Анализ частот 433MHz и 868MHz, применяемых в беспроводных системах сигнализаций

Беспроводная система сигнализации обладает такими качествами, как портативность, лёгкость в установлении и отсутствие проводов.
Все сигналы для связи с устройствами передаются по жестко заданным частотам. Как правило, в каждой стране есть свой бесплатный спектр радиочастот, а есть правительственный, распределение которого регулируется «Таблицей распределения полос частот между радиослужбами РФ», Постановление. Правительство РФ. 15.07.06 439-23. Можете скачать документ.

В документе перечислен весь перечень существующих радиочастот и указаны в каких диапазонах разрешено использовать коммерческим организациям. Согласно приложению №2 частота 433MHz лежит в диапазоне: 433,050 — 434,790 МГц и относится к неспециализированным устройствам радиочастотной идентификации, устройствам охранной радиосигнализации автомашин, а частота 868MHz (868 — 870 МГц) к неспециализированным устройствам охранной сигнализации.

На базе этих частот создают беспроводные охранные сигнализации.

Диапазон ISM

К бесплатным беспроводным каналам связи относится международный диапазон ISM (аббревиатура от Industrial, Scientific and Medical). Для его применения не требуется лицензирование. Bluetooth, Wi-Fi, IEEE 802.15.4, Zigbee работают в этом диапазоне.

Таблица распределения радиочастот

Благодаря высокой скорости работы радиоканала, высокой устойчивости к ошибкам связи и малому энергопотреблению этот диапазон применяется в большинстве современных устройств. Частоты 433MHz и 868MHz — это две главные группы, которые обычно используются в системе беспроводной сигнализации.

Особенности

Полоса частот 433MHz часто используется для управления многих устройств, перечислим распространенные:

• автоматические шлагбаумы;
• автоматические рольставни;
• автосигнализации;
• игрушки на радиоуправлении;
• рации с малым радиусом действия (уоки-токи);
• сканеры штрих-кода;
• gsm радиомодемы, пульты, приборы автоматики из серии «умные дома»;
• и др.

868MHz предназначается для связи между беспроводными сетями датчиков. Большинство беспроводных систем используют частоту 433MHz, однако, она может работать нестабильно в условиях большого города. Главное требования предъявляемое к устройствам, работающих на этих частотах состоит в том, что они не должны создавать помех другим радиоэлектронным средствам.

Зависимость ослабления сигнала от расстояния

Дальность действия устройств, работающих на частоте 433MHz и 868MHz невелика, и сокращается в зависимости от наличия посторонних объектов на пути передачи сигнала. Частота 433MHz хорошо себя зарекомендовала для подвижных объектов. 868MHz имеет преимущество в скорости передачи, обмена данных и дальности передачи сигнала.

Зависимость ослабления сигнала от встречаемых препятствий

Усиливают сигнал при помощи антенн. Однако, у радиоволн отсутствует способность огибать препятствия. В законодательстве нет запретов на количество используемых ретрансляторов, репитеров и антенн, создав сеть из радиопередатчиков можно осуществлять передачу любого вида сигнала.

Считается наиболее надежная охранная сигнализация, построенная по радиочастотным протоколам. Например, Сбербанк издавал внутренний документ о запрете использования GSM-сигнализаций, поэтому все их объекты оснащены радиочастотными сигнализациями.  Это можно объяснить двумя важными показателями: скорость срабатывания и передачи сигнала (мгновенное срабатывание), защищенность канала.

У меня остался один из таких радиопередатчиков, который до сих пор применяется вневедомственной охранной и некоторыми ЧОП-ами.

Внешний вид RF радиомодуля ATSU100 (производитель Израиль)

Сверху модуля производится подключение внешней антенны, справа разъем RS-232 для диагностики неисправностей, снизу для подключения датчиков

Клеммная коробка для подключения датчиков и питания к модулю ATSU100

Подведем итог преимуществ частоты 433MHz и 868MHz:

• частоты свободные, не лицензируемые;
• высокой скоростью передачи сигнала;
• малое энергопотребление — от батарейки передатчик может работать годы;
• низкая стоимость производства.

Минус:

• малый радиус действия компенсируется преимуществами. Этот радиус при увеличении, расширении диапазона частот и ширины канала может составлять несколько километров;
• недолговечность приемопередатчика (зависит от элементов на печатной платы). Высыхание кварцевого генератора частоты приводит к уменьшению дальность и чувствительности передатчика;
• требуется установка базовых станций (ретрансляторов). Приблизительно 1 станция на 10-20 км.

Улучшение сигнала

С точки зрения расстояния сигналы с большей длиной волны проходят большее расстояние и проникают через объекты лучше, чем сигналы с короткими длинами волн. Технически 433MHz может пройти большее расстояние, чем 868MHz.

Мощность передачи и чувствительность приемника — это два фактора, которые определяют диапазон. дБ — это децибелы, логарифмические единицы, которые используются для измерения радиочастотной мощности. Передача мощности относится к количеству ВЧ мощности, которая выходит из РЧ передатчика. Чувствительность приемника относится к минимальному уровню сигнала радио, она же может демодулировать. Большая мощность передачи может привести к большей дальности передачи.

Обработка нижеприведенных частот может улучшить качество передаваемого сигнала:

1. ASK — это частотная манипуляция. Тип амплитудной модуляции, которая присваивает битовые значения для дискретных уровней амплитуды.
2. FSK — это амплитудная манипуляция. Тип частотной модуляции, которая присваивает битовые значения для дискретных уровней частот. FSK делится на некогерентных и когерентных формы. При когерентной форме FSK, нет обрыва фазы в выходном сигнале.
3. GFSK — Гауссова частотная манипуляция. Тип частоты манипуляции, которая использует гауссовский фильтр для сглаживания положительного или отрицательного отклонения частоты.

Второй способ усиления сигнала — применение внешних антенн.

Внешние антенны для улучшения сигнала

Размер антенны, направление и место ее установки влияет на качество улавливаемого сигнала, так как она прямо пропорциональна длине волны, поэтому их устанавливают как можно выше и в открытых местах.