Передача данных по радиоканалу оборудование. Принципы передачи сигналов вещательного телевидения по радиоканалу

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.

Обзорный проект

Описание:

Основна
я идея проекта состоит в том, чтобы передать данные от одного пункта до другого.
Эта передача может быть как беспроводная по радиоканалу, так и по проводам.
В данном проекте передаются 4 типа данных от различных типов датчиков
по радиоканалу.
В качестве датчиков используется температурный датчик, датчик уровня топлива,
датчик давления и датчик числа оборотов за 1
минуту. Все эти датчики имеют аналоговый выход
в форме напряжения, которое преобразуется в цифровые данные, которые мы можем передать.

Почему
необходимо преобразовывать аналоговые
сигналы в цифровые?

Предположим
, что мы преобразовали аналоговые сигналы в цифровые данные. Что дальше?
Поскольку четыре различных типа данных мы должны передать по одному каналу, то нам надо
их объединить. Аналоговые сигналы объединить невозможно, для цифровых сигналов мы можем
использовать цифровой коммутатор, который будет объединять данные в один поток
следующими один за другим.
Примечание: скорость передачи данных от 12 до 15 циклов в 1 минуту.

Передача
данных:

Блок-схема показывает пример передачи данных с использованием
какой либо модуляции сигнала.

После
получения данных от приемника и их демодуляции мы получим реальные данные,
которые передавались передатчиком и мы легко их показывать.

Функциональная блок-диаграмма:

Схема
цифровой части:

Рис.1
(секция А)

Рис.2 (Секция В –
радиочастотный передатчик)

Описание схемы:

В секции
“А” изображен
цифровой приемник сигналов от 4-х датчиков. Здесь используется аналоговый
переключатель IC M4066, который также хорошо работает как и цифровой.
Он имеет четыре устройства ввода/вывода и отдельные выводы для контроля передачи аналоговых
сигналов через коммутатор. Линии управления коммутатором соединяются с выводами
микроконтроллера (порты 2.1 – 2.4).
Поскольку эти все сигналы аналоговые, так что мы должны преобразовать их в цифровые форму
посредством аналого-цифрового преобразователя. Для этой цели мы использовали IC ADC0804.
Это 8-разрядный АЦП и на его выходе мы имеем цифровой эквивалент аналогового сигнала с
диапазоном значений от 0 до 255. Из АЦП 8-разрядные данные поступают в микропроцессор
(порты 1.0 – 1.7). Посредством мультиплексирования 4 аналоговых сигналов последовательно
переводятся в цифровую форму и в виде одного потока данных передаются в модулятор передатчика.

Рис.3 (комментарий к
цифровой схеме)

Чтобы
передать некоторый сигнал на расстояние мы должны промодулировать его в передатчике.
Хорошо, когда схема модулятора совмещена с передатчиком. В данной схеме используется
частотная модуляция из-за ее простоты и получения большой дальности передачи сигнала,
которая может составить около 2 км. Так например вещательный диапазон FM достаточно широк
для возможной передачи данных. Этот передатчик передает сигнал на частоте
98 МГц. Но сигнал передатчика не будет точно соответствовать модулирующему
цифровому сигналу (форма меандра). Здесь мы говорим, что сигнал лишь похож по форме на меандр.
Точный вид формы сигнала передатчика
можно увидеть на осциллографе.

Радиочастотный

передатчик в данном проекте собран по
простейшей схеме (рис.2). Он представляет
собой LC возбудитель на одном
транзисторе совмещенный с цепями ЧМ
модулятора. Выходная мощность
передатчика около 0,8 Вт. Частота
автогенератора 98 МГц. Приемник – обычный
радиовещательный с подходящим УКВ
диапазоном. Дальность уверенного приема
и демодуляции цифровых данных не более 2-х
километров. И при использовании данной
аппаратуры не может быть улучшена.

PS:

Данная статья приводится лишь как
пример использования технологии. В ней
не конкретизируются типы эффективных
модуляторов/демодуляторов и
используется технически несовершенный
радиоканал для передачи данных.

Построение сетей передачи данных по
радиоканалу во многих случаях надежнее и
дешевле, чем сети обмена данными с
использованием коммутируемых или арендованным
каналов. Для организации связи с подвижными
объектами наиболее подходящщее решение –
радиосвязь. Каналы общего доступа, такие как
каналы сотовых операторов не гарантируют
достаточной пропускной способности да и вообще
бесперебойной работы.

В условиях, когда
отсутствует развитая инфраструктура сетей
связи, использование радиосредств для передачи
данных зачастую является единственно разумным
вариантом организации связи. Сеть передачи
данных с использованием радиомодемов может быть
оперативно развернута практически в любом
географическом регионе. В зависимости от
используемых приемопередатчиков и антенн такая
сеть может обслуживать своих абонентов в зоне
радиусом от единиц до десятков и даже сотен
километров. Огромную практическую ценность
радиомодемы имеют там, где необходима передача
небольших объемов информации (документов,
справок, анкет, телеметрии, ответов на запросы к
базам данных и т.п.). Особенно если необходимо
гарантировать время реакции (ответа) удаленного
устройства.

Радио-модемы часто называют пакетными
контроллерами (TNC – Terminal Node Controller) по-скольку в их
состав входит специализированный контроллер,
реализующий функции обмена данными с
компьютером, управления процедурами
форматирования кадров и доступа к общему
радиоканалу в соответствии с реализованным
протоколом множественного доступа.
Рассматриваемые радиомодемы во многом похожи на
интеллектуальные модемы для телефонных каналов
КТСОП. Главное же их отличие в том, что
радиомодемы ориентированы для работы в едином
радиоканале со многими пользователями (в канале
множественного доступа), а не в канале типа
“точка-точка”.

Алгоритмы функционирования пакетных
радиосетей регламентируются Рекомендацией АХ.25.

Стандарт АХ.25

Рекомендация АХ.25 устанавливает единый
протокол обмена пакетами, т.е. обязательный для
всех пользователей пакетных радиосетей порядок
осуществления обмена данными. Стандарт АХ.25
представляет собой специально переработанную
для пакетных радиосетей версию стандарта Х.25.

Особенность пакетных радиосетей заключается в
том, что один и тот же радиоканал используется
для передачи данных всеми пользователями сети в
режиме множественного доступа. Протокол обмена
АХ.25 предусматривает множественный доступ в
канал связи с контролем занятости. Все
пользователи (абоненты) сети считаются
равноправными. Прежде чем начать передачу
радиомодем проверяет свободен канал или нет.
Если канал занят, то передача своих данных
радиомодемом откладывается до момента его
освобождения. Если радиомодем обнаруживает
канал свободным, то он сразу же начинает передачу
своей информации. Очевидно, что в тот же самый
момент может начать передачу и любой другой
пользователь данной радиосети. В этом случае
происходит наложение (конфликт) сигналов двух
радиомодемов, в результате чего их данные с
высокой вероятностью серьезно исказятся под
воздействием интерференционных помех.
Радиомодем-передатчик узнает об этом получив
отрицательное подтверждения на переданный пакет
данных от радиомодема-получателя или в
результате превышения времени тайм-аута. В такой
ситуации он обязан будет повторить передачу
этого пакета по уже описанному алгоритму.
По-скольку пауза перед следующей попыткой связи
задается у каждого устройства случайным образом,
то вероятность того, что в следующий раз модемы
начнут передачу одновременно крайне низка.

При пакетной связи информация в канале
передается в виде отдельных блоков – кадров. В
основном их формат соответствует формату кадров
известного протокола HDLC, однако есть отличия,
рассматриваемые далее.

Формат кадров

FLAG	ADRES	CONT	CRC-16	FLAG
011111110	14-70 байт	1 байт	2 байт	011111110

FLAG	ADRES	CONT	INFORM	CRC-16	FLAG
011111110	14-70 байт	1 байт	до 256 байт	2 байт	011111110

Начало и конец кадра отмечаются флагами FLAG, т.е.
комбинациями вида “011111110”, что облегчает
прием кадра на фоне помех. Поле адреса ADRES
содержит адреса отправителя, получателя и
станций – ретрансляторов, если таковые имеются.
Размер адресного поля может составлять от 14 до 70
байт.

Поле управления CONT определяет тип кадра:
информационный или служебный. Служебные кадры, в
свою очередь, могут подразделяться на
супервизорные и ненумерованные. Супервизорные
кадры служат для подтверждения приема
неискаженных помехами кадров или для запроса
повторной передачи искаженных кадров.
Ненумерованные кадры предназначены для
установления логического соединения и в случаях
управления обменом в сети.

Длина информационного поля INFORM, представляющая
собой пакет сетевого уровня, в пакетных
радиосетях обычно не превышает несколько сотен
байт. Увеличение длины информационного поля
приводит к повышению вероятности поражения
помехой и возрастанию времени ожидания передачи
пакетов другими пользователями.

При реализации сетевого (третьего) уровня
протокола АХ.25 используется поле определения
протокола, которое выступает как часть
информационного поля и является необязательным.

Контрольное поле кадра (CRC-16) предназначено для
обнаружения ошибок в кадре при его передаче.

Адресное поле
может содержать от двух до
десяти логических адресов. Простейшим случаем
является адресное поле из двух адресов (два
пользователя). Если пользователи находятся вне
зона радиовидимости, то могут использовать
радиомодемы других пользователей сети в
качестве ретрансляторов. Таких ретрансляторов
для одного логического канала может быть до
восьми. Адреса ретрансляторов также
присутствуют в адресном поле кадра. Таким
образом поля адреса делится на три подполя:
получателя, отправителя и ретранслятора. Формат
адресного поля следующий:

Занесенные в него адреса могут состоять не
более чем из шести символов. Если адрес состоит
менее чем из шести символов, он дополняется
соответствующим количеством пробелов.

После адреса в каждом подполе идет вторичный
идентификатор пользователя (абонента) SSID (Secondary
Station IDentifier). Это некоторое число от 0 до 15. Оно
определяет уровень сервиса данного
пользователя, например, что он имеет несколько
станций пакетной радиосвязи, работающих в разных
диапазонах, поддерживает функции электронного
почтового ящика BBS, или является сетевым узлом –
ретранслятором NET/ROM. Обычный пользователь
работает без вторичного идентификатора или с
идентификатором равным 1. Идентификатор BBS и
узловой станции может быть равен значениям от 2
до 9. При прохождении кадра транзитом через узел
NET/ROM вторичный идентификатор получает значения
от 10 до 15, в зависимости от того, через сколько
узловых станций он прошел.

Значение идентификатора в двоичном виде
занимает четыре бита – со второго по пятый в
байте, следующем после каждого адреса. Первый бит
этого байта используется как признак конца
адресного поля. Если он равен единице, то это
признак последнего банта адресного поля. Для
шестого и седьмого битов рассматриваемого байта
нет определенного назначения, и они могут
использоваться в отдельных сетях по усмотрению
ее пользователей или администратора сети, если
такой имеется.

Восьмой бит в последнем байте подполя
отправителя и получателя всегда устанавливается
в нуль. В подполе ретранслятора его
устанавливают в единицу, если кадр прошел через
ретранслятор, и в нуль, если нет. Установление
бита ретранслятора необходимо для того, чтобы
ретрансляторы, находящиеся в зоне
радиовидимости друг друга, следовали
очередности передачи кадров через себя и
выполняли эту процедуру строго в порядке,
указанном отправителем кадра.

Управляющее поле
содержит информацию о
типе кадра, которая используется для определения
назначения сообщения. Протокол АХ.25 использует
три основных типа кадров: I – информационные,
содержащие информацию пользователя либо
прикладного процесса; S – супервизорные
(служебные), подтверждающие правильный прием
кадра или содержащие запрос на выдачу очередного
информационного кадра; U – ненумерованные кадры,
управляющие запросами на
соединение-разъединение.

Кроме того, управляющее поле содержит номер
кадра, который ожидает принять радиомодем
корреспондента-получателя. Для повторной
передачи искаженных кадров используются
механизм ARQ типа GBN и SR.

Информационное поле
кадра содержит
информационный пакет размером до 256 байт. При
передачи текстовой информации в терминальном
режиме информационное поле представляет собой
последовательность символов пользователя,
которые при приеме отображается на экране
компьютера корреспондента.

Иногда первый байт информационного поля
выступает в качестве самостоятельного
подполя-идентификатора протокола. Это
происходит при использовании сетевого (третьего)
уровня протокола АХ.25 при прохождении пакета
через станции NET /ROM.

Контрольное поле кадра,
как и в других
протоколах, служит для проверки правильности
передачи данных. Формирование контрольного поля
кадра происходит при использовании образующего
полинома CRC-1 б ^x^=-c +х +х +1 в соответствии с
алгоритмом, приведенным в Рекомендации ISO 3309,
аналогично правилам формирования контрольного
поля кадра протоколов HDLC и V.42. При приеме также
подсчитывается контрольное поле, которое
сравнивается с принятым значением. При
несовпадении контрольных последовательностей
осуществляется запрос повторной передачи кадра.

Физическая реализация радиомодемов

Типичная станция пакетной связи включает в
себя компьютер (обычно портативный типа notebook),
собственно радиомодем (TNC), приемопередатчик
(радиостанция) УКВ или КВ-диапазона.

Современные интергальные радиомодемы
выполнены в едином корпусе, содержащем
контроллер портов, контроллер управления
передатчиком, специализированный
приемопередатчик с малым временем переключения
прием/передача.

Компьютер взаимодействует с радиомодемом
посредством одного из известных итерфейсов
DTE-DCE. Практически всегда применяется
последовательный интерфейс RS-232.

Передаваемые из компьютера в радиомодем данные
могут быть либо командой, либо информацией,
предназначенной для передачи по радиоканалу. В
первом случае команда декодируется и
исполняется, во втором – формируется кадр в
соответствии с протоколом АХ.25. Перед
непосредственной передачей кадра
последовательность его битов кодируется
линейным кодом без возврата к нулю NRZ-I (Non Return to
Zeroln-verted). Согласно правила кодирования NRZ-I
перепад физического уровня сигнала происходит в
случае, когда в исходной последовательности
данных встречается нуль.

Временная диаграмма, поясняющая процесс
кодирования кодом NRZ-I приведена на следующем
рисунке:

Пакетный радиомодем представляет собой
совокупность двух устройств: собственно модема и
собственно контроллера TNC. Контроллер и модем
связаны между собой четырьмя
линиями: TxD – для передачи кадров в коде
NRZ-I, RxD – для приема кадров от модема также в коде
NRZ-I, РТТ – для подачи сигнала включения
модулятора и DCD – для подачи сигнала занятости
канала с модема к контроллеру. Обычно модем и
пакетный контроллер конструктивно выполняются в
одном корпусе. Это и является причиной того, что
пакетные радиомодемы называют контроллерами TNC.

Перед передачей кадра контроллер включает
модем с помощью сигнала по линии РТТ, а по линии TxD
посылает кадр в коде NRZ-I. Модем модулирует
получаемую последовательность в соответствии с
принятым способом модуляции. Промодулированный
сигнал с выхода модулятора поступает на
микрофонный вход MIC передатчика.

При приеме кадров модулированная
последовательностью импульсов несущая
поступает с выхода EAR приемника радиостанции на
вход демодулятора. С демодулятора принятый кадр
в виде последовательности импульсов в коде NRZ-I
поступает в контроллер пакетного радиомодема.

Одновременно с появлением в канале сигнала в
модеме срабатывает специ альный детектор,
вырабатывающий на своем выходе сигнал занятости
канала. Сигнал РТТ, помимо включения модулятора,
также выполняет функцию переключения мощности
передачи. Обычно она реализуется посредством
транзисторного ключа, который переключает
приемопередатчик с режима приема в режим
передачи.

В пакетной радиосвязи на базе типовых
радиостанций применяются два способа модуляции
для коротких и ультракоротких волн. На KB
используется однополосная модуляция для
формирования канала тональной частоты в
радиоканале. Для передачи данных применяется
частотная модуляция поднесущей в полосе частот
телефонного канала 0,3 до 3,4 кГц. Значение частоты
поднесущей может быть различной, а разнос частот
всегда равен 200 Гц.

В таком режиме обеспечивается скорость
передачи, равная 300 бит/с. В Европе обычно
используется частота 1850 Гц для передачи “0” и
1650 Гц для “1”.

В У KB диапазоне чаще работают на скорости 1200
бит/с при использовании частотной модуляции с
разносом поднесущих частот 1000 Гц. Принято, что
“0” соответствует частота 1200 Гц, а “1” – 2200
Гц. Реже в диапазоне УКВ применяют относительную
фазовую модуляцию (ОФМ). В этом случае
достигаются скорости передачи 2400, 4800, а иногда 9600
и 19200 бит/с.

В качестве примера в следующей таблице
приведены сравнительные характеристики
некоторых промышленно выпускаемых пакетных
радиомодемов.

Характеристика	РК-88	РК-900	DSP-2232	СТЕК	АТМА
Скорость передачи, Кбит/с	0,3,0,6,1.2, 2,4, 4,8. 9,6	0,3-19,2	0,3-19,2	1,2	2,4
Объем ПЗУ, Кбит	32	256	384
Объем ОЗУ, Кбит		64	64
Выходной уровень, мВ	5300	5-100	5-100
Вес, кг	1,1	2,84	1,7	4,5	1,5
Габариты, мм	191х152х38	300х305х89	305х249х74	330х270х90	220х270х45

10.4. Применение радиомодемов

Для успешного использования радиомодема
необходимо правильное

Применение радиомодемов

Для успешного использования радиомодема
необходимо правильное его подключение к
компьютеру с одной стороны, и к радиостанции – с
другой.

Для подключения радиомодема к компьютеру при
использовании последовательного интерфейса RS-232
необходимо обратить внимание на правильность
(одинаковость) установки параметров обмена между
компьютером и радиомодемом: скорость, размер
информационного символа (7 или 8 бит), четность (Even
– четный бит, Odd – нечетный, Mark – всегда 1, Space –
всегда 0) и число стоповых бит (1, 1,5 или 2). Эти
параметры в радиомодемах устанавливаются
DIP-переключателями, реже перемычками или
программно.

Во многих современных моделях радиомодемов
реализована автоматическая настройка на
требуемую скорость обмена с компьютером. Особое
внимание следует обратить на используемый
протокол управления потоком: аппаратный или
программный. При этом каждому из протоколов
должен соответствовать свой соединительный
кабель с соответствующей распайкой.

Радиомодем со встроенным контроллером
является интеллектуальным устройством. Он
выполняет множество функций и имеет свою систему
команд. По этой причине не обязательно
подключать к нему персональный компьютер, в
простейшем случае достаточно терминала.
Компьютер удобнее тем, что позволяет записывать
в память принятую информацию, подготавливать к
передаче данные и выполнять ряд других сервисных
функций.

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. Также разработаны и
имеются в продаже программы передачи факсов в
пакетных радиосетях. Это программы AEA-FAX, АЕА WeFAX и
ряд других. Продаваемые радиомодемы, как правило,
комплектуются дискетой 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.

Единого рецепта для подключения радиомодемов и
радиостанций разных типов нет и быть не может.
Однако можно сделать несколько общих замечаний.

Наиболее просто подключить радиостанцию,
имеющую разъем для выносной гарнитуры, –
устройства, совмещающего функции микрофона,
телефона (громкоговорителя) и переключателя
управления приемом/передачей радиостанции. В
этом случае подключение сводится к изготовления
соединительного кабеля от радиомодема к
приемопередатчику. При этом, как и в любом другом
случае, необходимо тщательно изучить
техническую документацию как на радиомодем, так
и на радиостанцию, особенно, касающуюся цепей
коммутации.

Если радиостанция не имеет разъема для
выносной гарнитуры, то придется либо отказаться
от ее использования, либо вскрывать корпус и
подключаться непосредственно к схеме станции,
опять же руководствуясь документацией. Такая
модернизация радиостанции является довольно
сложным и рискованным делом и должна
производится квалифицированными специалистами.

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.

Журнал «Радио» №12 2002 г.

Ракович Н.Н.

Начнем обзор ИС для передачи/приема данных в
радиодиапазоне сверхрегенеративных приёмников серии RRn-xxx. Это
функционально законченные приборы (блок-схема – на рис. 1), выполненные
по гибридной толстоплёночной технологии. В состав приемника входят:
предварительный усилитель высокой частоты, ВЧ-генератор, схема срыва
колебаний, низкочастотный фильтр, не пропускающий на выход колебания
ВЧ-генератора при отсутствии внешнего сигнала, усилитель низкой частоты
и компаратор для формирования сигнала с уровнями ТТЛ. То есть, один из
вариантов схемы сверхрегенеративного приёмника (компаратор не в счет),
но только без «обвязки». Типовая схема включения проста и приведена на
рис. 2. Отметим некоторые особенности ИС этой серии, которые, надеюсь,
помогут разработчикам.

Рис. 1. Блок-схема сверхрегенеративных приемников серии RRn-xxx

Рис. 2. Схема включения сверхрегенеративных приемников серии RRn-xxx (на примере RR3-xxx)

Применение лазерной подстройки контуров в изделиях
RR3, RR4, RR6, RR10, RR11 позволило улучшить точность настройки до ±0,2
МГц, что в 2,5 раза лучше, чем в изделиях RR1 или RR8. В приборе
RR4-xxx реализован каскодный вход и получен наиболее низкий уровень
спектра излучения (-70 дБм). В тех случаях, когда необходимо малое
потребление, фирма Telecontrolli рекомендует применять RR6 или RR11
(ток потребления 0,5 мА и 0,3 мА соответственно), но при этом Вы
несколько проиграете в чувствительности. А некоторое ухудшение
параметров RR8 по сравнению с другими ИС этой серии является платой за
питание 3В.

Последней микросхемой в серии RRn-xxx является
изделие RR15, параметры которого наиболее привлекательны: точность
настройки – ±75 кГц; полоса пропускания по уровню -3 дБ составляет –
±250 кГц, уровень испускаемого спектра частот -75 дБм, металлический
экран. Только одно «но» – единственная рабочая частота 433 МГц.

Завершая разговор об этой группе приборов, приведем некоторые их технические параметры.

Таблица 1.

	RR3	RR4	RR6	RR8	RR10	RR11	RR15
Напряжение питания, В	5	5	5	3	5	5	5
Ток потребления, мА	2,5	2,5	0,5	0,5	1,2	0,3	4
Рабочая частота, МГц	200-450	200-450	200-450	280-450	200-450	280-450	433,9
Точность настройки, МГц	±0,5	±0,2	±0,2	±0,2	±0,2	±0,2	±75 кГц
	2	2	2	2	2	2	4,8÷9,6 кбит/с
Чувствительность, дБм	-105	-105	-95	-90	-102	-95	-102
Уровень излучения, дБм	-65	-70	-65	-65	-65	-65	-75
	-25…+80	-25…+80	-25…+80	-25…+80	-25…+80	-25…+80	-25…+80

Примечание: * (-100)dBm соответствуют 2,2 uVrms

Недостатком приемников прямого преобразования
является их невысокая селективность, особенно при высокой напряжённости
электромагнитного поля. Для получения более высокого качества
радиоприёма предназначены супергетеродинные приемники серии RRSx-xxx с
амплитудной модуляцией и серии RRFx-xxx с частотной модуляцией.

Блок-схема супергетеродина RRS1-xxx ÷ RRS3-xxx
приведена на рис. 3. Сигнал с антенны поступает на вход ПАВ-фильтра и,
пройдя через смеситель, на который поступает так же сигнал с
гетеродина, проходит через фильтр ПЧ. Далее его ожидают демодулятор
АМ-сигнала и компаратор, формирующий цифровой сигнал. Среди этих
приборов микросхема RRS2 имеет большую чувствительность и более высокий
уровень излучения (сказывается отсутствие ВЧ-фильтра на ПАВ), но и
более низкую стоимость. Входной фильтр с предусилителем в приборе RRS3
позволил получить узкую полосу на все том же уровне -3 дБ и самый
низкий уровень шумов (основные параметры этих ИС приведены в таблице 2).

Рис. 3. Блок-схема супергетеродина RRS1-xxx ÷ RRS3-xxx

Таблица 2.

	RRS1	RRS2	RRS3	RRQ2	RRFQ1
Напряжение питания, В	5	5	5	5	5
Ток потребления, мА	3,7÷5	3,7÷5	5	5	5,5
Рабочая частота, МГц	315/418/433	315/418/433	433,92	433,9/868,35	315/418/433
Промежуточная частота, кГц	500	500	500	10,7 МГц	1000
Скорость передачи данных, кГц	3	3	3	4,8 кбит/с	А: 2,4 кбит/с В: 4,8 кбит/с С: 9,6 кбит/с
Чувствительность, дБм	-100	-102	-106	-107/-102	-90
Уровень излучения, дБм	-65	-50	-70	-70	-70
Диапазон рабочих температур, °С	-25…+80	-25…+80	-25…+80	-25…+80	-25…+80

Схема включения приемников RRS1-xxx ÷ RRS3-xxx практически такая же, что и у сверхрегенеративных приёмников.

Структурная схема приемника с частотной модуляцией
RRF1-xxx отличается от RRSх-xxx входным фильтром с предусилителем и
FM-демодулятором вместо АМ (рис. 4). Параметры – в таблице 2.

Рис. 4. Структурная схема приемника с частотной
модуляцией RRF1-xxx (отличие от RRSх-xxx – входной фильтр с
предусилителем и FM-демодулятором вместо АМ)

Завершая краткий обзор приемников, упомяну еще два:
RRQ2-xxx и RRFQ1-xxx (параметры – в той же таблице 2). В обоих
приемниках (с АМ и FM соответственно) вместо гетеродина применен
синтезатор частоты с фазовой синхронизацией и кварцевый резонатор
(блок-схема RRQ2-xxx – на рис. 5).

Рис. 5. Блок-схема приемников RRQ2-xxx и RRFQ1-xxx
(синтезатор частоты с фазовой синхронизацией и кварцевый резонатор
вместо геродина)

Фирма Telecontrolli выпускает передатчики (пара к
вышеупомянутым приемникам) как с амплитудной модуляцией (серия
RTx-xxx), так и с частотной модуляцией (серия RTFх-ххх) (основные
параметры – в таблице 3).

Таблица 3.

Ввиду относительной простоты схемы передатчиков
серии RTx-xxx и их функциональной завершенности приведу только их
структурные схемы (рис. 6 – 8). Типовую схему включения можно увидеть
на рис. 9 (на примере RT4-ххх).

Рис. 6. Структурная схема передатчика RT4-xxx

Рис. 7. Структурная схема передатчика RT5-xxx

Рис. 8. Структурная схема передатчика RT6-xxx

Рис. 9. Схема включения передатчиков серии RTx-xxx

Мы не рассматриваем две младшие ИС этой серии (RT1 и
RT2), ввиду их простоты и отсутствия нормированных параметров по шуму,
выходной мощности и уровню входного напряжения.

Завершая краткий обзор компонентов фирмы
Telecontrolli, работающих в диапазоне СВЧ, остановимся на двух
передатчиках со встроенным кварцевым генератором: RTQ1-xxx и RTFQ1-xxx.
Блок-схемы передатчиков приведены на рис. 10 и 11 соответственно. Для
расширения возможностей по снижению потребления в «ждущем» режиме
предусмотрен вывод разрешения работы синтезатора и выходного усилителя.
Схема включения на рис. 12.

Рис. 10. Блок-схема передатчика со встроенным кварцевым генератором RTQ1-xxx

Рис. 11. Блок-схема передатчика со встроенным кварцевым генератором RTFQ1-xxx

Рис. 12. Схема включения RTQ1-xxx

RTFQ1 замечательна тем, что имеет девиацию частоты
±30 кГц (всего!!! при рабочей частоте 433МГц), а точность настройки
частоты – ±25 кГц (типовое значение – 0).

Читатели наверняка обратили внимание на то, что все
примеры рассмотрены для диапазона 433 МГц. Это связано с тем, что
согласно решения № 64 от 01.03.2000 г. «О выделении полосы частот
433,050 – 434,790 МГц для маломощных радиостанций» гражданам и
субъектам хозяйствования Республики Беларусь разрешено «1.
…использование на вторичной основе полосы частот 433,050 – 434,790 МГц
юридическими и физическими лицами для разработки, производства, ввоза
из-за границы и эксплуатации предназначенных для речевой связи
портативных маломощных (до 10 мВт) радиостанций с интегральной
антенной: 3. …Регистрация и получение разрешений на эксплуатацию таких
радиостанций не требуется». Это решение фактически открыло новый
диапазон для использования во всех областях промышленности и быта. Тем
не менее, компания поставляет приборы для работы в диапазонах 315; 418;
443,92; 868,35 МГц.

Ознакомившись с сухой теорией, и воодушевившись решением № 64, перейдем к практике: где и как можно применить эти микросхемы.

О традиционных приложениях для систем охраны и
безопасности, в том числе автомобильных и системах дистанционного
управления сказано достаточно. Национальные производители таких
комплексов теперь могут воспользоваться недорогими приборами
Telecontrolli для создания конкурентной продукции. Обратим особое
внимание разработчиков разнообразных охранных датчиков: появляется
возможность изготавливать их в беспроводном исполнении. Пока такие
приборы, пользующиеся спросом в силу легкости монтажа, полностью
импортируются.

Очевидно также, что недорогой и устойчивый
радиоканал интересен в системах мониторинга климатических параметров в
качестве элемента передачи в системе сбора и передачи показаний любого
количества территориально распределенных датчиков, которые могут
находиться в парниках, теплицах, инкубаторах, птичниках, элеваторах и
прочих объектах агропромышленного комплекса. Основная задача систем
такого класса заключается в измерении климатических параметров,
регистрации выхода их за установленные пороги и управлении
соответствующим оборудованием.

Ярким примером эффективного применения радиоканала
является комплекс для измерения температуры в тепличном хозяйстве
(парнике, инкубаторе и т.п.). Измерительный комплекс внутри каждой
теплицы состоит из Регистратора и необходимого количества автономных
датчиков. Каждый автономный датчик содержит непосредственно измеритель
температуры, контроллер, передатчик и батарейный источник питания. В
качестве измерителя температуры логично использовать цифровой термометр
DS1920 или аналогичный производства Dallas Semiconductor (см. Chip News
№8, 2000 г., с. 8-10), оснащенный встроенной батарейкой. Такой
термометр автоматически фиксирует в энергонезависимой памяти значения
температуры через заданные интервалы времени, в то время как контроллер
датчика находится в режиме ожидания (минимальное потребление энергии).
Периодически он активизируется, устанавливает связь с Регистратором
(приемник с радиусом действия до 250 м) и по радиоканалу передает все
накопленные со времени последнего сеанса связи показания температуры.
Аналогично опрашиваются все датчики, установленные внутри одной
теплицы. Передача данных по всему объекту в целом может выполняться
проводными средствами, например, по сети microLAN.

Основные преимущества такого измерительного
комплекса заключаются в простоте развертывания и изменения конфигурации
(датчик можно расположить в любом месте), а также в снижении стоимости
внедрения и обслуживания за счет отсутствие проводной связи.

Безусловно, весь измерительный комплекс в теплице
может быть построен на проводной связи. Однако существуют ситуации,
когда провод не протянешь: регистрация шахтеров, находящихся под
землей, учет движения транспортных средств, контроль патрульно-постовой
службы.

Регистрация шахтеров является актуальной проблемой в
силу того, что учет находящегося под землей персонала в аварийных
ситуациях должен проводится мгновенно и достоверно. Однако в силу
агрессивных условий окружающей среды средства регистрации должны быть
надежно защищены, а регистрация должна выполняться пассивно, без
осознанных действий персонала. Такие условия могут быть выполнены, если
радиоидентификаторы персонала размещены внутри аккумулятора шахтерской
лампы.

Приборы Тelecontrolli могут эффективно применяться
для учета соблюдения графиков движения рейсового пассажирского или
грузового транспорта. Такие задачи возникают при аренде предприятиями
транспорта для перевозки сотрудников к местам работы, при учете
выработки и контроле рабочего времени водителей (перевозка
стройматериалов, сырья). Оборудовав автомобили электронными
идентификаторами с радиоканалом и расположив регистраторы по маршрутам
движения, можно уверенно контролировать графики и маршруты движения, не
накладывая ограничений на скорость и порядок прохождения маршрутов.

Аналогичное решение применимо и при контроле
патрульно-постовой службы, когда нужно быть уверенными, что дежурные
обходят заданные маршруты в установленное время. Средства идентификации
на базе радиоканала позволят решить эту задачу и гарантировать
качественную охрану объектов.

Подведем итоги. Применение микросхем фирмы
Telecontrolli для передачи данных в диапазоне 400-900 МГц позволяет не
только снизить общую стоимость изделия в целом, но создавать
оригинальные системы с новыми потребительскими свойствами.