Radio dwukierunkowe - Two-way radio

Kontroler ruchu lotniczego marynarki komunikuje się z samolotem za pomocą dwukierunkowego zestawu słuchawkowego;
Różnorodność przenośnych radiotelefonów przenośnych do użytku prywatnego.
Radioamatorska stacja radiowa, dwukierunkowa radiostacja używana do celów rekreacyjnych przez hobbystów zwanych radioamatorami
Kilka przenośnych radiotelefonów przeznaczonych dla służb publicznych (policja, straż pożarna, ratownictwo) zgodnych ze standardem radia cyfrowego Project 25
Mobilna radiostacja Obywatelska w ciężarówce

Dwukierunkowej łączności radiowej jest radiowy że zarówno nadawania i odbioru fal radiowych (a nadawczo-odbiorcze ), w przeciwieństwie do transmisji odbiornika, który tylko odbiera treść. To jest audio (dźwięk) transceiver , o nadajnik i odbiornik w jednej jednostce, wykorzystywane do dwukierunkowego osoba do osoby komunikację głosową z innymi użytkownikami o podobnych radia. Radiotelefony dostępne są w wersjach stacjonarnych ( stacja bazowa ), mobilnych (instalowane w pojazdach) oraz przenośnych ręcznych. Podręczne radiotelefony są często nazywane krótkofalówkami , handie-talkie lub hand-helds. Radiotelefony są używane przez grupy oddzielonych geograficznie osób, które muszą utrzymywać ciągłą komunikację głosową, takich jak piloci samolotów i kontrolerzy ruchu lotniczego , kapitanowie statków i kapitanowie portów , personel służb ratunkowych, takich jak strażacy, policjanci i ratownicy pogotowia ratunkowego, taksówki i dostawy służb, żołnierzy i jednostek wojskowych, pracowników fast foodów i magazynów oraz radioamatorów .

Dwukierunkowe systemy radiowe zwykle wykorzystują jeden kanał radiowy i działają w trybie half-duplex : tylko jeden użytkownik na kanale może nadawać w danym momencie, więc użytkownicy w grupie użytkowników muszą rozmawiać na zmianę. Radio jest normalnie w trybie odbioru, więc użytkownik może słyszeć wszystkie inne transmisje na kanale. Gdy użytkownik chce rozmawiać, naciska przycisk „ naciśnij i mów ”, który wyłącza odbiornik i włącza nadajnik; kiedy puści przycisk, odbiornik jest ponownie aktywowany. Dostępnych jest wiele kanałów, dzięki czemu oddzielne grupy użytkowników mogą komunikować się w tym samym obszarze bez wzajemnego zakłócania się. Inne dwukierunkowe systemy radiowe działają w trybie pełnego dupleksu , w którym obie strony mogą rozmawiać jednocześnie. Wymaga to albo dwóch oddzielnych kanałów radiowych, albo metod współdzielenia kanałów, takich jak dupleks z podziałem czasu (TDD), aby przenosić dwa kierunki rozmowy jednocześnie na jednej częstotliwości radiowej. Komórka jest przykładem pełnego dupleksu radia dwukierunkowej. Podczas rozmowy telefonicznej telefon komunikuje się z wieżą komórkową za pośrednictwem dwóch kanałów radiowych; przychodzący do przenoszenia głosu strony zdalnej do użytkownika i wychodzący do przenoszenia głosu użytkownika do strony zdalnej.

Historia

Radio morskie VHF na statku
Radiotelefon dwukierunkowy w wozie strażackim używanym przez strażaków do komunikacji z dyspozytorem

Instalacja odbiorników i nadajników w tej samej stałej lokalizacji umożliwiła bezprzewodową wymianę wiadomości. Już w 1907 r. dwukierunkowy ruch telegraficzny przez Ocean Atlantycki był dostępny na rynku. Do 1912 r. statki handlowe i wojskowe posiadały zarówno nadajniki, jak i odbiorniki , umożliwiając dwukierunkową komunikację w czasie zbliżonym do rzeczywistego ze statkiem, który był poza zasięgiem wzroku lądu.

Pierwszy prawdziwie mobilny dwukierunkowy sprzęt radiowy został opracowany w Australii w 1923 roku przez starszego konstabla Fredericka Williama Downie z wiktoriańskiej policji. Victoria Police były pierwszymi na świecie do korzystania z komunikacji bezprzewodowej w samochodach, kładąc kres nieefektywnych raporty o stanie pośrednictwem budek telefonicznych publicznych, które były wykorzystywane do tego czasu. Pierwsze zestawy zajmowały całe tylne siedzenie radiowozów Lancii .

W miarę jak sprzęt radiowy stał się potężniejszy, kompaktowy i łatwiejszy w użyciu, w mniejszych pojazdach zainstalowano sprzęt do dwukierunkowej komunikacji radiowej. Instalacja sprzętu radiowego w samolotach pozwoliła zwiadowcom na przekazywanie obserwacji w czasie rzeczywistym, nie wymagając od pilota wysyłania wiadomości do żołnierzy na ziemi poniżej lub lądowania i składania osobistego raportu.

W 1933 r. wydział policji w Bayonne w stanie New Jersey z powodzeniem obsługiwał dwukierunkowy system między stacją centralną a nadajnikami-odbiornikami radiowymi zainstalowanymi w samochodach policyjnych; pozwoliło to na szybkie kierowanie reakcją policji w sytuacjach awaryjnych. Podczas II wojny światowej ręczne radiotelefony walkie-talkie były szeroko stosowane przez wojska powietrzne i lądowe, zarówno przez aliantów, jak i państwa Osi.

Wczesne schematy dwukierunkowe pozwalały tylko jednej stacji nadawać na raz, podczas gdy inne słuchały, ponieważ wszystkie sygnały były na tej samej częstotliwości radiowej – nazywano to trybem „simplex”. Operacje kodowe i głosowe wymagały prostego protokołu komunikacyjnego, aby umożliwić wszystkim stacjom współpracę przy wykorzystaniu jednego kanału radiowego, tak aby transmisje jednej stacji nie były przesłonięte przez inną. Dzięki zastosowaniu odbiorników i nadajników dostrojonych do różnych częstotliwości oraz rozwiązaniu problemów związanych z pracą odbiornika bezpośrednio przy nadajniku, możliwa była jednoczesna transmisja i odbiór na każdym końcu łącza radiowego, w tzw. trybiefull duplex ”.

Pierwsze systemy radiowe nie mogły przesyłać głosu. Wymagało to przeszkolenia operatorów w posługiwaniu się alfabetem Morse'a . Na statku oficerowie obsługi radiowej (czasami skracani do „radiooficerów”) zwykle nie mieli innych obowiązków niż obsługa wiadomości radiowych. Gdy transmisja głosu stała się możliwa, dedykowani operatorzy nie byli już potrzebni, a korzystanie z dwukierunkowej łączności radiowej stało się bardziej powszechne. Dzisiejsze dwukierunkowe mobilne urządzenie radiowe jest prawie tak proste w użyciu, jak telefon domowy, z punktu widzenia personelu obsługującego, co czyni dwukierunkową łączność użytecznym narzędziem w szerokim zakresie funkcji osobistych, komercyjnych i wojskowych.

Rodzaje

Dwukierunkowe systemy radiowe można sklasyfikować na kilka sposobów w zależności od ich atrybutów.

Konwencjonalny a trankingowy

Standardowy

Konwencjonalne radiotelefony działają na stałych kanałach RF. W przypadku radiotelefonów z wieloma kanałami działają one na jednym kanale na raz. Właściwy kanał wybiera użytkownik. Użytkownik operuje selektorem kanałów (pokrętłem lub przyciskami) na panelu sterowania radia, aby wybrać odpowiedni kanał.

W systemach wielokanałowych kanały są wykorzystywane do odrębnych celów. Kanał może być zarezerwowany dla określonej funkcji lub obszaru geograficznego. W systemie kanałów funkcjonalnych jeden kanał może umożliwić ekipom naprawczym dróg City of Springfield rozmowę z biurem utrzymania dróg City of Springfield. Drugi kanał może umożliwić załogom remontowym dróg komunikowanie się z załogami wydziału autostrad stanowych.

W systemie rozległym lub geograficznym firma taksówkarska może używać jednego kanału do komunikacji w rejonie Bostonu w stanie Massachusetts, a drugiego, gdy taksówki są w Providence, Rhode Island. Nazywa się to działaniem wielostanowiskowym. W takim przypadku kierowca lub radiotelefon musi przełączać kanały, aby utrzymać zasięg podczas przechodzenia między poszczególnymi obszarami. Większość nowoczesnych konwencjonalnych radiotelefonów i systemów cyfrowych (tj. NXDN i DMR ) jest zdolna do automatycznego „roamingu”, w którym radio automatycznie przełącza kanały w sposób dynamiczny. Radio dokonuje tego w oparciu o siłę odbieranego sygnału powtarzającego się sygnału „latarni” przemiennika radiowego oraz listę „lokalizacji” lub „roam”, która identyfikuje dostępne kanały geograficzne. Niektóre konwencjonalne systemy analogowe mogą być wyposażone w funkcję zwaną „skanowaniem głosowania”, która zapewnia bardziej ograniczony roaming (rzadko stosowany w praktyce). Technologia radiowa „simulcast” może być również stosowana na obszarach przyległych, gdzie każda lokalizacja jest wyposażona w ten sam kanał. W tym przypadku nadajniki muszą być ściśle zsynchronizowane, a do wyboru najlepszej jakości sygnału z mobilnego radia wymagane jest scentralizowane urządzenie porównujące wyborcę lub odbiornik. Jest to często stosowane w systemach bezpieczeństwa publicznego i użyteczności publicznej.

W morskich operacjach radiowych jeden kanał jest używany jako kanał alarmowy i wywoławczy, dzięki czemu stacje mogą nawiązać kontakt przed przejściem do oddzielnego kanału roboczego w celu ciągłej komunikacji.

Motorola używa terminu „ tryb” w odniesieniu do kanałów w niektórych konwencjonalnych modelach radiotelefonów dwukierunkowych. W tym zastosowaniu tryb składa się z kanału częstotliwości radiowej i wszystkich opcji zależnych od kanału, takich jak wywoływanie selektywne, skanowanie kanałów, poziom mocy i inne.

Skanowanie w konwencjonalnych radiach

Niektóre konwencjonalne radia skanują więcej niż jeden kanał. Oznacza to, że odbiornik przeszukuje więcej niż jeden kanał pod kątem prawidłowej transmisji. Ważną transmisją może być kanał radiowy z dowolnym sygnałem lub kombinacją kanału radiowego z określonym kodem CTCSS ( ang. Continuous Tone Coded Squelch System ) (lub selektywnego wywoływania ).

Istnieje wiele różnych konfiguracji skanowania, które różnią się w zależności od systemu. Niektóre radiotelefony mają funkcje skanowania, które odbierają główny wybrany kanał z pełną głośnością, a inne kanały z listy skanowania ze zmniejszoną głośnością. Pomaga to użytkownikowi odróżnić kanał podstawowy od innych bez patrzenia na panel sterowania radiowego. Przegląd:

  • Funkcję skanowania można zdefiniować i wstępnie ustawić: w trybie skanowania skanowany jest z góry określony zestaw kanałów. Kanały nie są zmieniane przez użytkownika radia.
  • Niektóre radiotelefony oferują opcję skanowania wybranego przez użytkownika: umożliwia to zablokowanie wstępnie wybranych kanałów lub dodanie kanałów do listy skanowania przez operatora. Radio może powracać do domyślnej listy skanowania po każdym wyłączeniu lub może trwale przechowywać najnowsze zmiany. W profesjonalnych radiotelefonach funkcje skanowania są programowalne i mają wiele opcji. Funkcje skanowania mogą wpływać na opóźnienia systemu. Jeśli radio ma listę wyszukiwania dwudziestu kanałów, a niektóre kanały mają CTCSS, przeszukanie całej listy może zająć kilka sekund. Radio musi zatrzymać się na każdym kanale z sygnałem i sprawdzić poprawność CTCSS przed wznowieniem skanowania. Może to spowodować pominięcie wiadomości.

Z tego powodu funkcje skanowania nie są używane lub listy skanowania są celowo krótkie w aplikacjach awaryjnych. Część projektu 16 APCO ustanowiła standardy dotyczące czasów dostępu do kanałów i opóźnień spowodowanych przez obciążenie systemu. Funkcje skanowania mogą dodatkowo zwiększyć te opóźnienia. W jednym z badań stwierdzono, że opóźnienia dłuższe niż 0,4 sekundy (400 milisekund) w służbach ratunkowych nie są zalecane. Brak opóźnień pomiędzy naciśnięciem i mową użytkownika, aż do usłyszenia głosu użytkownika w głośniku radia, jest nieosiągalnym ideałem.

Odpowiedz na skanowanie

Niektóre konwencjonalne radiotelefony wykorzystują lub mają opcję funkcji talk-back-on-scan. Jeśli użytkownik nadaje, gdy radio jest w trybie skanowania, może nadawać na ostatnim odebranym kanale zamiast na wybranym kanale. Może to pozwolić użytkownikom radiotelefonów wielokanałowych na odpowiedź na ostatnią wiadomość bez patrzenia na radio, aby sprawdzić, na którym kanale było. Bez tej funkcji użytkownik musiałby użyć selektora kanałów, aby przełączyć się na kanał, na którym pojawiła się ostatnia wiadomość. (Ta opcja może powodować zamieszanie, a użytkownicy muszą być przeszkoleni, aby zrozumieć tę funkcję).

To jest niepełna lista niektórych konwencjonalnych typów radia:

Trunked

W systemie łączności trankingowej logika systemu automatycznie wybiera fizyczny kanał częstotliwości radiowej. Istnieje protokół, który definiuje relację między radiotelefonami a szkieletem radiowym, który je obsługuje. Protokół umożliwia automatyczne przypisanie kanałów.

Cyfrowe systemy trankingowe mogą prowadzić jednoczesne rozmowy na jednym kanale fizycznym. W przypadku cyfrowego systemu łączności trankingowej system zarządza również szczelinami czasowymi na pojedynczym kanale fizycznym. Funkcję prowadzenia jednoczesnych rozmów jednym kanałem nazywamy multipleksowaniem .

Zamiast kanałów radiotelefony są powiązane grupami, które mogą być nazywane grupami, grupami rozmównymi lub podzielone na hierarchię, taką jak flota i podflota lub agencja-flota-podflota. Można je traktować jako kanały wirtualne, które pojawiają się i znikają w trakcie rozmowy.

Podobnie jak w przypadku konwencjonalnych systemów geograficznych o dużym zasięgu, systemy radiowej łączności trankingowej wymagają od użytkownika zmiany kanałów podczas podróży, chyba że radio jest wyposażone w automatyczny roaming. Od 2018 r. większość nowoczesnych systemów łączności trankingowej była zdolna do automatycznego roamingu.

Systemy dokonują ustaleń dotyczących uzgadniania i połączeń między radiotelefonami za pomocą jednej z tych dwóch metod:

  • Komputer przypisuje kanały przez dedykowany kanał sterowania . Kanał kontrolny wysyła ciągły strumień danych. Wszystkie radiotelefony w systemie monitorują strumień danych, dopóki komputer nie otrzyma polecenia dołączenia do rozmowy na przypisanym kanale.
  • Elektronika wbudowana w każde radio komunikuje się za pomocą protokołu tonów lub danych w celu nawiązania rozmowy (w oparciu o skanowanie).

Jeśli wszystkie kanały fizyczne są zajęte, niektóre systemy zawierają protokół do kolejkowania lub układania oczekujących żądań, dopóki kanał nie stanie się dostępny.

Niektóre radiotelefony trankingowe skanują więcej niż jedną grupę rozmówną lub podflotę floty agencyjnej.

Wizualne wskazówki, że radio może być trankingowe obejmują 1) brak pokrętła lub regulacji blokady szumów, 2) brak przycisku lub przełącznika monitora , 3) ćwierkanie (rozsławione przez Nextel) pokazujące, że kanał jest dostępny i gotowy w momencie naciśnięcia -to-talk jest wciśnięty.

To jest niepełna lista niektórych technologii trankingowych i nazw marketingowych producentów:

Kanały simpleksowe a kanały dupleksowe

Simpleks

Systemy kanałów simpleksowych wykorzystują jeden kanał do nadawania i odbierania. Jest to typowe dla samolotów VHF AM, pasm obywatelskich i radiostacji morskich. Systemy simplex są często starszymi systemami, które istnieją od lat 30. XX wieku. Architektura umożliwia współpracę starych radiotelefonów z nowymi w jednej sieci. W przypadku wszystkich statków na całym świecie lub wszystkich samolotów na całym świecie, duża liczba zainstalowanych radiotelefonów ( zainstalowana baza ) może zająć dekady, aby zaktualizować. Systemy simplex często wykorzystują otwarte architektury, które pozwalają na kompatybilność dowolnego radia spełniającego podstawowe standardy z całym systemem.

  • Zaleta: najprostsza konfiguracja systemu zapewnia niezawodność, ponieważ do nawiązania komunikacji między nimi potrzebne są tylko dwa radiotelefony, bez żadnej innej infrastruktury.
  • Wady: Konfiguracja simpleks zapewnia komunikację na najkrótszym zasięgu lub odległości, ponieważ jednostki mobilne muszą znajdować się w skutecznym zasięgu od siebie. Dostępna przepustowość kanału ogranicza liczbę jednoczesnych rozmów, ponieważ „martwy” czas antenowy nie może być łatwo wykorzystany do dodatkowej komunikacji.

Dupleks

Duplex oznacza, że ​​używane są dwa kanały: po jednym w każdym kierunku.

Systemy kanałów dupleksowych transmitują i odbierają na różnych kanałach dyskretnych. Definiuje to systemy, w których sprzęt nie może komunikować się bez pewnej infrastruktury, takiej jak repeater , stacja bazowa lub baza Talk-Through. Najbardziej powszechna w Stanach Zjednoczonych jest konfiguracja wzmacniaka, w której stacja bazowa jest skonfigurowana do jednoczesnej retransmisji dźwięku odbieranego z jednostek mobilnych. Dzięki temu telefony komórkowe lub palmtopy mogą komunikować się między sobą w dowolnym miejscu w zasięgu odbioru stacji bazowej lub wzmacniaka. Zazwyczaj stacja bazowa lub przemiennikowa ma dużą antenę i dużą moc, co pozwala na znacznie większy zasięg w porównaniu z pojazdem naziemnym lub ręcznym nadajnikiem-odbiornikiem.

Systemy dupleksowe można podzielić na dwa typy. Termin półdupleks odnosi się do systemów, w których do komunikacji wymagane jest użycie przełącznika „naciśnij i mów”. Pełny dupleks odnosi się do systemów takich jak telefony komórkowe z możliwością jednoczesnego odbierania i przesyłania. Wzmacniacze są z natury w trybie pełnego dupleksu, większość telefonów komórkowych i prawie wszystkie urządzenia ręczne są w trybie półdupleksowym.

  • Zaleta: kanały dupleksowe zwykle pozwalają na działanie przemiennika, co zwiększa zasięg (w większości przypadków ze względu na zwiększoną moc nadawania i lepszą lokalizację/wysokość anteny) – szczególnie w przypadku korzystania z radiotelefonów doręcznych.
  • Wada: Jeśli radio nie może dotrzeć do przemiennika, nie może się komunikować.

Hybrydowy simpleks/dupleks

Niektóre systemy używają kombinacji tych dwóch, w których radiotelefony domyślnie używają dupleksu, ale mogą komunikować się simpleks na kanale stacji bazowej, jeśli jest poza zasięgiem. W USA możliwość rozmowy simpleksowej na kanale dupleksowym z przemiennikiem jest czasami nazywana talk-around, direct lub car-to-car.

Naciśnij i mów (PTT)

W radiotelefonach z zestawami słuchawkowymi przycisk „naciśnij i mów” może być umieszczony na przewodzie lub bezprzewodowej skrzynce z elektroniką przypiętą do ubrania użytkownika. W wozach strażackich lub karetkach może znajdować się przycisk w miejscu podłączenia przewodowego zestawu słuchawkowego do okablowania radia. Samoloty zazwyczaj mają przewodowe zestawy słuchawkowe i oddzielny przycisk „naciśnij i mów” na drążku sterowym lub drążku sterowym. Konsole dyspozytorskie często mają obsługiwane ręcznie przyciski „naciśnij i mów” wraz z przełącznikiem nożnym lub pedałem. Jeśli ręce dyspozytora znajdują się na klawiaturze komputera, użytkownik może nacisnąć pedał nożny, aby nadawać. Niektóre systemy posiadają wyciszenie, dzięki czemu dyspozytor może prowadzić rozmowę telefoniczną, a osoba dzwoniąca nie może słyszeć tego, co mówi się przez radio. Ich mikrofon zestawu słuchawkowego wyciszy się, jeśli będą transmitować. To zwalnia dyspozytora z wyjaśniania każdej wiadomości radiowej dzwoniącemu.

W niektórych przypadkach zamiast przycisku „naciśnij i mów” stosuje się nadawanie sterowane głosem (VOX). Możliwe zastosowania to niepełnosprawni użytkownicy, którzy nie mogą nacisnąć przycisku, radioamatorzy, strażacy, operatorzy dźwigów lub inne osoby wykonujące krytyczne zadania, w których ręce muszą być wolne, ale komunikacja jest nadal konieczna.

Analogowe kontra cyfrowe

Jednym z przykładów radiotelefonów analogowych są radiostacje lotnicze AM używane do komunikacji z wieżami kontrolnymi i kontrolerami ruchu lotniczego. Innym jest krótkofalówka Family Radio Service. Sprzęt analogowy jest mniej skomplikowany niż najprostszy cyfrowy.

  • Zaleta: w sprzęcie wysokiej jakości, lepsza zdolność komunikowania się w przypadkach, gdy odbierany sygnał jest słaby lub zaszumiony.
  • Wada: na każdym kanale może odbywać się tylko jedna rozmowa na raz.

Przykładami cyfrowych technologii komunikacyjnych są wszystkie nowoczesne telefony komórkowe plus TETRA uważana za najlepszy standard w cyfrowym radiu i będąca podstawową infrastrukturą dla całych sieci krajowych, w tym producentów takich jak DAMM, Rohill, Cassidian, Sepura i innych, APCO Project 25 , standard dla cyfrowych radiotelefonów bezpieczeństwa publicznego, a wreszcie innych systemów, takich jak Motorola MOTOTRBO, HQT za DMR , Nextel iDEN , za Hytera DMR , EMC DMR i NXDN wdrożony przez Icom jak IDAS i Kenwood jako NEXEDGE. Tylko NXDN i Mototrbo są zastrzeżone. DMR to otwarty standard ETSI.

  • Zaleta: Możliwych jest więcej jednoczesnych ścieżek rozmów, a informacje, takie jak identyfikator urządzenia, przyciski stanu lub wiadomości tekstowe, mogą być wbudowane w pojedynczy cyfrowy kanał radiowy. Standard interoperacyjności TETRA oznacza, że ​​każdy radiotelefon marki TETRA może współpracować z dowolną infrastrukturą marki TETRA, nie zamykając użytkownika w drogich i zastrzeżonych systemach.
  • Wada: Radiotelefony muszą być zaprojektowane zgodnie z tym samym, kompatybilnym standardem, radiotelefony mogą szybko stać się przestarzałe (chociaż jest to łagodzone przez odpowiednio wdrożone standardy interoperacyjności, takie jak te ustanowione przez ETSI dla TETRA), kosztują więcej w zakupie i są bardziej skomplikowane.

Dane przez radio dwukierunkowe

W niektórych przypadkach do przesyłania danych analogowych lub cyfrowych stosuje się radio dwukierunkowe. Systemy mogą być simpleksowe lub dupleksowe i mogą wykorzystywać funkcje wywoływania selektywnego, takie jak CTCSS . W systemach pełnodupleksowych dane mogą być przesyłane w czasie rzeczywistym między dwoma punktami. W trybie simplex lub half-duplex dane mogą być przesyłane z opóźnieniem między wieloma punktami.

Niektóre dwukierunkowe systemy cyfrowe przenoszą zarówno dźwięk, jak i dane w jednym strumieniu danych. Systemy tego typu obejmują NXDN i APCO Project 25 . Inne, bardziej zaawansowane systemy w ramach standardu TETRA są w stanie łączyć ze sobą szczeliny czasowe, aby poprawić przepustowość danych, umożliwiając zaawansowane odpytywanie danych i aplikacje telemetryczne przez radio. Metoda kodowania i dekodowania strumienia audio nazywana jest kodekiem , takim jak rodzina kodeków AMBE lub ACELP .

Niedostępne na rynku urządzenia do śledzenia GPS i komunikatory mobilne mogą być połączone z popularnymi modelami radiotelefonów dwukierunkowych, zapewniającymi szereg funkcji.

Analog

Systemy analogowe mogą komunikować pojedynczy stan, np. poziom wody w zbiorniku inwentarskim. Nadajnik w miejscu zbiornika stale wysyła sygnał ze stałym tonem dźwiękowym. Ton zmieniałby się na wysokość, aby wskazać poziom wody w zbiorniku. Miernik na odległym końcu zmieniałby się w zależności od wysokości tonu, aby wskazać ilość wody obecnej w zbiorniku dla zwierząt gospodarskich. Podobne metody można zastosować do telemetrii dowolnych warunków analogowych. Ten typ systemu radiowego służy celowi odpowiadającemu pętli od czterech do dwudziestu miliamperów . W USA w tych systemach często stosuje się kanały śródmiąższowe w średnim paśmie 72-76 MHz lub UHF 450-470 MHz. Niektóre systemy multipleksują telemetrię kilku warunków analogowych, na przykład ograniczając każdy z nich do osobnego zakresu wysokości tonów.

Cyfrowy

Systemy cyfrowe mogą przekazywać wiadomości tekstowe z wysyłek wspomaganych komputerowo (CAD). Na przykład wyświetlacz w lawecie może wskazywać tekstową lokalizację połączenia i wszelkie powiązane szczegóły. Kierowca lawety może nacisnąć przycisk potwierdzenia , wysyłając dane w przeciwnym kierunku i oznaczając wezwanie jako odebrane przez kierowcę. Mogą być stosowane w analogowych systemach telemetrycznych, takich jak poziomy w zbiornikach hodowlanych, jak opisano powyżej. Inną możliwością jest ciśnienie oleju smarującego w silniku autobusu tranzytowego lub aktualna prędkość autobusu. Warunki analogowe są tłumaczone na słowa danych. Niektóre systemy wysyłają radiowe wiadomości przywoławcze, które mogą albo 1) emitować sygnał dźwiękowy do odbiornika przywoławczego, 2) wysyłać wiadomość numeryczną lub 3) wysyłać wiadomość tekstową.

Systemy cyfrowe zazwyczaj wykorzystują szybkości transmisji danych w szybkościach 1200-19200 kilobitów na sekundę i mogą wykorzystywać schematy modulacji, takie jak kluczowanie z przesunięciem częstotliwości, kluczowanie z przesunięciem częstotliwości dźwięku lub kwadraturowe kluczowanie z przesunięciem fazy do kodowania znaków. Nowoczesne urządzenia mają takie same możliwości przenoszenia danych, jakie można znaleźć w protokole internetowym. Pracując w ramach ograniczeń protokołu systemu, można wysyłać lub odbierać praktycznie wszystko.

Zaprojektowane a nie zaprojektowane

Systemy inżynieryjne są zaprojektowane tak, aby działały zbliżone do specyfikacji lub standardu. Zostały zaprojektowane jako systemy z całym wyposażeniem dopasowanym do wspólnego działania. Na przykład nowoczesny, samorządowy dwukierunkowy system radiowy w USA może być zaprojektowany tak, aby zapewnić pokrycie 95% obszaru na obszarze miejskim. Projektanci systemów używają modeli częstotliwości radiowych, modeli terenu i oprogramowania do modelowania propagacji sygnału w celu dokładnego oszacowania, gdzie radiotelefony będą działać na określonym obszarze geograficznym. Modele pomagają projektantom wybrać sprzęt, lokalizację sprzętu, anteny i oszacować, jak dobrze sygnały będą przenikać do budynków. Modele te będą wspierane przez testy napędu i rzeczywiste pomiary poziomu sygnału w terenie. Projektanci dostosowują wzorce anten, dodają lub przenoszą miejsca ze sprzętem oraz projektują sieci antenowe w taki sposób, aby osiągnąć zamierzony poziom wydajności.

Niektóre systemy nie są projektowane. Starsze systemy to istniejące systemy, które nigdy nie zostały zaprojektowane z myślą o osiągnięciu celu wydajności systemu. Mogli zacząć od stacji bazowej i grupy radiotelefonów przenośnych. Przez lata wyposażano ich w sprzęt w stylu bloków konstrukcyjnych. Starsze systemy mogą działać właściwie, nawet jeśli nie zostały profesjonalnie zaprojektowane jako spójny system. Użytkownik może zakupić i zlokalizować stację bazową, oczekując, że podobne systemy stosowane w przeszłości działały w zadowalający sposób. Wydział Dróg Miejskich może mieć system, który działa w sposób zadowalający, więc Wydział Parków może zbudować nowy podobny system i uznać go za równie użyteczny. Systemy General Mobile Radio Service zwykle nie są projektowane.

Opcje, cykl pracy i konfiguracja

Przykład rozmieszczenia sterowania w skonfigurowanym radiu ręcznym z obsługą P25 .

Lądowe radiotelefony przenośne typu tubowego z lat czterdziestych często miały jeden kanał i były wyposażone w blokadę szumów nośnych . Ponieważ radia były kosztowne i było mniej użytkowników radia, może się zdarzyć, że nikt w pobliżu nie korzystał z tego samego kanału. Kryształ nadawczo-odbiorczy musiał zostać zamówiony dla żądanej częstotliwości kanału, a następnie radio musiało zostać dostrojone lub ustawione do pracy na kanale. 12-woltowe przenośne radiotelefony lampowe pobierały kilka amperów w trybie gotowości i dziesiątki amperów podczas transmisji. Sprzęt działał idealnie, gdy był nowy. Z czasem wydajność lamp próżniowych stopniowo się pogarszała. Przepisy amerykańskie wymagały lampki wskazującej, że nadajnik ma włączone zasilanie i jest gotowy do nadawania, oraz drugiego wskaźnika (zwykle czerwonego), który wskazywał, że nadajnik jest włączony. W radiach z opcjami do wyboru opcji używano zworek drutowych i elementów dyskretnych. Aby zmienić ustawienie, technik przylutował opcjonalny przewód połączeniowy, a następnie dokonał odpowiednich regulacji.

Wiele urządzeń mobilnych i podręcznych ma ograniczony cykl pracy. Cykl pracy to stosunek czasu słuchania do czasu nadawania i jest ogólnie zależny od tego, jak dobrze nadajnik może odprowadzać ciepło z radiatora z tyłu radia. Cykl pracy 10% (powszechny w urządzeniach przenośnych) przekłada się na 10 sekund czasu transmisji na 90 sekund czasu odbioru. Niektóre urządzenia mobilne i podstawowe mają różne poziomy mocy – na przykład 100% cyklu pracy przy 25 watach i 15% przy 40 watach.

Trend zmierza w kierunku coraz większej złożoności. Nowoczesne radiotelefony przenośne i przenośne mogą mieć pojemność do 255 kanałów. Większość z nich jest zsyntetyzowana: wewnętrzna elektronika w nowoczesnych radioodbiornikach działa w szerokim zakresie częstotliwości bez regulacji strojenia. Modele z wyższej półki mogą mieć kilkaset opcjonalnych ustawień, a ich konfiguracja wymaga komputera i oprogramowania. Czasami elementy sterujące w radiu są określane jako programowalne. Zmieniając ustawienia konfiguracyjne, projektant systemu może ustawić przycisk na panelu sterowania radiotelefonu, aby działał jako:

  • włączyć lub wyłączyć skanowanie,
  • zaalarmować inny radiotelefon komórkowy (wybieranie selektywne),
  • włącz głośnik zewnętrzny lub
  • wybierz lokalizacje przemienników.

W większości nowoczesnych radiotelefonów ustawienia te są dokonywane za pomocą specjalistycznego oprogramowania (dostarczanego przez producenta) i połączenia z laptopem.

Radia oparte na mikroprocesorze mogą pobierać mniej niż 0,2 ampera w trybie czuwania i do kilkudziesięciu amperów w nadajnikach o dużej mocy, 100 wat.

Motorola MOTOTRBO Repeater DR3000 z duplekserem zamontowanym w walizce, 100% cykl pracy do 40 W mocy wyjściowej

Stacje bazowe, przemienniki oraz wysokiej jakości telefony Radia często mają specyfikacje, które obejmują cykl . Wzmacniacz powinien zawsze pracować w trybie ciągłym. Oznacza to, że radio jest zaprojektowane do nadawania w trybie ciągłym bez przegrzania nadajnika i wynikającej z tego awarii. Urządzenia przenośne pracują w trybie przerywanym, radiotelefony przewoźne i radiotelefony stacji bazowych są dostępne w konfiguracjach normalnej lub ciągłej pracy. Stała służba jest preferowana w mobilnym sprzęcie ratunkowym, ponieważ każda z całej floty karetek, na przykład, może zostać wcielona do służby jako stanowisko dowodzenia w przypadku poważnego incydentu. Niestety budżety często przeszkadzają i kupuje się radiotelefony z przerwami.

Opóźnienie czasowe jest zawsze związane z systemami radiowymi, ale jest widoczne w komunikacji statków kosmicznych. NASA regularnie komunikuje się z sondą badawczą, w której czas wiadomości w obie strony jest mierzony w godzinach (tak jak w przypadku Jowisza ). Dla programu Apollo oraz Space Shuttle , tony Quindar zostały wykorzystane do kontroli nadawania PTT.

Żywotność sprzętu

Chociaż ogólny okres użytkowania radia dwukierunkowego wynosi od 5 do 7 lat i od 1 do 2 lat dla jego akcesoriów, to jednak użytkowanie, atmosfera i środowisko odgrywają główną rolę w decydowaniu o jego żywotności (radia są często stosowane w trudnych warunkach, w których bardziej wrażliwy sprzęt komunikacyjny, taki jak telefony i tablety, może zawieść). Istnieje wiele spekulacji na temat żywotności radiotelefonów i ich akcesoriów, tj. baterii, ładowarek, słuchawek itp.

W systemach rządowych sprzęt można wymieniać w oparciu o budżet, a nie plan lub oczekiwany okres eksploatacji. Finansowanie w agencjach rządowych może mieć charakter cykliczny lub sporadyczny. Menedżerowie mogą wymieniać systemy komputerowe, pojazdy lub komputer budżetowy i koszty obsługi pojazdu, ignorując dwukierunkowy sprzęt radiowy. Sprzęt może pozostać w użyciu, nawet jeśli koszty konserwacji są nieracjonalne z punktu widzenia wydajności.

Różne elementy systemu będą miały różną żywotność. Może to mieć wpływ na to, kto używa sprzętu. Osoba, z którą skontaktowano się w jednej z agencji rządowych hrabstwa, twierdziła, że ​​sprzęt używany przez służby całodobowe zużywa się znacznie szybciej niż sprzęt używany przez tych, którzy pracują na stanowiskach obsadzanych ośmioma godzinami dziennie.

Jeden z dokumentów mówi, że „siedem lat” to okres dłuższy niż oczekiwany czas życia krótkofalówek w służbie policyjnej. Baterie są częściej wymieniane jako wymagające wymiany. Dwunastoletnie konsole dyspozytorskie wymienione w tym samym dokumencie zostały zidentyfikowane jako nadające się do użytku. Porównano je z problematycznymi 21-letnimi konsolami używanymi gdzie indziej w tym samym systemie.

Inne źródło mówi, że sprzęt szkieletowy systemu, taki jak konsole i stacje bazowe, ma działać przez piętnaście lat. Przewiduje się, że radiotelefony przetrwają dziesięć lat. Walkie talkie zwykle trwają osiem. W dokumencie stanu Kalifornia Departament Usług Ogólnych podaje, że przewidywany okres użytkowania konsoli komunikacyjnej używanej w Departamencie Leśnictwa i Ochrony Przeciwpożarowej wynosi 10 lat.

Wynajem radiotelefonów to opcja dla firm, które potrzebują korzystania z radiotelefonów tylko przez ograniczony czas.

Dwukierunkowe częstotliwości radiowe

Radiotelefony mogą działać na wielu różnych częstotliwościach , a częstotliwości te są różnie przydzielane w różnych krajach. Zazwyczaj stosowane są operacje kanałowe, tak że operatorzy nie muszą dostrajać sprzętu do określonej częstotliwości, ale zamiast tego mogą używać jednej lub więcej wcześniej wybranych częstotliwości, łatwo wybieranych za pomocą pokrętła, przycisku lub innych środków. Na przykład w Stanach Zjednoczonych istnieje blok 5 kanałów (wstępnie wybrane częstotliwości radiowe) przydzielonych do systemu radiowego wielokrotnego użytku . Różne bloki 22 kanałów są przydzielone łącznie do General Mobile Radio Service i Family Radio Service . Usługa radiowa pasma obywatelskiego („CB”) ma 40 kanałów.

W analogowym, konwencjonalnym systemie (najprostszy typ systemu) częstotliwość lub kanał służy jako fizyczne medium lub łącze przenoszące przekazywane informacje. Wydajność systemu radiowego jest częściowo zależna od charakterystyki wykorzystywanego pasma częstotliwości. Na wybór częstotliwości dla dwukierunkowego systemu radiowego mają wpływ częściowo:

  • licencje i przepisy rządowe.
  • lokalne zatory lub dostępność częstotliwości.
  • teren, ponieważ sygnały radiowe przemieszczają się inaczej w lasach i miejskich wiatach widokowych.
  • obecność szumów, zakłóceń lub intermodulacji.
  • interferencja fal nieba poniżej 50-60 MHz i zginanie troposferyczne na VHF .
  • w USA niektóre częstotliwości wymagają zatwierdzenia przez komitet ds. koordynacji częstotliwości.

Numer kanału to tylko skrótowa notacja częstotliwości. Na przykład łatwiej jest zapamiętać „kanał 1” niż „26,965 MHz” (kanał CB w USA 1) lub „462,5625 MHz” (kanał FRS/GMRS 1) lub „156,05 MHz” (kanał morski 1). Podczas określania częstotliwości za pomocą jej numeru kanału konieczne jest określenie, która usługa radiowa jest przedmiotem dyskusji. Organizacje, takie jak zakłady energetyczne lub wydziały policji, mogą mieć w użyciu kilka przypisanych częstotliwości z arbitralnie przypisanymi numerami kanałów. Na przykład „Kanał 1” jednego wydziału policji może być znany innemu wydziałowi jako „Kanał 3” lub może być nawet niedostępny. Agencje usług publicznych są zainteresowane utrzymaniem pewnych wspólnych częstotliwości na potrzeby koordynacji międzyobszarowej lub międzysłużbowej w sytuacjach kryzysowych (współczesny termin: interoperacyjność ).

Każdy kraj przydziela częstotliwości radiowe dla różnych usług dwukierunkowych, zgodnie z umowami międzynarodowymi. W Stanach Zjednoczonych niektóre przykłady usług dwukierunkowych to: radio w paśmie obywatela , Digital Electronic Message Service (DEMS), Family Radio Service (FRS), General Mobile Radio Service (GMRS), Multi-Use Radio Service (MURS), Biznes Radio Service (BRS) i PMR446 .

Operatorzy radioamatorzy prawie zawsze używają częstotliwości, a nie numerów kanałów, ponieważ w tym kontekście nie ma wymagań regulacyjnych ani operacyjnych dla kanałów stacjonarnych. Nawet amatorski sprzęt radiowy będzie posiadał funkcje „pamięci” umożliwiające szybkie ustawienie nadajnika i odbiornika na ulubione częstotliwości.

UHF kontra VHF

Najpopularniejsze dwukierunkowe systemy radiowe działają w częściach widma radiowego VHF i UHF . Ponieważ ta część widma jest intensywnie wykorzystywana do nadawania i wielu konkurencyjnych zastosowań, zarządzanie widmem stało się ważną działalnością rządów w zakresie regulowania użytkowników radiowych w interesie zarówno efektywnego, jak i niezakłócającego korzystania z radia. Oba pasma są szeroko stosowane dla różnych użytkowników.

UHF ma krótszą długość fali, co ułatwia przedostanie się sygnału przez mniejsze otwory w ścianach do wnętrza budynku. Dłuższa długość fali VHF oznacza, że ​​w normalnych warunkach może nadawać dalej. W przypadku większości zastosowań niższe częstotliwości radiowe są lepsze dla większego zasięgu i przez roślinność. Ilustruje to stacja telewizyjna. Typowa stacja telewizyjna VHF działa z mocą około 100 000 watów i ma zasięg około 60 mil. Stacja telewizyjna UHF o promieniu 60 mil wymaga nadawania z mocą 3 000 000 watów. Innym czynnikiem przy wyższych częstotliwościach (UHF) jest to, że mniejsze obiekty będą absorbować lub odbijać energię w większym stopniu, co powoduje utratę zasięgu i/lub odbicia wielodrożne, które mogą osłabiać sygnał, powodując, że sygnał „przekroczenia czasu/przekroczenia fazy” dociera do antena odbiornika (to właśnie spowodowało pojawienie się obrazu „Ghost” na starej telewizji naziemnej).

Jeśli aplikacja wymaga pracy głównie na zewnątrz, prawdopodobnie najlepszym wyborem jest radio VHF, zwłaszcza jeśli używana jest stacja bazowa w pomieszczeniu i jest dodana antena zewnętrzna. Im wyżej umieszczona jest antena, tym dalej radio może nadawać i odbierać.

Jeśli radiotelefony są używane głównie wewnątrz budynków, to UHF jest prawdopodobnie najlepszym rozwiązaniem, ponieważ jego krótsza długość fali lepiej przechodzi przez małe otwory w budynku. Istnieją również wzmacniacze, które można zainstalować, które mogą przekazywać sygnał o dowolnych częstotliwościach (VHF lub UHF), aby zwiększyć odległość komunikacji.

Dostępnych jest więcej kanałów z UHF. Ponieważ zasięg UHF również nie jest tak duży jak VHF w większości warunków, istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że odległe radiotelefony będą zakłócać sygnał. UHF jest mniej podatny na zakłócenia elektryczne niż na VHF.

Zasięg

Użyteczny bezpośredni zasięg dwukierunkowego systemu radiowego zależy od warunków propagacji radiowej , które są funkcją częstotliwości, wysokości i charakterystyki anteny, szumu atmosferycznego, odbicia i załamania w atmosferze, mocy nadajnika i czułości odbiornika oraz wymaganego sygnału do -współczynnik szumów dla wybranej metody modulacji. Zaprojektowany dwukierunkowy system radiowy obliczy zasięg dowolnej stacji bazowej z oszacowaniem niezawodności komunikacji w tym zakresie. Systemy dwukierunkowe działające w pasmach VHF i UHF, w których działa wiele naziemnych systemów mobilnych, polegają na propagacji w linii wzroku w celu zapewnienia niezawodnego obszaru pokrycia. Efekt „zacienienia” wysokich budynków może blokować odbiór w obszarach w zasięgu wzroku, co można osiągnąć na otwartej, wolnej od przeszkód przestrzeni wiejskiej. Przybliżoną odległość w linii wzroku do horyzontu radiowego można oszacować ze wzoru: horyzont w kilometrach = 3,569 razy pierwiastek kwadratowy wysokości anteny w metrach.

Istnieją inne czynniki, które wpływają na zasięg radia dwukierunkowego, takie jak pogoda, dokładna używana częstotliwość i przeszkody.

Inne dwukierunkowe urządzenia radiowe

Nie wszystkie radiotelefony to urządzenia przenośne. Ta sama technologia, która jest używana w radiotelefonach dwukierunkowych, może być umieszczona w innych formach radiowych. Przykładem tego jest bezprzewodowy callbox. Bezprzewodowa skrzynka wywoławcza to urządzenie, które może służyć do komunikacji głosowej przy bramkach i drzwiach bezpieczeństwa. Można ich używać nie tylko do rozmów z ludźmi w tych punktach wejściowych, ale także personel może zdalnie otworzyć drzwi, aby odwiedzający mógł wejść. Istnieją również skrzynki telefoniczne do obsługi klienta, które można umieścić wokół firmy, z których klient może skorzystać, aby wezwać pomoc od pracownika sklepu wyposażonego w dwukierunkowe radio.

Innym zastosowaniem dwukierunkowej technologii radiowej jest bezprzewodowy system PA. Bezprzewodowy PA to zasadniczo jednokierunkowe dwukierunkowe radio, które umożliwia nadawanie wiadomości z przenośnych radiotelefonów lub interkomów stacji bazowych.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki