[0001] Die Erfindung betrifft eine Funkalarmanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Die Security- (Sicherheits-) Electronic hat sich zu einer wertvollen Hilfe entwickelt,
um Brand, Raub, Diebstahl, Einbruch, Überfall und Entführung sofort zu melden. Im
wesentlichen haben die verschiedenen Komponenten einer Alarmanlage folgende Aufgaben
zu erfüllen:
Erkennen, Auswerten, Alarmieren.
a) Das Erkennen eines Einbruchsvorgangs erfolgt mit automatischen Detektoren (Meldern),
die je nach Anwendungszweck nach verschiedenen Prinzipien arbeiten,
b) die Auswertung der Meldungen geschieht in einer Zentraleinheit, abhängig von unterschiedlichen
Zustandsbedingungen,
c) die Alarmierung erfolgt entweder durch Weiterleitung des Alarms, etwa zu einer
Polizeidienststelle oder in Form eines örtlichen Alarms durch Aktivieren von Alarmgebern
wie Sirenen, Alarm-Blitzleuchten oder dgl..
[0003] Moderne Alarmanlagen bestehen in der Regel aus einer Zentraleinheit (einschließlich
Stromversorgung), Schalteinrichtungen zum Scharf-/Unscharfschalten, automatischen
Einbruchmeldern, manuell betätigbaren Überfallmeldern, Übertragungseinrichtungen und/oder
örtlichen Alarmgebern und einem Leitungsnetz.
[0004] Als Melder werden je nach zu schützendem Objekt und Aufwand vom einfachen Riegel-
oder Magnetkontakt bis hin zu Ultraschallmeldern der verschiedensten Varianten eingesetzt.
Unabhängig von ihrer Wirkungsweise kann man die Melder in drei Gruppen einteilen:
Melder für Freigeländeüberwachung, Melder für Außenhautüberwachung und Melder für
Innenraum und Objektüberwachung.
[0005] Bei herkömmlichen Alarmanlagen sind die automatischen Einbruchmelder über sogenannte
Meldelinien mit der Zentrale in Reihenschaltung verbunden und arbeiten nach dem Ruhestromprinzip.
Durch alle Melder fließt ständig ein bestimmter Ruhestrom. Wird durch die Auslösung
eines Melders der Strom unterbrochen, so erfolgt Alarmmeldung. Alarm wird ebenfalls
ausgelöst bei Zerstörung oder Kurzschluß der Meldelinie an einer beliebigen Stelle.
[0006] Verschiedene Komponenten, wie beispielsweise Schalteinrichtungen, örtliche Alarmgeber
usw. werden zusätzlich über eine sogenannte Sabotagelinie geschützt, d.h. es wird
Alarm ausgelöst, wenn diese Komponenten geöffnet oder beschädigt werden.
[0007] Damit erfüllen herkömmliche leitungsgebundene Alarmanlagen die hohen Anforderungen
vom Verband der Sachversicherer in Bezug auf die Störsicherheit. Bei Verwendung von
Lichtwellenleiter sind die Vorteile: hohe Störsicherheit gegen elektromagnetische
Wellen, hohe Übertragungskapazität und galvanische Trennung von Sender und Empfänger.
Nachteilig ist jedoch der hohe Aufwand für die Verlegung des Leitungsnetzes, insbesondere
wenn dies nachträglich erfolgt.
[0008] Aus der DE-OS 40 35 070 ist eine Funkalarmanlage bekannt, welche eine hinreichende
Sicherung gegen eine Störung durch Blockierung der Funkstrecken sowie gegen eine Manipulation
von Außen bietet. Die daraus bekannte Funkalarmanlage besteht aus einer Zentraleinheit
mit einer Empfängereinheit zum Empfangen von Funksignalen von Meldern in Form von
Datentelegrammen. Die Empfängereinheiten sind so ausgelegt, daß nur Datentelegramme
von zu der Funkalarmanlage gehörige Meldern verarbeitet werden, um einen Alarm oder
eine Funktion auszulösen. Insbesondere um eine Manipulation von außen mit einem anlagegleichen
Funksender zu verhindern, sendet jeder Melder der Funkalarmanlage wenigstens zwei
Funksignale unterschiedlicher Trägerfrequenz aus, die gleich oder unterschiedlich
codiert (im Sinne einer Kennung) sind. Dementsprechend empfängt die Zentraleinheit
mit ihrer Empfängereinheit mindestens zwei verschiedene Funksignale von jedem Melder
und überprüft die Zugehörigkeit der die Funksignale abgebenden Melder durch Überprüfung
der Gültigkeit der Codierung (Kennung).
[0009] Außerdem wird bei der aus der DE-OS 40 35 070 bekannten Funkalarmanlage vorgeschlagen,
daß die von den einzelnen Meldern abgestrahlten Funksignale in einer Auswerteeinheit
einer Feldstärkenüberprüfung unterzogen werden, wodurch die Störsicherheit noch weiter
erhöht werden kann. Zur Erfüllung der VdS-Richtlinien werden bei dieser Funkalarmanlage
die Nachrichtenkanäle unter Anwendung des Frequenzmultiplexverfahrens gebildet.
[0010] Weiterhin ist aus der EP-A1-0 293 627 ein Funkübertragungsverfahren für eine Alarmanlage
bekannt, bei dem zur Übermittlung von Informationen zwischen einer Zentraleinheit
und den Komponenten der Alarmanlage jeweils dieselbe Funkfrequenz verwendet wird.
Die einzelnen Nachrichtenkanäle werden dabei nach einem Zeitmultiplexverfahren gebildet.
Diese Nachrichtenkanäle werden zyklisch, d.h. zeitlich getrennt nacheinander in der
Zentraleinheit abgefragt, ob über den jeweiligen Zeitkanal eine Nachrichtenübertragung
erfolgt. Um nun nutzlose und zeitraubende Abfragezyklen zu vermeiden, wird beim Funkübertragungsverfahren
gemäß der EP-A1-0 293 627 ein Abfragezyklus nur dann durchlaufen, wenn in einer vorangegangen,
sehr viel kürzeren Summenabfrage, bei der alle Komponenten gleichzeitig abgefragt
werden, festgestellt worden ist, daß bei wenigstens einer Komponente (z.B. einem Melder)
eine Information angefallen ist.
[0011] Schließlich ist aus der EP-A1-0 316 853 eine Funkalarmanlage bekannt, bei der zur
Sicherung gegen Sabotage zusätzliche Impulse, sogenannte Pseudoimpulse, übertragen
werden. Das zeitrichtige Eintreffen der Zusatzimpulse wird in der Zentraleinheit erkannt
und entsprechend gewertet.
[0012] Prinzipiell sind zur Nachrichtenübertragung über ein von einer Vielzahl von Einrichtungen
gemeinsam benutztes Übertragungsmedium (z.B. Leitung, Funkstrecke) drei Grundverfahren
bekannt, nämlich das Zeitmultiplex-Verfahren, das Frequenzmultiplex-Verfahren und
das Codemultiplex-Verfahren.
[0013] Beim Zeitmultiplex-Verfahren steht jeder Einrichtung die gesamte Bandbreite eines
einzigen Funkkanals zur Verfügung, welches von der Einrichtung aber nur für kurze
Zeitabschnitte benutzt werden darf. Die Zeichen oder Zeichenfolgen verschiedener Einrichtungen
sind ineinander verschachtelt und werden mit entsprechend höherer Bitrate im einzigen
Funkkanal übertragen, wobei der jeweils einer Einrichtung zugeordnete Zeitkanal (Nachrichtenkanal)
sich periodisch mit der Rahmenperiodendauer wiederholt.
[0014] Beim Frequenzmultiplex-Verfahren wird die zur Nachrichtenübertragung zur Verfügung
stehende Gesamtbandbreite in schmale Frequenzbänder unterteilt, welche jeweils einem
Nachrichtenübertragungskanal entsprechen. Für die Dauer der Funkübertragung steht
jeder Einrichtung ein solches schmales Frequenzband zur Verfügung. In der Praxis werden
bei Funkalarmanlagen zwar zur Nachrichtenübertragung Frequenzmultiplex- oder Zeitmultiplex-Verfahren
eingesetzt, jedoch sind Anwendungen des Codemultiplex-Verfahrens nicht bekannt.
[0015] Anwendungen des Codemultiplex-Verfahrens sind bei Autotelefonsystemen bekannt (s.a.
EP-A2-0 241 954 oder EP-A2-0 211 460). Beim Codemultiplex-Verfahren werden die verschiedenen,
über das gemeinsame Übertragungsmedium (z.B. Funkstrecke) geführten Nachrichten durch
Basis-Modulation einem Träger aufmoduliert und das sich ergebende im Vergleich zur
Kanalbandbreite schmalbandige Signal wird durch Multiplex-Modulation mit Hilfe eines
den Empfänger kennzeichnenden Codeworts auf die Kanalbandbreite spektral gespreizt.
In den Sendeeinrichtungen der Funkstationen ist ein Codegenerator angeordnet, welcher
ein die Sendeeinrichtung kennzeichnenden Code erzeugt.
[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Funkalarmanlage die Bildung von
Nachrichtenkanälen derart vorzunehmen, daß auf einfache Art und Weise die Störsicherheit
erhöht und daß die gleichzeitige störungsfreie Übertragung von Meldungen ermöglicht
wird.
[0017] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Funkalarmanlage mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
[0018] Die erfindungsgemäße Funkalarmanlage weist den Vorteil auf, daß kein Aufwand für
eine Zeitschlitzsynchronisierung erforderlich ist, wie sie für ein TDMA-System (Time
Division Multiple Access) unverzichtbar ist. Erst dies ermöglicht die zahlenmäßig
überwiegenden Verbindungen zwischen Meldern und Zentraleinheit als unidirektionale
Strecken auszubilden.
[0019] Weiterhin wird bei der erfindungsgemäßen Funkalarmanlage sichergestellt, daß selbst
im Fall einer Überlagerung mehrerer Meldungen der momentan angewählte Sender sicher
empfangen wird.
[0020] Die kostengünstige Realisierung ergibt sich daraus, daß in den Meldern nur ein Sender
erforderlich ist. Der hohe Empfängeraufwand entsteht nur in der/den (wenigen) Zentraleinheit/einheiten;
dort ist zumindest die Stromversorgung kein Problem. Bei der erfindungsgemäßen Funkalarmanlage
werden die Nachrichtenkanäle nach dem Code-Multiplexverfahren gebildet, so daß die
Meldungen asynchron gesendet werden können, andererseits müssen die Meldungen in ausreichend
kleinen Zeitabständen wiederholt werden, da diese vom Empfänger asynchron abgehört
werden. Vom Verband der Sachversicherer ist im Moment für alle 10 Sekunden ein Datentelegrammaustausch
vorgeschrieben. Wenn man davon ausgeht, daß während der überwiegenden Zeit keine Störungen
vorliegen und somit die durchschnittliche Zeitdauer zwischen zwei Datentelegrammen
etwa 25 Sekunden beträgt, läßt sich der Energieverbrauch durch die Sicherheitsabfragen
um den Faktor 2,5 reduzieren, ohne Einschränkungen in der Betriebssicherheit der Alarmanlage
hinnehmen zu müssen.
[0021] Die Ausgestaltung der Funkalarmanlage nach Patentanspruch 2 weist den Vorteil auf,
daß es sich bei einer Blockade des Funkkanals mit hoher Wahrscheinlichkeit um eine
Sabotage und nicht um ein "natürliches" Ereignis (z.B. Mitbenutzer des Frequenzbandes)
handelt. Durch die Spreizung mit pseudozufälligen, orthogonalen oder quasiorthogonalen
Codewörtern sind beliebige zeitliche Verschiebungen der Datentelegramme möglich, trotzdem
werden Symbolinterferenzen zuverlässig vermieden. Der dabei verwendete Spreizfaktor
ist ein Kompromiß, um die Vorteile der Bandspreizung mit der Forderung nach Frequenzökonomie
zu vereinigen.
[0022] Wird gemäß der Ausführungsform nach Patentanspruch 3 zur Übertragung von Informationen
in Rückrichtung ein einziger Funkübertragungskanal benutzt, so kann bei der Erst-Inbetriebnahme
die Empfangsgüte eines der Gleichkanal-Nachrichtenübertragungskanäle gemessen und
eine entsprechende Anpassung an die Kanaleigenschaften (Einstellung der Sendefeldstärke)
vorgenommen werden. Dadurch kann auf einfache Art und Weise für alle Nachrichtenübertragungskanäle
die Übertragungssicherheit erhöht werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die ermittelten
Meßwerte abzuspeichern (s.a. Patentanspruch 5).
[0023] Als besonders vorteilhaft zur Erhöhung der Übertragungssicherheit hat sich die Ausgestaltung
nach Patentanspruch 4 erwiesen, wenn jedes Datentelegramm aufeinanderfolgende Blöcke
mit gleich langen Codewörtern umfaßt. Wird außerhalb von den gegebenen Codewörtern
bzw. Zeitabständen ein Signal empfangen, so ist dies ein erster Hinweis auf Sabotage.
Eventuell könnten bei Routinemeldungen Sendepausen eingelegt werden, wenn dafür von
der Zentraleinheit die Störfeldstärke des Funkkanals überwacht wird. Ein Sendeblock
zwischen zwei Pausen muß dabei länger als die längste Beobachtungszeit T
K sein.
[0024] Die Ausführungsform der Funkalarmanlage nach Patentanspruch 5 erfordert einen geringen
Schaltungsaufwand, ohne daß Einschränkungen in der Betriebssicherheit der Alarmanlage
hingenommen werden müssen.
[0025] Die erfindungsgemäße Funkalarmanlage wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform und
- Fig. 2
- einen zeitlichen Verlauf am Beispiel einer Überlagerung von Sendebursts.
[0026] Das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt eine Funkalarmanlage mit asynchroner Übermittlung
von Meldungen über gespreizte, einander überlagerte Nachrichtenkanäle, wobei das dadurch
erhaltene breitbandige Summensignal in einem gemeinsamen Frequenzband übertragen wird.
Im einzelnen werden bei der erfindungsgemäßen Funkalarmanlage eine Vielzahl von Nachrichtenkanälen
zur Übertragung von Meldungen in Form von Datentelegrammen zwischen Meldern M 1 ...
Mn, insbesondere Glasbruchmelder, Infrarotmelder, kapazitiver Melder, Körperschallmelder,
Öffnungsmelder, Mikrowellenmelder, Ultraschallmelder usw., zwischen Schalteinrichtungen
S, insbesondere Blockschloß, zeitgesteuerte Schalteinrichtungen und elektronische
Schalteinrichtungen, und zwischen Steuerorganen ST, insbesondere automatische Wählgeräte
für Alarmierungseinrichtungen, insbesondere Sirenen und Blitzlampen oder dergl. und
einer mikroprozessorgesteuerter Zentraleinheit ZE gebildet. In der Übertragungsrichtung
von den Meldern M1 ... Mn zur Zentraleinheit ZE werden die Nachrichtenkanäle unter
Anwendung des Codemultiplexverfahrens gebildet. Anschließend werden die so gebildeten
gespreizten Nachrichtenkanäle einander überlagert und auf eine einzige Trägerfrequenz
umgesetzt. Vorzugsweise werden zur Spreizung pseudozufällige, orthogonale oder quasiorthogonale
Codewörter benutzt.
[0027] Zur Übertragung von Informationen in Rückrichtung ist ein einziger gemeinsamer Funkübertragungskanal
vorgesehen, wobei - wie auch in Hinrichtung - jedes Datentelegramm Blöcke mit gleich
langen Codewörtern aufweist. Diese Übertragungen über die bidirektionalen Funkübertragungskanäle
können durch die Rücksendung einer Quittierung zusätzlich abgesichert werden. Weiterhin
werden bei der erfindungsgemäßen Funkalarmanlage die Datentelegramme von den Meldern
M asynchron und mit einer für alle gleichen Periodendauer der Meldungswiederholungen
gesendet.
[0028] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Funkalarmanlage werden
L = 200 Nachrichtenkanäle gebildet. Die Funkalarmanlage wird in einem Frequenzbereich
von zwei bis drei GHz betrieben. Bei einer Sendeleistung von ca. 10 mW beträgt die
Reichweite (Funkstrecke) im Gebäude etwa 30 m und im Freifeld etwa 100 m. Im Normalbetrieb,
d.h. wenn keine Störfeldstärke (zum Beispiel von anderen Geräten, die im Mikrowellenbereich
arbeiten) detektiert wird, wird ein Datentelegrammaustausch beispielsweise alle 20
- 30 Sekunden veranlaßt. Im Störbetrieb, d.h. wenn eine Störfeldstärke detektiert
wird, erfolgt der Datentelegrammaustausch beispielsweise alle 4 - 5 Sekunden, wie
dies in einer nicht vorveröffentlichten Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen P
42 39 702.2 vorgeschlagen wird. Die Systemverzögerung T
s vom Ansprechen eines Melders M bis zur Alarmauslösung liegt (ebenso wie für Sabotageerkennung)
bei 10s. Mit einer Netto-Datenmenge von 32 bit (4 Byte Pro Telegramm) und einer Anzahl
von 2²⁴ (16 Millionen) verschiedener Codierungen kann weniger als ein Fehlalarm in
100 Jahren erwartet werden. Durch die hohe Übertragungssicherheit werden die vom Verband
der Sachversicherer gestellten Forderungen an die Betriebssicherheit mehr als erfüllt.
[0029] Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist die Zentraleinheit ZE einen
Korrelator K auf, welcher auf den auszuwertenden Spreizcode mittels Mikroprozessor
MP und einer mit diesem verbundenen Auswerteeinheit AE und anhand in einem Speicher
SP abgespeicherten Spreizcode eingestellt wird.
[0030] Der Verbindungsablauf in der erfindungsgemäßen Funkalarmanlage mit Bildung der Nachrichtenkanäle
nach dem Code-Multiplexverfahren wird im folgenden anhand Fig. 2 näher beschrieben.
Jeder Melder M sendet asynchron mit einer Wiederholperiode
Dabei ist mit T
s die Systemverzögerung vom Melderansprechen bis zur Alarmauslösung bezeichnet.
[0031] Jede Funkverbindung benutzt einen eigenen CDMA-Kanal (mit eigener PN-Sequenz).
[0032] Der Empfänger, insbesondere die Zentraleinheit ZE, wählt der Reihe nach alle Sendestationen
(Melder) mittels der jeweiligen PN-Sequenz an.
[0033] Da jeder Melder einen eigenen CDMA-Kanal benutzt, ist die notwendige Beobachtungszeit
T
K für jeden Kanal:
Ein Abfragen aller Sensoren benötigt L * T
K sec.
[0034] Eine große Anzahl L von Nachrichtenkanälen ergibt ein kleines T
M und damit eine relativ große Sendetastung.
[0035] Mit einer Nettodatenmenge von 32 Bit pro Telegramm, einer Sendedauer T
T = 1 ms folgt eine Übertragungsdatenrate von 32 kbps. Mit einem Bandspreizfaktor B
e = 1000 ergibt sich eine CDMA-Bandbreite W = 32 Mbps.
[0036] Das Sendereinschaltverhältnis beträgt
[0037] Damit würde die Sendeenergie recht gut über das 85 MHz breite Frequenzband verteilt.
[0038] Es können mindestens 1000 PN-Sequenzen gefunden werden, die bezüglich ihrer Kreuz-
und Autokorrelation für CDMA geeignet sind (z.B. nach Gold in dem Fachbuch von Proakis,
Digital Communications, Mc Graw Hill, S. 568). Somit können innerhalb der Reichweite
einer Anlage min. 1000 CDMA-Kanäle codiert werden. Es kann erwartet werden, daß die
max. 200 angenommenen CDMA-Kanäle störungsfrei nebeneinander betrieben werden können.
Jeder CDMA-Kanal ist ein Mitbenutzer des Frequenzbandes, der jedem anderen Kanal mit
der Wahlscheinlichkeit von 1 ms : 49 ms überlagert wird.
1. Funkalarmanlage mit einer Vielzahl von Nachrichtenkanälen zur Übertragung von Meldungen
in Form von Datentelegrammen zwischen Meldern, insbesondere Glasbruchmelder, Infrarotmelder,
kapazitiver Melder, Körperschallmelder, Öffnungsmelder, Mikrowellenmelder, Ultraschallmelder
usw., zwischen Schalteinrichtungen, insbesondere Blockschloß, zeitgesteuerte Schalteinrichtungen
und elektronische Schalteinrichtungen, und zwischen Steuerorganen, insbesondere automatische
Wählgeräte für Alarmierungseinrichtungen, insbesondere Sirenen und Blitzlampen oder
dergl. und einer mikroprozessorgesteuerten Zentraleinheit,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Übertragungsrichtung von den Meldern (M) zur Zentraleinheit (ZE) die Bildung
der Nachrichtenkanäle unter Anwendung des Codemultiplexverfahrens erfolgt und anschließend
die so gebildeten gespreizten Nachrichtenkanäle einander überlagert und auf eine einzige
Trägerfrequenz umgesetzt werden.
2. Funkalarmanlage nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß zur Spreizung pseudozufällige, orthogonale oder quasiorthogonale Codewörter benutzt
werden.
3. Funkalarmanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung von Informationen in Rückrichtung ein einziger gemeinsamer Funkübertragungskanal
benutzt wird.
4. Funkalarmanlage nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Datentelegramm Blöcke mit gleich langen Codewörtern aufweist und daß die
Datentelegramme von den Meldern (M) asynchron und mit einer für alle gleichen Periodendauer
der Meldungswiederholungen gesendet werden.
5. Funkalarmanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zentraleinheit (ZE) einen Korrelator (K) aufweist, welcher auf den auszuwertenden
Spreizcode mittels Mikroprozessor (MP) und einer mit diesem verbundenen Auswerteeinheit
(AE) und anhand in einem Speicher (SP) abgespeicherten Spreizcode eingestellt wird.