Для передачи команд с брелока и приема тревожных сообщений в современных сигнализациях используется радиоканал.
У радиоканала есть большие преимущества по сравнению с другими способами связи:
- 1) связь возможна не только при прямой видимости, но и при наличии препятствия, а также на больших расстояниях;
- 2) передача данных по радиоканалу происходит бесшумно и незаметно для окружающих.
Вместе с тем, имея приемник, настроенный на нужную частоту, можно подслушать передаваемые данные. Поэтому они обычно шифруются.
Вредный совет: устанавливайте клиенту автосигнализацию со статическим кодом. Ведь она гораздо дешевле, а замки открывает точно также!
В современных сигнализациях используется только двухсторонний радиоканал, то есть и брелок, и приемопередатчик в автомобиле могут как передавать, так и принимать данные. Для этого применяются специальные микросхемы — трансиверы.
Структурная схема цифрового трансивера сигнализаций StarLine с диалоговым кодом изображена на рисунке.
Структурная схема цифрового OEM-трансивера
Основной элемент трансивера — это синтезатор — высокоточный генератор с цифровым управлением, который отвечает за частоту обмена или за канал. Синтезатор используется как для приема, так и для передачи, на выходе синтезатора получается частота, лежащая в рабочем диапазоне сигнализации от 433,05 до 434,79 МГц.
Кратко приведем алгоритм работы передатчика и приемника:
- 1) передатчик принимает высокочастотный сигнал с синтезатора и модулирует его с помощью цифрового модулятора. Далее сигнал поступает на усилитель мощности, затем в антенну и передается в эфир;
- 2) приемник усиливает сигнал, полученный через антенну из эфира с помощью малошумящего усилителя (МШУ), и подает его на смеситель. Смеситель с помощью сигнала синтезатора получает промежуточную частоту, а затем цифровой демодулятор выделяет из сигнала полезную информацию.
Микросхема трансивера имеет внешний интерфейс, который позволяет подключить ее к управляющему микроконтроллеру. Именно по этому интерфейсу поступают данные, которые затем будут отправлены в эфир.
Большинство операций в трансивере выполняется в цифровом виде, что позволяет увеличить чувствительность приемника, а значит, увеличить дальность и надежность связи. Это хорошо видно на примере сигнализаций StarLine с диалоговым кодом.
Вообще говоря, на дальность и устойчивость связи влияет множество параметров. К основным из них относятся:
- мощность передатчика;
- чувствительность приемника;
- тип модуляции;
- ширина канала связи;
- количество каналов связи;
- ландшафт.
Мощность передатчика
Мощность передатчика в брелоке ограничивается емкостью элемента питания, в то время как мощность передатчика в приемопередатчике, установленном в автомобиле, можно повысить — автомобильный аккумулятор обладает гораздо большей емкостью и к тому же подзаряжается. Поэтому канал управления обычно меньше по дальности по сравнению с каналом оповещения.
Чувствительность приемника
Чувствительность приемника показывает, какой мощности должен быть сигнал, чтобы на выходе демодулятора появилась полезная составляющая (с целью получения из эфира понятной команды от передатчика). Чем выше чувствительность, тем дальше можно отнести передатчик, обеспечив приемнику нормальный уровень сигнала на входе.
Чувствительность приемника — это паспортная характеристика трансивера при определенных условиях, таких, как частота приема, вид и параметры модуляции, ширина канала и проч. Но на чувствительность сильно влияют и собственные свойства трансивера, поэтому у разных микросхем будет разная чувствительность при одинаковых параметрах канала.
Чувствительность приемника у трансивера StarLine одна из лучших в индустрии.
Тип модуляции
Модуляция — это способ изменения чистого синусоидального сигнала синтезатора с целью передать какую-то полезную информацию. Сигнал синтезатора изменяется синхронно с данными, поступающими на вход передатчика. Обратная операция в приемнике (выделение полезных данных) называется демодуляцией. В современных сигнализациях используются два вида модуляции: амплитудная (АМ) и частотная (ЧМ).
Амплитудная и частотная модуляции
При использовании амплитудной модуляции сигнал с синтезатора изменяется по амплитуде (величине). Так как цифровой сигнал данных представляет собой поток двоичных символов (0 и 1), наиболее удобный способ амплитудной модуляции — включение и выключение высокочастотного сигнала синхронно с сигналом данных.
К плюсам амплитудной модуляции можно отнести невысокую энергозатратность (когда сигнал выключен, передается 0 — ток не потребляется), однако есть и минус — низкий коэффициент полезного действия (КПД) передачи данных. То есть при прочих равных условиях передатчик с амплитудной модуляцией должен иметь большую мощность для обеспечения требуемой дальности.
При частотной модуляции сигнал синтезатора изменяется по частоте — при передаче 0 частота сигнала уменьшается, при передаче 1 — увеличивается. Сигналы с частотной модуляцией менее чувствительны к импульсным помехам в радиоканале, поэтому системы с частотной модуляцией гораздо надежнее систем с амплитудной модуляцией.
АМ — первый вид модуляции, освоенный практически, она до сих пор используется для радиосвязи на длинных волнах. И приемники, и передатчики, использующие амплитудную модуляцию, гораздо проще в изготовлении и настройке, чем, к примеру, приемники и передатчики с частотной модуляцией. Однако появление на рынке однокристальных трансиверов с частотной модуляцией переломило ситуацию.
Современные сигнализации StarLine имеют трансиверы частотной модуляции и показывают лучшие характеристики, чем предшествующие разработки.
Ширина канала связи
Ширина канала связи — это диапазон частот, в пределах которого радиосигнал передается без существенного искажения его формы. Ширина канала связи влияет на чувствительность приемника, а значит, на дальность и устойчивость связи. Чем ширина канала меньше, тем чувствительность приемника выше. Это происходит из-за того, что в узком канале меньше эфирного шума, а значит, соотношение «сигнал / шум» будет выше.
Радиоэлектронные шумы
Казалось бы — давайте уменьшим ширину канала до минимума! Но не все так просто. Ширина канала определяет максимальную скорость передачи данных. То есть чем уже канал, тем меньше скорость, тем меньше данных уместится в нем (так же, как и шумов). А для диалоговой сигнализации необходима достаточно высокая скорость обмена, так как данных передается много. Кроме того, при сужении канала придется использовать более дорогие компоненты, а следовательно, повышать цену сигнализации. В современных системах найдено оптимальное решение с наименее узким каналом связи при достаточно высокой скорости обмена данными.
Следует заметить, что при прочих равных условиях частотно-модулированные сигналы имеют ширину канала меньшую, чем системы с амплитудной модуляцией. Это еще один заметный плюс частотной модуляции, благодаря которому обеспечивается большая дальность и устойчивость связи.
Количество каналов связи
До недавнего времени в большинстве сигнализаций использовалась только одна фиксированная частота из диапазона 433,05-434,75 МГц, на которой работали все сигнализации одной модели. Такие одноканальные системы приносили много хлопот своим владельцам.
Представьте, что будет, если на парковке перед супермаркетом у одного из сотен автомобилей сработает сигнализация. Она начнет передавать сигнал тревоги, занимая эту частоту почти постоянно. А владельцы других авто будут вынуждены по нескольку раз нажимать на кнопку, чтобы снять с охраны свою машину.
Новые трансиверы позволяют организовать многоканальную связь, так как имеют цифровой синтезатор, частоту которого очень просто перестроить в отличие от старых систем с амплитудной модуляцией.
Каждой системе назначается свой собственный начальный канал передачи данных. В разрешенном диапазоне 433,05 - 434,75 МГц может уместиться до 1024 независимых каналов, поэтому частоты «размазываются» по эфиру. Ситуация с одновременной работой нескольких сигнализаций в одном канале маловероятна.
Кроме того, номер канала меняется динамически в ходе диалогового обмена, что позволяет еще больше увеличить помехозащищенность системы.
Ландшафт
Внешнее окружение, ландшафт местности, городские постройки очень сильно влияют на дальность связи. Именно поэтому в характеристиках принято указывать дальность связи на открытом пространстве — в этом случае все сигнализации имеют одинаковые условия испытаний, и дальность определяется только параметрами приемопередатчиков.
Не обещайте клиенту максимальную дальность управления и оповещения автосигнализации в городе, где характеристики зависят от расположения машины и брелока.
Почему же эта характеристика уменьшается в городских условиях? Есть две основные причины — препятствия на пути радиоволн и многолучевое распространение.
Так, через постройки из железобетона радиоволна пройти не может. Она частично поглощается, частично отражается. Например, высотный дом, находящийся между машиной и брелоком, может полностью перекрывать сигнал.
Многолучевое распространение — это эффект наложения нескольких волн друг на друга. Они отражаются от домов, поверхности земли и достигают антенны с разным запазданием. Может оказаться так, что суммарная волна будет гораздо меньше, чем при отсутствии отражений, и тогда чувствительности приемника не хватит для устойчивой связи. Такой эффект называют «замирание». Эффект многолучевого распространения очень хорошо заметен, если автомобиль стоит на стоянке около большого супермаркета. Как правило, ангары торговых центров строят из материалов, которые хорошо отражают радиоволны. Проникнув через «прозрачные» части здания, волна начинает многократно отражаться внутри, и в брелок попадает огромное количество копий, сложение которых может дать очень слабый сигнал. Именно поэтому существует проблема надежного приема тревожного сообщения внутри супермаркета.
Многолучевое распространение гораздо опаснее для амплитудно-модулированных сигналов. Поэтому современные трансиверы с частотной модуляцией в супермаркетах и вообще в городе работают надежнее и устойчивее.
В итоге сформулируем три пункта:
- 1) использование частотной модуляции позволило создать радиоканал с большей дальностью и надежностью;
- 2) большое количество каналов снижает радиочастотный шум, что хорошо сказывается на дальности и устойчивости связи;
- 3) радиоканал с частотной модуляцией лучше подходит для использования в городской застройке.
Для систем StarLine D94, D64, B94, B64, A94, A64, E90, E60 дальность радиоканала управления составляет 800 м, а канала оповещения — 2000 м.
Радиоуправление автосигнализациями. Схема-памятка