Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 2, 2004 г.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ КАНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ

 

Семин Т.К., Сперанский А.О., Шитов В.П.

(МИРЭА, speranski@mirea.ru)

 

Каналы передачи данных являются основой информационно-вычислительной и телекоммуникационной инфраструктуры интеллектуального здания. Системы интеллектуального здания распределены территориально в пределах всего здания, что требует протяженных линий связи (сотни метров, километры), которые, как правило, выполняются на основе кабеля типа «витая пара».

По своим конструктивным особенностям кабели «витая пара» обеспечивают высокий уровень электромагнитной защищенности, но при монтаже идеальная свивка пар в кабеле нарушается, и в результате ожидаемые параметры защищенности не обеспечиваются.

Помехи, действующие в канале передачи данных имеют как аддитивный, так и мультипликативный характер. Аддитивные помехи содержат три составляющие: флуктуационную, гармоническую, и импульсную.

Флуктуационная помеха в большинстве случаев имеет нормальное распределение, а ее спектр приблизительно соответствует спектру белого шума. Причинами флуктуационных помех являются не только собственные шумы активных и пассивных элементов каналообразующей аппаратуры, но и шумы цепей кабельных линий, а также шумы, возникающие за счет внешних электромагнитных воздействий.

Остаточное затухание и уровень помех в канале системы передачи извещений могут отличаться от нормированных значений, что приводит к изменению помехозащищенности.

Важнейшим видом гармонических помех, появляющихся в линиях системы, являются частота переменного тока 50 Гц и ее высшие гармоники, а также синусоидальные помехи более высоких частот, попадающие в канал за счет передачи какой-либо информации по соседним линиям связи. Фоновые напряжения частотой 50 Гц могут достигать эффективного значения до 100 мВ. Максимальное напряжение наводки из соседних пар кабеля при передаче в них импульсных сигналов может достигать 7 мВ в диапазоне частот 10-16 кГц.

Импульсные помехи, как флуктуационные, так и гармонические, чаще всего проникают в канал через линейный тракт системы передачи. Эти помехи на выходе канала представляют собой реакцию канала на ударное воздействие короткого импульса длительностью около 75 мкс.

Одним из основных параметров импульсной помехи является ее амплитуда, т. е. величина максимального выброса напряжения. Для оценки распределения амплитуд импульсных помех используют вероятность суммарного времени превышения импульсной помехой определенного порогового значения, или вероятность превышения амплитудой помехи определенного уровня. Важным параметром импульсной помехи является ее интенсивность , которая определяется количеством импульсных помех, превысивших заданный порог в час.

Мультипликативные помехи в каналах связи выражаются в основном в изменении остаточного затухания, приводящего к изменениям уровня сигнала. Различают плавные и скачкообразные  изменения уровня сигнала. Резкое занижение уровня относительно номинального называют перерывом  сигнала.

Рассмотренные, типовые для систем интеллектуального здания помехи, представляют наибольшую угрозу аналоговым каналам передачи данных, так как в этом случае информация связана с параметрами передаваемого сигнала, которые искажаются под воздействием помех. В первую очередь искажению подвержены сигналы аналоговых систем видеонаблюдения, что приводит к ухудшению качества телевизионного изображения, снижает его восприимчивость и повышает утомляемость операторов [2].

Одной из важнейших характеристик линии связи является относительный уровень сигнала. Относительные уровни по мощности, напряжению и току измеряются в децибелах (дБ) и определяются по формулам:

,

,

,

где , - мощность, напряжение и ток в измеряемой точке «Х»;  - мощность, напряжение и ток в измеряемом канале, принятые за исходные.

В качестве примера рассмотрим частный случай протяженной линии, на которой общее сопротивление R=600 Ом. В этом случае в качестве исходных принимаются =1мВт; =0,775В; =1,29мА в таком случае эти уровни называются абсолютными.

Затухание сигнала в линии связи определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала на выходе при передаче по линии сигнала определенной частоты. Таким образом, затухание представляет собой одну точку на амплитудно-частотной характеристике линии.

Затухание а мощности на участке линии связи измеряется в Децибелах и вычисляется по формуле:

.

Соотношение между уровнями на входе и на выходе канала определяет его остаточное затухание:

.

Данная линия связи имеет километрическое затухание, примерно равное  =0,75 дБ/км,

Общее затухание линии равно:

 дБ.

При подключении передающего и приемного оборудования к разным фазам электропитания или разным точкам заземления часто возникают фоновые помехи, которые вносят искажение в изображение в виде движущихся чередующихся черных и белых горизонтальных полос. Возникающая разность потенциалов между различными точками заземления оборудования приводит к паразитным токам сетевой частоты 50 Гц, называемым «земляными петлями». Получаемое при этом  паразитное напряжение может вывести из строя оборудование и создать угрозу жизни для  технического персонала. Кроме того, на длинных видеолиниях в полосе частот передаваемого видеосигнала (50Гц – 6 МГц) возникают частотные искажения, степень которых определяется длиной и типом кабеля. Это приводит к значительному снижению контрастности и четкости получаемого изображения.

Чтобы изначально избежать возникновения фоновых помех используется дифференциальный метод передачи, который основан на преобразовании несимметричного видеосигнала в симметричный вид, а также трансляции двухполярного сигнала по витой паре с последующим обратным преобразованием и коррекцией линии связи. Такой метод обеспечивает высокую помехозащищенность передаваемого сигнала. А при трансляции в одном многопарном кабеле нескольких разнотипных сигналов (видео, звук, питание, телефония, сигнализация и т.д.) отсутствуют переходные искажения [3].

Комплект устройств  SVP-03-T / SVP-04-R позволяет передать видеосигнал в полной  полосе частот на расстояние до 1500 метров. Приборы снабжены встроенной грозозащитой.

Устройства гальванической развязки для коаксиальной видеолинии: видеокорректор SVP-02-SE и видеотрансформатор изолирующий   SVP-07T целесообразно применять в системах  видеонаблюдения с разными точками заземления и разными фазами электропитания оборудования. Устройства гальванической развязки разрывают цепь «токовой петли» по внутренней жиле и внешней оплетке кабеля.

Видеокорректор SVP-02-SE также желательно использовать на протяженных коаксиальных линиях связи. Устройство не только скомпенсирует падение уровня сигнала в пределах 8 дб, но и обеспечит двухполосную коррекцию видеолинии на частотах 3 и 6 МГц с глубиной в 8 и 12 дб соответственно. Используя этот корректор, можно передать видеосигнал в полной полосе частот с высоким качеством на расстояние 1300 метров при использовании кабеля РК-75-4-16.

Таким образом рассмотрены основные факторы нестабильности передачи сигналов по протяженным линиям связи и средства, которые обеспечивают эффективное решение этой проблемы. Данные средства целесообразно использовать при создании типовых проектов интеллектуального здания.

 

Список литературы

 

  1. Сперанский А.О., Шитов В.П. Проблемы интегрирования систем видеонаблюдения в комплекс обеспечения безопасности здания. Компьюлог. №6 (54), ноябрь-декабрь 2002г., стр.16-18.
  2. Петраков А.В., Лагутин В.С. Телеохрана. М.: Энергоатомиздат, 1998г., 210 стр.
  3. Степанов С.А. Видеонаблюдение по «витой паре» с аудиосвязью, сигнализацией и записью. Системы безопасности, №2 (44), апрель – май 2002г., стр.68.

Сетевой электронный научный журнал "СИСТЕМОТЕХНИКА", № 2, 2004 г.