淺談遙控器技術(shù)的更迭與挑戰(zhàn)

謝波

航模整機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)了專(zhuān)業(yè)配套設(shè)備如遙控器、飛控（早期是陀螺儀）、充電器、電子調(diào)速器的不斷升級(jí)。早期的模型遙控器主要由日本、德國(guó)、韓國(guó)、臺(tái)灣等地生產(chǎn)，其中日本有Futaba、JR、Herorob、Sanwa等；德國(guó)有Graupner；韓國(guó)有Hitech；臺(tái)灣地區(qū)有雷虎、先豪、亞拓等。其中雷虎和先豪是較早進(jìn)入中國(guó)大陸市場(chǎng)投資并生產(chǎn)遙控器的廠商。

由于遙控器負(fù)責(zé)控制模型飛行以及各種功能的調(diào)控，因此其傳輸信號(hào)的穩(wěn)定程度對(duì)于模型的操縱有著重要影響。受通信技術(shù)限制，模友早期更愿意選擇相對(duì)成熟的外國(guó)品牌遙控器。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)模型遙控器已經(jīng)打破外國(guó)品牌為主的局面，部分品牌在國(guó)外市場(chǎng)占有了一席之地。下面，將為大家介紹模型遙控器發(fā)展的不同階段以及其所將面對(duì)的挑戰(zhàn)。

技術(shù)更迭促發(fā)展

FM低頻模擬調(diào)制時(shí)代

遙控器信號(hào)通常采用35MHz、40MHz、72MHz三個(gè)專(zhuān)屬頻段。每個(gè)頻段可使用的帶寬為1MHz。

隨著無(wú)線電應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各國(guó)相繼出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)，如美國(guó)負(fù)責(zé)監(jiān)管的部門(mén)為FCC（美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)）、中國(guó)負(fù)責(zé)監(jiān)管的部門(mén)為工信部國(guó)家無(wú)線電管理局。不同國(guó)家間的無(wú)線電管理規(guī)定也有所區(qū)別，如我國(guó)規(guī)定航模應(yīng)使用72MHz頻段。

最初，遙控器多采用模擬FM調(diào)制，發(fā)射PPM信號(hào)。由于各品牌遙控器與接收機(jī)信號(hào)可互相兼容，因此需通過(guò)使用具有不同頻點(diǎn)（如72.180MHz、72.890MHz）的可插拔晶振進(jìn)行區(qū)分。通常，同一場(chǎng)地同一波段（如72MHz）最多支持6人互不干擾地使用遙控器。

這一時(shí)期，外國(guó)品牌主要有Futaba、JR、Hitech，而國(guó)內(nèi)則先后涌現(xiàn)出振華、易思凱、華科爾、孵化、樂(lè)迪、環(huán)球飛、天地飛、富斯、馳遠(yuǎn)、日冠（僅做接收機(jī)）等品牌。其中，日冠的二次混頻接收機(jī)性能在當(dāng)時(shí)超越了很多國(guó)內(nèi)外同行，享譽(yù)國(guó)際市場(chǎng)。

2.4G數(shù)字調(diào)制時(shí)代

由于模友群體的擴(kuò)大，同一場(chǎng)地經(jīng)常出現(xiàn)頻率“撞車(chē)”的情況。當(dāng)模型靠近某一臺(tái)遙控器時(shí)，操縱權(quán)很容易被這臺(tái)距離更近的遙控器接管。因此，更大帶寬的數(shù)字調(diào)制成為遙控器發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于ISM（Industrial Scientific Medical）頻率的帶寬為83.5MHz，遠(yuǎn)比專(zhuān)屬的低頻波段的帶寬高，可同時(shí)支持更多的遙控器使用，因此被越來(lái)越多的遙控器企業(yè)選用。

起初，ISM頻率中的2.4G （2 400-2 483.5MHz）波段為全世界共享的開(kāi)放波段，原則上任何電子設(shè)備無(wú)需授權(quán)，均可使用。

自2008年起，航模遙控器逐漸步入2.4G時(shí)代。在這場(chǎng)通信技術(shù)的升級(jí)過(guò)程中，廠商的格局也悄然發(fā)生了變化：日本Futaba、JR等大牌廠商依然是行業(yè)引領(lǐng)者；美國(guó)Spectrum借機(jī)占領(lǐng)了美國(guó)大部分市場(chǎng)；而德國(guó)的Graupner和韓國(guó)的Hitech則因性?xún)r(jià)比低而越來(lái)越少被模友使用。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也愈發(fā)激烈，部分品牌悄然退市或轉(zhuǎn)做它行。留下的品牌則加快腳步，逐漸占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)：富斯憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在國(guó)外市場(chǎng)一度持有較高的保有量；睿思凱因其強(qiáng)大的開(kāi)源軟件及一流的硬件設(shè)計(jì)水平被模友們津津樂(lè)道，其在美國(guó)市場(chǎng)上的受歡迎程度甚至一度超越了部分美國(guó)本土品牌。

2.4G擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用

由于2.4G為開(kāi)放波段，除模型遙控器外，Wi-Fi、藍(lán)牙等電子設(shè)備也同樣使用這個(gè)波段，因此同品牌遙控器之間、不同品牌遙控器間、遙控器和其他電子設(shè)備間的相互干擾日益嚴(yán)重。特別是城市中各處Wi-Fi的建設(shè)和普及，使其信號(hào)影響無(wú)處不在，就連之前很少出現(xiàn)失控問(wèn)題的Futaba遙控器也因干擾問(wèn)題，出現(xiàn)了遙控距離變短或突然丟失信號(hào)的情況?？垢蓴_成了遙控器廠商無(wú)法回避的課題。

擴(kuò)頻通信技術(shù)是抗干擾最有效的手段之一。常用的擴(kuò)頻通信方式有直接序列擴(kuò)頻（簡(jiǎn)稱(chēng)DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）和跳頻擴(kuò)頻（簡(jiǎn)稱(chēng)FHSS，F(xiàn)requency Hoppoing Spread Spectrum）。國(guó)內(nèi)外的遙控器廠商多使用這兩種擴(kuò)頻技術(shù)，如Futaba的ASST技術(shù)是基于FHSS開(kāi)發(fā)而來(lái)；睿思凱、亞拓采用的也是FHSS技術(shù)，JR、華科爾、天地飛、樂(lè)迪等則采用DSSS技術(shù)。

技術(shù)不同，采用的芯片也不同。其中睿思凱和Futaba的遙控器采用了美國(guó)TI（德州儀器）的CC2500芯片，使用FSK數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)；華科爾、天地飛則使用美國(guó)Cypress（賽普拉斯）的CYRF6936芯片，采用了其自帶的FSK調(diào)制的DSSS技術(shù)。樂(lè)迪的T系列產(chǎn)品同睿思凱一樣使用CC2500芯片方案，而A系列則采用TI的CC2533芯片并自帶QPSK調(diào)制的DSSS技術(shù)。富斯使用了臺(tái)灣笙科電子的A7105芯片，采用FSK調(diào)制，芯片不自帶擴(kuò)頻功能。

2.4G COFDM圖傳遙控二合一時(shí)代

FPV（First Person View）超視距飛行及穿越機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)圖像傳輸要求較高，目前DIY市場(chǎng)上主要采用5.8G圖傳與2.4G遙控器相配合的方式（使用不同波段是為了防止互相干擾）。2015年，大疆創(chuàng)新開(kāi)始采用上?？嵝疚⒌臒o(wú)線解決方案，即遙控器和圖傳都使用2.4G波段的無(wú)線整合鏈路。該方案中，遙控器采用了低速率窄帶寬的FHSS擴(kuò)頻通信，圖傳則使用信道可疊加的高頻譜利用率的COFDM（類(lèi)似手機(jī)4G技術(shù)）寬帶傳輸。COFDM既能在同等頻率帶寬下保持較高的傳輸速率，又能以較低的速率來(lái)獲得更遠(yuǎn)的傳輸距離，并且支持遙控器和圖傳使用不同信道傳輸，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控與高清數(shù)字圖傳互不影響。

用戶(hù)需求立新標(biāo)

隨著航空模型的不斷發(fā)展，遙控器的需求也有所變化。其發(fā)展正面臨著來(lái)自功能、通信和工業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)方面的挑戰(zhàn)。

功能挑戰(zhàn)

航空模型主要包括固定翼、模型直升機(jī)以及多旋翼三大類(lèi)產(chǎn)品。早期固定翼模型飛機(jī)占據(jù)了大部分市場(chǎng)。隨著陀螺儀技術(shù)的成熟，模型直升機(jī)的操縱難度大大降低，讓更多人加入了該機(jī)型的陣營(yíng)。2012年，大疆在德國(guó)紐倫堡展出的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)采用了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的飛控技術(shù)，在控制價(jià)格及生產(chǎn)難度的同時(shí)，進(jìn)一步降低了操縱難度，吸引了許多無(wú)任何模型操縱經(jīng)驗(yàn)的人，成功點(diǎn)燃了消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)。

縱觀模型遙控器的發(fā)展變遷，用的了、用的好、用的起三點(diǎn)決定了產(chǎn)品的命運(yùn)。一臺(tái)專(zhuān)業(yè)的遙控器應(yīng)既能支持大部分主流機(jī)型，又具有人性化交互方式。而要做到這些，就要求遙控器的設(shè)計(jì)者能夠深入了解每款機(jī)型的特點(diǎn)，以便更合理地配置遙控器。這不僅需要長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐和積累，還要及時(shí)明晰市場(chǎng)變化。如此長(zhǎng)期的投入對(duì)企業(yè)是一種很大的挑戰(zhàn)。

通信挑戰(zhàn)

在頻率資源有限的今天，遙控器面臨著來(lái)自生活中多種干擾源的威脅，而突破通信技術(shù)的瓶頸將是解決這個(gè)問(wèn)題的主要途徑。擴(kuò)頻通信技術(shù)雖已成為遙控器的標(biāo)準(zhǔn)配置，卻并不成熟。其中，DSSS技術(shù)可抗同頻干擾，但遇到大帶寬的強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)，其誤碼率會(huì)顯著升高；FHSS技術(shù)雖不能抗同頻干擾，但可避開(kāi)干擾。此外，支持DSSS技術(shù)的芯片自帶擴(kuò)頻功能，而FHSS技術(shù)則需要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻。

由于一般的遙控器屬于單向通信設(shè)備，沒(méi)有握手協(xié)議，且各家芯片參數(shù)不同，無(wú)現(xiàn)成技術(shù)可供參考，因此就需要廠商自行設(shè)計(jì)通信算法。而遙控器對(duì)實(shí)時(shí)性要求又非普通無(wú)線設(shè)備可比擬，一旦算法出現(xiàn)漏洞將會(huì)造成失步性假死機(jī)情況。目前看來(lái)，只有采用DSSS與FHSS配合使用的雙擴(kuò)頻技術(shù)才能大大提升遙控器的抗干擾能力。如何將兩者更好的配合使用，以提高通信穩(wěn)定性，也是企業(yè)需要面對(duì)的一大挑戰(zhàn)。

工業(yè)設(shè)計(jì)

在滿足功能和通信穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上，遙控器工業(yè)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣也成為消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)時(shí)的重要參考。好的工業(yè)設(shè)計(jì)不僅要求外觀精致，還要在人體工程學(xué)設(shè)計(jì)、UI（用戶(hù)界面）風(fēng)格等方面進(jìn)行深入優(yōu)化。由于缺乏綜合性設(shè)計(jì)人才，因此國(guó)內(nèi)廠商大多采用模仿大牌產(chǎn)品的保守設(shè)計(jì)，以降低風(fēng)險(xiǎn)。還有小部分廠商產(chǎn)品外觀雖采用獨(dú)立設(shè)計(jì)，但造型卻很難被大眾接受。如何設(shè)計(jì)出更加人性化，外形又美觀的遙控器，是企業(yè)將要面對(duì)的第三種挑戰(zhàn)。

經(jīng)過(guò)十幾年的積累發(fā)展，中國(guó)本土品牌的遙控器在功能上已能與外國(guó)品牌的高端產(chǎn)品相競(jìng)爭(zhēng)。如今，中國(guó)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上份額在逐漸增加，但還需繼續(xù)努力提升品牌底蘊(yùn)。對(duì)于遙控器廠商來(lái)說(shuō)，每次技術(shù)升級(jí)既是機(jī)遇也是危機(jī)，只有厚積薄發(fā)、積極創(chuàng)新，才能獲得更好的發(fā)展。