Rivoluzionare le comunicazioni dei droni con RF su fibra

L'utilizzo della radiofrequenza su fibra per controllare i droni elimina la possibilità di inceppamenti o interferenze, offrendo al contempo i vantaggi di un basso jitter, di un'elevata gamma dinamica e di un'elevata larghezza di banda.

Farzad Ghadooshahy

Il panorama strategico della guerra moderna e del monitoraggio delle infrastrutture critiche ha subito una profonda trasformazione, con i velivoli senza pilota (UAV), o droni, come sono comunemente noti, che svolgono un ruolo centrale. In nessun luogo questo cambiamento è più evidente che nel conflitto in corso in Ucraina, dove droni a basso costo vengono prodotti in serie e impiegati su larga scala.

Questi dispositivi non sono più confinati alla ricognizione. Sono fondamentali sia nelle operazioni offensive che in quelle difensive, che si tratti di sorveglianza, attacchi tattici o supporto alle comunicazioni.

Al di fuori del campo di battaglia, i droni sono diventati strumenti essenziali in una vasta gamma di applicazioni aziendali. I fornitori di servizi pubblici ora li impiegano per monitorare infrastrutture di superficie come gasdotti e linee elettriche. In siti sensibili, come gli impianti nucleari, i droni offrono un mezzo di ispezione sicuro ed efficiente che riduce al minimo l'esposizione umana ad ambienti pericolosi.

Con la crescente dipendenza dai droni in applicazioni militari e commerciali, aumenta anche la necessità di comunicazioni a lunga distanza sicure, affidabili e prive di interferenze. I tradizionali metodi wireless RF per il controllo dei droni, che utilizzano bande di frequenza riservate al Wi-Fi o alle reti di pubblica sicurezza, sono soggetti a degradazione del segnale, disturbi e intercettazioni. La tecnologia RF su fibra (RFoF) sta rapidamente diventando un mezzo importante per fornire tecnologie di comunicazione ad alta larghezza di banda e altamente affidabili nelle operazioni con droni, per compensare queste sfide.

RFoF sblocca nuove possibilità di controllo dei droni

La tecnologia RFoF converte la radiofrequenza (RFoF) in onde luminose e la riconverte in RF a destinazione con un'elevata gamma dinamica, consentendo una comunicazione bidirezionale da un drone al suo controller e viceversa. Sta già riscuotendo successo in diversi modelli di implementazione, consentendo nuove funzionalità che risolvono le carenze dei sistemi di comunicazione convenzionali.

Un'applicazione comune è il controllo di droni cablati. In questo modello, un drone stazionario è collegato a un controller a terra tramite un tamburo in fibra ottica riutilizzabile. Questa configurazione consente al drone di rimanere in volo per periodi prolungati. Il drone funge efficacemente da ripetitore aereo, sollevando le antenne per migliorare la comunicazione in terreni difficili. Questa tecnica è già in fase di sperimentazione da parte di operatori di telefonia mobile come AT&T. (Fig. 1) per scenari di risposta alle emergenze.

La tecnologia RFoF è in fase di sperimentazione anche per missioni suicidi con droni monouso ed economici in ambito militare. In questo caso, il tamburo in fibra ottica è montato direttamente sul drone, alimentandosi man mano che il drone avanza verso il bersaglio, contenente un piccolo esplosivo. Questo metodo garantisce un collegamento di comunicazione sicuro e privo di interferenze fino al punto di impatto.

Sebbene il drone non sia recuperabile, la spesa è giustificata perché mira a equipaggiamenti nemici più costosi. L'immunità del collegamento in fibra ottica alle interferenze garantisce che il drone raggiunga il suo obiettivo senza interferenze esterne.

Un altro caso d'uso flessibile è il modello di estensione del controller, che può essere applicato a qualsiasi piattaforma drone. In questa configurazione, la fibra ottica collega il controller a un terminale remoto chiamato unità interna (IDU), che a sua volta viene collegata tramite fibra ottica a un'unità esterna (ODU), estendendo così la portata operativa wireless senza richiedere un collegamento fisico diretto al drone stesso.

Sia le droghe per via parenterale che quelle per via orale vengono utilizzate per proteggere l'individuo dagli elementi (Fig. 2) e consentono ai droni di accedere più facilmente ad aree difficili da raggiungere. In questo esempio, l'IDU e l'ODU sono riutilizzabili e i sistemi rapidamente implementabili possono essere collocati in posizioni temporanee e ad hoc e spostati in qualsiasi momento.

Questo approccio è particolarmente prezioso anche in ambienti complessi come le operazioni minerarie, la gestione dei rifiuti nucleari e le condizioni dei campi di battaglia, dove è necessaria una soluzione più permanente. Se un'unità militare sta cercando di condurre una ricognizione sotterranea attraverso un tunnel, (Fig. 3) Grazie alla tecnologia dei droni, l'extender consente loro di farlo su lunghe distanze.

Come le unità militari potrebbero utilizzare i droni per condurre ricognizioni attraverso un tunnel sotterraneo

Perché RFoF è una modalità ideale per la comunicazione con i droni

Naturalmente, esistono altre tecnologie di comunicazione per pilotare i droni a distanza, ma la maggior parte tende a presentare svantaggi che la tecnologia RFoF semplicemente non presenta. Uno dei principali punti di forza della RFoF è la sua immunità alle interferenze e ai jamming.

Poiché la tecnologia RFoF trasmette segnali sotto forma di luce attraverso cavi in fibra ottica, non è praticamente influenzata da interferenze elettromagnetiche, jamming intenzionale o intercettazioni del segnale. Questo la rende una soluzione sicura e robusta in ambienti in cui l'integrità del segnale è fondamentale, il che descrive quasi tutti i casi d'uso dei droni in applicazioni militari o in infrastrutture critiche.

Altri vantaggi significativi della RFoF sono il basso jitter, l'elevata gamma dinamica e l'elevata larghezza di banda. La tecnologia fornisce segnali con una distorsione minima e una latenza estremamente bassa, rendendola particolarmente adatta per applicazioni mission-critical come la videosorveglianza ad alta risoluzione, i sistemi radar e la modulazione a spettro diffuso a sequenza diretta (DSSS). La DSSS è una tecnica di modulazione a spettro diffuso che estende la larghezza di banda di un segnale trasmesso per ridurre le interferenze e migliorare la robustezza del segnale.

In termini di prestazioni fisiche, i sistemi RFoF sono leggeri ed efficienti dal punto di vista energetico. Poiché tali sistemi richiedono un'elettronica di bordo minima, i droni beneficiano di un carico utile ridotto. Ciò contribuisce direttamente a una maggiore durata del volo e a un miglioramento delle prestazioni complessive, il che è particolarmente prezioso sia per applicazioni commerciali che di difesa.

RFoF come abilitatore trasformativo nelle applicazioni UAV

Con la continua espansione delle operazioni con i droni in ambito sia militare che commerciale, la domanda di sistemi di comunicazione robusti, sicuri e resistenti alle interferenze è più critica che mai. RFoF si distingue come un fattore abilitante trasformativo in questo ambito, offrendo un'integrità del segnale senza pari, bassa latenza e adattabilità a una vasta gamma di modelli di implementazione.

Che si tratti di potenziare le operazioni tattiche sul campo di battaglia o di migliorare il monitoraggio delle infrastrutture in ambienti remoti, RFoF fornisce l'affidabilità e la scalabilità necessarie per supportare la prossima generazione di sistemi aerei senza pilota.

L'autore

Farzad Ghadooshahy | Co-fondatore e CTO, Optical Zonu

Farzad Ghadooshahy vanta oltre 40 anni di esperienza nella ricerca e nello sviluppo di prodotti nelle tecnologie a fibra ottica e RF/microonde. Ha svolto un ruolo determinante nel guidare l'innovazione presso Optical Zonu e ha svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo di moduli transceiver in fibra ottica avanzati e nella progettazione di prodotti a livello di sistema che costituiscono la spina dorsale dell'offerta aziendale.