısı gereksiniminin karşılandığı anlamına gelmez.

 

Çalışılmış Bir Örnek Çalıştırın, Sonra Sonuca meydan okuyun

Gerçekçi bir İHA veri bağlantısı hesaplamasını tamamlayın

10 km yatay menzile ve 500 m yükseklik farkına sahip örnekleyici bir 2,4 GHz havadan yere bağlantıyı düşünün. Seçilen radyo konfigürasyonu, RF zinciri başına 1 W (zincir başına 30 dBm'ye eşdeğer) ve -103 dBm hassasiyete sahip 5 MHz kanal kullanır. Örnek, garantili bir menzil talebinden ziyade bir hesaplama alıştırmasıdır.

Eğim aralığı √(10⊃2; + 0,5⊃2;) veya yaklaşık 10,01 km'dir. Boş alan kaybı yaklaşık 120 dB iken EIRP 30 + 2 − 1 veya 31 dBm'dir. Alınan güç 30 + 2 − 1 − 120 + 12 − 1 = −78 dBm olur.

−78 dBm'yi −103 dBm ile karşılaştırmak, 25 dB'lik nominal marj bırakır. Bu, kağıt üzerinde uygulanabilir görünüyor ancak net görüş hattı, doğru anten kazanımları, modellenmemiş kurulum kaybının olmaması ve gereken hizmete uygun alıcı hassasiyeti varsayılıyor. Ters yön hesaplamasının yine de kendi verici, anten ve alıcı değerleriyle tamamlanması gerekir.

Tasarımı onaylamadan önce bütçeye stres testi yapın

Nominal sonuca artık kabul edilmek yerine itiraz edilmelidir. Yatık bir dönüşün ve uçak gövdesi yerleşiminin 6 dB anten modeli kaybına neden olduğunu varsayalım. Parazit ve uygulama belirsizliği ilave 4 dB'lik eşdeğer cezayı zorunlu kılarsa, mevcut marj 25 dB'den yaklaşık 15 dB'ye düşer.

Verici gücünü artırmak her zaman en iyi ilk tepki değildir. Daha yüksek RF çıkışı elektrik yükünü, ısı dağılımını, sistem ağırlığını, paraziti ve mevzuata maruz kalmayı artırabilirken, daha iyi anten yerleşimi bu olumsuzluklar olmadan birkaç desibelin geri kazanılmasını sağlayabilir.

Uçuş testleri kısa, düşük riskli yollardan tam kapsamlıya doğru ilerlemelidir. Seviye gidiş uçuşu, dönüşler, tırmanışlar, havai geçişler ve dönüş yönü sırasında alınan sinyal gücünü, SNR'yi, modülasyonu, verimi, paket kaybını ve gecikmeyi kaydedin. Bu ölçümlerin senaryo hesaplamalarıyla karşılaştırılması, orijinal çalışma sayfasını gelecekteki görevler için kalibre edilmiş bir modele dönüştürür.

 

Çözüm

Güvenilir bir İHA veri bağlantısı bütçesi, ideal bir görüş hattı hesaplamasından ziyade misyonun tamamını yansıtmalıdır. Her iki bağlantı yönünün kontrol edilmesi, alıcı hassasiyetinin gerekli veri hızıyla eşleştirilmesi ve anten yönelimine, girişime ve kurulum kayıplarına izin verilmesi, tasarım ve uçuş testleri için daha gerçekçi bir temel oluşturur.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd.'nin DDLmesh havadan veri bağlantısı ürünleri aynı süreç içerisinde değerlendirilerek ekiplerin işletim konfigürasyonlarını karşılaştırmasına ve uygun güç, bant genişliği ve modülasyon ayarlarını seçmesine yardımcı olur. Sonuç, ilk RF planlamasından güvenilir komut, telemetri ve yük iletişimine kadar daha net bir yoldur.

 

SSS

S: İHA veri bağlantısı bütçesi nedir?

C: Bir İHA veri bağlantısı bütçesi, verici gücü ve anten kazançlarını ekler, yol ve donanım kayıplarını çıkarır, ardından tahmin edilen alınan gücü alıcı eşiğiyle karşılaştırır.

S: Temel RF bağlantısı bütçe formülü nedir?

C: Tahmin edilen alınan güç, verici gücü artı verici ve alıcı anten kazançları, eksi kablo, konnektör, yayılma, polarizasyon, blokaj ve diğer uygulama kayıplarına eşittir.

S: Bir İHA iletişim sisteminin ne kadar bağlantı marjına ihtiyacı vardır?

C: Evrensel bir hedef yoktur. Gerekli marj, görevin kritikliğine, frekansa, müdahaleye, uçak hareketine, kabul edilebilir kesintilere ve yayılma varsayımlarına olan güvene bağlıdır.

S: İHA bağlantı hesaplamalarında neden eğik aralık kullanılmalıdır?

C: Eğimli aralık, hem yatay ayrımı hem de yükseklik farkını hesaba katarak, uçak ile yer istasyonu arasındaki gerçek üç boyutlu mesafeyi yansıtır.

S: İHA uplink ve downlink bütçeleri ayrı ayrı mı hesaplanmalı?

C: Evet. Her yön, farklı iletim gücü, antenler, kablo kayıpları, bant genişliği, modülasyon ve alıcı hassasiyeti kullanarak farklı çalışma marjları oluşturabilir.

S: İletim gücünün arttırılması her zaman İHA bağlantı güvenilirliğini artırır mı?

C: Daha fazla güç, alınan sinyalin gücünü artırabilir ancak anten yerleşimi, besleyici kaybı, kanal bant genişliği, parazit, düzenleyici sınırlar, ısı ve enerji tüketimi daha önemli olabilir.