无线传输途(tú)径和特点(diǎn)
途径
实(shí)现超远距离有很(hěn)多选择,可以(yǐ)是(shì)有线(xiàn)的,也可以(yǐ)是无线的。在一般情况下,肯定(dìng)是(shì)有线传输(shū)更加的远,上万公里传输都是可以的。拿语音传输来说,当面对话靠声波传输,虽(suī)然声波传输(shū)距离很短,但是不借助高科技手段也是可(kě)以的。而图像的话就必须要通(tōng)过(guò)现代通讯手段才行,比如光(guāng)纤。
电磁(cí)波的(de)频率
提到现代通(tōng)讯手段,就要讲到电磁波频率,通常来说,电磁(cí)波频率越低传播越远。比(bǐ)如军事活动所(suǒ)需要(yào)的保密通讯(xùn)电话的传输,就属于超短波频率,传输比较远,地面通讯一般使用这种频率(对讲机等)。而一些需要中(zhōng)继(jì)传递的(de)通讯方式(通过中继(jì)塔台等)用(yòng)的是短波(bō),短波就比超短波频率更低,能传播的更远(yuǎn),几百公里上千公里都(dōu)是(shì)可以的,比如VOA的电台用的(de)就(jiù)是短波频(pín)率。
远距(jù)离传输肯定是数据量越窄传播的越远,发射功率越(yuè)大灵敏度越高(gāo),由此就涉(shè)及到了功(gōng)率的问题。
功(gōng)率
想要超远距离发(fā)射信息,功(gōng)率越大发(fā)射越远。像那(nà)些架在高的地方的电(diàn)视塔都(dōu)是功率几(jǐ)千瓦甚(shèn)至上万瓦(wǎ)的(de)。举个简单的例子,比如广播通过塔台发射之后,很大面积地区都能(néng)收到广播(bō),这个功率肯定小不了,电视工作(zuò)者如果暴露(lù)在发射设备下那(nà)么对身体的伤害是非常大的(de)。
综上,各种运营商的设备同理(lǐ),他们加大基站或者塔台的功率(lǜ),都是为了传的更远。
带(dài)宽
带宽(kuān)语音一般来说都是3K左右,因为普通人说话(huà)3K就够了(le),如果(guǒ)能够压缩的话几百(bǎi)K就够(gòu)了(le),所以语(yǔ)音的传(chuán)输(shū)带宽(kuān)是非常小的。而现(xiàn)在无人(rén)机(jī)的带宽都是以(yǐ)M起步,这对远距离传输的挑战就(jiù)大了很多。传输距离取(qǔ)决(jué)于灵敏度,根据香农公式,带宽(kuān)增(zēng)加十倍(bèi),灵敏度就下降十倍,所以带宽对于无线传输来说是很珍贵的。
图像传输的(de)特(tè)点(diǎn)
图像传输跟普通信号传(chuán)输相(xiàng)比特点还是比(bǐ)较鲜明的:
1、图像传输的(de)特点是数据量太大了(le)。TXT等文件通常都是(shì)几K起步,而图像数(shù)据量就大得多,比如(rú)iphoness随意照张照片(piàn)就要几M了,所以需要(yào)的带宽(kuān)要很高。
2、图像(xiàng)传输不能(néng)有时延,跟大家看(kàn)电影一(yī)样,有卡顿就不能忍受了,此外,我们看电影,高清图像就很爽,模糊就(jiù)受不了(le)。
综上,无人机传输的(de)特点就是,数据量大,延迟(chí)要求要低。这都是无线传输最难(nán)管控的地(dì)方。
无人机超远距离传输的要求
上文说过(guò),图像传输的特点是图像(xiàng)质量(liàng)要求高,实时画面监控延迟(chí)要低(dī),除了这两(liǎng)点(diǎn)外还有(yǒu)一些问题:
因为无人机是(shì)便携设备,所以它的功率不可能非常的大,所以传输功耗要小,但是(shì)功耗小(xiǎo)与距离远就是矛(máo)盾的。
另外,无人机传输要抗干(gàn)扰能力强,因为无(wú)人机经常(cháng)要在人群密集或者(zhě)有电磁干扰(rǎo)等环境复(fù)杂的情(qíng)况下进行工作(zuò),这样难免传输会(huì)受到外界影响(xiǎng),这也(yě)是个问(wèn)题。
世界(jiè)上对无(wú)人机传输也有相(xiàng)应的标准,这(zhè)些标(biāo)准也对无人机传输有(yǒu)了一些限制(zhì)。
传得远(yuǎn)首先要(yào)过功耗功率这一关。世界上对无(wú)人机有功耗标准的规定,比如欧洲要过CE,美国要过FCC,无人机标(biāo)准涉及无线通讯方面就是(shì)EMC电池(chí)兼容方面的要(yào)求、功耗和发射(shè)功率不能超过多少等等(děng)。比如(rú)大疆精灵4的CE要求是20 、FCC要(yào)求23,最新的产品(pǐn)御CE要求(qiú)23、FCC要求(qiú)26,这些都给无人机的(de)传输进(jìn)行了限制。
除了这些要(yào)求还有电(diàn)池的发展局限性,这个是个(gè)传(chuán)输以外的问题,在这里就不(bú)多谈了。
综上,无人(rén)机(jī)远距离传(chuán)输的要求,总结来说就是:质量要高,功率要低,抗干扰能(néng)力要(yào)强,传输距离要远,国家法律法规的限制以及电池技术的(de)发展。
距离与(yǔ)功耗的平衡(héng)
说了(le)这(zhè)么多要(yào)求,就要讲一下(xià),无人(rén)机远(yuǎn)距离传输最重要的(de)一点,也就是(shì)距离与功(gōng)耗的平衡。
根(gēn)据香农公式,距(jù)离和带宽有关系(xì),距离(lí)远带宽就要窄,之所以限(xiàn)制(zhì)很多飞行(háng)设备都在用一些快(kuài)要淘汰的(de)调制技术(shù)(比如飞机要调幅波(bō)),就是(shì)需要平衡传(chuán)输距离和功耗之(zhī)间的关系。
我需要传得远,那么功率就要大,但是政策上(shàng)有(yǒu)规(guī)定功率(lǜ)功耗(hào)不能大,唯(wéi)一可以(yǐ)改善(shàn)的就是信道信(xìn)源相关的技术(shù),也(yě)就是无(wú)限通讯最重(chóng)要的技术。
在同样的功耗、其(qí)他部件减(jiǎn)轻、电(diàn)池(chí)优(yōu)化的情况下,把带宽压缩,不要把图像完全无失(shī)真(zhēn)的去传(chuán)输,才能保证距离与(yǔ)功耗相对的(de)平衡。当然,这个就是(shì)要(yào)根据研发(fā)的水(shuǐ)平来了,拿(ná)大(dà)疆举例,无人(rén)机(jī)需要30分钟续航,那么电池就(jiù)确定了,体重也(yě)确定(dìng)了(le),发射功耗确定了,要(yào)提高距(jù)离就要(yào)优化无线传输的技术,目前那些技(jì)术是用在无(wú)人(rén)机(jī)图传方(fāng)面的技术呢?
无(wú)人机图(tú)传技术
先(xiān)用形象的方式介绍几个名词(学通(tōng)讯相关的同学(xué)可以(yǐ)跳(tiào)过这一部分):
信道(dào):通信系统中传(chuán)输的(de)通道,好(hǎo)比是(shì)高架桥。
信源:信(xìn)源是产生各(gè)类信息的(de)实体,好比是(shì)载满水泥的大卡车。
编码:好比(bǐ)是快递与(yǔ)打包(bāo),为了传输过程中有无(wú)损坏。
扩频:是一(yī)种(zhǒng)信息处(chù)理(lǐ)改善传输性能的技术(shù),好(hǎo)比是八路,隐蔽(bì)性高、抗干(gàn)扰能力强。
调制(zhì):好(hǎo)比是新的交通工(gōng)具,减(jiǎn)少传递步骤。
具体来说(shuō),图传就是要把一个东西准(zhǔn)确(què)、快速的从一(yī)个地方传递到(dào)另一个(gè)地方,要(yào)抗(kàng)干扰,还要抓重点(diǎn)。所以(yǐ)信源(yuán)和信道就要改(gǎi)善,关于信道技(jì)术就是抓重点的基础,比如(rú)目前常见的MPEG-2、MPEG-4等技术,简单(dān)地说就(jiù)是把图片的重点压缩,抓住重点传输。信道(dào)编码(mǎ)就(jiù)是(shì)为了减少(shǎo)码元(yuán)数率,减少带(dài)宽(kuān)占用,因为传输跟带宽有关系,抓住重点可以避(bì)免浪(làng)费功(gōng)率(lǜ)。
目前(qián)无人机图传主流(liú)的技术由OFDM、WiFi等。
OFDM
在技术上,目前很多(duō)无(wú)人机喜欢用的传(chuán)输技术为OFDM,是多载波调(diào)制的一(yī)种,该技术(shù)更适合(hé)于高速数据的传输(shū),OFDM有很多优势,比如在窄带带宽下也能够发出大量的数据、能够对抗(kàng)频率选择性衰落或窄带(dài)干扰(rǎo)等等。
但是(shì),OFDM也(yě)有(yǒu)缺点(diǎn):
载波频率偏移
对相位噪声和载(zǎi)波频偏十分敏(mǐn)感
峰均比比较高(gāo)
所以(yǐ)把这三(sān)个缺陷瓶颈解决(jué)掉才是完美的技术(shù)。
WIFI
除了OFDM之(zhī)外(wài),很多厂家也(yě)都在使用WiFi技术,可能WiFi说(shuō)出来让人感觉很低(dī)端,其实(shí)不(bú)是这样的,WiFi技术也在(zài)不停的进步。
WiFi传输是具(jù)有高性价比的无人机图(tú)传使用最广泛的技术,但是因为WiFi在技术上有很多限定(dìng),且不(bú)可(kě)修改(gǎi)的(de),并且很多厂家(jiā)都是拿来方案(àn)直接搭建,所以其缺点也十(shí)分突出:比如(rú)芯片设计(jì)成什么(me)格式就是什(shí)么格式的,无法修改,技术比较(jiào)固化(huà);干扰管理策略实时性(xìng)不强;信(xìn)道利用(yòng)率比较低等等。
另外(wài)WiFi传输还(hái)有跟物理层的衔接不紧(jǐn)密(mì)的缺点,导致反应不(bú)迅速,传输时延较大,最多有秒级的(de)时(shí)延(yán)。
在FPV模(mó)式下更需(xū)要(yào)低时延才行(háng)
说(shuō)到时延(yán),端到端的时延主要(yào)有以下(xià)几个方面:
高层组包时延(yán)
高层(céng)到物理层(céng)的时延
时隙资(zī)源分配机制(zhì)导(dǎo)致的时延
传播的时延
物理(lǐ)层(céng)处理(lǐ)时(shí)延,解调解码等
高(gāo)层处理时延(yán)
这两种图传方式应该是目前无人机图传的主流(liú)。
其实总(zǒng)体来(lái)说,无人(rén)机远距离传输其实就是距离(lí)和功耗(hào)之(zhī)间的(de)平衡,其中(zhōng)还涉及了很多调(diào)制技术,比如(rú)用扩频来提高抗干扰能力、信道信源(yuán)技术的优化等等。

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