Kann eine Drohne ohne WiFi gesteuert werden?

Ein Freund von mir hat gesagt, dass Drohnen nur mittels WiFi-Verbindung gesteuert werden können. Ich selbst verwende aber eine ältere Funkfernsteuerung. Daraufhin habe ich begonnen mich über die verschiedenen Möglichkeiten der Funkverbindung zu informieren. Was ich zum Thema Kommunikationssysteme und wie sie arbeiten gefunden habe findet ihr hier.

Kann eine Drohne ohne WiFi-Verbindung fliegen? Ja, es gibt eine Vielzahl verschiedener Funkverbindungen zwischen Piloten und Drohne. Herkömmliche Verbindungen sind Bluetooth, 2,4Ghz (z.B. WiFi), 27.12 MHz, 40.68 MHz und Satellitenverbindung für militärische Anwendungen. Welches System am geeignetsten ist, hängt von der Anwendung ab.

Viele neue Drohnenpiloten wundern sich wie die Funkverbindung zur Drohne funktioniert. Hier ist eine Zusammenstellung von verschiedenster Übertragungssysteme.

Wie funktioniert die Funkübertragung zwischen Drohne und Steuerung?

Um eine Drohne zu steuern, sendet die Funkfernsteuerung die gewünschten Signale zu Drohne. Generell ist dies ein Puls-Pausen-Modulations Signal (PPM). Die Dauer der Pausen zwischen den Impulsen bestimmt dabei wie stark das analoge Steuersignal ist. Seitens der Steuerung werden die vier Signale Gas, Gier, Roll und Nick übertragen. Der Empfänger leitet dieses Signal zur Flugsteuerung. Dieser berechnet die entsprechenden Signale für die einzelnen Regler der Motoren.

Deine Steuerbewegungen auf der Fernsteuerung werden vom Sender in Elektromagnetische Wellen verwandelt und versendet. Der Empfänger auf der Drohne empfängt und übersetzt dieses Signal wieder zurück in das PPM Signal.

Generell sind die Frequenzen und Stärken von Funksignalen gesetzlich geregelt.  Dabei sind verschiedene Frequenzbänder definiert und manche für bestimmte Zwecke reserviert wie beispielsweise für Einsatzkräfte. Der Öffentlichkeit stehen verschiedene Frequenzbänder für den Funkkontakt zur Drohne offen.

Die gängigen Frequenzbänder für Funkverbindungen findet man im internationalen ISM-Band (industrial, scientific, and medical).

Frquenz	Bandbreite	Mittelfrequenz
6.765 – 6.975 MHz	0.03 MHz	6.78 MHz
13.553 – 13.567 MHz	0.014 MHz	13.56 MHz
26.957 – 27.283 MHz	0.326 MHz	27.18 MHz
40.66 – 40.7 MHz	0.04 MHz	40.68 MHz
433.05 – 434.79 MHz	1.74 MHz	433.92 MHz
902 – 928 MHz	26 MHz	915 MHz
2.4 – 2.5 GHz	100 MHz	2.45 GHz
5725 – 5875 MHz	150 MHz	5800 MHz
24 – 24.250 GHz	250 MHz	24.125 GHz
61 – 61.5 GHz	500 MHz	6.250 GHz
122 – 123 GHz	1000 MHz	122.5 GHz
244 – 246 GHz	2000 MHz	245 GHz

Für jeden Funkstandard gib es ein Übertragungsprotokoll, welches die Datenstruktur regelt und die Übertragung überwacht. Dabei kommen verschiedene Übertragungsprotokolle für die einzelnen Funkverbindungen zum Tragen. In einem Frequenzband können auch verschiedene Übertragungsprotokolle verwendet werden. Beispielsweise verwendet Bluetooth und WiFi das gleiche Frequenzband von 2,4 – 2,5 GHz, jedoch verschiedene Übertragungsprotokolle.

Hier eine Liste der häufigsten Funkstandards:

Bluetooth: Manche kleinen Spielzeugdrohnen für Kinder verwenden Bluetooth für die Datenübertragung. Die Reichweite im Freien liegt bei ca. 100m. Dabei kann es zu Störungen, sogenannten Interferenzen, mit WiFi -Netzwerken oder Mikrowellenherde kommen. Es gibt auch Fernsteuerungen, welche die Steuersignale zum Mobiltelefon mittels Bluetooth senden und das Mobiltelefon ist wiederum über WiFi mit der Drohne verbunden.

Wi-Fi: Viele gängigen Drohnensets (Drohne, Kamera, Batterie und Fernsteuerung) werden in Verbindung mit einem Mobiltelefon und einem passenden App betrieben. Hierzu kommt der WiFi–Standard zum Einsatz um die Drohne zu Steuern und um das Videosignal zu übertragen. Realistische Reichweiten von WiFi-Verbindungen sind 200-300m. Manche hochwertigeren Fernsteuerungen erreichen Reichweiten von bis zu 2km. Dies hängt auch von den Umgebungsbedingungen ab. Dabei schwächen Berge, Wälder das Signal. Ebenso hat die Frequenzbandbelegung einen großen Einfluss auf die Reichweite. Wenn deine Drohne die maximale Reichweite erreicht, ist als erstes das Videosignal gestört, Steuerdaten werden in der Regel noch in ausreichender Qualität übertragen. Beachte jedoch immer, dass die Reichweiten, in welcher Drohnen betrieben werden dürfen, meist gesetzlich geregelt sind.

DSSS or FHSS: Direct-sequence spread spectrum (DSSS) und frequency-hopping spread spectrum (FHSS) sind Standards für die gängigen Funkfernsteuerungen von Modellfahrzeuge oder Modellflugzeuge. Dabei kann man mit einer Fernsteuerung verschiedene Modelle betreiben. Die Reichweite dieses Standards liegt bei ca. 2km.

27.12 MHz or 40.68 MHz: In diesem Frequenzband werden üblicherweise analoge Signale übertragen. Generell gilt, dass die Übertragung von Videosignalen und Steuersignalen getrennt in verschiedenen Frequenzbereichen übermittelt werden sollten. Beispielsweise kann eine Drohne analog mit 40,68 MHz gesteuert werden und das Videosignal wird mittels 2.4 GHz übertragen. (Das gleiche gilt auch für Steuersignale mittels 2,4 GHz Signal und Videosignale auf 5,8 GHz)

Wie sendet eine Drohne ein Video und was ist FPV?

FPV (first-person view) ist eine Methode, um eine Drohne aus der Sicht des mitfliegenden Piloten zu steuern. Mittels einer auf der Drohne montieren Kamera wird dem Piloten in Echtzeit das Videosignal auf eine FPV Brille oder einen Monitor übertragen. Wenn die Kamera auf einem Gimbal montiert ist, können die Beschleunigungssensoren der FPV Brille dazu genutzt werden, um die Kameraposition auf der Drohne mittels Kopfbewegung zu steuern.

FPV Rennen sind sehr spektakulär. Bei diesen Rennen fliegen kleine sehr schnelle Drohnen gleichzeitig durch einen Parkour. Die Drohnen sind sehr leicht und die Kamera ist fix mit den Ramen der Drohne verbunden. Das fliegen solcher Drohnen mittels FPV erfordert viel Übung, eine schnelle Reaktionszeit und fliegerisches Können.

Benötige ich ein Smartphone, um eine Drohne zu fliegen?

Im Bereich der kleinen Drohnen werden immer häufiger der WiFi Standard zur Datenübertragung verwendet. In diesem Fall benötigt man das Smartphone als Display für die Videoübertragung. Professionelle Drohnen werden mit einer besseren Funkfernsteuerung geflogen und falls ein Videosignal benötigt wird, wird dies über eine separate Funkübertragung zu einem Bildschirm übermittelt.

Bei manchen Flugsteuerungen können während des Fluges die Flugparameter verstellt werden. Mittels Bluetooth oder WiFi wird die Flugsteuerung mit einem Mobiltelefon verbunden. Über eine entsprechende App kann der Pilot die Parameter wie beispielsweise die Sensibilität auf Steuersignale ändern.

Benötige ich Internet um eine Drohne zu fliegen?

Nein, du braucht kein Internet um eine Drohne zu steuern. Die WiFi-Verbindung wird nur benutzt, um die Daten vom Mobiltelefon zur Drohne zu übermitteln. Die einzige Situation bei der das Internet verwendet werden kann, ist bei der Benutzung von Landkarten. Landkarten werden in Verbindung mit Autopiloten verwendet. Die Software nutzt das GPS Signal der Drohne und ladet sich die passende Karte herunter. Dies kann auch umgangen werden, indem man die entsprechenden Landkarten zuvor auf dem Mobiltelefon, Tablet oder Computer lokal speichert und sie offline nutzt.

Wie weit reicht die Funkübertragung zu einer Drohne?

Das hängt von der verwendeten Funkübertragung ab. Bluetooth hat im freien Feld eine Reichweite von ca. 100m, WiFi 200-300m und DSSS oder FHSS kann bis zu 2km Daten übermitteln. Generell gilt Drohnen immer im Sichtbereich zu betreiben.

Was ist eine Interferenz?

Eine Interferenz ist eine Überlagerung von Wellen, in unserem Fall von elektromagnetischen Wellen. Wenn zwei Wellen mit der gleichen Frequenz aufeinander treffen interagieren sie miteinander. Trifft ein Wellental auf einen Wellenberg, löschen sich die Wellen gegenseitig aus. Trifft ein Wellenberg und ein Wellenberg zusammen, überlagern sich die Signale. In beiden Fällen sind die übertragenen Daten unbrauchbar. Aus diesem Grund sollte man eine WiFi gesteuerte Drohne nicht im Siedlungsgebiet betreiben, da hier meist viele Heimnetzwerke vorhanden sind.