Введение
Система связи
Наземная мобильная радиосистема (LMRS) – это система голосовой связи между людьми, состоящая из двухсторонних радиоприёмников-передатчиков (аудиопередатчик и приёмник в одном устройстве), которые могут быть стационарными (базовые станции), мобильными (установленными в транспортных средствах) или портативными (ручные приёмники-передатчики, например, "рации"). Общедоступные наземные мобильные радиосистемы предоставляются коммерческими организациями для использования общественностью на платной основе. К ним относятся, например, мобильная телефонная связь и услуги пейджинга. Частные наземные мобильные радиосистемы доступны для использования организациями, обеспечивающими общественную безопасность, такими как полиция, пожарная служба, скорая помощь и другие государственные учреждения. Им выделены частоты для исключительного использования. Коммерческие частные наземные мобильные системы доступны для предприятий в сферах бизнеса, промышленности и наземного транспорта. Большинство частот используются совместно с другими пользователями. Наземные мобильные радиосистемы используют каналы в диапазонах VHF или UHF, поскольку антенны, используемые на этих коротких волнах, достаточно малы для установки на транспортные средства или портативные приёмники-передатчики. Мощность передатчика обычно ограничена несколькими ваттами, чтобы обеспечить надёжную рабочую дальность в зависимости от рельефа местности. Для увеличения зоны покрытия можно использовать ретрансляторы, установленные на высоких зданиях, холмах или горных вершинах. В более старых системах используется AM- или, как правило, FM-модуляция, в то время как некоторые современные системы используют цифровую модуляцию, позволяющую передавать как данные, так и голос. Большинство систем (30–174 МГц) работают в режиме симплексной связи, когда несколько радиостанций используют один радиоканал. Одновременно передавать может только одна радиостанция. В остальное время приёмник обычно находится в режиме приёма, чтобы пользователь мог слышать другие радиостанции на канале. Чтобы начать передачу, пользователь нажимает кнопку "передача" (PTT), которая включает передатчик приёмника-передатчика.
A land mobile radio system (LMRS) is a person to person voice communication system consisting of two way radio transceivers (an audio transmitter and receiver in one unit) which can be stationary (base station units), mobile (installed in vehicles), or portable (handheld transceivers e. g. "walkie talkies"). Public land mobile radio systems are available for use by commercial businesses offering communications service to the public for a fee. This would include mobile telephone and paging service, as examples. Private land mobile radio systems are available for use by public safety organizations such as police, fire, ambulance, and other governmental entities. They are allocated frequencies exclusively for their use. Commercial Private Land Mobile systems are available for businesses in the Business, Industrial, and Land Transportation sectors. Most frequencies are shared with other users. Land mobile radio systems use channels in the VHF or UHF bands, since the antennas used at these short wavelengths are small enough to mount on vehicles or handheld transceivers. Transmitter power is usually limited to a few watts, to provide a reliable working range on the order of depending on terrain. Repeaters installed on tall buildings, hills or mountain peaks can be used to increase the coverage area. Older systems use AM or, usually, FM modulation, while some recent systems use digital modulation allowing them to transmit data as well as voice. Most (30 174 MHz) systems operate simplex, with multiple radios sharing a single radio channel. Only one radio can transmit at a time. The transceiver is otherwise normally in receiving mode so the user can hear other radios on the channel. To talk, the user presses a push to talk button that turns on the transmitter of the transceiver.
Военное применение
Наземные мобильные радиосистемы широко используются военными. Для их использования зарезервированы отдельные диапазоны радиочастотного спектра. Это включает в себя части диапазона 30-50 МГц, а также полностью диапазоны 138-144, 148-150.8 и 380-400 МГц, плюс совместное использование диапазона 406-420 МГц.
Коммерческое использование
Многие предприятия и отрасли промышленности во всем мире используют эти радиостанции в качестве основного средства связи, особенно от стационарной точки до мобильных пользователей (то есть от базовой станции до парка мобильных устройств). Коммерческие радиостанции обычно доступны в диапазонах частот VHF и UHF. 30–50 МГц (иногда называемый "низким диапазоном VHF" или "низкой полосой"), 150,8–174 МГц (иногда называемый "высоким диапазоном VHF" или "высокой полосой"), 450–470 МГц "UHF". Многие крупные населенные пункты имеют дополнительные частоты UHF от 470 до 512 МГц. Существует также небольшой сегмент на частоте 220 МГц для радиосвязи специального назначения (LMR), но он используется мало. Диапазон 800 МГц (851–866 МГц) широко используется в большинстве штатов США. Частоты зарезервированы для служб общественной безопасности и промышленных пользователей. Диапазон 900 МГц (935–940 МГц) доступен исключительно для промышленных пользователей. Наконец, службам общественной безопасности выделен эксклюзивный диапазон частот 758–806 МГц. Низкий диапазон обеспечивает большую дальность связи, но требует использования мобильных антенн высотой до 9 футов (3 м). VHF-диапазоны хорошо работают на открытом воздухе, над водными поверхностями и во многих других областях применения. UHF-диапазоны обычно лучше работают в городских условиях и при преодолении препятствий, таких как здания. Коммерческим и пользователям служб общественной безопасности требуется получение лицензий Федеральной комиссии по связи США (FCC) в Соединенных Штатах.
Повторники
Мобильные и портативные станции имеют довольно ограниченную дальность, обычно от трех до двадцати миль (~5 до 32 км) в зависимости от рельефа местности. Для увеличения дальности этих станций можно использовать репитеры. Обычно они размещаются на холмах и зданиях для увеличения зоны покрытия. Репитеры состоят из одного или нескольких приемников и передатчика с контроллером. Контроллер активирует репитер при обнаружении несущей частоты на одном из входящих каналов, что означает, что пользователь говорит. Репитер принимает радиосигнал, демодулирует его в аудиосигнал, который фильтруется для подавления шумов, и затем ретранслирует его на втором канале, чтобы избежать интерференции с исходным сигналом. Этот сигнал принимается другим двухсторонним радио в расширенной зоне действия репитера. Когда второй пользователь отвечает на втором канале, завершая полудуплексный обмен, его сигнал принимается репитером, аналогично обрабатывается и ретранслируется на первом канале обратно первому пользователю. Большинство контроллеров также декодируют тоны системы CTCSS (Continuous Tone-Coded Squelch System), что позволяет репитеру активироваться только при получении от станции заранее запрограммированного кода, предотвращая несанкционированное использование репитера. Кроме того, размещение репитеров на возвышенностях снижает вероятность помех от удаленных станций на той же частоте. Для соблюдения правил идентификации станции может использоваться модуль синтезированного голоса или передаваться код Морзе. Пользователи, которым выделены собственные частоты, могут быть освобождены от этого требования. В репитерных установках используются дуплексеры – это полосовые фильтры, обычно объединенные в блоки по шесть, восемь или иногда четыре штуки. Они разделяют сигналы передатчика и приемника, позволяя использовать одну антенну и коаксиальный кабель. Несмотря на эффективность и простоту установки, на производительность дуплексеров могут влиять влажность и температура, поэтому в большинстве конфигураций устанавливается осушитель для защиты дуплексеров и коаксиального кабеля от влаги, а также используются отапливаемые помещения для их размещения. Необходимо использовать высококачественные коаксиальные кабели, разъемы и антенны, поскольку одиночная антенна менее терпима к ошибкам, чем система с двумя антеннами, и любая утечка RF-сигнала или плохое соединение может существенно снизить надежность и производительность репитера. В некоторых случаях требуется настройка кабелей, соединяющих репитер и дуплексеры, для минимизации этих проблем. В системах с двумя антеннами используются две антенны и два коаксиальных кабеля, подключенные к передатчику и приемнику. Обычно применяются коаксиальные кабели с тройным экранированием или кабели Heliax с низкими потерями для обеспечения изоляции между системами. Две антенны обычно используются, если позволяет пространство на мачте или есть возможность построить антенную решетку. Основная проблема систем с двумя антеннами – изоляция антенн, чтобы исключить попадание сигнала передатчика в приемник. В противном случае возникает петля обратной связи, аналогичная той, что слышна при расположении микрофона рядом с динамиком. В этом случае репитер усиливает собственный сигнал до тех пор, пока не будет выключен или не сработает таймер ограничения времени передачи (TOT). Для решения этой проблемы антенны должны быть расположены на расстоянии нескольких длин волн друг от друга в противоположных вертикальных плоскостях. Например, приемная антенна имеет вертикальную поляризацию, а передающая антенна располагается на расстоянии не менее одной длины волны (или больше) ниже приемной антенны, но повернута на 180° для сохранения вертикальной поляризации. Антенны с нулевой зоной непосредственно над и под ними – отличный выбор, поскольку другая антенна может быть размещена в этой зоне с меньшим влиянием. Антенны также должны иметь одинаковую поляризацию со станциями, обращающимися к репитеру – обычно вертикальную.
Интерференция в спектре
В ноябре 2005 года многие автоматические гаражные ворота в Оттаве, провинция Онтарио, Канада, внезапно перестали работать из-за мощного радиосигнала, который, по всей видимости, создавал помехи пультам дистанционного управления, открывающим их. Летом 2004 года операторы гаражных ворот заметили аналогичные явления вблизи военных баз США. Сильные радиосигналы в диапазоне 390 МГц глушили открыватели гаражных ворот. Один из техников сравнил это с попыткой перекричать крик шепотом. Для удовлетворения потребностей национальной безопасности и выполнения указаний правительства об эффективном использовании электромагнитного спектра, Министерство обороны (МО) развертывает новые наземные мобильные радиостанции на военных объектах по всей стране. Новые наземные мобильные радиостанции работают в том же частотном диапазоне – от 380 до 399,9 МГц, – что и многие маломощные нелицензированные открыватели гаражных ворот, которые уже много лет работают в этом диапазоне. Хотя МО имеет право на использование данного спектра на протяжении нескольких десятилетий, применение наземных мобильных радиостанций в диапазоне от 380 до 399,9 МГц является относительно новым. С началом развертывания новых радиостанций МО и увеличением использования частотного диапазона 380–399,9 МГц, некоторые пользователи открывателей гаражных ворот столкнулись с различной степенью неисправности, которая была связана с помехами, вызванными новыми радиостанциями. Тем не менее, поскольку открыватели гаражных ворот работают как нелицензированные устройства, они обязаны принимать любые помехи от авторизованных пользователей спектра. Это требование основано на пункте 15 правил Федеральной комиссии по связи (FCC). Открыватели гаражных ворот и другие нелицензированные устройства часто называют «устройствами, соответствующими пункту 15». Конгресс поручил Счетной палате США (GAO) изучить потенциальные помехи в спектре, вызванные недавним развертыванием наземных мобильных радиостанций МО. В частности, Конгресс попросил нас (1) определить масштаб проблемы помех в спектре, связанных с недавними испытаниями и использованием мобильных радиостанций на военных объектах в Соединенных Штатах, (2) проанализировать усилия, предпринятые МО при разработке системы наземной мобильной радиосвязи для выявления и предотвращения помех в спектре, и (3) определить предпринимаемые меры по решению этой проблемы.