LTE와 5G가 차세대 드론에 전력을 공급하는 방법

처럼 드론 기본 플라잉 카메라에서 자율 데이터 수집 플랫폼으로 발전하고 빠른 필요성, 빠른 필요성,
신뢰할 수 있고 장거리 통신이 그 어느 때보 다 중요합니다. 전통적인 무선 주파수 (RF) 시스템 및 Wi-Fi 특히 BVLOS (Beyond Line-of-Sight) 작업 및 실시간 데이터 전송을 위해 드론 기능을 제한하십시오. 기존 모바일 네트워크 인프라를 사용하여 장거리, 고 대역폭 및 저도 연결을 제공하는 LTE (4G) 및 5G 셀룰러 기술이 등장하는 곳입니다. 이 안내서에서는 드론의 LTE 및 5G가 최신 UAV (무인 항공 차량)에 어떻게 통합되는지, 그들이 제공하는 혜택, 관련 문제, 엔지니어와 애호가 모두 셀룰러 연결 드론으로 시작할 수있는 방법을 살펴 봅니다.

드론 커뮤니케이션을위한 LTE와 5G가 왜 게임 체인저입니까?

기존 RF 및 Wi-Fi 시스템의 한계.

• 단거리 (500m - 2km).
• 라인 만.
• 붐비는 ISM 밴드에서 높은 간섭.
• 제한된 대역폭 및 높은 대기 시간.
• 이러한 제한 사항은 실시간 4K 비디오 스트리밍, 자율 검사, 장거리 전달 및 떼 조정과 같은 응용 프로그램을 제한합니다.

LTE/5G는 이러한 주요 이점을 제공합니다.

드론 내에서 LTE/5G가 작동하는 방법 : 하드웨어 및 소프트웨어 개요

4G/5G 드론 통합 용 하드웨어 구성 요소

드론에서 LTE 또는 5G 통신을 가능하게하려면 다음과 같은 것이 필요합니다.

• 4G/5G 세포 모듈 : 예를 들어, Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• SIM 카드 또는 ESIM : 데이터 계획 (바람직하게는 원격 측정을위한 정적 IP).
• 이득 안테나 : 특히 모바일 환경에서 더 나은 수신을 위해.
• 비행 컨트롤러 통합 : USB, UART 또는 이더넷을 통해.
• 배터리 관리 : 모뎀은 전송 중에 상당한 전력을 끌 수 있습니다.
• 애호가를위한 팁 : Raspberry Pi 또는 Jetson Nano의 SIM7600G-H와 같은 4G LTE 모듈로 시작하여 셀룰러 드론 시스템을 프로토 타입으로 시작하십시오.

셀룰러 연결 드론을위한 소프트웨어 스택.

• 운영 체제 : Ardupilot 또는 PX4와 같은 Linux 기반 시스템.
• 연결성 : PPP, QMI 또는 MBIM 인터페이스는 셀룰러 데이터를 나타냅니다.
• 프로토콜 : 원격 측정을위한 TCP/UDP에 대한 mavlink; 비디오 용 RTSP/RTMP/WEBRTC.
• 보안 : VPN 터널, 명령 및 제어 (C2) 암호화를위한 TLS/SSL.
• 클라우드 통합 : 원격 측정 대시 보드의 선택적 MQTT/HTTP API.

LTE/5G 드론에 대한 인기있는 사용 사례

BVLOS 임무

셀룰러는 드론이 연산자로부터 몇 마일 떨어진 곳에서 날아갈 수 있도록합니다.

• 파워 라인 또는 파이프 라인 검사.
• 장거리 매핑.
• 농촌 지역의 비상 대응.

실시간 비디오 스트리밍

와 함께 5g 업 링크, 드론은 4K/8K 비디오를 클라우드 또는 제어 센터로 직접 스트리밍 할 수 있습니다. 이상적 :

• 뉴스 및 미디어 방송.
• 보안 및 국경 순찰.
• 교통 모니터링.

떼 조정

5G의 D2D (Device-to-Device) 기능은 동기화 된 드론 떼를 지원합니다.

• 농업 분무
• 공동 검색 및 구조
• 군사 형성

도시 항공 이동성 (UAM)

자율 드론과 EVTOL 항공기는 5G를 통해 네트워크 슬라이싱 및 에지 컴퓨팅에 의존합니다.

• 영공 데이터를 실시간으로 공유하십시오
• UTM (무인 교통 관리)과 통신
• 붐비는 하늘에서 충돌을 피하십시오

시작하기 : 4G/5 G-Enabled 드론 구매 또는 구매

옵션 1 : 오픈 소스 하드웨어가있는 DIY

• Pixhawk 비행 컨트롤러로 시작하십시오
• 동반자 컴퓨터 사용 (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Quectel EC25 또는 SIM7600 LTE 모뎀을 통합하십시오
• 인터넷을 통해 QgroundControl 또는 Mavproxy에 연결하십시오
• Zerotier 또는 OpenVPn으로 고정하십시오

옵션 2 : 상업용 즉시 Fly LTE 드론

일부 제조업체는 클라우드 기반 대시 보드와 함께 LTE 지원 UAV를 제공합니다.

• DJI Matrice 300 RTK (SDK를 통한 LTE 모듈 선택 사항)
• 앵무새 anafi ai - 기본 4G LTE 지원
• 양자 시스템 Trinity F90+ - LTE/BVLOS 준비

기술적 인 도전과 극복하는 방법?

더 높은 고도에서 신호 강하

모바일 타워는지면 사용자를 다루도록 설계되었습니다. 높이에서> 120m :

• 신호 강도가 떨어집니다.
• 간섭 증가.
• 다중 타워 중첩.

해결책: 방향 안테나, 사전 정의 범위 맵을 사용하거나 알려진 범위가있는 고도에서 비행하십시오.

이동성 및 타워 핸드 오버

빠르게 움직이는 드론은 핸드 오버 알고리즘을 혼동하여 다음을 일으킬 수 있습니다.

• 데이터 손실
• 원격 측정 스파이크
• 스트리밍 지터

해결책: 강화 된 핸드 오버 및 이동성 지원이있는 5G 네트워크를 사용하십시오. 버퍼링 전략을 구현하십시오.

전력 소비

셀룰러 모듈은 활성 전송 중에 1-2W를 그릴 수 있습니다.

해결책: 유휴 상태 일 때 전력주기 모듈을 사용하고 고효율 DC-DC 변환기를 사용하십시오.

데이터 계획 및 운송 업체 제한

많은 소비자 SIM은 항공 사용 또는 CAP 업로드 속도를 차단합니다.

해결책: 정적 IP 지원 및 높은 업 링크 용량으로 IoT/M2M 데이터 요금제를 선택하십시오. 일부 항공사는 드론 특정 심을 제공합니다.

규정 및 규정 준수

FAA 및 EASA 고려 사항

• 셀룰러에 대한 BVLO는 명시 적 허가가 필요합니다.
• 원격 ID : LTE/5G 통신에서도 방송해야합니다.
• 고도 한계 : 대부분의 지역은 UAV를 120m (~ 400 피트) 미만으로 제한합니다.

셀룰러 캐리어 정책

• 공항이나 경기장의 비행 금지 구역에는 재밍 또는 네트워크 블록이있을 수 있습니다.
• 캐리어 APN은 고정 IP 및 포트 전달에 대한 구성이 필요할 수 있습니다.

다음은 무엇입니까? 5G 향상 및 6G 지평

드론의 경우 5G : 다가오는 일

• 자율 내비게이션을위한 매우 신뢰할 수있는 낮은 대기 시간 통신 (URLLC)
• 전용 제어 및 페이로드 트래픽을위한 네트워크 슬라이싱
• 온보드 AI 오프로드 용 에지 컴퓨팅
• 드론-드론 (D2D) 통신에 대한 사이드 링크 지원

6G 및 비정부 네트워크 (NTN)를 앞두고

• 사자 별자리 위성 글로벌 드론 연결을위한 5G (예 : 스타 링크)
• 핸드 오버 및 범위를 최적화하기위한 AI- 네트워크
• 초고속 항공 링크를위한 THZ 통신 (2030 년 이후)

결론: LTE와 5G는의 백본입니다 차세대 드론 . BVLOS 검사 드론을 구축하는 엔지니어이든 하늘에서 HD 비디오를 YouTube로 스트리밍하려는 애호가이든, LTE 및 5G 기술은 RF와 Wi-Fi가 단순히 일치 할 수없는 기능을 잠금 해제합니다. 시간 제어 및 모니터링으로 강력한 접근 그것 및 에지 컴퓨팅 시스템. 네트워크가 개선되고 규제 기관이 적응함에 따라 LTE 및 5G는 자율적이고 지능적이며 전 세계적으로 연결된 공중 시스템을 가능하게 할 것입니다.