كيف تعمل LTE و 5G على الجيل القادم من الطائرات بدون طيار

مثل الطائرات بدون طيار تتطور من كاميرات الطيران الأساسية إلى منصات جمع البيانات المستقلة ، وحاجتهم إلى الصيام ،
التواصل الموثوق والطويل المدى هو أكثر أهمية من أي وقت مضى. أنظمة تردد الراديو التقليدية (RF) و Wi-Fi الحد من إمكانيات الطائرات بدون طيار ، خاصة بالنسبة لعمليات ما وراء خط البصر البصري (BVLOS) ونقل البيانات في الوقت الفعلي. هذا هو المكان الذي تأتي فيه التقنيات الخلوية LTE (4G) و 5G-مع تقديم اتصال طويل المدى وعالي النطاق العالي والكلية باستخدام البنية التحتية للشبكة المحمولة الحالية. في هذا الدليل ، سوف نستكشف كيف يتم دمج LTE و 5G في الطائرات بدون طيار في الطائرات بدون طيار الحديثة (المركبات الجوية غير المأهولة) ، وما هي الفوائد التي يقدمونها ، والتحديات التي تنطوي عليها ، وكيف يمكن للمهندسين والهواة البدء في الطائرات بدون طيار الخلوية.

لماذا LTE و 5G هم متغيرات اللعبة لاتصالات الطائرات بدون طيار؟

قيود أنظمة RF و Wi-Fi التقليدية.

• المدى القصير (500 متر - 2 كم).
• خط الرؤية فقط.
• تدخل كبير في فرق ISM المزدحمة.
• النطاق الترددي المحدود والكمون العالي.
• تقيد هذه القيود تطبيقات مثل بث الفيديو 4K في الوقت الحقيقي ، والتفتيش المستقل ، والتسليم لمسافات طويلة ، وتنسيق السرب.

تقدم LTE/5G هذه المزايا الرئيسية:

كيف يعمل LTE/5G داخل طائرة بدون طيار: نظرة عامة على الأجهزة والبرامج

مكونات الأجهزة لتكامل الطائرات بدون طيار 4G/5G

لتمكين اتصال LTE أو 5G في طائرة بدون طيار ، ستحتاج:

• الوحدة الخلوية 4G/5G: على سبيل المثال ، Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE) ، Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• بطاقة SIM أو ESIM: مع خطة البيانات (ويفضل مع IP ثابت للقياس عن بعد).
• الهوائيات ذات الكبار العالي: للحصول على استقبال أفضل ، وخاصة في بيئات الهاتف المحمول.
• تكامل وحدة التحكم في الطيران: عبر USB أو UART أو Ethernet.
• إدارة البطارية: يمكن أن ترسم المودم طاقة كبيرة أثناء الإرسال.
• نصيحة للهواة: ابدأ بوحدة 4G LTE مثل SIM7600G-H على Raspberry Pi أو Jetson Nano لتنسيق نظام بدون طيار خلوي.

مكدس البرمجيات للطائرات بدون طيار المتصلة الخلوية.

• نظام التشغيل: أنظمة قائمة على Linux مثل Ardupilot أو PX4.
• الاتصال: واجهات PPP أو QMI أو MBIM لإظهار البيانات الخلوية.
• بروتوكولات: Mavlink على TCP/UDP للقياس عن بعد ؛ RTSP/RTMP/WEBRTC للفيديو.
• حماية : أنفاق VPN ، TLS/SSL لتشفير الأوامر والسيطرة (C2).
• تكامل السحابة: اختياري MQTT/HTTP واجهات برمجة التطبيقات للوحات معلومات القياس عن بعد.

حالات الاستخدام الشائعة للطائرات بدون طيار LTE/5G

بعثات BVLOS

تسمح الخلوية الطائرات بدون طيار بالطيران على بعد أميال من المشغل ، مثالي لـ:

• Powerline أو عمليات التفتيش خطوط الأنابيب.
• رسم الخرائط بعيد المدى.
• الاستجابة لحالات الطوارئ في المناطق الريفية.

بث الفيديو في الوقت الحقيقي

مع 5G الروابط الصاعدة ، يمكن للطائرات بدون طيار بث فيديو 4K/8K مباشرة إلى مراكز السحابة أو مراكز التحكم. مثالي لـ:

• الأخبار والإذاعة الإعلامية.
• دورية الأمن والحدود.
• مراقبة حركة المرور.

تنسيق سرب

تدعم ميزات الجهاز إلى الجهاز (D2D) أسراب بدون طيار متزامنة لـ:

• الرش الزراعي
• البحث والإنقاذ التعاوني
• التكوينات العسكرية

تنقل الهواء الحضري (UAM)

تعتمد الطائرات بدون طيار المستقلة وطائرات Evtol على تقطيع الشبكة والحوسبة الحافة عبر 5G إلى:

• مشاركة بيانات المجال الجوي في الوقت الحقيقي
• التواصل مع UTM (إدارة حركة المرور غير المأهولة)
• تجنب الاصطدامات في السماء المزدحمة

البدء: بناء أو شراء طائرة بدون طيار 4G/5 G.

الخيار 1: DIY مع الأجهزة مفتوحة المصدر

• ابدأ بوحدة تحكم رحلة Pixhawk
• استخدم كمبيوتر مصاحب (Jetson Nano ، Raspberry Pi)
• دمج مودم Quectel EC25 أو SIM7600 LTE
• الاتصال بـ QgroundControl أو Mavproxy عبر الإنترنت
• آمنة مع Zerotier أو OpenVPN

الخيار 2: طائرات LTE التجارية التجارية الجاهزة

يقدم بعض الشركات المصنعة الطائرات بدون طيار جاهزة مع لوحات معلومات قائمة على السحابة:

• DJI Matrice 300 RTK (وحدة LTE اختيارية عبر SDK)
• الببغاء ANAFI AI - دعم 4G LTE الأصلي
• أنظمة الكم Trinity F90+ - LTE/BVLOs جاهزة

التحديات الفنية وكيفية التغلب عليها؟

انخفاض الإشارة على ارتفاعات أعلى

تم تصميم أبراج الهاتف المحمول لتغطية المستخدمين على مستوى الأرض. في المرتفعات> 120 م:

• تسقط قوة الإشارة.
• زيادة التدخل.
• يتداخل برج متعدد.

حل: استخدم الهوائيات الاتجاهية ، أو خرائط التغطية قبل تعريفها ، أو تطير على ارتفاعات مع تغطية معروفة.

التنقل وتسليم البرج

يمكن للطائرات بدون طيار سريعة الحركة أن تخلط بين خوارزميات التسليم ، مما يسبب:

• فقدان البيانات
• مسامير القياس عن بعد
• تدفق الارتعاش

حل: استخدام شبكات 5G مع تعزيز التسليم ودعم التنقل ؛ تنفيذ استراتيجيات التخزين المؤقت.

استهلاك الطاقة

يمكن أن ترسم الوحدات الخلوية 1-2W أثناء الإرسال النشط.

حل: وحدات دورة الطاقة عند الخمول ، واستخدم محولات DC-DC عالية الكفاءة.

خطة البيانات وقيود الناقل

العديد من المستهلك Sims Clock Aerial Usage أو سرعات تحميل CAP.

حل: اختر خطط بيانات IoT/M2M مع دعم IP ثابت وقدرة الوصلة الصاعدة العالية. تقدم بعض شركات النقل Sims الخاصة بالطائرات بدون طيار.

اللوائح والامتثال

اعتبارات FAA و EASA

• يتطلب BVLOs على الخلوية إذنًا صريحًا.
• المعرف البعيد: يجب أن يتم بثه حتى مع اتصال LTE/5G.
• حدود الارتفاع: معظم المناطق تقيد الطائرات بدون طيار إلى أقل من 120 متر (حوالي 400 قدم).

سياسات الناقل الخلوية

• قد تحتوي مناطق حظر الطيران في المطارات أو الملاعب على التشويش أو كتل الشبكات.
• قد تتطلب APNs لشركة النقل تكوينًا لإعادة توجيه IP و PORT.

ماذا بعد؟ التحسينات 5G والأفق 6G

5G للطائرات بدون طيار: ما سيحدث

• اتصالات زمن انتقال منخفضة القلق (URLLC) للتنقل المستقل
• تقطيع الشبكة للتحكم المخصص وحركة المرور النافعة
• الحوسبة الحافة لتفريغ AI على متن الطائرة
• دعم Sidelink لاتصال الطائرات بدون طيار (D2D)

نتطلع إلى 6G والشبكات غير الإرهابية (NTN)

• ليو القمر الصناعي 5G (على سبيل المثال ، Starlink) لاتصال الطائرات بدون طيار العالمية
• شبكات منظمة العفو الدولية لتحسين عمليات التسليم والتغطية
• اتصالات THZ للروابط الجوية عالية السرعة (بعد 2030)

خاتمة: LTE و 5G هما العمود الفقري لـ الطائرات بدون طيار من الجيل التالي . سواء كنت مهندسًا تقوم ببناء طائرة بدون طيار لفحص BVLOS أو الهواة التي ترغب في دفق فيديو HD إلى YouTube من Sky و LTE و 5G Technologies التي لا يمكن أن تتطابق مع RF و Wi-Fi. عن طريق التحكم في الوقت والمراقبة ، الوصول إلى الأقوياء هو - هي وأنظمة الحوسبة الحافة. مع تحسن الشبكات وتكيف المنظمين ، سيكون LTE و 5G عوامل التمكين للأنظمة الجوية ذات الحكم الذكي والذكي والمتصلة عالميًا.