1. Розрахунок дальності радіозв'язку в будівлі
2. Результати практичних вимірювань
3. підсумки порівняння
4. 3 кроки до проекту

Метою статті є порівняння результатів вимірювань дальності дії різних радіосистем в конкретному будинку з бетонними стінами і перевірка відповідності отриманих діяльностей із заздалегідь розрахованими теоретичними величинами.

В даний час на ринку систем безпеки найбільш поширені Внутрішньооб'єктові радіоканальні системи сигналізації, що працюють в наступних діапазонах частот: 433 і 868 МГц, 2,4 ГГц. Це неліцензованому діапазони з дозволеною максимальною потужністю передавача 10 мВт (для 433 і 868 МГц), а також 100 мВт (для 2,4 ГГц). Однак при використанні діапазону 2,4 ГГц необхідно зареєструвати встановлене на об'єкті обладнання в територіальних органах Роскомнадзора.

Діапазон 433 МГц в Росії ужеболее 10 років широко застосовується для систем сигналізації. Кілька років тому у нас і в Європі «відкрили» новий діапазон - 868 МГц. Необхідно відзначити, що в Росії неможливе застосування радіосистем для цього діапазону, вироблених в Європі, так як жоден з європейських поддиапазонов не відповідає російським вимогам.

Смуга пропускання 2,4 ГГц використовується в основному для швидкісної передачі даних в мережах WiFi, WiMAX і т.д. Виробництво радіоканальних систем охоронно-пожежної сигналізації в цьому діапазоні стало можливим з появою малопотужних передавачів, що працюють в протоколі ZigBee.

Розрахунок дальності радіозв'язку в будівлі

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

• потужність передавача;
• чутливість приймача;
• ослаблення сигналу у вільному просторі;
• ослаблення сигналу при проходженні через стіни приміщень.

Визначимо початкові умови.

потужність передавача
Максимальна дозволена потужність передавачів в діапазонах 433 і 868 МГц дорівнює 10 мВт. В діапазоні 2,4 ГГц дозволена потужність становить 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 для всіх радіосистем - 10 мВт.

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

Ослаблення сигналу у вільному просторі
Воно визначається робочою частотою системи. Графік залежності ослаблення сигналу у вільному просторі від відстані представлений на рис. 1.

Ослаблення сигналу при проходженні через стіни приміщень
Значення ослаблення сигналу при проходженні через стіни приміщень представлені в табл. 1.

Таблиця 1. Ослаблення сигналу при проходженні через стіну під кутом 90 ° Матеріал стіни Ослаблення сигналу, дБ Дерево і пінобетон 3-4 Цегла 6 Бетон 10 Залізобетон 18-20 (при об'ємному армуванні - до 30 дБ)

Якщо товщина стіни перевищує деяку граничну величину, то радіосигнал не буде проходити через неї. Гранична товщина стіни для різних діапазонів частот представлена ​​в табл. 2.

Таблиця 2. Гранична товщина стіни, через яку може пройти радіосигнал Матеріал стіни Частотний діапазон, МГц Гранична товщина, м Цегла 433 4,3 868 2,18 2,4 0,78 Бетон 433 0,47 868 0,24 2,4 0 , 09

Мал. 1. Залежність ослаблення сигналу у вільному просторі від відстані

Як приклад візьмемо будівлю з бетонними стінами. Будемо вважати, що товщина стін не перевищує граничну величину, і додаткових перешкод не існує. Проведемо розрахунок дальності стійкого радіозв'язку між приймально-контрольним приладом і сповіщувачем.

Розглянемо три випадки.

1. Відстань 15 м, 2 стіни.

• Діапазон 433 МГц.
• Ослаблення сигналу у вільному просторі: Vo = 49 дБ.
• Ослаблення сигналу за рахунок перешкод: Vпр. = 2 x 10 дБ = 20 дБ.
• Сумарне ослаблення сигналу: VΣ = 49 + 20 = 69 дБ.
• Енергетичний запас на завмирання дорівнює: 117 - 69 = 48 дБ.

• Діапазон 868 МГц.
• Ослаблення сигналу у вільному просторі: Vo = 55 дБ.
• Ослаблення сигналу за рахунок перешкод: Vпр. = 2 x 10 дБ = 20 дБ.
• Сумарне ослаблення сигналу: VΣ = 55 + 20 = 75 дБ.
• Енергетичний запас на завмирання дорівнює: 117 - 75 = 42 дБ.

• Смуга пропускання 2,4 ГГц.
• Ослаблення сигналу у вільному просторі: Vo = 64 дБ.
• Ослаблення сигналу за рахунок перешкод: Vпр. = 2 x 10 дБ = 20 дБ.
• Сумарне ослаблення сигналу: VΣ = 64 + 20 = 84 дБ.
• Енергетичний запас на завмирання дорівнює: 110 - 84 = 26 дБ.

Енергетичний запас для всіх діапазонів більше 20 дБ, що достатньо для стабільної радіозв'язку.

2. Відстань 20 м, 3 стіни.

Для діапазону 433 МГц енергетичний запас дорівнює 36 дБ, для діапазону 868 МГц - 30 дБ, для діапазону 2,4 ГГц - 14 дБ.

Енергетичний запас більше 20 дБ тільки для діапазонів 433 і 868 МГц.

3. Відстань 25 м, 4 стіни.

У діапазону 433 МГц енергетичний запас дорівнює 24 дБ, у діапазону 868 МГц - 18 дБ, у діапазону 2,4 ГГц відсутній зв'язок.

Енергетичний запас більше 20 дБ тільки для діапазону 433 МГц (стійкий радіозв'язок). Для діапазону 868 МГц - нестійкий радіозв'язок.

Таким чином, ми визначили, що розрахункові значення максимальної дальності стійкого 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 давайте порівняємо отримані величини з результатами практичних вимірювань в будівлі.

Результати практичних вимірювань

Фахівцями були проведені заміри дальності стійкого радіозв'язку та максимальної дальності між приймально-контрольним приладом і сповіщувачем для кожного з розглянутих діапазонів. Результати показані на рис. 2-4.

Дальність стійкого радіозв'язку - відстань, при якому енергетичний запас на швидкі і повільні завмирання між приймально-контрольним приладом і сповіщувачем не менш 20 дБ (на малюнках відзначено зеленою заливкою).

Мал. 2. Дальність радіозв'язку на частоті 433 МГц

Мал. 3. Дальність радіозв'язку на частоті 868 МГц

Мал. 4. Дальність радіозв'язку на частоті 2,4 ГГц

Максимальна дальність - відстань, при якому за період контролю приймально-контрольний прилад приймає хоча б один тестовий сигнал від сповіщувача (відзначено коричневої заливкою).

підсумки порівняння

1. Теоретична оцінка радіозв'язку підтверджується реальними вимірами. Для частоти 2,4 ГГц виміряна дальність вийшла менше розрахункової. Це пояснюється тим, що товщина бетонних стін в приміщенні дорівнює 10 см, що є граничною товщиною проникнення для зазначеного діапазону.
2. Найбільша дальність радіозв'язку в будівлі - у діапазону 433 МГц. Частота 2,4 ГГц підходить лише для невеликих об'єктів.

Рис.5. Розміщення на плані об'єкта приймально-контрольних приладів і радіорасшірітелей відповідно до вибраних розрахунками по дальності дії радіопристроїв

3 кроки до проекту

Нагадаємо порядок дій при роботі з радіоканальним обладнанням:

• розміщення сповіщувачів на планах об'єкта з урахуванням надійного виявлення ознак пожежі або проникнення в охороняється простір (рис.5);
• розрахунок дальності дії (R) радіопристроїв (з використанням зазначених раніше графіків і формул, а також спеціальних програм-калькуляторів, представлених на сайтах виробників);
• розміщення радіорасшірітелей на планах об'єкта відповідно до вибраних розрахунками.

М.С.Елькін, фахівець відділу технічної підтримки компанії «Аргус-Спектр»