Порівняння дальності дії радіоканальних систем У діапазонах 433 та 868 МГц, 2,4 ГГц

Метою статті є порівняння результатів вимірювань дальності дії різних радіосистем у конкретній будівлі з бетонними стінами та перевірка відповідності отриманих дальностей із заздалегідь розрахованими теоретичними величинами

М.С.Єлькін Спеціаліст відділу технічної підтримки компанії "Аргус-Спектр"

Діапазон 433 МГц в Україні вже понад 10 років широко застосовується для систем сигналізації. Кілька років тому у нас та в Європі "відкрили" новий діапазон – 868 МГц. Необхідно зазначити, що в Україні неможливо застосування радіосистем для цього діапазону, вироблених у Європі, оскільки жоден з європейських піддіапазонів не відповідає українським вимогам.

Діапазон 2,4 ГГц використовується переважно для швидкісної передачі даних у мережах WiFi, WiMAX і т.д. Виробництво радіоканальних систем охоронно-пожежної сигналізації у цьому діапазоні стало можливим з появою малопотужних передавачів, які працюють у протоколі ZigBee.

Розрахунок дальності радіозв'язку в будівлі

Проведемо оцінку дальності радіозв'язку між сповіщувачем та приймально-контрольним приладом (ПКП) у будівлі. Нагадаємо, що кожна пара радіопристроїв характеризується енергетичним запасом (потенціалом), необхідним для компенсації послаблень радіосигналу. Для стійкої роботи на цьому радіоінтервалі має бути передбачений енергетичний запас 20–25 дБ. Дальність радіозв'язку визначається чотирма параметрами:

потужність передавача;
чутливість приймача;
ослаблення сигналу у вільному просторі;
ослабленнясигналу під час проходження через стіни приміщень.

Визначимо початкові умови.

Потужність передавача Максимальна дозволена потужність передавачів в діапазонах 433 і 868 МГц дорівнює 10 мВт. У діапазоні 2,4 ГГц дозволена потужність складає 100 мВт. Але для того, щоб забезпечити кілька років роботи пристроїв від батарей, необхідно знизити потужність випромінювання до тих же 10 мВт. Таким чином, потужність передавачів однакова всім радіосистем – 10 мВт.

Чутливість приймача Розглядатимемо радіосистеми з двостороннім протоколом обміну, тобто в кожному пристрої використовується приймач. Для радіопристроїв, що працюють на частотах 433 та 868 МГц, використовуються трансівери, максимальна чутливість яких дорівнює 107 дБм. Для трансіверів діапазону 2,4 ГГц чутливість не перевищує 100 дБм. З урахуванням потужності випромінювання передавачів отримуємо енергетичний запас 117 дБ для діапазонів 433/868 МГц та 110 дБ для 2,4 ГГц.

Ослабленнясигналуввільному просторі Воно визначається робочою частотою системи. p align="justify"> Графік залежності ослаблення сигналу у вільному просторі від відстані представлений на рис. 1.

Ослабленнясигналуприпроходження черезстіниприміщень Значення ослаблення сигналу при проходження через стіни приміщень представлені у табл. 1. Якщо товщина стіни перевищує деяку граничну величину, радіосигнал не проходитиме через неї. Гранична товщина стіни різних діапазонів частот представлена в табл. 2. Як приклад візьмемо будинок із бетонними стінами. Вважатимемо, що товщина стін не перевищує граничну величину і додаткових перешкод не існує. Проведемо розрахунокдальності стійкого радіозв'язку між приймально-контрольним приладом та сповіщувачем.

Розглянемо три випадки.

Відстань15м, 2стіни Діапазон 433 МГц. Ослаблення сигналу вільному просторі: Vо = 49 дБ. Ослаблення сигналу з допомогою перешкод: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Сумарне ослаблення сигналу: V∑ = 49 + 20 = 69 дБ. Енергетичний запас завмирання дорівнює: 117-69 = 48 дБ. Діапазон 868 МГц. Ослаблення сигналу у просторі: Vо = 55 дБ. Ослаблення сигналу з допомогою перешкод: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Сумарне ослаблення сигналу: V∑ = 55 + 20 = 75 дБ. Енергетичний запас завмирання дорівнює: 117 – 75 = 42 дБ. Діапазон 2,4 ГГц. Ослаблення сигналу у вільному просторі: V = 64 дБ. Ослаблення сигналу з допомогою перешкод: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Сумарне ослаблення сигналу: V∑ = 64 + 20 = 84 дБ. Енергетичний запас завмирання дорівнює: 110 – 84 = 26 дБ. Енергетичний запас для всіх діапазонів більше 20 дБ, що достатньо для стабільного радіозв'язку.

Відстань20м, 3стіни Для діапазону 433 МГц енергетичний запас дорівнює 36 дБ, для діапазону 868 МГц – 30 дБ, для діапазону 24 ГГц – 14 дБ. Енергетичний запас більше 20 дБ лише для діапазонів 433 та 868 МГц.

Відстань25м, 4стіни У діапазону 433 МГц енергетичний запас дорівнює 24 дБ, у діапазону 868 МГц - 18 дБ, діапазон 2,4 ГГц відсутній зв'язок. Енергетичний запас більше 20 дБ лише для діапазону 433 МГц (стійкий радіозв'язок). Для діапазону 868 МГц – нестійкий радіозв'язок. Таким чином, ми визначили, що розрахункові значення максимальної дальності сталого радіозв'язку для різних діапазонів відрізняються і становлять:

діапазон 2,4 ГГц: дальність 15 м; 2 стіни;
діапазон 868 МГц: дальність 20 м; 3 стіни;
діапазон 433 МГц: дальність 25 м, 4 стіни.

Тепер порівняємо отримані величини з результатами практичних вимірювань у будівлі.

Результати практичних вимірів

Фахівцями були зроблені виміри дальності сталого радіозв'язку та максимальної дальності між приймально-контрольним приладом та сповіщувачем для кожного з аналізованих діапазонів. Результати показано на рис. 2–4. Дальність стійкого радіозв'язку – відстань, при якій енергетичний запас на швидкі та повільні завмирання між приймально-контрольним приладом та сповіщувачем не менше 20 дБ (на малюнках позначено зеленою заливкою).

Максимальна дальність – відстань, при якій за період контролю приймально-контрольний прилад приймає хоча б один тестовий сигнал від сповіщувача (зазначено коричневою заливкою).

Підсумки порівняння

1. Теоретична оцінка радіозв'язку (представлена у статті "Радіоканальні системи сигналізації. Проектування та розрахунок дальності дії" у журналі "Системи безпеки", №2, 2010) підтверджується реальними вимірами. Для частоти 2,4 ГГц виміряна дальність вийшла меншою за розрахункову. Це пояснюється тим, що товщина бетонних стін у будівлі дорівнює 10 см, що є граничною завтовшки проникнення для зазначеного діапазону.

2. Найбільша дальність радіозв'язку у приміщенні – у діапазону 433 МГц. Частота 2,4 ГГц підходить лише невеликих об'єктів.