Comment LTE et 5G alimentent la prochaine génération de drones

Comme drones Évolue des caméras volantes de base aux plates-formes de collecte de données autonomes, leur besoin de jeûne,
Une communication fiable et à longue portée est plus cruciale que jamais. Systèmes traditionnels de radiofréquence (RF) et Wi-Fi Limitez les capacités de drones, en particulier pour les opérations de la ligne de vision visuelle (BVLOS) et la transmission de données en temps réel. C’est là que les technologies cellulaires LTE (4G) et 5G entrent en jeu - offrant une connectivité à longue portée, à large bande passante et à faible latence à l’aide de l’infrastructure de réseau mobile existant. Dans ce guide, nous explorerons comment LTE et 5G dans les drones sont intégrés dans les drones modernes (véhicules aériens sans pilote), quels avantages ils offrent, les défis impliqués et comment les ingénieurs et les amateurs peuvent commencer avec des drones connectés à la cellule.

Pourquoi LTE et 5G sont-ils des changements de jeu pour la communication de drones?

Limites des systèmes RF et Wi-Fi traditionnels.

• Courte portée (500 m - 2 km).
• Ligne de vue uniquement.
• Interférence élevée dans les bandes ISM encombrées.
• Bande passante limitée et haute latence.
• Ces limitations restreignent les applications telles que le streaming vidéo 4K en temps réel, les inspections autonomes, la livraison à longue distance et la coordination de l'essaim.

LTE / 5G offre ces avantages clés:

Comment LTE / 5G fonctionne à l'intérieur d'un drone: un aperçu du matériel et du logiciel

Composants matériels pour l'intégration du drone 4G / 5G

Pour activer la communication LTE ou 5G dans un drone, vous aurez besoin:

• Module cellulaire 4G / 5G: Par exemple, Quectel EC25 (LTE EC25 (LTE EC25 (LTE), Qualcomm Snapdragon X55 (5G).
• Carte SIM ou ESIM: Avec un plan de données (de préférence avec une IP statique pour la télémétrie).
• Antennes à gain élevé: Pour une meilleure réception, en particulier dans les environnements mobiles.
• Intégration du contrôleur de vol: Via USB, UART ou Ethernet.
• Gestion de la batterie: Les modems peuvent tirer une puissance significative pendant la transmission.
• Conseil pour les amateurs: Commencez avec un module 4G LTE comme le SIM7600G-H sur un Nano Raspberry Pi ou Jetson pour prototyper un système de drones cellulaires.

Stack logiciel pour les drones connectés cellulaires.

• Système opérateur: Des systèmes basés sur Linux comme Ardupilot ou PX4.
• Connectivité: Interfaces PPP, QMI ou MBIM pour afficher des données cellulaires.
• Protocoles: Mavlink sur TCP / UDP pour la télémétrie; RTSP / RTMP / WebBrTC pour la vidéo.
• Sécurité : Tunnels VPN, TLS / SSL pour le cryptage de commande et de contrôle (C2).
• Intégration du cloud: API MQTT / HTTP en option pour les tableaux de bord de télémétrie.

Cas d'utilisation populaires pour les drones LTE / 5G

Missions BVLOS

Cellular permet aux drones de voler à des kilomètres de l'opérateur, parfait pour:

• Inspections électriques ou pipelines.
• Cartographie à longue portée.
• Réaction d'urgence dans les zones rurales.

Streaming vidéo en temps réel

Avec 5g Les liaisons montantes, les drones peuvent diffuser une vidéo 4K / 8K directement vers les centres de cloud ou de contrôle. Idéal pour:

• News and Media Broadcasting.
• Sécurité et patrouille frontalière.
• Surveillance du trafic.

Coordination de l'essaim

Les fonctionnalités de dispositif à dispositif (D2D) de 5G prennent en charge les essaims de drones synchronisés pour:

• Pulvérisation agricole
• Recherche et sauvetage collaboratifs
• Formations militaires

Mobilité de l'air urbain (UAM)

Les drones autonomes et les avions EVTOL reposent sur le tranchage du réseau et le calcul des bords via 5G à:

• Partagez les données d'espace aérien en temps réel
• Communiquer avec UTM (gestion du trafic sans pilote)
• Évitez les collisions dans un ciel bondé

Début: construire ou acheter un drone compatible 4g ​​/ 5 G

Option 1: DIY avec matériel open-source

• Commencez avec un contrôleur de vol Pixhawk
• Utilisez un ordinateur compagnon (Jetson Nano, Raspberry Pi)
• Intégrer un modem Quectel EC25 ou SIM7600 LTE
• Connectez-vous à QgroundControl ou Mavproxy sur Internet
• Sécurisé avec Zerotier ou OpenVPN

Option 2: drones LTE commerciaux prêts à l'emploi

Certains fabricants proposent des UAV prêts pour le LTE avec des tableaux de bord basés sur le cloud:

• DJI Matrice 300 RTK (module LTE en option via SDK)
• Parrot Anafi AI - Support 4G LTE natif
• Systèmes quantiques Trinity F90 + - LTE / BVLOS Ready

Défis techniques et comment les surmonter?

Chute de signal à des altitudes plus élevées

Les tours mobiles sont conçues pour couvrir les utilisateurs au niveau du sol. À Heights> 120m:

• La résistance du signal baisse.
• Interférence accrue.
• Plusieurs tour se chevauchent.

Solution: Utilisez des antennes directionnelles, des cartes de couverture prédéfinies ou volez aux altitudes avec une couverture connue.

Mobilité et transfert de tour

Les drones à évolution rapide peuvent confondre les algorithmes de transfert, provoquant:

• Perte de données
• Pics de télémétrie
• Gigue en streaming

Solution: Utilisez des réseaux 5G avec un support amélioré de transfert et de mobilité; mettre en œuvre des stratégies de tampon.

Consommation d'énergie

Les modules cellulaires peuvent dessiner 1 à 2W pendant la transmission active.

Solution: Modules de cycle de puissance lorsqu'il est inactif et utilisez des convertisseurs DC-DC à haute efficacité.

Plan de données et restrictions porteuses

De nombreux SIM des consommateurs bloquent l'utilisation aérienne ou les vitesses de téléchargement du plafond.

Solution: Choisissez des plans de données IoT / M2M avec un support IP statique et une capacité de liaison montante élevée. Certains transporteurs proposent des sims spécifiques au drone.

Règlements et conformité

Considérations de la FAA et de l'EASA

• BVLOS sur cellulaire nécessite une autorisation explicite.
• ID distant: doit être diffusé même avec la communication LTE / 5G.
• Limites d'altitude: la plupart des régions restreignent les UAV à moins de 120 m (~ 400 pieds).

Politiques de transport cellulaire

• Les zones de non-vol dans les aéroports ou les stades peuvent avoir des blocs de brouillage ou de réseau.
• Les APN des opérateurs peuvent nécessiter une configuration pour la transmission IP et le transfert de port fixe.

Quelle est la prochaine étape? Améliorations 5G et horizon 6G

5G pour les drones: qu'est-ce qui arrive

• Communication ultra-fiable à faible latence (URLLC) pour la navigation autonome
• Découpage du réseau pour un trafic de contrôle et de charge utile dédié
• Informatique de bord pour le déchargement de l'IA à bord
• Prise en charge de la ligne de côté pour la communication de drone à drone (D2D)

Dans la recherche de réseaux 6G et non terrestres (NTN)

• LION Satellite 5G (par exemple, starlink) pour la connectivité mondiale des drones
• Réseaux de natifs Ai pour optimiser les transfressions et la couverture
• Communications Thz pour les liens aériens ultra-élevés (post-2030)

Conclusion: LTE et 5G sont l'épine dorsale de Drones de nouvelle génération . Que vous soyez un ingénieur construisant un drone d'inspection BVLOS ou un amateur souhaitant diffuser une vidéo HD sur YouTube depuis les technologies Sky, LTE et 5G déverrouiller les capacités que RF et Wi-Fi ne peuvent tout simplement pas correspondre. Par contrôle temporel et surveillance, accès à Il et les systèmes informatiques Edge. À mesure que les réseaux s'améliorent et que les régulateurs s'adaptent, LTE et 5G seront les catalyseurs de systèmes aériens autonomes, intelligents et mondialement connectés.