Kaip LTE ir 5G maitina naujos kartos dronus

As dronai Eiksuokite iš pagrindinių skraidančių kamerų iki autonominių duomenų rinkimo platformų, jų poreikio greitai,
Patikimas ir tolimojo nuotolio bendravimas yra svarbesnis nei bet kada. Tradicinės radijo dažnio (RF) sistemos ir „Wi-Fi“ Apribokite drono galimybes, ypač ne tik vaizdinės regėjimo linijos (BVLOS) operacijoms ir realiojo laiko duomenų perdavimui. Štai kur atsiranda LTE (4G) ir 5G mobiliųjų telefonų technologijos-besivystančios tolimojo, aukšto lygio ir mažo vėlavimo ryšį, naudojant esamą mobiliojo tinklo infrastruktūrą. Šiame vadove mes ištirsime, kaip LTE ir 5G dronuose yra integruoti į šiuolaikinius UAV (nepilotuojamos oro transporto priemonės), kokią naudą jie siūlo, susiję su iššūkiais ir kaip inžinieriai ir mėgėjai gali pradėti nuo korinio ryšio su ląsteliu.

Kodėl „LTE“ ir „5G“ yra žaidimų keitikliai dronų komunikacijai?

Tradicinių RF ir „Wi-Fi“ sistemų apribojimai.

• Trumpas nuotolis (500 m - 2km).
• Tik žvilgsnio linija.
• Didelis trukdys perpildytos ISM juostos.
• Ribotas pralaidumas ir didelis vėlavimas.
• Šie apribojimai riboja tokias programas kaip 4K vaizdo transliacija realiuoju laiku, autonominiai patikrinimai, tolimųjų atstumų pristatymas ir spiečių koordinacija.

LTE/5G siūlo šiuos pagrindinius pranašumus:

Kaip LTE/5G veikia drone: aparatinės ir programinės įrangos apžvalga

Aparatūros komponentai, skirti 4G/5G drono integracijai

Norėdami įjungti LTE ar 5G ryšį drone, jums reikės:

• 4G/5G ląstelių modulis: pvz., „Quectel EC25“ (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), „Qualcomm Snapdragon X55“ (5G).
• SIM kortelė arba ESIM: Su duomenų planu (geriausia su statišku IP telemetrijai).
• Aukšto stiprumo antenos: Geresniam priėmimui, ypač mobiliojoje aplinkoje.
• Skrydžio valdiklio integracija: Per USB, UART arba Ethernet.
• Akumuliatoriaus valdymas: Transmisijos metu modemai gali įgyti didelę galią.
• Patarimas mėgėjams: Pradėkite nuo 4G LTE modulio, tokio kaip „Sim7600G-H“ ant „Raspberry Pi“ arba „Jetson Nano“, kad būtų galima prototipo prototipą.

Programinės įrangos kaminas, skirtas mobiliųjų telefonų sujungtoms dronams.

• Operacinė sistema: „Linux“ pagrįstos sistemos, tokios kaip „Ardupilot“ ar „PX4“.
• Ryšys: PPP, QMI arba MBIM sąsajos, kad būtų galima gauti ląstelių duomenis.
• Protokolai: „Mavlink“ per TCP/UDP telemetrijai; RTSP/RTMP/WEBRTC, skirtas vaizdo įrašui.
• Saugumas : VPN tuneliai, TLS/SSL komandų ir kontrolės (C2) šifravimui.
• Debesų integracija: Pasirenkami „MQTT/HTTP API“ telemetrijos prietaisų skydeliams.

Populiarūs LTE/5G dronų naudojimo atvejai

BVLOS misijos

Ląstelinis leidžia dronams skristi mylių atstumu nuo operatoriaus, puikiai tinka:

• „Powerline“ ar „Pipeline“ patikrinimai.
• Tolimojo žemėlapių sudarymas.
• Reagavimas į ekstremalią situaciją kaimo zonose.

Realiojo laiko vaizdo transliacija

Su 5G „Uplins“, dronai gali transliuoti 4K/8K vaizdo įrašą tiesiai į debesies ar valdymo centrus. Idealiai tinka:

• Naujienos ir žiniasklaidos transliavimas.
• Saugumas ir pasienio patrulis.
• Eismo stebėjimas.

Spiečio koordinacija

„5G“ įrenginio iki įrenginio (D2D) yra sinchronizuoti dronų spiečiai:

• Žemės ūkio purškimas
• Bendradarbiavimo paieška ir gelbėjimas
• Karinės formacijos

Miesto oro mobilumas (UAM)

Autonominiai dronai ir orlaiviai „Evtol“ priklauso nuo tinklo pjaustymo ir kraštų skaičiavimo per 5G iki:

• Dalintis oro erdvės duomenimis realiuoju laiku
• Bendraukite su UTM (nepilotuojamas eismo valdymas)
• Venkite susidūrimų perpildytame danguje

Darbo pradžia: statyba arba perkant 4G/5 G įgalintą droną

1 variantas: „pasidaryk pats“ su atvirojo kodo aparatine įranga

• Pradėkite nuo „Pixhawk“ skrydžio valdiklio
• Naudokite papildomą kompiuterį („Jetson Nano“, „Raspberry PI“)
• Integruokite „Quectel EC25“ arba „Sim7600 LTE“ modemą
• Prisijunkite prie „QgroundControl“ arba „Mavproxy“ internete
• Užtikrinkite su „Zerotier“ arba „OpenVPN“

2 variantas: Komercinio paruošto skraidymo LTE dronai

Kai kurie gamintojai siūlo LTE paruoštus UAV su debesų pagrindu sukurtomis informacijos suvestinėmis:

• „DJI Matrice 300 RTK“ (LTE modulis pasirenkamas per SDK)
• „Parrot AnaAfi AI“ - vietinė 4G LTE palaikymas
• „Quantum Systems TRINITY F90+“ - LTE/BVLOS paruošta

Techniniai iššūkiai ir kaip juos įveikti?

Signalo kritimas didesniame aukštyje

Mobilieji bokštai yra skirti padengti žemės lygio vartotojus. Aukštyje> 120 m:

• Signalo stiprumo kritimai.
• Padidėjęs trukdys.
• Keli bokšto sutapimai.

Sprendimas: Naudokite kryptines antenas, iš anksto apibrėžtus aprėpties žemėlapius arba skraidykite aukštyje su žinomu aprėptimi.

Mobilumas ir bokšto perdavimas

Greitai besikeičiantys dronai gali supainioti perdavimo algoritmus, sukeldami:

• Duomenų praradimas
• Telemetrijos smaigai
• Srautiniu transliacija

Sprendimas: Naudokite 5G tinklus su patobulintu perdavimo ir mobilumo palaikymu; įgyvendinti buferinių strategijas.

Energijos suvartojimas

Ląstelių moduliai aktyvaus perdavimo metu gali nubrėžti 1–2W.

Sprendimas: Galios ciklo moduliai, kai neveikia, ir naudokite didelio efektyvumo DC-DC keitiklius.

Duomenų planas ir vežėjų apribojimai

Daugelis vartotojų „Sims“ blokuoja oro naudojimą arba dangtelio įkėlimo greitį.

Sprendimas: Pasirinkite IoT/M2M duomenų planus su statiniu IP palaikymu ir didele aukštosios nukreipimo talpa. Kai kurie vežėjai siūlo droną būdingus SIMS.

Reglamentai ir atitiktis

FAA ir EASA svarstymai

• BVLOS virš ląstelių reikalauja aiškaus leidimo.
• Nuotolinis ID: Turi būti transliuojamas net su LTE/5G ryšiu.
• Aukščio ribos: Daugelis regionų riboja UAV iki mažesnės nei 120 m (~ 400 pėdų).

Ląstelių nešiklio politika

• Nebegalėse oro uostuose ar stadionuose gali kilti kliūčių ar tinklo blokai.
• Vežėjo APN gali prireikti fiksuoto IP ir prievado persiuntimo konfigūracijos.

Kas bus toliau? 5G patobulinimai ir 6G horizontas

5G dronams: kas ateis

• Itin patikimas mažo vėlavimo ryšys (URLLC) autonominiam navigacijai
• Tinklo pjaustymas, skirtas specialiam valdymo ir naudingumo srautui
• Borto AI perkėlimo kraštų skaičiavimas
• „Sidelink“ palaikymas nuo drono iki lašo (D2D) komunikacijos

Žvelgiant į 6G ir nežemiškus tinklus (NTN)

• Liūtas Palydovas 5G (pvz., „Starlink“), skirtas visuotiniam dronų ryšiui
• AI-NATOVĖS TINKLAI, skirta optimizuoti perdavimą ir aprėptį
• THz ryšiai su ypač didelėmis greičio oro nuorodomis (po 20130 m.)

Išvada: LTE ir 5G yra stuburo pagrindas Naujos kartos dronai . Nesvarbu, ar esate inžinierius, kuriantis „BVLOS“ patikrinimo droną, ar mėgėjas, norintis transliuoti HD vaizdo įrašą „YouTube“ iš „Sky“, LTE ir 5G technologijų atrakinimo galimybės, kurių RF ir „Wi-Fi“ tiesiog negali sutapti. Laiko kontrole ir stebėjimu, prieiga prie galingos Tai ir kraštų skaičiavimo sistemos. Tinklams tobulėjant ir reguliuojant reguliavimo institucijas, LTE ir 5G bus autonominių, intelektualių ir pasaulinio masto sujungtų oro sistemų įgalininkai.