Cum LTE și 5G alimentează următoarea generație de drone

Ca drone evoluează de la camere de zbor de bază la platforme autonome de colectare a datelor, nevoia lor de rapid,
Comunicarea fiabilă și de lungă durată este mai crucială ca niciodată. Sisteme tradiționale de frecvență radio (RF) și Wifi Limitați capacitățile de drone, în special pentru operațiunile dincolo de linia vizuală (BVLOS) și pentru transmiterea datelor în timp real. Acolo vin tehnologiile celulare LTE (4G) și 5G-care se ocupă de conectivitate cu o distanță lungă, cu o bandă mare și cu latență scăzută, folosind infrastructura de rețea mobilă existentă. În acest ghid, vom explora modul în care LTE și 5G în drone sunt integrate în UAV-uri moderne (vehicule aeriene fără pilot), ce beneficii oferă, provocările implicate și modul în care atât inginerii cât și hobbyiștii pot începe cu drone conectate la celulă.

De ce LTE și 5G sunt schimbători de jocuri pentru comunicarea dronei?

Limitări ale sistemelor tradiționale RF și Wi-Fi.

• Interval scurt (500m - 2 km).
• Doar linie de vedere.
• Interferențe ridicate în benzile ISM aglomerate.
• Lățime de bandă limitată și latență ridicată.
• Aceste limitări restricționează aplicații, cum ar fi streaming video 4K în timp real, inspecții autonome, livrare pe distanțe lungi și coordonare a roadelor.

LTE/5G oferă aceste avantaje cheie:

Cum funcționează LTE/5G în interiorul unui drone: o imagine de ansamblu a hardware -ului și software -ului

Componente hardware pentru integrarea dronei 4G/5G

Pentru a activa comunicarea LTE sau 5G într -un drone, veți avea nevoie:

• Modul celular 4G/5G: de exemplu, Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• Cartelă SIM sau ESIM: Cu un plan de date (de preferință cu un IP static pentru telemetrie).
• Antene cu câștig mare: Pentru o mai bună recepție, în special în mediile mobile.
• Integrarea controlerului de zbor: Prin USB, UART sau Ethernet.
• Gestionarea bateriei: Modemurile pot atrage o putere semnificativă în timpul transmisiei.
• Sfat pentru hobbyiști: Începeți cu un modul LTE 4G, cum ar fi SIM7600G-H, pe un zmeură PI sau Jetson Nano pentru a prototip un sistem de drone celulare.

Stack software pentru drone conectate la celulă.

• Sistem de operare: Sisteme bazate pe Linux precum Ardupilot sau PX4.
• Conectivitate: Interfețe PPP, QMI sau MBIM pentru a aduce date celulare.
• Protocoale: Mavlink peste TCP/UDP pentru telemetrie; RTSP/RTMP/WeBRTC pentru video.
• Securitate : Tuneluri VPN, TLS/SSL pentru criptare de comandă și control (C2).
• Integrare în cloud: API -uri opționale MQTT/HTTP pentru tablouri de bord de telemetrie.

Cazuri de utilizare populară pentru drone LTE/5G

Misiuni BVLOS

Cellular permite dronei să zboare la kilometri distanță de operator, perfectă pentru:

• Inspecții de linie electrică sau conductă.
• Cartografierea pe distanțe lungi.
• Răspuns de urgență în zonele rurale.

Streaming video în timp real

Cu 5g Uplink -uri, drone pot transmite flux video 4K/8K direct către centrele de cloud sau de control. Ideal pentru:

• Știri și difuzare media.
• Securitate și Patrulă de frontieră.
• Monitorizarea traficului.

Coordonarea roiului

Dispozitivul 5G (D2D) Caracteristici acceptă roiuri de drone sincronizate pentru:

• Pulverizare agricolă
• Căutare și salvare colaborativă
• Formații militare

Mobilitatea aerului urban (UAM)

Dronele autonome și aeronavele Evtol se bazează pe tăierea rețelei și calcularea marginilor prin 5G până la:

• Partajează datele din spațiul aerian în timp real
• Comunică cu UTM (gestionarea traficului fără pilot)
• Evitați coliziunile în cerul aglomerat

Începerea: construirea sau cumpărarea unui drone activat 4G/5 G

Opțiunea 1: DIY cu hardware open-source

• Începeți cu un controler de zbor Pixhawk
• Folosiți un computer însoțitor (Jetson Nano, Raspberry PI)
• Integrați un modem Quectel EC25 sau SIM7600 LTE
• Conectați -vă la QgroundControl sau MavProxy pe internet
• Asigurați -vă cu Zerotier sau OpenVPN

Opțiunea 2: Drone comerciale gata de zbor LTE

Unii producători oferă UAV-uri pregătite LTE cu tablouri de bord bazate pe cloud:

• DJI matrice 300 RTK (modul LTE opțional prin SDK)
• Parrot Anafi AI - Native 4G LTE Suport
• Sisteme cuantice Trinity F90+ - LTE/BVLOS gata

Provocări tehnice și cum să le depășești?

Căderea semnalului la altitudini mai mari

Turnurile mobile sunt concepute pentru a acoperi utilizatorii la nivel de sol. La înălțimi> 120m:

• Picături de rezistență a semnalului.
• Interferențe crescute.
• Mai multe suprapuneri ale turnului.

Soluţie: Utilizați antene direcționale, hărți de acoperire pre-definite sau zburați la altitudini cu acoperire cunoscută.

Mobilitate și predarea turnului

Dronele cu mișcare rapidă pot confunda algoritmii de predare, provocând:

• Pierderea datelor
• Vârfuri de telemetrie
• Streaming bruiaj

Soluţie: Utilizați rețele 5G cu predare îmbunătățită și suport pentru mobilitate; Implementați strategii de tamponare.

Consumul de energie

Modulele celulare pot desena 1–2W în timpul transmisiei active.

Soluţie: Module cu ciclu de putere atunci când este inactiv și utilizați convertoare DC-DC de înaltă eficiență.

Planul de date și restricțiile de transport

Mulți SIM -uri consumatori blochează utilizarea aeriană sau viteza de încărcare a capacului.

Soluţie: Alegeți planurile de date IoT/M2M cu suport IP static și capacitate ridicată de legătură în sus. Unii transportatori oferă sims specifice dronei.

Reglementări și conformitate

Considerații FAA și EASA

• BVLOS peste celular necesită permisiunea explicită.
• ID de la distanță: trebuie difuzat chiar și cu comunicarea LTE/5G.
• Limitele altitudinii: Majoritatea regiunilor restricționează UAV -urile la sub 120 m (~ 400 ft).

Politici ale purtătorului celular

• Zonele fără zbor pe aeroporturi sau stadioane pot avea blocaje sau blocuri de rețea.
• APN -urile de transport pot necesita configurare pentru transmiterea IP și port fixă.

Ce urmează? Îmbunătățiri 5G și orizontul 6G

5G pentru drone: Ce vine

• Comunicare ultra-legată de latență scăzută (URLLC) pentru navigare autonomă
• Felicarea rețelei pentru controlul dedicat și traficul de sarcină utilă
• Calculare la margine pentru descărcarea AI la bord
• Suport SIDELINK pentru comunicarea drone-to-drone (D2D)

Privind în viitor la 6G și rețele non-terestre (NTN)

• LEU Satelit 5G (de exemplu, Starlink) pentru conectivitatea globală a dronei
• Rețele AI-native pentru optimizarea transferărilor și acoperirii
• Comunicări THz pentru legături aeriene cu viteză ultra-înaltă (post-2030)

Concluzie: LTE și 5G sunt coloana vertebrală a Drone de ultimă generație . Indiferent dacă sunteți un inginer care construiește un drone de inspecție BVLOS sau un hobbyist care dorește să transmită videoclipuri HD pe YouTube de la Sky, LTE și 5G Tehnologii de deblochează capacități pe care RF și Wi-Fi pur și simplu nu le pot potrivi. Prin control și monitorizare a timpului, acces la puternic Ea și sisteme de calcul pentru margini. Pe măsură ce rețelele se îmbunătățesc și autoritățile de reglementare se adaptează, LTE și 5G vor fi facilitatorii sistemelor aeriene autonome, inteligente și conectate la nivel global.