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
Analysis of the budget of the communication channel with the uncleaned aircraft
This article presents the calculation of the budget of a communication channel with an unmanned aerial vehicle (UAV) for various frequencies, and an analysis of the choice of frequencies for the control channel and the telemetry channel is made.
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 ] - Ls [ 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
