Ασύρματη μετάδοση video

Η ασύρματη μετάδοση video στα κλειστά κυκλώματα τηλεόρασης είναι κάποιες φορές επιβεβλημένη από τις ίδιες τις συνθήκες της εφαρμογής ή λόγω της επιλογής του τελικού χρήστη. Σε μια τέτοια περίπτωση, απαιτείται να λαμβάνουμε υπόψη αρκετές παραμέτρους και περιορισμούς που υπάρχουν. 

Τα περισσότερα συστήματα κλειστού κυκλώματος τηλεόρασης (CCTV) μεταδίδουν τα σήματα video, ήχου και τηλεμετρίας μέσω ομοαξονικών καλωδίων (π.χ. RG59/75Ω), καλωδίων συνεστραμμένου ζεύγους (π.χ. UTP Cat5E) ή όταν υπάρχουν μεγάλες αποστάσεις, γίνεται χρήση οπτικών ινών με κατάλληλο τερματικό εξοπλισμό.

Οι τεχνικές αυτές είναι αποδοτικές και προσφέρουν μια εξαιρετική λύση. Εντούτοις όμως, υπάρχουν εφαρμογές και καταστάσεις όπου απαιτείται η ασύρματη μετάδοση των σημάτων video και τηλεμετρίας. Σε αυτές τις περιπτώσεις πρέπει να κατανοηθούν οι δυνατότητες και οι περιορισμοί που υπάρχουν στην ασύρματη μετάδοση.
Οι ασύρματες εφαρμογές μπορούν να διαιρεθούν σε δύο κύριες κατηγορίες. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν οι εφαρμογές όπου η μετάδοση γίνεται μεταξύ σταθερών σημείων, ενώ στη δεύτερη ανήκουν οι εφαρμογές όπου το ένα άκρο, συνήθως ο πομπός, είναι κινούμενο.
Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν οι τυπικές και οι κοινές σε χρήση εφαρμογές ασύρματης μετάδοσης video, για σκοπούς επιτήρησης. Τα προϊόντα που υπάρχουν σήμερα στην αγορά, διαφέρουν ως προς την απόδοση και πρέπει να γίνεται προσεκτική επιλογή ανάλογα με την εργασία που πρέπει να εκτελέσουν. Ως παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί ότι κάποιοι κατασκευαστές διαθέτουν συστήματα με περιορισμένο εύρος ζώνης video (< 4MHz), ενώ το εύρος ζώνης των συστημάτων που παρέχουν κάποιοι άλλοι, υπερβαίνει τα 5ΜΗz. Αυτό βέβαια επηρεάζει την ποιότητα της αποδιδόμενης εικόνας. Μια άλλη παράμετρος που καθορίζει την ποιότητα της μετάδοσης είναι ο λόγος σήματος προς θόρυβο (S/N), όπου κυρίως εξαρτάται από την περιοχή μετάδοσης και τη συνολική ενίσχυση του συστήματος. Για μια δοσμένη απόσταση μετάδοσης, ο λόγος S/N μπορεί να βελτιωθεί, αυξάνοντας την απολαβή της κεραίας του δέκτη.

Για να πραγματοποιηθεί μία ασύρματη ζεύξη και να γίνει χρήση μιας ζώνης συχνοτήτων απαιτείται άδεια χρήσης από την ΕΕΤΤ, που είναι η αρμόδια αρχή για τη διαχείριση του Η/Μ φάσματος στη χώρα μας. Σύμφωνα με τον Εθνικό Κανονισμό Κατανομής Ζώνης Συχνοτήτων (ΦΕΚ 399/Β/3-4-2006) διατίθενται κάποιες ζώνες συχνοτήτων για γενικές εφαρμογές, για τις οποίες δεν απαιτείται άδεια χρήσης. Για τις εφαρμογές ασύρματης μετάδοσης video με χρήση συσκευών μικρής εμβέλειας, χρησιμοποιούνται οι περιοχές 2,4GHz (2,4-2,483GHz) και 5,8GHz (5,725GHz-5,875GHz). Εντούτοις, οι κατασκευαστές των συσκευών ασύρματης μετάδοσης που κάνουν χρήση αυτών των συσκευών, θα πρέπει να συμμορφώνονται με το Π.Δ. 44 (ΦΕΚ44/Α/7-3-2002) και την οδηγία 99/5/ΕΚ. Για να ελαχιστοποιηθούν οι παρεμβολές μεταξύ των χρηστών, έχουν θεσπιστεί ανώτατα όρια στην ισχύ εξόδου του πομπού.
Τεχνικές μετάδοσης.
Σήμερα χρησιμοποιούνται κυρίως οι ακόλουθες δύο τεχνικές ασύρματης μετάδοσης.
α) Αναλογική μετάδοση
Με την τεχνική αυτή έχουμε ασύρματη ζεύξη σταθερού σημείου προς σταθερό σημείο. Το αναλογικό σήμα video της κάμερας οδηγείται στον πομπό μετάδοσης, όπου το σήμα διαμορφώνεται (συνήθως κατά FM) και μεταδίδεται μέσω της κεραίας εκπομπής. Το διαμορφωμένο σήμα λαμβάνεται από την κεραία λήψης και οδηγείται στο δέκτη, όπου λαμβάνει χώρα η λειτουργία της αποδιαμόρφωσης και στη συνέχεια οδηγείται είτε στην οθόνη παρακολούθησης είτε στο σύστημα διαχείρισης και καταγραφής (σχημα.1).

Η μέγιστη απόσταση μετάδοσης επιτυγχάνεται όταν υπάρχει καθαρή οπτική επαφή (Clear Line of Sight) μεταξύ της κεραίας του πομπού και του δέκτη. Επειδή υπάρχει περιορισμός στην ισχύ εξόδου του πομπού, η απόσταση εξαρτάται από την ευαισθησία του δέκτη και από την απολαβή της κεραίας του. Αυτές οι παράμετροι διαφοροποιούν και τα προϊόντα των κατασκευαστών.
Ο αριθμός των διαθέσιμων καναλιών εξαρτάται από την περιοχή συχνοτήτων που χρησιμοποιείται και το εύρος ζώνης του σήματος video. Π.χ. στην περιοχή των 2.4GHz υπάρχουν διαθέσιμα 83MHz. Αυτό σημαίνει ότι το εύρος που χρησιμοποιεί κάθε κανάλι, εξαρτάται από το εύρος ζώνης που καταλαμβάνουν τα σήματα video & δεδομένων (σε περίπτωση ΡΤΖ κάμερας), καθώς και η συχνότητα της υποφέρουσας του ήχου (αν χρησιμοποιείται) μπορεί να μεταβάλλεται από 8-20 MHz. Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, ο σχεδιασμός για μεγαλύτερο εύρος ζώνης του σήματος video (άρα και καλύτερη ποιότητα) αυξάνει το RF εύρος ζώνης. Πρακτικά, ένα ασύρματο σύστημα μετάδοσης video μπορεί να έχει 4 διαθέσιμα κανάλια στην περιοχή των 2.4GHz, ενώ ένα άλλο που έχει περιορισμένο εύρος ζώνης video μπορεί να διαθέτει 10 κανάλια για την ίδια περιοχή.
Για μια επιτυχή ζεύξη, κρίσιμο παράγοντα αποτελεί η επιλογή των κεραιών του πομπού και του δέκτη. Η επιλογή των κεραιών δεν εξαρτάται μόνο από τον τύπο της εφαρμογής, αλλά μεταβάλλεται από διεύθυνση σε διεύθυνση για την ίδια εφαρμογή. Οι κύριες παράμετροι οι οποίες ορίζουν την απόδοση μιας κεραίας, περιλαμβάνουν την απολαβή (σε dBi), το εύρος της δέσμης και την πόλωση της κεραίας. Η επιλογή κεραίας είναι το κλειδί ώστε πολλές φορές να γίνεται η χρήση του ίδιου καναλιού. Με χρήση κατευθυντικών κεραιών στο δέκτη και διαφορετικών πολώσεων για κάθε ζεύγος πομπού/ δέκτη, είναι δυνατό να γίνει χρήση του ίδιου καναλιού δύο ή περισσότερες φορές στην ίδια εφαρμογή.
β) Με χρήση WLAN
Ένα ασύρματο τοπικό δίκτυο (Wireless Local Area Network) χρησιμοποιεί ραδιοσυχνότητες προκειμένου να μεταδώσει και να λάβει δεδομένα μέσω του αέρα. Τα τελευταία χρόνια με την εμφάνιση των IP συσκευών (κάμερες, video server, DVR κ.λπ.) στη βιομηχανία των CCTV μπορεί να γίνει χρήση ενός WLAN και για τη μετάδοση εικόνας.
Στην περίπτωση αυτή, το ψηφιακό σήμα video (αν χρησιμοποιείται αναλογική κάμερα, το σήμα της θα πρέπει να μετατραπεί σε ψηφιακό) οδηγείται στη μονάδα πομπού/ δέκτη, που ονομάζεται σημείο πρόσβασης (Access Point). Το σημείο πρόσβασης λαμβάνει , αποθηκεύει και διαβιβάζει πληροφορίες μεταξύ του WLAN και των συνδεδεμένων συσκευών σε αυτό. Ο τελικός χρήστης μπορεί να λάβει την εικόνα μέσω κάποιου εξειδικευμένου λογισμικού στον Η/Υ του (σχήμα 2).

Χρησιμοποιούνται κυρίως τα πρότυπα της οικογένειας 802.11x, ώστε ανάλογα με τον αριθμό των καναλιών, την ακτίνα κάλυψης και το ρυθμό μετάδοσης, να επιλεγούν οι κατάλληλες συσκευές.
Η κωδικοποίηση και διαμόρφωση του σήματος χρησιμοποιεί κυρίως τρεις μεθόδους: την DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), την FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) και την OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
Συνήθως οι κεραίες που χρησιμοποιούνται σε ένα WLAN είναι πανκατευθυντικές στα σημεία πρόσβασης και κατευθυντικές στους τελικούς χρήστες.

Παρεμβολές
Οι παρεμβολές που δέχονται τα συστήματα ασύρματης μετάδοσης, μπορούν να διαιρεθούν σε δύο κατηγορίες.
Στην πρώτη ανήκουν οι παρεμβολές που προέρχονται από εξωτερικές πηγές. Ένα από τα πλεονεκτήματα των συσκευών μικρής εμβέλειας είναι ότι δεν απαιτείται αδειοδότηση για τη χρήση τους. Αυτό ταυτόχρονα αποτελεί και το μεγάλο τους μειονέκτημα, αφού οποιοσδήποτε μπορεί να κάνει χρήση αυτών των συχνοτήτων. Έτσι η πιο σημαντική πηγή εξωτερικής παρεμβολής προέρχεται από άλλες εκπομπές, στο ίδιο κανάλι λειτουργίας. Η πιο εύκολη μέθοδος για τον τύπο αυτής της παρεμβολής είναι η αλλαγή του καναλιού. ¶λλες μέθοδοι περιλαμβάνουν αλλαγή της θέσης και/ή τον προσανατολισμό της κεραίας του δέκτη. Η FHSS, λόγω της τεχνικής μεταπήδησης συχνότητας έχει αρκετή ανοχή στις παρεμβολές (μεγαλύτερη από την DSSS), ενώ η OFDM (χωρίζει το σήμα σε πολλά μικρότερα, τα οποία και εκπέμπει σε διαφορετικές συχνότητες) είναι πολύ ανθεκτική στις παρεμβολές.
Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν οι παρεμβολές, γνωστές και ως multipath. Έτσι, στο κύριο σήμα που λαμβάνει ο δέκτης παρεμβάλλονται τα σήματα λόγω ανάκλασης από το ανάγλυφο του εδάφους. Στα αναλογικά συστήματα που χρησιμοποιούν διαμόρφωση πλάτους (ΑΜ) το αποτέλεσμα είναι τα «ghosts», ενώ αυτά που χρησιμοποιούν διαμόρφωση συχνότητας (FM) το αποτέλεσμα μπορεί να ποικίλει από μια μικρή μείωση του σήματος από το θόρυβο ή μια μεταβολή στο χρώμα της εικόνας έως και το μαύρισμα της εικόνας. Το φαινόμενο μπορεί να μειωθεί από τη σωστή τοποθέτηση των κεραιών.
Επίσης είναι γνωστό ότι οι καιρικές συνθήκες (βροχή, χιόνι, ομίχλη) εξασθενούν το σήμα εκπομπής. Η ζώνη των 5.8 GHz είναι πιο ευάλωτη σε αυτά τα φαινόμενα, από τη ζώνη των 2.4 GHz.Ασφάλεια μετάδοσης

Όσον αφορά στα εμπορικά αναλογικά συστήματα μετάδοσης που κάνουν χρήση των ελεύθερων ζωνών συχνοτήτων, δεν χρησιμοποιούν κάποια μέθοδο κωδικοποίησης ή κρυπτογράφησης. Αυτό σημαίνει ότι κάποιος μη εξουσιοδοτημένος χρήστης που θα βρεθεί μέσα στην περιοχή εκπομπής και θα εντοπίσει το κανάλι εκπομπής, μπορεί να υποκλέψει το σήμα video που μεταδίδεται ασύρματα, εφόσον διαθέτει την κατάλληλη συσκευή. Σε εφαρμογές όμως υψίστης ασφαλείας, γίνεται χρήση άλλων ζωνών συχνοτήτων και επιπλέον χρησιμοποιούνται τεχνικές κωδικοποίησης και κρυπτογράφησης.
Στα συστήματα που χρησιμοποιούν τεχνολογία WLAN υπάρχουν ενσωματωμένες διάφορες τεχνολογίες, ώστε να αποτρέψουν κακόβουλες ενέργειες που έχουν σαν σκοπό είτε την καταστροφή του δικτύου είτε την υποκλοπή της εικόνας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούν μεθόδους πιστοποίησης χρήστη, κρυπτογράφησης δεδομένων με χρήση κλειδιών έως και 256 bit (WEP, WPA), χρήση διευθύνσεων MAC κ.ά. Και στην περίπτωση αυτή όμως, επειδή η πληροφορία διαχέεται στον ελεύθερο χώρο, πάντα υπάρχει ο κίνδυνος υποκλοπής και πρέπει συνεχώς να ανανεώνονται και να αναβαθμίζονται τα μέτρα προστασίας.
Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, το να υποκλέψει κάποιος το σήμα video από το δωμάτιο ενός μωρού είναι σχετικά απλό, εφόσον βρεθεί στην ακτίνα εκπομπής και συντονιστεί στο ίδιο κανάλι (αγαπημένο θέμα τηλεοπτικής εκπομπής). Τα πράγματα όμως δεν είναι τόσο απλά, στις περιπτώσεις όπου χρησιμοποιούνται τεχνικές κωδικοποίησης και κρυπτογράφησης.

Υγιεινή
Τα όρια ασφαλείας για τα επίπεδα της εκπεμπόμενης Η/Μ ακτινοβολίας στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων καθορίζονται από την ΚΥΑ (ΦΕΚ 1105/6-9-2000), που είναι σύμφωνη με τα όρια της Ε.Ε. και με το Ν.3461/06 «Περί ηλεκτρονικών επικοινωνιών και άλλες διατάξεις» (ΦΕΚ 13/Α/3-2-2006) όπου μειώνει κατά 30% επιπλέον τα όρια που ορίζουν η Ε.Ε. και οι διεθνείς οδηγίες.
Η ισχύς εκπομπής των συσκευών μικρής εμβέλειας που χρησιμοποιούνται κυρίως για την ασύρματη μετάδοση video, είναι πολύ μικρότερα (10mW, 100mW) σε σχέση με τα παραπάνω όρια (SAR 1.4W/Kgr στο κεφάλι και τον κορμό).

Σύνοψη
Το κόστος των συστημάτων ασύρματης μετάδοσης video έχει μειωθεί σημαντικά. Παραμένει βέβαια υψηλότερο από όλες τις τεχνικές μετάδοσης video. Σε αρκετές εφαρμογές όμως, συμφέρει οικονομικά να γίνει χρήση ασύρματης μετάδοσης, από το να δημιουργηθούν νέες υποδομές για χρήση καλωδίων ή οπτικών ινών. Κάθε φορά όμως, θα πρέπει να σταθμίζονται σωστά όλοι οι παράγοντες που επηρεάζουν μια ασύρματη ζεύξη, ώστε το αποτέλεσμα να είναι το επιθυμητό και να μην υπάρχει κακό σήμα λήψης ή εμφάνιση διαφόρων φαινόμενων από παρεμβολές και προβλήματα στην ασφάλεια της μετάδοσης.