Оборудование для передачи данных по радиоканалу. Как всех посчитать (или передача данных по радиоканалу). Выходная мощность передатчика
АКИМОВ Владимир Николаевич, кандидат технических наук, НИРИТ, главный инженер
БАБИН Александр Иванович, кандидат технических наук, профессор, НИРИТ, директор по развитию
ШОРИН Александр Олегович, МТУСИ, инженер-программист Научно-исследовательской части
Радиомодемы диапазонов VHF/ UHF в задачах охраны и мониторинга объектов
В данной статье рассматривается класс узкополосных радиомодемов, используемых при построении радиосетей передачи данных. Предложена классификация выпускаемых в настоящее время отечественных и зарубежных радиомодемов. Проведен сравнительный анализ основных характеристик радиомодемов. Кроме того, приведены нормативные документы и требования к основным техническим характеристикам РЭС. Материалы статьи позволят разработчикам и потенциальным пользователям оптимальным образом проектировать системы радиосвязи для решения задач охраны и мониторинга объектов.
Радиомодемы – это отдельный класс устройств, предназначенных для передачи данных по радиоканалу и выполняющих функцию выделенной цифровой линии высокого качества. Они работают на скоростях от 1,2 до19,2 кбит/с и на расстоянии до 50 км. Некоторые модели поддерживают режимы работы «точка – точка», «точка – много точек» и режим ретрансляции, что позволяет реализовывать любую конфигурацию сети.
В данной статье рассматривается класс узкополосных радиомодемов, которые используются при построении сетей сбора данных, не требующих обмена большими объемами информации, но критичных к оперативности и достоверности ее доставки. Радиомодемы служат для создания надежной транспортной среды при организации автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), систем определения местоположения подвижных объектов, систем охраны и т.д.
Узкополосные сети передачи данных широко применяются в интересах:
- промышленных предприятий;
- охранной и пожарной сигнализации;
- обеспечения безопасности помещений и личности;
- контроля состояния окружающей среды;
- предприятий топливно-энергетического комплекса;
- нефте- и газодобывающей промышленности − для сбора, обработки, накопления и хранения данных об объемах производства и дистанционного управления объектами;
- нефте-, газо- и водопроводов − для контроля потоков, дистанционного управления насосными станциями и аварийного их отключения;
- городских служб ЖКХ;
- горнодобывающих предприятий;
- автоматизированного управления на железнодорожном транспорте;
- транспортных организаций;
- задач позиционирования (GPS, ГЛОНАСС).
Системы радиотелеметрии
Радиотелеметрия охватывает вопросы измерения физических величин, характеризующих состояние объектов или процессов, передачи результатов этих измерений, регистрации и обработки полученных данных. К радиосетям передачи данных (РСПД) радиотелеметрических систем предъявляются специальные требования:
- обеспечение работы многоточечных сетей с десятками и сотнями абонентов;
- возможность сопряжения с высокоточным измерительным оборудованием (0,5% полной шкалы изменения измеряемой физической величины);
- передача результатов измерений с высокой доверенностью;
- применение помехоустойчивых кодов;
- наличие режимов контроля и коррекции ошибок.
Системы радио-сигнализации
Системы радиосигнализации предназначены для охраны и мониторинга удаленных объектов с передачей информации по радиоканалу. Среди требований, предъявляемых к оборудованию систем радиосигнализации, − способность безотказно выполнять свои функции в условиях помех и работать от автономных источников питания.
В общем случае системы сигнализации, мониторинга и охраны, как и системы радиотелеметрии, представляют собой системы сбора и обработки информации.
Классификация узкополосных радиомодемов
Четкой общепринятой классификации радиомодемов не существует, однако в качестве классификационных критериев можно использовать следующие характеристики оборудования:
- назначение (область применения);
- диапазон рабочих частот;
- число рабочих каналов;
- режимы работы;
- скорость передачи данных;
- тип и количество интерфейсов сопряжения с ЭВМ;
- поддерживаемые протоколы и приложения;
Основные характеристики радиомодемов
Назначение (область применения)
Как правило, большинство радиомодемов не являются универсальными. По назначению можно выделить три группы этих устройств:
- для систем передачи цифровой информации;
- для систем радиотелеметрии и телеуправления;
- для систем радиосигнализации, мониторинга и охраны.
К оборудованию каждой группы предъявляются разные требования.
Так, для первой группы ключевым параметрами являются скорость передачи данных, тип и количество интерфейсов сопряжения, поддерживаемые протоколы и приложения.
Устройства второй группы, помимо названных выше требований, должны поддерживать работу с множеством абонентов, сопряжение с высокоточным измерительным оборудованием, передачу результатов измерений с высокой достоверностью, режим контроля и коррекции ошибок.
Нормативные документы, определяющие требования к оборудованию радиосетей передачи данных (РСПД)ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения. ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений. ГОСТ Р 50657-94. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. ГОСТ Р 50736-95. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений. ГКРЧ решения по выделению полос частот для сетей РСПД. (Решение ГКРЧ № 06-18-04-001 от 11.12.2006 г. в диапазоне 450 МГц ) |
Для радиомодемов двух первых групп очень важен такой параметр, как время переключения прием/передача, не всегда указываемое производителями в характеристиках оборудования.
К радиомодемам третьей группы столь жестких требований не предъявляется, но они должны обладать высокой помехоустойчивостью и поддерживать длительную работу от автономных источников питания.
Диапазон рабочих частот
Радиочастоты, используемые оборудованием узкополосных РСПД, лежат в полосах 130 – 174 и 380 – 486 МГц. Решениями ГКРЧ России для работы ряда моделей VHF- и UHF-радиомодемов выделены частоты 148 – 174, 403 − 410, 417 − 422, 433 – 447 МГц. В диапазоне 450 МГц в соответствии с решением ГКРЧ № 06-18-04-001 от 11.12.2006 г. для разработки, производства и модернизации РЭС фиксированной и подвижной радиосвязи гражданского назначения, при выполнении ими условия соответствия технических характеристик РЭС, приведенных в приложении к решению ГКРЧ (табл. 1 ), оформления отдельных решений ГКРЧ для каждого конкретного типа РЭС – не требуется.
На маломощные РЭС (до 10 мВт) не требуется разрешения на использование частот в полосах частот 433,075 − 434,750 и 446,0 − 446,1 МГц при условии обязательной регистрации указанных РЭС установленным в Российской Федерации порядком.
Таблица 1. Основные технические характеристики РЭС фиксированной и сухопутной подвижной радиосвязи гражданского назначения
| Наименование | Значение |
| Полосы частот, МГц | 403 – 410; 417 – 422; 433 − 447 |
| Шаг сетки частот, кГц | 25; 12,5 |
| Тип станции | аналоговая; цифровая |
| Мощность передатчика, Вт, не более: | |
| · стационарной, базовой станции | 60 |
| · мобильной (возимой) станции | 20 |
| 5 | |
| Относительный уровень побочных излучений передатчика, не более | на допустимые побочные излучения |
| Относительная нестабильность частоты передатчика, не хуже: · стационарной, базовой, мобильной (возимой) станции · портативной (носимой) станции | в соответствии с нормами ГКРЧ на допустимое отклонение частоты для радиопередатчиков всех категорий и назначений |
| Внеполосные излучения передатчика, не более | в соответствии с нормами ГКРЧ на допустимые внеполосные излучения |
| Ширина полосы излучения передатчика (на уровне 30 дБ), кГц, не более: | |
| · при шаге сетки 25 кГц | 18,8 |
| · при шаге сетки 12,5 кГц | 11,8 |
| Чувствительность приемника при соотношении сигнал/шум 12 дБ (SINAD), мкВ, не хуже | 1,0 |
| Избирательность приемника по соседнему каналу, дБ, не хуже | 75 |
| Избирательность приемника по побочным каналам приема, дБ, не хуже | 80 |
| Относительная нестабильность частоты гетеродинов приемника, не хуже: | |
| · стационарной, базовой, мобильной (возимой) станции | 5×10 -6 |
| · портативной (носимой) станции | 7×10 -6 |
Использование выделенных настоящим решением ГКРЧ полос радиочастот для применения РЭС фиксированной и подвижной радиосвязи гражданского назначения должно осуществляться без оформления отдельных решений ГКРЧ для каждого конкретного пользователя РЭС при выполнении следующих условий:
- соответствия технических характеристик РЭС основным техническим характеристикам, указанным в приложении к настоящему решению;
- применения РЭС, использующих полосы радиочастот 403 − 410 и 417 – 422 МГц, только за пределами зоны радиусом 350 км от центра г. Москвы;
- при применении РЭС должны быть исключены излучения от передатчиков этих РЭС в полосе частот 406 − 406,1 МГц;
- при эксплуатации РЭС должна быть обеспечена защита от помех средств радиоастрономической службы в полосе частот 406,1 – 410 МГц;
- получение разрешения на использование частот и регистрация указанных РЭС установленным в Российской Федерации порядком.
Выходная мощность передатчика
Именно этот параметр наряду с чувствительностью приемника и характеристиками применяемого антенно-фидерного оборудования определяет дальность связи в конкретных условиях. Очевидно, что в силу разнообразия сетевых конфигураций и разной удаленности объектов обслуживаемых систем требования к дальности связи, обеспечиваемой радиомодемами, различны. Поэтому трансивер радиомодема должен иметь возможность регулировки (программирования) мощности передатчика.
Тип модуляции
Производители радиомодемов выбирают тип модуляции, руководствуясь критериями скорости передачи данных и помехоустойчивости. Чаще всего используются разновидности частотной модуляции FSK, FFSK, GFSK и гауссовская модуляция GMSK.
Число рабочих каналов
В зависимости от наличия синтезатора частот, его возможностей и ширины частотного диапазона радиомодем может иметь от 1 («Риф Файндер-801» производства компании «Альтоника») до 1600 (EDL и Pacific Crest) рабочих каналов.
Ширина рабочих каналов
Ширина канала определяется шагом сетки частот и, как правило, равна 12,5 или 25 кГц. Реже встречаются значения 6,25 и 7,5 кГц. Понятно, что чем уже полоса частотного канала, тем ниже скорость передачи данных. Так, «Satelline» серии 3АS при ширине частотного канала 25 кГц обеспечивает скорость обмена данными 19 200 бит/с, а при 12,5 кГц – 9600 бит/с.
Режим работы
Радиомодемы могут поддерживать следующие режимы работы: пакетный, прозрачный, асинхронный, ретрансляции или эхо-репитер. Обычно применяются пакетный или прозрачный режимы работы, все четыре режима вместе реализуются не во всех устройствах.
Скорость передачи данных
У современных радиомодемов различают две скоростные характеристики: скорость передачи данных по радиоканалу и скорость обмена данными по внешнему интерфейсу. Первая составляет от 1200 до 19 200 бит/с, вторая − обычно задается программно в диапазоне 300 − 38 400 бит/с.
Интерфейс сопряжения
Встроенный порт большинства радиомодемов поддерживает интерфейс RS-232. Однако многие устройства могут работать с двумя интерфейсами, например «Невод-5» (RS-232, RS-485), и даже с тремя, например «Satelline» серии 3АS. Некоторые радиомодемы имеют встроенный интерфейс 10/100BASE-TX/FX, что позволяет без дополнительных внешних устройств строить сети Ethernet/Internet и подключать в такую радиосеть банкоматы, WEB-камеры и любые другие устройства, работающие только по протоколам TCP/IP. Интерфейс 10/100BASE легко добавляется, установкой платы расширения в корпус радиомодема (например, «Интеграл 400»).
Основные протоколы и приложения, используемые радиомодемами
Наряду с указанием протоколов и приложений некоторые производители включают в техническую документацию список контроллеров, совместимых и применяемых с выпускаемыми ими же радиомодемами. Радиомодем со встроенным контроллером является интеллектуальным устройством. Он выполняет множество функций и имеет свою систему команд, позволяет подключать персональный компьютер. Компьютер в этом случае может выполнять ряд сервисных функций, записывать в память принятую информацию, подготавливать к передаче данные, вести базы данных, журналы учета и т.д. Для совместной работы радиомодема и компьютера последний необходимо перевести в режим терминала с помощью любой из доступных терминальных программ. Такие программы существуют для любых типов компьютеров. Наиболее известными терминальными программами для IBM PC-совместимых компьютеров являются TELIX, PROCOMM, МТЕ, QMODEM и т.д. Использовать можно любую из них. Существуют и специализированные терминальные программы для пакетной связи, например, PC-Pacratt − для Windows, Мас-RATT − для компьютеров Macintosh, COM-Pacratt − для компьютеров Commodore и ряд других. Продаваемые радиомодемы, как правило, комплектуются диском с терминальной программой. Сдерживающим фактором применения для радиомодемов всего спектра программного обеспечения, разработанного для обычных модемов, является система команд управления радиомодема, отличная от набора АТ-команд.
Климатическое исполнение и температурный диапазон
Если радиомодемы устанавливаются в отапливаемом помещении или термостабилизирующих контейнерах, а антенно-фидерное оборудование размещается на улице, внешнее исполнение и рабочая температура устройств не имеют большого значения. В противном случае важно, чтобы радиооборудование поддерживало работу в широком температурном диапазоне, как правило, от −40 до +55° С.
Особенности оценки характеристик радиомодемов
Обычно проектировщиков и потенциальных пользователей технологических радиосетей передачи данных интересуют следующие параметры радиомодемов:
- диапазон рабочих частот − в связи с тем, что у заказчиков обычно уже имеется или оформляется разрешение на работу в определенных частотах;
- выходная мощность радиопередатчика;
- скорость передачи данных;
- тип и количество интерфейсов сопряжения, а также поддерживаемые протоколы;
- климатическое исполнение и температурный диапазон.
При оценке параметров оборудования следует обратить внимание на несколько важных моментов. Выше уже говорилось о необходимости комплексного подхода к выбору выходной мощности передатчика и антенно-фидерного оборудования. Применение направленных антенн позволяет не только уменьшить мощность передатчика, но и решить вопрос электромагнитной совместимости благодаря устранению влияния помех вне зоны, определяемой диаграммой направленности антенн. Время переключения с приема на передачу иногда отождествляется с «временем атаки» передатчика. Этот, малозначительный на первый взгляд, параметр при частотном переходе радиомодема из режима «прием» в режим «передача» (что и происходит в пакетном режиме) может существенно снизить среднюю скорость обмена данными. Так, если пакет передается за 50 мс и столько же времени тратится на переключение режимов, то при заявленной скорости 2400 бит/с средняя скорость обмена будет вдвое ниже. Строго говоря, «время переключения прием/передача» шире «времени атаки», поскольку в параметре учитывается время, требуемое на перестройку синтезатора частот (в многоканальных радиомодемах). Дело в том, что у радиомодемов, работающих в полудуплексном режиме или на нескольких каналах (иногда базовый модем может работать с каждым абонентом на отдельной частоте), из-за перестройки синтезатора время переключения может быть выше, чем при работе в симплексном режиме. Диапазон рабочих температур радиомодемов очень важен для большинства российских пользователей. Некоторые отечественные производители используют для своих радиомодемов импортные комплектующие, соответствующие европейским стандартам, и заявляют при этом нижнюю границу рабочих температур от 40° С. Однако по европейским стандартам для радиоэлектронных компонентов нижнее значение рабочей температуры равно 33° С.
Обзор серийно выпускаемых узкополосных радиомодемов
Основные характеристики радиомодемов отечественного производства приведены в табл. 2 .
Таблица 2. Характеристики радиомодемов отечественного производства
| Рабочий диапазон частот, МГц | Вид модуляции | Скорость передачи в эфире | Протокол в эфире | Выходная мощность |
|
| «Пульсар» | 433,92 ± 0,2%; | 1200 – 19 200 | прозрачный | ||
| «Невод-5» | 433,92 ± 0,2%; | 1200 − 9600 | прозрачный, | ||
| «Спектр 433» | 433,92 ± 0,2%; | 1200 – 19 200 | прозрачный, | ||
| «Спектр 48 MSK» | 433,92 ± 0,2%; | 1200; | прозрачный, | ||
| «Спектр 9600GM» | 401 – 406; | 4800; | прозрачный, | 0,25 − 3,5 Вт |
|
| «Интеграл 400» | 401 – 406; | 9600 или 19 200 | прозрачный, пакетный, | 100 мВт; |
|
| «Integral-R» | 136 − 174; | прозрачный, | |||
| «Интеграл-433/2400» | 433,92 ± 0,2%; | 1200 − 2400 | пакетный | 1,5 – 100 мВт |
|
| «Интеграл-433/4800» | 433,92 ± 0,2%; | 1200 − 4800 | пакетный | 1,5 – 100 мВт |
|
| «Интеграл-450/2400» | 1200 − 4800 | пакетный | |||
| «Гамма-433» | 433,92 ± 0,2%; | прозрачный, | |||
| «Гамма-4151» | 433,92 ± 0,2%; | прозрачный, | |||
| «РМ-433» | 433,92 ± 0,2%; | 2-уровневая FSK | 1200 – 19 200 | прозрачный, | |
| «Сократ» | 146 − 174; | GMSK, | 1200 – 19 200 | прозрачный, | |
| «РИФ ФАЙНДЕР-801» | 433,92 ± 0,2%; | прозрачный, | |||
| «Гранит-РМ» | 433,92 ± 0,2%; | прозрачный, | 1 – 5 Вт, |
||
| «Гранит-Р-43 АЦ» | 1200; | прозрачный, | |||
| «Радиомодем RS232» | 403 − 470; | прозрачный, | |||
| «Контакт-УТ-322» | 433,92 ± 0,2% или к радиостанции | 1200; | пакетный | 10 мВт |
|
| «МОСТ-М» | 146 − 174; | прозрачный, | |||
| «РМ201» | 1200; | прозрачный, | |||
| «СИГНАЛ» | 1200; | прозрачный, | |||
| «ЭРИКА-9600» | 433,92 ± 0,2%; | 2400; | прозрачный, | ||
| «Альтавия-110М» | 1200; | прозрачный, | |||
| «Заря-ТМ232/450» | 433,92 ± 0,2%; | 1200; | прозрачный, | 0,01 − 2,5, 10 Вт |
|
| «PMД-400» | прозрачный, |
Описание радиомодемов зарубежного производства приведено в табл. 3 . Очевидно, что основные показатели этих модемов аналогичны отечественным. Особенностью является только расширенный частотный диапазон, в котором они работают. Во всех модемах используется частотная модуляция. Большая часть модемов имеет прозрачный протокол, хотя имеется и пакетный режим. Сведения об использовании помехоустойчивых кодов не приводятся.
Таблица 3. Характеристики радиомодемов зарубежного производства
| Наименование радиомодема (производитель) | Рабочий диапазон частот, МГц | Вид модуляции | Скорость передачи информации, | протокола | Выходная мощность | Чувстви-тельность |
| «T-96SR», «T-96SR/F» | 132 – 174; | 4800; | прозрачный, | |||
| «Integra-TR» | 132 – 174; | 2400; | прозрачный, IP (TCP/IP), | 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ | ||
| «Integra-Н», «HiPR-900» | прозрачный, IP (TCP/IP) | 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ | ||||
| «T-Base/R», «Т-Base/H» | 132 – 174; | 4800; | прозрачный, | 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ | ||
| «I-Base/R», «I-Base/H» | 132 − 174; | 4800; | прозрачный, | 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ | ||
| «GeminiPD+» | 403 − 460; | DGMSK; | прозрачный, | 116 дБм для соотношения с/ш 12 дБ | ||
| «Gemini3G» | 403 − 460; | SRRC4FSKS; RRC8FSK; SRRC16FSK | 32,0; 48,0 или 57,6 кбит/с | прозрачный, | 98...110 дБм | |
| «GM3DATA» | 136 − 174; | прозрачный, GPS(NMEA), IP (TCP/IP) | EIA 12 дБ SINAD; |
|||
| «MDS SD4» | 330 − 400; | 9600; | прозрачный, | <0,22 мкВ; |
||
| «MDS 1710 А, С», | 132 − 174; | 9600; | прозрачный, | <0,22 мкВ; |
||
| «MDS TransNet 900» | 9600 – 11 5200 | прозрачный, | 108 дБм; |
|||
| «PDLRXO™» | GMSK; | 4800; | прозрачный, | <0,22 мкВ; |
||
| « PDL™», «EDL» | GMSK; | 4800; | прозрачный | 110 дБм; |
||
| «RFM96» | 136 − 174; | прозрачный | ||||
| «SD125» | 148 − 174; | FSK или | прозрачный, | 0,25 − 0,35 мкВ; |
||
| «SD160, SD170» | 148 – 174; | прозрачный, | 0,25 мкВ; |
|||
| «DM70 DataMax» | 147 − 174; | прозрачный, | <0,28 мкВ; |
|||
| «Satelline-2ASc» | прозрачный, | <0,22 мкВ; |
||||
| «Satelline-2ASхЕ» | прозрачный, | <0,22 мкВ; |
||||
| «Satelline-3ASd» | 400 − 470; | прозрачный, | <0,22 мкВ; |
|||
| «Trimmark 3» | 430 − 470; | 4800 – 115 200 | прозрачный, | 108 дБм; |
||
| Trimtalk 450S | 4800 – 115 200 | прозрачный | 108 дБм; |
|||
| «TS-4000» | 136 − 174; | прозрачный | 104 дБм; |
|||
| «CDA 70» | 136 − 174; | 21 700; | прозрачный, | 114 дБм; |
||
| «DFM 10R» | 433,25 − 434,60 | пакетный | 108 дБм; |
Радиомодемы для российского рынка телекоммуникаций
В настоящее время у отечественных пользователей востребованы в основном три группы радиомодемов:
1. Радиомодемы первой группы обладают следующими характеристиками:
- выходная мощность передатчика 1 – 15 Вт;
- высокая (19 200 бит/с) скорость передачи данных;
- малое (до 15 мс) время переключения «прием/передача»;
- поддержка режимов работы с коррекцией ошибок;
- совместимость с контроллерами, работающими с SCADA-приложениями;
- возможность выполнения сервисных операций в полевых условиях;
- возможность подключения по двум и более распространенным интерфейсам;
- высокая надежность;
Конструктивное исполнение должно позволять использовать эти устройства без дополнительной пыле- и влагозащиты. Радиомодемы данной категории могут применяться для решения любых задач, перечисленных в начале этого обзора. Стоимость таких устройств довольно высока: от 1500 до 3000 долл. США.
К этой группе можно отнести радиомодемы «Integra», GM3ххDATA, «Satelline» серии 3АS, EDL. Радиомодем «Интеграл 400» («Integral 400») имеет выигрыш по стоимостным характеристикам, не уступая в технических характеристиках.
2. Радиомодемы второй группы имеют следующие характеристики:
- выходная мощность передатчика не ниже 1 Вт;
- скорость передачи данных не ниже 4800 бит/с;
- помехоустойчивые виды модуляции;
- совместимость с большинством типов современных протоколов, применяемых в телеметрических системах;
- высокая надежность;
- пыле- и влагозащищенное исполнение;
- широкий температурный диапазон (от 40 до +70° С).
Этот класс модемов может применяться для передачи цифровой информации в АСУ ТП, работы в системах радиотелеметрии (для сбора измерительной, но не телеметрической информации), в радиосетях систем сигнализации, мониторинга и охраны. Устройства этого класса не отвечают требованиям, предъявляемым к радиотелеметрическому оборудованию. Цена модемов варьируется от 800 до 1200 долл. США.
В эту группу входят «Заря-ТМ232», «Satelline» серии 2AS, «Гранит P23-АЦ.06», SD-125FSK/CTSS. Некоторые производители в качестве устройств этой категории предлагают радиостанции диапазонов VHF/UHF(обычно российского производства или Motorola) с внешним или внутренним контроллером (модемом) собственной разработки.
3. Радиомодемы третьей группы обеспечивают:
- выходную мощность передатчика 0,01 – 0,1 Вт;
- скорость передачи данных 1200 – 4800 бит/с;
- возможность выбора типа интерфейса;
- работу в широком диапазоне температур (от 40 до +70° С).
Оборудование данной категории применяется в основном для передачи цифровой информации в АСУ ТП, радиосетях систем сигнализации, мониторинга и охраны, не требующих работы радиооборудования на большой (свыше 1 км) дальности. На такой же дальности их можно использовать для сбора измерительной информации. Важное достоинство РЭС данного класса мощностью не более 10 мВт: не требуется их регистрация в органах Россвязькомнадзора. Ценовой диапазон – от 400 до 800 долл. США.
Из приведенных в табл. 2 к этой группе относится радиомодем «Невод-5».
Во всех категориях модемов заказчиков интересуют возможности выбора диапазона трансивера (VHF/UHF), самостоятельного программирования уровня выходной мощности передатчика, выбора канала и режима работы (полудуплекс или симплекс).
Заключение
Сегодня на рынке представлен достаточно широкий спектр радиомодемов различного назначения для решения задач охраны и мониторинга объектов. Потенциальные пользователи смогут найти устройства, позволяющие оптимальным образом решить задачу построения систем связи для современных АСУ и технологических радиосетей передачи данных.
Радиомодем «Интеграл 400» выделяется из отечественного и зарубежного ряда узкополосных радиомодемов, превосходя их как по своим техническим параметрам, так и по стоимостным характеристикам.
ЗАО «НИРИТ»разработал и производит линейку узкополосных радиомодемов «Integral 400» («Интеграл 400»), предназначенных для передачи цифровых данных по радиоканалу, которые по параметрам радиотракта и функциональным характеристикам не уступают, а по некоторым характеристикам даже превосходят известные зарубежные аналоги.
Основные области применения: телеметрия, дистанционное управление подвижными и стационарными объектами, резервирование ответственных проводных систем связи, передача зашифрованной речи с помощью встроенного вокодера, системы охраны объектов, системы мониторинга и определения местоположения подвижных объектов, передача конфиденциальной информации в общедоступном радиоканале.
Преимущества радиомодема «Интеграл 400»
- Встроенный специализированный приемопередатчик имеет малое время доступа к радиоканалу – 7 мс, что позволяет строить радиосистемы, для которых важным критерием является минимальное время доставки информации. Модем обеспечивает асинхронный обмен данными на скоростях 19 200 или 9600 бит/с в каналах с шагом сетки радиочастот 12,5 кГц.
- Радиомодем поддерживает работу основных промышленных протоколов.
- Радиомодем имеет встроенный интерфейс 10/100BASE-TX/FX, что позволяет без дополнительных внешних устройств строить сети Ethernet/Internet и подключать в такую радиосеть банкоматы, WEB-камеры и любые другие устройства, работающие только по протоколам TCP/ IP. Интерфейс 10/100BASE легко добавляется установкой платы расширения в корпус радиомодема.
- Встроенная диагностика позволяет в реальном масштабе времени полностью контролировать состояние радиомодема. Управление модемом и получение диагностики осуществляется через дополнительный порт SETUP удобной графической программой, работающей под операционной системой Windows, которая входит в комплект поставки. Программа позволяет осуществлять циклический опрос всех доступных в сети радиомодемов «Integral 400», отображение полученных данных и циклическое сохранение диагностики в базе данных, обновление ПЗУ программы модема. С помощью программы возможно полное удаленное и локальное конфигурирование и управление радиомодемами, отображение и сохранение трафика радиосети с временными параметрами передаваемых пакетов с точностью до миллисекунд, а также получение информации о взаимных приемных уровнях между всеми станциями в сети.
- Радиомодем поддерживает работу с управлением по RTS и в режиме DOX (data-activated transmit), не требующем использования сигнала RTS для управления потоком, а именно: передача инициализируется поступлением данных на порт радиомодема. Имеется большой встроенный буфер для передаваемых данных от 14 до 28 кбайт (зависит от режима работы), а в случае если поток данных от терминального устройства существенно превышает скорость передачи в радиоканале, осуществляется управление сигналом CTS.
- Радиомодем поддерживает протокол NMEA и позволяет напрямую подключать GPS приемник к радиомодему. На базе радиомодемов «Integral 400» реализована система слежения и мониторинга подвижных объектов. Программное обеспечение позволяет отображать в реальном времени местоположение движущихся объектов, а также запись и последующий просмотр маршрутов движения.
- Для уменьшения влияния случайных импульсных помех имеется возможность включить помехоустойчивое кодирование с динамическим интерливингом. Модем кодирует и перемежает информацию динамически в зависимости от размера предаваемых данных. При этом потери на кодирование минимальны, не меняются от размера передаваемых блоков и составляют 10% от скорости передачи.
- Радиомодем имеет встроенную функцию оценки правильности переданных данных. Для этого используется стандартный циклический код CRC-32 (Cyclic Redundancy Code).
- Приемный тракт радиомодема имеет повышенную перегрузочную способность, что позволяет обеспечить устойчивую передачу данных на близких расстояниях.
Возможны различные варианты исполнения:
- для использования в жестких климатических условиях с температурой эксплуатации от 40 до +70° С, с полным покрытием плат лаком;
- модель, допускающая синусоидальные вибрации и механические удары многократного действия («Integral 400М», «Интеграл 400М»);
- миниатюрная модель – микрорадиомодем с пониженным режимом энергопотребления и режимом сна, с типичным потреблением 40 мкА и малыми габаритами («Integral 400P», «Интеграл 400P»).
(фото 1 ) объединяет на одной плате: радиомодем, сетевой контроллер, вокодер речевой информации, встроенный интерфейс 10/100BASE-TX/FX. Радиомодем имеет дополнительные порты для работы оконечных устройств, места для установки в корпусе радиомодема (по отдельным заказам) плат радионавигации ГЛОНАСС/GPS, видеоадаптеров и др.
Фото 1. Новая версия радиомодема «Интеграл 400»
Фото 2. Модификация «Микро» радиомодема «Интеграл 400»
Для передачи телевизионных сигналов по радиоканалам в принципе можно использовать как AM, так и ЧМ. В случае ЧМ для обеспечения высокой помехоустойчивости передачи необходимо, чтобы индекс модуляции m чм был равным 3...5. При этом полоса частот ∆f чм занимаемая частотно-модулированным сигналом, будет определяться соотношением:
∆f чм = 2f B + 2∆f D ,
где ∆f D = m чм f B - девиация частоты.
Следовательно, для передачи одного телевизионного сигнала потребуется радиоканал с полосой частот порядка 50...70 МГц. Такое расширение полосы частот радиоканала привело бы к резкому сокращению общего числа передаваемых телевизионных сигналов в диапазоне частот, отведенном для телевизионного вещания. В современной сети телевизионного вещания для передачи телевизионных сигналов по радиоканалам используется только AM, несмотря на более низкую помехоустойчивость и худшие энергетические показатели радиопередатчиков по сравнению с ЧМ. Основное достоинство AM заключается в том, что амплитудно-модулированный сигнал занимает сравнительно узкую полосу частот.
Как известно, AM несущей частоты f 0 приводит к образованию двух боковых частотных полос - нижней и верхней, каждая из которых равна ширине полосы частот модулирующего сигнала. Если максимальная модулирующая частота f B = 6 МГц, что соответствует верхней частоте телевизионного сигнала, то спектр модулированных частот будет равным f 0 ± f B , т.е. займет полосу приблизительно в 12 МГц. Поэтому для возможности передачи модулированного телевизионного сигнала в стандартном радиоканале, имеющем полосу пропускания 8 МГц, нижняя боковая полоса частот модулированного телевизионного сигнала частично подавляется, что приводит к устранению избыточности информации в амплитудно-модулированном телевизионном сигнале.
Рис. 8.1. Номинальные амплитудно-частотные характеристики радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения
Согласно ГОСТ 7845-92 остаток нижней боковой полосы частот составляет 1,25 МГц. При этом номинальная полоса частот радиоканала, отводимая для передачи непосредственно телевизионного сигнала составляет 7,625 МГц (рис. 8.1). Причем ослабление частотных составляющих -1,25 и 6,375 МГц относительно несущей частоты изображения составляет 20 дБ. Часть спектра нижней боковой полосы частот шириной 0,75 МГц передается в неискаженном виде. Крутизна склона нижней боковой полосы частот, начинающегося от 0,75 МГц ниже несущей частоты изображения, составляет 40 дБ/МГц. При этом крутизна склона верхней боковой полосы частот, рядом с которым расположен спектр сигнала звукового сопровождения, оценивается величиной более 50 дБ/МГц. При таком способе передачи телевизионного сигнала по радиоканалу амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) тракта изображения телевизионного приемника должна иметь форму, представленную на рис. 8.2. Из рис. 8.3 следует, что в телевизионных приемниках уровень несущей частоты изображения должен ослабляться на 6 дБ, т.е. в 2 раза, а частотная составляющая 0,75 МГц нижней боковой полосы должна быть ослаблена на 20 дБ, т.е. в 10 раз, по сравнению с уровнем опорной частоты 1,5 МГц в спектре верхней боковой полосы. При выполнении данных условий после детектирования телевизионного радиосигнала суммарное номинальное напряжение, образующееся на нагрузке детектора от одинаковых частотных составляющих нижней и верхней боковых полос, на любой частоте спектра в пределах 0...6 МГц всегда будет равно единице, если отсчет вести в относительных величинах. На практике это означает, что форма результирующей АЧХ тракта передачи телевизионного радиосигнала от модулятора радиопередатчика до нагрузки детектора телевизора будет равномерной в заданной полосе частот 6 МГц.
Рис. 8.2. Амплитудно-частотная характеристика радиотракта изображения телевизионного приемника
Рис. 8.3. АЧХ усилителя промежуточной частоты изображения телевизионного приемника
В каждом стандартном радиоканале шириной 8 МГц кроме телевизионного сигнала передается соответствующий ему сигнал звукового сопровождения (см. рис. 8.1). Причем радиосигнал звукового сопровождения передается с помощью ЧМ несущей частоты звука, что обеспечивает высокую помехоустойчивость тракта звукового сопровождения. Максимальная девиация частоты составляет ±50 кГц при номинальной ширине полосы частот, занимаемой радиосигналом звукового сопровождения, не более 0,25 МГц. Для использования общей антенно-фидерной системы в радиопередающих устройствах и общего усилительного тракта для усиления телевизионного сигнала и сигнала, звукового сопровождения в телевизорах принято передавать сигнал звукового сопровождения на несущей частоте, близкой к несущей частоте изображения. В действительности разнос несущих частот звука и изображения составляет 6,5 МГц, причем несущая частота изображения меньше несущей частоты звука. Разные виды модуляции телевизионного и звукового радиосигналов в значительной мере облегчают их разделение в телевизорах. На практике мощность радиопередатчика звукового сопровождения составляет 10...20% от мощности телевизионного радиопередатчика в моменты передачи СИ. Соотношение мощностей радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения выбирается из условия создания одинаковых радиусов действия обоих передатчиков при приеме на стандартные телевизионные приемники.
Ввиду униполярности телевизионного сигнала возможны два варианта AM радиосигнала: негативная и позитивная в зависимости от полярности модулирующего телевизионного сигнала. В большинстве стран мира, в том числе и нашей стране, принята негативная полярность модуляции, при которой максимальному уровню несущей изображения соответствует передача уровня СИ, а минимальному значению - уровень белого телевизионного сигнала. При такой полярности модуляции по сравнению с позитивной импульсные помехи проявляются на телевизионном изображении в большинстве случаев в виде темных точек, а не белых, поэтому они визуально менее заметны. Повышается помехоустойчивость тракта синхронизации телевизионной системы по всем видам помех, кроме импульсных, так как при передаче СИ телевизионный радиопередатчик излучает максимальную, т.е. пиковую мощность. При негативной полярности модуляции в телевизорах легче осуществлять автоматическую регулировку усиления (АРУ), так как в излучаемом радиосигнале, независимо от содержания телевизионного изображения, СИ соответствует максимальной и постоянной величине излучаемой мощности. Кроме того, облегчается конструирование радиопередатчиков, так как средняя излучаемая мощность значительно меньше максимальной, поскольку на телевизионных изображениях больше преобладают белые детали. Основной недостаток негативной полярности модуляции заключается в относительно большем влиянии импульсных помех на устойчивость синхронизации в телевизионных приемниках.
Способ установки элементов передающей телевизионной антенны ориентирует электрический и магнитный векторы электромагнитной волны, т.е. определяет плоскость поляризации электромагнитного излучения. Согласно ГОСТ 7845-92 допускается использовать как горизонтальную (вектор электрического поля расположен в горизонтальной плоскости), так и вертикальную поляризации волн, излучаемых телевизионным радиопередатчиком. В свободном пространстве горизонтальная и вертикальная поляризации электромагнитных волн не имеют друг перед другом каких-либо преимуществ. Однако в реальных условиях, особенно в городах с большим количеством вертикально отражающих объектов, например домов, при горизонтальной поляризации обеспечивается меньший уровень отраженных интерферирующих волн, которые вызывают замирание сигнала и помехи на телевизионном изображении в виде дополнительных контуров. Кроме того, при горизонтальной поляризации наблюдается меньшее воздействие промышленных помех, в частности помех от систем зажигания автотранспорта, которые имеют вертикально поляризованную составляющую.
Наконец, конструкции телевизионных антенн с узкими диаграммами направленности для приема горизонтально поляризованных электромагнитных волн оказываются более простыми, их легче устанавливать на металлических опорах. Поэтому при организации телевизионного вещания в большинстве стран мира предпочтение было отдано горизонтальной поляризации электромагнитного излучения.
Современные концепции и уровень развития техники позволяют создавать самые разнообразные сложно-разветвленные системы охранного теленаблюдения. Главная техническая задача, решаемая системой видеонаблюдения - это передача видеосигнала от источника (объект наблюдения) к приемнику (оборудование просмотра/записи/хранения). В наше прогрессивное время существует множество решений вопроса передачи видеосигнала, каждый их которых имеет свои плюсы и минусы, тонкости и состав оборудования.
Самые популярные решения:
1. Передача видео сигнала по кабельной линии.(Основа любой системы).
- Коаксиальный кабель (РК, RG ..) (Аналоговый сигнал, TVI, AHD).
- Витая пара (UTP, FTP, ТПП…) (Аналоговый сигнал с приемопередатчиками, IP цифровой сигнал).
2. Передача сигнала по радиоканалу. (Способ доступен не для всех законодательно).
3. Передача сигнала по ВОЛС или LAN. (IP цифровой сигнал).
| Передача видеосигнала по коаксиальному кабелю (РК, RG). | |
|---|---|
| Плюсы: | Минусы: |
| Передает сигнал от видеокамеры к приемнику (видеорегистратору) на прямую, без применения дополнительного оборудования, т.к. передающее и приемное оборудование изначально предусматривает именно такой способ передачи сигнала. | Дальность передачи уверенного сигнала ограничивается 200-250м в зависимости от внешних условий и используемой кабельной продукции; Низкая помехоустойчивость кабеля. В некоторых случаях необходимо использовать развязывающие трансформаторы и специальные фильтры от помех. |
| Передает TVI, AHD сигнал от видеокамеры к приемнику (видеорегистратору) на прямую, без применения дополнительного оборудования. Способ освоен всеми производителями и позиционируется, как способ перевода старых систем на новый уровень в формат FullHD и выше, без замены кабельной линии. Помехоустойчивость выше чем у аналоговых систем. | Дальность передачи уверенного сигнала ограничивается 200-250м в зависимости от внешних условий и используемой кабельной продукции. Обычно видеокамеры формата TVI, AHD работают только с регистраторами своего производителя. |
Приведем несколько способов простой конфигурации системы с использованием передачи видеосигнала по РК и RG кабелю.
Аналоговый способ (Самое начало развития видеонаблюдения)
Выполняет визуальное обнаружение нарушения рубежа охраны без видеорегистрации (записи).
Аналоговый способ и новые форматы передачи TVI и AHD.
Выполняет визуальное обнаружение с видеорегистрацией (оцифровка или преобразование сигнала, формирование архива). Емкость системы 4, 8 или 16 каналов. Видеорегистратор устанавливается на посту охраны или в ином помещении с ограниченным доступом.
На схеме два вида приемо-передатчиков по витой паре: пассивный и активный. Пассивный передатчик не требует питания, простой в установке, но дальность передачи сигнала от ч/б камеры до 600 метров, от цветной до 400 метров. Активный передатчик требует питания, чаще всего он совмещен с усилителем видеосигнала, корректором и изолятором, заметно повышается дальность передачи видеосигнала до 2400 метров и помехоустойчивость системы.
К подобному решению можно добавить (+), кабель UTP дешевле РК или RG за метр.
Такой способ не применим к комплексным системам и используется в редких случаях, когда нужно выявить повторяющееся правонарушение или хищение. И даже в таких случаях закон на стороне нарушителя. Но все же оборудование передачи сигнала по радиоканалу существует и успешно продается.
Подробно про способ передачи видеосигнала по радиоканалу, можно прочитать в статье Беспроводное видеонаблюдение.
Ниже приведены варианты построения системы видеонаблюдения с использованием IP камер.
Передача оцифрованного сигнала с видеокамеры
Это простейший способ формирования видеонаблюдения на IP камерах по структурированной кабельной сети. Добавим (+) решению за отсутствие каких-либо помех. Видеосигнал проходит оцифровку в видеокамере, что исключает наводки на высокочастотные кабеля. На сервер устанавливается ПО, задача которого связь с камерами, отображение видеоинформации и сохранение.
Передача оцифрованного сигнала с регистраторов
Такой способ больше всего подходит для перевода старой системы видеонаблюдения на современный уровень в случае, когда серверное оборудование не устраивает по качеству записи или вышло из строя. К аналоговым видеокамерам добавляют устройство «кодер» и формирователь пакетов.
Передача оцифрованного сигнала по ВОЛС
С таким решением любые расстояния не предел. Лучше всего использовать в комплексных проектах, где видеонаблюдение формируется из 150-200 камер. Подходит для любого типа объектов различной сложности в архитектуре и площади. Использование решения позволяет с наименьшими затратами построить систему видеонаблюдения на распределенных объектах или же на отдельно расположенных объектах, где удобнее вести локальную видеозапись. Например, банкоматы, автозаправочные станции, силовые и трансформаторные подстанции, платежные и информационные терминалы.
Для передачи данных по каналам связи используют модемы, преобразующие цифровые сигналы из кодовой посылки в сигналы спектр которых нормирован и ограничен для телефонных модемов полосой 300 – 3400 Гц. В радиосвязи эта граница может быть различной, но для стандартных связных приемопередатчиков с шагом каналов 25 кГц полоса также ограничена пределами 300 – 3400 Гц. Однако для представления информации в телефонных модемах можно использовать как амплитудные, частотные так и фазовые вариации при том, что каждая из них может быть многоуровневой. При передаче по радиоканалу использовать одновременно АМ, ЧМ и ФМ невозможно, поэтому в радиомодемах используется либо ЧМ, либо ФМ, но очень редко АМ.
Виды модуляций:
Передача “0” на частоте
f 1 и “1” на f 2Рисунок 13
Переход с “1” на “0” и “0” на “1” приводит к разрыву фазы сигнала, что в свою очередь приводит к неоправданному
расширению спектра сигнала. Подобные методы модуляции используются только низкоскоростными системами передачи данных, например, в системе ГМССБ (Глобальная международная система спасения бедствующих) где передача идет со скоростью 300 Бод с частотой f 1 = 1750 Гц и f 2 = 1080 Гц. сигналПо сравнению с
FSC является более выгодным (с позиции спектра сигнала) поскольку непрерывная фаза предполагает незначительное расширение спектра выходного сигнала.
Рисунок 14
Но непосредственная модуляция частот ВЧ колебаний с другой стороны требует непосредственного вмешательства в работу передатчика с необходимостью калибровок модуляционной характеристики, соответственно передатчик должен быть специализированным.
сигналДля данных сигналов вводится понятие индекс:
где D
f=f 1 -f 2 ;1/Т – скорость передачи символов (Бит/с для двухуровневой системы или Бод)
Стандарты:
Стандарт | Частоты f 1 и f 2 , Гц | Разница частот D f, Гц | Скорость передачи |
Рисунок 15
Как видно на рисунке 15 произошло слитие фаз за счет кратности частот. В отличие от сигналов
FSC и CPFSC где колебания f 1 и f 2 и входной модулирующий сигнал были абсолютно не симметрированы в MSK модуляции необходимо обеспечить жесткую синхронность входной последовательности данных и формируемых колебаний с частотами f 1 и f 2 значения которых приведены в таблице (выше). Только в этом случае синусоиды с различными частотами оказываются “сшитыми” в точках перехода напряжения через 0. При этом скачки фазы отсутствуют и спектр такого сигнала оказывается ограниченным, и можно считать, что ширина спектра » скорости передачи.Формировать MSC колебания можно только с применением цифровых методов. Примерная структура формирователя
MSC сигнала изображена на рисунке 16. Счетчик двоичный суммирующий осуществляет перебор своих состояний по линейно нарастающему закону, который с помощью дополнительной ПЗУ может быть преобразован в синусоидальный. Логическая схема, входящая в состав счетчика формирует сигнал синхронизации, который может быть сформирован либо по окончанию периода счета счетчика, для частоты f 2 (нижней частоты) либо по окончанию двух периодов для частоты f 1 (верхняя частота), только наличие импульсов синхронизации обеспечивает синхронную возможность изменения модулирующего уровня, что в конечном счете приводит к формированию колебаний с нулевым фазовым сдвигом. Фильтр НЧ (на схеме не показан) включенный на выходе ЦАП устраняет ВЧ составляющие спектра, обеспечивая получения сигнала, близкого к синусоидальному.
Рисунок 16
Демодуляция
MSK сигналаОсновная проблема демодуляции
MSK сигналов заключена в том, что необходимо принимать решения о передаче “0” или “1” за половину периода следования сигнала MSC , что исключает принцип включения в тракт демодуляции узкополосных фильтров, выделяющих частоты f 1 и f 2 , амплитудные детекторы и т.д. Т.к. введение узкополосного фильтра предполагает наличие в сигнале квазистационарного процесса (100 … 1000 периодов) поэтому только цифровые методы анализа сигналов, использующие распознавание перехода через 0 входного сигнала в состоянии решить эту проблему .Структурная схема декодирующего устройства:
Рисунок 17
Обозначение на рисунке 17:
- Ф1 – входной полосовой фильтр, выделяющий сигналы в полосе частот MSK сигнала, тем самым искусственно повышается отношение сигнал/шум;
- ДП0 – детектор перехода через 0. Фиксирует переход через 0 входной последовательности
Каждый импульс, запускающий ЖМВ, формирует на выходе импульс сторого определенной длительности которая зависит от скорости передачи (1200, 2400, 4800). Причем каждый импульс запускает ЖМВ по новой, отменяя предыдущее состояние. Т.е. если передается одна последовательность MSK сигнала с большим периодом следования, то на выходе ЖМВ наблюдаются переходы в 0 с периодом следования импульсов, равным полу периоду НЧ-ого
MSC сигнала. Если на входе демодулятора присутствует ВЧ MSK сигнал, то импульсы следую очень часто, каждый раз запуская ЖМВ заново в результате переходов через 0 на выходе ЖМВ не наблюдается соответственно можно принять решение о передаче другого символа. ФНЧ (Ф2) и компаратор К1 решают эту задачу формируя на выходе “0” в первом случае и “1” во втором.На выходе компаратора К1 имеется асинхронная последовательность данных, обусловленная тем, что на вход устройства помимо
MSK сигнала воздействуют также различные шумы и помехи. Если эту последовательность данных подать на ЦФАПЧ можно получить стабильные во времени импульсы синхронизации, и с помощью триггера-защелки получить таким образом синхронную последовательность данных DATA-S . Особое место в в демодуляторе сигналов занимает процесс распознания несущей CD . Счетчик переходов подсчитывает все переходы через 0 на некотором временном интервале, формируя на выходе напряжение, пропорциональное количеству подсчитанных переходов. Интегратор усредняет это напряжение и компаратор К2 принимает решение по этому сигналу, формируя на выходе логическую единицу если количество переходов близко к ожидаемому. Либо формирует логический ноль, если число переходов значительно больше, в случае воздействия шумов, либо существенно меньше, в случае отсутствия MSC сигнала. Сигнал CD необходим для подтверждения достоверности детектируемых данных, если сигнал CD не активен, то выходные данные воспринимаются как воздействие шумов. При активном сигнале CD данные считаются достоверными. Сигнал CD может также использоваться для активизации всей системы обработки данных, которая по соображениям энергосбережения может быть переведена в режим ожидания (SLEEP, STANDBY).Формирование минимизированной по Гауссу последовательности (
GMSK)
Рисунок 18
Передавать цифровые данные по радиоканалу можно подавая непосредственно последовательность цифровых данных на модулятор ЧМ передатчика, однако даже при малой девиации частоты, которая составляет несколько Гц, спектр сформированного колебания будет крайне широк, это обусловлено крутыми фронтами переходов из одного логического состояния в другое. Управлять частотой задающего генератора можно только пропустив входную последовательность данных через фильтр, нормирующий спектр. В качестве такого фильтра используется Гауссовский фильтр.
Для определенности введено произведение ВТ, характеризующее частотные свойства фильтра:
,
где Т – скорость передачи символа;
В – полоса.
GMSK сигналах приняты следующие значения ВТ: 0,3 и 0,5.Модем для сигнала, минимизированного по Гауссу
Передача
GMSK сигналов предполагает непосредственное воздействие прошедших через Гауссовский фильтр цифровых сигналов на частотно-задающие схемы. Передатчик не может быть стандартным. При этом к тракту передачи (приема) выдвигаются дополнительные требования:- полоса пропускания тракта модуляции должна быть расширена вниз вплоть до постоянного тока, что затрудняет построение усилительных трактов, предъявляет повышенные требования к стабильности и линейности ЧМ и ЧД, характеристики которых должны быть строго нормированы. Любые несоответствия частот приема и передачи приводят к появлению ошибок. АЧХ и ФЧХ тракта передачи и тракта УПЧ должны быть линейны.
Одним из способов решения проблемы передачи НЧ составляющих является рандомизация сигнала:
Рисунок 19
ПСП – генератор псевдослучайной последовательности. Сигнал, передаваемый по каналу связи свободен от постоянной составляющей, поскольку даже последовательность 11111111111…. После сложения по модулю 2 с сигналом ПСП становиться случайным, восстановить исходную последовательность можно сложив по модулю 2 принятую последовательность с точно таким же сигналом ПСП. Основная проблема состоит в синхронизации генератора ПСП. Схемное решение представленное на рисунке 19 позволяет получить самосинхронизирующуюся псевдослучайную последовательность на приемном конце т.к. ядро генератора ПСП в обоих точках одинаково. Важно при этом, чтобы тактирующие импульсы в обоих точках следовали с одинаковой частотой. На приемном конце тактирующие импульсы вырабатываются цифровыми системами ФАПЧ по аналогии с демодуляторами
MSC рассмотренными ранее.Технология передачи данных по радиоканалу довольно популярна, и многие производители электросчетчиков обратили на нее внимание.
Главные плюсы такой технологии: дешевизна, простота, дальность действия (до 10 км) и низкое энергопотребление (возможна автономная работа от батарейки до 10 лет).
Для беспроводного обмена данными используются радиочастотные диапазоны, не требующие оформления разрешений. В России для этих целей выделены частотные диапазоны 433.075-434.750 МГц, 868,7-869,2 МГц и 2400-2483,5 МГц.
Диапазон 433 используется дольше остальных, поэтому на этих частотах работает большое количество устройств, радиоэфир сильно загружен и сильно «засорен» помехами особенно в городских условиях. АСКУЭ, работающая на этих частотах применима исключительно в сельской местности.
Для диапазона 868 разрешена мощность в 2,5 раза больше, чем у 433, поэтому антенны менее громоздкие. Также на этих частотах меньше уровень фоновых и индустриальных помех. В настоящее время при выполнении систем АСКУЭ в РФ этот диапазон частот не нашел широкого применения, однако технологии, использующие частоты 868 МГц, будут развиваться.
Развитие технологии
Чтобы решить проблемы дальности связи и плохого сигнала, в последние годы появились радиомодемы с функцией ретрансляции сигнала. Эти устройства принимают сигнал от других модемов и передают его дальше. Таким образом, если расстояние между базовым модемом и каким-либо модемом сети больше, чем максимальное расстояние прямой видимости, то сигнал пойдет через промежуточные модемы.
Помимо ретрансляции радиомодемы научились выстраивать единую сеть и автоматически определять кратчайший путь до приемного оборудования. В итоге, если какой-то модем выйдет из строя, то сеть сама перестроится и передаст данные через другой модем. Благодаря такому механизму значительно повышается надежность всей сети.
Эти идеи с ретрансляцией сигнала и построением сети производители радиомодемов переняли из стандарта ZigBee.
О стандарте передачи данных ZigBee
Стандарт ZigBee предусматривает частотные каналы в диапазонах 868 МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц. Наибольшие скорости передачи данных и наивысшая помехоустойчивость достигаются в диапазоне 2,4 ГГц. Поэтому большинство производителей микросхем выпускают приемопередатчики именно для этого диапазона, в котором предусмотрено 16 частотных каналов с шагом 5 МГц (полоса частот 2400-2483,5 МГц).
Скорость передачи данных вместе со служебной информацией в эфире составляет 250 кбит/c . При этом средняя пропускная способность узла для полезных данных в зависимости от загруженности сети и количества ретрансляций может лежать в пределах 5 ... 40 кбит/с.
Расстояния между узлами сети составляют десятки метров при работе внутри помещения и сотни метров на открытом пространстве. За счет ретрансляции зона покрытия сети может значительно увеличиваться.
В основе сети ZigBee лежит ячеистая топология (mesh-топология). В такой сети, каждое устройство может связываться с любым другим устройством как напрямую, так и через промежуточные узлы сети. Ячеистая топология предлагает альтернативные варианты выбора маршрута между узлами. Сообщения поступают от узла к узлу, пока не достигнут конечного получателя. Возможны различные пути прохождения сообщений, что повышает доступность сети в случае выхода из строя того или иного звена.*
* по материалам сайта http://www.wless.ru
Чтобы наглядно понять преимущества технологии ZigBee представим 15-ти этажный жилой, где все счетчики оборудованы ZigBee-модемами. Если мощность сигнала модемов на всех этажах одинакова и ее хватает только на преодоление 4-х этажей, то для счетчиков 15 этажа маршрут может быть следующий: 15 этаж – 11 этаж -7 этаж – 3 этаж – подвал. Если на 11 этаже маршрутизатор перестанет работать, то сеть автоматически инициирует поиск нового маршрута, который может получиться следующим: 15 этаж – 12 этаж - 8 этаж – 4 этаж – подвал.
Такой подход повышает работоспособность и помехоустойчивость всей сети и дальность связи, даже если каждый модем в отдельности является маломощным устройством.
Подведем итоги
- Системы АСКУЭ на радиомодемах, как правило, недорогие;
- Радиомодемы хорошо зарекомендовали себя в загородных поселках, где радиоэфир не так загружен, как в городе;
- Для крупных поселков необходимо ориентироваться на радиомодемы с ретрансляцией сигнала.
Загрузка...