Как LTE и 5G захранват следващото поколение дронове

As дронове еволюират от основни летящи камери до автономни платформи за събиране на данни, нуждата им от бързо,
Надеждната и дългосрочна комуникация е по-важна от всякога. Традиционни радиочестотни (RF) системи и Wi-fi Ограничете възможностите на дрона, особено за операции отвъд визуалната линия на зрение (BVLOS) и предаване на данни в реално време. Именно там влизат LTE (4G) и 5G клетъчни технологии-предлагане на дългосрочна, висока лента и свързаност с ниска латентност, използвайки съществуващата мобилна мрежова инфраструктура. В това ръководство ще проучим как LTE и 5G в дронове са интегрирани в съвременните БПЛА (безпилотни летателни апарати), какви ползи предлагат, предизвикателствата и как както инженерите, така и любителите могат да започнат с дронове, свързани с клетки.

Защо LTE и 5G са смяна на игри за комуникация с дронове?

Ограничения на традиционните RF и Wi-Fi системи.

• Кратко обхват (500м - 2 км).
• Само за зрение.
• Висока намеса в претъпкани ISM ленти.
• Ограничена честотна лента и висока латентност.
• Тези ограничения ограничават приложенията като 4K поточно видео на видео, автономни проверки, доставка на дълги разстояния и координация на роя.

LTE/5G предлага тези ключови предимства:

Как LTE/5G работи вътре в дрон: Общ преглед на хардуер и софтуер

Хардуерни компоненти за интеграция на дронове 4G/5G

За да активирате LTE или 5G комуникация в дрон, ще ви трябва:

• 4G/5G клетъчен модул: Например, Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• SIM карта или ESIM: С план за данни (за предпочитане със статичен IP за телеметрия).
• Антени с висока печалба: За по -добро приемане, особено в мобилни среди.
• Интеграция на полетния контролер: Чрез USB, UART или Ethernet.
• Управление на батерията: Модемите могат да начертаят значителна мощност по време на предаването.
• Съвет за хобисти: Започнете с 4G LTE модул като SIM7600G-H на Raspberry Pi или Jetson Nano, за да прототипирате клетъчна система за дрон.

Софтуерен стек за свързани с клетъчни дронове.

• Операционна система: Linux базирани системи като Ardupilot или PX4.
• Свързване: PPP, QMI или MBIM интерфейси за извеждане на клетъчни данни.
• Протоколи: Mavlink над TCP/UDP за телеметрия; Rtsp/rtmp/webrtc за видео.
• Сигурност : VPN тунели, TLS/SSL за криптиране на командване и контрол (C2).
• Облачна интеграция: По избор MQTT/HTTP API за табла за телеметрични табла.

Популярни случаи на употреба за LTE/5G дронове

BVLOS мисии

Cellular позволява на дроновете да летят на километри от оператора, идеален за:

• Проверки на Powerline или тръбопровод.
• Картиране на далечни разстояния.
• Аварийна реакция в селските зони.

Стрийминг на видеоклипове в реално време

С 5G Приливите, дроновете могат да предават 4K/8K видео директно в облака или контролните центрове. Идеален за:

• Новини и медийно излъчване.
• Сигурност и граничен патрул.
• Мониторинг на трафика.

Координация на рояка

5G от устройство за устройство (D2D) разполага с поддръжка на синхронизирани рояци за дронове за:

• Селскостопанско пръскане
• Съвместно търсене и спасяване
• Военни формации

Градска мобилност на въздуха (UAM)

Автономните дронове и EVTOL самолетите разчитат на мрежови ренки и изчисления на ръба чрез 5G до:

• Споделете данни за въздушното пространство в реално време
• Комуникирайте с UTM (Управление на безпилотния трафик)
• Избягвайте сблъсъци в претъпкано небе

Първи стъпки: Изграждане или закупуване на дрон с активиран 4G/5 G

Вариант 1: Направи си сам с хардуер с отворен код

• Започнете с контролер на Pixhawk Flight
• Използвайте придружаващ компютър (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Интегрирайте Quectel EC25 или SIM7600 LTE модем
• Свържете се с QgroundControl или Mavproxy по интернет
• Закрепете с Zeroitier или OpenVPN

Вариант 2: Търговски LTE дронове за готова за полет

Някои производители предлагат готови за LTE БЛА с табла, базирани на облак:

• DJI Matrice 300 RTK (LTE модул по избор чрез SDK)
• Parrot Anafi AI - Native 4G LTE поддръжка
• Quantum Systems Trinity F90+ - LTE/BVLOS готови

Технически предизвикателства и как да ги преодолеем?

Спад на сигнала на по -голяма надморска височина

Мобилните кули са проектирани да покриват потребители на наземно ниво. На височини> 120м:

• Силата на сигнала пада.
• Повишена намеса.
• Множество припокривания на кулата.

Решение: Използвайте насочени антени, предварително дефинирани карти за покритие или летете на надморска височина с известно покритие.

Мобилност и предаване на кулата

Бързо движещите се дронове могат да объркат алгоритмите за предаване, причинявайки:

• Загуба на данни
• Телеметрични шипове
• Стрийминг трептене

Решение: Използвайте 5G мрежи с подобрена поддръжка на предаване и мобилност; Прилагайте стратегии за буфериране.

Консумация на енергия

Клетъчните модули могат да нарисуват 1–2W по време на активно предаване.

Решение: Модули за мощност на цикъла при празен ход и използвайте високоефективни DC-DC конвертори.

План за данни и ограничения на превозвача

Много потребителски SIMS блокират използването на въздуха или скоростта на качване на капачка.

Решение: Изберете планове за данни IoT/M2M със статична IP поддръжка и висок капацитет на връзката. Някои превозвачи предлагат специфични за дрона SIMS.

Наредби и спазване

Съображения на FAA и EASA

• BVLOS над Cellular изисква изрично разрешение.
• Отдалечен идентификатор: Трябва да се излъчва дори с LTE/5G комуникация.
• Ограничения на надморската височина: Повечето региони ограничават БЛА до под 120 м (~ 400 фута).

Политики за клетъчни носители

• Зоните без полет на летища или стадиони могат да имат задръстване или мрежови блокове.
• Carrier APN може да изисква конфигурация за пренасочване на IP и порт.

Какво следва? 5G подобрения и 6g хоризонт

5G за дронове: Какво идва

• Ултра надеждна комуникация с ниска латентност (URLLC) за автономна навигация
• Мрежово нарязване за специализиран контрол и трафик на полезен товар
• Изчисляване на ръба за бордово разтоварване на AI
• Поддръжка на Sidelink за комуникация с дронове до дрон (D2D)

Гледайки напред към 6G и не-заземни мрежи (NTN)

• Лео Сателит 5G (напр. Starlink) за глобална свързаност с дронове
• AI-родни мрежи за оптимизиране на предаване и покритие
• THZ комуникации за ултра-високоскоростни въздушни връзки (след 2030 г.)

Заключение: LTE и 5G са гръбнакът на Дронове от следващо поколение . Независимо дали сте инженер, изграждайки BVLOS инспекционен дрон или любител, който иска да предаде HD видео в YouTube от Sky, LTE и 5G Technologies, отключва възможности, които RF и Wi-Fi просто не могат да съвпадат. Чрез контрол и наблюдение на времето, достъп до мощен То и компютърни системи за ръбове. Тъй като мрежите се подобряват и регулаторите се адаптират, LTE и 5G ще бъдат активиращи автономни, интелигентни и глобално свързани въздушни системи.