• El mejor sistema de largo alcance para UAV
  • Transmisor Profesional Radio Control de Largo Alcance

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Alcance, nivel señal RSSI, ruido RF y calculos cobertura 

 

 

Si deseas aprender más sobre el alcance de radio control en XLRS, aqui encontrarás información técnica necesaria para un piloto que desee controlar a fondo su equipo a nivel de radio y alcance. 

 

Banda RF:

Los sistemas XLRS utilizan la banda libre ISM en 866, 868, 903, 915 y 960Mhz. Opcionalmente los equipos se pueden fabricar para las bandas de 169, 315, 434 ó 470Mhz (consultar).

 

Velocidad Datos / Modulación:

La velocidad de modulación ó datos se puede seleccionar entre 50Kb y 100Kb. 1Kb = 1000 baudios. 1 baudio = 1 bit por segundo.

A menor velocidad de modulación, mayor alcance. De 50kb a 100Kb se puede estimar una reducción de un 30% ó algo más en el alcance.

 Nota: La sensibilidad en los sistemas XLRS está medida para 50.000b de modulación, una situación normal de trabajo. Otras radios de la competencia no dan la sensibilidad real. La exageran y dan medidas de -126dBm para modulaciones de 300 baudios que no son útiles ni reales en la practica. 

 

Potencia:

La potencia RF va desde +20dBm (100mW ) hasta 1000mW (+30dBm) segun configuración y equipo.

 

Sensibilidad:

La sensibilidad RF oscila entre -99dBm y -116dBm según configuración y equipo.

Nota para sistemas de radio D2 y D3 de 5ª Generación:

Los paquetes de datos se reciben un 100% hasta el limite exacto de la licencia del equipo, salvo para la licencia de 200Km donde los paquetes de datos prácticamente se reciben un 100% hasta 2 a 3dBms del limite donde la recepción cae bruscamente. Por lo que no hay perdidas de datos de forma lineal mientras se aproxima al limite. 

 

Paquetes de datos:

40 por segundo de subida (Radio control y modem) y 40 por segundo de bajada (telemetria-modem).

 

RSSI:

Es un indicador dela señal de radio recibida (RSSI enl inglés Received Signal Strength Indicator). Rssi en wikipedia.

La escala tiene al valor 0dBm como centro, nuestro caso se mide en dBm (logaritmica) ó mW (Lineal).

En un receptor suele medirse con valores negativos. Más negativo, menor cantidad de señal.

El RSSI indica señal recibida, no calidad de señal. 0dBm=1mW

Ejemplo de valores para un receptor RXD2 (-108dBm) y un transmisor XPAD2 con +27dBm ó 500mW:

  • -10: señal muy cerca (1 metro aprox). En los sistemas XLRS de 4G y 5G no satura, trabaja correctamente aun con las antenas casi tocando.
  • -40 a -89: señal ideal. Zona muy segura. Recepcion 100% paquetes.
  • -90 a -99: enlace bueno. Zona segura. Recepcion 100% paquetes.
  • -100 a -105: enlace en limite. Zona peligrosa.  Se recomienda volver cuanto antes a la zona segura. Recepcion 100% paquetes.
  • -106 a -108: enlace al final del limite. Zona muy peligrosa. No se debe volar aqui. Recepcion 50% a 30% paquetes.
  • -114 a -120: Nivel de ruido RF ideal, cuanto mas se aproxime a -120dBm, mejor. No hay paquetes de datos.

 

Instrumentos de medida en vuelo para XLRS: 

El sistema XLRS en el XPAD2, XPAD3 y XOSD dispone de varios instrumentos de medida que se pueden ver en el display o en el monitor de video ó video gafas.

Los datos son digitales calibrados a +-1dBm.

  • RSSI RC: señal RSSI de radio control y datos recibida por el receptor en dBm..
  • RSSI TL: telemetria recibida por el Transmisor (son bidireccionales) en dBm.
  • PAQUETES RC: cantidad y % de paquetes validos por segundo de radio control y datos recibidos en el receptor. 
  • PAQUETES TL:  cantidad y % de paquetes validos por segundo de telemetria y modem recibidos en el transmisor.
  • NOISE: ruido de fondo medio del canal de radio en dBm. (normalmente entre -114 y -120dBm).
  • DISTANCIA: Distancia en metros desde el Home o posición de despegue (donde suele estar el transmisor) y la posicion actual del avion o dron (receptor).
  • ALCANCE: Calculo en Kms en tiempo real del alcance aproximado del sistema con la configuración actual. (exclusivo de los equipos XLRS) .

En el XOSD la mayoría de estos parámetros están vigilados y si se aproximan o salen de los limites, se disparan diversas alarmas e indicaciones para el piloto. 

 

Alcance Máximo:

Para calcular el alcance de la radio, se supone que el avion o dron mantiene la visual con las antenas del transmisor. (LOS ó Line Of Sight). 

El alcance máximo o cobertura limite del sistema de Radio Control y telemetria, en la práctica lo consideramos cuando el transmisor y receptor estan lejos y el enlace sólo entrega un 30% de paquetes válidos, es decir cuando sólo se reciben 13 de los 40 paquetes por segundo que envia el transmisor habitualmente. (En algunos sistemas se pueden usar 80p ó más).

10 a 13 paquetes por segundo es un limite para poder controlar un avion de radio control ó UAV sin el estabilizador activado, menos paquetes hacen un control con poca cadencia y a saltos en los mandos y vuelo del avión.

Para los cálculos de alcance máximo, por defecto empleamos una antena de patch de 9dBi en el transmisor y una antena omnidireccional de 5dBi en el receptor y modulación a 50kb.

Sólo en los equipos XLRS hay un instrumento de medida del ALCANCE en kms que tiene en cuenta la señal recibida, la cantidad de paquetes, el ruido de fondo y la distancia.

Si hay algun problema con las antenas, los sistemas de radio, mal montaje, etc que degrade la señal de RF, este instrumento lo muestra. Es muy util pues le da al piloto una indicación simple y rapida de hasta donde puede llegar el avion o dron.

 

Alcance de trabajo:

El alcance de trabajo o cobertura no es el alcance máximo del sistema, si bien se puede llegar al limite maximo si se dispone de autopiloto con vuelta a casa automatica ó RTH, no es buena practica ir al limite cuando se vuela.

En la practica y con la experiencia de más de 1000 horas de vuelo FPV lejano, podemos decir que se vuela de forma segura calculando el alcance de trabajo a la mitad del alcance maximo, dando un margen de unos 9dBm hasta el limite.

Si se va a volar todos los dias y varias horas, es necesario reconsiderar el alcance de trabajo ya que cuanto más vuelos más posibilidades hay de tener algun problema y es bueno reducir el limite incluso a la mitad para aumentar en lo posible la seguridad del enlace de radio. Lógicamente esto depende mucho del sistema, condiciones de vuelo, antenas seleccionadas y del avión o dron.

Asi un sistema con un alcance máximo de 200Km volaria con seguridad hasta 100Km y con mucha seguridad a 50Km.

Hoy en dia casi el 100% de equipos llevan autopiloto con lo que muchas veces el vuelo es seguro ya que si hubiera algun fallo en el enlace de radio el autopiloto ayudará a salvar el avion y deberia volver a casa ó al menos hasta recuperar el radio enlace. (No tiene porqué tener problemas si toda la instalacion y equipo estan en buen estado).

En aviones de coste medio ó alto que van a volar a 30Km ó más, se puede aumentar la seguridad del radio enlace y con ello el alcance de trabajo efectivo utilizando receptores redundantes y antenas con diferente posición e incluso polarización. Hay varios metódos tambien para aumentar el alcance máximo.

 

Alcance de Video analógico:

No debemos confundir el alcance del sistema de Radio Control y telemetria con el alcance del sistema de video que es un sistema completamente diferente, funciona en la banda de 2.4Ghz.

En los sistemas XLRS del 2017 se ha separado el sistema RC del video para facilitar usar diferentes tecnologias de video actualmente disponibles. 

Debido a que la frecuencia de 2.4Ghz y el ancho de banda en el video es mucho mas alta que la de RC, el alcance es inferior.

Con los 500mW del XOSD con una antena de 5dBi en vuelo y una parabolica de 24dBi en tierra se puede llegar en casos optimos a 40Km.

Para alcanzar más se debe cambiar la antena de vuelo para 5dBi e incluso se puede poner un amplificador de potencia de varios watios, tambien se puede poner una antena en tierra de mas ganancia aunque hay limites por tamaño.

Hay limitaciones a la potencia de RF de video y son las normas locales. Tambien que se puede cegar al GPS local y que el consumo de energia se multiplica, tambien el calor generado en el amplificador que hay que disipar.

En resumen es mas complicado disponer de alcance en video que en radio control, datos  y telemetria.

Mas información en alcance del sistema de video.

En el caso de video digital aun es peor, la distancia puede ser la mitad o menos que con video analogico. A cambio tiene la ventaja de la resolucion y calidad si no es necesario mucha distancia.

 

 

Vuelos FPV de larga distancia:

En un vuelo FPV o UAV de larga distancia, es muy util disponer del nivel de recepción de señal de radio (RSSI) y de los paquetes de datos válidas en todo momento.
Los sistemas XLRS se caracterizan por su alcance de radio hasta 200Km y su fiabilidad.

Es de mucha ayuda al piloto el calculo del alcance maximo que se muestra en el XOSD, un instrumento que sólo hemos visto en los equipos XLRS..

Para garantizar un buen enlace de radio es necesario saber en todo momento que nivel de cobertura de radio disponemos ya que depende de las antenas usadas, la configuración del sistema, receptores y emisores elegidos y de la posicion de las antenas ya que el avión o dron se está moviendo continuamente.

En el XOSD, disponemos de buenos instrumentos para saber en todo momento la calidad de nuestro enlace de radio.
Con estas indicaciones se tiene una estimación precisa del alcance de nuestro equipo en vuelo. Realizando unos sencillos calculos se puede establecer cuantos km alcanzará nuestro sistema con la configuracion actual. Hace unos años que ya disponemos del instrumento ALCANCE que lo calculara y vigilará por nosotros.

Estas  mediciones junto con los demás instrumentos nos serviran para saber si nuestro sistema esta en las mejores condiciones de instalacion, en el despegue e incluso durante todo el vuelo, incluso si nos acercamos a alguna fuente de interferencia, etc. afinando la calidad de nuestro equipo hasta limites insospechados.

 

Alcance, dBm y antenas:

En la frecuencias 866 a 960Mhz en la practica y con un pequeño margen de seguridad hemos establecido que cada 9dBm de señal equivalen al doble de la distancia.

Esto implica que si usamos una antena de 3 dBi en el emisor y la cambiamos por una de 12dBi, podremos aumentar el alcance el doble. (Se debe tener en cuenta las limitaciones de potencia de RF radiada de la legislación vigente en cada pais).

Para conseguir unos buenos resultados, es muy importante el tipo de antena, patch, omnidireccional, parabolica, etc y su polarizacion para establecer un enlace optimo según las necesidades.

 

Cables de antena:

Los cables coaxiales en las antenas son una fuente importante de perdidas y se debe prestar la atención adecuada.

Hay cables que puede perder mas de 1dBm/metro a 1Ghz (RG174), esto es mucho, recuerde que -3dBm equivalen a perder la mitad de la potencia recibida.

Si se puede prescindir de los coaxiales, mucho mejor, si no fuera posible use los mas cortos posible.

Para el mejor resultado no deberían ser mayores de 1 metro en el receptor y transmisor.

Utilice cables con los conectores ya soldados de fabrica y de máxima calidad adecuados para 1Ghz. Evite soldar los conectores usted mismo si no es especialista.

Si en la estación base ó emisora las antenas deben estar lejos, hay varias soluciones disponibles, por favor consultenos. dmd@dmd.es

 

Ejemplos:

Avion UAV estandar ó dron. Polarización vertical. En la emisora una buena opción es una patch de 9dBi y una omnidireccional de 5dBi en el avion. 

 

Globos aerostaticos. Como pueden subir hasta 39.000ft, 12.000m ó más, lo mas probable es que se apunte casi en la vertical, por lo que es preferible usar antenas helicoidales en tierra y de seta en el globo de polarización circular. 

 

 

Localización y busqueda:

Para aumentar la seguridad, sobre todo si el avion ó dron tiene un valor alto, es aconsejable usar una radiobaliza para en caso de accidente ó perdida del avión para poder localizar lo más rápidamente el modelo. Los emisores XPAD2 y XPAD3 disponen ya de sistemas de busqueda integrados. Tambien hay disponibles kits de busqueda y terminales portatiles.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ejemplos de mediciones de la RSSI, ruido de RF, e interferencias provocadas:

 

En las imágenes siguientes podremos ver una simulacion de un vuelo normal, con un alcance normal y como se degrada al aumentar el ruido RF al acercarse a una fuente de radio, en este caso un sintetizador RF con portadora modulada en FM en el mismo canal que el receptor:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En esta imagen podemos ver una recepcion normal a -73dBm con un ruido RF muy bueno de -118dBm (cuanto menos ruido mejor es decir -100dBm es peor que -118dbm) y un alcance calculado en tiempo real de 76Km.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aqui aunque ha mejorado el nivel de recepcion a -70dBm, El ruido RF aumentó a -91dbm y por lo tanto el alcance calculado disminuye de 76 a 31Km. (Esto ocurre si nos acercamos a una fuente de interferencia en nuestro canal, por ejemplo.). Fijadse en los paquetes de RF que todavia son el 100% incluso con una interferencia de RF continua.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Si seguimos acercandonos a la fuente de ruido y este aumenta a -77dBm con una recepcion similar de -72dbm el alcance ha bajado drasticamente a ¡8Km!. por si tenemos desactivada la visualizacion del ruido RF un aviso impreso y sonoro nos indica que hay problemas.

Aun asi tenemos mando pues las tramas ó paquetes de datos correctos son del 60%.

Es un buen momento para dar la vuelta o nos quedaremos sin mando y el sistema entrará en fail safe.

Distintos mensajes avisan continuamente. cuando el nivel de ruido se aproxima a unos 5dbm del nivel de señal buena recibida, el sistema entrará en fail safe.

Como tenemos avisos mucho, mucho antes de que esto ocurra, lo mas sencillo es evitar el problema.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Si seguimos adelante al final la fuente de ruido es mayor que nuestra señal y el receptor dejara de recibir y entrara en fail safe.

Si el Fail safe  esta configurado y el sistema dispone de autopiloto configurado para RTH ó vuelta a casa automatica, seguramente salvaremos el avión.

No siempre funcionará el autopiloto como esperamos, hay que testearlo en condiciones controladas periodicamente para estar seguros que funciona correctamente la vuelta a casa.

Hay que tener en cuenta tambien las condiciones meteorológicas donde está el avion, no siempre la configuracion del autopiloto es buena para condiciones duras. 

Aun asi el receptor seguirá midiendo la fuente de ruido que ahora esta en -69dbm. El calculo del alcance desaparece pues no hay.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Distintos mensajes de aviso pueden salir de forma rotatoria, “pocos paquetes recibidos, Ruido RF, incluso que nos aproximamos al limite real del alcance en un 80%. Disponemos de un 20% restante para no entrar en fail safe.