Мобильная радиосвязь или мобильные устройства относятся к системам и устройствам беспроводной связи, которые основаны на радиочастотах (обычно с использованием частот UHF или VHF ), и где путь связи может перемещаться с любого конца. Существует множество точек зрения на то, что представляет собой мобильное оборудование. Для целей лицензирования в США мобильные устройства могут включать ручное (иногда называемое портативным ) оборудование. Устаревший термин - радиотелефон . [a] [1] [2] [3]
Продавец или мастер по ремонту радиоприемников поймет слово мобильный как установленный на транспортном средстве : передатчик-приемник (трансивер), используемый для радиосвязи с транспортного средства. Мобильные радиостанции обычно устанавливаются на транспортном средстве, а микрофон и панель управления находятся в пределах досягаемости водителя. В США такое устройство обычно питается от 12-вольтовой электрической системы транспортного средства.
Некоторые мобильные радиостанции устанавливаются на самолетах (авиационная мобильная связь), на судах (морская мобильная связь), на мотоциклах или железнодорожных локомотивах. Мощность может различаться в зависимости от платформы. Например, мобильная радиостанция, установленная на локомотиве, будет работать от источника постоянного тока напряжением 72 или 30 В. На большом судне с источником переменного тока напряжением 117 В базовая станция может быть установлена на мостике судна.
Согласно статье 1.67 Международного союза электросвязи (МСЭ) , подвижная радиостанция — это «станция подвижной связи, предназначенная для использования во время движения или остановок в неустановленных местах». [4]
Различие между радиотелефонами и двусторонней радиосвязью становится размытым по мере слияния двух технологий. [ необходима цитата ] Магистраль или инфраструктура, поддерживающая систему, определяет, какая категория или таксономия применяется. Параллелью этой концепции является конвергенция вычислений и телефонов.
Радиотелефоны являются полнодуплексными (одновременный разговор и прослушивание), коммутируемыми и в основном взаимодействуют с телефонами, подключенными к телефонной сети общего пользования . [ требуется цитата ] Соединение устанавливается на основе набора номера пользователем. [ требуется цитата ] Соединение разрывается при нажатии кнопки завершения . Они работают на основе телефонной инфраструктуры, такой как AMPS или GSM . [ требуется цитата ]
Двусторонняя радиосвязь — это в первую очередь диспетчерский [ требуется цитата ] инструмент, предназначенный для связи в симплексном или полудуплексном режимах с использованием push-to-talk, и в первую очередь предназначенный для связи с другими радиостанциями, а не с телефонами. Эти системы работают на основе инфраструктуры push-to-talk, такой как iDEN Nextel , Specialized Mobile Radio (SMR), MPT-1327 , Enhanced Specialized Mobile Radio (ESMR) или обычные двусторонние системы. Некоторые современные двусторонние радиосистемы могут иметь возможность полнодуплексной телефонной связи.
Первыми пользователями мобильного радиооборудования были транспорт и правительство. Эти системы использовали одностороннее вещание вместо двусторонних разговоров. Железные дороги использовали связь в диапазоне средних частот ( СЧ ) (похожую на диапазон вещания AM) для повышения безопасности. Вместо того, чтобы висеть в кабине локомотива и хвататься за распоряжения о поезде, проезжая мимо станции, стала возможной голосовая связь с движущимися поездами. Радиостанции связывали служебный вагон с кабиной локомотива. Ранние полицейские радиосистемы изначально были односторонними и использовали частоты СЧ выше диапазона вещания AM (1,7 МГц ). Некоторые ранние системы передавали данные диспетчеру по каналу 30-50 МГц (называвшемуся кросс-диапазоном ).
Ранние мобильные радиостанции использовали амплитудную модуляцию (АМ) для передачи разведданных по каналу связи. Со временем проблемы с источниками электрического шума показали, что частотная модуляция (ЧМ) превосходила по своей способности справляться с зажиганием транспортного средства и шумом линии электропередач. Диапазон частот, используемый большинством ранних радиосистем, 25–50 МГц (ОВЧ «нижний диапазон»), особенно восприимчив к проблеме электрического шума. Это, а также потребность в большем количестве каналов, привели к окончательному расширению двусторонней радиосвязи в ОВЧ «верхний диапазон» (150–174 МГц) и УВЧ (450–470 МГц). С тех пор диапазон УВЧ был снова расширен.
Одной из основных проблем в ранней технологии мобильной радиосвязи было преобразование шести- или двенадцативольтового источника питания транспортного средства в высокое напряжение, необходимое для работы электронных ламп в радиоприемнике. Ранние радиоприемники лампового типа использовали динамо-моторы — по сути, шести- или двенадцативольтовый двигатель, который вращал генератор для обеспечения высокого напряжения, необходимого электронным лампам. Некоторые ранние мобильные радиоприемники были размером с чемодан или имели отдельные корпуса для передатчика и приемника. Со временем технология электропитания развивалась, чтобы использовать сначала электромеханические вибраторы , затем твердотельные источники питания для обеспечения высокого напряжения для электронных ламп. Эти схемы, называемые « инверторами », изменяли постоянный ток (DC) 6 или 12 В в переменный ток (AC), который можно было пропускать через трансформатор для получения высокого напряжения. Затем источник питания выпрямлял это высокое напряжение, чтобы получить высокое напряжение постоянного тока, необходимое для электронных ламп (называемых клапанами в британском английском). Источники питания, необходимые для питания ламповых радиоприемников, привели к общей черте ламповых мобильных радиоприемников: их большой вес из-за трансформаторов с железным сердечником в блоках питания. Эти высоковольтные источники питания были неэффективны, а нити накала электронных ламп увеличивали требования к току, нагружая электрические системы автомобиля. Иногда для поддержки тока, необходимого для лампового мобильного радиоприемника, требовалась модернизация генератора или альтернатора.
Примеры американских мобильных радиоприемников 1950-1960-х годов с ламповыми приемниками без транзисторов :
Оборудование от разных производителей США имело схожие черты. Это было отчасти продиктовано правилами Федеральной комиссии по связи (FCC) . Требование, запрещающее неавторизованным лицам использовать радиопередатчик, означало, что многие радиостанции были подключены так, чтобы они не могли передавать, если зажигание автомобиля не было включено. Лица, не имеющие ключа от автомобиля, не могли передавать. Оборудование должно было быть «принято по типу» или технически одобрено FCC, прежде чем оно могло быть выставлено на продажу. Чтобы получить одобрение по типу, радиостанция должна была быть оснащена индикаторной лампой, обычно зеленой или желтой, которая показывала, что питание подано и радиостанция готова к передаче. Радиостанции также должны были иметь лампу (обычно красную), указывающую, когда передатчик включен. Эти черты сохраняются и в конструкции современных радиостанций.
Ранние ламповые радиоприемники работали на канальном интервале 50 кГц с отклонением модуляции ±15 кГц. Это означало, что количество радиоканалов, которые могли быть размещены в доступном радиочастотном спектре, было ограничено определенным числом, продиктованным полосой пропускания сигнала на каждом канале.
Твердотельное электронное оборудование появилось в 1960-х годах с более эффективной схемой и меньшими размерами. Крупномасштабная интеграция (БИС) металл-оксид-полупроводник (МОП ) обеспечила практичное и экономичное решение для радиотехнологий и использовалась в мобильных радиосистемах к началу 1970-х годов. [5] Разнос каналов сузился до 20–30 кГц с девиацией модуляции, упавшей до ±5 кГц. Это было сделано для того, чтобы обеспечить большую доступность радиоспектра для быстро растущей национальной группы пользователей двусторонней радиосвязи. К середине 1970-х годов усилители мощности передатчиков лампового типа были заменены мощными транзисторами . С 1960-х по 1980-е годы пользователи крупных систем со специальными требованиями часто имели индивидуальные радиостанции, разработанные для их уникальных систем. Системы с несколькими тональными кодерами CTCSS и более чем двумя каналами были необычными. Производители мобильных радиостанций создавали индивидуальное оборудование для больших радиопарков, таких как Калифорнийский департамент лесного хозяйства и Калифорнийский дорожный патруль .
Примеры гибридных частично твердотельных мобильных радиостанций США:
Индивидуальная разработка для конкретного клиента осталась в прошлом. Современное оборудование мобильной радиосвязи «многофункционально». Мобильная радиостанция может иметь 100 или более каналов, управляться микропроцессором и иметь встроенные опции, такие как идентификатор устройства . Для программирования функций и каналов мобильной радиостанции обычно требуются компьютер и программное обеспечение. Меню опций могут иметь несколько уровней глубины и предлагать сложный набор возможностей. Некоторые мобильные радиостанции имеют буквенно-цифровые дисплеи, которые преобразуют номера каналов (F1, F2) в более значимую для пользователя фразу, например «База Провиденс», «База Бостон» и т. д. Радиостанции теперь разрабатываются с множеством функций, чтобы исключить необходимость индивидуальной разработки. Например, мобильная радиостанция Hytera HM68X, представленная в сентябре 2022 года, предлагает множество функций, включая определение местоположения по GPS, аварийную сигнализацию, шумоподавление и многое другое. [6]
Примеры американских мобильных радиостанций с микропроцессорным управлением:
Поскольку использование мобильного радиооборудования фактически взорвалось, интервал между каналами пришлось снова сузить до 12,5–15 кГц, а девиация модуляции снизилась до ±2,5 килогерц. Для того чтобы вписаться в более мелкие и экономичные транспортные средства, современные радиостанции стремятся к радикально меньшим размерам, чем их ламповые предшественники.
Традиционная аналоговая радиосвязь была превзойдена возможностями цифровой голосовой радиосвязи, которые обеспечивают большую четкость передачи, включают функции безопасности, такие как шифрование, и, в пределах сети, позволяют передавать данные в низкочастотном диапазоне для размещения простых текстовых или графических сообщений, например. (Примеры: Project 25 (APCO-25), Terrestrial Trunked Radio ( TETRA ), DMR .)
Коммерческие и профессиональные мобильные радиостанции часто приобретаются у поставщика оборудования или дилера, персонал которого установит оборудование в транспортные средства пользователя. Пользователи с большим автопарком могут покупать радиостанции напрямую у производителя оборудования и даже нанимать собственный технический персонал для установки и обслуживания.
Современная мобильная радиостанция состоит из радиопередатчика, размещенного в одном корпусе, и микрофона с кнопкой «нажми и говори». Каждая установка также будет иметь антенну, установленную на транспортном средстве, соединенную с трансивером коаксиальным кабелем. Некоторые модели могут иметь внешний отдельный динамик, который можно расположить и сориентировать лицом к водителю, чтобы преодолеть окружающий дорожный шум, присутствующий во время движения. Установщик должен будет разместить это оборудование таким образом, чтобы оно не мешало люку в крыше транспортного средства, электронной системе управления двигателем, компьютеру устойчивости транспортного средства или подушкам безопасности.
Мобильные радиостанции, установленные на мотоциклах, подвержены сильной вибрации и погодным условиям. Профессиональное оборудование, предназначенное для использования на мотоциклах, устойчиво к погодным условиям и вибрации. Системы крепления амортизаторов используются для снижения воздействия вибрации на радиостанцию, вызванной модальной или резонансной тряской мотоцикла.
Некоторые мобильные радиостанции используют микрофоны или гарнитуры с шумоподавлением. На скорости более 100 миль в час окружающий шум дороги и ветра может затруднить понимание радиосвязи. Например, мобильные радиостанции California Highway Patrol оснащены микрофонами с шумоподавлением, которые снижают шум дороги и сирены , слышимый диспетчером . Большинство пожарных машин и радиостанций в тяжелой технике используют гарнитуры с шумоподавлением. Они защищают слух пассажира и снижают фоновый шум в передаваемом звуке. Микрофоны с шумоподавлением требуют, чтобы оператор говорил прямо в переднюю часть микрофона. Отверстия в задней части микрофона улавливают окружающий шум. Это применяется в противофазе к задней части микрофона, эффективно снижая или подавляя любой звук, который присутствует как спереди, так и сзади микрофона. В идеале в эфир выходит только голос, присутствующий на передней стороне микрофона.
Многие радиостанции оснащены таймерами отключения передатчика, которые ограничивают продолжительность передачи. Беда систем «нажми и говори» — застрявший микрофон: радиостанция заблокирована на передаче, что нарушает связь в системе двусторонней радиосвязи. Один из примеров этой проблемы произошел в автомобиле со скрытой установкой двусторонней радиостанции, где микрофон и спиральный шнур были спрятаны внутри перчаточного ящика. Оператор бросил микрофон в перчаточный ящик и закрыл его, в результате чего кнопка «нажми и говори» была нажата и заблокировала передатчик. В системах такси водитель может расстроиться, когда диспетчер назначает вызов, который он хотел(а) бы передать другому водителю, и может намеренно удерживать кнопку передачи нажатой (за что владелец может быть оштрафован FCC). Радиостанции с таймерами отключения передают в течение заданного времени, обычно 30–60 секунд, после чего передатчик автоматически отключается, и из динамика радиостанции раздается громкий сигнал. Уровень громкости сигнала на некоторых радиостанциях слишком высокий и не может быть отрегулирован. Как только кнопка PTT отпускается, тон прекращается и таймер сбрасывается.
Оборудование мобильной радиосвязи производится в соответствии со спецификациями, разработанными Ассоциацией электронной промышленности / Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (EIA/TIA). Эти спецификации были разработаны для того, чтобы помочь пользователю убедиться, что оборудование мобильной радиосвязи работает так, как ожидается, и предотвратить продажу и распространение некачественного оборудования, которое может ухудшить связь.
Мобильная радиостанция должна иметь соответствующую антенну. Наиболее распространенные антенны представляют собой проволочные или стержневые штыри из нержавеющей стали, которые выступают вертикально из транспортного средства. Физика определяет длину антенны: длина связана с частотой и не может быть произвольно удлинена или укорочена (что более вероятно) конечным пользователем. Стандартная «четвертьволновая» антенна в диапазоне 25–50 МГц может быть длиной более девяти футов. Антенна 900 МГц может быть длиной три дюйма для четверти длины волны. Транзитный автобус может иметь прочную антенну, которая выглядит как белое пластиковое лезвие или плавник, на крыше. Некоторые транспортные средства со скрытыми радиоустановками имеют антенны, разработанные так, чтобы выглядеть как оригинальная антенна AM/FM, зеркало заднего вида или могут быть установлены внутри окон или скрыты на днище транспортного средства. Антенны самолетов выглядят как лезвия или плавники, размер и форма определяются используемыми частотами. Микроволновые антенны могут выглядеть как плоские панели на обшивке самолета. Временные установки могут иметь антенны, которые крепятся к частям транспортного средства или к стальным частям кузова с помощью сильного магнита.
Хотя изначально компоненты мобильной радиосистемы являются относительно недорогими, часто повреждаемые антенны могут быть дорогостоящими для замены, поскольку они обычно не включены в контракты на техническое обслуживание для парков мобильной радиосвязи. Некоторые типы транспортных средств, используемых круглосуточно, с жесткими подвесками, большой высотой или резкими вибрациями дизельного двигателя на холостом ходу могут быстро повредить антенны. Расположение и тип антенны могут существенно повлиять на производительность системы. Большие автопарки обычно тестируют несколько транспортных средств, прежде чем принять решение о конкретном расположении или типе антенны.
В рекомендациях Управления по охране труда и здоровья США по неионизирующей радиоэнергии обычно говорится, что радиоантенна должна находиться на расстоянии двух футов от любого пассажира транспортного средства. Это практическое правило призвано предотвратить воздействие на пассажиров небезопасных уровней радиочастотной энергии при передаче радиосигнала.
Службы, зависящие от диспетчеризации, такие как эвакуаторы или машины скорой помощи , могут иметь несколько радиостанций в каждом транспортном средстве. Например, эвакуаторы могут иметь одну радиостанцию для связи с компанией-буксировщиком и вторую для связи с экстренными дорожными службами . Машины скорой помощи могут иметь похожую компоновку с одной радиостанцией для правительственной службы экстренной медицинской помощи и одной для диспетчерской компании.
В машинах скорой помощи США часто имеются радиостанции с двойным управлением и двумя микрофонами, что позволяет использовать радиостанцию из зоны ухода за пациентами в задней части машины или из кабины транспортного средства. [7]
Как эвакуаторы, так и машины скорой помощи могут иметь дополнительную радиостанцию, которая передает и принимает данные для поддержки мобильного терминала данных . Радиостанция терминала данных позволяет осуществлять передачу данных по отдельной радиостанции. Так же, как факсимильный аппарат имеет отдельную телефонную линию, это означает, что передача данных и голоса может осуществляться одновременно по отдельной радиостанции. Ранние радиосистемы Federal Express (FedEx) использовали одну радиостанцию для передачи данных и голоса. Радиостанция имела кнопку запроса на разговор , которая при подтверждении разрешала голосовую связь с диспетчерским центром.
Каждое радио работает в одном диапазоне частот. Если бы у компании, занимающейся эвакуацией автомобилей, была частота в том же диапазоне, что и у ее автоклуба, для обеих систем можно было бы использовать одно радио со сканированием. Поскольку мобильное радио обычно работает в одном диапазоне частот, может потребоваться несколько радио в случаях, когда связь осуществляется через системы в более чем одном диапазоне частот. [8] [7]
В целях экономии средств некоторые системы используют автомобильные зарядные устройства вместо мобильного радио. Каждому пользователю радио выдается рация . Каждое транспортное средство оснащено системной консолью зарядного устройства. Рация вставляется в автомобильное зарядное устройство или преобразователь, когда пользователь находится в транспортном средстве. Зарядное устройство или преобразователь (1) подключает рацию к двусторонней радиоантенне транспортного средства, (2) подключает усиленный динамик, (3) подключает мобильный микрофон и (4) заряжает аккумулятор рации. [b] Слабым местом этих систем была технология разъемов, которая оказалась ненадежной в некоторых установках. Производительность приемника является проблемой в перегруженных радиосигналах и городских районах. Такие установки иногда называют системами рывков и бега .
Во многих областях проектирования коммуникационного оборудования MOS LSI Custom Built Circuits обеспечивают единственное практичное и экономичное решение. (...) Полный список всех приложений выходит за рамки этой статьи, поскольку новые разработки MOS постоянно инициируются в различных технических областях. Типичные примеры завершенных и текущих разработок MOS:
— коммутационные пункты
— мультиплексоры
— модемы
— мобильные радиостанции
