Kuidas LTE ja 5G toidavad järgmise põlvkonna droonid

Kui droonid arenevad põhilistest lendavatest kaameratest autonoomsete andmete kogumise platvormideni, nende vajadus kiire järele,
Usaldusväärne ja pikamaa suhtlus on olulisem kui kunagi varem. Traditsiooniliste raadiosagedussüsteemid ja RF) ja Wi-fi Piirake droonide võimalusi, eriti kui visuaalse nägemisjoone (BVLOS) toimingud ja reaalajas andmeedastus. Seal tulevad LTE (4G) ja 5G mobiilsidetehnoloogiad-vaidlustades pikamaa, suure ribalaiuse ja madala latentsusajaga ühenduvust, kasutades olemasolevat mobiilsidevõrgu infrastruktuuri. Selles juhendis uurime, kuidas LTE ja 5G droonides integreeritakse tänapäevastesse UAV-idesse (mehitamata õhusõidukid), milliseid eeliseid nad pakuvad, sellega seotud väljakutseid ja kuidas saavad nii insenerid kui ka harrastajad alustada mobiiltelefoniga ühendatud droonidega.

Miks on LTE ja 5G droonide suhtlemiseks mängude vahetajad?

Traditsiooniliste raadiosagedus- ja WiFi-süsteemide piirangud.

• Lühike vahemik (500m - 2km).
• Ainult vaateväli.
• Suured sekkumised rahvarohketesse ISM -ansamblitesse.
• Piiratud ribalaius ja kõrge latentsus.
• Need piirangud piiravad selliseid rakendusi nagu reaalajas 4K video voogesitus, autonoomsed ülevaatused, pikamaa kohaletoimetamine ja sülemi koordinatsioon.

LTE/5G pakub neid peamisi eeliseid:

Kuidas LTE/5G töötab drooni sees: riist- ja tarkvara ülevaade

Riistvara komponendid 4G/5G droonide integreerimiseks

Droonis LTE või 5G suhtluse lubamiseks on vaja:

• 4G/5G rakumoodul: nt Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• SIM -kaart või ESIM: Andmeplaaniga (eelistatavalt telemeetria staatilise IP -ga).
• Kõrge võimekusega antennid: Parema vastuvõtu jaoks, eriti mobiilse keskkonnaga.
• Lennukontrolleri integreerimine: USB, UART või Etherneti kaudu.
• Akuhaldus: Modemid võivad ülekande ajal märkimisväärset jõudu tõmmata.
• Näpunäide harrastajatele: Alustage 4G LTE mooduliga nagu Sim7600G-H vaarika Pi või Jetson Nano, et prototüüpiks raku droonisüsteemi.

Tarkvara virna mobiilsidega ühendatud droonide jaoks.

• Operatsioonisüsteem: Linuxi põhised süsteemid nagu Ardupilot või PX4.
• Ühenduvus: PPP, QMI või MBIM -liidesed rakuandmete esilekutsumiseks.
• Protokollid: Mavlink telemeetria jaoks TCP/UDP üle; RTSP/RTMP/WEBRTC video jaoks.
• Turvalisus : VPN-tunnelid, TLS/SSL käsu-ja -kontrolli (C2) krüptimiseks.
• Pilve integreerimine: Valikuline MQTT/HTTP API -d telemeetria armatuurlaudade jaoks.

Populaarsed kasutusjuhtumid LTE/5G droonide jaoks

BVLOSi missioonid

Mobiilne võimaldab droonidel lennata operaatorist miili kaugusel, sobib suurepäraselt:

• Powerline või torujuhtme ülevaatused.
• Pikamaa kaardistamine.
• Hädaolukorra reageerimine maapiirkondades.

Reaalajas video voogesitus

Koos 5G Üleslinkid, droonid saavad voogesitada 4K/8K videot otse pilve- või juhtimiskeskustesse. Ideaalne:

• Uudiste ja meedia ringhääling.
• Turvalisus ja piiripatrull.
• Liikluse jälgimine.

Sülemi koordinatsioon

5G seade-device (D2D) funktsioonid toetavad sünkroonitud drooni sülesid:

• Põllumajanduslik pihustamine
• Koostööotsimine ja päästmine
• Sõjalised koosseisud

Linnaõhu liikuvus (UAM)

Autonoomsed droonid ja EVTOLi lennukid tuginevad võrgu viilutamisele ja servade arvutamisele 5G kaudu:

• Jagage õhuruumi andmeid reaalajas
• Suhtlege UTM -iga (mehitamata liiklusjuhtimine)
• Vältige rahvarohkes taevas kokkupõrget

Alustamine: 4G/5 G-toega drooni ehitamine või ostmine

1. võimalus: DIY koos avatud lähtekoodiga riistvaraga

• Alustage Pixhawki lennukontrollerist
• Kasutage kaaslast arvutit (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Integreerige Quecel EC25 või SIM7600 LTE modem
• Ühendage Interneti kaudu qgroundControl või Mavproxy
• Turske Zerotieri või OpenVPN -iga

2. võimalus: kommertsvalmis-lendude LTE droonid

Mõned tootjad pakuvad pilvepõhiste armatuurlaudadega LTE-valmis UAV-sid:

• DJI MATRICE 300 RTK (LTE moodul valikuline SDK kaudu)
• Parrot Anafi AI - põliselanike 4G LTE tugi
• Quantum Systems Trinity F90+ - LTE/BVLOS valmis

Tehnilised väljakutsed ja kuidas neist üle saada?

Signaali langus kõrgematel kõrgustel

Mobiilne tornid on loodud maapinna kasutajate katmiseks. Kõrgusel> 120m:

• Signaali tugevuse langused.
• Suurenenud sekkumine.
• Mitu torn kattub.

Lahendus: Kasutage suunalisi antennisid, määratlege eelmääratud kaarte või lendavad teadaoleva katvusega kõrgustel.

Liikuvus ja torni üleandmine

Kiirelt liikuvad droonid võivad segada üleandmise algoritme, põhjustades:

• Andmekaotus
• Telemeetria naelu
• Voogesitus

Lahendus: Kasutage 5G võrku, millel on täiustatud üleandmine ja liikuvuse tugi; Rakendage puhverdamise strateegiaid.

Energiatarve

Rakumoodulid võivad aktiivse ülekande ajal tõmmata 1–2W.

Lahendus: Võimsussükli moodulid jõudeolekul ja kasutage ülitõhusaid alalisvoolu-DC muundureid.

Andmeplaani ja operaatori piirangud

Paljud tarbija simsid blokeerivad õhukasutuse või korgi üleslaadimiskiirusi.

Lahendus: Valige IoT/M2M andmeplaanid staatilise IP -toega ja kõrge üleslingi mahutavusega. Mõned vedajad pakuvad droonispetsiifilisi simse.

Määrused ja vastavus

FAA ja EASA kaalutlused

• BVLOS üle raku nõuab selgesõnalist luba.
• Kaug -ID: see tuleb edastada isegi LTE/5G suhtlusega.
• Kõrguspiirid: Enamik piirkondi piirab UAV -sid alla 120m (~ 400 jalga).

Raku kandja poliitika

• Lennujaamade või staadionide lendudeta tsoonidel võivad olla segamine või võrguplokid.
• Kandja APN -id võivad vajada fikseeritud IP ja pordi edastamise konfiguratsiooni.

Mis saab edasi? 5G täiustused ja 6G horisont

5G droonide jaoks: mis tuleb

• Ülikerge madala latentsusajaga suhtlus (URLLC) autonoomseks navigeerimiseks
• Võrgu viilutamine spetsiaalse juhtimise ja kasuliku liikluse jaoks
• Edge arvutamine AI -pardal olemiseks
• Drone-Drooni (D2D) kommunikatsiooni Sideinki tugi

Vaadates 6G ja maapealseid võrke (NTN)

• Leo Satelliit 5G (nt Starlink) droonide globaalseks ühenduseks
• AI-Native võrgud, et optimeerida üleandmeid ja leviala
• THz kommunikatsioon ülikõrgete õhuühenduste jaoks (2010. aasta pärast)

Järeldus: LTE ja 5G on selgroog Järgmise põlvkonna droonid . Ükskõik, kas olete insener, kes ehitab BVLOS-i kontroll-drooni, või harrastaja, kes soovib voogesitada HD-videot YouTube'i Sky'st, LTE ja 5G Technologies avab võimalused, mida RF ja Wi-Fi lihtsalt ei sobi. Ajakontrolli ja jälgimise abil juurdepääs võimsatele See ja servade arvutisüsteemid. Kui võrgud paranevad ja regulaatorid kohanevad, on LTE ja 5G autonoomsete, intelligentsete ja globaalselt ühendatud õhusüsteemide võimaldajad.