Цифровой радиоканал передачи данных между движущимися объектами. Как всех посчитать (или передача данных по радиоканалу). О стандарте передачи данных ZigBee

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:

  1. для систем передачи цифровой информации;
  2. для систем радиотелеметрии и телеуправления;
  3. 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.
Устройства радиопередающие всех категорий и назначений народно-хозяйственного применения. Требования к доступным отклонениям частоты. Методы измерений и контроля.

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
(обмена
данными), бит/с

Протокол в эфире

Выходная мощность

«Пульсар»
(НПП«Тепловодохран», г. Рязань)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

1200 – 19 200
(38 400)

прозрачный

«Невод-5»
(ЗАО «Геолинк», г. Москва)

433,92 ± 0,2%;
433 − 450
(8 р/каналов)

1200 − 9600
(19 200)

прозрачный,
пакетный

«Спектр 433»

433,92 ± 0,2%;
433,05 − 434,79

1200 – 19 200
(38 400)

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

«Спектр 48 MSK»
(ООО «Ратеос», г. Москва, Зеленоград)

433,92 ± 0,2%;
433,05 − 434,79

1200;
2400;
4800;

прозрачный,
пакетный,
командный

«Спектр 9600GM»
(ООО «Ратеос», г. Москва, Зеленоград)

401 – 406;
412 − 427;
433 − 447;
450 − 469

4800;
9600
(14 400; 19 200)

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

0,25 − 3,5 Вт

«Интеграл 400»
«Integral 400»
(ГОУ МТУСИ, ЗАО «НИРИТ», г. Москва)

401 – 406;
412 – 417;
422 – 427;
433 – 450;
453 – 460;
463 – 469;
470 − 486

9600 или 19 200
(9600 − 11 5200)

прозрачный, пакетный,
IP (TCP/IP),
ретранслятор

100 мВт;
до 5 Вт;
10 Вт;
15 Вт;
25 Вт;

«Integral-R»
(ООО «Телеметрия БТТ», г. Москва)

136 − 174;
401 − 469;

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

«Интеграл-433/2400»
(ООО «Интеграл+», г. Казань)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

1200 − 2400
(9600)

пакетный

1,5 – 100 мВт

«Интеграл-433/4800»
(ООО «Интеграл+», г. Казань)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

1200 − 4800
(19 200)

пакетный

1,5 – 100 мВт

«Интеграл-450/2400»
(ООО «Интеграл+», г. Казань)

1200 − 4800
(19 200)

пакетный
(адресный),
ретранслятор

«Гамма-433»
(ООО «Радиосистемы», г. Ижевск)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

прозрачный,
пакетный,
эхо-репитер

«Гамма-4151»
(ЗАО «ИНСАТ», г. Москва)

433,92 ± 0,2%;
433 – 450
(8 р/каналов)

прозрачный,
пакетный

«РМ-433»
(СКБ «Промавтоматика», г. Москва, Зеленоград)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

2-уровневая FSK

1200 – 19 200
(38 400)

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

«Сократ»
(ОАО «Завод «Автоприбор», г. Владимир)

146 − 174;
420 − 430;
433 − 434;
460 − 470

GMSK,
DQPSK 1/4

1200 – 19 200
(28 800)

прозрачный,
ретранслятор,
адаптивный
(ПЛИС)

«РИФ ФАЙНДЕР-801»
(ООО «Альтоника», г. Москва)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

прозрачный,
эхо-репитер

«Гранит-РМ»
(ЗАО «Сантэл», г. Москва)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

прозрачный,
пакетный

1 – 5 Вт,
р/ст «Гранит Р-302»

«Гранит-Р-43 АЦ»
(ЗАО «Сантэл, г. Москва)

1200;
2400;
4800

прозрачный,
пакетный

«Радиомодем RS232»
(БГТУ, г. Минск, Беларусь)

403 − 470;
810 − 940

прозрачный,
пакетный

«Контакт-УТ-322»
(ООО «УралТелеком», г. Пермь)

433,92 ± 0,2% или к радиостанции

1200;
2400;
4800

пакетный

10 мВт
р/ст. 1 – 5 Вт

«МОСТ-М»
(Ижевский радиозавод, ТД, г. Ижевск)

146 − 174;
450 − 470

прозрачный,
пакетный

«РМ201»
(ООО «НПФ «РИТМ», г. Краснодар)

1200;
2400;
4800

прозрачный,
пакетный

«СИГНАЛ»
(ООО «НавГеоКом», г. Москва)

1200;
2400;
4800

прозрачный,
пакетный

«ЭРИКА-9600»
(ЗАО «Уральские радиостанции», г. Ижевск)

433,92 ± 0,2%;
433 − 434

2400;
4800;
9600

прозрачный,
пакетный

«Альтавия-110М»
(г. Новосибирск)

1200;
2400;
4800

прозрачный,
пакетный

«Заря-ТМ232/450»
(Государственный Рязанский приборный завод, ГРПЗ)

433,92 ± 0,2%;
390 − 486

1200;
2400;
4800

прозрачный,
пакетный

0,01 − 2,5, 10 Вт

«PMД-400»
(ООО «МАРС», г. Екатеринбург)

прозрачный,
пакетный

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,
бит/с

протокола

Выходная мощность
передачи, Вт

Чувстви-тельность
приема

«T-96SR», «T-96SR/F»
(DataRadio, Канада)

132 – 174;
380 – 512;
928 − 960

4800;
9600;
19 200

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

«Integra-TR»
(DataRadio, Канада)

132 – 174;
380 − 512;
928 − 960

2400;
4800;
9600;
19 200

прозрачный, IP (TCP/IP),
ретранслятор

 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ

«Integra-Н», «HiPR-900»
(DataRadio, Канада)

прозрачный, IP (TCP/IP)

 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ

«T-Base/R», «Т-Base/H»
(DataRadio, Канада)

132 – 174;
380 – 512;
928 − 960

4800;
9600;
19 200

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ

«I-Base/R», «I-Base/H»
(DataRadio, Канада)

132 − 174;
380 − 512;
928 − 960

4800;
9600;
19 200

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

 0,35 мкВ для соотношения с/ш 12 дБ

«GeminiPD+»
(DataRadio, Канада)

403 − 460;
450 − 512

DGMSK;
SRRC4FSK

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

 116 дБм для соотношения с/ш 12 дБ

«Gemini3G»
(DataRadio, Канада)

403 − 460;
450 − 512

SRRC4FSKS; RRC8FSK; SRRC16FSK

32,0; 48,0 или 57,6 кбит/с

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

 98...110 дБм

«GM3DATA»
«MotoTRBO»/TDMA/
(Motorola, США)

136 − 174;
403 − 470

прозрачный, GPS(NMEA), IP (TCP/IP)

EIA 12 дБ SINAD;
<0,22 мкВ

«MDS SD4»
(GE MDS, Motorola,США)

330 − 400;
400 − 450;
450 − 512

9600;
19 200

прозрачный,
ретранслятор

<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD

«MDS 1710 А, С»,
«MDS 4710 А, С»
(GE MDS, Motorola,США)

132 − 174;
330 − 512

9600;
19 200
(110 – 38 400)

прозрачный,
ретранслятор

<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD

«MDS TransNet 900»
(GE MDS, Motorola,США)

9600 – 11 5200

прозрачный,
пакетный

108 дБм;
BER 1×10 -6

«PDLRXO™»
(Pacific Crest Co, Канада)

GMSK;
GMSK;
4 Level FSK

4800;
9600;
19200

прозрачный,
пакетный

<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD

« PDL™», «EDL»
(Pacific Crest Co, Канада)

GMSK;
GMSK;
4 Level FSK

4800;
9600;
19 200

прозрачный

110 дБм;
BER 10 -5

«RFM96»
(Pacific Crest Co, Канада)

136 − 174;
400 − 512

прозрачный

«SD125»
(Maxon, США)

148 − 174;
400 − 430;
440 − 470

FSK или
CTCSS

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

0,25 − 0,35 мкВ;
12 дБ SINAD

«SD160, SD170»
(Maxon, США)

148 – 174;
450 − 490

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

0,25 мкВ;
12 дБ SINAD

«DM70 DataMax»
(Maxon, США)

147 − 174;
400 − 430;
439 − 470

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

<0,28 мкВ;
12 дБ SINAD

«Satelline-2ASc»
(SATEL, Финляндия)

прозрачный,
пакетный

<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD

«Satelline-2ASхЕ»
(SATEL, Финляндия)

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD

«Satelline-3ASd»
(SATEL, Финляндия)

400 − 470;
869,4 – 869,65

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD

«Trimmark 3»
(Pacific Crest Co, Канада)

430 − 470;
4 канала по 10 МГц

4800 – 115 200

прозрачный,
пакетный

108 дБм;
BER 1×10 -6

Trimtalk 450S
(Trimble, США)

4800 – 115 200

прозрачный

108 дБм;
BER 1×10 -6

«TS-4000»
(Teledesign, США и Канада)

136 − 174;
380 − 512

прозрачный

104 дБм;
BER 1×10 -6

«CDA 70»
(Conel, Чехия)

136 − 174;
403 − 470

21 700;
10 800

прозрачный,
пакетный,
ретранслятор

114 дБм;
12 дБ SINAD

«DFM 10R»
(Digades, Германия)

433,25 − 434,60

пакетный

108 дБм;
BER 1×10 -6

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»

фото 2 ) идеально подходит для систем охраны, обеспечения безопасности помещений и личности, систем определения местонахождения расконвоированных заключенных и т.п. При мощности 100 мВт обеспечивается радиосвязь 400 – 1000 м. Особенностью микрорадиомодема является малое энергопотребление (в «спящем режиме» порядка 100 мкА), что позволяет ему обеспечивать длительную работу (не менее одного года) с автономными источниками питания.

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.

В цифровых вещательных телевизионных системах по радиоканалам необходимо передавать цифровой сигнал – транспортный поток MPEG-2 (точнее – транспортный поток системыDVB-T). Этот цифровой сигнал необходимо передавать в выделенной для данного радиоканала полосе частот. При этом необходимо решать задачи модуляции несущего колебания цифровым сигналом и защиты его от помех.

Одним из главных требований к системам цифрового телевидения является использование существующих радиоканалов телевизионного вещания.

Для трансляции сигналов цифрового телевидения, особенно если надо передавать сигналы нескольких программ обычной (стандартной) четкости в одном радиоканале или сигнал ТВЧ, необходимо увеличивать эффективность использования полосы частот радиоканала связи, что достигается применением более сложных методов модуляции несущей.

Другое важнейшее требование к системе цифрового телевидения – обеспечение высокой помехоустойчивости.

Как известно, цифровая информация передается в виде двоичных символов – единиц и нулей. Из двоичных символов состоят кодовые комбинации (кодовые слова), каждая из которых в случае цифрового телевизионного сигнала может содержать информацию, например, о значении одного отсчета этого сигнала. В результате действия шумов и помех отдельные двоичные символы могут быть приняты с ошибкой. Это объясняется тем, что само по себе преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму еще не гарантирует высокой помехозащищенности передаваемой информации. При этом надо иметь в виду, что проявление ошибок в цифровой телевизионной системе существенно отличается от заметности флуктуационного шума в аналоговой системе. Ошибка в одном двоичном разряде может изменить значение отсчета изображения многократно, если она произошла в старшем разряде кодового слова. При использовании различных методов сокращения избыточности телевизионного сигнала одиночная ошибка может привести к искажению, например, участка строки или даже группы строк. Интенсивность ошибок характеризуется их относительной частотой f ош [ош/дв. символ], показывающей вероятность того, что принятый отдельный двоичный символ ошибочен. В англоязычной технической литературе эта величина обычно называетсяBER(BitErrorRate–частота ошибок на 1 бит или коэффициент ошибок ).

Вероятность ошибки в одном разряде может составлять 10 –4 …10 –5 . Это означает, что при скоростях цифрового потока данных, равных нескольким десяткам Мбит/с, каждую секунду будут происходить сотни ошибок. Качество такого изображения будет неудовлетворительным. На практике даже несколько белых или черных точек на изображении могут оказаться заметными.

Рассмотрим основные причины возникновения ошибок:

    воздействие шумов различной природы (тепловой шум, шум генерации-рекомбинации, фликкер-шум и т.д.), в большинстве случаев проявляющиеся во входных каскадах приемной телевизионной аппаратуры;

    индустриальные и атмосферные помехи;

    помехи, создаваемые радиопередатчиками, работающими в этой же полосе частот в соседних районах (явление интерференции);

    многолучевое распространение радиоволн, возникающее из-за отражений от искусственно созданных сооружений, например, жилых зданий, и от естественных возвышенностей, обусловленных рельефом поверхности земли.

Ошибки при приеме двоичных символов классифицируются на одиночные и пакетные (групповые). Одиночные ошибки, как правило, не зависят друг от друга. Пакетные ошибки искажают сразу несколько соседних двоичных символов. Например, вследствие воздействия достаточно продолжительной импульсной помехи несколько идущих подряд двоичных символов становятся равными нулю или единице.

Традиционными способами повышения помехоустойчивости цифровых телевизионных систем, обеспечивающих наземное вещание, являются:

    увеличение мощности радиопередатчика;

    выбор антенно-фидерных устройств с оптимальными для конкретного случая параметрами;

    уменьшение уровня шумов в телевизионных приемниках путем применения малошумящей элементной базы;

    рациональное планирование использования радиоканалов на смежных территориях.

К сожалению, все эти методы имеют ограничения, связанные с реальными техническими возможностями, с конечной шириной доступного эфирного диапазона частот, с высокой стоимостью приемной телевизионной аппаратуры и т.д.

В случае передачи цифровых сигналов значительное повышение помехоустойчивости может быть достигнуто путем применения кодов, исправляющих ошибки. В цифровых телевизионных системах одновременно с помехоустойчивым кодированием дополнительно выполняется операция перемешивания данных цифрового потока, которая преобразует пакетные ошибки в совокупность одиночных ошибок. Данное преобразование имеет большое практическое значение, так как исправление одиночных ошибок является значительно более простой технической задачей по сравнению с исправлением пакетных ошибок.

Одновременно выполняемые операции перемешивания данных и помехоустойчивое кодирование очень часто называются канальным кодированием, которое реализуется непосредственно перед передачей цифровой информации по радиоканалу и, как правило, совмещается с модуляцией. Канальное кодирование, как правило, основано на введении некоторой избыточности в передаваемое сообщение для того, чтобы влияние помех на цифровой сигнал в радиоканале было минимальным.

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:

  • FSK –
    • управление сдвигом частоты;
  • MFSK – (multilevel)
    • управление многоуровневым сдвигом частоты (количество частот 4,8, … );
  • CPFSK
    • – сдвиг частоты с непрерывной фазой;
  • MSK –
    • минимальный сдвиг частоты;
  • GMSK –
    • минимизированный по Гауссу сдвиг частоты; – модуляция частоты временем; – фазовый сдвиг; – квадратурный фазовый сдвиг;
  • DQPSK
    • – дифференциальный квадратурный фазовый сдвиг;
  • p /4 DQPSK
    • – дифференциальный квадратурный фазовый сдвиг со значением сдвига p /4; – квадратурная амплитудная модуляция. сигнал

    Передача “0” на частоте

    f 1 и “1” на f 2

    Рисунок 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. сигнал

    По 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.

    сигнал

    Для 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 сигнала

    Основная 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
    MSK сигнала, формируя на выходе запускающие импульсы для ждущего мультивибратора;
  • ЖМВ – ждущий мультивибратор;
  • ВД – временной дискриминатор, распознающий длительности импульсов;
  • Ф2 – фильтр НЧ, отсекающий ВЧ составляющие спектра;
  • К1 – компаратор, формирующий выходные данные;
  • СП – счетчик переходов;
  • И – интегратор;
  • К2 – компаратор, формирующий сигнал
    • CD (carrier detect – обнаружение несущей );
  • ЦФАПЧ – цифровая схема фазовой автоподстройки частоты;
  • ТЗ – триггер – защелка.

    • 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.

    В беспроводных радиоканалах передача информации осуществляется с помощью радиоволн. В информационных сетях используются волны частотой от сотен мегагерц до десятков гигагерц.

    Для организации канала передачи данных в диапазонах дециметровых волн (902...928 МГц и 2,4...2,5 ГГц) требуется регистрация в Госсвязьнадзоре. Работа в диапазоне 5,725...5,85 ГГц лицензирования не требует.

    Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов. Стремление к увеличению числа каналов порождает тенденцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов.

    Радиоканалы используются в качестве альтернативы кабельным системам при объединении сетей отдельных подразделений и предприятий
    в корпоративные сети. Радиоканалы являются необходимой составной частью в спутниковых и радиорелейных системах связи, применяемых в территориальных сетях, а также в сотовых системах мобильной связи.

    Радиосвязь используют в корпоративных и локальных сетях, если затруднена прокладка других каналов связи. Во многих случаях построения корпоративных сетей применение радиоканалов оказывается более дешевым решением по сравнению с другими вариантами.

    Радиоканал позволяет:

    · выполнять роль моста между подсетями;

    · быть общей средой передачи данных в ЛВС;

    · служить соединением между центральным и терминальными узлами в сети с централизованным управлением;

    · соединять спутник с наземными станциями.

    Радиомосты используют для объединения между собой кабельных сегментов и отдельных ЛВС в пределах прямой видимости и организации магистральных каналов в опорных сетях. Они выполняют ретрансляцию
    и фильтрацию пакетов. При этом осуществляется двухточечное соединение с использованием направленных антенн. Дальность связи ограничивается пределами прямой видимости (обычно до 15…20 км с расположением антенн на крышах зданий). Мост должен иметь два адаптера: один для формирования сигналов в радиоканале, другой – для приема сигнала в кабельной подсети.

    При использовании радиоканала в качестве общей среды передачи данных сеть называют RadioЕthernet (стандарт IEEE 802/11). Обычно такую сеть применяют внутри зданий. В состав аппаратуры входят приемопередатчики и антенны. Связь осуществляется на частотах от одного до нескольких гигагерц. Расстояния между узлами не превышают несколько десятков метров.

    В соответствии со стандартом IEEE 802/11 возможны два способа передачи двоичной информации в ЛВС с обеспечением защиты информации от нежелательного доступа.

    Первый способ называют методом прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). В нем защита информации основана на избыточности - каждый бит данных представлен последовательностью из 11-ти элементов («чипов»). Эта последовательность создается с помощью алгоритма, известного участникам связи, и поэтому ее можно дешифрировать при приеме.

    Сохранение высокой скорости обеспечивается расширением полосы пропускания. В DSSS по IEEE 802/11 информационная скорость может доходить до 6 Мбит/с. При этом полоса пропускания составляет 22 МГц в диапазоне частот 2,4 ГГц.

    Следует заметить, что избыточность повышает помехоустойчивость. Действительно, помехи обычно имеют более узкий спектр, чем 22 МГц, и могут исказить часть “чипов”, но высока вероятность того, что по остальным “чипам” значение бита будет восстановлено. При этом не нужно стремиться к большим значениям отношения сигнал/помеха, сигнал становится шумоподобным, что и обусловливает, во-первых, дополнительную защиту от перехвата, во-вторых, не создает помех, мешающих работе другой радиоаппаратуры.

    Второй способ – метод частотных скачков FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Согласно этому методу полоса пропускания по IEEE 802/11 делится на 79 поддиапазонов. Передатчик периодически (с шагом 20...400 мс) переключается на новый поддиапазон, причем алгоритм изменения частот известен только участникам связи и может изменяться синхронно, что и затрудняет несанкционированный доступ к данным.

    Вариант использования радиоканалов для связи центрального и периферийного узлов отличается тем, что центральный пункт имеет ненаправленную антенну, а в терминальных пунктах при этом применяются направленные антенны. Дальность связи составляет десятки метров, а вне помещений – сотни метров.

    Спутниковые каналы являются частью магистральных каналов передачи данных. В них спутники могут находиться на геостационарных (высота 36 тыс. км) или низких орбитах. В случае геостационарных орбит заметны задержки на прохождение сигналов (к спутнику и обратно около 500 мс). Покрытие поверхности всего земного шара возможно с помощью четырех спутников.

    В низкоорбитальных системах обслуживание конкретного пользователя происходит попеременно разными спутниками. Чем ниже орбита, тем меньше площадь покрытия и, следовательно, требуется или больше наземных станций, или необходима межспутниковая связь, что, естественно, приводит к утяжелению спутника. Число спутников также значительно больше (обычно несколько десятков).

    Поставкой оборудования для организации корпоративных и локальных беспроводных сетей занимается ряд фирм, в том числе известные фирмы Lucent Technologies, Aironet, Multipoint Network.

    В оборудование беспроводных каналов передачи данных входят сетевые адаптеры и радиомодемы , поставляемые вместе с комнатными антеннами и драйверами. Они различаются способами обработки сигналов, характеризуются частотой передачи, пропускной способностью, дальностью связи.

    Сетевой адаптер вставляют в свободный разъем шины компьютера. Например, адаптер WaveLAN (Lucent Technologies) подключают к шине ISA, он работает на частоте 915 МГц, пропускная способность 2 Мбит/с.

    Радиомодемы могут работать в дуплексном или полудуплексном режиме. При этом, например, модем серии RAN (Multipoint Networks) имеет следующие характеристики: со стороны порта данных – интерфейс RS-232C, RS-449 или V.35, скорость до 128 кбит/с, а со стороны радиопорта – частоты 400...512 или 820...960 МГц, ширина радиоканала 25...200 кГц.



    Похожие публикации