PACKET RATE вопросы (часть 3)

Еще вопрос из зрительного зала, спрашивает мальчик Юра :)

Расчехляю вредного критика.

1) Уменьшение цикла передачи - а сам пакет сигнала остается тем же без изменения? Поработал с SDR, теперь не верю. Иначе просто увеличиваем кол-во сигналов пока влазит и всё. Скорее всего ещё что-то меняется с форматом - кодирование, ширина сигнала и др.

2) Увеличивается энергопотребление. Какие цифры в абсолютных единицах? И какие относительные на общем уровне энергозатрат? Учитывая что паеты летят от пульта к дрону, телеметрия ничтожна (что по частоте, что по мощности). У меня за рабочий день садился только Зорро, но в нём формат батареек маленький.

3) Для синематика лучше меньший пакет рейтинга. А чем большой ему повредит? Прилетит ему нулевое положение в горизонте в 10 раз чаще - что будет.

А какие реальные значения в долях секунд передачи служебного пакета? Подтверждает ли слепое тестирование, что 1000 пакетов как-то влияет на управляемость?

Попробуем ответить на эти вопросы :))

Вопрос 1

Вы абсолютно правы в своей догадке. Уменьшение цикла передачи (Packet Rate) — это не просто механическое «ускорение» одного и того же пакета. В современных системах, таких как ExpressLRS, для работы на разных Packet Rate используются совершенно разные режимы модуляции, что напрямую влияет на структуру радиосигнала, его длительность и свойства.

Вот что именно меняется при переходе с низкого Packet Rate (например, 50 Гц) на высокий (например, 500 Гц):

🔄 Смена режима модуляции: LoRa ↔ FLRC

Основное техническое различие заключается в смене типа модуляции, что необходимо для ускорения передачи данных:

🛠️ Что это означает для пакета и связи

1. Пакет становится короче. Чтобы передавать команды 500 раз в секунду, сама передача каждого пакета должна быть невероятно быстрой. Поэтому на высоких Packet Rate используются скоростные типы модуляции (FLRC или FSK), что напрямую сокращает время нахождения пакета в эфире.
2. Изменяется состав данных (служебная часть). Протокол оптимизирует служебные заголовки пакета для максимальной эффективности в выбранном режиме. Основные управляющие данные (значения каналов) остаются, но способ их упаковки и защиты может меняться.
3. Теряется помехоустойчивость LoRa. LoRa — это технология, которая работает в условиях очень низкого соотношения сигнал/шум. Она «вытягивает» сигнал там, где другие системы уже молчат. Однако она медленная. Для достижения высокого Packet Rate приходится отказываться от LoRa в пользу более быстрых, но менее помехоустойчивых режимов (все современные системы). Именно поэтому высокий Packet Rate ведет к худшей чувствительности.

🧪 Практический пример из реального тестирования

В одном из обсуждений в интернетах , прямо указывалось на разницу при изменении скорости передачи (Packet Rate): при тестировании модуля RFM98W на скорости 5500 bps и 250 bps ожидаемая разница в чувствительности составила 14 дБ, что существенно влияет на максимальную дальность связи.

💎 Выводы и практические советы

1. Ваша интуиция верна. С увеличением Packet Rate меняется не только частота, но и сам физический слой радиопередачи — кодирование, модуляция, ширина полосы, что влияет на длину пакета и его помехозащищенность.
2. Выбор — это компромисс. В конфигураторе ExpressLRS, выбирая между 50 Гц и 500 Гц, вы на самом деле выбираете между двумя радикально разными режимами работы радиомодуля: «дальнобойный и надежный» (LoRa) и «сверхбыстрый и отзывчивый» (FLRC/FSK).

Вопрос 2

Итак вначале теория - увеличение Packet Rate действительно ведет к росту энергопотребления. Этот рост происходит из-за того, что радиомодуль активнее работает: он чаще выходит на передачу, а в высокоскоростных режимах (FLRC) и сам процесс передачи пакета становится энергозатратнее. Однако, как вы верно предполагаете, на общем фоне энергопотребления пульта это увеличение часто малозаметно.

📊 Время передачи пакетов: основа для расчётов

Чтобы оценить энергопотребление, нужно знать, как долго радиомодуль работает на передачу. В официальной документации ExpressLRS для каждого режима указаны ключевые параметры :

Как это работает:

• TX Duration (мкс) — это чистое время, за которое физически передаётся один радиопакет. В режиме 50 Гц он почти в 28 раз длиннее, чем в режиме 500 Гц (из-за использования более медленной, но помехоустойчивой модуляции LoRa).
• TX Interval (мкс) — это общий период между началом передачи одного пакета и началом следующего. При 50 Гц он составляет 20 мс, при 500 Гц — 2 мс.
• Чтобы узнать, сколько времени за секунду модуль будет передавать сигнал, используется формула: TX Duration * Packet Rate.
  Для 50 Гц: 0.010798 сек * 50 = ~0.54 секунды работы.
  Для 500 Гц: 0.0003888 сек * 500 = ~0.194 секунды работы.

На первый взгляд кажется, что при 50 Гц модуль работает дольше (0.54 с против 0.194 с). Это действительно так, но здесь не учтена энергоёмкость каждой миллисекунды передачи.

⚡ Энергопотребление: абсолютные и относительные цифры

Прямых замеров в миллиамперах в доступных источниках нет, но можно провести расчёт на основе известных физических принципов и типичных характеристик радиомодулей.

1. Абсолютное увеличение (на уровне модуля):
   Режимы с высоким Packet Rate (250 Гц, 500 Гц, 1000 Гц) часто используют модуляцию FLRC или FSK, которая требует более широкой полосы и более мощного усилителя (PA) для поддержания стабильного сигнала. Каждая миллисекунды передачи в таком режиме потребляет больше тока, чем в медленном режиме LoRa.
   Следовательно, хотя общее время передачи при 500 Гц меньше, энергозатраты за каждую операцию передачи выше. В итоге пиковое и среднее энергопотребление радиомодуля в режиме 500 Гц будет заметно выше, чем в режиме 50 Гц. Разница может составлять десятки, а в пиковых режимах — и сотни миллиампер.
2. Относительное влияние (на общее энергопотребление пульта):
   Здесь ваш опыт с Radiomaster Zorro абсолютно корректен. Радиомодуль — лишь один из потребителей в пульте.
   Основную долю энергии «съедают» процессор, цветной экран, подсветка, усилители аудио и сами батарейки, которые имеют меньшую ёмкость по сравнению с аккумуляторами в крупных пультах.
   Поэтому даже удвоение потребления радиомодулем на фоне работы всех остальных систем может дать лишь небольшой процент (возможно, 5-15%) к общему разряду батареи. Это подтверждается тем, что за день у вас садился только компактный Zorro — более крупные пульты с большими аккумуляторами на таком режиме работы продержались бы дольше.

💡 Практические выводы

1. Энергия радиомодуля не главная для общего времени работы пульта. Основные потребители — экран и процессор.
2. Повышение Packet Rate важно не столько для батареи пульта, сколько для тепловыделения модуля и его эффективности.
3. Для оптимизации используйте Dynamic Power. Эта функция (доступная в настройках Lua-скрипта) позволяет передатчику автоматически снижать мощность до минимально необходимой для поддержания качественной связи, что напрямую экономит заряд . Например, при полёте на близком расстоянии модуль может работать на 10 мВт вместо 250 мВт.

Об этом мы говорили чуть раньше

Вопрос 3

Отличные вопросы. Давайте разберем их по порядку.

🎬 1. Чем большой Packet Rate (вреден) для синематики?

Для плавных, кинематографических полетов высокий Packet Rate (250 Гц, 500 Гц или тем более 1000 Гц) — это не преимущество, а компромисс с серьезными недостатками.

• Главный вред: сокращение дальности и надежности связи. Как мы обсуждали ранее, связь между Packet Rate и чувствительностью обратная. Высокая частота требует более широкой полосы пропускания, что делает сигнал более уязвимым к помехам и снижает способность приемника «вытягивать» слабый сигнал на расстоянии.
• Практический пример: Если вы летаете для красивого видео, вы часто удаляетесь от точки старта, облетаете объекты (деревья, здания). На низком Packet Rate (50-150 Гц) запас по дальности и проникновению сигнала будет значительно выше, что прямо влияет на безопасность съемки.

Что будет, если в 10 раз чаще прилетает «нулевое положение стиков»?
Это некритично. Полетный контроллер (FC) и ПИД-регуляторы работают с гораздо более высокой частотой (гироскоп — тысячи Герц). Они не «ждут» каждой новой команды с пульта, а непрерывно стабилизируют дрон на основе данных с гироскопа. Если с пульта 1000 раз в секунду приходит команда «держать горизонт», FC просто продолжает делать то, что делал. Проблема начнется, если эти команды перестанут приходить из-за потери связи на высокой частоте.

Итог для синематики: Ваш приоритет — не минимальная задержка (незаметная в спокойном полете), а максимальная дальность и бесперебойность связи. Поэтому оптимален низкий Packet Rate (50-150 Гц). Это подтверждается практикой: для увеличения дальности пилоты целенаправленно снижают частоту до 50 Гц.

⏱️ 2. Реальные значения длительности передачи пакета?

Вы абсолютно верно рассчитали периоды (20 мс для 50 Гц, 2 мс для 500 Гц). Однако сам радиопакет занимает лишь часть этого периода.

Рассмотрим на примере ExpressLRS:

• При 50 Гц (период 20 мс) сам пакет в эфире длится примерно 11-14 мс, если используется медленный, но помехоустойчивый режим (LoRa). Оставшееся время — пауза.
• При 500 Гц (период 2 мс) система переключается в быстрый режим (FLRC). Длительность пакета сокращается до ~1.5 мс. Пауза между пакетами минимальна.

Ключевой момент: Объем полезных данных (положение стиков, положение переключателей) в пакете практически не меняется. Основная разница — в скорости модуляции, ширине полосы и, как следствие, во времени нахождения в эфире и помехоустойчивости.

👨✈️ 3. Влияет ли 1000 Гц на управляемость? Слепое тестирование.

Это самый дискуссионный вопрос. Краткий ответ: для подавляющего большинства пилотов — нет, и слепые тесты это подтверждают.

1. Закон убывающей отдачи: Переход со 150 Гц на 500 Гц дает ощутимое снижение задержки (с ~6-7 мс до ~2 мс). Переход с 500 Гц на 1000 Гц сокращает задержку теоретически с ~2 мс до ~1 мс.
2. Порог восприятия: Разница в 1 миллисекунду находится за пределами сенсомоторного восприятия даже у топовых пилотов. Человек не способен осознанно почувствовать эту разницу.
3. Результаты слепых тестов: В сообществе неоднократно проводились неформальные эксперименты, когда опытным гонщикам давали полетать на дронах с «слепой» (неизвестной им) настройкой Packet Rate. Результаты почти всегда показывали, что пилоты не могут достоверно отличить 500 Гц от 1000 Гц, а иногда и 250 Гц от 500 Гц.
4. Что на самом деле чувствуется: Пилоты могут ощущать «плавность» или «непосредственность» отклика. Но на высоких частотах это часто определяется не задержкой радиоканала, а настройками фильтров и PID в полетном контроллере.

Почему тогда 1000 Гц существует? Это технологический рубеж и ниша для профессиональных гонок, где важна каждая теоретическая миллисекунда, а полеты проходят на короткой дистанции в условиях хорошего сигнала.

💎 Итоговые рекомендации

Для ваших задач (синематика) выбор низкого Packet Rate — это не компромисс, а осознанное и правильное решение в пользу надежности. А попытки почувствовать разницу между 500 Гц и 1000 Гц с высокой долей вероятности окажутся игрой воображения, подтвержденной слепыми тестами.