中远距离无人机无线通信系统框图及解说(二)

中远距离无人机通信系统框图及解说（二）目前市场无人机的常用无线通信系统框图：目前市场无人机一般用得最多的是用两个IC构成的数据链系统，每个IC内部就包含了接收和发射，即双向系统，例如NRF24L01或者类同的国产IC。稍微高级一些的需要传图像，由于传输速率超过3Mbps，用的基本都是WI—FI方案，然后加PA。对抗干扰指标无要求，基本上无抗镜像干扰、中频干扰能力。这就是目前普通无人机容易受干扰，容易失控掉落的原因。另外，采用2.4G和5.6G的微波载波通信系统，对于低空非视线内的通信有盲区，不适合丘陵地区的低空飞行和快递运输。波长越短，绕射能力就越差！上述这些都是短距离无人机无线通信系统。2.4G宽带发射器（OSC+MOD+RFAMP+BPFt）2.4G宽带接收器（BPFt+RFAMP+MIXER+MFAMP+DEMOD）2.4G宽带接收器（BPFt+RFAMP+MIXER+MFAMP+DEMOD）2.4G宽带发射器（OSC+MOD+RFAMP+BPFt）地面空中上行下行中远距离无人机无线通信系统框图：现在大家都在讲速度，都想挣快钱，讲效率当然好，不过做事需要把握好分寸，讲究质量，要把基础打好，教育系统特别应该注意，不要‘欲速不达’。基础好，质量才可能好。框图解说：1）无线通信系统中的接收机窄带接收器（具备干扰侦测功能，通知发射器跳频避开干扰）（BPFt+RFAMP+MIXER+MFAMP+DEMOD）接收来着地面站的各种控制指令，数据链载波信号强度代码和跳频握手，包括纠错编码。带宽小于200KHz窄带接收器（具备干扰侦测功能，通知发射器跳频避开干扰）（BPFt+RFAMP+MIXER+MFAMP+DEMOD）接收无人机的GPS位置编码，飞行状态代码，数据链载波信号强度代码和跳频握手，包括纠错编码。带宽小于200KHz带宽小于200KHz窄带发射器（具备跳频功能）（OSC+MOD+RFAMP+BPFt）各种控制指令上传，例如飞行动作，照相动作，数据链载波信号强度代码和跳频握手等等，包括纠错编码速率小于100Kbps窄带发射器（具备跳频功能）（OSC+MOD+RFAMP+BPFt）发射无人机的GPS位置编码，飞行状态代码，数据链载波信号强度代码和跳频握手，应答代码，包括纠错编码。速率小于100Kbps*承庆科技-详情说明宽带接收器（具备干扰侦测功能，通知发射器跳频避开干扰）（BPFt+RFAMP+MIXER+MFAMP+DEMOD）接收无人机的图像信息，场同步和行同步信号，包括纠错编码。带宽约8MHz，看清晰度和压缩要求。宽带发射器（具备跳频功能）（OSC+MOD+RFAMP+BPFt）发射无人机的图像信息，场同步和行同步信号，包括纠错编码。速率约5Mbps，看清晰度和压缩要求。上行下行下行地面空中数据链载波信号强度数据链载波信号强度评估接收机性能的三大指标：a）灵敏度b）选择性c）基带保真度a）灵敏度----脱离了“选择性”去追求灵敏度是没有意义的。有经验的资深射频工程师可能会注意到，单片接收机的测试灵敏度很高，但是在实际应用时效果却很差，在城市中特别明显。而一些国外带分立件接收机的接收机虽然测试灵敏度不高，使用效果却非常好，距离远而且非常稳定。为什么？这是因为测试灵敏度时，信号源与接收机是通过电缆连接的，外界的干扰被电缆屏蔽掉了，这个灵敏度是脱离了“选择性”的，意义不大。增加了高频带通、中频带通滤波器的接收机，由于带通滤波器的插入损耗，测试灵敏度会低一些，但是实际应用的效果会好很多。现在国内的大多数无线通信设计工程师，由于在学校学不到相关知识，只能等待半导体生产商提供现成的集成电路接收机。但是，由于半导体集成电路受材料和内部空间的限制，目前还不远远可能做出与分立件带通滤波器相似的效果。这种等待是没有意义的。一个产品，如果性能不如别人，就要被淘汰。建议测试“相对灵敏度”指标，就是使用两个信号源，一个作为干扰源在相邻频道发射干扰信号，然后再测灵敏度。b）选择性----无线通信设计工程师必须非常熟悉邻道选择性、镜像选择性、中频选择性、通带阻带抑制比，通带矩形系数对接收机性能有什么影响，熟悉电路中什么零件会影响邻道选择性、镜像选择性、中频选择性、通带阻带抑制比、通带矩形系数指标。也必须熟悉滤波器的匹配、损耗和平坦度。后面将对这些指标解说。由于半导体集成电路受材料和内部空间的限制，半导体单片接收机一般采用“零中频”方案，所以半导体单片接收机的镜像选择性是没有的，阻带的抑制也是非常非常的小，生产商一般不敢给出选择性指标。c）基带保真度，这个指标主要受接收机的动态范围、线性指标、接收机的通带宽度、接收机的通带平坦度、解调失真度有关。三大指标对接收机性能的影响：灵敏度高，接收机接收小信号的能力就强，但是灵敏度是不能无限做高的，因为电磁波噪声也布满了空间。要提高有效灵敏度，必须要有很好的选择性。中远距离无人机的无线接收机，应该有高频带通滤波器、一中频带通滤波器、二中频带通滤波器，低频带通滤波器。基带保真度越高，接收机接收到的解调信号与发射端信号的一致性就高，对于数字信号，还可以通过软件（纠错编码）来提高基带保真度。怎么提高接收机的性能？1）采用合适的滤波器。采用合适的滤波器，可以将噪声压制，提高信噪比。也可以防止噪声正反馈造成自激振荡。2）不同频率的多级中频放大器。中频放大器频率过高，成本就高，中频放大器频率过低，就无法压制镜像干扰（集成单片接收机采用的都是低中频，所以做不出高性能），另外同频中频放大器增益太高会自激，应该采用异频（例如75MHz、10.7MHz）中放1和中放2.3）采用低噪声高频放大器为了降低本地噪声。4）采用高增益定向天线为了降低噪声。5）精准的设计高频中频放大器的通频带通频带宽了，背景噪声就大。通频带窄了，基带还原性就差，必须精准的设计高频中频放大器的通频带。6）降低本振噪声和降低混频噪声。为了降低本地噪声。一个无线接收机，是不是有了高增益低噪声射频（微波）放大器和中频低频放大器，再加上完美的高频、中频带通滤波器就性能很好了呢？不是的，下面要提到的，是教科书上看不到的理念，有做出顶级无线通信机志向的同事们可以留意。一般高性能的无线接收机，都有中频放大器，很可能是多中频放大器。每生成一个新中频，就需要一个本地振荡器，即：F（本振）-F（信号）=F（中频）如果本地振荡器不干净，即不是单一的正弦波，掺杂了白噪声，就会在混频后变成和有用信号频率一样的背景噪声，顺利地通过后面的滤波器。在多中频放大器中，由于本地振荡器比较多，滤除杂波的任务必须重视。在MCU、PLL等数字电路，根据傅里叶级数分析，有大量的高次谐波存在，会影响VCO等其它电路，所以MCU和PLL电路应该单独屏蔽，远离小信号放大器。这也是集成单片接收机的性能总是低于分立件接收机的原因。