來源 | 雨飛工作室
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一說到無人機數據鏈，就牽涉到不少關系射頻的概念，對這些概念也總是模模糊糊，說不清道不明，今天就索性來好好梳理下吧。目前，無人機常用的三條數據鏈路，三個都是傳數據，但是特點差異太大：1、實時控制鏈路，即遙控器；數據量極少（sbus協議只有25個字節），但實時性要求極高（要求14ms發送一次），據說幾十ms延遲高手就能體會出來。2、遙控遙測數據鏈路，即數傳；數據量比較小（某度飛控是200ms下發99個字節的數據包；但是在磁羅盤校準的時候，需要下發給地面站的數據量比較大），但是要求雙向傳輸，而且要保證質量和距離余量，這是無人機的命脈（在沒有遙控器的時候，也是控制無人機的鏈路）。3、圖像下傳鏈路，即圖傳；帶寬要求很高（要傳輸高清視頻嘛），延遲不能太大。
如果使用RTK，就又增加了一個鏈路：RTK基站每秒向流動站發送300~800個字節的數據包一次（某飛控使用的RTK，是每秒向流動站發送400個字節的數據包一次），主要包括基站坐標信息和基站接收到的衛星信息等。如何保障這一數據安全可靠的無線傳輸，是野外測量精準定位作業的關鍵。3、工作方式：常見的是跳頻(FHSS)。比如Digi XBee模塊的擴頻技術，主要有兩種FHSS和DSSS，還有一種Digi獨有的CSS。簡單記憶就是：2.4GHz的模塊，采用的是DSSS，900MHz模塊采用的是FHSS，特殊的XLR是采用CSS。4、通信距離，這個指標很關鍵，不能只看廠家的標稱，需要自己實測，以裝到整機上實際測試的結果為準。5、體積和重量：指數傳電臺機載端的體積和重量，這兩個指標越小，越容易集成到無人機機架上。數傳電臺地面端的體積和重量一般與數傳電臺機載端區別不大，常見的僅接口方式不同。6、供電電壓和電流：常見是12V供電，最大電流在1A以內。7、接口：常見的是RS232或TTL接口，也有RS422接口的，波特率常用的是115200、57600或38400，取決于飛控或任務載荷。8、空中速率，這個指標也很關鍵。比如Digi SX Pro模塊的空中速率是250kbps，Microhard P900模塊的空中速率是276kbps。（1）GMSK：高斯濾波最小頻移鍵控。GMSK調制是在MSK(最小頻移鍵控)調制器之前插入高斯低通預調制濾波器這樣一種調制方式。GMSK提高了數字移動通信的頻譜利用率和通信質量。（2）CPFSK：連續相位頻移鍵控。采用CPFSK調制方式使接收機易于實現，與QPSK的調制方式相比對相位穩定度要求不高，不易受外界溫度噪聲的影響，而且在信號解調處理時實現低功耗。（3）QAM：正交振幅調制。QAM是用數字信號去調制載波的幅度和相位，使載波的輻度和相位受控于數字信號，常用有16QAM、32QAM、64QAM等。這種調制由于載波的幅度和相位都帶有信息，所以它比QPSK方式所能傳輸的數碼率高。（4）QPSK：四進制相移鍵控調制。QPSK是一種四進制的相位鍵控調制方式，可以看成是兩正交的二相調制合成。把相繼碼元的四種組合(00、01、10、11)對應于載波的四個相位（0、±π/2、π）。2、信道和信道間隙。信道指發射、接收時占用的頻率值。相鄰信道之間的頻率差值稱為信道間隙。規定的信道間隙有25KHz（寬帶）、20KHz、12.5KHz（窄帶）等。針對Digi XBee Pro 900HP模塊，將頻段902.4~927.6MHz分成了64個頻道，其信道間隙就是40KHz。3、時延：從發送端接收到第一個字節數據到接收端串口輸出數據的第一個字節所需要的時間。數據傳輸延時是無線數據傳輸與有線數據傳輸的最大區別。無人機數傳電臺正常傳輸時的時延比較小（某數傳電臺給出的收發時延是7ms），比圖傳時延小很多，所以一般不用考慮該指標；但是，若是發生數據擁堵的時候，時延會大大增加，甚至是秒級的，這時候就影響使用了。4、誤碼率（BER=bit error）是衡量數傳電臺數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標。通常數傳電臺的誤碼率應該：BER≤10e-6。1、時延：圖傳的時延主要來自圖傳編碼和攝像機成像。實際應用中，選型要求為相機到顯示器之間的延時小于500ms，小于300ms更好。無人機數字圖傳在正常使用時，時延是相對固定的，可以看到的視頻也會比較流暢；但是，在受到干擾或有遮擋的時候，時延會大大增加，甚至是秒級的，這時候看到的視頻就是卡頓的了。2、通信距離，這個指標很關鍵，不能只看廠家的標稱，需要自己實測，以裝到整機上實際測試的結果為準。3、頻段：圖傳的工作頻段，常見的是300~600MHz之間的，也有2.4GHz和5.8GHz的圖傳。4、發射功率：指圖傳發射端的發射功率。針對工業級多旋翼無人機，要求發射功率≤1W，否則容易對飛控或數傳模塊造成干擾。5、體積和重量：指圖傳發射端的體積和重量，這兩個指標越小，越容易集成到無人機機架上。對于圖傳接收端，一般要求不高。6、供電電壓和電流：常見是12V供電，最大電流在1.5A以內。7、接口：圖傳發射端的視頻接口最好是HDMI，接收端的視頻接口是HDMI最好，網口的也可以使用。1、先用形象的方式介紹幾個名詞（學通訊相關的同學可以跳過這一部分）： 信源：信源是產生各類信息的實體，好比是載滿水泥的大卡車。 擴頻：是一種信息處理改善傳輸性能的技術，好比是八路，隱蔽性高、抗干擾能力強。 具體來說，圖傳就是要把一個東西準確、快速的從一個地方傳遞到另一個地方，要抗干擾，還要抓重點。所以信源和信道就要改善，關于信道技術就是抓重點的基礎，比如目前常見的MPEG-2、MPEG-4等技術，簡單地說就是把圖片的重點壓縮，抓住重點傳輸。信道編碼就是為了減少碼元數率，減少帶寬占用，因為傳輸跟帶寬有關系，抓住重點可以避免浪費功率。目前無人機圖傳主流的技術由OFDM、WiFi等。2、帶寬：帶寬又叫頻寬，是指在固定的的時間可傳輸的資料數量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數據的能力。在數字設備中，頻寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數。在模擬設備中，頻寬通常以每秒傳送周期或赫茲來表示。描述帶寬時常常把“比特/秒”省略。例如，帶寬是10M，實際上是10 Mb/s。語音一般來說都是3K左右，因為普通人說話3K就夠了，如果能夠壓縮的話幾百K就夠了，所以語音的傳輸帶寬是非常小的。而現在無人機的帶寬都是以M起步，這對遠距離傳輸的挑戰就大了很多。傳輸距離取決于靈敏度，根據香農公式，帶寬增加十倍，靈敏度就下降十倍，帶寬對于無線傳輸來說是很珍貴的。所以，單獨評估帶寬這個參數沒有意義，要綜合考慮傳輸距離、靈敏度和帶寬等參數，通過實際測試，觀察接收到的視頻的流暢性，滿足實際需要的就是合適的參數。－ The End －
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