В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Практические рекомендации по развертыванию радиоканальной системы передачи извещений в городе

Николай Зацепин
Директор АНО "Служба мониторинга по Владимирской области"

Системы передачи извещений с использованием выделенного радиоканала существуют довольно давно. Несмотря на появление новых способов передачи сигналов с объекта на пульт, таких как GSM и IP-сети, радиоканал имеет преимущества, которые часто являются определяющими при выборе системы:

• функционирование сети не зависит от интернет-провайдеров и операторов связи;
• выделенный канал связи используется только в сети мониторинга, исключены ситуации перегруза сети;
• современное радиоканальное оборудование позволяет создавать многосвязные сети, что обеспечивает гарантированную доставку сигнала.

При этом развертывание радиосети требует определенных знаний в теории распространения радиоволн и навыков при установке радиоканального оборудования.

Пригодность радиолиний и установка ретрансляторов

Место установки пульта централизованного наблюдения, как правило, определено заранее и не всегда позволяет "охватить" весь город. Поэтому на этапе проектирования системы необходимо определить оптимальные места установки ретрансляторов. Ретрансляторы должны обеспечить максимальную зону охвата системы и иметь надежную связь с пультовым оборудованием.

Поскольку надежность работы радиолинии определяется в первую очередь энергетическим запасом на быстрые и медленные замирания, то при расчете радиолинии обязательно должен быть предусмотрен резерв на замирания.

• "Быстрые замирания" сигнала – временные изменения уровня принимаемого сигнала, связанные с интерференцией прямой и отраженной волны от поверхности земли, неоднородностей атмосферы или других предметов.
• "Медленные замирания" определяются в основном дневными и сезонными ослаблениями радиосигнала, а также наличием перемещающихся на местности предметов.

Для определения энергетического запаса необходимо знать энергетический потенциал устройств и условия распространения сигнала.

Энергетический потенциал радиолинии

Энергетический потенциал устройств определяется мощностью передающего устройства, чувствительностью приемного устройства, параметрами антенно-фидерных трактов (АФТ) и выражается в относительных единицах дБ.

Pэ = Рпрд + Pпрм + Gпрд + Gпрм (1),

где Pэ – энергетический потенциал, дБ;
Рпрд – мощность передатчика, дБ;
Pпрм – чувствительность приемника, дБм;
Gпрд, Gпрм – коэффициенты усиления передающего и приемного АФТ, дБ.

Ослабление сигнала в свободном пространстве
Ослабление сигнала в свободном пространстве определяется по формуле:

Vo = 33 + 20 lg Lтр + 20 lg F (МГц) (2),

где Vo – ослабление сигнала, дБ;
Lтр – расстояние между передатчиком и приемником, м;
F – частота работы системы.

На рис. 1 приведена зависимость ослабления в свободном пространстве от расстояния между радиоустройствами для частотных диапазонов 150, 450 МГц.

Затухание из-за препятствий
Если бы сигнал не встречал преград, можно было бы ограничиться расчетом затухания в свободном пространстве. В этом случае, используя формулы (1) и (2), легко вычислить энергетический запас радиолинии. В условиях города расчет существенно сложнее: необходимо учитывать затухания, вносимые рельефом местности и строениями.

Подробно расчет радиолинии рассматривается в статье "Оценка пригодности радиолиний" (Системы безопасности № 5/2010 г.). Приведем основные этапы вычислений:

1. Нахождение энергетического потенциала устройств.
2. Определение ослабления сигнала в свободном пространстве.
3. Расчет радиуса зоны Френеля (рис. 2).
4. Определение ослабления за счет рельефа (рис. 3).
5. Нахождение препятствий в виде построек на пути распространения радиосигнала. Расчет ослабления за счет построек (рис. 4).
6. Определение суммарного ослабления и нахождение энергетического запаса радиолинии.

Для надежного функционирования радиолинии энергетический запас должен составлять 25–30 дБ. Если полученное значение меньше, необходимо изменить условие установки ретранслятора: увеличить высоту подвеса антенны или уменьшить расстояние от пульта до ретранслятора. После изменения условий расчет производится повторно.

Таким образом, используя теорию, можно выбрать места установки ретрансляторов, чтобы обеспечить наибольшую площадь охвата и надежную связь. Поскольку расчет по формулам довольно трудоемкий, а радиоканал для передачи данных в современном мире используется повсеместно, есть ряд программ, позволяющих производить расчеты радиолинии для заданных условий.

Достаточно ввести в "калькуляторе" исходные данные:

1. Рабочая частота и мощность.
2. Тип приемной и передающей антенны.
3. Высота установки антенны и длина кабеля.
4. Расстояние между устройствами.
5. Наличие препятствий.

Программа автоматически рассчитает качество связи (рис. 5.).

Такие программы имеют высокую точность и при этом позволяют сэкономить время и избежать ошибок при расчетах.

Установка пультового оборудования и ретрансляторов

Следующий этап развертывания системы мониторинга – установка оборудования. На рис. 6 показана структурная схема подключения приемника и антенно-фидерного оборудования.

Порядок установки:

1. Подготовка. Убедиться, что антенна АФО и блок полосового фильтра (БПФ) настроены на одинаковые рабочие частоты.

2. Определить место установки БПФ и приемника таким образом, чтобы длина коаксиального кабеля от антенны до приемника не превышала 50 м.

3. Установить антенну, мачту, проложить кабель, грозоразрядник. Провести заземление мачты.

Параметры, влияющие на потери в АФО:

• длина кабеля (марка и затухание);
• способ прокладки;
• окисление контактов при плохой разделке или пайке;
• дополнительные элементы фидерного тракта (табл. 1).

После прокладки и подключения кабеля к антенне необходимо замерить параметры линии с помощью КСВ-анализатора. Рекомендуемые параметры АФО: затухание не более 5 дБ, КСВ не более 1,5.

В табл. 2 приведены справочные данные некоторых типов кабелей.

4. Подключить оборудование: установить БПФ и приемник. Обеспечить напряжение 220 В и заземление. Обязательным условием корректной молниезащиты является заземление корпуса БПФ медным проводом кратчайшей длины и максимально возможного сечения. Сопротивление контура заземления не должно превышать 30 Ом.

Подбор оборудования

Задача системы мониторинга – обеспечить гарантированную доставку сигнала с объекта на ПЦН. В случае если речь идет о спасении жизни людей (пожарный мониторинг, оповещение населения о ЧС), система должна сохранять работоспособность в любых условиях.

Рассмотрим способы увеличения надежности системы.

Увеличение числа ретрансляторов
Плюсы:

• повышение энергетического запаса связи между объектовым оборудованием и ретранслятором;
• возможность организации нескольких путей доставки сигнала с объекта до пульта.

Минусы:

• удорожание стоимости развертывания системы;
• увеличение загруженности системы (трафика) для традиционных систем с древовидной структурой.

Многократная передача сигнала
Позволяет увеличить вероятность доставки сигнала. При этом в большинстве систем такой подход резко увеличивает трафик. Например, объектовый передатчик и ретрансляторы передают сообщение 3 раза. Если в системе 2 ретранслятора, то от одного объекта на пульт вместо 1 события будет приходить 27! Каждый дополнительный ретранслятор в геометрической прогрессии увеличивает трафик системы. Данный способ не позволяет создавать системы большой емкости и протяженности.

Многосвязная сеть с динамической маршрутизацией
Современные технические средства обеспечивают реализацию надежного и эффективного решения.

Каждый объектовый прибор является приемопередатчиком (ретранслятором для соседних объектов). Приемопередатчики образуют пространственно разнесенную сеть. Каждый приемопередатчик определяет оптимальный путь доставки сигнала до пульта, запоминает резервные пути и контролирует удаленные объекты (квитанция доставки сигнала). Данный алгоритм позволяет получить многосвязную систему, состоящую из нескольких тысяч устройств. Чем больше устройств в системе, тем выше живучесть.

Выводы

Расчет радиолинии с помощью программы "Калькулятор качества связи" и выполнение практических рекомендаций по установке оборудования позволяют быстро и эффективно обеспечить 100%-ную "зону покрытия" города при развертывании радиосистемы передачи извещений.

Высокая надежность радиоканальных систем передачи извещений обеспечивается:

• многосвязностью системы и использованием алгоритма динамической маршрутизации;
• использованием выделенных частот и оборудования, не зависящего от общественных каналов связи.

Применение радиоканальных систем передачи извещений с двухсторонним радиоканалом позволяет, помимо мониторинга, управлять объектом: передавать сигналы ГО ЧС и управлять эвакуацией.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2013
Посещений: 13825

Автор Николай Зацепин Директор АНО "Служба мониторинга по Владимирской области" Всего статей:  2

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций