Πώς το LTE και το 5G τροφοδοτούν την επόμενη γενιά drones

Ως αεροσκάφη εξελίσσονται από βασικές κάμερες πτήσης σε αυτόνομες πλατφόρμες συλλογής δεδομένων, την ανάγκη τους για γρήγορα,
Η αξιόπιστη και η επικοινωνία μεγάλης εμβέλειας είναι πιο κρίσιμη από ποτέ. Παραδοσιακά συστήματα ραδιοσυχνότητας (RF) και Wi-Fi Περιορίστε τις δυνατότητες drone, ειδικά για τις λειτουργίες της οπτικής γραμμής ορατότητας (BVLOS) και της μετάδοσης δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Εκεί έρχονται οι κυτταρικές τεχνολογίες LTE (4G) και 5G, προσφέροντας συνδεσιμότητα μεγάλης εμβέλειας, υψηλού εύρους ζώνης και χαμηλής καθυστέρησης χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα υποδομή κινητού δικτύου. Σε αυτόν τον οδηγό, θα διερευνήσουμε πώς το LTE και το 5G σε drones ενσωματώνονται σε σύγχρονα UAVs (μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα), ποια οφέλη προσφέρουν, τις προκλήσεις και τον τρόπο με τον οποίο οι μηχανικοί και οι χομπίστες μπορούν να ξεκινήσουν με κυτταρικά συνδεδεμένα drones.

Γιατί οι LTE και 5G είναι αλλαγές παιχνιδιών για επικοινωνία με drone;

Περιορισμοί των παραδοσιακών συστημάτων RF και Wi-Fi.

• Σύντομη εμβέλεια (500m - 2km).
• ΜΟΝΟ ΜΟΝΑΔΑ.
• Υψηλές παρεμβολές σε γεμάτες ζώνες ISM.
• Περιορισμένο εύρος ζώνης και υψηλή λανθάνουσα κατάσταση.
• Αυτοί οι περιορισμοί περιορίζουν τις εφαρμογές όπως η ροή βίντεο 4K σε πραγματικό χρόνο, οι αυτόνομες επιθεωρήσεις, η παράδοση μεγάλων αποστάσεων και ο συντονισμός σμήνους.

Το LTE/5G προσφέρει αυτά τα βασικά πλεονεκτήματα:

Πώς λειτουργεί το LTE/5G μέσα σε ένα drone: Επισκόπηση υλικού και λογισμικού

Εξαρτήματα υλικού για ενσωμάτωση 4G/5G drone

Για να ενεργοποιήσετε την επικοινωνία LTE ή 5G σε ένα drone, θα χρειαστείτε:

• Κυτταρική μονάδα 4G/5G: Π.χ., Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• Κάρτα SIM ή ESIM: Με σχέδιο δεδομένων (κατά προτίμηση με στατική IP για τηλεμετρία).
• Κεραίες υψηλού κέρδους: Για καλύτερη υποδοχή, ειδικά σε κινητά περιβάλλοντα.
• Ενσωμάτωση ελεγκτή πτήσης: Μέσω USB, UART ή Ethernet.
• Διαχείριση μπαταριών: Τα μόντεμ μπορούν να αντλήσουν σημαντική ισχύ κατά τη διάρκεια της μετάδοσης.
• Συμβουλή για χομπίστες: Ξεκινήστε με μια μονάδα 4G LTE όπως το SIM7600G-H σε ένα Raspberry Pi ή Jetson Nano για να πρωτότυπο ένα σύστημα κυτταρικού drone.

ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΓΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΑΤΑ.

• Λειτουργικό σύστημα: Συστήματα που βασίζονται σε Linux όπως το Ardupilot ή το PX4.
• Συνδεσιμότητα: Οι διεπαφές PPP, QMI ή MBIM για την εμφάνιση κυτταρικών δεδομένων.
• Πρωτόκολλα: Mavlink πάνω από TCP/UDP για τηλεμετρία. RTSP/RTMP/WebRTC για βίντεο.
• Ασφάλεια : VPN σήραγγες, TLS/SSL για κρυπτογράφηση εντολών και ελέγχου (C2).
• Ενσωμάτωση σύννεφων: Προαιρετικά API MQTT/HTTP για πίνακες τηλεμετρίας.

Δημοφιλείς περιπτώσεις χρήσης για drones LTE/5G

Αποστολές BVLOS

Το Cellular επιτρέπει στα drones να πετούν μίλια μακριά από τον χειριστή, ιδανικό για:

• Επιθεωρήσεις PowerLine ή Pipeline.
• Χαρτογράφηση μεγάλης εμβέλειας.
• Αντίδραση έκτακτης ανάγκης σε αγροτικές ζώνες.

Ροή βίντεο σε πραγματικό χρόνο

Με 5G Οι ανερχόμενες ζεύξεις, τα αεροσκάφη μπορούν να μεταδώσουν βίντεο 4K/8K απευθείας στα κέντρα σύννεφο ή ελέγχου. Ιδανικό για:

• Νέα και εκπομπή μέσων ενημέρωσης.
• Ασφάλεια και περιπολία στα σύνορα.
• Παρακολούθηση της κυκλοφορίας.

Συντονισμός σμήνους

Η συσκευή σε συσκευή (D2D) της 5G (D2D) διαθέτει συγχρονισμένα σμήνη drone για:

• Γεωργικός ψεκασμός
• Συνεργατική αναζήτηση και διάσωση
• Στρατιωτικοί σχηματισμοί

Αστική κινητικότητα αέρα (UAM)

Τα αυτόνομα αεροσκάφη και τα αεροσκάφη EVTOL βασίζονται σε τεμαχισμό τεμαχισμού δικτύου και υπολογισμού άκρων μέσω:

• Μοιραστείτε τα δεδομένα του εναέριου χώρου σε πραγματικό χρόνο
• Επικοινωνήστε με το UTM (μη επανδρωμένη διαχείριση της κυκλοφορίας)
• Αποφύγετε τις συγκρούσεις σε πολυσύχναστους ουρανούς

Ξεκινώντας: Δημιουργία ή αγορά ενός drone 4g/5 g

Επιλογή 1: DIY με υλικό ανοιχτού κώδικα

• Ξεκινήστε με έναν ελεγκτή πτήσης Pixhawk
• Χρησιμοποιήστε έναν σύντροφο υπολογιστή (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Ενσωματώστε ένα μόντεμ Quectel EC25 ή SIM7600 LTE
• Συνδεθείτε στο QurgoundControl ή στο MavProxy μέσω του Διαδικτύου
• Ασφαλίστε με Zerotier ή OpenVPN

Επιλογή 2: Εμπορικά έτοιμα για πάσσαλα LTE Drones

Μερικοί κατασκευαστές προσφέρουν LTE έτοιμες UAV με dashboards που βασίζονται σε σύννεφο:

• DJI Matrice 300 RTK (Μονάδα LTE προαιρετική μέσω SDK)
• PARROT ANAFI AI - ΕΓΓΡΑΦΗ 4G LTE Υποστήριξη
• Quantum Systems Trinity F90+ - LTE/BVLOS Έτοιμο

Τεχνικές προκλήσεις και πώς να τις ξεπεράσετε;

Πτώση σήματος σε υψηλότερα υψόμετρα

Οι πύργοι κινητής τηλεφωνίας έχουν σχεδιαστεί για να καλύπτουν χρήστες εδάφους. Σε ύψη> 120μ:

• Η ισχύς του σήματος πέφτει.
• Αυξημένη παρεμβολή.
• Ο πολλαπλός πύργος επικαλύπτει.

Διάλυμα: Χρησιμοποιήστε κατευθυντικές κεραίες, χάρτες κάλυψης πριν από την αποπροσανατολισμός ή πετάξτε σε υψόμετρα με γνωστή κάλυψη.

Κινητικότητα και παράδοση πύργου

Τα γρήγορα μετακινούμενα αεροσκάφη μπορούν να συγχέουν τους αλγόριθμους παράδοσης, προκαλώντας:

• Απώλεια δεδομένων
• Αιχμές τηλεμετρίας
• Ροή jitter

Διάλυμα: Χρησιμοποιήστε δίκτυα 5G με βελτιωμένη υποστήριξη παράδοσης και κινητικότητας. Εφαρμογή στρατηγικών buffering.

Κατανάλωση ενέργειας

Οι κυτταρικές μονάδες μπορούν να αντλήσουν 1-2W κατά τη διάρκεια της ενεργού μετάδοσης.

Διάλυμα: Μονάδες κύκλου ισχύος όταν είναι σε αδράνεια και χρησιμοποιήστε μετατροπείς DC-DC υψηλής απόδοσης.

Περιορισμοί δεδομένων και μεταφορέων

Πολλοί καταναλωτές Sims μπλοκάρουν τις ταχύτητες μεταφόρτωσης εναέριας χρήσης ή καλύμματος.

Διάλυμα: Επιλέξτε Σχέδια δεδομένων IoT/M2M με στατική υποστήριξη IP και υψηλή χωρητικότητα ανερχόμενης ζεύξης. Μερικοί μεταφορείς προσφέρουν ειδικά για το drone sims.

Κανονισμοί και συμμόρφωση

Σκέψεις FAA και EASA

• Το BVLOS Over Cellular απαιτεί ρητή άδεια.
• Απομακρυσμένο αναγνωριστικό: Πρέπει να μεταδοθεί ακόμη και με επικοινωνία LTE/5G.
• Όρια υψομέτρου: Οι περισσότερες περιοχές περιορίζουν τα UAV σε κάτω από 120m (~ 400 ft).

Πολιτικές κυτταρικού φορέα

• Οι ζώνες χωρίς πτήσεις στα αεροδρόμια ή τα γήπεδα ενδέχεται να έχουν μπλοκ και μπλοκ δικτύου.
• Τα APN του φορέα ενδέχεται να απαιτούν διαμόρφωση για σταθερή προώθηση IP και θύρας.

Τι θα ακολουθήσει; Βελτιώσεις 5G και ο ορίζοντας 6G

5G για drones: Τι έρχεται

• Εξαιρετική επικοινωνία χαμηλής λανθάνουσας κατάστασης (URLLC) για αυτόνομη πλοήγηση
• Τεχνολογία δικτύου για ειδική επισκεψιμότητα ελέγχου και ωφέλιμου φορτίου
• Computing Edge for onboard ai εκφόρτωση
• Υποστήριξη SideLink για επικοινωνία drone-to-drone (D2D)

Κοιτάζοντας μπροστά σε 6G και μη ερεθιστικά δίκτυα (NTN)

• ΛΕΩΝ Δορυφόρος 5G (π.χ., StarLink) για παγκόσμια συνδεσιμότητα drone
• AI-Native Networks για τη βελτιστοποίηση των μεταφορών και της κάλυψης
• Οι επικοινωνίες THz για εναέριες συνδέσεις εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας (μετά το 2030)

Σύναψη: Το LTE και το 5G είναι η ραχοκοκαλιά του Drones next-gen . Είτε είστε μηχανικός που δημιουργεί ένα drone επιθεώρησης BVLOS ή έναν χόμπι που θέλει να μεταδώσει βίντεο HD στο YouTube από τον Sky, LTE και 5G τεχνολογίες ξεκλειδώνει τις δυνατότητες που δεν μπορούν να ταιριάξουν με RF και Wi-Fi. Με τον έλεγχο και την παρακολούθηση του χρόνου, η πρόσβαση σε ισχυρές Το και συστήματα υπολογιστών άκρων. Καθώς τα δίκτυα βελτιώνονται και προσαρμόζονται οι ρυθμιστικές αρχές, η LTE και η 5G θα είναι οι παράγοντες που παράγουν αυτόνομα, έξυπνα και παγκοσμίως συνδεδεμένα εναέρια συστήματα.