淺談目前常用無人機圖傳技術(shù)有哪些？

在比較無人機圖傳技術(shù)前，先用形象的方式介紹幾個名詞：

具體來說，圖傳就是要把一個東西準確、快速的從一個地方傳遞到另一個地方，要抗干擾，還要抓重點。所以信源和信道就要改善，關(guān)于信道技術(shù)就是抓重點的基礎(chǔ)，比如目前常見的MPEG-2、MPEG-4等技術(shù)，簡單地說就是把圖片的重點壓縮，抓住重點傳輸。信道編碼就是為了減少碼元錯率，減少帶寬占用，因為傳輸跟帶寬有關(guān)系，抓住重點可以避免浪費功率。

目前無人機圖傳主流的技術(shù)：

1、OFDM技術(shù)

在技術(shù)上，目前無人機上使用最廣的傳輸技術(shù)是為OFDM，是多載波調(diào)制的一種，該技術(shù)更適合于高速數(shù)據(jù)的傳輸，OFDM有很多優(yōu)勢，比如：在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)、能夠?qū)诡l率選擇性衰落或窄帶干擾等等。但是，OFDM也有缺點：（1）載波頻率偏移；（2）對相位噪聲和載波頻偏十分敏感；（3）峰均比比較高。所以把這三個缺陷瓶頸解決掉才是完美的技術(shù)。

2、COFDM技術(shù)

COFDM即編碼的OFDM，在進行OFDM調(diào)制之前增加一些信道編碼（主要是增加糾錯和交織），來提高系統(tǒng)的可靠性。COFDM與OFDM的區(qū)別就是：在做正交調(diào)制前增加糾錯編碼和保護間隔，使信號更有效的傳輸。OFDM主要應(yīng)用在LTE（4G）、WIFI等應(yīng)用系統(tǒng)上。COFDM目前應(yīng)用最廣泛的是在DVB（數(shù)字視頻廣播），有DVB-T，DVB-S，DVB-C等等，在歐洲，東南亞，南美，澳洲都有廣泛應(yīng)用。

3、WIFI技術(shù)

除了OFDM之外，很多廠家也都在使用WiFi技術(shù)，可能WiFi說出來讓人感覺很低端，其實不是這樣的，WiFi技術(shù)也在不停的進步。WiFi傳輸是具有高性價比的無人機圖傳使用最廣泛的技術(shù)，但是因為WiFi在技術(shù)上有很多限定，且不可修改的，并且很多廠家都是拿來方案直接搭建，所以其缺點也十分突出：比如芯片設(shè)計成什么格式就是什么格式的，無法修改，技術(shù)比較固化；干擾管理策略實時性不強；信道利用率比較低等等。另外WiFi傳輸還有跟物理層的銜接不緊密的缺點，導(dǎo)致反應(yīng)不迅速，傳輸時延較大，最多有秒級的時延。須知，Wi-Fi技術(shù)的發(fā)明，從來就不是為了應(yīng)用到“空對地”的圖像傳輸應(yīng)用場景中的，因此，其與生俱來的缺陷使得無人機 Wi-Fi圖傳的距離和延時問題成為硬傷，并且無法解決。Wi-Fi圖傳方案的廉價性，是因為PC端市場巨大需求，給芯片制造商帶來了規(guī)模效應(yīng)，從而降低了生產(chǎn)成本。但是請記住，這個烙印在芯片身上的握手通訊機 制，并不能很大程度上滿足無人機圖傳技術(shù)的需求。

4、Lightbridge高清遠距離數(shù)字圖傳技術(shù)

2015年9月大疆發(fā)布了Lightbridge 2，在5公里距離內(nèi)傳播1080P全高清畫面卻僅有50~150毫秒的延時。Lightbridge高清遠距離數(shù)字圖傳技術(shù)讓大疆與其他無 人機廠商明顯區(qū)分開來，并且拉開了差距。Lightbridge是大疆自在研發(fā)的專用通信鏈路技術(shù)，可實現(xiàn)幾乎“零延時”的720p高清傳輸和顯示，距離通?？蛇_2公里以上，在開闊無干擾的情況 下甚至可達5公里以上。Lightbridge與 Wi-Fi使用的都是2.4GHz頻段，但是Lightbridge與其他無人機廠商（如Yuneec，Blade，3DR）使用的標準 Wi-Fi圖傳技術(shù)大不相同。 

Lightbridge技術(shù)使用單向圖像數(shù)據(jù)傳輸，類似位于高 處的電視廣播塔的數(shù)據(jù)傳輸形式。而 Wi-Fi圖傳的數(shù)據(jù)傳輸需要發(fā)送端與接收端首先建立起通訊握手機制，再傳輸每個大小為512字節(jié)的數(shù)據(jù)包。每個數(shù)據(jù)包的傳輸必須完整無誤，丟失其中的一 個字節(jié)都會導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)包重新發(fā)送，確認完整接收一個數(shù)據(jù)包之后，才開始傳輸下一個數(shù)據(jù)包，而這正是導(dǎo)致圖傳延時的根本原因。對于無人機飛行來說，“實時”無線圖像傳輸至關(guān)重要，由于一個字節(jié)而重新發(fā)送整個數(shù)據(jù)包非常浪費時間。從數(shù)據(jù)傳輸角度上看，Wi-Fi傳輸已經(jīng)算是速度很快的無線傳輸技術(shù)，但基于TCP/IP協(xié)議的雙向握手機制很容易會導(dǎo)致 Wi-Fi圖傳無法實時傳輸航拍畫面。在無人機FPV飛行對實時性要求很高的大前提下，重新發(fā)送數(shù)據(jù)包則會讓操控者無法看到實時畫面。

無延時的實時高清圖像，是每個飛手在以FPV視角飛行時所希望看到的。即便是使用Lightbridge高清圖傳技術(shù)，零延時也無法100%達到，然而此項技術(shù)毫無疑問是現(xiàn)階段無人機圖傳中最先進的，不僅可以最小化圖傳延時，還可以最大化傳輸距離。從技術(shù)實現(xiàn)上來講，正是因為Lightbridge使用的是單向廣播數(shù)據(jù)的方式，即使飛得遠，圖傳延時仍能穩(wěn)定保持在 100-200毫秒左右。而 Wi-Fi圖傳的延時，視飛行距離和飛行環(huán)境而定，一般會高出25%-100%不等。高效的單向廣播數(shù)據(jù)傳輸方式讓Lightbrige輕松超越 Wi-Fi圖傳。

當(dāng)你達到Lightbridge圖傳的極限距離時，屏幕中會出現(xiàn)條紋和信號弱的警告。在大多數(shù)情況下，即使信號中斷，重新連接的速度也非常快，因為重連不需要像 Wi-Fi那樣重新建立握手機制。在信號不足或者丟失時，飛手可以通過遙控器查獲得提醒，及時停止飛行或讓飛機懸停。而一旦圖傳中斷，緩慢轉(zhuǎn)向飛行器以調(diào) 整天線的相對位置，或者拉升高度就可以改善信號的傳輸，重新連接的概率很高，整個過程一般通常在10秒以內(nèi)。相比Lightbridge，當(dāng) Wi-Fi圖傳到達其傳輸極限距離時，畫面被卡住，也沒有警告提醒。飛手們會誤認為圖傳OK，并且一般需要3-6秒的時間才能意識到圖傳早已中斷。一旦發(fā) 現(xiàn) Wi-Fi圖傳中斷，通過握手機制重新連接，也會花費30-60秒的時間。且通常需要拉升更高的高度或?qū)w機往返航的方向拉近，才有希望重新連接上圖傳。

在樹木林立的環(huán)境下飛行， Wi-Fi信號易受干擾是另外一個弱點。僅僅是飛到一棵樹的后面，相對于Lightbridge而言，Wi-Fi圖傳因為樹葉阻擋更容易中斷。同時，由于 樹上有潮濕的水蒸氣等阻擋了信號，很容易引起 Wi-Fi數(shù)據(jù)包丟失某些字節(jié)，整個大數(shù)據(jù)包就得重新發(fā)送，這就導(dǎo)致圖傳經(jīng)常性延時。而Lightbrige圖傳對樹葉遮擋引起的數(shù)據(jù)包丟失并不敏感，畫面中可能只出現(xiàn)橫紋，總延時能很好地控制在100-200毫秒間。

歸功于Lightbridge高清圖傳技術(shù)的單向傳輸性，DJI無人機使用的距離是一般使用普通 Wi-Fi圖傳無人機的2-3倍。雖然，Lighbridge技術(shù)并不像 Wi-Fi那樣擁有很便宜的單芯片實現(xiàn)方案，但距離及延時特性所帶來的利好，值得消費者為之付出。

5、模擬圖傳技術(shù)

一些不帶云臺相機的無人機，速度可高達80公 里/小時以上，使 用模擬信號傳輸技術(shù)。模擬圖傳幾乎沒有延時，而且模擬圖傳的另外一個特點是，當(dāng)達到極限距離時，不會突然出現(xiàn)卡屏或者完全丟失整個畫面的情況。模擬圖傳也是單向信號傳播技術(shù)，有點類似于在數(shù)字電視信號還沒出現(xiàn)前的模擬電視廣播信號的傳輸，當(dāng)信號變?nèi)鯐r，會出現(xiàn)雪花屏，警示飛手應(yīng)該調(diào)整飛行方向或者往回飛，離返航點近一些。模擬圖傳的功耗非常大，想達到Lightbridge 超過2公里的距離時，其發(fā)射功率已經(jīng)遠超出了相關(guān)部門的規(guī)定。

可以說，OFDM技術(shù)和WIFI技術(shù)這兩種圖傳方式，是目前無人機圖傳的主流，更高級的是COFDM技術(shù)。其實總體來說，無人機遠距離傳輸其實就是距離和功耗之間的平衡，其中還涉及了很多調(diào)制技術(shù)，如用擴頻來提高抗干擾能力、信道信源技術(shù)的優(yōu)化等等。