UAV 이미지 전송 시스템의 구성
UAV 이미지 전송 시스템이란?
비행 제어가 드론의 두뇌라면, 영상 전송 시스템은 드론의 "눈"입니다. 우리는 드론을 통해 신의 관점에서 아름다운 세상을 바라볼 수 있습니다. 무인 항공기 영상 전송 시스템은 적절한 영상 압축 기술, 신호 처리 기술, 채널 코딩 기술, 그리고 변복조 기술을 사용하여 무인 항공기에 장착된 카메라로 촬영한 영상을 실시간으로 장거리 수신기로 무선 전송합니다. 일종의 무선 전자 전송 장비입니다.
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무인 항공기 영상 전송 시스템을 장비 유형별로 분류하면, 일반적으로 아날로그 영상 전송과 디지털 영상 전송의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 디지털 영상 전송은 아날로그 영상 전송 시스템보다 전송되는 영상의 품질과 안정성이 훨씬 우수하기 때문에, 디지털 영상 전송은 일반적으로 산업 분야에서 사용됩니다.
드론의 영상 전송은 주로 3가지 주파수 대역을 사용합니다. 1.2G, 2.4G, 그리고 5.8G2.4G와 WiFi는 동일한 주파수 대역에 속하며, 1.2G는 통제된 주파수 대역입니다. 현재 우리나라에는 1.2G 개방형 아마추어 주파수 대역이 없으며, 자격 자격증을 취득한 무선 애호가만 합법적으로 사용할 수 있습니다. 5.8G 주파수 대역은 개방형 아마추어 주파수 대역으로 분리되어 있습니다. 5.8G에서 작동하는 기기가 적고 간섭도 적습니다. 고주파 안테나는 소형화가 가능하지만, 주파수가 높을수록 전자 부품 비용이 높아지고, 안테나의 정밀도에 대한 요구 사항도 높아집니다. 자기 도체는 저주파보다 민감하며, 저주파보다 고출력을 내기가 더 어렵습니다.
현재 UAV 영상 전송의 주류 기술로는 OFDM, WiFi 등이 있습니다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 다중 반송파 변조 방식으로, 고속 데이터 전송에 더욱 적합합니다. 협대역 대역폭에서도 대량의 데이터를 전송할 수 있으며, 주파수 선택적 페이딩이나 협대역 간섭 등에도 강합니다. 하지만 OFDM은 위상 잡음과 반송파 주파수 오프셋에 매우 민감하고 평균 피크 값이 비교적 높은 등 단점도 있습니다. WiFi 영상 전송은 비용 효율적인 UAV 영상 전송 기술입니다. 하지만 WiFi는 기술적 한계가 많습니다. 많은 제조업체가 이 솔루션을 직접 개발하고 있으며, 칩 설계 형식을 변경할 수 없습니다. WiFi 영상 전송 간섭 관리 전략은 실시간 성능이 좋지 않고 신호 이용률이 상대적으로 낮습니다.
무인기 영상전송 시스템 구성
UAV 영상 전송 시스템은 원격 서버, 기체, 저장 중계기, 그리고 휴대폰 영상 제어 단말기의 네 부분으로 구성됩니다. 예를 들어, UAV 중계기와 지상 중계기에 각각 내장된 고출력 WiFi 모듈이 두 개 있습니다.
드론에 사용된 고출력 WiFi 모듈은 +28dBm의 전송 전력과 최대 2km의 전송 거리를 제공합니다. 고출력 WiFi 모듈은 항공 카메라 영상을 실시간으로 전송할 뿐만 아니라, 휴대폰과 같은 지상 모바일 단말기의 제어 신호도 실시간으로 전송할 수 있습니다.
무선 라우터의 WiFi 신호가 그렇게 멀리까지 전달되지 않는 이유는 무엇일까요?
동일한 주파수에서 드론은 장거리 이미지 전송이 가능하지만, 무선 라우터의 WiFi 신호는 이 거리에서는 신호를 제대로 전달하지 못합니다. 그 이유는 무선 라우터와 휴대폰과 같은 모바일 단말기의 출력이 제한적이기 때문입니다. 해당 국가에서는 무선 라우터의 송신 출력이 100mW(20dBm)를 초과할 수 없으며, 안테나 이득은 일반적으로 3dBi와 5dBi입니다. 뛰어난 벽 투과 성능을 가진 일부 제품은 6dBi 또는 7dBi 이득 안테나를 사용합니다. 안테나 이득의 신호 강도 향상은 여전히 매우 크며, 제한적이기 때문에 무선 라우터의 WiFi 신호는 장애물 없이 200m까지 커버할 수 있습니다.
또한, 일상생활에서 저전력 휴대폰과 컴퓨터는 큰 제약을 초래하여 WiFi 신호는 매우 좋아도 인터넷에 접속할 수 없거나 네트워크 품질이 매우 나쁩니다. 이는 두 사람이 동시에 산에 들어가는 것과 같습니다. 일정 거리 떨어져 있으면 목소리가 큰 사람은 목소리가 작은 사람의 말을 들을 수 있고, 목소리가 작은 사람은 목소리가 큰 사람에게 반응하지만 목소리가 큰 사람은 아무것도 들을 수 없습니다. 당연히 아무런 반응도 없을 것입니다.
실제로 WiFi를 통한 휴대폰 및 기타 인터넷 접속은 인터넷 접속을 위한 실제 연결을 설정하기 전에 3-웨이 핸드셰이크(3-way handshake) 과정을 거쳐야 합니다. WiFi 신호의 송신 전력이 매우 높고 휴대폰이 신호에 응답할 수 있는 최대 거리를 초과하는 경우, WiFi 신호가 강하여 정보는 수신 가능하지만 전송이 불가능한 상황이 발생할 수 있습니다.
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드론은 이미지 전송을 위해 비교적 개방된 실외 공간에서 비행하는 반면, 라우터 WiFi는 일반적으로 장애물이 많은 복잡한 환경에서 사용됩니다. 따라서 집에서 라우터 WiFi 신호가 약 10미터까지 도달할 수 있으면 좋은 것으로 간주됩니다.