КАНАЛ РАДИОСВЯЗИ С ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
CHANNEL OF RADIO COMMUNICATION WITH DISCRETE INFORMATION FOR MEANS OF TRANSPORT

Изобретение относится к беспроводной аппаратуре связи и предназначено для передачи по каналу радиосвязи дискретных информационных сообщений (в том числе тревожных сообщений от объектов охраны, в первую очередь - от транспортных средств) на пункт централизованного наблюдения.
Один из первых примеров построения аппаратуры для передачи по каналу радиосвязи дискретных информационных сообщений и приема их в пункте централизованного наблюдения приведен в патенте WO № 90/07170, G08B 25/00. Однако в настоящее время построение аппаратуры подобного типа связано с учетом ограничений на мощность, на несущую частоту и на продолжительность передачи радиосигнала, введенных практически во всех цивилизованных странах. Не учитывать эти ограничения можно лишь для некоторых, специфических объектов охраны, например, техническое решение по патенту RU № 2150751, G08B 23/00, где на пункт централизованного наблюдения передаются сигналы оповещения о паводке или селе.
Для России, если объектом охраны является транспортное средство, то аппаратуру передачи дискретных информационных сообщений (в том числе тревожных) называют аппаратурой тревожной сигнализации. Для такой аппаратуры ГОСТ Р 41.97-99 устанавливает ограничение на частоту и мощность радиосигналов:
- несущая частота 433,92 МГц;
- максимальная мощность излучения 25 мВт.
Для обеспечения возможности конкурентоспособной свободной продажи беспроводной аппаратуры тревожной сигнализации производителю требуется, чтобы пользователь аппаратуры тревожной сигнализации не оформлял специальных разрешений на приобретение и на использование этой аппаратуры. Оформление разрешений создает неудобства для пользователя, что приводит к тому, что пользователь отказывается от приобретения подобной аппаратуры у данного производителя и ищет другого производителя.
Для аппаратуры тревожной сигнализации, которая может быть использована в России без оформления официальных разрешений, установлено ограничение на номиналы используемых радиочастот интервалом от 433,05 до 434,79 МГц (433,92 МГц±0,2%) и на мощность (до 5 мВт при установке на транспортные средства и до 10 мВт для других объектов охраны).
При таких небольших мощностях сигналов, как правило, возникает существенное ограничение на удаленность объектов охраны от пункта централизованного наблюдения (несколько сотен метров). Кроме того, потенциальный угонщик или взломщик может узнать или измерить несущую частоту передатчика на объекте охраны, а затем включить на этой частоте генератор помеховых сигналов, препятствующий передаче тревожного сообщения, и беспрепятственно проникнуть, например, на охраняемое транспортное средство.
Кроме того, необходимо отметить, что при передаче сообщений от транспортных средств на пункт централизованного наблюдения в условиях городской застройки, как правило, отсутствует прямая видимость между объектом охраны и пунктом централизованного наблюдения. Сообщения поступают в пункт централизованного наблюдения после многократных отражений от объектов городской инфраструктуры. При этом возникает явление интерференции, которое может приводить к подавлению сигналов на определенных несущих частотах.
Традиционным средством увеличения удаленности объектов охраны от пункта централизованного наблюдения является использование ретрансляции сигналов сообщений. При этом ретранслированные сообщения могут передаваться, например, по проводным сетям. Однако построение системы ретрансляторов вызывает дополнительные затраты на проведение строительных работ и, кроме того, требует наличия разрешения радиочастотной службы и разрешений от владельцев сооружений, на которых устанавливаются ретрансляторы.
Традиционными методами повышения помехозащищенности аппаратуры, предназначенной для передачи сообщений от объекта охраны на пункт централизованного наблюдения, является разработка специализированных передающих и приемных устройств. При этом определяющей является сложность (а значит и стоимость) передающего устройства, поскольку именно передающие устройства покупают потребители. А приемное устройство - общее для достаточно большого региона - может иметь и повышенную сложность. Примеры таких сложных специализированных передающих устройств приведены, например, в патентах RU № 2196060, B60R 25/00; DE № 19506385, G08B 25/10, G08B 29/16.
Например, в последнем из вышеуказанных патентов (DE № 19506385, G08B 25/10, G08B 29/16) в аппаратуру каждого объекта охраны введено по два передающих устройства, работающих на разнесенных несущих частотах. Сообщения одновременно передаются обоими передающими устройствами объекта охраны и принимаются двумя приемниками в пункте централизованного наблюдения. Наличие такого сложного сигнала затрудняет действия потенциального угонщика транспортного средства и улучшает охрану. Однако улучшение защищенности объекта охраны достигается ценой резкого усложнения (и, следовательно, удорожания) аппаратуры.
Уменьшение сложности специализированных передающих устройств достигается в ряде каналов радиосвязи. К таким каналам радиосвязи с высокой помехозащищенностью при относительно невысокой сложности и стоимости передающих устройств относятся технические решения, рассмотренные в патентах RU № 2156541, H04B 1/713, H04B 7/216, H04L 27/28 и RU № 2165677, H04L 27/32, H04B 1/10, H04B 1/68, H04B 7/22. Однако достигаемая в них помехозащищенность не позволят использовать такие каналы радиосвязи в крупных городах (областных центрах) без развертывания в них специальной системы ретрансляторов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является канал радиосвязи по патенту RU № 2165677, H04L 27/32, H04B 1/10, H04B 1/68, H04B 7/22. Это известное техническое решение представляет собой канал радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств, содержащий приемную и передающую части, при этом приемная часть расположена в пункте централизованного наблюдения и включает в свой состав приемную антенну и получателя информации, а передающая часть, установленная на каждом объекте охраны, включает в свой состав источник информации и генератор несущей частоты, выход которого подключен к информационному входу высокой частоты балансного модулятора, выход которого через усилитель мощности подключен к передающей антенне, выполненной с возможностью передачи сообщений по радиоэфиру на приемную антенну пункта централизованного наблюдения. В состав передающей части входит, кроме того, широтно-импульсный модулятор, фазовый модулятор, фазовый манипулятор, синхронизатор. А в состав приемной части входит дополнительно смеситель, усилитель промежуточной частоты, коррелятор, демодулятор, гетеродин и синхронизатор.
Реализация известного технического решения (www.relecs.com) позволяет обеспечивать допустимое расстояние между объектом охраны и пунктом централизованного наблюдения на уровне нескольких километров (с учетом установленных в нашей стране ограничений по допустимой мощности и частоте).
Однако этого допустимого расстояния все-таки не хватает для использования в крупном городе без системы ретрансляторов.
Настоящее изобретение направлено на усовершенствование прототипа, при котором высокая помехозащищенность и большое допустимое расстояние между объектом охраны и пунктом централизованного наблюдения (на уровне десятков километров) могут обеспечиваться при использовании достаточно простых технических решений на объекте охраны.
Предметом настоящего изобретения является канал радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств, содержащий приемную и передающую части, при этом приемная часть расположена в пункте централизованного наблюдения и включает в свой состав приемную антенну и получателя информации, а передающая часть, установленная на каждом объекте охраны, включает в свой состав источник информации и генератор несущей частоты, выход которого подключен к информационному входу высокой частоты балансного модулятора, выход которого через усилитель мощности подключен к передающей антенне, выполненной с возможностью передачи сообщений по радиоэфиру на приемную антенну пункта централизованного наблюдения, при этом в передающую часть введены модулятор несущей частоты, сумматор, генератор поднесущей частоты и формирователь напряжения разбаланса, а в приемную часть - блок приемников, блок обработки информации и антенный разветвитель, при этом в передающей части к дополнительному управляющему входу генератора несущей частоты через модулятор несущей частоты подключен выход источника информации, а управляющий вход низкой частоты балансного модулятора соединен с выходом сумматора, ко входам которого соответственно подключены выходы генератора поднесущей частоты и формирователя напряжения разбаланса, в приемной части вход антенного разветвителя подключен к приемной антенне, а выходы через блок приемников соединены с блоком обработки информации, выход которого подключен ко входу получателя информации.
Частным существенным признаком изобретения являются следующий. Генератор поднесущей частоты состоит из n генераторов синусоидальных сигналов, выходы которых подключены ко входам дополнительного сумматора, выход которого является выходом генератора поднесущей частоты, а блок приемников состоит из 2n+1 отдельных приемников.
Задачей изобретения является создание технологии, обеспечивающей сохранение всех положительных свойств прототипа, но позволяющей проводить существенное упрощение технической реализации.
Техническим результатом изобретения является создание достаточно простой в технической реализации и не имеющей ограничений для свободной рыночной продажи аппаратуры, предназначенной для работы в системах тревожной сигнализации.
Сущность изобретения поясняется с помощью рисунков, показанных на фиг.1 и 2.
На фиг.1 показана структурная схема передающей части заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств.
На фиг.2 показана структурная схема приемной части заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств.
На фиг.1 и 2 использованы следующие обозначения: 1 - источник информации; 2 - модулятор несущей частоты; 3 - генератор несущей частоты; 4 - генератор поднесущей частоты; 5 - сумматор; 6 - формирователь напряжения разбаланса; 7 - балансный модулятор; 8 - усилитель мощности; 9 - передающая антенна; 10 - приемная антенна; 11 - антенный разветвитель; 12 - блок приемников; 13 - блок обработки информации; 14 - получатель информации.
Передающая часть (фиг.1) заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств располагается на объектах охраны, которыми могут быть транспортные средства. В состав передающей части входит источник 1 информации. Он относится к системе безопасности транспортного средства и осуществляет формирование последовательности двоичных символов кода сообщения.
Источник 1 информации подключен ко входу модулятора 2 несущей частоты, выход которого соединен со входом генератора 3 несущей частоты. Выход генератора 3 несущей частоты подключен к информационному входу высокой частоты балансного модулятора 7.
Генератор 4 поднесущей частоты и формирователь 6 напряжения разбаланса подключены, соответственно, ко входам сумматора 5, выход которого подключен к управляющему входу низкой частоты балансного модулятора 7. Выход балансного модулятора 7 соединен со входом усилителя 8 мощности. Передающая антенна 9 передает в эфир выходные радиосигналы передающей части заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств.
Приемная часть (фиг.2) заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств располагается в пункте централизованного наблюдения. В состав приемной части входит приемная антенна 10, антенный разветвитель 11, блок 12 приемников, блок 13 обработки информации и получатель 14 информации, которым является оборудование оператора пункта централизованного наблюдения. Приемная антенна 10 через антенный разветвитель 11 подключена к каждому из приемников, входящих в состав блока 12 приемников. Выходы приемников подключены к соответствующим входам блока 13 обработки информации, выход которого соединен со входом получателя 14 информации.
Модулятор 2 несущей частоты управляется сигналами от источника 1 информации и осуществляет цифровую модуляцию сигналов генератора 3 несущей частоты.
Принципы цифровой модуляции широко описаны в технической литературе (например, www.rfdesign.ru/components/modulator/modulator.htm).
Формирователь 6 напряжения разбаланса может быть выполнен - в простейшем случае - на основе стабилитрона, делителя частоты и выходного эмиттерного повторителя.
Сумматор 5 представляет собой схему суммирования аналоговых сигналов и может быть выполнен на основе операционного усилителя.
В качестве генератора 4 поднесущей частоты может быть использована простая схема, указанная, например, в kazus.ru/shemes/showpage/0/289/l.html.
Простейшая схема балансного модулятора 7 приведена в kazus.ru/shemes/showpage/0/515/1.html. Для данной схемы вход высокой частоты является информационным входом, а вход низкой частоты - управляющим входом.
Антенный разветвитель 11 является стандартным блоком, выполненным, в простейшем случае, по схеме, приведенной в kazus.ru/shemes/showpage/0/171/1. html.
Блок 13 обработки информации представляет собой процессор, выполняющий стандартную, заложенную в него программу мажоритарной и смысловой обработки информации.
Получателем 14 информации является электронное оборудование оператора пункта централизованного наблюдения. По информации, полученной с объектов охраны, оператор вырабатывает адекватное решение.
Остальные блоки рассматриваемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств являются стандартными радиотехническими блоками и элементами, широко описанными в технической литературе и доступными на коммерческом рынке.
Описанный выше канал радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств работает следующим образом.
На определенном расстоянии (например, не более 20 км) от пункта централизованного наблюдения располагается ряд объектов охраны, каждый из которых может представлять собой транспортное средство. В принципе, не исключается и возможность, при которой объектами охраны могут быть не только транспортные средства, но и, например, объекты недвижимости, однако для простоты изложения будем условно считать, что объектами охраны являются только транспортные средства. Такое ограничение не снижает общности предлагаемого технического решения, поскольку сущность изобретения относится к построению аппаратуры передачи и приема сообщений, но не зависит от передаваемой информации.
Каждый из объектов охраны связан по радиоканалу с общим для них пунктом централизованного наблюдения. На объекте охраны могут происходить события (например, угон или нападение злоумышленников), при которых требуется передать кодовое сообщение (в том числе тревожное) в пункт централизованного наблюдения.
Структура и методика формирования такого кодового сообщения широко известны. Например, они указаны в патенте предприятия-заявителя RU № 2351066, H04B 1/713, G08B 25/10, G08B 29/00. В настоящем изобретении они не рассматриваются, так как не относятся к предмету изобретения.
0
Для данного изобретения можно считать, что в передающей части (фиг.1) заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств код сообщения формируется в некотором блоке, условно названном источником 1 информации. Этот источник 1 информации входит в состав системы безопасности транспортного средства. Двоичные символы кода сообщения через модулятор 2 несущей частоты последовательно поступают на вход управления генератора 3 несущей частоты. В зависимости от того, логическая единица или логический ноль присутствует на входе управления генератора 3 несущей частоты, на выходе этого генератора 3 несущей частоты в течение определенного интервала времени формируется или не формируется синусоидальный сигнал с выбранной заранее несущей частотой (например, F). Время подключения каждого разряда сообщения ко входу управления генератора 3 несущей частоты строго определенное (например, Т).
0
На объекте охраны установлен также генератор 4 поднесущей частоты. Он может быть выполнен, например, по схеме делителя частоты выходных сигналов генератора 3 несущей частоты. На выходе генератора 4 поднесущей частоты формируется в общем случае сигнал, представляющей собой сумму нескольких синусоид с заранее заданными частотами. Однако пока, для простоты изложения, будем считать, что на выходе генератора 4 поднесущей частоты присутствует единственный синусоидальный сигнал с частотой f. Частота F сигнала на выходе генератора 3 несущей частоты должна быть существенно выше частоты f сигнала на выходе генератора 4 поднесущей частоты, а период этого сигнала (на выходе генератора 4 поднесущей частоты) должен быть существенно меньше промежутка времени T.
С выхода генератора 4 поднесущей частоты сигнал поступает на первый вход сумматора 5, на второй вход которого подается постоянное стабилизированное напряжение с выхода формирователя 6 напряжения разбаланса. На выходе сумматора 5 формируется синусоидальный сигнал частоты f с подставкой, равной выходному напряжению формирователя 6 напряжения разбаланса.
Сигналы с выходов генератора 3 несущей частоты и сумматора 5 поступают на соответствующие входы балансного модулятора 7.
На выходе балансного модулятора 7 при этом формируется сигнал, представляющий сумму трех синусоидальных сигналов:
0
- первой боковой частоты F+f;
0
- несущей частоты F;
0
- второй боковой частоты F-f.
Амплитуда сигналов первой и второй боковых частот определяется амплитудой сигнала, поступающего на балансный модулятор 7 с выхода генератора 3 несущей частоты (амплитуда сигнала на выходе генератора 3 несущей частоты приблизительно в два раза превышает амплитуду каждого из сигналов боковых частот). А амплитуда сигнала несущей частоты на выходе балансного модулятора 7 приблизительно равна напряжению подставки в сигнале на выходе сумматора 5 (которая, в свою очередь, как было указано выше, определяется величиной напряжения на выходе формирователя 6 напряжения разбаланса). При настройке передающей части заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств на предприятии-изготовителе можно добиться равенства амплитуд всех трех синусоидальных составляющих сигнала на выходе балансного модулятора 7. Будем условно считать, что такая настройка проведена и на выходе балансного модулятора 7 сформирован суммарный сигнал трех синусоидальных составляющих с одинаковыми амплитудами.
Выходной сигнал балансного модулятора 7 в усилителе 8 мощности усиливается по мощности до величины, разрешенной для передачи с транспортного средства, и через передающую антенну 9 поступает в эфир как выходной радиосигнал объекта охраны.
В пункте централизованного наблюдения радиосигналы объектов охраны поступают в приемную часть заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств (фиг.2).
0
0
0
Через приемную антенну 10 и антенный разветвитель 11 радиосигналы поступают на входы приемников, образующих блок 12 приемников. Для рассматриваемого примера реализации канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств блок 12 приемников состоит из трех отдельных приемников (12.1, 12.2 и 12.3), настроенных, соответственно, на частоты F+f, F и F-f (то есть на несущую и на каждую из боковых частот). Каждый из приемников (12.1, 12.2 и 12.3) формирует на своем выходе последовательность двоичных символов, соответствующих полученным этим приемником сигналам. Все эти последовательности поступают на блок 13 обработки информации, который формирует единую последовательность символов, передаваемую далее получателю 14 информации для принятия адекватного решения в пункте централизованного наблюдения.
Необходимо, чтобы последовательность символов, передаваемая получателю 14 информации, точно соответствовала передаваемой информации с соответствующего объекта охраны. Только тогда решение, принимаемое получателем 14 информации в пункте централизованного наблюдения, будет соответствовать сложившейся ситуации.
Если вследствие помехи произошел одиночный сбой в выходной информации одного из приемников, то блок 13 обработки информации, выполняя мажоритарную обработку информации, исключит эту ошибку, использовав выходные сигналы других приемников. Если же наличие помехи (или влияние интерференции) приводит к длительному искажению информации на входе какого-либо приемника, то по смысловой обработке сигналов, поступающих с каждого из приемников (12.1, 12.2 и 12.3), блок 13 обработки информации выделяет приемник, получающий искаженную информацию, и не учитывает в течение определенного интервала времени сигналов этого приемника.
Принципы мажоритарной и смысловой обработки информации широко известны (например, www.imf.ru), но не относятся к предмету изобретения и потому специально не рассматриваются. Точно так же не относятся к предмету изобретения принципы и методы выработки адекватного решения получателем 14 информации.
Изобретение позволяет существенно повысить помехозащищенность информации, передаваемой объектом охраны. Это подтвердили испытания макетных образцов заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств. В условиях города, при указанных выше установленных ограничениях на мощность и несущую частоту сигнала, на расстоянии 25 км между объектом охраны и пунктом централизованного наблюдения при постоянной передаче сообщений фиксировалось не более одной ошибки в течение каждого часа (было зафиксировано десять одиночных сбоев за 12 часов испытаний).
Необходимо отметить дополнительно, что если генератор 4 поднесущей частоты выдает вместо одного синусоидального сигнала сумму нескольких (n) синусоидальных сигналов, то тогда передача сообщений от объекта охраны идет на N частотах (N=2n+1), а в блоке 12 приемников требуется N приемников.
При этом генератор 4 поднесущей частоты состоит из n генераторов синусоидальных сигналов, выходы которых подключены ко входам дополнительного сумматора, выход которого, в свою очередь, является выходом генератора 4 поднесущей частоты. Такое усложненное построение заявляемого канала радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств еще более повышает помехозащищенность сообщений. Испытания, проведенные в течение 12 часов при n=2, не выявили ни единого сбоя в передаваемых сообщениях.
Таким образом, решена поставленная задача изобретения - построен достаточно простой канал радиосвязи с дискретной информацией для транспортных средств с существенно повышенной помехозащищенностью передаваемых сообщений.
Совокупность известных и вновь введенных в предложенном техническом решении существенных признаков позволяет решить задачу, на которую направлено изобретение, обеспечив при этом получение требуемого технического результата. Предложенное техническое решение обладает новизной, что позволяет рассматривать его как изобретение.