Ako LTE a 5G poháňajú ďalšiu generáciu bezpilotných lietadiel

Ako drony Vyvíjajte sa zo základných lietajúcich kamier na autonómne platformy na zhromažďovanie údajov, ich potreba rýchleho,
Spoľahlivá a komunikácia na veľké vzdialenosti je dôležitejšia ako kedykoľvek predtým. Tradičné systémy rádiových frekvencií (RF) a Wi-fi Obmedzte schopnosti robotov, najmä pre operácie vizuálnej línie (BVLOS) a prenos údajov v reálnom čase. To je miesto, kde prichádzajú LTE (4G) a 5G bunkové technológie-výsledkom pripojenia na veľké vzdialenosti, vysokej šírky a nízkej latencie pomocou existujúcej infraštruktúry mobilnej siete. V tejto príručke preskúmame, ako sú LTE a 5G v bezpilotných lietadlách integrované do moderných UAV (bezpilotné letecké vozidlá), aké výhody ponúkajú, výzvy, ktoré sú spojené, a ako môžu inžinieri aj fandovia začať s dronmi pripojenými k mobilným zariadením.

Prečo LTE a 5G sú herní zmeny na komunikáciu s dronmi?

Obmedzenia tradičných systémov RF a Wi-Fi.

• Krátky dosah (500 m - 2 km).
• Iba rada pozornosti.
• Vysoké rušenie v preplnených kapelách ISM.
• Obmedzená šírka pásma a vysoká latencia.
• Tieto obmedzenia obmedzujú aplikácie, ako sú streamovanie videa v reálnom čase 4K, autonómne inšpekcie, dodávka na veľké vzdialenosti a koordinácia roja.

LTE/5G ponúka tieto kľúčové výhody:

Ako LTE/5G funguje vo vnútri robota: Prehľad hardvéru a softvéru

Hardvérové ​​komponenty pre integráciu dronov 4G/5G

Ak chcete povoliť komunikáciu LTE alebo 5G v robote, budete potrebovať:

• 4G/5G bunkový modul: napr. Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• SIM karta alebo ESIM: S dátovým plánom (najlepšie so statickou IP pre telemetriu).
• Antény s vysokým ziskom: Pre lepší príjem, najmä v mobilných prostrediach.
• Integrácia letového radiča: Cez USB, UART alebo Ethernet.
• Správa batérií: Modemy môžu počas prenosu priblížiť významný výkon.
• Tip pre fandov: Začnite s modulom 4G LTE, ako je SIM7600G-H na Raspberry Pi alebo Jetson Nano, aby ste prototypovali bunkový robot.

Softvérový stoh pre roboty pripojené k mobilným zariadeniam.

• Operačný systém: Systémy založené na systéme Linux ako Ardupilot alebo PX4.
• Pripojenie: Rozhrania PPP, QMI alebo MBIM, aby sa získali bunkové údaje.
• Protokoly: MavLink nad TCP/UDP pre telemetriu; RTSP/RTMP/WebRTC pre video.
• Zabezpečenie : VPN tunely, TLS/SSL pre šifrovanie príkazu a kontroly (C2).
• Cloudová integrácia: Voliteľné API MQTT/HTTP pre dashboardy telemetrie.

Populárne prípady použitia pre bezpilotné lietadlá LTE/5G

Misie bvlos

Cellular umožňuje robotom odletieť míle od operátora, ideálne pre:

• Inšpekcie Powerline alebo Pipeline.
• Mapovanie na veľké vzdialenosti.
• Reakcia na núdzové situácie vo vidieckych zónach.

Streamovanie videa v reálnom čase

S 5G Uplinks, roboty môžu streamovať 4K/8k video priamo do cloudových alebo riadiacich centier. Ideálne pre:

• Novinky a mediálne vysielanie.
• Bezpečnosť a pohraničná hliadka.
• Monitorovanie dopravy.

Koordinácia roja

Funkcie zariadenia 5G (D2D) podporujú synchronizované rojy dronov pre:

• Poľnohospodárske postrekovanie
• Kolaboratívne pátracie a záchrana
• Vojenské formácie

Mobilita mestskej vzduchu (UAM)

Autonómne roboty a lietadlá EVTOL sa spoliehajú na sieťové krájanie a výpočty okrajov cez 5G až:

• Zdieľajte údaje o vzdušnom priestore v reálnom čase
• Komunikujte s UTM (bezpilotné riadenie dopravy)
• Vyhnite sa zrážkam na preplnenej oblohe

Začíname: Budovanie alebo kúpu dronu s podporou 4G/5 G.

Možnosť 1: DIY s hardvérom s otvoreným zdrojom

• Začnite s letovým radičom Pixhawk
• Použite sprievodný počítač (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Integrujte modem Quectel EC25 alebo SIM7600 LTE
• Pripojte sa k QgroundControl alebo Mavproxy cez internet
• Zabezpečte pomocou Zerotier alebo OpenVPN

Možnosť 2: komerčné drony s pripravenými na fly

Niektorí výrobcovia ponúkajú UAV pripravené na LTE s dashboardmi založenými na cloudu:

• DJI Matrice 300 RTK (modul LTE voliteľný cez SDK)
• Parrot Anafi AI - natívna podpora 4G LTE
• Kvantové systémy Trinity F90+ - LTE/BVLOS pripravené

Technické výzvy a ako ich prekonať?

Pokles signálu vo vyšších nadmorských výškach

Mobilné veže sú navrhnuté tak, aby pokrývali používateľov na pozemnej úrovni. Vo výškach> 120 m:

• Kvapky sily signálu.
• Zvýšená rušenie.
• Viacnásobné prekrývanie veže.

Riešenie: Používajte smerové antény, pred definované mapy pokrytia alebo lete v nadmorských výškach so známym pokrytím.

Mobilita a veža

Rýchlo sa pohybujúce bezpilotné lietadlá môžu zamieňať algoritmy odovzdávania, čo spôsobuje:

• Strata údajov
• Telemetrické hroty
• Streaming

Riešenie: Používajte siete 5G s vylepšenou podporou odovzdávania a mobility; Implementovať stratégie vyrovnávacej pamäte.

Spotreba energie

Bunkové moduly môžu počas aktívneho prenosu nakresliť 1–2W.

Riešenie: Moduly napájacieho cyklu, keď sú nečinné, a používajte vysokoúčinné prevodníky DC-DC.

Obmedzenia dátového plánu a dopravných obmedzení

Mnoho spotrebiteľských SIMS blokuje letecké využitie alebo rýchlosť nahrávania čiapky.

Riešenie: Vyberte dátové plány IoT/M2M so statickou podporou IP a vysokou kapacitou uplinku. Niektorí dopravcovia ponúkajú sims špecifické pre robotov.

Predpisy a dodržiavanie predpisov

Úvahy FAA a EASA

• BVLO nad bunkami vyžaduje výslovné povolenie.
• Vzdialené ID: Musí sa vysielať aj s komunikáciou LTE/5G.
• Limity nadmorskej výšky: Väčšina regiónov obmedzuje UAV na pod 120 m (~ 400 ft).

Politiky bunkového nosiča

• Zóny bez fly na letiskách alebo na štadiónoch môžu mať zaseknutie alebo sieťové bloky.
• Carrier APN môžu vyžadovať konfiguráciu pre pevné IP a presmerovanie portov.

Čo bude ďalej? Vylepšenia 5G a horizont 6G

5G pre bezpilotné lietadlá: Čo príde

• Ultra relaizačná komunikácia s nízkou latenciou (URLLC) pre autonómnu navigáciu
• Sieťové krájanie pre vyhradenú kontrolu a prenos užitočného zaťaženia
• Edge Computing pre palubné vyloženie AI
• Sidelink Support pre komunikáciu s donónom (D2D)

Pri pohľade na 6G a neterrestriálne siete (NTN)

• Leo Satelit 5G (napr. Starlink) pre globálne pripojenie robotov
• Siete naint ai na optimalizáciu odovzdania a pokrytia
• THZ Communications for Ultra-Speed ​​Aerial Links (po roku 2030)

Záver: LTE a 5G sú chrbtovou kosťou Drhy novej generácie . Či už ste inžinierom, ktorý buduje kontrolu BVLOS, alebo fandom, ktorý chce streamovať video HD na YouTube z oblohy, LTE a 5G Technologies odomknutia schopností, ktoré RF a Wi-Fi jednoducho nemôžu zhodovať. Podľa času a monitorovania, prístup k výkonným To a počítačové systémy na okraji. Keď sa siete zlepšujú a regulačné orgány sa prispôsobujú, LTE a 5G budú aktivátormi autonómnych, inteligentných a globálne prepojených leteckých systémov.