無人機(jī)通信中的比特率和波特率

01、無人機(jī)的通信種類簡化描述

無人機(jī)的通信可分兩大類：數(shù)據(jù)傳輸（圖傳，測繪數(shù)據(jù)等）和指令傳輸。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大，但實(shí)時(shí)性要求不高，比如圖像回傳。

指令傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，但實(shí)時(shí)性和可靠性要求高。

指令傳輸和圖像傳輸，往往都是用同一個(gè)遙控器的同一頻段完成。無人機(jī)遙控器常用的頻段主要包括以下幾個(gè)：

●?840.5-845 MHz

這個(gè)頻段主要用于無人駕駛航空器系統(tǒng)的上行遙控鏈路，即地面控制站向無人機(jī)發(fā)送指令。這個(gè)頻段確保了無人機(jī)能夠準(zhǔn)確接收來自遙控器的信號并執(zhí)行相應(yīng)的飛行操作指令。

●?1430-1444 MHz

此頻段主要用作無人機(jī)的下行鏈路，從無人機(jī)向地面控制站發(fā)送數(shù)據(jù)。它提供了高速的數(shù)據(jù)傳輸通道，確保了無人機(jī)與地面控制站之間的穩(wěn)定通信。

●?2.408-2.440 GHz

這個(gè)頻段被廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，具有較高的傳輸距離和穩(wěn)定性。許多民用無人機(jī)及其遙控器都采用了這個(gè)頻段，特別是因?yàn)樗梢蕴峁┓€(wěn)定的信號傳輸和高帶寬，適用于航拍和FPV（第一人稱視角）應(yīng)用。這也是為什么市面上大量拍攝無人機(jī)的遙控器是2.4GHz。

●?5.8 GHz (5.725-5.850 GHz)

該頻段也常用于無人機(jī)遙控器，尤其是在需要更高帶寬和更快速響應(yīng)的應(yīng)用中。例如，在高速飛行或長時(shí)間持續(xù)飛行時(shí)，5.8 GHz頻段的信號更加穩(wěn)定，減少了信號干擾的可能性。5.8 GHz 雖好，但成本貴，入門級無人機(jī)一般不會用。

表1 頻段總結(jié)表

02、比特率和波特率的概念辨析

比特率（Bit Rate）

指的是每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)（bit per second, bps），即單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。它直接反映了信息傳輸?shù)乃俾?。例如，如果一個(gè)系統(tǒng)在一秒鐘內(nèi)傳輸了1000個(gè)比特，那么其比特率為1000 bps 。

波特率（Baud Rate）

指的是每秒傳輸?shù)姆枖?shù)（symbol per second），即單位時(shí)間內(nèi)信號的變化次數(shù)或調(diào)制狀態(tài)數(shù)。每個(gè)符號可以攜帶多個(gè)比特的信息，因此波特率并不總是等于比特率。例如，如果一個(gè)系統(tǒng)在一秒鐘內(nèi)傳輸了500個(gè)符號，那么其波特率為500波特（Baud）。

在某些情況下，比特率和波特率可能是相等的，但這取決于具體的調(diào)制方式。具體關(guān)系如下：

● 無調(diào)制情況

當(dāng)每個(gè)符號只表示一個(gè)比特時(shí)，比特率等于波特率。例如，在基礎(chǔ)二進(jìn)制通信中，每個(gè)信號變化（如從高到低或從低到高）都表示一個(gè)比特，此時(shí)比特率和波特率相等。

● 有調(diào)制情況

當(dāng)采用多級調(diào)制技術(shù)時(shí)，每個(gè)符號可以攜帶多個(gè)比特的信息（也就是每個(gè)符號由多個(gè)bit組成，比如一個(gè)ASCII字符由8個(gè)bit組成），因此比特率會大于波特率。

例如，使用256階符號編碼時(shí)，每個(gè)符號可以表示8個(gè)比特，若波特率為1200 Baud，則比特率為1200 * 8 = 9600 bps。

以256階符號編碼為例，每個(gè)符號可以表示8個(gè)比特。這意味著在一個(gè)符號周期內(nèi)，可以傳輸8個(gè)比特的數(shù)據(jù)。如果波特率為1200 Baud，即每秒鐘傳輸1200個(gè)符號，那么比特率計(jì)算如下：

比特率波特率每個(gè)符號的比特?cái)?shù)比特率=波特率×每個(gè)符號的比特?cái)?shù)

比特率比特率=1200Baud×8bits/symbol=9600bps

其他常見的調(diào)制方式及其對應(yīng)的比特率與波特率的關(guān)系如下：

● 四相調(diào)制（QPSK）：每個(gè)符號表示2個(gè)比特，比特率為波特率的兩倍。

● 八相調(diào)制（8-PSK）：每個(gè)符號表示3個(gè)比特，比特率為波特率的三倍。8=2^3

● 16-QAM：每個(gè)符號表示4個(gè)比特，比特率為波特率的四倍。16 = 2^4

我們再舉一個(gè)串口的例子：

串口9600波特率

串口傳輸比特率為9600bps，每秒可傳輸多少字節(jié)？也就是波特率多少？

起始位：1

數(shù)據(jù)位：8

停止位：1

校驗(yàn)位：0

傳輸1字節(jié)數(shù)據(jù)，需要傳輸10bit，因此：9600 ÷ 10 = 960Byte，波特率是960Baud.

從上面種種例子，我們可以得出如下結(jié)論。

簡單一句話，比特率和波特率是存在換算關(guān)系的。一樣的0-1速率，換算成比特率較高，換算成波特率較低。那么為什么要區(qū)分比特率和波特率？為什么要分場景應(yīng)用它們？

03、比特率和波特率各自的應(yīng)用場景

比特率的應(yīng)用場景

1.視頻傳輸：在無人機(jī)進(jìn)行高清視頻傳輸時(shí)，比特率是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。較高的比特率可以提供更好的圖像質(zhì)量和更低的延遲，這對于實(shí)時(shí)監(jiān)控、FPV（第一人稱視角）飛行和廣播應(yīng)用至關(guān)重要。例如，DJI系統(tǒng)使用5GHz頻段進(jìn)行視頻傳輸，以實(shí)現(xiàn)大約4英里的傳輸范圍。

2.高帶寬數(shù)據(jù)傳輸：當(dāng)無人機(jī)需要傳輸大量數(shù)據(jù)，如地理測繪、遙感或環(huán)境監(jiān)測時(shí)，比特率決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量。毫米波陣列通信技術(shù)能夠支持大帶寬和高數(shù)據(jù)率，適用于這些場景。

3.自適應(yīng)比特率應(yīng)用：在某些情況下，無人機(jī)通信系統(tǒng)會采用自適應(yīng)比特率（ABR）技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整比特率，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高效性。這在災(zāi)害救援等復(fù)雜環(huán)境中尤為重要。

波特率的應(yīng)用場景

1.串口通信：在無人機(jī)與地面站或其他設(shè)備之間的低速控制指令傳輸中，波特率是一個(gè)常用參數(shù)。例如，S.BUS協(xié)議使用100K的波特率進(jìn)行串口通信，適用于大多數(shù)控制信號的傳輸。

2.嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)控制：在無人機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中，波特率用于描述設(shè)備之間的通信速率。常見的波特率設(shè)置包括9600、19200和38400，適用于不同的通信需求。

3.RS-232/RS-485通信：在一些工業(yè)應(yīng)用場景中，無人機(jī)可能通過RS-232或RS-485接口與其他設(shè)備通信。此時(shí)，波特率的選擇對網(wǎng)絡(luò)性能有顯著影響，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

總體來看，比特率主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸和視頻傳輸?shù)雀邘捫枨髨鼍?，而波特率則更多應(yīng)用于低速控制指令傳輸和嵌入式系統(tǒng)通信（也就是硬件內(nèi)部的有線通信，比如USB）。

04、總結(jié)

為什么不同場景分別用比特率和波特率而不統(tǒng)一?

比特率和波特率是存在換算關(guān)系的，既然存在換算關(guān)系也就可以通用場景。但是工作中仍然區(qū)分比特率和波特率的使用場景，經(jīng)?？梢砸姷奖忍芈屎筒ㄌ芈室黄鸪霈F(xiàn)的討論場景。

筆者認(rèn)為，為什么不同場景分別用比特率和波特率而不統(tǒng)一，有三個(gè)原因。

首要原因是，比特率和波特率是存在換算關(guān)系的，但是這個(gè)換算關(guān)系隨著不同符號VS比特位的換算方式而不同。不知道底層換算關(guān)系，無法直接換算比特率和波特率。所以要分開使用。

其次原因是，波特率是每秒傳遞符號的數(shù)量，使用者主要關(guān)注符號速率，而可以不關(guān)心每個(gè)符號由多少個(gè)比特組成，這屬于底層細(xì)節(jié)，和符號使用者無關(guān)。

最后原因，高速數(shù)據(jù)傳輸和視頻傳輸?shù)雀邘捫枨髨鼍笆褂帽忍芈拭枋?，低速控制指令傳輸和嵌入式系統(tǒng)通信用波特率描述，是一種約定俗成。這就像車速用公里每小時(shí)，船速和飛機(jī)速度卻約定俗成用“節(jié)”，每小時(shí)多少海里（1海里約等于1.85公里，各國略有差異）來描述。