Wi-Fi 為現階段無人機理想通訊方式

作者:陸向陽

不用筆者說,相信許多人都已在各處看到無人機,用四個旋翼帶動的無人機,快速成為年輕男生的「電子潮物」,在光華商場、台北地下街等 3C 聚落處,經常有人在操控、示範無人機。

如果無人機只是種玩具就罷,偏偏 Amazon、Google 有意讓它產業化運用,Amazon 的 Prime Air(上頭的主控系統曾採用 Raspberry Pi)即是一種貨運型無人機,Amazon 期望用 Prime Air 實現 30 分鐘到貨服務,並且已經跟美國航管單位申請各種試飛。

類似地,Google X 實驗室有個 Wing 專案,是開發一種專用來投放救災物資(如乾糧、毛毯、救生圈)的無人機,雖然 Google 已承認 Wing 專案的無人機設計失敗,但 Google 依然沒放棄相關計畫。事實上Amazon Prime Air 也已經修正 6、7 個版本,仍持續嘗試中。

玩家型的無人機愈玩功能愈複雜,而想遠控制,WiFi還是首選技術。

玩家型的無人機愈玩功能愈複雜,而想遠控制,WiFi 還是首選技術。

產業運用或許還要許多著墨,甚至要法規增修才能正式上路,但以玩具為出發的無人機則沒有太多顧慮,而為了讓玩具更有趣,無人機上加裝愈來愈多的感測功效,例如基本盤是加裝慣性感測器,即加速度感測器、陀螺儀等,使無人機的平衡性更好。

平衡性更好後,開始在上頭加裝攝影鏡頭,可以進行拍照或錄影,進一步的還裝上 GPS 全球定位系統,可以把飛行全程的座標路徑記錄下來,說不定日後無人機會成為一個新比賽項目,如同電競賽事一樣。

目前產業用的無人機要有數公里以上的飛行,飛行過程中是如何操弄,我們尚難清楚了解,有可能完全只是事先設定而後讓其自動飛行,但對玩具無人機而言,目前最好的操控方式是 Wi-Fi 無線通訊。

想即使傳輸影像,而且飛得更高、更遠,Wi-Fi是不錯的選擇。

想即使傳輸影像,而且飛得更高、更遠,Wi-Fi 是不錯的選擇。

為何如此說?因為 Wi-Fi 約有 60~140 公尺的通訊距離,Bluetooth 一般僅有 1 公尺或 10 公尺距離,少數使用 Class 3 等級的發送功率可達 100 公尺,以操控樂趣而言,1~10 公尺太短,60~140 公尺較為理想。

如果是 Bluetooth Low Energy,距離可到 50 公尺,但即便如此,也不適合所有無人機。因為,中高階的無人機多具備 720p、1080p 解析度的攝影機,要即時將無人機觀看到的影像回傳到玩家手邊的螢幕,Bluetooth、Bluetooth Low Energy 都是不足的,Bluetooth 充其量僅 24 Mbps 傳輸率,難以即時傳輸影像,只能由無人機先錄下影像,回返後上傳觀看,樂趣沒有即時觀賞的高。

而 3G、LTE 呢?3G 通訊一概要透過基地台,無法用於無人機,LTE 在 3GPP R12 版後可以實施 LTE Direct技術,讓 LTE 手機之間不透過基地台也能傳輸通訊,且沒有遮蔽物時通訊距離達 500 公尺,不過這項技術仍太前瞻,尚不成熟。相對的,Wi-Fi Direct 標準早於 2010 年確立,至今已廣泛成熟運用。

因此,放眼望去以 Wi-Fi 最適合。不過,Wi-Fi 也非完美,Wi-Fi 用的頻段為 2.4 GHz,是與水分子相同的共振頻率,若在戶外操控使用無人機,若空氣中水氣、濕氣太重(如台灣海島國家,或剛下完雨後),電波能量在傳輸過程中被水份吸收,實際可遙控的距離就會縮短。

同樣地,Bluetooth 也是使用 2.4 GHz,自然會有相同的問題,而即便 Wi-Fi 改用 5 GHz 頻段運作,因為 5 GHz約是 2.4 GHz 的一倍,是倍頻,也是會以諧波方式與水共振,問題依然沒解。

另一個問題是 Wi-Fi 通訊比較耗電(與 Bluetooth 相比),加上 Wi-Fi Direct 多是以軟體方式模擬 Wi-Fi 基地台,玩家手邊的遙控器需要更強大的運算力才行,強大運算力也意味著較耗電,如此將減少無人機升空時間,或必須增加玩家手邊遙控器的電池電量,否則也會減低樂趣。

未來無人機上還會加入什麼?還有很大想像空間,例如加入無線充電功能,到達定點降落後自動充電,或者在視野良好無遮蔽時改用 LED 光傳輸通訊,以精省飛行電力,或加入大氣壓力感測器好量測飛行高度等,均值得期待。

陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
陸向陽

Author: 陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。

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