ExpressLRS (ELRS) : comprendre le lien radio du FPV

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ExpressLRS, souvent abrégé ELRS, est le lien radio open source qui relie votre radiocommande à votre drone. Il transmet vos ordres de pilotage et remonte la télémétrie. Lancé en 2020 par une poignée de développeurs, il est devenu en quelques années le standard du FPV, au point d’être intégré d’usine dans la plupart des radiocommandes vendues aujourd’hui.

Ce guide explique ce qu’est ExpressLRS, comment il fonctionne, ce qu’il apporte face aux systèmes concurrents, et ce qu’il faut savoir avant de s’y mettre. Chaque section se lit indépendamment : allez directement à celle qui vous intéresse.

C’est quoi, ExpressLRS ?

ExpressLRS est un protocole de liaison radio, c’est à dire la couche logicielle qui fait dialoguer l’émetteur de votre radiocommande avec le récepteur embarqué dans le drone. Il ne s’occupe pas de l’image, uniquement du pilotage et de la télémétrie.

Sa particularité est d’être entièrement open source et développé par une communauté internationale de pilotes et de développeurs, et non par une marque. N’importe quel fabricant peut donc produire du matériel compatible, ce qui explique l’ampleur du catalogue actuel : le projet revendique plus de cinquante fabricants et plusieurs centaines d’appareils compatibles, des récepteurs de 0,46 gramme aux modules d’émission bi bande.

La version stable actuelle est la 4.1.0.

ExpressLRS, CRSF : qui parle à qui ?

C’est une confusion fréquente, et elle mérite d’être levée tout de suite. ExpressLRS n’est le protocole que sur la liaison sans fil, entre l’émetteur et le récepteur. Les deux liaisons filaires, elles, utilisent un autre protocole : le CRSF.

• Entre votre radiocommande et le module d’émission : CRSF.
• Entre la radio et le drone, dans les airs : ExpressLRS.
• Entre le récepteur et le contrôleur de vol, donc Betaflight : CRSF à nouveau.

Or le CRSF n’a pas été inventé par ExpressLRS. Il a été développé par Team BlackSheep pour son système Crossfire, et ExpressLRS s’est appuyé dessus plutôt que de réinventer un protocole série. C’est un protocole bidirectionnel qui fait passer les ordres de pilotage et la télémétrie sur un seul port série du contrôleur de vol.

Ce choix explique une chose très pratique : c’est parce que les deux systèmes parlent CRSF côté filaire qu’un récepteur ExpressLRS se câble et se configure exactement comme un récepteur Crossfire, et que Betaflight les traite de la même façon.

D’où vient ExpressLRS ?

Quand nous avions présenté ExpressLRS pour la première fois sur Culture FPV, en avril 2021, le projet était encore expérimental. Il fallait détourner du matériel existant, principalement des modules FrSky R9M dont il fallait parfois modifier une résistance, ou bricoler soi même un module à partir d’une carte de développement ESP32. À l’époque, notre conclusion était qu’il fallait attendre que le projet mature avant de s’y engager.

Cinq ans plus tard, la situation s’est complètement inversée. ExpressLRS n’est plus une alternative de bricoleur, c’est le choix par défaut. Les radiocommandes récentes l’embarquent en interne, les drones prêts à voler sont livrés avec un récepteur ELRS, et ce sont désormais les protocoles propriétaires qui doivent justifier leur existence.

Comment ça marche, concrètement ?

Il vous faut deux éléments : un émetteur côté radiocommande, interne ou sous forme de module dans la baie arrière, et un récepteur dans le drone. Les deux doivent tourner sur la même version majeure d’ExpressLRS.

Le réglage qui structure tout le reste est le packet rate, c’est à dire le nombre de paquets envoyés par seconde. Plus il est élevé, plus la latence est basse, mais plus la portée diminue. ExpressLRS propose plusieurs familles :

• Les modes LoRa (50, 100, 150, 250, 333 et 500 Hz) : bonne résistance aux interférences et longue portée.
• Les modes FLRC (F500, F1000) : latence minimale, portée réduite. Le F1000 vise la course.
• Les modes DVDA (D500, D250) : chaque paquet est envoyé plusieurs fois pour résister aux environnements bruités, au prix d’un peu de latence.
• Les modes Full Resolution (100 Hz Full, 333 Hz Full) : résolution complète sur tous les canaux, utile en aile fixe avec des servos.

En pratique, le réglage courant sur la grande majorité des machines en 2,4 GHz est le 250 Hz. C’est le bon compromis entre latence et portée, et c’est ce que vous pouvez laisser en place sans y penser. Descendez à 50 Hz si vous cherchez de la distance, montez en FLRC si vous faites de la course.

Et retenez surtout ceci : baisser le packet rate donne plus de portée que monter la puissance. C’est le réglage à toucher en premier si vous cherchez de la distance.

Comment appairer sa radio et son récepteur ?

ExpressLRS documente six méthodes d’appairage. Il n’est pas nécessaire de toutes les connaître, mais savoir qu’elles existent évite de rester bloqué quand l’une ne fonctionne pas.

1. La phrase de bind, ou binding phrase : un mot de passe commun à l’émetteur et au récepteur, qui les apparie sans aucune manipulation. C’est la méthode recommandée par le projet.
2. Le bind traditionnel : trois cycles d’alimentation du récepteur, puis le bouton Bind dans le script Lua de la radio.
3. Le triple cycle d’alimentation seul, disponible depuis la version 3.4.0.
4. Le bouton de Betaflight Configurator, dans l’onglet Récepteur.
5. La commande CLI bind_rx, équivalente au bouton précédent.
6. L’appui physique sur le bouton Boot du récepteur, ou le court circuitage du pad correspondant.

Si vous débutez, nous avons résumé la méthode la plus simple pour binder sous ELRS dans un format court, à regarder avant de vous lancer.

Depuis la version 4.1.0, il est également possible de lancer l’appairage directement depuis le menu de la radio, sans passer par le Wi Fi. Nous détaillons cette nouveauté dans notre article sur le bind ELRS depuis la radio.

2,4 GHz ou 900 MHz : lequel choisir ?

ExpressLRS fonctionne sur deux bandes. Le 2,4 GHz est le standard actuel : antennes compactes, matériel abondant, et des performances de portée qui rivalisent avec les fréquences basses grâce à la modulation LoRa. C’est le bon choix pour l’immense majorité des pilotes.

Le 900 MHz, appelé sub GHz, pénètre mieux les obstacles et le relief, ce qui en fait le choix du long range. Sa contrepartie est la taille des antennes, nettement plus encombrantes. Attention à la fréquence exacte selon votre région : 868 MHz dans l’Union européenne, 915 MHz ailleurs.

Depuis l’arrivée de la puce LR1121, certaines radios gèrent les deux bandes dans un seul module, et permettent donc de basculer de l’une à l’autre sans changer de matériel.

Gemini et Gemini X : à quoi ça sert vraiment ?

Ce sont deux modes que l’on voit de plus en plus sur les fiches produit, et qui sont régulièrement mal compris.

Le mode Gemini envoie le même paquet simultanément sur deux fréquences, espacées de 40 MHz en 2,4 GHz. Un récepteur en vraie diversité, donc équipé de deux antennes, reçoit les deux en même temps. Il faut du matériel prévu pour, des deux côtés.

Le mode Gemini Xrossband, abrégé GemX, va plus loin : il émet simultanément en 2,4 GHz et en 900 MHz. Il exige deux puces LR1121, une par bande, et un récepteur compatible GemX.

Ce que ça apporte : une bien meilleure résistance aux interférences, une qualité de lien plus stable jusqu’au décrochage, et une télémétrie plus fiable. Utile en course, en environnement saturé, ou quand on vole à plusieurs.

Ce que ça n’apporte pas, et c’est important : de la portée. La documentation officielle est explicite sur ce point. La sensibilité reste celle du packet rate choisi, et le décrochage se produira approximativement à la même distance. Gemini fiabilise le lien, il ne l’allonge pas.

Quelle puissance d’émission utiliser ?

Les niveaux vont de 25 mW à 1 W. En pratique, 100 à 250 mW couvrent les besoins de la quasi totalité des pilotes : 100 mW en 2,4 GHz suffisent déjà à couvrir des distances considérables dans de bonnes conditions.

Monter la puissance consomme davantage et fait chauffer le module, au point qu’il est conseillé d’activer le ventilateur au delà de 250 mW. La fonction Dynamic Power ajuste automatiquement la puissance selon la qualité du signal, ce qui économise la batterie de la radio en vol rapproché.

Le point réglementaire, qu’il faut connaître. Dans l’Union européenne, et donc en France, la puissance d’émission sur la bande 2,4 GHz est limitée à 100 mW. C’est la norme ETSI EN 300 328 qui l’impose, et ExpressLRS propose pour cela un firmware dit EU LBT, pour Listen Before Talk, qui écoute le canal avant d’émettre et plafonne la puissance à cette valeur.

Dans les faits, une partie des pilotes n’installe pas ce firmware, précisément pour pouvoir dépasser les 100 mW. Il faut savoir que ce choix sort du cadre réglementaire, et que le firmware européen a aussi un coût technique : l’écoute du canal avant émission réduit la portée maximale d’environ 15 à 20 % par rapport au firmware non restreint. Chacun décide en connaissance de cause.

Quels sont les avantages d’ExpressLRS face aux autres systèmes ?

Face aux protocoles propriétaires comme le Crossfire de TBS, le Ghost d’ImmersionRC ou le R9 de FrSky, ExpressLRS aligne quatre arguments.

• Le prix. Un récepteur ELRS coûte quelques euros, là où un récepteur propriétaire se compte en dizaines d’euros. Sur une flotte de plusieurs machines, l’écart devient considérable.
• Les performances. Latence très basse et portée élevée, avec des taux de rafraîchissement qui montent jusqu’à 1000 Hz.
• Le choix. Plus de cinquante fabricants produisent du matériel compatible, ce qui tire les prix vers le bas et évite d’être prisonnier d’une marque.
• L’ouverture. Le développement est public, les corrections arrivent vite, et rien n’est verrouillé.

Et les inconvénients ?

Ils sont réels, et il vaut mieux les connaître avant de se lancer.

Tout le matériel ELRS ne se vaut pas. C’est le revers direct de l’ouverture : le protocole est commun, mais chaque fabricant reste responsable de sa propre fabrication. La qualité des composants, des soudures, des antennes et du contrôle en sortie d’usine varie d’une marque à l’autre. Deux récepteurs annoncés identiques sur le papier peuvent se comporter très différemment. Sur un lien radio, dont dépend le contrôle de la machine, ce n’est pas un détail : c’est un endroit où il vaut mieux payer un peu plus cher chez un fabricant sérieux.

La compatibilité entre versions est stricte. ExpressLRS numérote ses versions selon le schéma majeure point mineure point correctif. Seules les versions partageant le même numéro majeur communiquent entre elles. Concrètement, si vous passez votre émetteur en 4.x, tous vos récepteurs doivent y passer aussi. Le passage de la 3.x à la 4.0 a ainsi obligé tout le monde à tout reflasher en une fois.

Il faut flasher son matériel. C’est devenu beaucoup plus simple, y compris depuis un téléphone, mais cela reste une étape que les protocoles propriétaires n’imposent pas au même degré.

Le nombre de réglages peut dérouter. Packet rates, modes de switches, puissance, télémétrie, modes Gemini : la souplesse d’ExpressLRS est aussi sa complexité. C’est exactement le même symptôme que Betaflight, qui souffre du même excès de richesse : on peut tout régler, donc on croit qu’il faut tout régler. Dans les deux cas, les valeurs par défaut conviennent à l’immense majorité des pilotes, et il vaut mieux ne toucher qu’à ce qu’on comprend.

Comment ExpressLRS s’intègre dans une radiocommande ?

Deux cas de figure. Soit votre radio embarque un émetteur ELRS interne, c’est le cas de la plupart des modèles récents, et il n’y a rien à ajouter. Soit vous utilisez un module externe dans la baie arrière, ce qui permet d’équiper une radio plus ancienne.

Côté logiciel, tout se pilote depuis EdgeTX via un script Lua accessible directement sur la radio. C’est là que se règlent le packet rate, la puissance, le mode d’antenne et la télémétrie, sans jamais brancher la machine à un ordinateur.

Si vous en êtes au choix de votre radiocommande, notre guide d’achat radiocommande détaille les modèles actuels et précise lesquels embarquent ExpressLRS d’origine, en 2,4 GHz seul ou en bi bande.

Faut-il passer à ExpressLRS aujourd’hui ?

Si vous débutez, la question ne se pose même plus : votre radio l’embarque probablement déjà, et vos futurs drones aussi. C’est le chemin par défaut, le moins cher et le mieux fourni.

Si vous volez encore en Crossfire ou en Ghost et que votre matériel vous satisfait, rien ne vous oblige à changer du jour au lendemain. Mais au moment de renouveler votre parc, la question du coût des récepteurs et de la disponibilité du matériel tranchera d’elle même.

Pour aller plus loin

• Guide d’achat radiocommande : choisir une radio, et savoir laquelle embarque ExpressLRS.
• Binder ELRS depuis sa radio : la procédure d’appairage sans Wi Fi apparue en 4.1.0.
• Flasher ELRS depuis son téléphone : mettre à jour un récepteur sans ordinateur.
• La méthode la plus simple pour binder sous ELRS : notre format court sur l’appairage.