להפיץ Spectrum עבור Drone Communications

כלי רכב אווירי בלתי-מאורגן (UAV) מבצעים תלויים במערכות מל"טים מסחריות וצבאיות חזקות, מאובטחות והפרעות אלחוטיות.טכנולוגיית ספקטרום מבוזר הפכה שיטה בסיסית להשגת מטרות אלה הן במערכות מל"טים מסחריות וצבאיות.על ידי העברת אות באופן מכוון על רוחב פס רחב בהרבה מהמינימום הנדרש, להפיץ טכניקות ספקטרום מציעים רווחים משמעותיים בגמישות נגד ייבוש, זיהוי על ידי יריבים, והשפלה מפני ריבוי של מפעילי טיסה, הוא רק אפשרות קריטית.

מאמר זה מספק מדריך מקיף ליישום ספקטרום מבוזר במערכות תקשורת של UAV.We מכסה את העקרונות הבסיסיים, שני המימושים הדומיננטיים (Frequency Hopping להפיץ Spectrum ו- Direct Sequence Spread Spectrum), שיקולים מעשיים ושילוב תוכנה, ומגמות מתפתחות אשר יעצבו קישורים של מזל"טים הדור הבא.התוכן נכתב עבור מהנדסים, מערכות אינגרה, ומנהלי רחפנים הדורשים פעולות ללא תובנות טכניות סבירות.

מימון של טכנולוגיית Spectrum

תקשורת ספקטרום מתפשטת את האנרגיה של אות פס צר על פני להקה רחבה של תדר זה מתפשט באמצעות קוד פסאודודום הידוע גם משדר וגם מקלט.היתרונות מתעוררים כי האות, מנקודת המבט של מאזין לא מוקרן או טיח, מופיע כרעש כוח נמוך על פני קשת רחבה. יש שתי גישות עיקריות, כל אחת עם מאפיינים שונים של יישומים UAV.

תדירות ההוגות להפיץ Spectrum (FHSS)

ב FHSS, תדירות נושאת של שינויים אות המועבר (הופים) בין קבוצה של ערוצים שנקבעו מראש ברצף פסאודודום.הזמן המתקיים בכל ערוץ הוא בדרך כלל קצר (מילות שנייה) עבור רחפנים, FHSS מספק התנגדות מצוינת להפרעות פסים צרים כי אם ערוץ אחד חסם, ה-H הבא עובר לתדירות נקייה.הוא מציע גם קו טוב עם מערכות דו-קיום אלחוטיות אחרות (למשל, דרישות FSA) המכילות יותר עבור יישום של 50 GHz (F.

המונחים: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

DSSS מכפיל את אות הנתונים עם רצף שבב פסאודודום גבוה.הסימן המתפשט תופס רוחב פס שהוא המוצר של קצב השבבים ואת שיעור הנתונים המקורי. at the המקלט, אותו רצף משמש כדי לפענח את האות בחזרה אל רוחב הפס המקורי שלו. DSSS משמש נרחב ב- Wi-Fi02.11b) ו- GPS. עבור UAV ושליטה, DSSS מציעה רווח גבוה יותר, כלומר, להפרעות מורכבות יותר, כלומר, ל-Fde, עם יכולת הפעלה נמוכה יותר, היא יעילה יותר, עם מערכת מחשוב כפולה, עם מערכת ההפעלה.

יתרונות מרכזיים של Spectrum עבור פעילות המל"ט

היתרונות של ספקטרום התפשטות ישירות להתמודד עם האתגרים הדוחקים ביותר בקישורים אלחוטיים של מזל"ט: אבטחה, אמינות וציות רגולטורי.

  • ביטחון כנגד ג'ינג ו-Spoofing:Felo: ללא ידע על הקוד המתפשט או הרצף הזינוק, תוקף אינו יכול למעשה להקיש או להזריק פקודות כוזבות.זה חיוני במיוחד מעבר לקו הראייה הראייה (BVLOS) משימות שבהן התערבות פיזית אינה אפשרית.
  • (FLT:0) ,Resistance to Interference from other RF מקורות:FLT) 1 ד"רונים פועלים לעתים קרובות בסביבות מקוטבות ספקטרום כגון מרכזי עירוני, ליד מגדלי תאים, או לצד רחפנים אחרים.
  • (FLT:0)Low Probability של זיהוי ו Interception (LPD/LPI): המחשה 1 כי האות מועבר דק, זה דומה לרעש לנתח ספקטרום.זה הופך את זה קשה עבור צדדים בלתי מורשים לזהות כי מזל"ט הוא נוכח, שלא לדבר על זרם הנתונים של רחפנים צבאיים לעתים קרובות להשתמש ב-LPD/LPs עבור פעולות חשאיות.
  • (FLT:0)Multipath Mitigation: FHEERERER ספקטרום טכניקות ספקטרום רחבות הטמונים ב-DSSS, המקלט הגרף יכול לשלב עותקים של אותות; ב- FHSS, מגוון תדר מבטיח כי ריבוי טיפוסי אפסים משפיע רק על שבריר קטנה של הופ.התוצאה היא יותר יציבים של תקציבים קישורים במהלך סיבובי בנק או רפלקטיבי.
  • (FLT:0) ספקטרום ספקטרום הכרחי: ההרחבה:ראהFLT:1) על ידי הפעלה מתחת לרצפה הרעש של אותות צר פס קונבנציונלי, ספקטרום התפשטות מאפשר קישורים רבים של מל"טים לשתף את אותה הלהקה עם הפרעה הדדית מינימלית.

המונחים: UAV Systems

שילוב מוצלח דורש מבחר זהיר של תכנית מודולציה, תמיכה בחומרה, תכנון תדירות ופרוטוקולים אבטחה. להלן הוא מדריך צעד אחר צעד מותאם למעצבי מל"טים ומפעילי צי.

בחרו את ה-FHSS לעומת DSSS לעומת היברידית

ההחלטה תלויה בפרופיל המשימה.עבור מזל"טים לטווח קצר (< 5 ק"מ) הפועלים בסביבה לא-עוינת, FHSS לעתים קרובות מספיק בשל העלות הנמוכה יותר וההסנכרון הפשוטה יותר שלה (עבור לטווח ארוך או BVLOS משימות, DSSS או היברידי FHSS / DSSS מציע רווח עיבוד גבוה יותר ורווחי דואט טובים יותר.

אפשרויות ל-Hardware Selection and Compatibility

Transceivers חייב לתמוך בספקטרום התפשטות בשכבה הפיזית.עבור FHSS, לחפש שבבים עם זמני VCO מהירים (< 200 μsHz) ו-Siztationer בתדר משולב.עבור DSSS, הרדיו חייב לכלול מסנן מותאם או קולטור עבור שבבים פיזור רוחב פס רחב יותר (Semtech SX127x) עבור L-R, CCTV2, עבור קיבולת CXXXXXXXX2 עבור , כדי להפיץ רוחב פס טרה-CM13 עבור טרה-CMX2 עבור טרה-חמצני עבור GHz עבור GHz עבור , עבור , עבור , עבור טרה-CMSS עבור טרה-CM2 עבור טרה-CM2 עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-CMSS עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור , כדי טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני עבור טרה-חמצני, כדי

3.התכנות תכופות ושיקום

תקנות הרשות (FCC, ETSI, שלCOM) שולטים כיצד ניתן להשתמש בספקטרום התפוצה בלהקות ISM. ב-2.4 GHz, מערכות FHSS אשר הופנו מעל 75 ערוצים עם זמן מגורים מקסימלי של 400 ms לציית ל- FCC Part 15.247 מערכות DSSS חייבות לדבוק בדחיסות מקסימלית כוח.

פרוטוקולי אבטחה: הצפנה מעל להפצת Spectrum

ספקטרום מבוזר מספק אבטחה פיזית-שכבתית (secrecy באמצעות obscurity), אבל זה צריך להיות יחד עם הצפנה גבוהה יותר של שכבות עבור אבטחה מקצה לקצה וערוצי בקרה, להשתמש AES-128 או AES-256 הצפנה על הנתונים לפני הפצת.זה מונע הצפנה מהירה של ספקטרום אלקטרונים אשר עלול לחדור את הקוד התפוצה.

5. integrating Spread Spectrum with aawaonics

ממשקי הספקטרום המפיצים עם בקר הטיסה באמצעות פרוטוקול כגון CRSF, SBUS, או PCM. עבור מערכות FHSS המשתמשות פרוטוקול סדרתי, להבטיח כי שיעור הנתונים מספיק עבור קידוד מעל פני השטח.אם הכטב"ם גם מבצע משדר וידאו (למשל, 5.8 GHz אנטנה VTX), לתאם תדרים למניעת דיסטאציה משותפת מותרת ל-5.5 מערכות אבטחה מקסימליות על גבי GHz או שימוש בספקטרום של GHz של GHz של GHz של מערכות GHz של GHz (pense iPTX), אך תמיד יש מגבלות על גבי GHz) אך ורק על גבי GHz (pVTX), לתאם תדרי תיבות של GHz), לתאם GHz) GHz (pVTX), לתאם תדרי תיבות של GHz), לתאם תדרים (D2 GHz) GHz) GHz של GHz) GHz (D2.

אתגרים ופתרונות ב Deployment

בעוד ספקטרום מתפשט פותר בעיות רבות, מהנדסים חייבים לטפל במספר מכשולים מעשיים.

מורכבות מערכת ועלויות

רדיוי ספקטרום דורשים סובלנות תדר חזק יותר, עיבוד אותות דיגיטליים מתוחכם יותר (DSP), ולעתים קרובות מיקרובקרים מהירים יותר.זה מעלה את העלות של BOM בהשוואה ל-OOK (על-off key) או מודולים FSK צרים (DSP), ולעיתים קרובות מיקרו-בקרים משולבים המשלבים שבבים מודולים מודולים, דמודור מבוזר, ומפיצים רצף בחבילה אחת.

כוח

מערכות DSSS, כי הם מנהלים שבבים בקצב גבוה ברציפות, לצרוך יותר כוח מאשר מודולוציות פס צר. עבור תפוקה של 20 mW ב 2.4 GHz DSSS, כוח המערכת הכולל עשוי להיות 1.5-2 וואט.זה יכול להפחית את זמן הטיסה על רחפנים קטנים יותר.פתרון: יישום שליטה כוח הסתגלות - צמצום כוח כאשר השולי הוא גבוה, ופרץ עם חובת לחסוך אנרגיה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

מדינות שונות מתייחסות לספקטרום שונה.לדוגמה, באיחוד האירופי, ה- ERC ממליץ על 70-03 מגביל את מערכות FHSS ב-2.4 GHz למקסימום של 10 mW אם משתמשים ביותר מ-20 הופות.ארה"ב מאפשרת עד 1 וואט עם 75+ הופs. ודא כי המוצר שלך מכוון את אזור הציות הגבוה ביותר או כולל הגדרות תוכנה-הגדרה.

השוואות ממל"טים אחרים בסבורמס

בתוך חתך, קישורים ספקטרום רחב רבים פועלים בו זמנית.FHSS עם רצפי פסאודודום עצמאיים נותן הסתברות נמוכה של התנגשות (התנגשות אחת כל כמה אלפי הופות) חלוקת קוד DSSS גישה מרובות (CDMA) מאפשר למספרים לשתף את אותו תדירות אם קודים אוטגוניים משולבים מוקצה.עם זאת, בעיות ליד-far יכולות להתעורר אם אחד קרוב יותר לתחנת הקרקע מאשר אחר.

מגמות עתידיות שפינג להפיץ Spectrum עבור רחפנים

הדור הבא של תקשורת ברחפנים ידחוף את הספקטרום קדימה עם טכניקות הסתגלות, קוגניטיביות ו- AI.

רדיו קוגניטיבי ו- Dynamic Spectrum Access

ד"רונים יוכלו לחוש את סביבת RF בזמן אמת ולהתאים את הפרמטרים המתפשטים שלהם - דפוס הצנרת, קצב השבבים, רוחב פס - כדי להימנע מעומס או להתחמק מ- חסימות. גישה קוגניטיבית זו משתמשת במכונה למידה כדי לחזות תדרים אופטימליים וגורמים מתפשטים. לדוגמה, במהלך טיסה, הכטב"ט עשוי לעבור מערוץ 22 M DSSS למצב צרHz 5 כאשר הפרעה נמוכה, ואז לחזור לכדי להפיץ אות מלא.

MIMO Massive ו- Beamforming עם Spectrum

שילוב ספקטרום התפשטות עם אנטנה מרובות מאפשר עיבוד מרחבי כי עוד משפר את יחס אות-ל-אין ולהפחית התערבות מרובה משתמשים. תחנת קרקע עם מערך ממוזה 8x8 יכול להשתמש גלפור התפשטות עם מספר רב של רחפנים, המאפשרים למספרי מל"טים לתקשר על אותו תדירות ללא התנגשות.זה מבטיח במיוחד עבור חטיפות בלוגיה וטלקומוניקציה.

Ultra-Wideband (UWB) להפיץ Spectrum עבור Altitude Mapping

UWB משתמשת הדופקים קצרים מאוד התפשט על פני כמה GHz, המציעה רמה סנטימטר החל יחד עם תקשורת. UWB להפיץ ספקטרום ניתן להשתמש הן עבור קישורים נתונים רחפנים אל הקרקע, עבור מיקום יחסי מדויק בין מל"טים בטיסה. רוחב הפס הגבוה (500 MHz או יותר) מספק חסינות רב-פתאט אבל דורש אנטנה תוכנן במיוחד.

המונחים: Quantum-Safe Spread Spectrum?

בעוד שאנתרופולוגיה, העשור הבא עשוי לראות ספקטרום רחב בשילוב עם הפצה של מפתח קוונטית (QKD) כדי להשיג אבטחה תיאורטית בלתי ניתנת לבירה. תחנת קרקע QKD ניידת עשויה לשתף קוד הפצה סודי עם רחפנים באמצעות פוטונים מסובכים, מה שהופך את הקישור חסין להתקפות מחשוב קוונטיות. Prototypes הוכחו על פלטפורמות אוויריות, אך הגודל, המשקל, ומגבלות הכוח נותרו משמעותיים עבור רחפנים קטנים.

מסקנה

יישום ספקטרום בכטב"ט ותקשורת AV הוא משימה הנדסית רבת פנים נוגעת בתיאוריה של מודולציה, עיצוב חומרה, עמידה רגולטורית ואבטחה תפעולית (אם תבחר FHSS עבור הפשטות והעלויות הנמוכות שלה, DSSS עבור רווח עליון, או גישה היברידית עבור ניגודיות, שבבים בסיסיים הם קישור עמיד יותר ל-Java, אמין יותר בסביבות רועשות, וקשה יותר ל-AfemFemroprefemate, להמשיך ולת, להפצת ספקטרום בטוח, ל-RUSFvFvate, ל-RUSFvFvate, ל-RUSFS: ספקטרום: אינטגרטיבי, המשך, המשך, המשך, המשך, המשך, המשך, ל-RUSFLTFLTS: אינטגרטורף, המשך, אינטגרטורף, לשילוב של אינטגרטיבי, אינטגרטיבי תיבות של קיבולת אבטחה, המשך, המשך, אינטגרטיבית, המשך, אינטגרטיבית, המשך, אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, ספקטרום של אינטגרטיבית, אינטגרטיבית, אינטגרטור מאובטח, ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ההרחבה של קיבולת אבטחה,

(בתקנות ספקטרום גלובליות, עמוד הרגולציה של UAS:0) ,ITU-RIRFLT:1 (הפוסט והפיקוח הלאומי כמו FLT:2FCC של UAS:2FLT 3 מספק כללים נוכחיים.כדי לחקור שיקולים מתקדמים של אבטחה, ה-FLT:4NASA Aeronautics Research Mission DirectorateFLT:5 מפרסם מאמרים על קישורים מאובטחים על ידי שילוב טכנולוגיות אלה, תכנון קווי רחפנים, אשר סביב רחפנים, אשר יכולים לעמוד באתגרים של מערכת תקשורת אמיתיים.