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在比較無(wú)人機(jī)圖傳技術(shù)前,先用形象的方式介紹幾個(gè)名詞:
具體來(lái)說(shuō),圖傳就是要把一個(gè)東西準(zhǔn)確、快速的從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方,要抗干擾,還要抓重點(diǎn)。所以信源和信道就要改善,關(guān)于信道技術(shù)就是抓重點(diǎn)的基礎(chǔ),比如目前常見(jiàn)的MPEG-2、MPEG-4等技術(shù),簡(jiǎn)單地說(shuō)就是把圖片的重點(diǎn)壓縮,抓住重點(diǎn)傳輸。信道編碼就是為了減少碼元錯(cuò)率,減少帶寬占用,因?yàn)閭鬏敻鷰捰嘘P(guān)系,抓住重點(diǎn)可以避免浪費(fèi)功率。
目前無(wú)人機(jī)圖傳主流的技術(shù):
1、OFDM技術(shù)
在技術(shù)上,目前無(wú)人機(jī)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(shì),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(diǎn):(1)載波頻率偏移;(2)對(duì)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(gè)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(jìn)行OFDM調(diào)制之前增加一些信道編碼(主要是增加糾錯(cuò)和交織),來(lái)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(cuò)編碼和保護(hù)間隔,使信號(hào)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(shuō)出來(lái)讓人感覺(jué)很低端,其實(shí)不是這樣的,WiFi技術(shù)也在不停的進(jìn)步。WiFi傳輸是具有高性價(jià)比的無(wú)人機(jī)圖傳使用最廣泛的技術(shù),但是因?yàn)閃iFi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(lái)方案直接搭建,所以其缺點(diǎn)也十分突出:比如芯片設(shè)計(jì)成什么格式就是什么格式的,無(wú)法修改,技術(shù)比較固化;干擾管理策略實(shí)時(shí)性不強(qiáng);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(diǎn),導(dǎo)致反應(yīng)不迅速,傳輸時(shí)延較大,最多有秒級(jí)的時(shí)延。須知,Wi-Fi技術(shù)的發(fā)明,從來(lái)就不是為了應(yīng)用到“空對(duì)地”的圖像傳輸應(yīng)用場(chǎng)景中的,因此,其與生俱來(lái)的缺陷使得無(wú)人機(jī) Wi-Fi圖傳的距離和延時(shí)問(wèn)題成為硬傷,并且無(wú)法解決。Wi-Fi圖傳方案的廉價(jià)性,是因?yàn)镻C端市場(chǎng)巨大需求,給芯片制造商帶來(lái)了規(guī)模效應(yīng),從而降低了生產(chǎn)成本。但是請(qǐng)記住,這個(gè)烙印在芯片身上的握手通訊機(jī) 制,并不能很大程度上滿足無(wú)人機(jī)圖傳技術(shù)的需求。
4、Lightbridge高清遠(yuǎn)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(huà)面卻僅有50~150毫秒的延時(shí)。Lightbridge高清遠(yuǎn)距離數(shù)字圖傳技術(shù)讓大疆與其他無(wú) 人機(jī)廠商明顯區(qū)分開(kāi)來(lái),并且拉開(kāi)了差距。Lightbridge是大疆自在研發(fā)的專用通信鏈路技術(shù),可實(shí)現(xiàn)幾乎“零延時(shí)”的720p高清傳輸和顯示,距離通常可達(dá)2公里以上,在開(kāi)闊無(wú)干擾的情況 下甚至可達(dá)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(wú)人機(jī)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(jī)制,再傳輸每個(gè)大小為512字節(jié)的數(shù)據(jù)包。每個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸必須完整無(wú)誤,丟失其中的一 個(gè)字節(jié)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)包重新發(fā)送,確認(rèn)完整接收一個(gè)數(shù)據(jù)包之后,才開(kāi)始傳輸下一個(gè)數(shù)據(jù)包,而這正是導(dǎo)致圖傳延時(shí)的根本原因。對(duì)于無(wú)人機(jī)飛行來(lái)說(shuō),“實(shí)時(shí)”無(wú)線圖像傳輸至關(guān)重要,由于一個(gè)字節(jié)而重新發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)包非常浪費(fèi)時(shí)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(wú)線傳輸技術(shù),但基于TCP/IP協(xié)議的雙向握手機(jī)制很容易會(huì)導(dǎo)致 Wi-Fi圖傳無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸航拍畫(huà)面。在無(wú)人機(jī)FPV飛行對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的大前提下,重新發(fā)送數(shù)據(jù)包則會(huì)讓操控者無(wú)法看到實(shí)時(shí)畫(huà)面。
無(wú)延時(shí)的實(shí)時(shí)高清圖像,是每個(gè)飛手在以FPV視角飛行時(shí)所希望看到的。即便是使用Lightbridge高清圖傳技術(shù),零延時(shí)也無(wú)法100%達(dá)到,然而此項(xiàng)技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)是現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)圖傳中最先進(jìn)的,不僅可以最小化圖傳延時(shí),還可以最大化傳輸距離。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上來(lái)講,正是因?yàn)長(zhǎng)ightbridge使用的是單向廣播數(shù)據(jù)的方式,即使飛得遠(yuǎn),圖傳延時(shí)仍能穩(wěn)定保持在 100-200毫秒左右。而 Wi-Fi圖傳的延時(shí),視飛行距離和飛行環(huán)境而定,一般會(huì)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(dá)到Lightbridge圖傳的極限距離時(shí),屏幕中會(huì)出現(xiàn)條紋和信號(hào)弱的警告。在大多數(shù)情況下,即使信號(hào)中斷,重新連接的速度也非常快,因?yàn)橹剡B不需要像 Wi-Fi那樣重新建立握手機(jī)制。在信號(hào)不足或者丟失時(shí),飛手可以通過(guò)遙控器查獲得提醒,及時(shí)停止飛行或讓飛機(jī)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(duì)位置,或者拉升高度就可以改善信號(hào)的傳輸,重新連接的概率很高,整個(gè)過(guò)程一般通常在10秒以內(nèi)。相比Lightbridge,當(dāng) Wi-Fi圖傳到達(dá)其傳輸極限距離時(shí),畫(huà)面被卡住,也沒(méi)有警告提醒。飛手們會(huì)誤認(rèn)為圖傳OK,并且一般需要3-6秒的時(shí)間才能意識(shí)到圖傳早已中斷。一旦發(fā) 現(xiàn) Wi-Fi圖傳中斷,通過(guò)握手機(jī)制重新連接,也會(huì)花費(fèi)30-60秒的時(shí)間。且通常需要拉升更高的高度或?qū)w機(jī)往返航的方向拉近,才有希望重新連接上圖傳。
在樹(shù)木林立的環(huán)境下飛行, Wi-Fi信號(hào)易受干擾是另外一個(gè)弱點(diǎn)。僅僅是飛到一棵樹(shù)的后面,相對(duì)于Lightbridge而言,Wi-Fi圖傳因?yàn)闃?shù)葉阻擋更容易中斷。同時(shí),由于 樹(shù)上有潮濕的水蒸氣等阻擋了信號(hào),很容易引起 Wi-Fi數(shù)據(jù)包丟失某些字節(jié),整個(gè)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(shí)。而Lightbrige圖傳對(duì)樹(shù)葉遮擋引起的數(shù)據(jù)包丟失并不敏感,畫(huà)面中可能只出現(xiàn)橫紋,總延時(shí)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(wú)人機(jī)使用的距離是一般使用普通 Wi-Fi圖傳無(wú)人機(jī)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(shí)現(xiàn)方案,但距離及延時(shí)特性所帶來(lái)的利好,值得消費(fèi)者為之付出。
5、模擬圖傳技術(shù)
一些不帶云臺(tái)相機(jī)的無(wú)人機(jī),速度可高達(dá)80公 里/小時(shí)以上,使 用模擬信號(hào)傳輸技術(shù)。模擬圖傳幾乎沒(méi)有延時(shí),而且模擬圖傳的另外一個(gè)特點(diǎn)是,當(dāng)達(dá)到極限距離時(shí),不會(huì)突然出現(xiàn)卡屏或者完全丟失整個(gè)畫(huà)面的情況。模擬圖傳也是單向信號(hào)傳播技術(shù),有點(diǎn)類似于在數(shù)字電視信號(hào)還沒(méi)出現(xiàn)前的模擬電視廣播信號(hào)的傳輸,當(dāng)信號(hào)變?nèi)鯐r(shí),會(huì)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(diǎn)近一些。模擬圖傳的功耗非常大,想達(dá)到Lightbridge 超過(guò)2公里的距離時(shí),其發(fā)射功率已經(jīng)遠(yuǎn)超出了相關(guān)部門的規(guī)定。
可以說(shuō),OFDM技術(shù)和WIFI技術(shù)這兩種圖傳方式,是目前無(wú)人機(jī)圖傳的主流,更高級(jí)的是COFDM技術(shù)。其實(shí)總體來(lái)說(shuō),無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)距離傳輸其實(shí)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(kuò)頻來(lái)提高抗干擾能力、信道信源技術(shù)的優(yōu)化等等。
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