10 мВт на сотню километров

Исторически сложилось так, что Россия является наиболее активным игроком на мировом рынке радиоканальных охранно-пожарных систем.

В отличие от опутанной проводами Европы, в России надежные проводные коммуникации – явление достаточно редкое, поэтому в большинстве случаев целесообразно использовать для связи именно радиоканал. Это оправдано и технически, и экономически, так как многие объекты недвижимости не имеют надежной проводной связи, а ее организация – дело хлопотное и дорогое. Именно поэтому все чаще для охраны объектов применяется технология передачи тревожного сигнала по радиоканалу.

Мы не будем останавливаться на радиоканале, используемом для связи извещателей с контрольной панелью или другими приемниками внутри помещения. Статей по данному поводу достаточно много, и практически любой производитель ОПС предлагает на рынок такие решения. Прогресс не стоит на месте и передать информацию на сотню-другую метров сейчас не представляет особого труда и не требует больших затрат на разработку, а компоненты таких приемо-передатчиков более чем доступны. Мы обратим свое внимание на радиоканал, позволяющий передавать информацию на километры, а то и десятки километров.

На текущий момент на территории России без специального разрешения можно использовать только четыре официально разрешенных диапазона радиоволн - 27/433/868/2400 МГц с небольшой мощностью передачи. Это регламентируется Постановлением Правительства РФ от 12 октября 2004 г. за N 539 "О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств", на основании которого ограничиваются частоты и мощности. В связи с техническими особенностями распространения радиоволн, наибольшее распространение для систем охранно-пожарной сигнализации получили диапазоны 433 МГц и 868 МГц, следовательно, именно на этих частотах работает оборудование большинства производителей. Указанные диапазоны используется также и для других дополнительных устройств, работающих на радиоканальной технологии: любительские радиостанции, брелоки автомобильных сигнализаций, радионяни и др. В результате активного использования указанные частотные диапазоны сильно перегружены. Поэтому до сих пор актуален вопрос, как с наименьшими затратами обеспечить дальность и помехозащищенность радиоканальных систем, предназначенных для обеспечения безопасности.

Один из вариантов решения задачи - увеличить мощность передатчика. Но и тут появляется ряд проблем. Во-первых, возникает необходимость получения разрешения на частоту, во-вторых, встает вопрос об плате регистрации частоты, в-третьих, отсутствуют гарантии продления разрешения на следующий год.

Сотовая связь – направление, развивающееся семимильными шагами. Какие-то десятилетия назад сотовый телефон был роскошью, недоступной для большинства. Теперь первоклассник тыкает в кнопки, сообщая маме, что он получил пятерку по природоведению. Конечно, это довольно удобно и функционально, не говоря уже об огромной зоне покрытия. Но между вами и объектом всегда будет третья сторона, сотовый оператор, которая не гарантирует передачу сообщений. В результате выхода из строя либо ремонта базовой станции канал передачи может быть отключен. Эффект «Нового года», когда все линии перегружены, также никто не отменял, да и платить придется. Конечно, меньше, чем за выделенную частоту, но все равно придется. Но это Ваш выбор, мы просто рассматриваем пути решения.

Итак, оставим в стороне телефоны, смартфоны, GSM-модемы и другие прелести сотовой связи для следующей статьи и рассмотрим «разрешенные» системы.

И тут можно склонить голову перед разработчиками такого плана систем, которые находят выход, казалось бы, в безвыходной ситуации. Давайте проведем сравнение.

Выделенные, то есть требующие регистрации частоты, практически не имеют помех. Наглядно это можно представить в виде персональной, свободной скоростной магистрали, где наши машины (пакеты с информацией) не сталкиваются с трудностями. Тогда свободные, не требующие регистрации частоты – это не что иное, как загруженные улицы большого города в час пик. Тут и автопейджеры, и любительские радиостанции, и радиобрелоки сигнализаций, и детские игрушки - и все это в одном диапазоне. А система передачи извещений, как хороший водитель, должна преодолеть данные препоны и доставить информацию. Что делать, как поступить? И разработчики решают данную проблему в комплексе мер.

Во-первых, нужно повысить помехоустойчивость. Мы в свободном диапазоне, и необходимо достучаться до приемника. Возможности настройки чувствительности элементов оборудования не беспредельны, и надо найти другой выход.

Для того чтобы получить устойчивую связь на больших расстояниях, необходимо сузить канал передачи информации в несколько раз (рис. 1).

Проиллюстрировать суть эффекта можно с помощью метода ММЧ (моделирование маленькими человечками) из системы ТРИЗ (теория решения изобретательских задач), разработанной в СССР советским изобретателем Г.С. Альтшуллером. Этот метод позволяет лучше понять физические процессы и явления, происходящие на микроуровне. Метод ММЧ состоит в том, что процессы изображаются в виде человечков, действующих согласно законам моделируемой среды. В нашей ситуации маленькие человечки будут моделировать работу приемника и передатчика в радиоканале.

Давайте представим, что есть некое ровное поле, на одном конце которого находитесь вы (условно приемник), а на другом несколько маленьких человечков, которые будут подавать вам сигналы красными флажками. Причем, нужные сигналы будет посылать только один человечек, а другие будут просто махать флажками, суетится, мешаться и, таким образом, имитировать поведение радиопомех. Для простоты описания условимся, что нужный нам человечек одет в синий свитер, а человечки-помехи - в зеленые (рис. 2).

Сначала представим картину, которую «видит» приемник без разделения радиодиапазона на каналы связи. Эту картину иллюстрирует рисунок 3.

Издалека сложно понять, какой сигнал подает синий человечек, ведь чем дальше вы находитесь от картинки, тем больше сливаются флажки. Для того чтобы понять сигнал, надо приблизить картинку. В радиоэфире происходит схожая ситуация - чем дальше приемник находится от передатчика, тем больше вероятность ошибки. Чтобы получить уверенный прием, нужно подойти ближе.

На рисунке 4 столбики и люстры иллюстрируют разделение диапазона на узкие каналы связи, и происходит акцентирование внимания на одном из каналов за счет его сужения в несколько раз. Обратите внимание: несмотря на то, что все человечки остались в той же позиции, определить положение нужных флажков в выбранном канале № 2 стало проще, и это можно сделать с большего расстояния. Первый человечек-помеха явно заслонен нашим человечком-передатчиком и не мешает, а второй человечек-помеха попал в канал №3, и мы просто не обращаем на него внимание. То же происходит и в радиоканале - сужение ширины канала связи снижает мощность помехи, действующей на полезный сигнал.

Данная технология получила название Hopping (словарь переводит это слово как «скачок»). На рисунке 5 наш передатчик «перескочил» в свободный канал №1 (там ему вообще никто не мешает), и мы можем определить положение флажков с еще большей уверенностью. Этот рисунок демонстрирует, что, разделяя выделенный диапазон на более узкие каналы и переключая их по определенному алгоритму, можно передавать информацию в эфире на свободных частотах, минимизируя влияние помех, воздействующих на другую часть диапазона.

Конечно, метод ММЧ сильно упрощает реальные процессы, но его достаточно для общего понимания технических особенностей радиоканала системы.

Что еще дает технология Hopping? Приведем пример из жизни российского дачника, который использует для полива своего сада обычный резиновый шланг. Очевидно, что если конец шланга не зажимать, вода будет выливаться обильно, но радиус полива будет довольно мал, а возможности увеличить давление воды в водопроводе у нас нет. Все, что мы можем сделать – это уменьшить выходное отверстие. Ведь если сдавить пальцами конец шланга, вода сильно брызнет в разные стороны, что позволит полить даже отдаленные участки сада. Струи, конечно, будут довольно тонкими, но задача увеличения дальности полива будет достигнута.

Представим себе, что при том же количестве вытекающей из шланга воды (постоянной мощности передатчика) мы сузим отверстие выхода в 512 раз. Струя не только достанет до границ огорода нашего труженика земли, но и перелетит далеко за его пределы. А ведь количество подаваемой воды не изменилось! На рисунке 6 графически представлен данный принцип по отношению к радиоканалу.

Итак, стандартный передатчик, работающий с разрешенной мощностью на большом расстоянии вряд ли будет «услышан» приемником. Увеличить мощность, скажем, в сотни раз без регистрации нельзя. Ретрансляция сигнала зачастую – это весьма дорогостоящая операция, ведь для одновременного сбора информации с нескольких сотен каналов требуется весьма дорогостоящая элементная база. При использовании одной только технологии Hopping дальность передачи информации, даже при 10мВт мощности, ограничивается только прямой видимостью. Конечно, объем передаваемой информации уменьшается. В таком узком канале видео- и аудиоданные передать не получится, но десяток другой байт с информацией о событиях на охраняемом объекте передать несложно. При правильно размещенной антенне приемника, дальность действия в 100 км - более чем возможный результат, и восьмилетний опыт успешной эксплуатации данных систем – лишнее тому подтверждение.