Потери в канале связи с беспилотным летательным аппаратом

Автор: Зиновьев Н.В., Кот М.А.

Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka

Статья в выпуске: 12-2 (28), 2018 года.

Бесплатный доступ

В данной статье представлен расчет бюджета канала связи с беспилотным летательным аппаратом (БПЛА) для различных частот, произведен анализ выбора частот для канала передачи видеоданных.

Канал связи, затухание, потери мощности, шум, летательный аппарат

Короткий адрес: https://sciup.org/140281062

IDR: 140281062

Текст научной статьи Потери в канале связи с беспилотным летательным аппаратом

Бюджет канала – это расчет баланса потерь и прибыли в канале связи; он определяет подробное соотношение между ресурсами передачи и приема, источниками шума, поглотителями сигнала и результатами процесса выполняемыми в канале [1].

С помощью расчета бюджета канала связи можно узнать о производительности системы, удовлетворяет или нет система заявленным требованиям.

Для канала связи с БПЛА значимым показателем является максимальная дальность, ограничивается она прямой видимостью. Для расчета максимальной дальности прямой видимости воспользуемся формулой [2]

d = ф • R • h + V 2 • R • h) (1)

где R - радиус Земли, обычно принимают равным 6370 км;

h 1 - высота подъема антенны наземной станции;
h₂ - высота полета БПЛА.

Основными источниками усиления сигнала являются:

— Мощность передатчика;
— Усиление передающей и принимающей антенн.

Основными источниками ослабления сигнала при распространении являются:

— Затухание при распространении в свободном пространстве;
— Межсимвольная интерференция;
— Шум приемника и передатчика;
— Затухание при модуляции;
— Замирания в канале;
— Скорость передачи;
— Потери в кабелях приемника и передатчика;
— Атмосферные помехи и шум атмосферы.

Затухание при распространении в свободном пространстве рассчитывается по формуле :

L p = 10lg(4 n d )²

Л где X - длинна волны в метрах.

Анализ бюджета канала обычно рассчитывается в децибелах, уравнение имеет вид [2]

M = EIRP[ бБВт ] + G r [ дБi ] - ( E -) _т ре ₆ [ бБ ] -

N 0

- R [ бБбит I с ] - T [ бБВт I Гц ] - L_s [ 6Б ] - L _o [ 6Б ]

Для передачи видеоданных в формате HD требуется большая скорость передачи, в расчёте учитывается скорость передачи 50 Мбит/с. В таблице 1 расположены значения основных параметров[1, 2, 3].

Таблица 1 – Параметры системы

Высота подъема антенны	5 м
Высота полета	5000 м
Радиус земли	6365 км
Максимальная дальность прямой видимости, d	260268 м
Постоянная Больцмана	1,38E-23 Дж/К
Шумовая температура	300 K
Мощность передатчика	100 Вт	20 дБ
Требуемое Eb/No	20 дБ
Потери в кабеле передатчика	1,5 дБ
Коэффициент усиления антенны НКУ	12 дБи
Коэффициент усиления антенны БПЛА	6 дБи
Вероятность битовой ошибки	0,001
Потери в атмосфере	6 дБ
Эффективная излучающая мощность	30,5 дБВт
Скидка на замирание	3 дБВт
Спектральная плотность шума	-203 дБВт/Гц
Скорость передачи данных	50 Мбит/с	76,99 дБбит/с

В таблице 2 расположены результаты расчета бюджета канала связи.

Частота, МГц	Длинна волны, м	Потери в тракте	Принятая мощность	Принятое Pr/No	Принятое Eb/N	Бюджет канала
МГц	м	дБ	дБВт	дБГц	дБ	дБ
100	3	121	-99	111	34	12
600	0,5	136	-115	95	18	-3
1100	0,2727	142	-120	90	13	-9
1600	0,1875	145	-123	87	10	-12
2100	0,1429	147	-126	84	7	-14
Частота, МГц	Длинна волны, м	Потери в тракте	Принятая мощность	Принятое Pr/No	Принятое Eb/N	Бюджет канала
МГц	м	дБ	дБВт	дБГц	дБ	дБ
2600	0,1154	149	-128	82	5	-16
3100	0,0968	151	-129	81	4	-18
3600	0,0833	152	-130	79	2	-19
4100	0,0732	153	-132	78	1	-20
4600	0,0652	154	-133	77	0	-21
5100	0,0588	155	-133	76	-1	-22
5600	0,0536	156	-134	76	-1	-23
6000	0,05	156	-135	75	-2	-23

Для увеличения скорости передачи и уменьшения массы и габаритов антенны рекомендуется использовать частоты от 1ГГц и выше, главным недостатком использования таких частот является малая огибающая сигнала, следовательно, это приводит к уменьшению максимальной дальности связи. Если же дальность связи является главным приоритетом, то рекомендуется использовать частоты до 1 ГГц, недостаток – большие габариты и масса антенны.

Таким образом, стабильная передача видеоданных с БПЛА с заявленными параметрами невозможна, полученные значения бюджета канала малы или отрицательны. Для повышения бюджета канала передачи данных необходимо уменьшать дальность и скорость, следовательно, и качество видео, либо использовать ретрансляцию сигнала.

Список литературы Потери в канале связи с беспилотным летательным аппаратом

Радиотехника / Под ред. Мазора Ю.Л., Мачусского Е.А., Правды В.И. - Энциклопедия. - М.: ИД «Додэка-XXI», 2002. - С. 488. - 944 с.
Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2007. - 1104 с. - ISBN: 0-13-084788-7
Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. - М.: Радио и связь, 2000. - 552 с. - ISBN: 5-256-01444-7

Статья научная