Мобильный сервис

Границы между понятиями двунаправленного мобильного сервиса и радиотелефона постепенно стираются по мере слияния технологий. Категория или типология определяется главным образом опорной инфраструктурой системы. Аналогичная тенденция наблюдается при интеграции вычислительной техники и телефонов.

Двунаправленный мобильный сервис — это преимущественно инструмент диспетчерской связи в простом или полудуплексном режиме с использованием технологии push-to-talk («нажми, чтобы говорить»), в первую очередь для обмена голосовыми сообщениями между мобильными системами, а не телефонной связью. Такие системы работают на инфраструктуре push-to-talk, например, iDEN от компании Nextel, специализированная мобильная радиосвязь (SMR), MPT-1327, расширенная специализированная мобильная радиосвязь (ESMR) или обычные радиосети. Некоторые современные двунаправленные системы могут поддерживать полный дуплекс и функцию телефонной связи.

Радиотелефон использует полный дуплекс (одновременная передача и приём), базируется на коммутируемых каналах (FDMA, TDMA и др.) и в основном связывается с телефонами, подключёнными к общественной телефонной сети. Соединение устанавливается набором цифрового кода абонентом, линия разрывается при нажатии кнопки завершения. Вся работа происходит поверх телефонной инфраструктуры, такой как AMPS или GSM.

Первоначальными пользователями мобильного сервиса были государственные и транспортные структуры, где применялась односторонняя передача без двусторонней коммуникации. На железных дорогах применялась радиосвязь диапазона средних частот (СВЧ), сходного с диапазоном АМ-вещания, для повышения уровня безопасности движения. Теперь, вместо выхода из кабины и получения приказов с перрона, стало возможно голосовое взаимодействие с движущимся поездом. Сети мобильного сервиса соединяли хвостовой вагон с кабиной машиниста. Первые системы радиосвязи полиции работали преимущественно на средних частотах выше АМ-диапазона (1,7 МГц). Некоторые ранние системы (так называемые перекрёстнополосные) обеспечивали обратную связь на частотах 30-50 МГц.

Изначально в мобильном сервисе использовалась амплитудная модуляция (АМ) для передачи информации по каналу связи. Со временем проблемы с электрическим шумом показали преимущества частотной модуляции (ЧМ) в устойчивости к помехам от зажигания и электросети автомобиля. Диапазон, используемый ранними системами (25-50 МГц, «низкий» VHF-диапазон), оказался подвержен помехам. Рост спроса и потребность в увеличении числа каналов привели к расширению диапазонов для двунаправленного мобильного сервиса — сначала в «высокий» VHF (150—174 МГц), затем в UHF (450—470 МГц), причём полоса UHF расширялась неоднократно.

Одной из главных технических проблем раннего мобильного сервиса было преобразование бортовой энергии (6 или 12 В) в высокое напряжение для питания ламповых радиостанций. Для этого в первых образцах применялись динамоторы (электромеханические преобразователи постоянного тока, в которых электромотор питал генератор высокого напряжения для ламп). Такие устройства часто были размером с чемодан и могли делиться на отдельные блоки передатчика и приёмника. Со временем появились электромеханические вибраторы, а затем и полупроводниковые источники питания, позволившие облегчить конструкцию и повысить надёжность. Эти схемы-инверторы преобразовывали постоянный ток в переменный для подачи на силовой трансформатор, после чего высокое напряжение выпрямлялось. Источники питания формировали необходимое высокое напряжение для ламповых каскадов (в британском английском — «вакуумные вальвы»). Значительный вес источников объяснялся массивными трансформаторами на железных сердечниках, а недостатки — низким КПД и высокой суммарной нагрузкой на электросистему ТС (например, могли потребоваться доработки генератора/альтернатора).

Примеры ламповых мобильных станций 1950—1960-х годов (без транзисторов):

• Motorola FMTRU-140D (с динамотором)
• Motorola Twin-V (названа так из-за «универсального» блока питания 6/12 В)
• General Electric Progress Line (ранние модели без блока питания «T-Power»)
• Kaar Engineering Model 501

Радиооборудование от ведущих американских производителей было схожим — частично из-за требований Федеральной комиссии по связи (FCC). Для предотвращения несанкционированного использования многие станции блокировались запуском — работать они могли только при включённом зажигании ТС, а значит, без ключа передача была невозможна. Вся аппаратура требовала официального допуска FCC и, чтобы получить его, должна была оснащаться световым индикатором (обычно зелёным или жёлтым), показывающим, что питанию подано и станция готова, а также отдельной лампой (обычно красной) — когда ведётся передача. Подобные элементы сохранились и в современном оборудовании.

Ранние ламповые станции работали с канальным интервалом 50 кГц и девиацией ±15 кГц, что ограничивало максимальное количество каналов из-за ширины каждого канала^[2].

С элементами на транзисторах оборудование появилось в 1960-х, отличаясь меньшими габаритами и более эффективными схемами. Тогда же шаг между каналами уменьшился до 20-30 кГц с девиацией ±5 кГц, чтобы вместить быстро растущий парк двунаправленных пользователей. К середине 1970-х усилители мощности были переведены с ламп на транзисторы. С 1960-х по 1980-е годы крупные потребители с особыми требованиями заказывали индивидуальные решения — многотоновые кодеры CTCSS, системы больше чем на два канала были редкостью, производителей подталкивали к выпуску кастомных изделий (например, для лесной службы Калифорнии или дорожной полиции).

Примеры частично транзисторных (гибридных) американских станций:

• Motorola Motrac
• Motorola MJ IMTS Car Telephone (1963)
• General Electric Transistorized Progress Line
• General Electric MASTR Professional и MASTR Executive
• RCA Super Carfone

Производство индивидуальных моделей под одного заказчика ушло в прошлое. Современные мобильные устройства насыщены функциональностью: поддерживают 100 и более каналов, управляются микропроцессорами, имеют встроенные опции вроде селективного вызова (ID устройства). Для программирования функций и каналов требуется компьютер со специальным ПО — меню изобилуют сложными настройками. Многие современные станции снабжены алфавитно-цифровыми дисплеями, отображающими канал не просто как «F1», «F2», а с пользовательскими именами («Базовая станция Провиденс», «Бостон» и т. п.). Конструкторское разнообразие призвано уменьшить потребность в индивидуальной разработке.

Примеры современных микропроцессорных мобильных станций (США):

• Motorola Astro Digital Spectra W9
• Kenwood TK-690

Из-за стремительного роста числа пользователей межканальный интервал сократился до 12,5-15 кГц с девиацией ±2,5 кГц. Кроме того, чтобы уместиться в компактных и экономичных машинах, современные станции имеют значительно меньшие объёмы по сравнению с ламповыми предшественниками.

Профессиональное и коммерческое мобильное оборудование обычно приобретается у специализированных поставщиков либо непосредственно у производителей, в большом парке возможна собственная служба технического обслуживания.

Обычно современная мобильная станция представляет собой радиотрансивер в одном корпусе и микрофон с кнопкой передачи. К каждому комплекту подключается антенна через коаксиальный кабель, иногда ставится внешний громкоговоритель для компенсации дорожного шума. Правильное размещение критично: нельзя допускать помех для люка, электроники двигателя, систем стабилизации или подушек безопасности.

Мотоциклетные станции должны выдерживать вибрации и непогоду; профессиональное оборудование изготавливают в ударопрочном и влагозащищённом корпусе, а монтаж осуществляется на антивибрационных кронштейнах для минимизации эффекта резонанса.

В некоторых моделях используются микрофоны или гарнитуры с функцией шумоподавления. При езде со скоростью свыше 160 км/ч дорожный ветер и шум ухудшают разборчивость речи. Например, в патрульных машинах дорожной полиции Калифорнии применяются микрофоны, снижающие фоновый шум от дороги и сирены. В пожарных машинах и тяжёлой технике аж используются гарнитуры с активным шумоподавлением — это защищает слух и улучшает качество радиосвязи для диспетчеров. Микрофоны такого типа требуют, чтобы оператор говорил чётко в их фронтальную часть; отверстия на задней стороне отслеживают общий шум, который затем подавляется благодаря фазовому сдвигу, оставляя в эфире лишь голос.

Многие станции имеют таймер передачи, предотвращающий «залипание» передачи (Push-to-talk stuck) — серьёзную проблему для системы двусторонней связи. Например, при неосторожном закрытии микрофона с нажатой кнопкой в бардачке автомобиль может «зависнуть» в режиме передачи и блокировать канал. В такси водители иногда преднамеренно зажимают передачу, мешая работе диспетчерской (штрафуется по FCC). Таймер передачи ограничивает продолжительность до 30-60 секунд, после чего передатчик автоматически отключается и в динамике раздаётся звуковой сигнал. Громкость этого сигнала зачастую не регулируется, таймер сбрасывается при отпускании кнопки передачи.

Оборудование для мобильного сервиса выпускается по стандартам Ассоциации электронной промышленности и Ассоциации телекоммуникационной индустрии США (EIA/TIA), что гарантирует стабильную работу и защищает рынок от некачественной продукции.

Для работы мобильного сервиса необходима антенна. Самые распространённые варианты — вертикальные стальные штыри или металлические «кнуты», возвышающиеся над автомобилем. Физика диктует длину: длина напрямую связана с рабочей частотой. Укорачивать или наращивать антенну самовольно чаще всего невозможно. Типичная четвертьволновая антенна для диапазона 25-50 МГц достигает длины 2,7-3 м; для 900 МГц — всего 7-8 см. Транспортные средства массового транспорта могут использовать укреплённые антенны, внешне напоминающие белые пластиковые «плавники». На некоторых машинах с скрытой установкой могут быть антенны, стилизованные под стандартную AM/FM-антенну, зеркала заднего вида, либо монтируемые внутри окон, на полу или под днищем. На летательных аппаратах антенны имеют форму ножа или плавника в зависимости от рабочей частоты, на микроавтобусах микроволновые антенны выглядят как плоские панели. Временные установки могут крепиться к деталям автомобиля или держаться на корпусе с помощью магнитов.

Хотя элементы системы мобильной радиосвязи сами по себе дёшевы (по сравнению с оборудованием), антенны, склонные к повреждениям, могут оказаться дорогими в замене. Обычно сервисные соглашения не включают их обслуживание в стоимость. На автомобилях с жёсткими подвесками, большим клиренсом и вибрирующими дизельными моторами антенны разрушаются особенно быстро. Расположение и тип антенны существенно влияют на эффективность — крупные транспортные парки тестируют несколько вариантов, прежде чем выбрать постоянную схему.

Согласно рекомендациям Управления по охране труда и здоровья США (OSHA) для неионизирующего радиоизлучения расстояние до антенны должно быть по меньшей мере 60 см (2 фута) от любого пассажира. Эта инженерная норма предупреждает непреднамеренное облучение людей при работе передатчика^[3].

Службы, полагающиеся на диспетчерскую связь (эвакуаторы, скорая помощь), могут комплектоваться несколькими мобильными станциями на один автомобиль. Например, эвакуатор может быть оснащён одной станцией для связи с оператором фирмы и второй — для связи с дорожной службой. В карете скорой одна радиостанция служит для связи с диспетчерской муниципальной службы, другая — с собственной диспетчерской компании.

В американской карете скорой помощи мобильный сервис часто оснащён двойным комплектом органов управления и микрофонов, что позволяет оператору использовать радиостанцию как из салона с пациентом, так и из водительской кабины^[4].

И эвакуаторы, и машины скорой помощи могут дополнительно иметь мобильную радиостанцию для поддержки мобильного терминала данных. Такая станция позволяет организовать приём и передачу данных через отдельный канал (аналогично тому, как факсмашина использует собственную телефонную линию) — это даёт возможность передавать данные и голос параллельно. В первых сетях Federal Express (FedEx) одна станция обеспечивала оба режима, при этом для разговора нужно было нажать кнопку «запросить передачу», после чего система допускала голосовую связь с диспетчером.

Каждая станция работает на определённом частотном диапазоне — если, к примеру, эвакуатору и автоклубу выделены частоты одной полосы, можно обойтись одной станцией с функцией сканирования. Но если используются разные диапазоны, то в машине потребуется несколько станций^[5].

C целью экономии некоторые системы используют зарядные станции для портативных станций (walkie-talkie), а не отдельные мобильные установки. Каждый оператор получает радиостанцию-портативку, а каждое транспортное средство — консоль с док-станцией. При установке walkie-talkie в автозарядку: 1) он подключается к внешней антенне автомобиля, 2) к усилителю и громкоговорителю, 3) к дополнительному микрофону, 4) заряжается аккумулятор.

Слабым местом остаётся низкая надёжность разъёмов, особенно при интенсивной эксплуатации. Сложности также возникают с приёмом сигнала в условиях плотной загрузки эфира и в городах. Такие решения называются иногда системами «закинь и поехал» (shake-and-go)^[6].