无线电通讯与对讲机

无线电通信是人类很早就开始使用的一项技术,比起手机、互联网这些比较新兴的通信方式,它的历史更为悠久,同时某些优点也是这些新技术无法完全替代的。我们知道无线电,也就是电磁波有几个重要的特性,波长/频率就是其中之一。

波长/频率

这里有一个波长、频率分段,我们知道光速约为 30, 000km/s,因此频率段按照 3\times 10^n 来分割对应的波长差不多正好是 1 \times 10^m 米。这里我们看看业余无线电通信最常用的两个频段:

  • VHF 为 30-300MHz,因此最短波长为 1m
  • UHF 为 300-3000MHz,因此最短波长为 10cm (1dm)。

随着波长增加,无线电会越来越受到地形、大气的影响,比如 UHF 更容易受到湿度的影响。受到波长影响最大的元件大约就是天线了,波长越大需要的天线尺寸往往越大,这样一来往往 UHF 的天线会短于 VHF。

并不是每个频段所有波长都可以被合法的用来进行任意的通信。

频段分配

无线电的应用是非常广泛的,频段资源往往每个国家都有明确的法律规定,不遵循这些条文的结果可能不仅仅是罚款了。这里是美国 VHFUHF 的分配,我们仅仅选择几个关心的频段:

  • VHF 中 87.5-108MHz 为 FM 广播(城市里很多音乐台、交通台等都会集中在这个频段),50-54MHz,144-148MHz,222-225MHz 均为业余无线电频段(根据波长,它们通常也被人称为 6m,2m 和 1.25m)。
  • UHF 中 470-512MHz 和 512-698MHz 为电视信号,420-450MHz,1240-1300MHz,2300-2310MHz,2390-2450MHz 为业余无线电频段(通常称为70cm、23cm 和 13cm 下、上段)。

通过行业划分,然后具体到某个区域,就能减少信号的相互干扰。这里有业余无线电更完整的频段列表。

一个小 tip:FM 本意为 frequency modulation,即频率调制,对应于另一个调制技术 AM(amplitude modulation)。

频道

有了频段的概念,我们知道这个范围里面还是可以存在多个 channel(频道),将这个空间继续细分,这样一来就可以避免同一频段里面的相互干扰了。比如车载收音机通常会搜索 FM 频段,将存在信号的频率记录下来,关联到某个频道,其实很早的电视机信号也是如此工作的。

业余无线电波段通常没有强制划分频道,因此不少设备匹配可以按照预先设置好的频率。比较有名的大约是这个领域的先驱摩托罗拉自己设定的频道分划了。

对讲机

对讲机(walkie talkie)最早也是由于军事用途诞生的,而后在民用。它是一种 half duplex 工作协议,同一频道上所有的对讲机一次只能有一个处于传送状态,而其他的处于接受。其调制方式多为 FM,但是某些产品也支持 AM、SSBCW 这些模拟信号调制,或者数字信号调制 radioteletype(电报)和 PSK31。比较新的有 D-STAR 可以同时传送语音和数据。

美国比较常见的是 FRSGMRS 这两个在 UHF 段的 FM 调制的对讲机系统,前者功率在 .5W 以下使用范围较小,而后者比较有用的功能是存在 repeater(中继器)的情况下,可以极大的提高其通信范围,然而在美国使用 GMRS 是需要许可证(65$ 每 5 年,一个许可证可以让整个家庭的直系成员都可以操纵)。中继器工作原理就是在较高的位置接受信号并将信号转发出去,这样可以跨过一些 UHF 无法穿越的山丘地形,但是对讲机只可以一个人传送,所以 repeater 转发的时候会将其频率进行一定的偏移,因此使用 repeater 的时候对讲机需要设置两项(频率和偏移),这样才能完成传送和接收。

这里可以查到美国各个州的中继器。使用前先搞清楚一些基本礼仪。比如通话时由于只有一方可以出声,所以每段话结束后需要有一个标志(比如 over),方便其他人听见后可以及时响应。又比如一般先到先得,如果某个频道已经被人占用,应该去寻找其他的频道。

具体的例子

比较廉价而又具有一定功能的宝峰 UV-5R 对讲机号称双频段是因为它覆盖了 VHF 和 UHF 部分用于业余无线电的频段:

  • 65-108MHz 只支持接受,覆盖了 FM 广播频段,因此可以用它收听节目
  • 136-174MHz 支持收发,覆盖了业余无线电 2m 段,但是同时通过它还能收到其他频段的信号
  • 400-520MHz 支持收发,覆盖了业余无线电 70cm 段,同时也能接收到其他频段的信号

通过软件可以将一些信息预先写入对讲机,如频道和中继器的偏移量等等,这样就不需要记住那么多诡异的数字了。很显然我们可以把 FRS/GMRS 的频段存入,然后将一些常去地方的 repeater 信息也记录下来。

这款对讲机最高功率为 5W,可以调节其大小(三档),比如使用范围较小(室内 FRS 通信)可以设为 low,但是户外活动建议设置为最大,这样才能在出现危险的时候使自己的信息最大可能的传输出去。

户外活动

最后我们来看看为什么说对讲机某些优点是现在手机或者互联网尚且无法替代的。多数灾难发生的时候,手机的信号塔需要额外的电力才能工作,而对讲机和中继器都是非常简单的设备,不需要强大的供电就可以维持其运营。某些山区里面是很难获得手机信号的,对讲机很多时候可以保证距离不大远的团队有可靠的通信手段。

不过更多的人是携带 HF 无线电设备,这属于短波通讯的范畴了,不过看着那么长的天线,真的觉得好难带出去,架起各天线就要搞半天。由于短波可以依靠平流层反射传播,甚至可以跨过大陆进行通信,比起 VHF/UHF 确实要强悍太多了。不过我设想的用途大约就是几个人 hiking 或者 camping 的时候,距离不会太远,但是手机却没法用。

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无线电通讯与对讲机

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