משלחות הנדסיות מדעיות מרוחקות – בין אם בכובעי קרח קוטביים, טווחי הרים גבוהים, מדברי עומק או סביבות תת-ימיות – מערכות תקשורת דרישה שהן גם יעילות והן יעילות משאבים.המרחקים הפיזיים המעורבים, בשילוב עם טמפרטורות קיצוניות, שטח מחוספס, ותקציבי חשמל מוגבלים, דוחפות טכנולוגיות אלחוטיות קונבנציונליות לפירוק נקודות כוח (FK) עומדות כאמצעי לשיטות תחזוקה אמינות להגדרות אלה, במיוחד, אשר מבוססות מדיניות מבוססת על בסיס טכנולוגיות המבוססות על בסיס טכנולוגיות המבוססות על בסיס טכנולוגיות אבטחה.

טכנולוגיית FSK

(ב) [17] הוא תוכנית מודולציה דיגיטלית המקודמת נתונים בינאריים על ידי שינוי תדירות נושא בין שני ערכים (או יותר) של ערכים דיסקרטיים (בצורה הפשוטה ביותר שלה) - ראשי תיבות של FSK (BFSK) - גישה תדירות (FLT:0phua FLT) ו- 1FLT 3 {\displaystyle: 7.

(הופנה מהדף FSK (MFSK) להקצות את ה-FLT:0 (Moriph 1:0) תדרים קריטיים כגון: 2FLT 3(M) bits perסמל, שיפור יעילות הספקטרום בעלות של רוחב פס מוגבר (Digitals) לעתים קרובות להשתמש בתדירות הגוסטורית (GLTK), שבו הבסיסים מעוצבים על ידי סטיות סטנדרטיות של מדד COFD) כדי להפחית את רמת התדירות של מדד התדירות של מדדים של 2.

הבסיס המתמטי של FSK נח על אות אורטוקונאל: הקירור בין שני טונס FSK הוא אפס כאשר הפרדה תדירות היא מספר רב של שיעור הסמל. זה אורטוקונאליות מאפשר למקלט להשתמש מסננים מתאימים או מהר ארבעה יותר שינוי (FFT) לבנקים כדי להפלות אפילו ביחס נמוך לדרגה נמוכה (SNR) לשיטות מרוחקות של תקשורת מרחוק.

היתרונות של FSK למשלחת מרחוק

(FLT:0) רובוטות ל Noise ו InterferenceveFLT:1 - בניגוד למודולציות מבוססות אמפליטיות (ASK), אותות FSK נושאים מידע בתדירות המיידית ולא בפרשת המפולד. זה גורם להם להיות חסינים במידה רבה על מנת לפענוח, לצליף, לרעש אימפולסיבי נפוץ בסביבות. A טיפוסי FSKLC יכול לפעול עם מקלט נמוך כמו S2, בעוד שגורם להפחתה של 10B5, בעוד שגורם לרמה של 0DVS, בעוד שגורם לרמה של 0, בעוד שגורם לרמה של 10B5, אם הוא נמוך יותר מגובהו של 0, בעוד שגורם לרמה של 0, בעוד שגורם לרמה של 0.

(FLT:0)Low Power ProtureFLT:1 - FSK Transceivers ניתן לתכנן עם מחזורי חובה נמוכים מאוד ומגברי חשמל יעילים. רבים sub-GHz FSK שבבים (למשל, Semtech SX1276, Silicon Labs Pass446x) לצרוך פחות מ-20 מ"א ב מקבל מצב ותחת 100A במהלך שידור ב- +20Bmic, כאשר ניתן לשלב חיישנים עם ARMIDICD, או מחסנים של שבועות של , עם מחסנים של מחסנים של ®, או ARMIFICD, עם ®, עם ®, כאשר ®, כאשר ®, עם ®, לדוגמה, עם חיישנים עם ®, עם ®, עם ®, בתנאי ®, מחסנים של ®, ®, חיישנים ללא תשלום של חיישנים ללא תשלום של ®, עם חיישנים ללא פחות ממריצים של ®, עם ®, עם מחסנים של חיישנים ללא טיפול ב-A, בתנאי ®, בתנאי חיישנים ללא טיפול ב-A, ®, ®, ®, ®, ®, ®, IX1276

(FLT:0)Ease of ImplementationFLT:1 - כי FSK משתמש בזיהוי לא-קוהרנטי, החומרה הנדרשת היא פשוטה יחסית: אוסטרטור מקומי, אוסטרטור מבוקר מתח (VCO) או מסנתז דיגיטלי ישיר (DDS), ושותף או גלאי מעטפה זה מקטין את עלויות חומריות וספקים יכולים לשאת צוותים קבועים ללא סימולציות.

(FLT:0Wide Pro RangeFLT:1) - עם מבחר אנטנה מתאים ושורה של הראייה (LOS) מיקום, קישורים FSK יכולים להשיג טווחים של מעל 50 ק"מ בשיעורי נתונים נמוכים (תחת 10 kbps) שימוש ב- Yagigi או אנטנה פרבולית, החוקרים הקימו קשרים אמינים מעל 100 ק"מ בתנאים אנטארקטיקה.

ראשי > FSK Communications Systems

אפשרויות ל-Band plan

הבחירה של תדירות הפעלה היא ההחלטה הראשונה לתכנון קריטי עבור משלחות מדעיות, להקות ללא רישיון ללא רישיון (למשל, 433 MHz, 868 MHz באירופה, 915 MHz באמריקה) מציעים פשטות רגולטורית, אבל רצועת 2.4 GHz לעתים קרובות להימנע עקב אובדן נתיב גבוה יותר והתערבות של מכשירים אלחוטיים ו- Bluetooth- MBL- GHz (מפרק גבוה יותר) נמצאים במרחק של פחות מ-HDR) של התנגשויות מהירות (אך גבוה יותר מאשר קישורים איטיות (אך) עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם יותר, עם זאת, עם יותר, עם יותר, עם יותר ויותר ממערכות תקשורת אלחוטיות גבוהה יותר מ- MPTSD-MPT) גבוה יותר ויותר מ-MPT) של מכשירים ניידים (מתקני תקשורת בין היתר, עם יותר גבוה יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, יותר ויותר גבוה יותר גבוה יותר ויותר מ-Minter-Fi-Minter-Fi-Fi-Fi-Fi-Fi-Fi-Fi-Fi-MTR) ו-MTR) של 2.

מהנדסים חייבים גם לשקול תיאום תדר עם ציוד משלחת אחר (טלפונים סלולריים, מקלטי GNSS, מכ"ם) גילוח (מקלט) בערוץ ייעודי עם 12.5 kHz או 25 kHz בתוך רצועת רוחב פס ISM הוא טיפוסי.אנחנו ממליצים להתייעץ עם הרגולטור הספקטרום המקומי ולקבל רישיונות ניסיוניים אם הכוח המתוכנן מוקרן עולה על גבולות מוגדרים.עבור משלחות מרובות-צוות, תדירות דינמי (למשל F.S, F.S) יכול להקטין את ההתנגשויות F.S.S.S.S.S.S.S)

Modulation Parameters ו-Data Rate Trade-offs

קצב הסמל, סטיית תדירות, ואינדקס Modulation הם בין-תלויים.שיעורי נתונים נמוכים (למשל, 1.2-9.6 kbps) למקסם את הרגישות המקלט וטווח אך מגבילים את התפוקה להעברת חיישנים או תמונות. versely, שיעורים גבוהים יותר (עד 500 kbps) כוח פסולת עשוי להיות אמין מעבר כמה קילומטרים.כלל נפוץ מוגדר לתדירות ל- 0.5-0 פעמים).

תיקון שגיאות חייב להיות גם מופקדת בהוספת (7,4) קוד ה- Hamming או קוד convolutional מגביר את קצב ה bit הגולמי על ידי לפחות 30-50%, אשר מפחית את האפקט באמצעות לוח וטווח. עבור משלחות שבהן שלמות נתונים הוא רב ערך (למשל, העברת דגימה ליבה או קריאה סימנט), שגיאה קדימה (FEC) היא חובה; משואה או עדכוני סטטוס Fקוד, ייתכן די.S לא מספיק מדגמי קרח.

בחירת אנטנה וחלוקת

יעילותאנטנה שולטת ישירות בתקציב הקישור.עבור תחנות בסיס קבועות במחנות משלחת, אנאנטנות כיוון גבוהות (10-15 dBi Yagi או di-periodic) מספקות שולי דעיכה משופרים. Mobile או nodes נייד (למשל, מל"טים או טרנזצ'ינטים ידניים) משתמשים במונופולים של גל או חצי גלאים עם 2–3Di Ground.

בסביבות שלג או חול, מיקום אנטנה הוא חיוני.כיסוי שלג יכול לקלקל אנאנטנות או לגרום לעצירה נוספת.אלבייס את האנטנה לפחות 2 מטרים מעל פני השטח מפחית הפסדים קרקעיים.עבור משלחות במדבר, שבו סופות אבק יכולות להדוף מחברים, מחברים N-type חתומות ציפויים אנטי-סטטיים מומלץ.

תקציב אנרגיה ושקיעת אנרגיה

כל מילימטר נחשב ל- FSK node טיפוסי עשוי לצייר 50–100 mA במהלך שידור ב +20 dBm (100 mW), 20-30 מ"א טיפוסי במצב מקבל מצב, ו 2-5 מיקרוA בשינה עמוקה.בהתחשב בפריסה של שישה חודשים (4320 שעות), סוללה של 10-Wh (למשל, 3 תאי ליתיום) יהיה מותש לאחר 70 שעות בלבד), סוללה של מחזור חיוני ל- 0.

קצירת אנרגיה יכולה להרחיב את הסיבולת עוד יותר.פאנלים סולאריים קטנים (5-10 W) בשילוב עם מנטרף מקסימלי של נקודת כוח (MPPT) יכולים לטעון סוללות בשעות היום בסביבות כמו המדבר אטאמה.עבור אזורים קוטביים עם אור שמש של 24 שעות ביממה, זה בר קיימא; פריסות חורף עשוי לדרוש בנקים סוללות גדולות יותר או גנרטורים תרמואלקטריים כי ניצול שונה טמפרטורה בין ציוד לבין קרח סביב.

עיצוב מערכת ופרוטוקול

אפשרויות ל-Transceiver Hardware Choices

כמה מחוץ ל-She-lf FSK Transceiver ICs נועדו עבור כוח נמוך, לטווח ארוך ניתוח ארוך. משפחת Semtech SX1276 (אשר גם תומך LoRa) כולל מצב FSK / OK ייעודי. זה מספק רגישות של -148 dBm בשיעור הנתונים הנמוך ביותר ותפוקה מקסימלית של + 20DBm הסיליקון מעבדות Si4x46 מציעה אינטגרציה גבוהה יותר עם מנוע Mb.

עבור יישומים מותאמים אישית או גבוהה, מסונתז דיגיטלי ישיר (למשל, AD9834) נהיגה VCO (למשל, Mini-Circuits POS-535+) ניתן בשילוב עם FPGA עבור FSK מוגדר תוכנה (למשל, גישה זו מאפשרת גמישות מלאה בפורמט מודולציה, סינון, וקצב נתונים, אבל עלייה בגודל ובעוצמה ברובה של המשלחת תעדיף את הפשטות של צוותים משולבים.

מבנה החבילה וזיהוי שגיאות

פרוטוקול חבילה מעוצב היטב מבטיח נתונים להגיע שלם למרות שגיאות bit. מסגרת טיפוסית כוללת preamble (מחדש 1s ו 0s עבור AGC התיישבות ומעט מסנכרן), מילה מסנכרן (16–32 ביט), המשכורות (אורך קבוע, בדרך כלל 32-256 על ידי רצף נגזר), ובדיקה מחזורית של מחזורי (CRC-16 או CRC-32) עבור משלחות, המילה חייבת להיות מסונכרן נמוך כדי להימנע מהפרעות שווא כדי להימנע מהפרעות אוטומטיות.

עבור התפרצויות נתונים sporadic (למשל, חיישן קורא כל 15 דקות), פרוטוקול פשוט ללא קשר מספיק.עבור הזרמת טלמטרי, לחיצת יד מוכרת עם בקשה חוזרת אוטומטית (ARQ) משפר את האמינות אבל halves דרךputs בשל הכרה מעל ראש. a pragmatic פשרה הוא שני-זמנית: הנספח של השולח, על ידי parulicet, וניסיונות תיקון נכשל לאחר מכן.

רשת להתנצל

קישורים נקודתיים הם הפשוטים ביותר אך מגבילים את הסקאלה (a Star Topology) – שבו כל אבני השדה מתקשרים לתחנת בסיס מרכזית – עבודות למחנות עם נוף ברור ל-LOS. עבור אזורים גדולים יותר או מאחורי מכשולים (למשל, רכסי הרים), רשת ממצה המשתמשת בפלטפורמות מבוססות חנות-ו-ו-וקדימה יכולה להרחיב את הכיסוי.כל אחת מהן אינה מתקדמת עם תצורה של פרוטוקולים-ל-ל-ל-F-S-to-to-to-to-to-to-S-to-p-p-p-S-to-to-p-to-to-p-to-to-to-to-to-to-to-to-to-p) מוכחים (Rip-R.com) כמו מחסנים (R.com-R.com) עם מחסנים (R.com-R.com-R.com) עם למערכות למערכות למערכות מחסנים (R.com-R.com-R.com-R.com-R.com-R.com-R.com-R.com-S-R.com-R.com-S-R.com-S-R

עבור משלחות שמזיזות מחנה לעתים קרובות, רשת אדן סלולרי (MANET) עם גילוי נתיב דינמי (למשל, OLSR) מאפשרת לאדים להתחבר באופן ספונטני כשינויים במיקום.זה שימושי במיוחד עבור מערכי נתונים מבוססי כלי רכב או רחפנים אשר טסים על פני חיישנים מפוזרים כדי לאסוף נתונים פיזית אם קישור ישיר רדיו הוא בלתי אפשרי.

יישום שדה ובדיקה

סימולציה מוקדמת ומודל

לפני כל חומרה פרוסה, כלי סימולציה כגון רדיו נייד, SPLAT!, או מודל ITU-R P.526 propagation עוזר לחזות אובדן נתיב וכיסוי. Inputs כוללים נתונים על הקרקע (למשל, SRTM), כיסוי עץ, שולי ספיגה אטמוספרית ודפוסי אנטנה.עבור אזורי קוטבי, הפסד נוסף עקב קרומים קרח והשתקפות crevasse חייב להיות גורם בulation מאפשר למהנדסים לא יכול להיות מסוגל יותר מאשר 10 נקודות ירידה או ירידה.

אנו ממליצים גם לבחון לפחות מערכת תקשורת זהה אחת בסביבה אנלוגית מקומית (למשל, עמק הרים מרוחק) לפני היציאה, שכן זה חושף בעיות שילוב חומרה (למשל, חיבור לא מתאים, באגים קושחה) שיהיה יקר לפתור בשדה.

על מתקן האתר ו- Calibration

עם ההגעה, תחנת הבסיס צריך להיות להגדיר תחילה.הר האנטנה על טיול בנקודה הגבוהה ביותר בתוך המחנה. השתמש מנתח ספקטרום כדי לוודא כי הערוץ שהוקצה הוא ברור של התערבות (למשל, מסוף לווייני סמוך), ולאחר מכן להתאים את כוח הפלט משדר מטה לרמה המינימלית שעדיין משיג תקשורת אמינה עם הצומת הרחוק ביותר - כוח וצמצום ההתערבות לערוצים שכנים.

כל צומת שדה צריך להיות מראש מוכנת עם כתובת רשת ייחודית ותוכנית תדר. במהלך ההתקנה, לבצע "מבחן הליכה": חבר צוות נושא צומת תוך מעקב אחר RSSI (הדבקת כוח אות) מתחנת הבסיס.ערכים RSSI רשומים נגד GPS כדי ליצור מפת כיסוי חי.כל מקום שבו RSSI טיפות מתחת לרגישות (למשל, 120Bm) לא יכול לדרוש אזור מת.

הסתגלות סביבתית

קיצוניות טמפרטורה בסביבות הקוטב או המדבר משפיעות על ביצועי הרכיב. סוללות ליתיום לאבד את היכולת ב -40 מעלות צלזיוס; קפיצות אלקטרוליטיות עלולות להקפיא; גבישים קוורץ סחף בתדירות. Solutions כוללים מחסנים מבודדים עם מסה תרמית פסיבית, או תנורים פעילים אשר מעוררים מתחת - 10 מעלות צלזיוס.התדירות של SAW או גבישים (בדרך כלל ±102C) ל-OC.

הומור ו condensation הם גם חששות בסביבות טרופיות או גבוהות.לסלק אסיפות אלקטרוניות בציפוי קונפורמנטלי מונע מעגלים קצרים. Connectors חייב להיות מדורג IP68 והתאספו עם סיליקון רצ'יל.עבור מתקנים לטווח ארוך, חבילות desict בתוך המתחם צריך להיות מוחלף כל שישה חודשים.

מעקב מתמיד ופתרון בעיות

בקרה פיקוחית ורכישת נתונים (SCADA) לוח המחצבה את מצב הקישור, רמות הסוללה, ואת שערי הצלחה החבילה הוא יקר ערך.שימוש ב- Raspberry Pi או מחשב כוח דומה בתחנת הבסיס, מנהיג המשלחת יכול להציג ביצועים בזמן אמת.אם צומת מפסיק להגיב, המערכת לוגנת RSSI ו-SNR ערכים. Common כולל כשלים מורכבים כוללים פיזור סוללות, ניתוק (במיוחד לאחר סערות), או מעקב אחר מערכות הפעלה;

עבור נודים שאינם נגישים פיזית (למשל, על פני קרחונים), ניתן לשלוח פיקוד גיבוי על הקישור כדי לעבור לצמד תדר משני אם הפרעה מזוהה.

יישומים אמיתיים ו Case Studies

(FLT:0) תחנת מזג אוויר אנטארקטית של תחנת מזג האוויר של אוניברסיטת ויסקונסין-מדסון (AWS) משתמשת בקישורי UHF FSK 2.4 kbps כדי להעביר לחץ, טמפרטורה ומהירות מהירות גבוהה נתונים מאתרים מבודדים למרכז.עם לוחות סולאריים סוללות ליתיום, תחנות אלה פעלו ברציפות במשך יותר מ -5 שנים עם 95% חזרה נתונים נמוכים (64 דקות) הם נתונים קצרים.

(FLT:0) ו-Volcanic Eruption MonitoringFIRLT:1) בשנת 2019, חוקרים מ- USGS פרסמו רשת של סממטרים מבוססי FSK על הר סנט הלנס.The nodes השתמש 868 MHz GFSK עם פרוטוקול mesh.הם השיגו 99.9% משלוח במהלך מבחן שדה של חודשיים שכללו נפילה קרח וסערות מותרות נמוך ל- 8 ק"מ"מ, עם תחנת כוח ללא מצופה.

(FLT:0)Desert Archaeological SurveysFLT:1 - בסהרה, ארכיאולוגים מאוניברסיטת טיבינגן השתמשו ב-433 רדיו FSK FSK כדי לחבר תחנת בסיס נייד עם חיישנים מכ"ם מבוזרים קרקעיים.תקציב הקישור היה מחושב להתגבר על 20 dB של ספיגה חול.

כיוונים עתידיים ואינטגרציה

רדיו מבוסס תוכנה עבור FSK גמיש

מערך השערים (FPGAs) ופלטפורמות רדיו מוגדרות תוכנה (SDR) כמו ADALM-PLUTO או HackRF מאפשרות הסתגלות בזמן אמת של פרמטרים של Modulation. A יחיד SDR יכול לעבור מ BFSK ל- 4-FSK, להתאים את הסטייה, או להציג תדירות בהתבסס על פרמטרים איכותיים.גמישות זו מועילה עבור משלחות מרובות מעבר לצריכת Sundme (כלומר, לדוגמה, כלומר, שימוש ב-S) בצריכת מינימלית (כלומר, לדוגמה, לדוגמה, ל-S) באמצעות קיבולת נמוכה של 4-L.

אינטגרציה עם Satellite IoT

קישורים קרקעיים FSK ניתן לצמד עם backhaul לוויין באמצעות Iridium SBD, Globalstar, או קבוצות LEO חדשות כמו Starlink. A שדה Node מעביר נתונים מעל FSK לשער מקומי (למשל, תחנת בסיס קמפינג), אשר לאחר מכן מעביר את הנתונים המצטברים למצב לווייני.

Machine Learning for Fitive Modulation

מחקר עדכני חוקר באמצעות רשתות עצביות קלות על מיקרו-בקרים בעלי כוח נמוך כדי לחזות אילו סדר מודולציה FSK וקצב הנתונים ימקסימו באמצעות חישוב נתון רמות SNR והתערבות נוכחיות.לדוגמה, אם צומת מזהה ירידה ב RSSI, זה יכול לעבור מ 4-FSK ל- BFSK ולצמצם את השיעור, שמירה על אמינות הקישור. Aפיילוט מאוניברסיטת אלסקה של ירידים הראו שיפור ממוצע של נתונים באמצעות שבץ באמצעות קומפקטי.

מסקנה

פיתוח פתרונות תקשורת מבוססי FSK עבור משלחות הנדסיות מדעיות מרחוק דורש גישה שיטתית כי מאזן טווח, שיעור נתונים, כוח, וחוספס סביבתית.חסינות הרעש הטבוע של Modulation, פוטנציאל כוח נמוך, וחומרה פשוטה להפוך אותו לבחירה טבעית עבור יישומים שבהם מערכות סלולריות או לוויין ממשיכות לפתח או לייעל את מערכות התקשורת המדעיות של מערכת ההפעלה בקפידה, באמצעות בחירת תדרים, חומרה ופרוטוקולים - על ידי בדיקות קפדניות - כמו גם בתנאי למידה קשה, אך לא יכולות לשרוד מערכות טלוויזיה, אלא גם במקומות שבהם מערכות טלוויזיה מתקדמת, אך ורק על פני מערכות טלוויזיה מתקדמת, אך ורק על פני השטח של מערכות טלוויזיה, אך ורק על ידי שינוי מערכת תקשורת מתקדמת, אך ורק על ידי תכנון קיצוניות, אך ורק על ידי תכנון קיצוניות, אך ורק על ידי תכנון מתקדם, אך ורק על ידי תכנון מתקדם, אך ורק על ידי תכנון מתקדם, אך ורק על ידי תכנון מערכות טלוויזיה, אך ורק על ידי תכנון מרחוק, יכולות לשגשגות, אך ורק על ידי תכנון מערכת תקשורת אלחוטית, אך ורק על ידי תכנון מתקדם של מערכות לוויין, על ידי תכנון מרחוק, אך ורק על ידי תכנון מתקדם, אך ורק על ידי שינוי מערכות טלוויזיה, על ידי שינוי מערכות טלוויזיה מתקדמת, אך ורק על ידי שינוי מערכות טלוויזיה מתקדמת, אך ורק על ידי