پیوند دوطرفه TDD OFDM برای انتقال داده های پهپاد

چگونه پیوندهای دوطرفه TDD OFDM چالش های تله متری و داده های حسگر با نرخ بالا را در ارتباطات هواپیماهای بدون سرنشین حل می کنند

---

مقدمه

پهپادهای مدرن (وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین) به طور فزاینده ای نیاز به انتقال همزمان انواع داده های متعدد - تله متری دارد, سنسور یا داده های ویدئویی با نرخ بالا, و بازخورد فرمان/کنترل. دستیابی به همه اینها از طریق یک پیوند بی سیم قابل اعتماد و کم تأخیر کار بی اهمیتی نیست, به خصوص زمانی که با برنامه های بلادرنگ مانند نظارت سروکار دارید, نقشه برداری, یا ناوبری مستقل.

اخیراً یک مشتری شرایط زیر را برای سیستم ارتباطی پهپاد ارائه کرده است:

خلاصه نیاز مشتری:

1. ارسال داده های تله متری @40ms (40KB داده) بیش از یک 100 خط اترنت مگابیت بر ثانیه. داده ها به صورت بسته های UDP ارسال می شوند.
2. ارسال داده های خام با اندازه 1.7 MB @40ms بیش از یک 1 خط اترنت Gbps با استفاده از پروتکل UDP.
3. فرمان/پاسخ روی RS422, برای تعامل با کامپیوتر درونی پهپاد برای دریافت داده های IMU (موقعیت و نگرش) @40 میلی‌ثانیه, و همچنین با GCS از طریق RF تعامل داشته باشید.

این مجموعه الزامات پیچیدگی نیازهای انتقال داده های پهپاد مدرن را برجسته می کند: توان عملیاتی بالا, زمان تاخیر کم, و تعامل کامل دوبلکس بین هوا و زمین.

---

چالش‌ها در راه‌اندازی اصلی

بیایید الزامات را از نظر فنی تجزیه و تحلیل کنیم:

نوع داده	فاصله	اندازه داده ها	نرخ داده معادل	نوع ارتباط
تله متری	40 ام‌اس	40 کیلوبایت	~8 مگابیت بر ثانیه	UDP (100 مگابیت بر ثانیه اترنت)
داده های خام	40 ام‌اس	1.7 MB	~ 340 مگابیت بر ثانیه	UDP (1 Gbps اترنت)
فرمان / IMU	40 ام‌اس	<100 کیلوبایت	ناچیز	لینک سریال RS422

چالش های کلیدی:

• توان عملیاتی: 340 مگابیت بر ثانیه داده خام از آنچه COFDM سنتی یا سیستم های باند باریک می توانند تحمل کنند بیشتر است.
• جهت دار بودن: داده های تله متری و IMU باید در هر دو جهت بین پهپاد و GCS جریان داشته باشند.
• هماهنگ سازی: داده ها, ویدئو, و پیوندهای کنترلی باید در همگام سازی شوند 25 هرتز (40 دوره ms) بدون از دست دادن بسته یا تأخیر بالا.

این امر آشکار می کند که الف TDD (Time Division Duplex) پیوند دو طرفه مبتنی بر OFDM راه حل ایده آل است.

---

چرا TDD OFDM راه حل مناسبی است

1. انتقال دو طرفه در یک کانال تک فرکانس

بر خلاف فرستنده های سنتی یک طرفه COFDM, یک پیوند TDD OFDM از یک باند فرکانسی یکسان برای لینک بالا و پایین استفاده می کند, شکاف های زمانی انتقال متناوب. این اجازه می دهد:

• ارتباط دو طرفه کامل (فرمان, سنجش سنجی, و داده ها)
• کاهش پیچیدگی RF و نیاز به آنتن
• همگام سازی کامل بین پهپاد و ایستگاه زمینی

2. استفاده از طیف کارآمد

در محیط های باند باریک یا سیستم های پهپاد با محدودیت فرکانس (به عنوان مثال, 300 مگاهرتز – 6 گیگاهرتز), TDD OFDM امکان تخصیص تطبیقی ​​نسبت های uplink/downlink را فراهم می کند:

• مثلا, 80% لینک پایین برای داده های حسگر/ویدیو و 20% آپلینک برای تله متری / دستورات.
• سوئیچینگ پویا بر اساس شرایط پیوند، توان عملیاتی بهینه و حداقل تاخیر را تضمین می کند.

3. سازگاری UDP

از آنجایی که UDP سبک وزن و سازگار با زمان واقعی است, سیستم TDD OFDM می تواند بسته های UDP را مستقیماً در حالت پل اترنت خود کپسوله کند., اطمینان از انتقال شفاف داده ها برای داده های تله متری و حسگر.

4. ادغام با RS422 / کنترل سریال

ماژول های TDD OFDM اغلب از داده های سریال شفاف پشتیبانی می کنند (RS232/422/485) کانال های موازی با جریان اترنت. این اجازه می دهد:

• تبادل فرمان/کنترل بی‌درنگ با رایانه داخلی
• همگام سازی داده های IMU و GPS با نرم افزار کنترل زمینی
• جریان داده یکپارچه با ترکیب اترنت و رابط های سریال

5. تأخیر و پایداری کم

با کادربندی بهینه, سیستم‌های TDD OFDM می‌توانند به تأخیر سرتاسری زیر 40 تا 50 میلی‌ثانیه دست یابند, که نیاز مشتری را برآورده می کند 25 نرخ به روز رسانی تله متری هرتز.
علاوه بر, FEC قوی (تصحیح خطای رو به جلو) و مدولاسیون تطبیقی ​​انتقال پایدار را حتی در شرایط پرواز پویا حفظ می کند.

---

مثال پیاده سازی سیستم

[Drone Onboard Unit]
 ├── Sensors / Camera (Raw Data 1.7 MB @40ms)
 ├── Flight Controller (Telemetry + IMU via RS422)
 ├── TDD OFDM Transceiver Module (Ethernet + Serial Input)
 └── Power & Antenna System

       ⇅  (Bidirectional RF Link, e.g., 840 MHz / 1.4 GHz / 2.4 GHz)

[Ground Control Station]
 ├── TDD OFDM Receiver (Ethernet Output + RS422)
 ├── GCS Software (UDP-based Telemetry & Control)
 └── Data Storage / Video Processing System

این پیکربندی یک را قادر می سازد پل داده تمام دوبلکس بین پهپاد و زمین - ویدئو, سنجش سنجی, و سیگنال های کنترل سریال به طور یکپارچه از طریق همان پیوند رادیویی TDD OFDM جریان می یابند.

---

مزایای پیوندهای دوطرفه TDD OFDM

ویژگی	بهره مند شوند
تک فرکانس برای TX/RX	راه اندازی آنتن و مجوز طیف را ساده می کند
نسبت اسلات زمانی قابل تنظیم	قابل تنظیم برای تعادل پهنای باند uplink/downlink
UDP شفاف / پشتیبانی اترنت	به طور مستقیم با سیستم های مبتنی بر IP موجود سازگار است
پورت سریال یکپارچه	ایده آل برای تبادل فرمان/کنترل و تله متری
تأخیر کم	<50 ms تاخیر سرتاسر
ضد تداخل قوی	مدولاسیون OFDM و FEC عملکرد پایدار را تضمین می کند

---

نتیجه گیری

راه اندازی خواستار مشتری - تله متری ترکیبی, داده های خام, و کنترل RS422 - دلیل آن را نشان می دهد سیستم های پهپاد مدرن نیاز به تطبیق دارند, راه حل های داده تمام دوبلکس.
آ پیوند دو طرفه TDD OFDM فراهم می کند:

• زمان واقعی, ارتباط دو طرفه اترنت و سریال
• توان عملیاتی مقیاس پذیر برای داده های فشرده و خام
• همگام سازی قابل اعتماد در 40 فواصل به روز رسانی ms

با استقرار یک سیستم TDD OFDM, طراحان پهپاد می توانند به تعادل کامل برسند توان عملیاتی, تاخیر, و قابلیت اطمینان, آن را به ستون فقرات نسل بعدی شبکه های ارتباطی پهپاد تبدیل می کند.

---

پرسش و پاسخ