Устройство передачи и приема сигналов по радиоканалу

 

Изобретение относится к электрорадиотехнике и может использоваться в системе охранной телесигнализации объектов. Устройство передачи и приема сигналов по радиоканалу содержит n контролируемых пунктов, общий диспетчерский пункт, трехфазную линию электропередачи низкого напряжения, блок формирования, в котором образуют периоды следования радиосигналов, передающую антенну, при этом информация в виде видеоимпульсов приходит на информационные входы передатчиков на контролируемых пунктах, где их заполняют высокой частотой, и радиоимпульсы передают на общий диспетчерский пункт. Достигаемый технический результат - повышение скорости передачи. 2 ил.

Изобретение относится к электрорадиотехнике и может найти применение для образования радиоканала, который входит в систему охранной телесигнализации объектов, которыми могут служить дачные участки, гаражи, торговые точки и т. д. , где нет телефонной связи и нет электрических сетей, которые гальванически связаны между контролируемыми пунктами (КП) и общим диспетчерским пунктом (ДП) по линиям (0,38-10-35) кВ. Изобретение решает задачу создания симплексного радиоканала на одной частоте между КП и ДП, причем на КП установлены только передатчики, а на ДП только приемник. Передачу телесигналов (сигналов) с КП осуществляют без запроса с ДП, при этом обеспечивают заданную вероятность потери (трансформации) телесигнала, которую определяет ГОСТ 16521-74.

Известно "Устройство передачи и приема сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи" (авт. свид. 1757110, Н 04 В 3/54, 1992 г.). Недостатком данного устройства является низкая скорость передачи сигналов и потеря его работоспособности при отсутствии гальванической связи по проводам трехфазной линии электропередачи напряжением (0,38-10-35) кВ между КП и ДП.

Известно также "Устройство передачи сигналов по трехфазной линии электропередачи низкого напряжения" (патент 2122285, 6 Н 04 В 3/54, 1998 г.), которое принято за прототип. Несмотря на повышение скорости передачи по сравнению с предыдущим способом, остается недостаток - потеря его работоспособности при отсутствии гальванической связи по проводам трехфазной линии электропередачи (0,38-10-35) кВ между КП и ДП.

В заявленном устройстве, даже при отсутствии гальванической связи по проводам трехфазной линии электропередачи (0,38-10-35) кВ между КП и ДП, работоспособность устройства сохраняется.

"Устройство передачи и приема сигналов по радиоканалу", в котором имеют n= 1, 2, 3,... (n-1), контролируемых пунктов (КП), трехфазную линию электропередачи низкого напряжения 1 (линия), общий диспетчерский пункт (ДП), при этом на КП имеют передающий блок 2 (передатчик), на ДП имеют приемный блок 5 (приемник), на КП введены блок формирования 3, передающая антенна 4, при этом одна из фаз линии 1 подключена к первому входу передатчика 2 и к входу блока формирования 3, выход которого подключен к второму входу передатчика 2, выход которого подключен к входу передающей антенны 4, на ДП введена приемная антенна 6, которая подключена к первому входу приемника 5, второй вход которого подключен к одной из фаз линии 1.

Блок-схема устройства приведена на фиг.1, где 1. линия; 2. передатчик; 3. блок формирования; 4. передающая антенна; 5. приемник; 6. приемная антенна.

Работает устройство следующим образом: передатчики 2 на каждом КП непрерывно передают радиосигналы длительностью τ где F=50 Гц - частота промышленного напряжения в линии 1 единой энергосистемы, где установлены КП. Радиосигналы передают с каждого КП с разными периодами следования T₁, T₂, Т₃... Т_n, где индексы 1, 2, 3,...n обозначают номера КП. Эти периоды следования радиосигналов образуют в блоках формирования 3. Моменты времени начала передачи сигналов с каждого КП являются моментами времени перехода питающего напряжения частоты F в линии 1 через ноль, при этом все КП установлены в единой энергосистеме, где частота F в любых ее точках одинакова. Радиосигналы передают в двоичном коде с пассивной паузой. Они несут информацию о состоянии коммутационного оборудования, установленного на каждом КП. Эта информация в виде видеоимпульсов приходит на информационные входы передатчиков КП фиг.1, где их заполняют высокой частотой и через передающую антенну 4 радиоимпульсы передают на ДП.

На ДП высокочастотные сигналы принимают приемной антенной 6 приемника 5. Высокочастотные сигналы детектируют в приемниках 5 и получают сигналы в виде видеоимпульсов фиг.1, которые поступают на информационный выход приемников 5 для дальнейшей их обработки.

Таким образом, сигналы со всех КП будут распределены на оси времени и их совпадение, в интервале времени Δt = τ, будет соответствовать вероятностному закону Пуассона, т. к. соблюдают следующие условия (Е.С. Вентцель Теория вероятностей. "Наука" 1964, М.): 1. Поток событий (сигналов, поступающих с КП) - ординарен.

2. Поток событий - стационарен.

3. Поток событий - не имеет последействия.

Условие ординарности означает, что сигналы от каждого рассредоточенного КП приходят на общий приемник 5 ДП поодиночке, а не парами, тройками и т.д.

Условию стационарности удовлетворяет поток событий, вероятностные характеристики которого не зависят от времени. Для стационарного потока характерна постоянная плотность потока λ_ср- среднее число событий (сигналов), поступающих в приемник 5 ДП в единицу времени.

где n - число КП, работающих на один ДП, - постоянная величина; усредненный период следования событий (сигналов) - постоянная величина.

Из (1) следует, что λ_ср = const и означает постоянство событий (сигналов) в ед. времени.

Условие отсутствия последействия означает, что события (сигналы) поступают в систему (на приемник 5 ДП) независимо друг от друга.

Всеми этими тремя необходимыми и достаточными свойствами обладает поток событий (сигналов) с рассредоточенных КП, где усредненный период следования Т_ср постоянен.

Закон Пуассона имеет вид

где m= 4 (обоснование будет дано ниже), l - основание натурального логарифма, Р - вероятность совпадения сигналов на интервале времени Δt = τ. В заявленном способе Р - есть вероятность потери (трансформации) сигнала при наложении их друг на друга в приемнике 5 ДП на интервале времени Δt = τ; а - параметр Пуассона, есть математическое ожидание числа сигналов, попадающих на интервал времени Δt = τ.

где λ_ср(t)- средняя плотность потока. В данном случае

Поэтому решение (3) даст
α = λ_срτ (4)
При m=4 выражение (2) примет вид

Ниже мы докажем, что а<<1, т.е. принимаем значение l^a≈1 и, при этом условии, выражение (5) примет вид

Определим а из (6) а

С другой стороны, с учетом (1) и (4) имеют

Выразим (7) и (8) через Т_ср

где n, τ, Р задают в технических условиях.

Обоснование выбора значений периодов следования сигналов с каждого КП
1. Предположим, что T₁=Т₂=Т₃=...=Т_n. При наложении сигналов от двух КП в точке 1 фиг. 2, приемник 5 ДП эти сигналы не примет. Следует отметить, что эта ситуация будет длиться сколь угодно долго, пока не будет выключен один из передатчиков одного из КП, от которых произошло наложение двух сигналов.

2. Разберем случай, когда на каждом КП имеют свой, отличный от других, период следования сигналов, как это выполнено в данном техническом решении.

При наложении двух сигналов от двух КП в точке 1 Фиг.2, приемник 5 ДП эти сигналы не примет. Через промежуток времени Т_ср эти сигналы разойдутся в связи с разностью периодов следования. Потребуем, чтобы сигналы в точке 2 от других двух передатчиков КП не наложились бы друг на друга, т.е. чтобы в интервале времени Δt=t₃-t₂ (фиг.2) информация на ДП была бы принята приемником 5. Если такое наложение все-таки произойдет, то потребуем, чтобы вероятность наступления такого события была бы равна Р=10^-6, т.е. соответствовала ГОСТ 16521-74 на потерю (трансформацию) телесигнала.

Таким образом, в интервале времени Δt=t₂-t₁ в точках 1 и 2 (фиг.1) допускают по два совпадения импульсов от четырех разных КП, причем вероятность наступления события совпадения двух сигналов в точке 2 (фиг.2) равна Р=10^-6. Поэтому в выражении (5) принято значение m=4. В результате исследования минимального числа совпадений сигналов от n КП с различными периодами следования, которые были кратны четным числам, нечетным числам, простым числам, было доказано, что наиболее оптимальным решением является кратность периодов следования сигналов с n КП простым числам.

Пример расчета параметров заявленного устройства
Дано: 1. N=100 - количество рассредоточенных КП, работающих на один ДП.

2. τ=0,01 с - длительность передачи радиосигнала от одного КП.

3. Р=10^-6 - вероятность попадания в точку 2 фиг.2 двух сигналов от разных КП.

4. τ_u = 0,1•10^-3- длительность одного радиоимпульса. Значение выбрано из следующих соображений: Государственный комитет по радиочастотам СССР решением от 15.11.78 г. 665 разрешил использовать для разработки и эксплуатации радиотелесигнализации частоты в диапазоне (162.15-168.075) МГц. Исходя из разрешенной полосы излучения, которая была выделена и равна ΔF=20 кГц, длительность радиоимпульса τ_u при этом равна

при τ = 0,01 c и τ_u/= 0,1•10^-3 c можно передать 100 бит информации с каждого КП за время
- Определим из (9) усредненное значение периода следования сигналов с n КП:

В нашем примере Т_cр будет соответствовать периоду следования сигналов с 50-го КП, т.е. равно Т₅₀.

- Определим, сколько полупериодов К=1, 2, 3...n частоты F уложится в периоде следования сигналов Т₅₀,

где К₅₀ - количество полупериодов, укладывающихся в периоде следования сигналов Т₅₀.

- Определим по таблице простых чисел ближайшее простое число к числу 1428. Таким простым числом является число 1427.

Принимаем уточненное значение К₅₀=1427.

- Определим по таблице простых чисел для каждого КП свое простое число

- Определим, с учетом (13), значения периодов следования сигналов, которые будут кратны простым числам для КП от 1, 2, 3... до n из выражения
T_n = K_n•τ (14)
где Т_n - период следования сигналов для n-го КП.

F - частота промышленного напряжения в линии 1, n=1, 2, 3... (n-1).

Операцию умножения К_n на τ производят в блоках формирования 3 на КП, т. е. в блоках 3 должны быть, свой для каждого КП, счетчик полупериодов частоты F и умножитель.

Проведем проверку правильности допущений, принятых выше.

При выводе (6) мы приняли значение а<<1 и считали, что l^a≈1. Определим реальное значение а из (7) для рассматриваемого примера

Определим значение l^a при а=0,069
l^a=l^0,069=1,07≈1. (18)
Мы доказали, что допущение, принятое нами, было сделано правомерно.

- Определим скорость передачи сигналов в заявленном устройстве:

где n= 100, τ_u = 0,1•10^-3c, Т_cp=14,28 с - исходные данные, рассматриваемого примера.

Таким образом, мы доказали, что цель, поставленная изобретением, достигнута, при этом получен новый технический результат при передаче сигналов телесигнализации с КП на ДП.

1. На n=1, 2, 3... (n-1) КП имеют только передатчики.

2. На ДП имеют только приемник.

3. Известно, что наибольшая доля стоимости на приемопередающую аппаратуру приходится на приемную часть, которой на КП нет.

4. Несмотря на то, что КП и ДП не имеют между собой двухстороннего канала, устройство способно работать при использовании одной частоты.

5. Повышена скорость передачи сигналов со 100 Бод до 700 Бод.

6. При совпадении сигналов с разных КП на интервале времени Δt = τ, в следующем периоде следования сигналов они разойдутся, т.к. их периоды следования кратны простым числам.

Формула изобретения

Устройство передачи и приема сигналов по радиоканалу, в котором имеют n= 1,2,3, . . . , n и контролируемых пунктов, общий диспетчерский пункт, трехфазную линию электропередачи низкого напряжения, при этом на контролируемом пункте имеют передатчик, на диспетчерском пункте имеют приемник, отличающиеся тем, что на контролируемом пункте введен блок формирования, в котором образуют периоды следования радиосигналов, передающая антенна, при этом одна из фаз линии электропередачи низкого напряжения подключена к первому входу передатчика и к входу блока формирования в котором образуют периоды следования радиосигналов, выход которого подключен к второму входу передатчика, выход которого подключен к входу передающей антенны, на общем диспетчерском пункте введена приемная антенна, вход которой подключен к первому входу приемника, второй вход которого подключен к одной из фаз линии электропередачи низкого напряжения, при этом информация в виде видеоимпульсов приходит на информационные входы передатчиков, где их заполняют высокой частотой и через передающую антенну радиоимпульсы передают на общий диспетчерский пункт.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2