2016年是中國(guó)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的元年，無(wú)人機(jī)能夠一躍進(jìn)入大眾視野，并迅速在大眾市場(chǎng)火熱發(fā)展，是很多人始料未及的。從剛開始的空中攝錄，到后來(lái)的實(shí)時(shí)攝錄，方便圖傳功能無(wú)疑為無(wú)人機(jī)加足了籌碼，賺足了眼球。而在工業(yè)領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)更是能夠確保在絕大多數(shù)需要遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的任務(wù)場(chǎng)合下，實(shí)時(shí)、可靠的觀察或獲取現(xiàn)場(chǎng)圖像及視頻，在絕對(duì)安全的情況下節(jié)省了大量的觀測(cè)成本。

到目前為止，無(wú)人機(jī)在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)為民生、科研、商業(yè)等眾多行業(yè)帶來(lái)了極大的便利，而無(wú)人機(jī)能夠完成這些工作，離不開它的無(wú)線圖傳系統(tǒng)。如果說(shuō)飛控被稱為無(wú)人機(jī)的大腦，那么圖傳系統(tǒng)就可以比做無(wú)人機(jī)的“眼睛”。由此，圖傳系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)行業(yè)應(yīng)用中所扮演的角色也不言而喻。無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)，尤其是高質(zhì)量的圖傳系統(tǒng)在行業(yè)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用中扮演著極為重要的角色，是不可或缺的。然而想達(dá)到高質(zhì)量卻也是非常難的，因?yàn)闊o(wú)人機(jī)遠(yuǎn)距離傳輸具有大數(shù)據(jù)量和低延遲的硬性指標(biāo)，使得距離與功耗的平衡非常難以實(shí)現(xiàn)。

基于正交頻分多路復(fù)用技術(shù)打造無(wú)線圖傳“高速公路”

基于OFDM技術(shù)的傳輸方案多個(gè)維度優(yōu)于Wi-Fi

正常情況下，信號(hào)需要傳得遠(yuǎn)，那么功率就要大，但大功率信號(hào)的發(fā)射受限于國(guó)家政策，因此唯一可以改善的就只有信道信源相關(guān)技術(shù)。在同樣的功耗、其他部件減輕、電池優(yōu)化的情況下，把帶寬壓縮，不要把圖像完全無(wú)失真的去傳輸，才能保證距離與功耗相對(duì)的平衡。在這一方面，目前大部分廠家都在使用Wi-Fi技術(shù)。配備Wi-Fi的無(wú)人飛行器可以很容易地連接到手機(jī)、筆記本電腦和其他移動(dòng)設(shè)備，因此使用起來(lái)非常方便。可以說(shuō)Wi-Fi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i-Fi在技術(shù)上有很多限定且不可修改，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Wi-Fi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，最多有高達(dá)秒級(jí)的時(shí)延。

正交頻分多路復(fù)用 （OFDM） 是一種信號(hào)調(diào)制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于寬帶無(wú)線電通信物理層，可將高數(shù)據(jù)速率調(diào)制流劃分到多個(gè)緩慢調(diào)制的窄帶密集的子載波上。因此，信號(hào)不易受到選擇性頻率衰減的影響，在許多高端無(wú)人機(jī)型號(hào)中作為無(wú)人圖傳技術(shù)（如大疆的7公里圖傳技術(shù)）的核心已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。本文將以ADI公司的集成式射頻 （RF） 捷變收發(fā)器IC AD9361/AD9364為例，剖析以O(shè)FDM傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的SDR架構(gòu)實(shí)現(xiàn)寬帶無(wú)線視頻信號(hào)鏈的過(guò)程。

AD936x是ADI公司推出的高性能、高度集成的RF Agile Transceiver捷變收發(fā)器系列，是面向軟件定義無(wú)線電應(yīng)用的革命性解決方案。旨在支持多種可編程無(wú)線電應(yīng)用，支持廣泛的調(diào)制方案和網(wǎng)絡(luò)規(guī)范（如國(guó)防電子、儀器設(shè)備、通信基礎(chǔ)設(shè)施等）。適用于像無(wú)人機(jī)圖傳這樣的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)、毫微微蜂窩/微微蜂窩/微蜂窩基站，以及通用無(wú)線電系統(tǒng)。通信應(yīng)用中，AD936x可有效簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低功耗，減少占用面積，大幅縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

多維度看基于AD9361/9364的高清無(wú)線視頻傳輸方案

· 信號(hào)鏈

下圖所示為采用AD9361/AD9364和BBIC的簡(jiǎn)化無(wú)線視頻傳輸方案。攝像機(jī)捕捉到影像，并通過(guò)以太網(wǎng)、HDMI?、USB或其他接口將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至基帶處理器。圖像編碼/解碼可通過(guò)硬件或FPGA處理。RF前端包括RF開關(guān)以及連接到可編程集成式收發(fā)器的LNA和PA。

無(wú)線視頻傳輸示意圖

通過(guò)改變采樣速率、數(shù)字濾波器和抽取參數(shù)，AD9361/AD9364可支持的通道帶寬范圍為低于200 kHz到56 MHz。AD9361/AD9364為零中頻收發(fā)器，同時(shí)具有用來(lái)發(fā)射復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的I通道和Q通道。

· 傳輸距離和發(fā)射器功率

在無(wú)人飛行器等應(yīng)用中，最大傳輸距離是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。但是，保持通信不中止同樣很重要，即使距離較小時(shí)也是如此。氧氣、水和其他障礙物（自由空間衰減除外）可能會(huì)使信號(hào)衰減。

下圖顯示了無(wú)線通信通道損耗的模型。

無(wú)線通信通道損耗模型

為了使發(fā)射器保持在線狀態(tài)，并使視頻格式保持同一視頻數(shù)據(jù)速率，則基帶應(yīng)使用低階調(diào)制，其代價(jià)是增加帶寬。這樣有助于確保接收到的圖像清晰不模糊。幸運(yùn)的是，我們可通過(guò)具有數(shù)字調(diào)制和解調(diào)功能的軟件定義無(wú)線電來(lái)改變調(diào)制方式。此外，載波頻率也會(huì)對(duì)傳輸距離產(chǎn)生影響。當(dāng)波在空間中傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生散射損耗。在相等的自由空間距離上，頻率越高，損耗越大。例如，相較于2.4 GHz，載波頻率為5.8 GHz時(shí)在相同傳輸距離上的衰減將超過(guò)7.66 dB。

· RF頻率和頻率切換

AD9361/AD9364輸出覆蓋70 MHz至6 GHz的可編程頻率范圍。這將能滿足大多數(shù)NLOS頻率應(yīng)用，包括不同類型的特許執(zhí)照和免執(zhí)照頻段，比如1.4 GHz、2.4 GHz和5.8 GHz。

2.4 GHz頻段已廣泛用于Wi-Fi、Bluetooth?以及物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 短程通信，因此變得越來(lái)越擁擠。該頻段用于無(wú)線視頻傳輸和控制信號(hào)將會(huì)增大信號(hào)干擾的幾率和不穩(wěn)定性。從而導(dǎo)致無(wú)人飛行器陷入不良情況，這些情況往往十分危險(xiǎn)。使用頻率切換技術(shù)保持干凈的頻率通道，將確保數(shù)據(jù)和控制連接更可靠。當(dāng)發(fā)射器覺(jué)察到擁擠頻率時(shí)，它會(huì)自動(dòng)切換到其他頻帶。例如，兩架同時(shí)使用相同頻率并且近距離工作的無(wú)人飛行器將會(huì)相互干擾對(duì)方的通信。自動(dòng)切換LO頻率并重新選擇頻帶將有助于維持穩(wěn)定的無(wú)線鏈路。在上電期間自適應(yīng)選擇載波頻率或通道是高端無(wú)人飛行器的一個(gè)杰出特性。

· 跳頻

廣泛應(yīng)用于電子對(duì)抗 （ECM） 的快速跳頻技術(shù)也有助于避免干擾。下圖顯示了跳頻發(fā)射器的LO頻率從816.69 MHz跳變至802.03 MHz的例子。AD9361用于正常頻率變化模式，發(fā)射器RF輸出頻率從814.69 MHz跳變至800.03 MHz，參考頻率為10 MHz。

頻率從804.5 MHz跳變至802 MHz，歷時(shí)500 μs

500 μs對(duì)于跳頻應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一段很長(zhǎng)的時(shí)間間隔。不過(guò)，AD9361/ AD9364支持一種快速鎖定模式，通過(guò)將合成器編程信息集（稱為配置文件）存入器件寄存器或基帶處理器的存儲(chǔ)空間，可使該過(guò)程比正常頻率變化更快。

在快速鎖定模式下，頻率在20 μs內(nèi)從882 MHz跳變至802 MHz。

結(jié)論

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、電力線檢查及監(jiān)督等工商業(yè)應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定、安全和可靠的視頻傳輸是成功的關(guān)鍵。憑借捷變頻段切換和快速跳頻技術(shù)，AD9361/ AD9364可建立一個(gè)更穩(wěn)定、可靠的無(wú)線鏈路，以對(duì)抗空間中日益復(fù)雜的輻射環(huán)境并減小墜落幾率。在協(xié)議層，該解決方案使用單向傳輸以縮減無(wú)線鏈路的建立時(shí)間并實(shí)現(xiàn)低延遲連接，因此更靈活。

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