Revolutionierung der Drohnenkommunikation mit RF over Fiber

Durch die Verwendung von HF über Glasfaser zur Steuerung von UAVs wird die Möglichkeit von Störungen oder Interferenzen eliminiert und gleichzeitig werden die Vorteile eines geringen Jitters, eines hohen Dynamikbereichs und einer hohen Bandbreite geboten.

Farzad Ghadooshahy

Die strategische Landschaft der modernen Kriegsführung und der Überwachung kritischer Infrastrukturen hat einen dramatischen Wandel durchlaufen. Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), allgemein bekannt als Drohnen, spielen dabei eine zentrale Rolle. Nirgendwo ist dieser Wandel deutlicher sichtbar als im anhaltenden Konflikt in der Ukraine, wo kostengünstige Drohnen in Massenproduktion hergestellt und in großem Umfang eingesetzt werden.

Diese Geräte sind nicht mehr nur auf die Aufklärung beschränkt. Sie sind sowohl bei offensiven als auch bei defensiven Operationen von entscheidender Bedeutung, sei es bei der Überwachung, bei taktischen Angriffen oder bei der Kommunikationsunterstützung.

Außerhalb des Schlachtfelds sind Drohnen in zahlreichen Unternehmensanwendungen zu unverzichtbaren Werkzeugen geworden. Versorgungsunternehmen setzen Drohnen mittlerweile zur Überwachung oberirdischer Infrastruktur wie Gaspipelines und Stromleitungen ein. An sensiblen Standorten wie Atomanlagen bieten Drohnen eine sichere und effiziente Inspektionsmöglichkeit, die die Belastung des Menschen durch gefährliche Umgebungen minimiert.

Mit der zunehmenden Nutzung von Drohnen im militärischen und kommerziellen Bereich steigt auch der Bedarf an sicherer, zuverlässiger und störungsfreier Fernkommunikation. Herkömmliche drahtlose HF-Methoden zur Drohnensteuerung – die Frequenzbänder nutzen, die für WLAN oder öffentliche Sicherheitsnetzwerke reserviert sind – sind anfällig für Signalverschlechterung, Störungen und Abfangen. RF over Fiber (RFoF) entwickelt sich schnell zu einem wichtigen Mittel, um im Drohnenbetrieb bandbreitenstarke und hochzuverlässige Kommunikationstechnologie bereitzustellen und diese Herausforderungen zu meistern.

RFoF eröffnet neue Möglichkeiten der Drohnensteuerung

Die RFoF-Technologie wandelt HF-Signale in Lichtwellen um und wandelt sie am Zielort mit hohem Dynamikbereich wieder in HF-Signale um. So wird eine bidirektionale Kommunikation von der Drohne zum Controller und umgekehrt ermöglicht. Sie findet bereits in verschiedenen Einsatzmodellen Anklang und ermöglicht neuartige Funktionen, die die Schwächen herkömmlicher Kommunikationssysteme beheben.

Eine gängige Anwendung ist die kabelgebundene Drohnensteuerung. Dabei ist eine stationäre Drohne über eine wiederverwendbare Fiberglastrommel mit einer Bodensteuerung verbunden. Dadurch kann die Drohne längere Zeit in der Luft bleiben. Die Drohne fungiert quasi als Luftrelais und stellt Antennen auf, um die Kommunikation in schwierigem Gelände zu verbessern. Mobilfunkanbieter wie AT&T testen diese Technik bereits. (Abb. 1) für Notfallszenarien.

RFoF wird auch für kostengünstige, einmalige Selbstmord-Drohneneinsätze im militärischen Kampfeinsatz erprobt. Dabei wird die Fibertrommel direkt an der Drohne montiert und wird ausgeworfen, während sich die Drohne ihrem Ziel nähert. Diese Methode gewährleistet eine sichere und störungsfreie Kommunikationsverbindung bis zum Aufprallpunkt.

Obwohl die Drohne nicht wiederhergestellt werden kann, sind die Kosten gerechtfertigt, da sie auf teurere feindliche Ausrüstung zielt. Die Störfestigkeit der Glasfaserverbindung stellt sicher, dass die Drohne ihr Ziel ohne externe Störungen erreicht.

Ein weiterer flexibler Anwendungsfall ist das Controller-Extender-Modell, das auf jede Drohnenplattform angewendet werden kann. In diesem Aufbau verbindet die Glasfaser den Controller mit einem Remote-Terminal, einer sogenannten Indoor Unit (IDU), die wiederum über Glasfaser mit einer Outdoor Unit (ODU) verbunden ist. Dadurch wird die drahtlose Reichweite erweitert, ohne dass eine direkte physische Verbindung zur Drohne selbst erforderlich ist.

Sowohl IDUs als auch ODUs werden zum Schutz des Einzelnen vor den Elementen eingesetzt (Abb. 2) und Drohnen erweiterten Zugang in schwer zugänglichen Bereichen ermöglichen. In diesem Beispiel sind IDU und ODU wiederverwendbar, und schnell einsetzbare Systeme können an temporären Ad-hoc-Standorten platziert und jederzeit verlegt werden.

Dieser Ansatz ist auch besonders wertvoll in komplexen Umgebungen wie Bergbaubetrieben, der Handhabung von Atommüll und unter Schlachtfeldbedingungen, wo eine dauerhaftere Lösung benötigt wird. Wenn eine Militäreinheit versucht, unterirdisch Aufklärung durch einen Tunnel durchzuführen (Abb. 3) Mithilfe der Drohnentechnologie ermöglicht der Extender dies über große Entfernungen.

Wie Militäreinheiten UAVs zur Aufklärung über einen unterirdischen Tunnel einsetzen könnten

Warum RFoF eine ideale Modalität für die Drohnenkommunikation ist

Natürlich gibt es auch andere Kommunikationstechnologien für den Fernflug von Drohnen, doch die meisten dieser Technologien weisen Nachteile auf, die bei RFoF nicht auftreten. Eine der wichtigsten Stärken von RFoF ist seine Unempfindlichkeit gegenüber Störungen und Störungen.

Da RFoF Signale als Licht über Glasfaserkabel überträgt, ist es praktisch unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen, absichtlicher Störung oder Abhören von Signalen. Dies macht es zu einer sicheren und robusten Lösung in Umgebungen, in denen die Signalintegrität entscheidend ist, was nahezu jeden Anwendungsfall für Drohnen im militärischen Bereich oder in kritischen Infrastrukturanwendungen beschreibt.

Weitere wesentliche Vorteile von RFoF sind der geringe Jitter, der hohe Dynamikbereich und die hohe Bandbreite. Die Technologie liefert Signale mit minimaler Verzerrung und extrem geringer Latenz und eignet sich daher besonders für unternehmenskritische Anwendungen wie hochauflösende Videoüberwachung, Radarsysteme und Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). DSSS ist eine Spread-Spectrum-Modulationstechnik, die die Bandbreite eines übertragenen Signals erweitert, um Störungen zu reduzieren und die Signalrobustheit zu erhöhen.

Hinsichtlich der physikalischen Leistung zeichnen sich RFoF-Systeme durch geringes Gewicht und hohe Energieeffizienz aus. Da solche Systeme nur minimale Bordelektronik benötigen, profitieren Drohnen von einer geringeren Nutzlast. Dies trägt direkt zu längeren Flugzeiten und einer verbesserten Gesamtleistung bei, was insbesondere für kommerzielle und militärische Anwendungen von Vorteil ist.

RFoF als transformativer Wegbereiter in UAV-Anwendungen

Da Drohneneinsätze sowohl im militärischen als auch im kommerziellen Bereich immer häufiger zum Einsatz kommen, ist der Bedarf an robusten, sicheren und störungsresistenten Kommunikationssystemen wichtiger denn je. RFoF erweist sich in diesem Bereich als wegweisender Wegbereiter und bietet unübertroffene Signalintegrität, geringe Latenz und Anpassungsfähigkeit an eine Reihe von Einsatzmodellen.

Ob es um die Verbesserung taktischer Operationen auf dem Schlachtfeld oder die Verbesserung der Infrastrukturüberwachung in abgelegenen Umgebungen geht, RFoF bietet die Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit, die zur Unterstützung der nächsten Generation unbemannter Luftsysteme erforderlich sind.

Über den Autor

Farzad Ghadooshahy | Mitgründer und CTO, Optical Zonu

Farzad Ghadooshahy verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung in Forschung und Produktentwicklung im Bereich Glasfaser- und HF-/Mikrowellentechnologien. Er hat maßgeblich zur Innovationsförderung beigetragen bei Optical Zonu und hat eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung fortschrittlicher optischer Transceiver-Module und der Konzeption von Systemprodukten gespielt, die das Rückgrat des Angebots des Unternehmens bilden.