5G时代，将为无人机通讯传输带来哪些新变化？

Posted 2022-05-09 阿木实验室

众所周知，我们正在大步迈向5G时代，在近几年的各类媒体关于5G的报道也络绎不绝。与此同时，无人机作为空中人工智能领域的“智慧眼”，其行业应用迅速发展，应用需求不断增加，对于无线通信链路也提出了更高的要求。无人机离不开移动通信技术的支持，而移动5G，又将会为无人机应用带来哪些新机遇？

首先，我们先思考：无人机通过什么方法来传输图像？

通过无人机图传系统，采用适当的视频压缩技术、信号处理技术、信道编码技术及调制解调技术，将现场无人机所搭载的摄像机拍摄到的视频以无线方式实时传送到远距离后方。

按信号类型通常可分为模拟图传和数字图传两大类：

左：模拟信号，右：数字信号

 

模拟图传：信号连续、抗干扰能力弱；画面柔和、清晰度不足；模拟信号容易产生噪点，相较于数字图传稳定性更高。

数字图传：信号间隔、抗干扰能力强；图像高清、棱角清晰；相较于模拟图传分辨率更高。

这两类图传各有优缺，在实时传输高清画面这一点上，虽然数字图传略胜一筹，但同时它也容易因为距离限制而产生短板，一旦达到距离极限，就会丢帧，导致画面直接黑屏。传统的无人机通信手段以数据链路为主，由于无线电频段管制要求严格，通信距离容易受地理环境和无线电噪声等因素影响。传统无人机数据链采用点对点数据传输模式，传输距离有限，导致无法支持超视距实时远程控制的需求。

而5G的到来，其高速度、低时延和广连接等特点，让无人机实现实时传输又有了新的突破。

• 当前大多数无人机在执行任务时，由于带宽较窄，普遍只能满足1080P的图传。而5G网络作为第五代移动通信网络，一大特性就是提速！当无人机与5G结合，其通信带宽将变大，能够实现以每秒1Gbps以上的速度传送数据，其峰值传输速度比4G网络传输速度快数十倍，实现网络速度和质量的跨越式提升。

• 传统无人机只能用单镜头相机拍摄，而在5G的加持下，无人机可以吊装360°全景相机，进行多维度拍摄，并且支持实时查看。这样一来，5G无人机不仅能承载大量的图像、视频流传送，还能实现超清晰、超流畅的视频直播画面。并且5G提供的通信能力还可以让无人机与无人机之间实现实时通信，更好的服务机群协同。

• 在时延性方面，无人机的控制与指挥需要低时延，高清视频的回传更需要降低时延。5G峰值速率可达20Gbps，时延可达到1毫秒等，这一特性将很好地满足各种无人机应用场景的诉求。

那么，5G无人机是如何实现实时通讯的呢？

这里提到的实时通讯指的不光是无人机传回的视频流，还包括地面端发送的操控指令（简称数传和图传，数传是传输指令和无人机状态信息，图传是传输图像），无人机都要及时响应。它的实现是通过5G模块下搭载的一个数据推流和接收设备，接收并发送数据给地面端进行处理，地面端指令数据也通过它的解析传入到飞控，以此来实现对无人机的控制（这个过程需要在5G基站覆盖的范围才能实现，否则有一定延时）。而推流是将视觉传感器采集到的视频数据持续推给5G模块，并发送到5G基站，再由5G基站上传至云端服务器接收。

实时传输流程图

不可避免的是，5G信号也有一定的劣势。由于5G网络采用的是毫米波技术，而毫米波技术本身的磁导率较弱，会迅速衰减电磁波，导致它的干扰能力弱。相较于4G网络，5G虽然具备更高的频率，但是频率越高覆盖的距离就越短。

• 在高度覆盖方面，5G只能维持200--250米高度左右的信号覆盖，随着飞行高度的增加，网络质量逐渐下降且网络切换次数逐渐增加。因此也只能满足在5G基站范围内的各种复杂地形的低空飞行要求。

• 在水平覆盖方面，根据相关数据显示，5G基站的覆盖半径约为100至300米，而一个4G基站的覆盖半径约为1至3公里。这样算下来，一个4G基站的覆盖范围，至少需要大约4个5G基站来覆盖。目前我们建成的4G基站达到了440万个，比目前所有国家的4G基站的总和还要多，如果将这些基站覆盖的范围全部用5G基站覆盖的话，那么全面建成5G网络所需要的5G基站达到了1760万个，这将是个大工程。

5G和4G基站信号比较

但是，我们相信，随着科技的发展，5G将会改变无人机的未来。对于目前无人机信号范围覆盖、低空飞行的短板问题，未来也将会有更好的解决方式。

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