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在比較無人機圖傳技術(shù)前,先用形象的方式介紹幾個名詞:
具體來說,圖傳就是要把一個東西準(zhǔn)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(guān)于信道技術(shù)就是抓重點的基礎(chǔ),比如目前常見的MPEG-2、MPEG-4等技術(shù),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錯率,減少帶寬占用,因為傳輸跟帶寬有關(guān)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(shù):
1、OFDM技術(shù)
在技術(shù)上,目前無人機上使用最廣的傳輸技術(shù)是為OFDM,是多載波調(diào)制的一種,該技術(shù)更適合于高速數(shù)據(jù)的傳輸,OFDM有很多優(yōu)勢,比如:在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)、能夠?qū)诡l率選擇性衰落或窄帶干擾等等。但是,OFDM也有缺點:(1)載波頻率偏移;(2)對相位噪聲和載波頻偏十分敏感;(3)峰均比比較高。所以把這三個缺陷瓶頸解決掉才是完美的技術(shù)。
2、COFDM技術(shù)
COFDM即編碼的OFDM,在進行OFDM調(diào)制之前增加一些信道編碼(主要是增加糾錯和交織),來提高系統(tǒng)的可靠性。COFDM與OFDM的區(qū)別就是:在做正交調(diào)制前增加糾錯編碼和保護間隔,使信號更有效的傳輸。OFDM主要應(yīng)用在LTE(4G)、WIFI等應(yīng)用系統(tǒng)上。COFDM目前應(yīng)用最廣泛的是在DVB(數(shù)字視頻廣播),有DVB-T,DVB-S,DVB-C等等,在歐洲,東南亞,南美,澳洲都有廣泛應(yīng)用。
3、WIFI技術(shù)
除了OFDM之外,很多廠家也都在使用WiFi技術(shù),可能WiFi說出來讓人感覺很低端,其實不是這樣的,WiFi技術(shù)也在不停的進步。WiFi傳輸是具有高性價比的無人機圖傳使用最廣泛的技術(shù),但是因為WiFi在技術(shù)上有很多限定,且不可修改的,并且很多廠家都是拿來方案直接搭建,所以其缺點也十分突出:比如芯片設(shè)計成什么格式就是什么格式的,無法修改,技術(shù)比較固化;干擾管理策略實時性不強;信道利用率比較低等等。另外WiFi傳輸還有跟物理層的銜接不緊密的缺點,導(dǎo)致反應(yīng)不迅速,傳輸時延較大,最多有秒級的時延。須知,Wi-Fi技術(shù)的發(fā)明,從來就不是為了應(yīng)用到“空對地”的圖像傳輸應(yīng)用場景中的,因此,其與生俱來的缺陷使得無人機 Wi-Fi圖傳的距離和延時問題成為硬傷,并且無法解決。Wi-Fi圖傳方案的廉價性,是因為PC端市場巨大需求,給芯片制造商帶來了規(guī)模效應(yīng),從而降低了生產(chǎn)成本。但是請記住,這個烙印在芯片身上的握手通訊機 制,并不能很大程度上滿足無人機圖傳技術(shù)的需求。
4、Lightbridge高清遠距離數(shù)字圖傳技術(shù)
2015年9月大疆發(fā)布了Lightbridge 2,在5公里距離內(nèi)傳播1080P全高清畫面卻僅有50~150毫秒的延時。Lightbridge高清遠距離數(shù)字圖傳技術(shù)讓大疆與其他無 人機廠商明顯區(qū)分開來,并且拉開了差距。Lightbridge是大疆自在研發(fā)的專用通信鏈路技術(shù),可實現(xiàn)幾乎“零延時”的720p高清傳輸和顯示,距離通常可達2公里以上,在開闊無干擾的情況 下甚至可達5公里以上。Lightbridge與 Wi-Fi使用的都是2.4GHz頻段,但是Lightbridge與其他無人機廠商(如Yuneec,Blade,3DR)使用的標(biāo)準(zhǔn) Wi-Fi圖傳技術(shù)大不相同。
Lightbridge技術(shù)使用單向圖像數(shù)據(jù)傳輸,類似位于高 處的電視廣播塔的數(shù)據(jù)傳輸形式。而 Wi-Fi圖傳的數(shù)據(jù)傳輸需要發(fā)送端與接收端首先建立起通訊握手機制,再傳輸每個大小為512字節(jié)的數(shù)據(jù)包。每個數(shù)據(jù)包的傳輸必須完整無誤,丟失其中的一 個字節(jié)都會導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)包重新發(fā)送,確認完整接收一個數(shù)據(jù)包之后,才開始傳輸下一個數(shù)據(jù)包,而這正是導(dǎo)致圖傳延時的根本原因。對于無人機飛行來說,“實時”無線圖像傳輸至關(guān)重要,由于一個字節(jié)而重新發(fā)送整個數(shù)據(jù)包非常浪費時間。從數(shù)據(jù)傳輸角度上看,Wi-Fi傳輸已經(jīng)算是速度很快的無線傳輸技術(shù),但基于TCP/IP協(xié)議的雙向握手機制很容易會導(dǎo)致 Wi-Fi圖傳無法實時傳輸航拍畫面。在無人機FPV飛行對實時性要求很高的大前提下,重新發(fā)送數(shù)據(jù)包則會讓操控者無法看到實時畫面。
無延時的實時高清圖像,是每個飛手在以FPV視角飛行時所希望看到的。即便是使用Lightbridge高清圖傳技術(shù),零延時也無法100%達到,然而此項技術(shù)毫無疑問是現(xiàn)階段無人機圖傳中最先進的,不僅可以最小化圖傳延時,還可以最大化傳輸距離。從技術(shù)實現(xiàn)上來講,正是因為Lightbridge使用的是單向廣播數(shù)據(jù)的方式,即使飛得遠,圖傳延時仍能穩(wěn)定保持在 100-200毫秒左右。而 Wi-Fi圖傳的延時,視飛行距離和飛行環(huán)境而定,一般會高出25%-100%不等。高效的單向廣播數(shù)據(jù)傳輸方式讓Lightbrige輕松超越 Wi-Fi圖傳。
當(dāng)你達到Lightbridge圖傳的極限距離時,屏幕中會出現(xiàn)條紋和信號弱的警告。在大多數(shù)情況下,即使信號中斷,重新連接的速度也非常快,因為重連不需要像 Wi-Fi那樣重新建立握手機制。在信號不足或者丟失時,飛手可以通過遙控器查獲得提醒,及時停止飛行或讓飛機懸停。而一旦圖傳中斷,緩慢轉(zhuǎn)向飛行器以調(diào) 整天線的相對位置,或者拉升高度就可以改善信號的傳輸,重新連接的概率很高,整個過程一般通常在10秒以內(nèi)。相比Lightbridge,當(dāng) Wi-Fi圖傳到達其傳輸極限距離時,畫面被卡住,也沒有警告提醒。飛手們會誤認為圖傳OK,并且一般需要3-6秒的時間才能意識到圖傳早已中斷。一旦發(fā) 現(xiàn) Wi-Fi圖傳中斷,通過握手機制重新連接,也會花費30-60秒的時間。且通常需要拉升更高的高度或?qū)w機往返航的方向拉近,才有希望重新連接上圖傳。
在樹木林立的環(huán)境下飛行, Wi-Fi信號易受干擾是另外一個弱點。僅僅是飛到一棵樹的后面,相對于Lightbridge而言,Wi-Fi圖傳因為樹葉阻擋更容易中斷。同時,由于 樹上有潮濕的水蒸氣等阻擋了信號,很容易引起 Wi-Fi數(shù)據(jù)包丟失某些字節(jié),整個大數(shù)據(jù)包就得重新發(fā)送,這就導(dǎo)致圖傳經(jīng)常性延時。而Lightbrige圖傳對樹葉遮擋引起的數(shù)據(jù)包丟失并不敏感,畫面中可能只出現(xiàn)橫紋,總延時能很好地控制在100-200毫秒間。
歸功于Lightbridge高清圖傳技術(shù)的單向傳輸性,DJI無人機使用的距離是一般使用普通 Wi-Fi圖傳無人機的2-3倍。雖然,Lighbridge技術(shù)并不像 Wi-Fi那樣擁有很便宜的單芯片實現(xiàn)方案,但距離及延時特性所帶來的利好,值得消費者為之付出。
5、模擬圖傳技術(shù)
一些不帶云臺相機的無人機,速度可高達80公 里/小時以上,使 用模擬信號傳輸技術(shù)。模擬圖傳幾乎沒有延時,而且模擬圖傳的另外一個特點是,當(dāng)達到極限距離時,不會突然出現(xiàn)卡屏或者完全丟失整個畫面的情況。模擬圖傳也是單向信號傳播技術(shù),有點類似于在數(shù)字電視信號還沒出現(xiàn)前的模擬電視廣播信號的傳輸,當(dāng)信號變?nèi)鯐r,會出現(xiàn)雪花屏,警示飛手應(yīng)該調(diào)整飛行方向或者往回飛,離返航點近一些。模擬圖傳的功耗非常大,想達到Lightbridge 超過2公里的距離時,其發(fā)射功率已經(jīng)遠超出了相關(guān)部門的規(guī)定。
可以說,OFDM技術(shù)和WIFI技術(shù)這兩種圖傳方式,是目前無人機圖傳的主流,更高級的是COFDM技術(shù)。其實總體來說,無人機遠距離傳輸其實就是距離和功耗之間的平衡,其中還涉及了很多調(diào)制技術(shù),如用擴頻來提高抗干擾能力、信道信源技術(shù)的優(yōu)化等等。
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