Основные термины и параметры профессиональной радиосвязи

Профессиональная радиосвязь — это сложная техническая область, имеющая собственный язык и систему определений

Профессиональная радиосвязь — это сложная техническая область, имеющая собственный язык и систему определений. Я убежден, что понимание ключевых терминов и параметров необходимо не только инженерам, но и руководителям предприятий, специалистам по безопасности и всем, кто, как и я, принимает решения о выборе и эксплуатации систем радиосвязи. В этой статье я разберу основные понятия, классификации и стандарты, которые формируют современную индустрию профессиональной подвижной радиосвязи.

Базовые понятия радиосвязи

Что такое радиосвязь?

Обращаясь к нормативной базе, отмечу, что согласно государственному стандарту ГОСТ 24375-80, радиосвязь определяется как электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн. Электросвязь — это любая передача информации на расстояние с помощью электромагнитных сигналов. Когда эти сигналы распространяются в пространстве без искусственных направляющих линий (кабелей, волноводов), мы имеем дело именно с радиосвязью.

В своей работе я постоянно оперирую понятием радиоволн. Это электромагнитные волны с частотами до 3 ГГц, распространяющиеся в свободном пространстве. Они характеризуются двумя взаимосвязанными параметрами:

• Частотой (f) — количеством колебаний в секунду, измеряемым в герцах (Гц)
• Длиной волны (λ) — расстоянием, которое волна проходит за один период колебания

Эти параметры связаны фундаментальным соотношением: λ = c / f, где c — скорость света (приблизительно 300 000 км/с). Чем выше частота, тем короче длина волны.

• Классификация радиоволн 

В профессиональной радиосвязи используется следующая классификация диапазонов:

В профессиональной подвижной радиосвязи наиболее широко используются метровый (МВ) и дециметровый (ДМВ) диапазоны. Диапазон УКВ (ультракороткие волны) в отечественной классификации объединяет волны короче 10 м — то есть от метрового до миллиметрового диапазонов.
• Электромагнитное поле и его характеристики
Радиоволна распространяется в виде электромагнитного поля — особой формы материи, определяемой электрическими и магнитными компонентами. Для описания поля используются четыре векторные величины:

Важной характеристикой радиоволны является поляризация — направление вектора напряженности электрического поля. 
В профессиональной радиосвязи различают:
Вертикальную поляризацию — вектор направлен вертикально
Горизонтальную поляризацию — вектор направлен горизонтально
Круговую поляризацию — вектор вращается по кругу
Правильный выбор поляризации критически важен для качества связи: вертикально поляризованные антенны широко используются в подвижной связи, так как они обеспечивают более равномерное излучение.

2. Классификация видов радиосвязи

По типу используемых объектов ГОСТ 24375-80 выделяет следующие виды радиосвязи:

• Наземная радиосвязь — связь между радиостанциями, расположенными на поверхности Земли и в основной части земной атмосферы. Это наиболее распространенный тип в профессиональной подвижной связи.
• Космическая радиосвязь — связь с использованием космических радиостанций или спутников-ретрансляторов.
• Спутниковая связь — разновидность космической связи между земными станциями через спутники-ретрансляторы.
• Радиосвязь прямой видимости — связь на расстоянии прямой видимости между антеннами.
• Тропосферная радиосвязь — использующая рассеяние радиоволн в нижних слоях атмосферы (тропосфере).
• Ионосферная радиосвязь — основанная на отражении волн от ионосферы.
• Метеорная радиосвязь — радиосвязь, основанная на использовании отражения радиоволн от ионизированных следов метеоров.
• Радиорелейная связь — наземная радиосвязь, основанная на ретрансляции радиосигналов на дециметровых и более коротких радиоволнах.

По способу организации передачи:

• Симплексная радиосвязь — двусторонняя связь, при которой передача и прием осуществляются поочередно. Это наиболее распространенный режим в профессиональной радиосвязи. Различают:
  Симплекс на одной частоте — прием и передача на одной частоте
  Симплекс на разных частотах — разные частоты для приема и передачи
• Дуплексная радиосвязь — двусторонняя связь с одновременной передачей и приемом. Используется в сотовых сетях и требует разделения частот приема и передачи.
• Связь с ретрансляцией — передача сигнала через промежуточный пункт (ретранслятор), который принимает, усиливает и передает сигнал дальше. Это позволяет значительно расширить зону покрытия.

По типу передаваемой информации:

• Радиотелефонная связь — передача и прием речи.
• Радиотелеграфная связь — передача и прием дискретных сигналов (например, азбукой Морзе).
• Передача данных — обмен цифровой информацией.
• Радиовещание — передача информации широкой аудитории

3. Аналоговая и цифровая радиосвязь:

Исторически первые системы профессиональной радиосвязи были аналоговыми. При аналоговой передаче используется традиционная модуляция: амплитудная (AM), частотная (FM) или фазовая (PM). Однако с конца 80-х годов прошлого века начался активный переход на цифровые стандарты.

Цифровая радиосвязь работает следующим образом: 
Речевая информация преобразуется в цифровой код с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП)
Цифровой сигнал (последовательность нулей и единиц) модулирует радиосигнал
На приемной стороне цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) восстанавливает исходную информацию.
Преимущества цифровой связи очевидны:

• Более эффективное использование частотного спектра;
• Лучшее качество голоса при слабом сигнале;
• Возможность шифрования и защиты информации;
• Интеграция голоса и данных;
• Более широкая функциональность

4. Основные технические параметры:

• Мощность передатчика — один из ключевых параметров, определяющих дальность связи. В профессиональной радиосвязи используются передатчики различной мощности:
  Портативные радиостанции (носимые) — обычно 1–5 Вт
  Автомобильные радиостанции — 10–50 Вт
  Базовые станции и ретрансляторы — до 100 Вт и выше
  Важно понимать: удвоение мощности увеличивает дальность связи всего на 15–20%, так как сигнал затухает пропорционально квадрату расстояния.
• Чувствительность приемника — это способность приемника принимать слабые сигналы. Измеряется в микровольтах (мкВ) или децибелах (дБм). Чем выше чувствительность, тем слабее сигнал может быть успешно принят. Для профессиональной радиосвязи типичная чувствительность составляет 0,15–0,5 мкВ.
• Частотный диапазон — интервал частот, в котором может работать радиостанция. Профессиональные радиостанции обычно работают в диапазонах:
  136–174 МГц (VHF — Very High Frequency)
  400–470 МГц (UHF — Ultra High Frequency)
  746–869 МГц
• Шаг сетки частот — минимальный интервал между соседними каналами. В современных цифровых стандартах используются шаги 12,5 кГц и 6,25 кГц, что позволяет эффективно использовать частотный ресурс.

Режимы работы:

• Конвенциональный режим — простейшая форма организации связи, при которой абоненты работают на общем канале. Когда один говорит, остальные слушают. Это классический режим «рации».
• Транкинговый режим — более сложная система с автоматическим распределением свободных каналов. Абоненты не закреплены за конкретной частотой — система сама находит свободный канал для каждого вызова . Это обеспечивает более эффективное использование частотного ресурса при большом количестве абонентов.

5. Современные стандарты цифровой профессиональной радиосвязи:

Согласно анализу экспертов, на сегодняшний день наиболее популярны следующие стандарты:
DMR (Digital Mobile Radio)— открытый стандарт, разработанный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) в 2005 году. 

Ключевые особенности:

• Использует технологию TDMA с разделением на 2 временных слота в канале 12,5 кГц;
• Позволяет организовать два разговора на одной частоте;
• Поддерживает как конвенциональный, так и транкинговый режимы;
• Обеспечивает обратную совместимость с аналоговыми системами

DMR стал самым распространенным стандартом профессиональной радиосвязи в мире благодаря своей открытости и доступности оборудования.

Nexedge (NXDN) — стандарт, разработанный компаниями Kenwood и Icom, использует технологию FDMA с шириной канала 6,25 кГц. 

Ключевые особенности:

• Высокая эффективность использования спектра;
• Мягкое переключение каналов при движении абонента;
• Большая дальность;
• В 2017 году признан Международным союзом электросвязи (МСЭ-R)

TETRA (Terrestrial Trunked Radio) —  открытый стандарт цифровой транкинговой радиосвязи, также разработанный ETSI. Изначально назывался Trans-European Trunked RAdio, но затем получил новую расшифровку. 

Ключевые особенности:

• Использует технологию TDMA с 4 временными слотами в канале 25 кГц;
• Оптимизирован для работы в транкинговом режиме;
• Поддерживает высокий уровень безопасности и шифрования

APCO 25 — стандарт, разработанный Ассоциацией официальных представителей служб связи органов общественной безопасности (APCO). 

Ключевые особенности:

• Предназначен для служб общественной безопасности (полиция, пожарные, скорая);
• Работает в диапазонах 138–174, 406–512 или 746–869 МГц;
• Основной метод доступа — частотный (FDMA), в фазе II добавлена поддержка TDMA

Развитие российских стандартов: В России активно развиваются собственные стандарты профессиональной подвижной радиосвязи (ППР). В ближайшее время должны вступить в силу три отечественных стандарта:

• Режим прямой конвенциональной связи;
• Режим связи через ретранслятор;
• Транкинговый режим связи;

К 2029 году планируется полный переход государственных и ведомственных структур на отечественную платформу ППР. Новые стандарты разрабатываются на основе переработки требований стандарта DMR с учетом специфики российского применения.

6. Ретрансляция и расширение зоны покрытия.

Ретранслятор (повторитель, repeater) — устройство, которое принимает сигнал от одной радиостанции, усиливает его и передает другой. Это позволяет:
Значительно увеличить радиус действия портативных радиостанций
Обеспечить связь в сложных условиях (здания, тоннели, горы)
Создать зону покрытия на большой территории
Профессиональные системы радиосвязи могут включать несколько ретрансляторов, объединенных в сеть, что позволяет обеспечить связь на территории целого региона.

7. Заключение:

Считаю что понимание основных терминов и параметров профессиональной радиосвязи — это фундамент для правильного выбора и эффективного использования систем радиосвязи. От аналоговых технологий, которые доминировали до конца XX века, отрасль перешла к сложным цифровым стандартам, позволяющим интегрировать голос, данные, навигацию и телеметрию в едином решении.

Сегодня на рынке представлено множество стандартов — от открытых (DMR, TETRA) до узконапрвленных разработок. Каждый из них имеет свои особенности и области применения. В России, помимо мировых стандартов, активно формируется собственная нормативная база, направленная на обеспечение технологического суверенитета в этой критически важной области.
Выбор конкретного решения зависит от множества факторов: требуемой зоны покрытия, количества абонентов, необходимости шифрования, потребности в передаче данных и, конечно, бюджетных ограничений. Однако независимо от выбора, понимание базовых принципов и терминологии позволит Вам принимать обоснованные решения и эффективно управлять системой радиосвязи.

Источники изображений:

Сгенерировано нейросетью «Шедеврум»