Эффективность функционирования радиоканала в системах безопасности

А.Н. Бабкин,

кандидат технических наук, доцент

А.В. Эсауленко,

ФГКУ УВО ГУ МВД России по Краснодарскому краю

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАДИОКАНАЛА В СИСТЕМАХ БЕЗОПАСНОСТИ

EFFICIENCY OF FUNCTIONING OF THE RADIO CHANNEL

IN SAFETY SYSTEMS

Рассматриваются вопросы обеспечения эффективности функционирования радиоканала в системах безопасности. Приводится методика определения параметров радиоканала, обеспечивающих выполнение заданного критерия эффективности.

Questions of ensuring efficiency offunctioning of a radio channel in safety systems are considered. The technique of determination ofparameters of the radio channel providing performance of set criterion of efficiency is given.

Радиоканальную систему безопасности можно представить как совокупность элементов, каждый из которых является самостоятельным по отношению ко всей системе. Радиоканал является основным элементом системы и представляет собой совокупность приемопередающей аппаратуры и среды передачи. На рис. 1 представлена структурная схема радиоканала системы безопасности.

АУ

Рис. 1

На этом рисунке АУ — абонентское устройство; ПРД — передающее устройство; ПРМ — приемное устройство; БУ — базовое устройство; 1Ърд и 1прм — соответственно частоты передачи и приема.

Радиоканал включает два направления связи: первое направление связи образовано ПРД АУ и ПРМ БУ, второе — ПРД БУ и ПРМ АУ.

Для обеспечения надежного функционирования радиоканала необходимо в первую очередь обеспечить прохождение сигналов взаимодействия между АУ и БУ по линии прямой видимости, т.е. обеспечить, как минимум, райсовскую модель радиоканала.

Для райсовского канала коэффициент К, определяемый отношением мощности Рпр доминирующего сигнала в радиоканале (распространяемого по линии прямой видимости) к мощности Ротр отраженных сигналов больше единицы [1]:

К = Р / Ротр

пр отр ч

К > 1.

В качестве критерия эффективности функционирования радиоканала целесообразно использовать отношение сигнал/шум по мощности на выходе приемных устройств АУ и БУ при выполнении требований по безопасности и достоверности [2]:

Р , Р с > (- с

Р

Р

тр

Р £ р Тр

г ош — г ош

р

нсд

> ПТР > Р нсд

где

Р Р

1 с ( 1 с \Щ?

, (~ ) — соответственно отношение сигнал/шум на выходе приемных

Р

Р

устройств и отношение сигнал/шум требуемое; Р

Р ОШ — соответственно веро-

ятность ошибочного приёма и вероятность ошибочного приёма требуемая; Р.

нсд

о ТР

Рнсд — соответственно вероятность защиты от несанкционированного доступа в радиоканал и вероятность защиты от несанкционированного доступа требуемая.

В цифровых радиоканальных системах безопасности вероятность ошибочного приёма можно определить следующим образом [3]:

1 ¥ &ю =72р!

Г 2 ЛЧ-1

1 у _— /2т \а 2 V 2Л _¥

1 _

V У

-\2

¿у

X = {х 0, х 1,..., х, _ 1 }

— соответственно набор передаваемых сигнальных по-

0, У l,..., У ч- }

сылок на входе и выходе радиоканала в каждой сигнальной посылке д символов.

ГДе г = {У0, Уl,..., У,_ 1}

на входе и выходе радио Для двоичного симметричного канала:

Р10 = О

о=

л/2я

При нормальном законе распределения помехи в радиоканале и равновероятностном априорном распределении битовой информации 1 и 0 на основании (3) в табл. 1 приведены расчетные значения Рош и Рс/Рш.

Таблица 1

)

ош

и

Е

2

У

Е

0

2

X

Рош Рс/Рш, дБ

10-1 6

10_2 10

10_3 12

10-4 14

10_5 16

10_6 18

На основании расчетных данных, приведенных в табл. 1, можно определить параметры радиоканала и, в частности, бюджет потерь и максимальную дальность связи между АУ и БУ системы безопасности.

На рис. 2 представлена структурная схема одного направления связи, образованного ПРД АУ и ПРМ БУ.

LfanpH Ganpn Lro GanpM L^npM Кш (Рс/Рш) ых

,...

ПРД

А

ПРД АУ Р*ыщрд

Рис. 2

На этом рисунке А — антенна; Риихщщ — мощность сигнала на выходе передатчика АУ; дБм, Ьфцрд и Ьфпрм — соответственно потери в фидере передатчика АУ и приемника БУ, дБ; Ьгр — потери сигнала на радиотрассе, дБ; 0^ и Ощм — соответственно усиление антенн ПРД АУ и ПРМ БУ, дБ; (Рс/Рш)в* — защищенность сигнала на входе ПРМ БУ, дБ; Кш — коэффициент шума ПРМ; дБ, (Рс/РЩвых — защищенность сигнала на выходе ПРМ БУ, дБ.

Защищенность сигнала на выходе ПРМ БУ будет определяться выражением:

' Р Л

Р

V ш Увгк

Кш, дБ,

откуда

Р =

і к + р

ш швх

, дБ,

где Ршвх — мощность шумов на входе ПРМ БУ, дБ.

В свою очередь

Р______.. — L + G ___— L_________ + G

Р с =

—L

фпрм

дБм.

выхпрд фпрд апрд тр ” апрм

Из (4) и (5) можно определить потери Ьтр на радиотрассе.

Используя статистическую модель Окумура — Хата [4], можно определить максимальную дальность связи между АУ и БУ системы безопасности.

С учетом (1)—(5) в табл. 2 приведены расчетные значения параметров радиоканала системы безопасности, обеспечивающих выполнение (1) при соблюдении требований по достоверности.

Таблица 2

Параметры радиоканала Направление передачи АУ-БУ

Рош 10—4

^asan^ дБм 17

Ьфпрд дБ 3

Ьфіпрім дБ 3

Gan^ дБ 6

°апрм5 дБ 6

Кш, дБ 3

1Прд, МГц 160,0

ё, км 7

Рч, дБм -113

Ршвх, дБм -130

hпрм, м 30

hпрд, м 30

В табл. 2 Рч — чувствительность приемного устройства БУ; Ьпрм и Ьпрд — соответственно высоты подъема антенн ПРД АУ и ПРМ БУ.

Таким образом, для обеспечения эффективного функционирования радиоканала в системах безопасности в соответствии с (1) необходимо определить требуемое значение вероятности ошибочного приёма Р ОШ , на основании (2) или (3) рассчитать зна-

Р с

чение отношения сигнал/шум на выходе приемного устройства ( р с ) , используя

ш

выражения (4) и (5), определить потери сигнала на радиотрассе Ь, и на основании известных моделей радиоканала рассчитать максимальную дальность между приемопередающими устройствами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети: пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. — 640 с.

2. Бабкин А.Н., Андрущук В.О. Вопросы оптимизации существующих систем подвижной радиосвязи ОВД // Вестник ВИ МВД России. — 2012. — №2. — С.33—40.

3. Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы: справочник / под ред. чл.-кор. РАН Ю.Б. Зубарева. — М.: Горячая линия — Телеком, 2004. — 126 с.

4. Зарубин В.С., Бабкин А.Н., Особенности построения и эксплуатации радиоканала в системах связи ОВД // Тематический сборник «Связь и автоматизация МВД России—2008». — М.: Информационный мост, 2008. — С.28—31.