Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности

Оценка эффективности канала радиосвязи в системах охранно-пожарной сигнализации

В настоящее время широкое распространение получили системы безопасности, где в качестве канала передачи сообщения между станцией мониторинга и объектовой установки охранно-пожарной сигнализации используется радиоканал.

Как в любой подобной системе, с технической точки зрения очень важно уже на этапе проектирования оценить надежность радиоканала и предусмотреть возможные меры ее повышения. Предлагаем следующую методику оценки эффективности радиоканала.

Для того чтобы количественно оценить радиоканал, необходимо все его характеристики привести к общей относительной единице измерения. В тактико-технических характеристиках радиооборудования производитель обычно указывает мощность на выходе передатчика (Вт), чувствительность приемника в микровольтах (мкВ) и другие. Для унификации характеристик удобнее всего применять логарифмическую единицу дециБелл (дБ).

Мощность передатчика можно представить не в Ваттах (Вт), а в дециБеллах по мощности (дБм), пересчитав ее по формуле:

Р _{пер.дБм} = 10 lg Р_пер. Чувствительность приемника можно перевести в дБм по той же формуле, учитывая, что мощность сигнала на входе приемника будет равна частному от деления квадрата напряжения (указанной чувствительности, В) на входное сопротивление приемника (как правило, 50 Ом): Р _{прм.дБм} = 10 lgU ²/R Остальные единицы для расчета указываются производителем в тактико-технических характеристиках, как правило, в дБ. К ним относятся: затухание сигнала в антенно-фидерных устройствах (АФУ), коэффициент усиления антенн, ослабление радиосигнала при распространении радиоволн, запас ВЧ-уровня, необходимый для компенсации замираний радиосигнала.

Таким образом, условие наличия радиосвязи можно выразить неравенством:

Р_{прм.ттх}≤ Р_пер – РАФУ _прд + Р_{ант.прд} – Р_{зат.ррв} + Р_{ант.прм} – РАФУ_прм – Р_вч

Чувствительность приемного устройства (Рпрм.ттх) указывается с учетом необходимого превышения уровня сигнала над уровнем помех на выходе приемника. Это соотношение зависит от использующейся полосы пропускания приемника, которая, в свою очередь, зависит от вида модуляции сигнала. Потери в АФУ (РАФУ_прд, РАФУ _прм) составляют произведение длины ВЧ-кабеля на величину его затухания на 1 метр длины. Потерями в местах соединения элементов АФУ можно пренебречь, при условии соблюдения всех требований по подбору и монтажу оборудования. Коэффициенты усиления антенны (РАФУ прд, РАФУпрм) указываются в их характеристиках.

Величина ослабления радиосигнала при распространении радиоволн (Р_{зат.ррв}) рассчитывается достаточно сложно, так как включает в себя ослабление радиосигнала при его распространении в свободном пространстве (Р_зат.сп), ослабление радиосигнала, вносимое рельефом местности (Р_зат.рм) и ослабление радиосигнала, вносимое гидрометеоусловиями (Р_{зат.гму}). Основной составляющей здесь является ослабление радиосигнала, вносимое рельефом местности (Р_зат.рм), поэтому для упрощения расчетов все интервалы для радиосвязи классифицируются на:

• открытые, т.е. в зоне существенной для распространения радиоволн отсутствуют физические препятствия. Зоной существенной для распространения радиоволн называется область пространства (эллипсоид вращения) вне пределов которой любое препятствие практически не оказывает влияния на распространение радиоволн;
• полуоткрытые, когда препятствие или несколько препятствий перекрывают часть зоны, существенной для распространения радиоволн, но линия прямой видимости между антеннами передатчика и приемника не перекрывается;
• закрытые интервалы, когда препятствие или несколько препятствий перекрывают часть зоны или всю зону, существенную для распространения радиоволн, в том числе линию прямой видимости между антеннами передатчика и приемника.

Величина ослабления радиосигнала от рельефа местности (Р_зат.рм) это ослабление радиоволн, обусловленное влиянием препятствий на полуоткрытых и закрытых интервалах и отражением радиоволн от поверхности Земли на открытых интервалах. Интенсивность суммарного радиосигнала прямой и отраженной волны на приемной антенне зависит от разности амплитуд и фаз интерферирующих волн, что может привести к значительному ухудшению радиосвязи. Отражающая способность поверхности Земли тем выше, чем она ровнее. На величину ослабления радиосигнала на полуоткрытом интервале влияет расстояние от препятствия до передающей и приемной антенн (препятствие в середине интервала вносит меньшие затухания, чем то, которое находиться вблизи передающей или приемной антенны), от высоты препятствия (насколько оно перекрывает зону существенную для распространения радиоволн) и от радиуса кривизны вершины препятствия (остроконечное препятствие вносит большее затухание, чем пологое). Величина ослабления радиосигнала на закрытом интервале зависит от величины закрытия зоны существенной для распространения (полное или неполное перекрытие), от радиуса кривизны и протяженности вершины препятствия. Если на линии радиосвязи два и более препятствия, то ослабление суммируется.

Запас ВЧ-уровня (Р_вч) зависит от глубины медленных и быстрых замираний радиосигнала и составляет величину в пределах 15-30дБ.

В настоящее время в России разрешено использование радиосистем охранной сигнализации с передатчиками ограниченной мощности в диапазонах любительских радиочастот: 27-29МГц, 145,2-145,775МГц; 433-433,6МГц. Не освоен любительский диапазон 1297-1298МГц. Большинство из существующих систем работают в диапазоне 136-174МГц, есть разработки в диапазонах 450-470МГц, 502-508МГц и 800-900МГц. Для работы в диапазонах частот, не относящихся к любительским, требуется разрешение Госсвязьнадзора.

Диапазон 27-29МГц широко используется многими радиоустройствами и достаточно загружен, но здесь разрешено применение передатчиков с мощностью до 10Вт. Кроме того, радиоволны этого диапазона обладают определенной способностью проникать и распространяться в другой среде и способностью огибать препятствия. Такие системы имеют антенно-фидерные устройства относительно больших размеров.

Широкое использование диапазонов 136-174МГц, 450-470МГц определено не столько их свойствами, сколько решением Международной комиссии по распределению частот. В этих диапазонах меньше промышленных помех. Радиоволны этих диапазонов распространяются, в основном, в пределах прямой видимости. Применяются достаточно компактные антенно-фидерные устройства. В диапазонах любительских частот 145,2-145,775МГц и 433-433,6МГц разрешено использование радиопередатчиков до 0,1Вт.

Диапазон 800-900МГц менее освоен. Радиоволны этого диапазона практически не обладают способностью огибать препятствия, но могут отражаться от препятствий и многократно переизлучаться. При длине волны 0,3-0,4 метра антенные устройства имеют очень небольшие геометрические размеры.

Таким образом, в городских условиях эффективно могут использоваться радиоохранные системы, работающие в более высоком диапазоне частот. В сельской местности, где большие расстояния, существует дефицит высоких точек установки антенн, меньше промышленных помех, эффективнее будут системы, работающие в более низком диапазоне.

В некоторой аппаратуре используется амплитудная модуляция сигнала. Это наименее помехозащищенный и энергоэкономичный вид модуляции. В других диапазонах наиболее распространена частотная модуляция. В сложных системах применяется фазово-частотная модуляция, позволяющая при той же ширине полосы сигнала увеличить скорость передачи. В настоящее время активно ведутся работы по выпуску оборудования, использующего широкополосный сигнал, имеющий высокую помехозащищенность.

В современных радиоканальных системах охраны используется цифровая обработка сигнала. Для повышения достоверности применяется избыточное кодирование этого сигнала. Смысл его заключается в кодировании каждого бита информации несколькими более короткими битами. На приемном конце схема сравнения по большему числу правильно принятых битов принимает решение о том, какой бит информации был принят. Некоторые способы кодирования позволяют исправлять часть ошибок при приеме избыточного кода. В настоящее время скорость передачи информации в радиоканальных системах составляет 600-2400 Бод. Длительность передачи одного сообщения находится в пределах от 0,025 до 10 секунд.

Основным показателем эффективности канала радиосвязи в системах охранно-пожарной сигнализации является вероятность своевременной передачи сообщения, которая рассчитывается исходя из среднего времени пригодного и непригодного состояния радиоканала:

Р =(Т_пер.≤ Т_{пер.доп.}),

где: Тпер.доп. – допустимое время передачи сообщения. Его величина определяется оперативными требованиями к надежности охраны – временем реакции на нарушение всей системы физической защиты объекта (Треак.доп.). Например, вневедомственная охрана, исходя из имеющегося опыта защиты объектов, устанавливает допустимое время реакции на нарушение не более 5 минут.

Допустимое время реакции складывается из времени обнаружения факта нарушения или пожара объектовой установкой охранно-пожарной сигнализации (Т_{обн.доп.}), времени передачи сообщения на станцию мониторинга (Тпер.доп.), времени обработки сигнала на станции мониторинга (Т_{обр.доп.}), времени доведения сигнала до группы физической охраны (Т_{дов.доп.}), времени прибытия группы физической охраны на объект (Т_{приб.доп.}). Таким образом, допустимое время передачи сообщения можно рассчитать:

Т_{пер.доп.} = Т_{реак. доп.} - Т_{обн.доп} - Т_{обр.доп.} - Т_{дов.доп.} - Т_{приб.доп.}

Т_пер. – реальное время передачи сообщения. Оно зависит от состояния радиоканала и его величина рассчитывается по известным методикам или определяется эмпирическим путем.

Международная классификация систем передачи извещений (СПИ) приведена в таблице 1.

Таблица Классификация СПИ по длительности передачи извещений

Наименование параметра извещений Класс СПИ D0 D1 D2 D3 D4 Среднее арифметическое значение всех временных интервалов передачи извещений при числе испытаний не менее 19, с - 120 60 20 10 Для 95% всех извещений, наибольшее значение времени передачи, с 240 240 80 30 15 Максимально допустимое время передачи, с - 480 120 50 20

Для сравнения, указанная вероятность при использовании проводного канала имеет величину около 0,98, для стандартного УКВ-ЧМ радиоканала около 0, Оперативные требования, в зависимости от важности объекта могут составлять 0,8 – 0,99, то есть 80-99% сигналов тревоги от объекта должны дойти до станции мониторинга в установленные сроки (не превысит Т_{пер.доп.}).

Для повышения эффективности работы радиоканальной системы охраны используются ряд технических и организационных мер:

• подбор оптимального частотного диапазона, антенн, мощности передатчика;
• размещение антенн на высоких местах, но эта мера ограничена величиной потерь в кабеле;
• выбор помехоустойчивого вида модуляции и избыточного кодирования полезного сигнала;
• применение разнесенных в пространстве антенн;
• передача сигнала одновременно на двух и более частотах;
• многократное повторение передаваемого сообщения;
• применение ретрансляторов;
• создание топологии сети, где предусмотрены обходные каналы;
• постоянный контроль состояния радиоканала;
• двухсторонняя связь между станцией мониторинга и объектовой установкой охранно-пожарной сигнализации;
• проверка контрольной суммы сообщения;
• криптографическое кодирование (скремблирование) сигнала.

Для расчета эффективности радиоканала существуют специальные программы для ПЭВМ, которые позволяют на этапе проектирования оценить радиоканал и наметить меры по его повышению.




Читайте далее:
Информационно-психологическая война факторы, определяющие формат современного вооруженного конфликт
Транспортная безопасность и технологии. готовые решения пожарной защиты транспорта
Что выбрать аппаратный видеорегистратор или видеорегистратор на базе компьютера?
Мой дом – мои ворота
Что нужно знать о волоконной оптике?
Как там моя дача?
Перспективы развития волоконно-оптических средств передачи видеоинформации
Эй, эй - рух-нем!!!
Кто там?
Политики хранения и ввода ключевой информации шифрования данных. требования к системе защиты данных
Практические советы по применению серии леонардо
Антивирусное противодействие механизмами защиты информации от несанкционированного доступа. требован
Особенности работы с видеограммами, полученными камерами видеонаблюдения
Размышления о периметровом телевидении
Методологическая основа сравнительного анализа средств защиты конфиденциальной информации ,часть 1,