无线传输途径(jìng)和(hé)特点
途径
实现超远(yuǎn)距(jù)离(lí)有很(hěn)多选(xuǎn)择,可以是有线的,也可(kě)以是无线的。在一般情况下,肯定是(shì)有线传输更加的远(yuǎn),上万公(gōng)里传输都是可以的。拿语音(yīn)传输来说,当面对话靠声波传输,虽然声波传输距离很短,但是不借助高(gāo)科技手(shǒu)段也是可以的。而图像的话(huà)就(jiù)必须要通过现代(dài)通讯手段才行(háng),比如光纤(xiān)。
电磁波的频率
提到现代通讯(xùn)手段,就要讲(jiǎng)到电磁(cí)波频率,通常来说,电磁波频率越低传播越远。比如军事活动所需(xū)要的保密通讯电话的传(chuán)输,就属于超短波频(pín)率,传输比较远,地面通讯一般使用这种频率(对讲机等)。而一(yī)些需要中继传(chuán)递的通讯方式(通(tōng)过中继塔(tǎ)台等)用的是(shì)短波,短波就(jiù)比超短波频率更低,能传(chuán)播的更远(yuǎn),几百公里上千公(gōng)里都是可(kě)以(yǐ)的,比如VOA的电台用的就是(shì)短波频率。
远距离(lí)传输肯(kěn)定(dìng)是数据量越窄传播的越远,发射功(gōng)率越大灵敏度越高,由此就涉(shè)及到了功率的问题。
功率(lǜ)
想要超远距离发射信息,功率越大发射越远。像那些(xiē)架(jià)在高的地(dì)方(fāng)的电视塔都是功率(lǜ)几千瓦甚至上(shàng)万瓦的。举个简单的例子,比如广播(bō)通过塔台发射之后(hòu),很大面积地区都能收到广播,这个功(gōng)率肯定小不了,电视工(gōng)作者如果暴露(lù)在发射(shè)设备(bèi)下那么对身体的伤(shāng)害是非常大(dà)的。
综上,各(gè)种运营商(shāng)的设备同理,他们加大基站或(huò)者塔台的(de)功率(lǜ),都是为了(le)传的更远。
带宽
带宽语音一般来说都是3K左右,因为普通人说话3K就够了,如(rú)果能够压缩(suō)的话几百(bǎi)K就够了,所以语音的(de)传输带宽是非常小的(de)。而现(xiàn)在无(wú)人(rén)机的(de)带宽都是以M起步,这对远距离传输的(de)挑战就大了很多(duō)。传输(shū)距(jù)离取决于灵敏(mǐn)度,根据香(xiāng)农公式(shì),带宽增加十倍,灵敏(mǐn)度(dù)就下(xià)降十(shí)倍,所(suǒ)以带宽(kuān)对于无线(xiàn)传输来说(shuō)是很珍(zhēn)贵的。
图像传输的特点
图像传输跟普通信(xìn)号传输相比(bǐ)特点还是比(bǐ)较(jiào)鲜(xiān)明的:
1、图像传输的特点是数据(jù)量太大了。TXT等文件通常都(dōu)是几(jǐ)K起步,而图像数(shù)据(jù)量就(jiù)大(dà)得多,比(bǐ)如iphoness随意照张照片就要几M了,所以需要的带宽要(yào)很(hěn)高。
2、图(tú)像(xiàng)传(chuán)输不能有时延,跟大家看电影一(yī)样(yàng),有卡顿就不(bú)能忍(rěn)受了,此外,我们看电(diàn)影,高清图(tú)像就很爽,模(mó)糊就受不了。
综上,无人机传输的特点(diǎn)就是(shì),数据量大,延迟(chí)要(yào)求要低。这(zhè)都是无线传输最(zuì)难管控的地方。
无人机超远距离传(chuán)输的(de)要(yào)求
上文说过,图像传(chuán)输的特点是图像质量(liàng)要(yào)求高,实时(shí)画(huà)面监控延迟要低,除(chú)了这两点外(wài)还(hái)有(yǒu)一些问题:
因为无人机是便携(xié)设备(bèi),所以它的(de)功率不(bú)可(kě)能非常的大(dà),所以传输功耗要小,但(dàn)是功(gōng)耗小与距(jù)离远就(jiù)是矛盾的。
另外,无人机传输要(yào)抗干扰能力强(qiáng),因为无(wú)人(rén)机经常要在人群密(mì)集或者有电(diàn)磁干扰等环境复杂的情(qíng)况下(xià)进行工(gōng)作,这样难免传输会受到(dào)外(wài)界影响,这也是个问题。
世界上(shàng)对无人机传输也有相(xiàng)应(yīng)的标准,这些(xiē)标准也对无人机传(chuán)输有了(le)一些限(xiàn)制。
传得远首先(xiān)要过功耗功(gōng)率这(zhè)一关。世(shì)界上对无人机有(yǒu)功耗标准的(de)规定(dìng),比如欧(ōu)洲要过CE,美国要过FCC,无人(rén)机标准涉及无(wú)线通讯方面(miàn)就是EMC电池兼容方面的要求、功耗和发射功率不能超(chāo)过多少等等。比如(rú)大疆精灵4的(de)CE要求是20 、FCC要求23,最新的产(chǎn)品御(yù)CE要求23、FCC要(yào)求26,这些都(dōu)给(gěi)无人机(jī)的传(chuán)输进行了限制。
除了(le)这些要(yào)求还有电池的发(fā)展局限性(xìng),这个是个传输以外的问题,在这里就不(bú)多谈(tán)了(le)。
综上,无人(rén)机(jī)远距离传输的要求,总结来(lái)说就(jiù)是:质量要高,功率要低,抗干扰能力要强,传输距(jù)离(lí)要远(yuǎn),国家(jiā)法律(lǜ)法规(guī)的限制以及电池技术的(de)发展。
距(jù)离与(yǔ)功耗的平衡
说了这(zhè)么多要求(qiú),就要讲一下(xià),无人机(jī)远距离传输最(zuì)重要的(de)一点,也就是距离与功耗的平衡(héng)。
根据香农(nóng)公式,距离和带(dài)宽有关(guān)系,距离远带宽就(jiù)要窄,之所以限(xiàn)制(zhì)很多(duō)飞(fēi)行(háng)设备都在用一些快要淘(táo)汰的调制技术(比如飞(fēi)机要调幅波),就是需要平衡传(chuán)输(shū)距离(lí)和(hé)功(gōng)耗之间的关系。
我需要传得远(yuǎn),那么功率就要大,但是政策上有规定功率功(gōng)耗(hào)不(bú)能大,唯一可以改善的就是信道信源(yuán)相关的技术,也(yě)就(jiù)是无限通讯最重要的技术。
在同样的功耗、其他部件(jiàn)减轻、电池优(yōu)化的情况下,把(bǎ)带宽压缩,不要把图(tú)像完全无失真的去传输(shū),才(cái)能保证距离(lí)与功耗相对的平衡。当(dāng)然,这个就是(shì)要根(gēn)据(jù)研发的水平来了,拿大疆举(jǔ)例,无人机(jī)需要(yào)30分钟续航(háng),那么电池就确定了(le),体(tǐ)重也确定了,发射功耗(hào)确定了,要提(tí)高距(jù)离就要优(yōu)化无线传输的技术,目前(qián)那些技术(shù)是(shì)用在无人机图传方面的技术(shù)呢?
无人机图传技术
先用形象(xiàng)的方式介绍几个(gè)名词(学通讯相关的同学可以(yǐ)跳过这一部(bù)分(fèn)):
信道:通信(xìn)系统(tǒng)中(zhōng)传输的通道,好比(bǐ)是(shì)高架(jià)桥(qiáo)。
信源:信源是产生各(gè)类信息的实体,好比是载满水泥的大(dà)卡车。
编码(mǎ):好比是快(kuài)递与打包,为了传输过(guò)程中有(yǒu)无损(sǔn)坏。
扩频:是一种信息处理改善传(chuán)输性能的技(jì)术,好比是八路,隐蔽性高(gāo)、抗干扰能力强。
调(diào)制:好(hǎo)比是新的交通工具,减少传递步(bù)骤。
具体来说,图传就是(shì)要把一个东西准确、快速的从一个(gè)地方传递到另一个地方,要抗干扰,还要抓重点。所以(yǐ)信源和信(xìn)道就要(yào)改(gǎi)善,关于信道(dào)技(jì)术就是抓重点的(de)基础,比如(rú)目前常见的MPEG-2、MPEG-4等技术,简单地(dì)说(shuō)就是(shì)把图片(piàn)的重点压缩,抓住重点传输。信道编(biān)码就是为了减少(shǎo)码元数(shù)率,减(jiǎn)少带(dài)宽占用(yòng),因为传输跟带宽有(yǒu)关系,抓(zhuā)住重点(diǎn)可(kě)以(yǐ)避免浪费功率。
目前无人机图(tú)传主流的技术由OFDM、WiFi等。
OFDM
在技术上(shàng),目前(qián)很多无人(rén)机喜欢用(yòng)的(de)传输技术为OFDM,是多载波(bō)调制的一种,该技术更适合于(yú)高速数据的传输(shū),OFDM有很多优势,比如在窄带带宽(kuān)下也能够发出大量的数(shù)据、能够(gòu)对抗频率(lǜ)选(xuǎn)择性(xìng)衰落或窄带(dài)干扰(rǎo)等等。
但是,OFDM也(yě)有缺点:
载(zǎi)波频率偏移
对(duì)相位噪声和载波频偏十分敏感
峰均比比较高
所以把这三个缺陷(xiàn)瓶(píng)颈解(jiě)决掉(diào)才是完美的技术。
WIFI
除了OFDM之外,很多厂家也都(dōu)在使用WiFi技术,可(kě)能WiFi说出(chū)来让(ràng)人感(gǎn)觉(jiào)很低(dī)端,其实不是这样的,WiFi技术也在不停的进步(bù)。
WiFi传输是具有高(gāo)性(xìng)价比的无人机图(tú)传使用最广泛的技术,但是因为WiFi在技(jì)术上有很多限(xiàn)定,且不(bú)可修(xiū)改的,并且很多厂家(jiā)都是拿来方(fāng)案直接搭建,所以其缺点(diǎn)也十分突(tū)出:比如芯片设计成什(shí)么(me)格式就是(shì)什么格式的,无法修改,技术比较固化;干扰管理策略(luè)实时性不强;信道利用率比(bǐ)较低等等(děng)。
另外WiFi传输还有(yǒu)跟物理(lǐ)层的衔接不紧(jǐn)密的(de)缺点,导致反应不迅速,传输(shū)时延较(jiào)大(dà),最多有秒级的时(shí)延。
在FPV模(mó)式下(xià)更需要低时延才行
说到时延,端到端的时延主要有(yǒu)以下几(jǐ)个方面(miàn):
高层组包时延
高层到物理层的时延
时隙资源(yuán)分(fèn)配机制导致的时延(yán)
传播(bō)的时延
物理层处理(lǐ)时延(yán),解调解(jiě)码等
高(gāo)层处理时延(yán)
这(zhè)两种图传(chuán)方式应该(gāi)是目前无(wú)人机图传的主流。
其实总(zǒng)体来说,无人(rén)机远距离(lí)传输其实就是距离和功(gōng)耗之间的平衡,其(qí)中还涉(shè)及(jí)了很(hěn)多调制(zhì)技术,比(bǐ)如用扩(kuò)频来(lái)提高抗(kàng)干扰能力、信道(dào)信源技术的优化(huà)等等。

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