2 Неавтоматизированная радиосвязь

После изобретения в 1895 году принципа радиосвязи русским изобретателем, преподавателем минных офицерских классов в Кронштадте Александром Степановичем Поповым [4] началась разработка пригодных для практического применения в области связи устройств. 24 марта 1896 года А. С. Поповым были продемонстрированы передача и приём сигналов телеграфной азбуки Морзе с записью на ленту стандартного телеграфного аппарата Морзе. В следующем 1897 году итальянский инженер Гульельмо Маркони получил в Великобритании патент на „способ сигнализации на расстоянии“ и организовал компанию по производству радиотелеграфной аппаратуры [4]. Таким образом, уже в начале 20 века радиосвязь получила достаточно широкое распространение.

Исторически так сложилось, что первыми системами радиосвязи стали системы, использующие при передаче телеграфные коды (точно так же, как и первыми системами проводной электросвязи стали системы телеграфные). Это логично с технической точки зрения, ибо аппаратура для передачи дискретных (прерывистых) сигналов всегда проще по устройству и надёжнее в действии, чем аппаратура для передачи аналоговых (непрерывных) сигналов, изменяющихся по определённым законам и в случае голосовой связи описывающих человеческую речь. Что особенно интересно, здесь мы имеем дело с тем весьма редким в технике связи случаем, когда цифровой сигнал (а передача при помощи телеграфных кодов – это действительно всегда передача цифрового сигнала) передаётся и принимается при помощи аналоговой аппаратуры, причём весьма примитивного устройства. Этот парадокс характерен в равной мере как для радиотелеграфии, так и для проводной телеграфии, и он ещё раз доказывает утверждение, приведенное в разделе 1: деление систем связи на цифровые и аналоговые всегда нужно проводить по способу обработки сигнала, а не по устройству аппаратуры связи.

На заре развития радиосвязи для радиотелеграфной передачи использовали исключительно неравномерный код Морзе (к передатчику подключался ключ Морзе, к приёмнику – на первых порах чернопечатающий телеграфный аппарат Морзе, в дальнейшем – головные телефоны, и приём велся без записи, „на слух“; при необходимости записи к приёмнику подключался ондулятор – чувствительный записывающий прибор). Примерно с 10-х – 20-х годов 20 века в радиотелеграфии стали использовать наряду с кодом Морзе равномерные коды (к приёмнику и передатчику подключались сначала синхронные, а потом и стартстопные буквопечатающие телеграфные аппараты, работающие на соответствующих равномерных кодах).

Рис. 3 Неавтоматизированная радиосвязь

С другой стороны, и выбор частот, на которых осуществлялась передача и, собственно, сама передача, велись вручную. Поэтому мы можем объединить эти системы под общим названием „Системы неавтоматизированной радиосвязи при помощи телеграфных кодов“ (Рис. 3. Неавтоматизированная радиосвязь). На этих принципах основывалось множество систем радиосвязи, широко применяемых до 70-х – 80-х годов 20 века на морском и авиатранспорте, а также в военном деле для организации связи с мобильными объектами. Эти же принципы использовали и радиолюбители, установки которых по своему устройству и мощности больше соответствуют мобильным, хотя собственно на движущихся объектах они монтируются достаточно редко. Если учесть и то, что в радиоспорте некоторые упражнения прямо предусматривают разворачивание радиостанций на местности и их работу в полевых условиях, видимо, с некоторыми оговорками все радиолюбительские станции условно можно будет отнести к мобильным.

Неавтоматизированная радиосвязь при помощи телеграфных кодов всегда велась только в симплексном² режиме.

Дальнейшим развитием неавтоматизированной радиосвязи явилось появление систем голосовой неавтоматизированной радиосвязи, что сразу значительно упростило работу с аппаратурой, хотя и несколько снизило дальность передачи и её помехоустойчивость. Есть сведения, что уже 20 марта 1902 года Натан Стабифилд продемонстрировал передачу голоса на расстояние без проводов с парохода, идущего по Потомаку [5]. Возможно, приведённые сведения и не очень точны, на эту мысль наталкивают даты изобретения диода – двухэлектродной вакуумной лампы (Джон Флеминг, 1904 год) и триода – трёхэлектродной вакуумной лампы (Ли де Форест, 1907 год) [6], без которых построить голосовой радиопередатчик почти невозможно (распространённые в это время передатчики, работавшие телеграфным кодом Морзе, были искровыми и их работа основывалась на других принципах).

В 1910 году изобретатель триода Ли де Форест провёл первую в истории музыкальную передачу. До этого он уже пробовал проводить несколько радиопередач для радиолюбителей [7]. В 1913 году В. Мейснером на основе вакуумного триода была сконструирована схема генератора колебаний, а Роунд, экспериментируя с генератором Мейснера, открыл возможность автодинного приёма. С этого момента получает распространение радиовещание, особенно бурно оно начинает развиваться с 1920 года [4].

Начало широкого использования собственно голосовой радиосвязи приходится на второе десятилетие 20 века и связано, в основном, с применением в армии и на флоте. После окончания Первой мировой войны системы голосовой неавтоматизированной связи получают дальнейшее

развитие. Они распространяются параллельно с радиосвязью при помощи телеграфных кодов в армии и на морском транспорте, а в авиации, на железнодорожном и автотранспорте господствуют практически безраздельно. Так, уже в 1921 году Департамент полиции Детройта (штат Мичиган, США) впервые установил подобное радиооборудование, работавшее на частотах около 2 МГц, на своих автомобилях. К 1940 году радиофицированные полицейские автомобили в США стали вполне обычны, в этом же году сетка радиочастот была расширена и к системе получили доступ гражданские пользователи [5]. Эти системы по праву можно считать предшественниками всех тех видов наземной мобильной связи, которыми мы имеем возможность пользоваться в настоящее время. В авиации и на морском транспорте на сегодняшний день системы голосовой неавтоматизированной радиосвязи всё так же продолжают использоваться наряду с цифровыми спутниковыми и рядом других систем, а на железнодорожном транспорте они составляют основу технологической радиосвязи с подвижными объектами. Вся радиосвязь с подвижными объектами на железной дороге делится на поездную радиосвязь (ПРС), стационарную радиосвязь (СРС) (в свою очередь подразделяется на маневровую и горочную) и радиосвязь ремонтных подразделений (ремонтно–оперативная радиосвязь, РОРС) и чаще всего в ней используется схема передачи группового тонального вызова с последующим голосовым вызовом конкретного абонента. В конце 80-х годов 20 века была разработана комплексная система „Транспорт“, объединяющая эти виды железнодорожной технологической радиосвязи [8].

В бывшем СССР станционная радиосвязь на сети железных дорог начала массово внедряться с 1948 года, а поездная радиосвязь – с 1949 года. Станционная радиосвязь занимала частотные диапазоны 33 – 46 МГц и 150 – 156 МГц. Поездная радиосвязь использовала диапазоны 2,090 – 2,170 МГц и 2,546 – 2,626 МГц, причём она организовывалась по радиопроводному принципу с использованием в качестве проводного канала специальной линии поездной диспетчерской радиосвязи [9]. В 80-е годы 20 века предполагалось перевести все виды железнодорожной радиосвязи на работу в диапазоне 150 – 156 МГц в связи с практически полным отсутствием на этих частотах промышленных помех (в том числе создаваемых электроподвижным составом и устройствами контактной сети) [9], однако в Советском Союзе перевод этот так до конца и не был завершён. На сегодняшний день все подобные системы можно считать морально устаревшими, хотя многие из них и продолжают успешно эксплуатироваться.

В перспективе предполагается постепенное внедрение на сети железных дорог Украины комплексных TETRA–подобных цифровых транкинговых систем, построенных на основе стандартного оборудования и использующих стандартные для таких систем в Европе частоты 410 –

430 МГц и 870 – 921 МГц, которые должны объединить все виды ныне существующей технологической радиосвязи и дополнительно реализовать функции автоматической передачи телеметрической информации с подвижного состава. Эти системы должны также тесно взаимодействовать с системами сигнализации и управления движением железнодорожного транспорта и позволять реализовывать целый ряд функций, самые важные из которых – отслеживание местоположения и скорости следования подвижного состава в каждый отдельный момент времени, а в перспективе – автоматическое централизованное управление скоростью следования подвижного состава или задействование режима экстренного торможения в случае возникновения аварийной ситуации. Кроме этого, подобные системы должны обеспечивать ряд дополнительных возможностей по организации оперативной радиосвязи подвижного состава с различными объектами по пути следования, например с железнодорожными переездами, обеспечивать мобильную связь с возможностью выхода на городскую телефонную сеть для руководящего состава железных дорог и реализовывать целый ряд дополнительных телекоммуникационных услуг для пассажиров поездов начиная от возможности сделать телефонный звонок до передачи данных и подключения к компьютерной сети Internet в рамках услуги „мобильный офис“ во время движения поезда [10]. Поскольку описанные выше системы по своему общему устройству представляют собой ничто иное, как цифровые многосайтовые транкинговые системы с иерархической сотовой структурой и выходят далеко за рамки рассматриваемого раздела 2 Неавтоматизированная радиосвязь, принципы их работы более подробно будут рассмотрены в разделе 3 Транкинговые (пучковые) системы. Они упомянуты здесь лишь в качестве дополнения к обзору систем железнодорожной технологической радиосвязи и для отражения перспективы их развития в ближайшем будущем.

Примерно с конца 60-х – начала 70-х годов 20 века в бывшем СССР для организации технологической связи в различных ведомствах и службах достаточно широко начали использоваться радиостанции типа „Гранит“ и, впоследствии, „Лён“ (а также одноканальные радиостанции других типов), которые стационарно монтировались на автомобилях и позволяли вести переговоры в симплексном (полудуплексном) режиме при помощи микротелефона телефонного типа с тангентой или аппаратуры громкой связи. Для работы нескольких станций одного подразделения выделялась соответствующая частота, на которую радиостанции одной разговорной группы однократно настраивали путём установки в них кварцевых резонаторов, рассчитанных на эту частоту. Вызов всей получившейся в результате такой настройки радиостанций разговорной группы осуществлялся при помощи тонального сигнала, посылаемого специальной вызывной кнопкой („Гранит“, „Лён“), после чего вызов конкретной

радиостанции производился голосом. Радиостанции других типов, оборудованные громкоговорящей связью, просто могли постоянно находиться в положении „приём“ и иметь голосовой вызов конкретной радиостанции. Очень часто организовывалась диспетчерская служба, координирующая действия всех подразделений, однако диспетчерская стационарная радиостанция отличалась от мобильных станций только мощностью передатчика и высотой установки антенны. По такому принципу была построена радиосвязь милиции, службы скорой помощи, пожарной охраны, оперативных служб газа, водоканала, энергослужб, радиофицированных такси и др. Подобным образом в тот период была организована сухопутная мобильная радиосвязь подразделений специальных служб и в других странах. Все эти системы, безусловно, также можно отнести к системам неавтоматизированной голосовой радиосвязи.

Ограниченность частотного ресурса сильно ограничивала рост абонентской базы подобных систем и вынудила разработчиков аппаратуры искать более рациональные способы его использования. Сегодня все перечисленные выше задачи в большинстве стран намного более эффективно решаются при помощи транкинговых систем радиосвязи.

Другой областью применения голосовой неавтоматизированной радиосвязи стала широко распространённая на Западе и появившаяся в странах СНГ в первой половине 90-х годов 20 века СВ („Си – Би“) – связь. В США развитие СВ–связи (от „Citizens Band“ – „гражданский диапазон“) началось в 1957 году [11]. СВ–диапазон расположен на частотах около 27 МГц и разделен на фиксированные каналы, владелец радиостанции может выходить в эфир на любом свободном канале.

Трансиверы (приёмо–передающие радиостанции) СВ–диапазона обычно работают в симплексном (полудуплексном) режиме. Для голосовой связи это означает, что один абонент слушает другого и не может его прервать до момента, пока говоривший не переключит свою радиостанцию „на приём“. После этого абонент, который слушал (радиостанция которого была включена „на приём“) переключается „на передачу“ и сам начинает говорить. Такой режим в англоязычной литературе иногда называется термином „Push–to–Talk“ („нажми и говори“, сокращённо – РТТ), происходящим от надписи на соответствующей кнопке радиостанции. Эта кнопка чаще всего не имеет фиксации в нажатом положении, включенная радиостанция, оборудованная такой кнопкой, постоянно находится в положении „приём“ и только при нажатии на кнопку РТТ переходит в режим „передача“.

СВ–трансиверы могут быть выполнены в виде портативных переносных устройств (мощность 2 – 4 Вт, количество каналов – от нескольких до 400, дальность связи портативная – портативная 1 – 5 км, портативная – мобильная 5 – 10 км, портативная – базовая 10 – 15 км), мобильных (как правило, устанавливаемых на автомобиле) радиостанций (мощность до

10 Вт, с усилителями – до 250 Вт, количество каналов – как правило от 200 до 400, дальность связи мобильная – портативная 5 – 10 км, мобильная – мобильная 10 – 15 км, мобильная – базовая 15 – 30 км) и так называемых базовых (устанавливаемых стационарно дома, на даче, в офисе и т. д.) радиостанций (мощностью до 35 Вт, иногда – до 250 Вт и более, количество каналов – до 400, дальность связи базовая – портативная 10 – 15 км, базовая – мобильная 15 – 30 км, базовая – базовая 30 – 100 км). Портативные и мобильные радиостанции имеют, как правило, режимы амплитудной (АМ) и частотной (ЧМ) модуляции, однако режим ЧМ обычно более предпочтителен, так как такая передача менее подвержена воздействию импульсных помех. Некоторые стационарные трансиверы имеют дополнительно к режимам АМ и ЧМ ещё и режим однополосной модуляции (ОБП или SSB), который гарантирует наибольшую дальность передачи при заданной мощности, однако не совсем удобен тем, что предполагает необходимость каждый раз подстраиваться под приём специальной ручкой тонкой настройки [11].

Основные сферы применения СВ–связи во всём мире – недорогая гражданская радиосвязь („радиосвязь для всех“). Связь дача – дом, склад – магазин, магазин – офис (особенно если магазин находится на трассе вдали от проводных коммуникаций связи), автомобиль – дом, автомобиль – автомобиль, автомобиль – офис, – вот только несколько характерных примеров использования СВ–связи. Кроме этого, во всём мире в СВ–диапазоне работают на разных каналах специальные службы, например, служба помощи автомобилистам, канал информации о продаже радиоаппаратуры и т. д. 9-й канал является каналом бедствия и служит для связи с различными аварийными диспетчерскими службами, некоторые модели радиостанций даже имеют специальную функцию для экстренного переключения на этот канал. В некоторых регионах после регистрации и внесения абонплаты возможно на определённом канале через диспетчера выходить в городскую телефонную сеть. Возможна и самостоятельная установка телефонного интерфейса на две базовые или базовую и мобильную радиостанции для обеспечения доступа к имеющемуся в распоряжении абонента номеру телефона городской телефонной сети на удалённом объекте или в автомобиле.

И последнее. В США и в Европе всех, работающих в СВ–диапазоне, традиционно принято считать радиолюбителями. В странах СНГ термин „радиолюбитель“ был в первую очередь связан с радиоспортом и радиостанции, находящиеся в коллективном и индивидуальном пользовании, отвечали требованиям тех или иных спортивных упражнений в части диапазона и способа работы. Радиолюбители Европы и Америки помимо работы в эфире в рамках этих спортивных упражнений на специально выделенных диапазонах с распространением СВ–связи получили

возможность работать и в СВ–диапазоне. Для них выделен 20-й канал, на котором любой имеющий СВ–трансивер (как правило, стационарной установки) может проводить дальние связи с другими радиолюбителями. Теперь такая возможность приобщения к радиоспорту есть и у радиолюбителей стран СНГ. К слову, многие спортивные упражнения, принятые в радиоспорте, тоже предполагают использование такого способа связи, как неавтоматизированная радиосвязь. Её применение в радиолюбительской связи началось почти сразу после появления подобных систем и радиолюбителям принадлежит честь многих открытий и разработок в этой области.

К неавтоматизированной радиосвязи по праву можно отнести и линейные системы голосовой радиосвязи малого радиуса действия, обычно называемые в англоязычной (а в последнее время – и в русскоязычной) технической литературе обобщенным термином „walkie talkie“ („уоки–токи“, „воки–токи“, от англ. walk –ходить + talk – говорить [12]).

Одна из первых носимых радиостанций малого радиуса действия с частотной модуляцией (ЧМ, англоязычная аббревиатура FM) была создана в годы Второй мировой войны для армии США Подразделением связи американской компании Motorola при непосредственном участии руководителя научных исследований компании Дэниела Ноубла, тогда же родился и сам термин „walkie talkie“ [2] (хотя, видимо, было бы неправильно утверждать, что в армиях других воющих государств не было подобной техники отечественной разработки и производства, американская станция просто стала самой известной и впоследствии дала общее название всему классу подобных устройств). Собственно, был найден даже не столько новый удачный термин, сколько новая концепция использования систем голосовой связи.

Первая радиостанция walkie talkie переносилась в заплечном мешке, с появлением транзисторов размеры и масса подобных устройств значительно уменьшились. В настоящее время под термином „walkie talkie“ обычно подразумевают портативные ЧМ (FM) радиостанции с небольшой выходной мощностью (до нескольких Вт) и радиусом действия от нескольких сот метров до 1 – 5 км. Что касается частотного диапазона, это может быть как СВ–диапазон 27 МГц, так и некоторые другие диапазоны. Вследствие малой мощности и радиуса действия подобные радиостанции во многих случаях даже не требуют регистрации и разрешения на использование.

Кроме собственно линейных систем голосовой радиосвязи малого радиуса действия существует ряд радиоустройств другого назначения, имеющих возможность работы в режиме walkie talkie. Это, прежде всего, транкинговые радиостанции (аналоговые и цифровые) различных стандартов, которые вне зоны действия базовых станций при расстоянии между двумя радиостанциями около 1 – 2 км могут связываться между собой, минуя базовый ретранслятор. Связь в этом случае проводится на тех

же частотах, на которых работает данная радиостанция в штатном режиме (120 – 170 МГц и 400 – 470 МГц для аналоговых систем, 400 – 470 МГц для цифровых систем европейских стандартов и около 800 МГц для цифровых систем американских стандартов) [13]. Другим примером возможности подобного использования радиоустройств иного назначения может стать наличие у некоторых моделей цифровых радиотелефонов стандарта DECT функции walkie talkie [14, 15]. Связь в данном случае осуществляется вне зоны действия базы между двумя DECT–трубками в диапазоне 1800 – 1900 МГц на расстояние до 300 м, канал передачи – цифровой (все параметры передачи соответствуют штатному режиму работы „трубка–база“) [16].

Поскольку некоторые транкинговые радиостанции (чаще всего – цифровых стандартов) кроме симплексного (полудуплексного) могут допускать и дуплексный³ (полнодуплексный) режим работы (одновременно имеют возможность говорить оба абонента), необходимо отметить, что этот режим при ведении связи двумя радиостанциями напрямую, минуя базовый ретранслятор, сохраняется. Радиотелефоны стандарта DECT при задействовании функции walkie talkie тоже сохраняют дуплексный режим работы. Это очень удобно и выгодно отличает подобные устройства от классических радиостанций walkie talkie, имеющих, как правило, только симплексный (полудуплексный) режим работы.

Содержание