图传技术：无线电技术的先锋，COFDM图像压缩民用无人机首选方案

2023-07-23 理论教育版权反馈

【摘要】：由于大带宽数据传输和抗干扰都比较困难，所以工程师们使用了很多先进技术来保障信息的完整和有效，图传设备是当之无愧的无线电技术的先锋。远距离网关最早进入人们视野的数字图传技术，是使用远距离网关。所以COFDM并不是单纯的图传方案，它还整合了图像压缩技术，是民用无人机通信链路的首选方案。卫星中继与无人机中继前面讲到的所有图传技术都有一个共同特点，点对点传输，那么它就不可能跨越高山、建筑物或者地球表面弧度的遮挡。

图传是用于传输图像信息的无线电设备，那么传输图像信息需要多大数据量呢？按照当前常见的1080P分辨率来计算，使用的MPEG4算法处理视频需要10～15M带宽；如果采用H.264算法处理视频，则需要4～8M带宽；如果使用最新的H.265算法，则可以将带宽占用降低到2～5M。所以对于无人机来说，MPEG4由于效率太低，在高分辨率应用场景下已经被淘汰；H.265是较新的技术，硬件比较昂贵，性价比不高很少采用。所以使用H.264算法是当前的最佳选择，那么它需要至少4M带宽的图传来进行传输。由于大带宽数据传输和抗干扰都比较困难，所以工程师们使用了很多先进技术来保障信息的完整和有效，图传设备是当之无愧的无线电技术的先锋。

模拟图传

模拟图传是最早广泛应用的图传类型，使用常规的无线电载波传输模拟信号。成本低廉，生产容易，大量用于娱乐产品。但是其一瓦一公里的传输距离和高功耗，容易受到干扰，导致信号不稳定，出现雪花，使得高清图像与之无缘。

远距离网关

最早进入人们视野的数字图传技术，是使用远距离网关。这个技术是来自监控行业，首先将图像信息压缩数字化，再使用民用网络协议进行传输，使用大功率无线网关作为无线电传输设备，接收端则使用网络协议浏览。

无线网关

但是由于国内无线电环境比较差，国外几十公里的无线电网关设备，在国内往往只能传输几公里，而且这种设备比较重，不适合微型无人机机载。民用网络协议，对无线电信号没有优化设计，协议过于复杂，给视频设备的使用者造成了不小的麻烦。另外，飞行器通信与地面通信不同，设备在不断高速移动中，而无线网关技术显然不会为这种使用场景优化。所以无线网关技术并不是无人机图传的最佳选择，正在淡出无人机领域。

WiFi和WiDi

民用短距离无线局域网协议WiFi和WiDi是两种高带宽方案，主要用在室内近距离联网。WiFi协议比较复杂，可以传输数据和视频等内容，而WiDi则是英特尔公司推出专门用于进行视频连接的通信协议，它是WiFi的一个分支，利用WiFi通信作为载体。在无遮挡情况下，家用WiFi通信距离不超过800米。

使用WiDi协议的无人机专用图传

从带宽和延迟来讲，WiFi和WiDi的几百兆带宽和几十毫秒延迟是完美的图传链路的选择，大疆精灵3 Standard和精灵34K版本就采用了WiFi链路，同时进行遥控器信号、图传和遥控遥测数据的传输。然而这种为短距离应用而设计的协议，一般使用2.4GHz或5.8GHz的高频率，在传播过程中衰减太快，而且容易被遮挡。因此只适合一公里以内的短距离娱乐，对于作业使用的工业无人机则无能为力。

COFDM

COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，编码正交频分复用）技术，一出现就以高带宽远距离传输为应用目标，贴合了无人机系统的需要。其中C（Coded）编码，指的是信息使用可变码率编码，便于对重要信息进行冗余处理；OFD（Orthogonal Frequency Division）正交频分，则指的是使用大量等间隔的频率同时传输信息；M（Multiplexing）则指的是原始数据同时分布在大量载波上。

COFDM图传

所以COFDM技术简单地说就是将需要传输的数据，同时分配在1000MHz以上的频率通道上进行同时传输，每个信号根据重要性具有不同的冗余数量。接收端则根据这些通道的信号质量决定接收那个通道的信息，再把这些信息组合成原始数据。而无人机使用的COFDM通信设备一般占用900MHz低频段，这个频段通信距离比较远，也具有一定的绕射能力，从而提高了链路的使用范围。所以COFDM并不是单纯的图传方案，它还整合了图像压缩技术，是民用无人机通信链路的首选方案。当前国内民用设备中已经可以买到通信距离达30千米的COFDM图传设备，能够传输1080P视频，可以说基本上满足了民用无人机的需求。但是至今没有公认的大品牌出现，这不得不说是一种遗憾。

SDR

SDR技术是ADI最新推出的一种可由软件重定义的无线通信技术，其核心在于芯片内置的高性能可定制SoC，用户可以自行开发无线传输协议，而不必拘泥于跳频、COFDM等已经存在的协议。这样可以更加灵活地针对无人机数据特性进行定制开发，使数据传输的优先级和数据冗余最优化。但是定制就有人为因素存在，链路的品质与定制工程师水平相关，同样的硬件有可能最终性能差异很大。

卫星中继与无人机中继

前面讲到的所有图传技术都有一个共同特点，点对点传输，那么它就不可能跨越高山、建筑物或者地球表面弧度的遮挡。而对于中大型无人机，常常需要进行全球通信，这就必须用到通信中继技术。中继形式有卫星中继和无人机中继两种。

卫星通信天线系统和中继无人机

卫星中继是大中型无人机才能采用的方式，因为所需带宽比较大，所以卫星通信天线非常庞大，而且在飞机运动过程中需要不断修正指向，对准卫星，所以需要高精度大功率天线伺服系统配合。系统重量达到几十千克，不是小型无人机能够承受的。而且卫星通信需要申请信道，或者使用缴费方式。

无人机中继是一种局部使用的信息中继方式，用来解决地形遮挡和地球曲率遮挡。分为单机中继和机群方式。单机中继需要在侦察无人机和地面站之间规划一架中继无人机，携带无线电中继设备飞行，需要保证中继无人机与地面站的距离，还要保证中继无人机与侦察无人机之间的距离。而机群方式则方便得多，在一片区域内投放一定数量的无人机，它们自动空中组网，并自动相互中继，只要有一路通路能够到达地面站，所有飞机的信息都能够保证不丢失。

图传技术：无线电技术的先锋，COFDM图像压缩民用无人机首选方案

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