Двонаправлений канал TDD OFDM для передачі даних БПЛА

Як двонаправлені зв’язки TDD OFDM вирішують проблеми високошвидкісної телеметрії та даних датчиків у зв’язку безпілотників

---

вступ

Сучасні БПЛА (Безпілотні літальні апарати) все більше потребують одночасної передачі кількох типів даних — телеметрії, високошвидкісний датчик або відеодані, і зворотний зв'язок командування/контролю. Досягти всього цього через надійне бездротове з’єднання з низькою затримкою не є тривіальним завданням, особливо при роботі з додатками в реальному часі, такими як спостереження, картографування, або автономна навігація.

Нещодавно замовник представив такі вимоги до системи зв’язку безпілотника:

Короткий опис вимог замовника:

1. Надсилання телеметричних даних за 40 мс (40дані KB) більше а 100 Лінія Ethernet Мбіт/с. Дані надсилаються як пакети UDP.
2. Надсилання необроблених даних розміру 1.7 MB при 40 мс за a 1 Лінія Ethernet Гбіт/с з використанням протоколу UDP.
3. Команда/відповідь через RS422, щоб взаємодіяти з бортовим комп’ютером дрона, щоб отримати дані IMU (розташування та ставлення) @40 мс, а також взаємодіяти з GCS через RF.

Цей набір вимог підкреслює складність сучасних потреб у передачі даних БПЛА: висока пропускна здатність, низька затримка, і повнодуплексна взаємодія між повітрям і землею.

---

Проблеми в початковій установці

Розберемо вимоги в технічному плані:

Тип даних	Інтервал	Розмір даних	Еквівалентна швидкість передачі даних	Тип зв'язку
Телеметрія	40 РС	40 KB	~8 Мбіт/с	UDP (100 Мбіт/с Ethernet)
Необроблені дані	40 РС	1.7 Мб	~340 Мбіт/с	UDP (1 Гбіт/с Ethernet)
Команда / ІДУ	40 РС	<100 KB	Незначний	Послідовний канал RS422

Ключові виклики:

• Пропускна здатність: 340 Мбіт/с необроблених даних перевищує те, що можуть обробляти традиційні COFDM або вузькосмугові системи.
• Спрямованість: Дані телеметрії та IMU мають надходити в обох напрямках між дроном і GCS.
• Синхронізація: Дані, відео, і посилання керування повинні бути синхронізовані в 25 Гц (40 період мс) без втрати пакетів або високої затримки.

Це робить очевидним, що a TDD (Часовий дуплекс) Двонаправлене з'єднання на основі OFDM є ідеальним рішенням.

---

Чому TDD OFDM є правильним рішенням

1. Двонаправлена ​​передача в одному частотному каналі

На відміну від традиційних односпрямованих передавачів COFDM, зв'язок TDD OFDM використовує той самий діапазон частот для висхідної та низхідної лінії зв'язку, чергування часових інтервалів передачі. Це дозволяє:

• Повний двосторонній зв'язок (команда, телеметрія, і дані)
• Знижена складність РЧ і вимог до антени
• Ідеальна синхронізація між дроном і наземною станцією

2. Ефективне використання спектру

У вузькосмугових середовищах або системах БПЛА з обмеженням частоти (Напр., 300 МГц–6 ГГц), TDD OFDM дозволяє адаптивно розподіляти співвідношення висхідної/низхідної лінії зв’язку:

• Наприклад, 80% вниз для датчиків/відео даних і 20% висхідна лінія для телеметрії/команд.
• Динамічне перемикання на основі стану з’єднання забезпечує оптимальну пропускну здатність і мінімальну затримку.

3. Сумісність з UDP

Оскільки UDP є легким і дружнім до реального часу, система TDD OFDM може інкапсулювати UDP-пакети безпосередньо в режимі мосту Ethernet, забезпечення прозорої передачі даних як для телеметрії, так і для даних датчиків.

4. Інтеграція з RS422 / Послідовний контроль

Модулі TDD OFDM часто підтримують прозорі послідовні дані (RS232/422/485) каналів паралельно з потоком Ethernet. Це дозволяє:

• Обмін командами/контролями в режимі реального часу з бортовим комп'ютером
• Синхронізація даних IMU та GPS із програмним забезпеченням наземного керування
• Уніфікований потік даних, що поєднує Ethernet і послідовний інтерфейс

5. Низька затримка та стабільність

З оптимізованою рамкою, Системи TDD OFDM можуть досягати наскрізної затримки менше 40–50 мс, який відповідає вимогам замовника 25 Частота оновлення телеметрії Гц.
Додатково, надійний FEC (Виправлення помилок вперед) і адаптивна модуляція підтримують стабільну передачу навіть в динамічних умовах польоту.

---

Приклад впровадження системи

[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

Ця конфігурація дозволяє a повнодуплексний міст даних між дроном і землею — відео, телеметрія, і послідовні керуючі сигнали безперебійно проходять через той самий радіозв’язок OFDM TDD.

---

Переваги двонаправлених каналів TDD OFDM

Особливість	Вигода
Одна частота для TX/RX	Спрощує налаштування антени та ліцензування спектру
Регульоване співвідношення часових інтервалів	Налаштовується для балансу пропускної здатності висхідної/низхідної лінії зв’язку
Прозорий UDP / Підтримка Ethernet	Пряма сумісність з існуючими системами на основі IP
Інтегрований послідовний порт	Ідеально підходить для командування/контролю та обміну телеметрією
Низька затримка	<50 мс наскрізна затримка
Сильний захист від перешкод	Модуляція OFDM і FEC забезпечують стабільну роботу

---

Висновок

Вимогливе налаштування замовника — поєднання телеметрії, необроблені дані, і керування RS422—ілюструє чому сучасні системи БПЛА потребують адаптивних, повнодуплексні рішення для передачі даних.
A Двонаправлене з'єднання TDD OFDM забезпечує:

• У реальному часі, двосторонній Ethernet і послідовний зв'язок
• Масштабована пропускна здатність як для стислих, так і для необроблених даних
• Надійна синхронізація при 40 інтервали оновлення мс

Шляхом розгортання системи TDD OFDM, Розробники БПЛА можуть досягти ідеального балансу пропускна здатність, затримка, і надійність, що робить його основою комунікаційних мереж дронів нового покоління.

---

FAQ