Hogyan táplálják az LTE és az 5G a drónok következő generációját

Mint drónok fejlődik az alapvető repülő kamerákról az autonóm adatgyűjtő platformokra, a gyors szükségletükre,
Megbízható, és a hosszú távú kommunikáció fontosabb, mint valaha. Hagyományos rádiófrekvenciás (RF) rendszerek és Wi-Fi Korlátozza a drón képességeket, különösen a vizuális látótér (BVLOS) műveletek és a valós idejű adatátvitel esetén. Itt jönnek be az LTE (4G) és az 5G celluláris technológiák-a nagy hatótávolságú, nagy sávszélességű és alacsony késleltetésű csatlakoztathatóságot a meglévő mobilhálózati infrastruktúra segítségével. Ebben az útmutatóban megvizsgáljuk, hogy az LTE és az 5G a drónokban hogyan integrálódnak a modern UAV-kba (pilóta nélküli légi járművek), milyen előnyöket kínálnak, az érintett kihívásokat, és hogy mind a mérnökök, mind a hobbisták elindulhatnak a mobiltelefonhoz kapcsolódó drónokkal.

Miért vannak az LTE és az 5G játékváltók a drón kommunikációhoz?

A hagyományos RF és Wi-Fi rendszerek korlátozásai.

• Rövid tartomány (500 m - 2 km).
• Csak a látóvonal.
• Magas beavatkozás a zsúfolt ISM sávokban.
• Korlátozott sávszélesség és magas késés.
• Ezek a korlátozások korlátozzák az olyan alkalmazásokat, mint a valós idejű 4K video streaming, autonóm ellenőrzések, távolsági kézbesítés és a raj koordinációja.

Az LTE/5G ezeket a kulcsfontosságú előnyöket kínálja:

Hogyan működik az LTE/5G egy drónon belül: hardver és szoftver áttekintés

Hardver alkatrészek a 4G/5G drónintegrációhoz

Az LTE vagy az 5G kommunikáció engedélyezéséhez egy drónban szükség lesz:

• 4G/5G Cellular modul: például quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• SIM -kártya vagy ESIM: Egy adattervvel (lehetőleg statikus IP -vel a telemetria számára).
• Nagy nyereségű antennák: A jobb fogadás érdekében, különösen a mobil környezetben.
• Repülési vezérlő integrációja: USB, UART vagy Ethernet segítségével.
• Akkumulátorkezelés: A modemek jelentős energiát vonhatnak le az átvitel során.
• Tipp a hobbisták számára: Kezdje egy 4G LTE modullal, mint például a SIM7600G-H egy Raspberry Pi-en vagy a Jetson Nano-n, hogy egy celluláris drónrendszer prototípusát szolgálja.

Szoftvercsomag a mobiltelefonhoz csatlakoztatott drónokhoz.

• Operációs rendszer: Linux alapú rendszerek, mint például az Ardupilot vagy a PX4.
• Csatlakozás: PPP, QMI vagy MBIM interfészek a celluláris adatok előállításához.
• Protokollok: Mavlink a TCP/UDP felett a telemetria céljából; RTSP/RTMP/WEBRTC a videóhoz.
• Biztonság : VPN alagutak, TLS/SSL a parancs-kontroll (C2) titkosításhoz.
• Felhőintegráció: Opcionális MQTT/HTTP API -k telemetriai műszerfalakhoz.

Népszerű felhasználási esetek az LTE/5G drónokhoz

BVLOS küldetések

A cellular lehetővé teszi a drónok számára, hogy mérföldre repüljenek az operátortól, tökéletes:

• Powerline vagy csővezeték -ellenőrzések.
• Hosszú hatótávolságú leképezés.
• Sürgősségi reagálás a vidéki zónákban.

Valós idejű video streaming

Vel 5G Az uplinks, a drónok a 4K/8K videót közvetlenül a felhő vagy a vezérlő központokba közvetíthetik. Ideális:

• Hírek és média műsorszórás.
• Biztonsági és határőrizeti járőr.
• Forgalomfigyelés.

Rengeteg koordináció

Az 5G eszköz-eszköz (D2D) funkciók támogatják a szinkronizált drón rajokat:

• Mezőgazdasági permetezés
• Együttműködési kutatás és mentés
• Katonai formációk

Városi légi mobilitás (UAM)

Az autonóm drónok és az EVTOL repülőgépek a hálózat szeletelésére és az élszámításra támaszkodnak az 5G -n keresztül:

• Ossza meg a légtér adatait valós időben
• Kommunikáció az UTM -mel (pilóta nélküli forgalomkezelés)
• Kerülje az ütközéseket a zsúfolt égbolton

Elindulás: 4G/5 g-kompatibilis drón építése vagy vásárlása

1. lehetőség: DIY nyílt forráskódú hardverrel

• Kezdje egy Pixhawk repülési vezérlővel
• Használjon társi számítógépet (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Integráljon egy Quectel EC25 vagy SIM7600 LTE modemet
• Csatlakozzon a QgroundControlhoz vagy a Mavproxy -hoz az interneten keresztül
• Biztosítson nulla vagy OpenVPN -vel

2. lehetőség: Kereskedelmi készenléti LTE drónok

Egyes gyártók LTE-kész UAV-kat kínálnak felhőalapú műszerfalakkal:

• DJI Matrice 300 RTK (LTE modul opcionális SDK -n keresztül)
• Parrot Anafi AI - Natív 4G LTE támogatás
• Kvantumrendszerek Trinity F90+ - LTE/BVLOS kész

Műszaki kihívások és hogyan lehet legyőzni őket?

A jelcsepp magasabb tengerszint feletti magasságban

A mobil tornyokat úgy tervezték, hogy fedezzék a földi szintű felhasználókat. 120 m -es magasságban:

• A jel erőssége csökken.
• Fokozott interferencia.
• Több torony átfedés.

Megoldás: Használjon irányított antennákat, előzetesen meghatározza a lefedettség térképeit, vagy repüljön az ismert lefedettséggel.

Mobilitás és torony átadása

A gyorsan mozgó drónok összetéveszthetik az átadási algoritmusokat, és okozzák:

• Adatvesztés
• Telemetriai tüskék
• Streaming jitter

Megoldás: Használjon 5G hálózatokat fokozott átadási és mobilitási támogatással; A pufferelési stratégiák végrehajtása.

Energiafogyasztás

A celluláris modulok 1–2W -ot képesek az aktív átvitel során.

Megoldás: Teljesítményciklus modulok alapjáraton, és használjon nagy hatékonyságú DC-DC konvertereket.

Adatterv és szállítókorlátozások

Számos fogyasztói SIMS blokkolja a légi felhasználást vagy a CAP -feltöltési sebességet.

Megoldás: Válassza az IoT/M2M adatterveket statikus IP -támogatással és nagy linkkapacitással. Néhány fuvarozó drónspecifikus simokat kínál.

Rendeletek és megfelelés

FAA és EASA megfontolások

• A Cellular -on keresztüli BVLO -k kifejezett engedélyt igényelnek.
• Távoli azonosító: Az LTE/5G kommunikációval is tovább kell adni.
• Magassági határok: A legtöbb régió az UAV -kat 120 m -re (~ 400 láb) alá korlátozza.

Sejtszállító politikák

• A repülőtereken vagy a stadionokon zajló repülés nélküli zónák zavaró vagy hálózati blokkokkal rendelkezhetnek.
• A hordozó APN -k konfigurációra lehet szükség a rögzített IP és a port továbbításához.

Mi lesz a következő? 5G fejlesztések és a 6G horizont

5G a drónokhoz: Mi jön

• Rendkívül megbízható alacsony késési kommunikáció (URLLC) az autonóm navigációhoz
• Hálózati szeletelés a dedikált vezérlési és hasznos teherforgalomhoz
• Edge számítástechnika a fedélzeti AI kirakodáshoz
• SideLink támogatás a drón-drone (D2D) kommunikációhoz

A 6G-re és a nem földi hálózatokra (NTN) nézve

• OROSZLÁN Műhold 5G (például StarLink) a globális drón csatlakozáshoz
• AI-natív hálózatok az átadások és a lefedettség optimalizálása érdekében
• THZ kommunikáció az ultra-nagysebességű légi kapcsolatokhoz (2030 után)

Következtetés: Az LTE és az 5G a gerince Következő generációs drónok - Függetlenül attól, hogy egy mérnök egy BVLOS-ellenőrző drónot épít, vagy egy olyan hobbist, aki a HD videót a YouTube-ra kívánja közvetíteni a Sky-ból, az LTE és az 5G Technologies feloldása olyan képességek, amelyekkel az RF és a Wi-Fi egyszerűen nem egyeznek meg. Idővezérlés és megfigyelés útján, hozzáférés a hatékonysághoz Azt és az élszámítási rendszerek. Ahogy a hálózatok javulnak, és a szabályozók adaptálódnak, az LTE és az 5G az autonóm, intelligens és globálisan összekapcsolt légi rendszerek elősegítői lesznek.