Jak LTE i 5G zasilają następną generację dronów

Jak Drony ewoluuj od podstawowych latających kamer do autonomicznych platform gromadzenia danych, potrzebę szybkiego,
Komunikacja wiarygodna i dalekosiężna jest ważniejsza niż kiedykolwiek. Tradycyjne systemy częstotliwości radiowej (RF) i Wi-Fi Ogranicz możliwości dronów, szczególnie w przypadku operacji poza wizualną linią praw (BVLO) i transmisji danych w czasie rzeczywistym. W tym miejscu pojawiają się technologie komórkowe LTE (4G) i 5G-w zakresie łączności dalekiego zasięgu, wysokiej pasma i niskiej opóźnień przy użyciu istniejącej infrastruktury sieci komórkowej. W tym przewodniku zbadamy, w jaki sposób LTE i 5G w dronach są zintegrowane z nowoczesnymi UAV (bezzałogowymi pojazdami lotniczymi), jakie korzyści oferują, związane z tym wyzwania oraz w jaki sposób zarówno inżynierowie, jak i hobbystów mogą rozpocząć się z dronami połączonymi komórką.

Dlaczego LTE i 5G są przemiennikami gier w komunikacji dronów?

Ograniczenia tradycyjnych systemów RF i Wi-Fi.

• Krótki zasięg (500 m - 2 km).
• Tylko linia wzroku.
• Wysoka ingerencja w zatłoczone zespoły ISM.
• Ograniczona przepustowość i wysokie opóźnienie.
• Ograniczenia te ograniczają aplikacje, takie jak strumieniowanie wideo 4K w czasie rzeczywistym, inspekcje autonomiczne, dostawa na duże odległości i koordynacja rojenia.

LTE/5G oferuje te kluczowe zalety:

Jak działa LTE/5G w dronie: przegląd sprzętu i oprogramowania

Komponenty sprzętowe dla integracji dronów 4G/5G

Aby włączyć komunikację LTE lub 5G w dronie, potrzebujesz:

• Moduł komórkowy 4G/5G: np. Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• Karta SIM lub ESIM: Z planem danych (najlepiej ze statycznym IP dla telemetrii).
• Anteny o wysokiej gaenie: Dla lepszego odbioru, szczególnie w środowiskach mobilnych.
• Integracja kontrolera lotu: Za pośrednictwem USB, UART lub Ethernet.
• Zarządzanie baterią: Modemy mogą rysować znaczną moc podczas transmisji.
• Wskazówka dla hobbystów: Zacznij od modułu LTE 4G, takiego jak SIM7600G-H na Raspberry Pi lub Jetson Nano, aby prototypować komórkowy system dronów.

Stos oprogramowania dla dronów połączonych komórkami.

• System operacyjny: Systemy oparte na Linuksie, takie jak Ardupilot lub PX4.
• Łączność: Interfejsy PPP, QMI lub MBIM w celu wyświetlania danych komórkowych.
• Protokoły: MAVLink przez TCP/UDP dla telemetrii; RTSP/RTMP/WEBRTC dla wideo.
• Bezpieczeństwo : Tunele VPN, TLS/SSL dla szyfrowania poleceń i kontroli (C2).
• Integracja w chmurze: Opcjonalne interfejsy MQTT/HTTP dla pulpitów nawigacyjnych telemetrycznych.

Popularne przypadki użycia dronów LTE/5G

Misje BVLOS

Cellular pozwala dronom latać milami od operatora, idealny do:

• Kontrole Power Line lub rurociągów.
• Mapowanie dalekiego zasięgu.
• Reakcja awaryjna w strefach wiejskich.

Streaming wideo w czasie rzeczywistym

Z 5G Plinowania w górę, drony mogą przesyłać strumieniowo wideo 4K/8K bezpośrednio do centrów chmury lub sterowania. Idealny dla:

• Wiadomości i nadawanie mediów.
• Bezpieczeństwo i patrol graniczny.
• Monitorowanie ruchu.

Koordynacja roju

5G urządzenie do urządzenia (D2D) zawiera zsynchronizowane roj dronów dla:

• Opryskiwanie rolnicze
• Wspólne poszukiwania i ratowanie
• Formacje wojskowe

Urban Air Mobility (UAM)

Autonomiczne drony i samoloty Evtol polegają na krojeniu sieci i przetwarzaniu krawędzi przez 5G do:

• Udostępnij dane dotyczące przestrzeni powietrznej w czasie rzeczywistym
• Komunikacja z UTM (bezzałogowe zarządzanie ruchem)
• Unikaj zderzeń w zatłoczonym niebie

Pierwsze kroki: budowanie lub kupowanie drona z obsługą 4G/5

Opcja 1: DIY ze sprzętem typu open source

• Zacznij od kontrolera lotu Pixhawk
• Użyj komputera towarzyszącego (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Zintegruj modem Quectel EC25 lub SIM7600 LTE
• Połącz się z QustonControl lub Mavproxią przez Internet
• Zabezpieczyć za pomocą zerociej lub openvpn

Opcja 2: Komercyjne gotowe do loty drony LTE

Niektórzy producenci oferują UAV gotowych do LTE z pulpitami pulpitowymi opartymi na chmurze:

• DJI Matrice 300 RTK (moduł LTE opcjonalnie przez SDK)
• Parrot Anafi Ai - Native 4G LTE Support
• Systemy kwantowe Trinity F90+ - LTE/BVLO Gotowe

Wyzwania techniczne i jak je pokonać?

Spadek sygnału na wyższych wysokościach

Wieże mobilne są zaprojektowane w celu pokrycia użytkowników na poziomie gruntu. Na wysokości> 120m:

• Krople siły sygnału.
• Zwiększona ingerencja.
• Wiele wieży nakłada się.

Rozwiązanie: Użyj anten kierunkowych, map pokrycia przed definiowaniem lub lataj na wysokościach o znanym pokryciu.

Mobilność i przekazanie wieży

Szybkie drony mogą mylić algorytmy przekazania, powodując:

• Utrata danych
• Skoki telemetryczne
• Streaming Jitter

Rozwiązanie: Użyj sieci 5G z ulepszonym wsparciem przekazywania i mobilności; wdrożyć strategie buforowania.

Zużycie energii

Moduły komórkowe mogą rysować 1–2 W podczas aktywnej transmisji.

Rozwiązanie: Moduły cyklu energetycznego po biegu jałowym i użyj wysokowydajnych konwerterów DC-DC.

Plan danych i ograniczenia przewoźnika

Wiele simów konsumenckich blokuje użycie lotnicze lub prędkości przesyłania czapki.

Rozwiązanie: Wybierz plany danych IOT/M2M ze statyczną obsługą IP i wysokiej pojemności łącza w górę. Niektórzy przewoźnicy oferują simy specyficzne dla dronów.

Przepisy i zgodność

Rozważania FAA i EASA

• BVLO nad komórkową wymaga wyraźnej zgody.
• Zdalny identyfikator: musi być nadawany nawet z komunikacją LTE/5G.
• Limity wysokości: Większość regionów ogranicza UAV do poniżej 120 m (~ 400 stóp).

Polityka nośnika komórkowego

• Strefy braku lotów na lotniskach lub stadionach mogą mieć bloki zagłuszające lub sieciowe.
• APN operatora mogą wymagać konfiguracji do stałego przekazywania IP i portów.

Co dalej? Ulepszenia 5G i horyzont 6G

5G dla dronów: co nadchodzi

• Bardzo niezawodna komunikacja z niskim opóźnieniem (URLLC) do autonomicznej nawigacji
• Krojenie sieci dla dedykowanej kontroli i ruchu ładowania
• Obliczanie krawędzi do obciążenia AI na pokładzie AI
• Obsługa Bigelink dla komunikacji dron-dron (D2D)

Patrząc w przyszłość na 6G i sieci nie-terrestralne (NTN)

• LEW Satelita 5G (np. Starlink) dla globalnej łączności dronów
• AI Native Networks w celu zoptymalizowania przekazów i zasięgu
• Komunikacja THZ dla bardzo wysokości linków powietrznych (po 20130 r.)

Wniosek: LTE i 5G są kręgosłupem Drony następnej generacji . Niezależnie od tego, czy jesteś inżynierem budującym dron inspekcji BVLOS, czy hobbystą, który chce przesyłać strumieniowo wideo HD na YouTube z Sky, LTE i 5G Technologies Odblokuj możliwości, które RF i Wi-Fi po prostu nie mogą się równać. Przez kontrolę i monitorowanie czasu, dostęp do potężnych To i systemy obliczeniowe krawędzi. W miarę uprawiania sieci i dostosowywania regulatorów, LTE i 5G będą umożliwiającymi autonomiczne, inteligentne i globalnie połączone systemy lotnicze.