Kuinka LTE ja 5G saavat seuraavan sukupolven drooneja

Kun droonit kehittyy lentävästä kamerasta autonomisiin tiedonkeruualustoihin, niiden tarve, nopeasti,
Luotettava ja pitkän kantaman viestintä on tärkeämpää kuin koskaan. Perinteiset radiotaajuusjärjestelmät ja järjestelmät ja Wi-Fi Rajoita drone-ominaisuuksia, etenkin visuaalisen näkölinjan (BVLOS) toimintojen ja reaaliaikaisen tiedonsiirron suhteen. Siellä LTE (4G) ja 5G-solutekniikat tulevat-antavat pitkän kantaman, korkean kaistanleveyden ja matalan viiveen yhteyden olosuhteissa olemassa olevan mobiiliverkkoinfrastruktuurin avulla. Tässä oppaassa tutkimme, kuinka LTE ja 5G drooneissa on integroitu nykyaikaisiin UAV: ​​iin (miehittämättömät ilma-ajoneuvot), mitä etuja he tarjoavat, niihin liittyvät haasteet ja kuinka sekä insinöörit että harrastajat voivat aloittaa soluihin kytkettyjen droonien kanssa.

Miksi LTE ja 5G ovat pelinvaihtoja drone-viestinnässä?

Perinteisten RF- ja Wi-Fi-järjestelmien rajoitukset.

• Lyhyt alue (500 m - 2 km).
• Vain näköviiva.
• Korkeat häiriöt tungosta ISM -nauhoihin.
• Rajoitettu kaistanleveys ja korkea latenssi.
• Nämä rajoitukset rajoittavat sovelluksia, kuten reaaliaikainen 4K-videon suoratoisto, autonomiset tarkastukset, pitkän matkan toimitus ja parven koordinointi.

LTE/5G tarjoaa nämä keskeiset edut:

Kuinka LTE/5G toimii droonin sisällä: laitteisto ja ohjelmistokatsaus

Laitteistokomponentit 4G/5G -droonien integrointiin

Tarvitset: jotta LTE tai 5G -viestintä voidaan käyttää droonissa:

• 4G/5G -solumoduuli: esim. Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon x55 (5G).
• SIM -kortti tai ESIM: Tietosuunnitelmalla (mieluiten staattisella ip: llä telemetrialle).
• Korkean antennit: Parempi vastaanotto, etenkin mobiiliympäristöissä.
• Lennonohjaimen integraatio: USB: n, UART: n tai Ethernetin kautta.
• Akun hallinta: Modeemit voivat vetää merkittävää tehoa lähetyksen aikana.
• Vinkki harrastajille: Aloita 4G LTE -moduulilla, kuten SIM7600G-H Raspberry PI: llä tai Jetson-nanolla solujen droonijärjestelmän prototyyppien kanssa.

Ohjelmistopino soluihin kytkettyihin drooneihin.

• Käyttöjärjestelmä: Linux-pohjaiset järjestelmät, kuten Ardupilot tai PX4.
• Yhteys: PPP-, QMI- tai MBIM -rajapinnat solutietojen tuottamiseksi.
• Protokollat: MavLink TCP/UDP: n yli telemetrialle; RTSP/RTMP/WEBRTC videolle.
• Turvallisuus : VPN-tunnelit, TLS/SSL komento- ja hallinta- (C2) salaus.
• Pilvenintegraatio: Valinnaiset MQTT/HTTP -sovellusliittymät telemetriakokoonpanoihin.

Suosittu käyttötapaukset LTE/5G -drooneille

Bvlos -tehtävät

Cellular antaa droonien lentää mailin päässä operaattorista, täydellinen:

• Powerline tai putkilinjan tarkastukset.
• Pitkän kantaman kartoitus.
• Hätävaste maaseutuvyöhykkeillä.

Reaaliaikainen videoiden suoratoisto

Kanssa 5G Uplinkit, droonit voivat suoratoistaa 4K/8K -videon suoraan pilvi- tai ohjauskeskuksiin. Ihanteellinen:

• Uutiset ja medialähetykset.
• Turvallisuus- ja rajavartiolaitos.
• Liikenteen seuranta.

Parven koordinointi

5G: n laite-laitteisiin (D2D) on tukena synkronoituja droonisarvia:

• Maatalouden ruiskutus
• Yhteistyöhaku ja pelastus
• Sotilaalliset muodostelmat

Urban Air Mobility (UAM)

Autonomiset droonit ja EVTOL -lentokoneet luottavat verkkoviipalointiin ja reunan tietojenkäsittelyyn 5G: n kautta:

• Jaa ilmatilan tiedot reaaliajassa
• Kommunikoi UTM: n kanssa (miehittämätön liikenteen hallinta)
• Vältä törmäyksiä tungosta taivaalla

Aloittaminen: 4G/5 G-yhteensopivan droonin rakentaminen tai ostaminen

Vaihtoehto 1: DIY avoimen lähdekoodin laitteistolla

• Aloita Pixhawk -lentoohjaimella
• Käytä seurakuntatietokonetta (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Integroi Quectel EC25 tai SIM7600 LTE -modeemi
• Yhdistä QgroundControl tai MavProxy Internetissä
• Suojaa Zerotier- tai OpenVPN: llä

Vaihtoehto 2: Kaupallinen lennonvalmis LTE-droonit

Jotkut valmistajat tarjoavat LTE-valmiita UAV: ​​itä pilvipohjaisilla kojetauluilla:

• DJI Matrice 300 RTK (LTE -moduuli valinnainen SDK: n kautta)
• Papukaija Anafi AI - Native 4G LTE -tuki
• Quantum Systems Trinity F90+ - LTE/Bvlos valmis

Tekniset haasteet ja miten ne voitetaan?

Signaalin pudotus korkeammissa korkeuksissa

Mobiilitornit on suunniteltu peittämään maanpinnan käyttäjät. Korkeudella> 120m:

• Signaalin voimakkuus putoaa.
• Lisääntynyt häiriö.
• Useat tornin päällekkäisyydet.

Ratkaisu: Käytä suunta-antenneja, ennalta määriteltyjen peittokarttoja tai lennä korkeudella tunnetulla kattavuudella.

Liikkuvuus ja tornin luovutus

Nopeasti liikkuvat droonit voivat sekoittaa luovutusalgoritmit, aiheuttaen:

• Tietojen menetys
• Telemetriapiikit
• Streaming

Ratkaisu: Käytä 5G -verkkoja, joissa on parantunut luovutus ja liikkuvuustuki; Toteuta puskurointistrategiat.

Virrankulutus

Solumoduulit voivat piirtää 1–2 W aktiivisen siirron aikana.

Ratkaisu: Syklisyklimoduulit tyhjäkäynnillä ja käytä korkean tehokkuuden DC-DC-muuntimia.

Tietosuunnitelma ja operaattorirajoitukset

Monet kuluttaja -sims estävät ilmakäyttöä tai korkin lähetysnopeutta.

Ratkaisu: Valitse IoT/M2M: n datasuunnitelmat staattisella IP -tuella ja korkealla nousevan siirtotien kapasiteettilla. Jotkut operaattorit tarjoavat droonikohtaisia ​​SIM: ää.

Määräykset ja vaatimustenmukaisuus

FAA- ja EASA -näkökohdat

• Bvlos solujen yli vaatii nimenomaisen luvan.
• Etätunnus: On lähetettävä jopa LTE/5G -viestinnällä.
• Korkeusrajat: Useimmat alueet rajoittavat UAV: ​​t alle 120 metriin (~ 400 ft).

Solun kantajakäytännöt

• Lentokentillä tai stadionilla ei-lentokieltovyöhykkeillä voi olla juuttumista tai verkkopaloja.
• Operaattorin APN: t saattavat vaatia kiinteän IP: n ja porttien edelleenlähetyksen kokoonpanoja.

Mikä on seuraava? 5G -parannukset ja 6G -horisontti

5G drooneille: Mitä on tulossa

• Erittäin luotettava matala latenssiviestintä (URLLC) autonomiseen navigointiin
• Verkkoviipalointi omistautuneelle ohjaus- ja hyötykuormaliikenteelle
• Reunalaskenta laivalle AI -poistoon
• Sidelink-tuki drone-drone (D2D) -viestinnässä

Katse eteenpäin 6G- ja ei-maastoverkkoihin (NTN)

• Leo Satelliitti 5G (esim. StarLink) globaalille droone -yhteydelle
• AI-alkuperäisverkot ohjausten ja kattavuuden optimoimiseksi
• THz-viestintä erittäin korkean nopeuden ilmayhteyksille (vuoden 2010 jälkeinen)

Päätelmä: LTE ja 5G ovat selkäranka Seuraavan sukupolven droonit . Olitpa insinööri, joka rakentaa BVLOS-tarkastus droonia tai harrastaja, joka haluaa suoratoistaa HD-videon YouTubeen taivaalta, LTE- ja 5G-tekniikat avautuvat ominaisuudet, joita RF ja Wi-Fi yksinkertaisesti eivät pysty vastaamaan. Ajanhallinnan ja seurannan mukaan pääsy voimakkaaseen Se ja reunalaskentajärjestelmät. Kun verkot paranevat ja sääntelyviranomaiset mukautuvat, LTE ja 5G ovat autonomisten, älykkäiden ja maailmanlaajuisesti kytkettyjen ilmajärjestelmien mahdollistajia.