凡尘说：整体说来，这篇文章写得非常不错。
如果美中不足，应该是有一些小小细节，解释稍微有一些不准确，但这基本不影响理解，影响的也只是通信方案的设计人员，而这些人员自己是可以判断这些内容的偏差的。
自从大疆新品 Mavic 的关键特性之一：“7公里图传”功能公布以来，在惊讶之余，也燃起了人们对无人机远距离图传功能的兴趣。围绕这一话题，在前不久的在第63期的硬创公开课中，我们已经就无人机在远距离图传上的一些实现方法进行了讨论（链接）。
参考：https://mp.weixin.qq.com/s/0RFQotjIZAHgS1iqei1DTQ
下图是某厂家官网的无人机图传图示。
但作为消费类无人机的关键性技术壁垒之一，远距离无线传输领域的一个子集，远距离无线图传功能一直是无人机行业技术开发的一个重点，同时也是广大极客朋友们热切关注的一个技术性话题，人们希望能够从技术实现的角度，用公式和原理对图传这一话题进行更深入和细致的探讨。
下图是某公司的行业无人机图传官网资料。
【他山之玉】无人机图传
为此，我们今天有幸请到了一位行业大牛，他将从技术细节出发，为我们介绍图传系统设计中的 1 个核心问题，2 个设计红线，4 个基本设计参数，8 个设计重点，以及 1 个中肯的设计建议。
嘉宾介绍
凡尘：我很佩服他的勇气，我还宁愿做一个躲在屏幕后的键盘侠。
张昕，北京凌河机电总工程师，中国航天九院副研究员，电测仪器专家。曾参与多个型号航天测控和通讯设备开发。也是一个20多年的老航模爱好者。
这次公开课是以演讲的方式进行的，以下是张昕的演讲原文：
1 个核心问题，2 个设计红线
从“图传”的叫法我们就可以发现，这并非一个专业的定义。大概是从某些资深航模玩家口中发展而来，并且它只存在于消费类无人机领域。专业的航空航天器并没有独立的视频图像传输设备，而实时视频则是无线数据链路中传输的一部分内容或者是其中的一个通道，它也一直被包含在航天遥测系统中。
无人机将遥测信号（包含视频图像以及各种传感信息）发射出来，地面的遥测接收系统，通常包含了自动跟踪天线阵列和同步的多通道接收机。在接收数据的同时，可以实时地计算出无人机的位置、航速、航向等信息。这也是最传统最古老的遥测模式之一。在没有 GPS 的年代，除了光测就只能依靠无线电遥测数据了，这个模式就是被动雷达。
随着卫星导航的发展，无人机大多使用了 GPS 和卫星数据链路，但直接遥测仍然无法被替代。几十年来作为一个航天大国，国内的遥测遥控水平一直处于世界第一梯队。图传设备作为其通讯系统的一部分，也得到了充分发展，150 公里以上中程无人机图传是很普遍的，但 100 万以上的价格也相对昂贵。
所以对于消费类无人机来说已有足够多可借鉴的东西，我认为消费类无人机图传设计的核心问题只是“成本问题” 。不必去怀疑可以通讯多快多远，因为无线通讯技术发展到今天，没有人会怀疑火星传回的 1080P 信号了。我们真正要讨论的就是代价问题。目前市场上的 1080P 图传产品售价基本均在 1700 美元以内，硬件成本控制在 700 美元以内也就成为了消费类无人机图传设计的第一条红线。
当然，也还有第二条红线，就是法规。中国无线电管理的最高法律文件是《中华人民共和国无线电管理条例》，立法机关为国务院和中央军委，由各级无线电管理机构执行监管。如果使用者希望给图传单独申请执照， 则需要该图传首先获得 《无线电发射设备型号核准证》，他的依据是国家《无线电频率划分规定》中的有关无线电发射设备技术指标的规定。取得专业电台执照并不是不可操作，只是在消费类无人机领域没有办法推广。
对于专业航空航天器来说，频谱划分时已留有专门的测控频段，而消费类无人机只能老老实实地屈就于 ITU-R（ITU Radiocommunication Sector，国际通信联盟无线电通信局） 的 ISM频段（Industrial Scientific Medical，工业化科学医疗频段）。13.56Mhz、27.12Mhz、40.68MHz、433Mhz、915Mhz、2.4Ghz、5.8GHz 都是 1W 以内无需执照发射的。
其中，433MHz 及以下频段通常很难满足高清图传的带宽要求，915Mhz 频段有一半已经被 GSM 占用，且 L 波带宽并不富裕， S 波段的 2.4GHz 也就成了 1080P 获得远距离的首选，但 4K 或者更高清晰度的图传设计者却很难在 S 波段的带宽上找到便宜，C 波段的 5.8G 则可以做得更宽。不过，相同发射功率和接收灵敏度下 5.8G 与 2.4G 相比通讯距离仅为 41.4%，并且其衰减对水气更敏感，实际通讯距离则不到 30%，两者各有利弊。
凡尘：这里没有提到1.4GHz的ISM频段。
【编者注】：这里提到的 L 波段、S 波段和 C 波段通常是按照如下划分的：
4个基本设计参数
第二条红线基本确定了两个参数：
第一个参数：1W 的发射功率(+30dBm)
第二个参数：2.4G 或 5.8G 的 ISM 频段
也许很多工程师会对我确定 1W 发射功率感到失望， 那么咱们接下来我会让他们重拾信心，看看未来到底能实现多远的通讯距离。继续设定两个参数：
第三个参数：-105dBm 的接收灵敏度
凡尘说：图传，能达到这个接收灵敏度？
没见过。谁家有这个水平，欢迎联系凡尘来做实验室测试。所以，我不知道作者是怎么算的。
第四个参数：3dBi 发射和接收天线（很难找到比这个指标更差的天线了）
凡尘说：天线指标？只有更差，没有最差。差不差，要看选的对不对，用的对不对。
科普：天线增益
根据自由空间无线电波传播规律：
P 发射功率 - P 接收灵敏度 + G 发射天线增益 + G 接收天线增益 = 32.44 + 20*lg(f 频率) + 20*lg(D距离)
30dbm-(-105dbm)+3dbi+3dbi=32.44+20*lg(2400Mhz)+20*lg(D)
解出 D=111.6Km 去掉 3dB 雨衰和 3dB 裕度【凡尘说：这个太理想了，无人机上几乎测试不出来】实际通讯距离约为 50 公里。这个结果会不会让你恢复对 1W 发射功率信心。毕竟我们只用了最普通的 3dBi 天线。大家一定已经注意到了-105dBm 的接收灵敏度。没错，这个才是致胜的关键。许多廉价数字图传使用 WIFI 设备或套片来开发，距离不理想的一个根本问题就是接收灵敏度。
科普：电磁波空间传播模型真身-弗里斯传输公式
以 802.11g/b 的 OFDM 模式54Mb/s 速率为例，其接收灵敏度只有 -68dBm，考虑芯片厂商提升接收灵敏度到-70dBm。在+25dBm(316mW) 发射功率下， 则有：
25-(-70)+3+3=32.44+20*lg(2400)+20*lg(D)
解出 D=1.1Km，这样实际通讯距离约为 500 米。因此，许多老射频工程师都推崇接收灵敏度致胜原则。提高发射功率的代价往往太大了，提高 4 倍发射功率才能增加一倍距离，1W 和 4W 之间的这本帐也就能算清楚了。
8个设计重点
接下来讨论八个设计重点：
第一点， 视频编解码
目前 1080P 图传产品所采用的编解码方案基本都是硬件方案，硬件方案的实时性会有一定优势。与其他领域的图传不同，无人机图传对时延的要求很高，尤其是 FPV 飞行。对于航拍而言，如果图传时延过大，云台手在依据视频图像控制云台过程中很容易超调。市场上的 1080P 图传产品大多采用 TI 达芬奇方案和海思方案。TI 目前还没有推出硬解的 H.265 产品，只有 H.264 的 DSP，但其通用性更强。海思 H.265 方案成本优势比较明显，开发速度更快。
就目前编解码算法而言， 将 1080P 30FPS 信号压缩到 6Mb/s码流， 其效果已经可以满足广播级应用。在不握手的无线通讯中(类似 UDP)，误码事件是一定会出现的，远距离情况下误码率会非常高，而真正致命的因素则是码流中的关键信息丢失。比如帧同步数据，一旦丢失就会造成整帧丢失。必须对关键信息进行冗余处理才能适用于单向无线信道。同时接收机基带解调算法中的时钟提取，位同步，字同步，帧同步也要针对高误码率来设计，否则小的误码就会产生灾难性的图像丢失。
上图为视频编码标准（少了H.265）
上图为 TI 达芬奇
上图为海思芯片
第二点， 低噪声放大器(LNA)
第一级 LNA 的噪声系数是整个接收机设计中决定性的一环，想实现优于 -105dBm 的接收就必须面对 LNA 带来的影响。老射频工程师会更信赖分立场效应管的窄带 LNA， 看似简单，实则复杂，通常在 ADS 上仿真或矢网上一推敲就是一个月的时间。虽然两端已经匹配到 50 欧的集成 LNA 芯片也很容易获得 0.9 以内的噪声系数(比如 HMC376，ADL5523)，但与那些老射频工程师的作品比肯定还是输在了起跑线上。
上图分别为 ADS 仿真和 矢网 仿真
上图是一个射频基带到前端的整体组成
第三点， 本振(LO)
一直以来，本振的相位噪声其实并非一个对射频工程师造成困扰的问题。这里其实是个成本问题，只要你在频综上不吝惜 20 美金，就可以获得 -212dBC/Hz 的相位噪声(比如LMX2531)。如果你的本振预算只有 6 美金，选择普通 PLL ( 比如 AD4360 的 -167dBC/Hz ) 就会影响整机的信噪比。最终决定接收及灵敏度的不是射频信号的放大倍数，而是接收机的整机噪声系数和基带解调门限(信噪比)。
目前市场上的1080P 图传产品都不约而同地采用了 ADI 的小基站方案 AD9361/AD9371， 虽然价格偏贵，但相比 DAC+AD8349 和 AD8347+ADC 的方案却更容易处理了。
