Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Особенности применения радиоканальных устройств малого радиуса действия в диапазоне частот 2400-2483,5 МГц

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Особенности применения радиоканальных устройств малого радиуса действия в диапазоне частот 2400-2483,5 МГц

Данная статья продолжает цикл публикаций о радиоустройствах малого радиуса действия (short range device: SRD). В ней подробно рассматривается диапазон 2,4 ГГц, который достаточно часто используется в беспроводных системах безопасности. Напомним, что согласно действующей нормативной базе в области частотного регулирования для эксплуатации радиоэлектронных средств, работающих в этом диапазоне, не требуется получение разрешения на использование частот, но необходима регистрация оборудования в территориальных органах Роскомнадзора.


В.А. Григорьев

Генеральный директор ООО "Лаборатория инфокоммуникационных сетей", д.т.н.


И.А. Хворов
Руководитель отдела ООО "Лаборатория инфокоммуникационных сетей", к.т.н.

Одним из частотных диапазонов, не требующих лицензирования, является диапазон 2,4 ГГц для индустриальных, научных и медицинских приложений (ISM - Industrial, Scientific, Medical). Он занимает полосу частот от 2400 до 2483,5 МГц в США и Европе и от 2471 до 2497 МГц в Японии. В ряде стран, например во Франции и Испании, доступны только части этой полосы частот (рис. 1).

В настоящее время полоса частот 2400-2483,5 МГц выделена для использования большому кругу различных устройств. Кроме устройств малого радиуса действия (SRD) здесь применяются: оборудование абонентского радиодоступа, радиоэлектронные средства (РЭС) персональных радиосетей (WPAN), радиомодемы, РЭС бытовой электроники и т.д.


2400-2483,5 МГц за рубежом

Несмотря на некоторую степень стандартизации, в полосе 2400-2483,5 МГц в различных странах правила использования диапазона могут противоречить друг другу (табл. 1). Заключительное слово в отношении регуляторных требований находится в ведении каждой страны. Изготовители обычно должны гарантировать, что изделие отвечает техническим требованиям и не нуждается в получении лицензии на использование частот конечным пользователем.

Анализ документов, разработанных международными организациями [2], позволил сформулировать ряд общих принципов использования SRD-устройств, основанных на ограничении параметров их функционирования.

  1. Ограничения на параметры излучения устройств малого радиуса действия. Традиционно в качестве параметра излучения устройств малого радиуса действия принято использовать:
    • максимальную эквивалентную изотропно-излучаемую мощность (ЭИИМ) в полосе сигнала или в эталонной полосе частот;
    • максимальную напряженность электромагнитного поля, измеренную на эталонном расстоянии от источника излучения.
  2. Ограничения на типы используемых антенн. В устройствах малого радиуса действия нашли применение, главным образом, три типа антенн:
    • интегральная (отсутствует антенный порт для подключения внешних антенн);
    • специализированная (имеется антенный порт для подключения только специализированного для данного типа оборудования набора внешних антенн);
    • внешняя (имеется антенный порт для подключения антенны любого типа).
  3. Ограничения на спектральные характеристики. Речь идет о частотном разносе соседних каналов, ширине полосы частот радиосигнала, значении базы используемых сигналов.
  4. Ограничения на активность работы передающих устройств. В качестве показателя указанного параметра используется так называемый коэффициент активности (Duty cycle). Он равен проценту времени работы устройства малого радиуса действия на излучение, измеренному в течение любого часа. В настоящее время все устройства малого радиуса разделены на четыре категории:
    • очень низкая активность (коэффициент активности <0,1%);
    • низкая активность (коэффициент активности <1,0%);
    • высокая активность (коэффициент активности <10%);
    • очень высокая активность (коэффициент активности «100%).

Проверка выполнения установленных ограничений осуществляется специальными сертификационными лабораториями. Наличие сертификата соответствия является необходимым условием упрощенной или безлицензионной процедуры использования устройств малого радиуса действия.


2400-2483,5 МГц в РФ

Согласно "Таблице распределения полос частот между радиослужбами РФ" в нашей стране, в отличие от большинства зарубежных государств, рассматриваемый диапазон имеет категорию "ПР". Это значит, что в данной полосе радиочастот преимущество имеют радиоэлектронные средства, предназначенные для нужд государственного управления, в том числе президентской и правительственной связи, нужд обороны страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка. Избежать "тесного" общения с силовыми структурами при использовании этого диапазона можно только на основании соответствующих решений Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ).

Одно из первых таких решений ГКРЧ - "О порядке использования на территории Российской Федерации внутриофисных систем передачи данных в полосе частот 2400-2483,5 МГц" -появилось 29.04.2002 г. (протокол № 18/3). Данное решение разрешило использование диапазона юридическими и физическими лицами для организации на территории РФ внутриофисных систем беспроводной передачи данных на вторичной основе и при условии непредъявления претензий на возможные помехи от радиоэлектронных средств военного и гражданского назначения, а также от высокочастотных установок промышленного, научного, медицинского и бытового применения, использующих эту полосу частот. Для этих систем не требовалось согласований с радиочастотными органами Министерства обороны РФ и другими (при необходимости) министерствами и ведомствами.

6.12.2004 г. было принято решение ГКРЧ № 04-03-04-003 "Об использовании полосы радиочастот 2400-2483,5 МГц для внутриофисных систем передачи данных". Оно позволило использовать на вторичной основе полосы радиочастот 2400-2483,5 МГц для разработки, производства, модернизации и эксплуатации внутриофисных систем передачи данных без оформления частных решений ГКРЧ для каждого конкретного типа радиоэлектронного средства с соответствующими техническими характеристиками. Для внеофисных РЭС, функционирующих в диапазоне 2400-2483,5 МГц, в настоящее время определяющим является решение ГКРЧ № 05-10-01-001 от 28.11.2005 г. "Об использовании полос радиочастот радиоэлектронными средствами фиксированного беспроводного доступа". Данное решение признало возможным использование этого диапазона для радиоэлектронных средств фиксированного беспроводного доступа. Были утверждены основные тактико-технические характеристики радиоэлектронных средств, при этом заявляемый установленным порядком район использования сетей фиксированного беспроводного доступа должен был относиться к одной из определенных категорий.

Следует отметить, что все указанные решения не относятся к SRD-устройствам.

Несмотря на то что согласно приложению № 2 "Таблицы распределения..." полоса радиочастот 2400-2483,5 МГц распределена для пяти типов SRD-устройств (табл. 2), в настоящее время обобщенное решение ГКРЧ имеется только для двух типов оборудования. Первое решение ГКРЧ № 20/6 было принято 19.08.2002 г. На его основании была выделена полоса частот 2400-2420 МГц и 2446-2454 МГц для устройств автоматической идентификации на железных дорогах. Активное использование технологии Bluetooth в нашей стране определило решение ГКРЧ № 25/2 от 1.03.2003 г. РЭС данного типа были разделены на две категории:

  • маломощные (максимальная ЭИИМ не более 2,5 мВт), которые могли применяться без ограничений;
  • внутриофисные (максимальная ЭИИМ не более 100 мВт).

Несколько расширило возможности применения SRD-устройств в полосе радиочастот 2400-2483,5 МГц решение ГКРЧ № 07-20-03-001 от 7.05.2007 г. "О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия". С учетом дополнений, внесенных в данное решение (№ 08-24-01-001 от 28.04.2008 г. и № 09-04-07 от 19.08.2009 г.), образовалась такая категория SRD-оборудования, как "персональные сети", к которым отнесены устройства, поддерживающие технологии Bluetooth, ZigBee и nanoNet, определяющиеся своими техническими характеристиками и ограничениями в области применения (табл. 3).

2400-2483,5 МГц для систем безопасности

В рассматриваемом диапазоне частот выпускается беспроводное оборудование различного назначения: системы охранного телевидения, приборы для проведения оперативно-поисковых работ, охранно-пожарной сигнализации, видеонаблюдения, автоматизации зданий, контроля доступа, мониторинга и т.д. Как уже отмечалось, в настоящее время в диапазоне частот 2400-2485,5 МГц SRD-устройства технологий Bluetooth, ZigBee и nanoNet (табл. 4) могут использоваться с учетом ограничений, указанных в табл. 3, и при условии регистрации в установленном порядке в органах Роскомнадзора.


Область применения данных технологий - беспроводная передача данных в системах мониторинга и управления, домашней автоматизации и охранных системах. В основном такие устройства используются для сетевой организации систем безопасности, хотя выпускаются и такие устройства "индивидуального" пользования, как, например, специальные блокираторы, которые применяются для подавления устройств стандарта Wi-Fi и Bluetooth. Они также эффективны для блокировки радиоустройств несанкционированной передачи данных, прослушивания, видеонаблюдения и радиоисполнительных приборов, использующих эти стандарты. Среди трех упомянутых технологий наименьшее применение в настоящее время нашли радиоустройства на базе стандарта nanoNet. Ширина используемого частотного канала nanoNet составляет 64 МГц и значительно превышает аналогичные показатели ZigBee и Bluetooth. Это дает возможность приемопередатчикам Nanotron работать на более высоких скоростях и с более высокой степенью надежности передавать данные в условиях сложной помеховой обстановки. Однако организация сетей передачи данных на базе стандарта nanoNet носит пока лишь единичный экспериментальный характер. Большие перспективы имеет технология nanoLOC. Данные   приемопередатчики  дополнительно обладают функцией определения местоположения. Объединение в одном кристалле функций беспроводной передачи данных и локализации открывает новые возможности для систем радиочастотной идентификации и сбора данных. За рубежом данная технология применяется для систем определения местоположения объекта в закрытых помещениях, что активно используется различными службами спасения, в частности пожарными. Однако технология nanoLOC не попадает под обобщенное решение ГКРЧ, что значительно тормозит ее применение в нашей стране. Устройства технологии Bluetooth применяются в основном для передачи телеметрической информации от различных датчиков. Они активно используются на объектах жилищно-коммунального хозяйства: например, в настоящее время востребованы беспроводные автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии, которые состоят из счетчиков учета электроэнергии с встроенными в них радиомодемами, передающими данные на один или несколько шлюзов. Шлюз поддерживает связь с сервером или с базой данных по IP-протоколу, телефону или по сотовой связи GPRS. Как показывает практика, при создании и эксплуатации систем охраны и безопасности на первое место выдвигаются такие параметры, как энергопотребление, надежность и цена. И здесь относительные преимущества имеет технология ZigBee.


Данная технология не предназначена для передачи больших объемов информации на высоких скоростях, как nanoNet или Bluetooth. Большинство устройств ZigBee будет работать по следующему алгоритму: устройство находится в "спящем" состоянии практически все время, обеспечивая оптимальный режим энергосбережения. При поступлении новой информации либо во время очередного сеанса связи устройство активизируется, быстро передает данные и снова переходит в режим пониженного энергопотребления. Таким образом, устройства ZigBee способны работать на одной батарейке до нескольких лет, в отличие от оборудования технологии Bluetooth, которое требует еженедельной перезарядки.

Выводы

Несмотря на то что практически во всем мире применение РЭС SRD в диапазоне частот 2400-2485,5 МГц носит "безлицензионный" характер, в нашей стране этот процесс имеет существенные ограничения. В настоящее время упрощенный порядок использования в этой полосе частот согласно решениям ГКРЧ имеют только устройства персональных сетей на базе стандартов Bluetooth, ZigBee и nanoNet. При этом пользователю все равно необходимо зарегистрировать установленное у него на объекте оборудование в территориальных органах Роскомнадзора. Такое положение дел существенно ограничивает возможности отечественных разработчиков, фактически ставя их в зависимость от зарубежных технологий. Пути дальнейшего решения этой проблемы видятся в упрощении использования РЭС SRD для таких категорий, как неспециализированные устройства, устройства для обнаружения передвижения и радиосигнализации и устройства радиочастотной идентификации, путем принятия соответствующих решений ГКРЧ.                

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #6, 2009
Посещений: 13975


  Автор
Григорьев В. А.

Григорьев В. А.

Доктор технических наук, член-корреспондент Академии инженерных наук РФ, член IEEE, профессор кафедры космической связи Военной инженерно-космической академии им. А.Ф. Можайского

Всего статей:  3


  Автор
Хворов И. А.

Хворов И. А.

Начальник научно-исследовательского отдела ООО "Лаборатория
инфокоммуникационных сетей", к.т.н.

Всего статей:  2

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций