Стремительное развитие и миниатюризация средств мобильной связи в последние годы привели к ужесточению требований к габаритам антенн абонентских терминалов и их полосам пропускания. На страницах журнала "Радиоаматор" уже рассматривались вопросы антенной техники сотовой связи. Однако освоение новых спектральных диапазонов для мобильных телефонов вынуждает разработчиков продолжать поиск более эффективных подходов к созданию многодиапазонных антенн. Данная статья является логическим продолжением указанных публикаций.

Сегодня уже обычным делом стало наличие в мобильном телефоне нескольких диапазонов функционирования, например, в телефонах стандарта GSM диапазонов 900, 1800, 1900 МГц. Актуальной является также поддержка в смартфонах новых частотных диапазонов, отведенных для беспроводных сетей радиодоступа (WLAN), а именно 2400...2484 МГц, 5150...5350 МГц. Все эти изменения в технических требованиях к инфраструктуре связи не могли не способствовать прогрессу в антенной технике. Более того, реализация новых возможностей не в последнюю очередь может быть достигнута лишь с опорой на новые решения в антенной отрасли. Поэтому рассмотрим их подробнее.

Еще несколько лет назад телефоны мобильной связи оснащали внешними штыревыми антеннами, в роли которых для сокращения габаритов, как правило, использовали спиральные антенны с плотной навивкой спирали. Дело в том, что обычные несимметричные вибраторные антенны в форме прямого стержня должны иметь, как правило, четвертьволновые габариты, что в случае частоты 900 МГц предполагает высоту излучателя, равную 83 мм. Естественно, столь длинные антенны сложно интегрировать в корпус мобильного телефона, поэтому на практике разработчикам пришлось прибегнуть к искусственному приему укорочения антенны до приемлемой величины при ее неизменной электрической длине. При этом конструкторам пришлось смириться с определенными потерями, но эргономический эффект с лихвой компенсировал столь незначительную плату за комфорт в эксплуатации.

С появлением потребности в двухчастотном приеме идея спиральной несимметричной антенны получила дальнейшее развитие. На рис.1 показан типичный вариант внутренней геометрии бисегментной двухчастотной спиральной антенны с двумя различными шагами навивки, под диапазоны 900 и 1800 МГц в разных ее сегментах.

На рис.2 представлены два других возможных подхода к созданию двухчастотных малоразмерных антенн. В первом варианте используются спирали разного раз-мера, причем спираль с меньшим радиусом, предназначенная для работы в диапазоне 1800 МГц, помещена внутрь спирали с большим диаметром, имеющей резонанс на частоте 900 МГц. Второй вариант представляет собой комбинацию штыревого излучателя для частоты 1800 МГц и спиральной антенны, намотанной вокруг него и обеспечивающей роботу в диапазоне 900 МГц. Хотя в рассмотренных антенных конструкциях и удалось существенно уменьшить высоту для двухдиапазонных применений по сравнению с прямым штырем, однако при таком подходе, как правило, все же не удается сделать антенну короче 0,1 от длины волны низкочастотного диапазона.

Для дальнейшего уменьшения результирующих габаритов антенны в последнее время был предложен новый дизайн двухчастотных антенн, базирующийся, главным образом, на изгибании, свертывании или иной трансформации двумерных плоских монополей в трехмерные структуры. Эта техника позволила уменьшить общую высоту антенны над поверхностью мобильного телефона. Высота таких антенн не превышает 15 мм, что составляет около 4% от длины волны частоты 900 МГц. В некоторых проектах достигнута даже высота антенны менее 7 мм. Такие антенны прекрасно подходят для размещения внутри корпуса мобильного телефона.

Недостатком спиральных монополей, как и обычных, является то, что для обеспечения наилучшего режима излучения (приема) антенна должна быть ориентирована вертикально, что, как правило, не всегда выполняется. К тому же рассмотренные вибраторные антенны одинаково сильно излучают как в свободное пространство, так и в сторону головы пользователя. Поэтому интерес представляют излучатели, у которых характер изменения (диаграммы направленности) ДН более безопасен для владельца телефона и слабо зависит от ориентации корпуса аппарата в пространстве.

Первой популярной альтернативой такого рода для низкопрофильных всенаправленных излучателей стало семейство пленарных инверсных L- и F-образных антенн. Свое начало они берут от простейшего L-образного вибратора, расположенного в перевернутом виде (отсюда термин "инверсный") над плоским экраном (рис.3). Такой согнутый монополь является следствием естественного стремления упрятать антенный излучатель внутрь мобильного телефона, размещая его вдоль длинной стороны корпуса.

L-вибратор запитывается с одного конца, а второе его окончание через воздух либо диэлектрик оказывается нагруженным на эквивалентную емкость. Перевернутая L-антенна (Inverted-L antenna, ILA) достаточно проста в изготовлении. Многие из ее электрических характеристик подобны характеристикам короткой штыревой антенны. В частности, ДН рассматриваемой L-антенны почти идентична ДН короткого штыря, который является всенаправленным в плоскости, перпендикулярной к его оси, и не излучает в соосном направлении. Однако дополнительное излучение, обусловленное геометрией перевернутого L-вибратора, отклоняет его ДН от всенаправленной формы. Резонансная длина волны L-вибратора определяется его геометрическими размерами согласно выражению , где Н - высота вибратора над заземленным экраном, L - длина горизонтального сегмента вибратора.

Дальнейшим развитием L-вибратора стала перевернутая F-образная антенна (рис.4), представляющая собой, по сути, соосный тандем из двух L-образных вибраторов разной длины. При этом внешняя вертикальная стойка F-антенны нагружена на корпус, а подача сигнала осуществляется через "внутреннюю" вертикальную секцию. Дополнительный L-сегмент привнес возможность гибкого управления величиной входного сопротивления антенны и значительно упростил ее согласование. Подбирая расстояние между вертикальными секциями, можно обеспечить приемлемое по величине реактивное сопротивление антенны. Величина S не влияет на резонансную частоту такого излучателя. За счет существенного улучшения согласования антенны на резонансной частоте может быть достигнута величина КСВ<2. Однако при этом ширина рабочей полосы частот составляет всего 1,5 %, что считается слишком малой величиной для приложений мобильной связи (типичные проводные F-антенны имеют полосу не более 2%).

Для расширения рабочего диапазона частот иногда используют гибридную конструкцию, состоящую из двух параллельно расположенных над металлическим экраном L- и F-образных вибраторных антенн, -так называемую двойную перевернутую F-антенну (DIFA). В данном случае L-антенна является пассивным элементом и имеет длину, равную или почти равную протяженности перевернутой F-антенны (рис.5). Такое решение позволило вдвое расширить предельную полосу пропускания, доведя ее до 4% от частоты резонансной несущей.

Впрочем, даже такой величины все еще недостаточно для практических нужд мобильной связи, учитывая разнос частот передающего и приемного каналов (например, в диапазоне D-AMPS 824...894 МГц с центральной частотой 859 МГц требуемая полоса рабочих частот составляет 8,1%). Кроме того, неудовлетворительно эволюция рассмотренного типа антенн была неизбежной, и пошла она в полном соответствии с законами развития технических систем.

Если пытливый читатель внимательно посмотрит на рис.5, где показана DIFA-антенна, то он вполне логично может задаться вопросом: "А что будет, если использовать несколько L-антенн совместно с одним F-вибратором?". Сейчас уже трудно судить, кому впервые пришла в голову такая мысль, однако, обобщая идею использования множества дополнительных L-антенн, параллельных F-вибратору, при минимальных расстояниях между ними, несложно перейти к качественно новой конструкции - планарной F-образной антенне. В зарубежной специальной литературе такой тип антенн получил сокращенное наименование PIFA (Planar Inverted-F Antenna). Именно о них речь шла в начале данного экскурса как о популярной альтернативе спиральным вибраторам. Типичный представитель однодиапозонной PIFA схематически показан на рис.6.

Поиск в патентной базе США по ключевому слову "Inverted-F" с помощью сайта http://www.del-phion.com позволяет выявить более сотни патентов, посвященных улучшениям конструкции PIFA, из которых свыше 90% приходится на последние 5 лет. Столь неравномерное распределение патентов по годам регистрации говорит об ажиотаже в развитии данного типа антенн и их большой востребованности в современной технике мобильной связи. Чем же может быть вызван такой ажиотаж? Дело в том, что PIFA сочетают в себе целый ряд преимуществ, в числе которых более широкая полоса рабочих час-тот (до 10% от резонансной несущей), сравнительно малые габаритные размеры и многодиапазонность.

Антенны PIFA многодиапазонных мобильных средств в ходе своей эволюции превратились, по сути, в сложнейший антенный комплекс, состоящий из нескольких тесно взаимосвязанных излучателей. Фактически, комбинация различных конструк-ций антенн в составе единого многополосного антенного модуля стала основным методом в арсенале разработчиков широкополосных средств передачи информации. В сферу таких интеграционных решений оказались вовлечены не только PIFA-подобные и инверсные L-антенны, но и микрополосковые печатные излучатели, а также диэлектрические резонаторные антенны DRA.

Применение DRA, несмотря на их слабую механическую прочность, достаточно перспективно из-за меньших по сравнению с PIFA габаритов, что позволяет устанавливать их в корпусе микросхем трансиверов. Подобные системы на одном чипе (SOC) открывают новые возможности для широкополосной связи и весьма привлекательны в силу их компактности. В целом использование мощных вычислительных средств позволяет разработчикам искать новые антенные решения на базе самых неожиданных и причудливых геометрических форм путем имитационного моделирования, поэтому тривиальные классические схемы в антенной области все чаще становятся уделом истории.

Слюсарь В.И.

Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее развитых телекоммуникационных систем. На сегодняшний день только в Украине насчитывается более 50 миллионов абонентов, которые пользуются услугами этого вида подвижной (мобильной) связи. Отечественные операторы мобильной связи используют системы стандартов GSM - 900: диапазон рабочих частот базовых станций 925 … 965 МГц, мобильных радиотелефонов - 890 … 915 МГц и стандарта GSM - 1800: - 1805 … 1880 МГц, 1710 … 1785 МГц соответственно.

В работе этой системы применяется деление определенной территории на зоны, на "соты", в узлах которых расположены базовые станции системы сотовой связи на расстояниях 0,5 … 1,0 километра одна от другой в населенных пунктах и до 10 км - в других местностях.

В Украине предельно допустимыми уровнями действия электромагнитного излучения на человека, в соответствии с действующими санитарными нормами и правилами, является густота потока мощности, которая равняется 2,5 мкВт/см2 для базовых станций и 25 мкВт/см2 - для мобильных радиотелефонов. Кстати, в России они составляют 10 и 100 мкВт/см2 соответственно, а в Западной Европе - в несколько раз больше, чем в России.

Антенны базовых станций системы сотовой связи, которые используются операторами мобильной связи в Украине, излучают мощность в пределах 8...16 Вт. Они размещаются на крышах домов, дымовых трубах и т.п. или на специальных мачтах на высотах 30 … 35 м над поверхностью земли. Эти антенны имеют круговые диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и острые - в вертикальной плоскости, наклоненные к горизонтали под углом 1 … 2 градуса, имея форму зонтика.
Мобильный радиотелефон представляет собой малогабаритный приемо-передатчик. Мощность излучения его (в режиме передачи) находится в пределах 0,1 … 1,0 Вт. Она является величиной переменной и зависит от состояния канала связи "мобильный радиотелефон - базовая станция", то есть чем сильнее сигнал базовой станции в точке принятия, тем меньше мощность излучения мобильного радиотелефона. Однако в реальных условиях, как подсказывает опыт, она в среднем не превышает 0,25 Вт при работе в населенном пункте на открытой местности. В автобусе, такси, электричке и в других экранированных помещениях эта мощность может увеличиться до максимальной.

Анализ последних исследований и публикаций

Плотность потока мощности электромагнитного поля П, излучаемого антенной, рассчитывается по формуле:

где Р - мощность излучения антенны, G - коэффициент ее усиления, - нормированные функции направленности антенны, r – расстояние в свободном пространстве между антенной и точкой наблюдения, которая находится в дальней зоне поля антенны.

По международным требованиям мощность излучения сотовых телефонов измеряют в единицах SAR (Specific Adsorption Rate) – удельная поглощенная мощность, отнесенная к единице массы тела или ткани. В единицах SI SAR определяется в Вт/кг. На сегодня верхней границей значения SAR в Европе является величина 0,8 Вт/кг.

Величину SAR измерять достаточно сложно, потому что для этого необходимы специальное оборудование и точные имитаторы тканей человеческого организма. Не существует в мире и единственной методики таких измерений. Поэтому результаты, полученные в разных независимых центрах, могут отличаться в несколько раз.

Потому наиболее реальным является результат оценивания плотности потока мощности электромагнитного излучения мобильного телефона, исходя из его мощности.
При действии любого электромагнитного излучения принято выделять два эффекта: тепловой и нетепловой (информационный).

Тепловой эффект. Тело человека, как известно, содержит жидкость, которая по электрофизическим свойствам является электролитом (раствором в воде большого количества кислот, солей микроэлементов и т. п.), то есть является средой с большими диэлектрическими потерями электромагнитной энергии, которая тратится на ее нагревание. Поскольку мозг человека насыщен жидкостью, он является средой, которая интенсивно нагревается при действии на него электромагнитного излучения.
Отметим, что антенна телефона находится на расстоянии приблизительно 5 сантиметров от головного мозга, на который это электромагнитное излучение и действует. Естественно, что температура соответствующих участков мозга повысится. При длительном разговоре этот эффект можно ощутить по повышению температуры ушной раковины. Подсчитано, что при величине SAR 4 Вт/кг на протяжении 30 минут температура ткани уха взрослого человека повышается на 1 градус Цельсия. Это является вредным эффектом для любых органов, которые будут реагировать нарушением своих функций.

Другим органом, особенно чувствительным к действию электромагнитного излучения, является хрусталик глаза. Тело хрусталика – желеобразная масса, которая может потерять свою прозрачность под воздействием излучения, то есть привести к катаракте глаза.

Нетепловой (информационный) эффект. Сущность его заключается в том, что мобильные телефоны стандарта GSM осуществляют передачу информации импульсами, объединенными в блоки. Блок состоит из 8 импульсов. В распоряжении каждого пользователя только один из восьми импульсов. Остальные семь импульсов принадлежат другим семи абонентам, которые в это время на той же частоте могут вести разговоры.

Длительность одного GSM-блока составляет 4,616 мс, а следовательно, частота пульсаций мобильного телефона составляет 1/4,616 = 217 Гц. С генерацией каждого восьмого импульса происходит и пропорциональное выделение энергии. Если номинальная мощность сотового телефона, в соответствии с инструкцией, равна 2 Вт, то мощность, выделяемая при каждом импульсе, будет: 2/8 = 0,25 Вт. Блоки упомянутых импульсов между мобильным телефоном и базовой станцией группируются в мультиблоки, состоящие из 26 повторений. Следовательно, второй частотой, излучаемой сотовым телефоном, является частота: 217/26=8,35 Гц. Более того, некоторые виды сотовых аппаратов, работающие в энергосберегающем режиме, способны генерировать третью частоту – 2 Гц. Вот в этом наборе низкочастотного излучения и таится еще одна опасность мобильной связи. Дело в том, что упомянутые частоты сотовых телефонов совпадают с частотами собственной, естественной биоэлектрической частоты активности головного мозга человека, которые регистрируются на электроэнцефалограмме. Так частота 217 Гц совпадает с так называемым гамма-ритмом мозга; 8,35 Гц совпадает с альфа-ритмом; 2 Гц совпадает с дельта-ритмом.

Следовательно, извне к головному мозгу человека переносятся сигналы, способные взаимодействовать с собственной биоэлектрической активностью головного мозга (например, путем резонанса) и тем самым нарушать его функции. Такие изменения заметны на электроэнцефалограмме и не исчезают длительное время по окончании разговора. Очень важно отметить еще и то, что именно волны альфа-ритма являются чрезвычайно индивидуальными, непосредственно связанными с умственной деятельностью человека и, как считается, являются отражением сканирования внутренних образов сознания. Абстрактное мышление связано именно с альфа-ритмом мозга, во время сна преобладает ритм дельты, а гамма-волны преобладают при активной деятельности человека. Является ли реальным негативное действие пульсирующих источников энергии на организм человека? Медикам известен такой случай, когда действие на человека пульсирующим освещением с частотой 15 Гц, имеющего скрытую форму фоточувствительной эпилепсии, приводило к возникновению приступа этой болезни.

Опасность также несет привычка некоторых людей класть возле себя мобильный телефон, используя его в качестве будильника. Мобильный телефон ночью не “спит”, а постоянно, даже в состоянии ожидания вызова, работает в пульсирующем режиме.

О большей чувствительности к влиянию излучения у молодых людей свидетельствуют исследования, проведенные среди 11 тысяч пользователей сотовой связи по заказу Norwegian Radiation Protection Board, Национальным институтом “Рабочая жизнь” (Швеция), а также SINTEF Unimed (Норвегия). Изучение показало, что люди, пользующиеся телефоном меньше двух минут в день, жаловались на дискомфорт и посторонние эффекты. Проблемы со здоровьем возрастут, если пользоваться телефоном дольше. Половина опрошенных абонентов сообщили, что при использовании сотовых телефонов чувствуют неприятное разогревание в области головы, возле уха. Наибольшему риску подвергаются молодые люди, кому еще нет 30 лет, которые в три-четыре раза чувствительнее к посторонним эффектам.

Особенно чувствительны к высокочастотному излучению мобильных телефонов дети, потому что их иммунная система еще не сформирована и защитные реакции организма не достаточно развиты. Следует отметить, что излучение мобильных телефонов является очень вредным для беременных женщин, поскольку для эмбриона человека это излучение может быть даже губительным.

Основными симптомами неблагоприятного воздействия сотового телефона на состояние здоровья являются:

• головные боли;
• нарушение памяти и концентрации внимания;
• постоянная усталость;
• депрессивные заболевания;
• боль и резь в глазах, сухость их слизистой оболочки;
• прогрессивное ухудшение зрения;
• лабильность артериального давления и пульса (замечено, что после разговора по мобильному телефону артериальное давление может повышаться на 5…10 мм рт. ст.);
• через 6 лет пользования мобильником риск развития опухоли мозга может повыситься на 50%.

Постановка задания

Предложить методы расчета фактического значения интенсивности облучения человека антеннами базовых станций системы сотовой связи в условиях большого города и приблизительного расчета времени безопасного пользования мобильным радиотелефоном, считая, что направленность и структура поля антенны мобильника в исследуемой промежуточной зоне практически не будут отличаться от их характера в зоне излучения. Подтвердить полученные результаты примерами из практики. Сделать выводы и дать практические рекомендации.

Расчет влияния электромагнитного излучения базовых станций на человека

Воспользуемся выражением (1), но внеся туда два коэффициента k1 , k2, и тогда плотность потока мощности электромагнитного поля, излучаемого антенной базовой станции и воздействующего на человека, можно рассчитать по формуле:

где k1 – модуль коэффициента отражения на границе “воздух – стена здания”, k2 – модуль коэффициента преломления (прохождение) на границе “стена здания или перекрытие между этажами – воздух”. Значения этих коэффициентов зависят от угла падения радиолуча на стену или перекрытие и от электрофизических параметров материалов, из которых изготовлено перекрытие или сложена стена. Однако известно, что эти коэффициенты по модулю, так же как и функции , не могут превышать единицы.

Исходя из формулы (2), видим, что выбранные условия являются наихудшими для здоровья человека. Ради удобства пользования формулой (2), представим P – в микроваттах, r – в сантиметрах, П – в мкВт/см2, и перепишем ее таким образом:

Решив уравнение (3) относительно r, получим формулу:

по которой можно определить минимальное расстояние от антенны, на котором интенсивность облучения будет равна П мкВт/см2 при мощности излучения Р Вт и коэффициенте усиления G антенны базовой станции.

Антенна базовой станции имеет круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и узкую (7 градусов по половинной мощности) в вертикальной плоскости. Она также имеет малый наклон (2 градуса) направления максимума излучения по отношению к поверхности земли.

Пример 1

Рассмотрим типичный случай, например, когда Р = 8 Вт, G =17 дБ и высота поднятия антенны над поверхностью земли h = 32 м. Если в уравнение (3) подставить принятые величины, а П взять равным 2,5 мкВт/см2 – предельно допустимой по медико-санитарным нормам величине, то расстояние r в направлении основного лепестка диаграммы направленности антенны будет равным 35,8 м. Таким образом, уже на расстоянии 36 м от антенны в направлении основного лепестка диаграммы антенны для человека излучение становится безопасным. Очевидно, что на этом же расстоянии от антенны в других направлениях гарантия безопасности будет еще большей. Непосредственно под антенной и в других направлениях действуют боковые лепестки диаграммы, где интенсивность излучения антенны уменьшается почти на порядок, точки с допустимыми значениями плотности потока мощности будут находиться на расстояниях не более 10 м от антенны.

Если, например, антенна базовой станции расположена на крыше жилого дома на высоте 5 м, то жители уже верхнего этажа, защищенные железобетонным перекрытием, будут облучаться с интенсивностью на порядок ниже допустимой нормы. Касательно жителей соседних домов, достаточно, чтобы верхние этажи были ниже антенны при расстоянии от нее не менее 30 м. Это условие всегда выполняется при соблюдении норм на расстояние между домами при строительстве.

Пешеходы автоматически попадают в зону безопасности, даже когда из тротуара они видят антенну базовой станции, потому что расстояние к ней увеличивается на значение высоты дома, на котором установлена антенна. Еще меньше облучаются люди в помещении или на улице при попадании на них волны, отраженной от стены здания.

Расчет времени безопасного пользования мобильным радиотелефоном

Если мощность излучения антенны мобильного радиотелефона обозначить через Рм, коэффициент усиления антенны телефона – через Gм, расстояние до точки облучения – через r, то приближенно для промежуточной и ориентировочно для ближней зон среднее значение плотности потока мощности Пм, излучаемой радиотелефоном можно рассчитать по формуле:

Разделив Пм на предельно допустимое значение потока мощности Пдоп =25 мВт/см2, получим число k, которое показывает во сколько раз Пм – фактическая интенсивность облучения, превышает допустимую

Такое превышение имело бы место, если бы объект облучения находился в потоке мощности круглосуточно.
Следовательно, чтобы определить предельно допустимое время t безопасной работы мобильного телефона в течение суток, достаточно 24 часа (длительность суток) разделить на коэффициент превышения k:

Подставив значение Пм с (4) в (5) и новое значение k в (6), получим:

Для удобства пользования этой формулой время суток переведем в минуты, мощность Рм выразим в микроваттах, расстояние r – в сантиметрах, и тогда по окончательной формуле будем иметь результат в минутах:

Пример 2

Выбираем практически среднее значение мощности излучения мобильным телефоном Рм= 2·105 мкВт; r = 5 см (расстояние от антенны телефона к голове пользователя); Пдоп =25 мкВт/см2; G = 1 (считая, что в средней зоне антенна имеет практически единичную направленность). Подставив эти значения в формулу (8), будем иметь: t = 56,52 минуты.

Округляя полученный результат в пользу здоровья пользователя, отметим, что общее время пользования мобильным радиотелефоном следует ограничить 50 минутами в сутки. При необходимости использования мобильного телефона в экранированном помещении постоянно (в кабине или салоне автомобиля и т.п.) это время следует сократить в 4 - 5 раз.

Выводы и рекомендации:

1. Излучения антенн базовых станций практически никакого влияния на здоровье человека не имеют.
2. При использовании мобильного радиотелефона взрослым человеком в течение суток безопасно говорить не более 50 минут на открытом пространстве.
3. Детям до 16 лет безопасно пользоваться мобильным телефоном не более 20 минут в течение суток.
4. Малолетним детям использование мобильного телефона следует запретить.
5. Время постоянного использования мобильного телефона взрослым человеком в экранированных помещениях (кабина, салон автомобиля, микроавтобуса и т. п.) следует сократить до 15 минут в сутки.
6. Помните, что ваш мобильный телефон все время находится в активном состоянии ожидания радиосвязи, и потому не носите его в кармане или на груди как медальон, особенно это касается молодых людей, беременных женщин и детей.
7. При использовании мобильного телефона не заслоняйте заднюю крышку его корпуса ладонью или пальцами руки. Наше тело сильно поглощает электромагнитную волну, ослабляя сигнал от базовой станции, что ”заставит” телефон работать при повышенной мощности.
8. Не пользуйтесь радиотелефоном за рулем, потому что это к тому же еще и отвлекает внимание водителя.
9. Не покупайте радиотелефон “на руках” без сопровождения соответствующей технической документации, помните о SAR-показателе.
10. Пользуйтесь мобильным телефоном только в случае необходимости.

Ю. В. Крушевский, к. т. н., доц.; Ю. И. Кравцов; Я. А. Бородай

Мобильная телефонная связь и системы передачи данных - две самые быстроразвивающиеся отрасли связи. Особенно интенсивно развивается индустрия мобильной передачи данных, включающая в себя беспроводной доступ к сети Интернет.

В то время, когда частные компании стараются превратить мобильную связь в прибыльный бизнес, государственный сектор имеет возможность занять достойное место в предоставлении актуальной информации и услуг, необходимых в повседневной жизни. Опыт стран Западной Европы и США свидетельствует о том, что достаточно большое количество частных компаний и некоммерческих организаций уже предоставляют гражданам услуги в области беспроводной связи - рассылку сообщений об изменении движения транспорта, результатов лотерей, туристической информации, предупреждений о сбоях в энергообеспечении и пробках на дорогах, бронирование авиабилетов и мест в гостиницах, банковские операции, чтение новостей и др.

Мобильная связь из средства роскоши постепенно начинает превращаться в обыденное явление и для жителей постсоветских стран. Пользователей сотовой телефонии уже больше волнует не само наличие мобильного телефона, с помощью которого можно связаться с нужным абонентом в любом месте и в любое время, а новые сервисы с использованием Интернета.

В то же время, несмотря на всемирный бум мобильного Интернета, наполнение WAP-страниц, особенно СНГ, оставляет желать лучшего. Отчасти это связано с малым опытом подготовки подобных проектов, что обусловлено незрелостью технологии, отчасти - с ограничениями, накладываемыми ею на форму и способ подачи данных.

Условно (в рамках этого доклада) отечественные wap-ресурсы можно разделить на две категории - <развлекательные> и <серьезные, или умные>.

К сожалению, можно констатировать, что сегодня "серьезные ресурсы и услуги" составляют не более 10% от общего объема мобильного сервиса. В русско-украиноязычном сегменте Интернета уже есть достаточное количество wap-сайтов каталогов и рейтингов (W@B-City - wap.wab.ru; PSLink - wap.pslink.ru; КОВЧЕГ-nash-kovcheg.ru; Наш WAP - wap.nev.ru), которые являются своеобразными путеводителями мобильного Интернета, свои порталы и поисковые системы (UAPORT - wap.uaport.com; АПОРТ - wap.aport.ru; Яндекс - wap.yandex.ru; Рамблер - wap.rambler.ru; Gala. Net - wap.gala.net и др.). Газеты и телеканалы предлагают новости - UaToday.net (uatoday.net/wap), Подробности (wap.podrobnosti.ua), Обозреватель (wapoboz.konkurent.biz), Форум (wap.for-ua.com), ОБКОМ (obkom.net.ua/wap), Комсомольская правда (wap.kp.ru), Майдан (wap.maidanua.org), Лента. Ру (wap.lenta.ru), NEWS.ru (wap.newsru.com), Прайм-ТАСС (wap.prime-tass.ru). Существуют wap-сайты авиакомпаний (Аэросвит - wap.aerosvit.com), железных дорог (Pacпиcaние CHГ - wap.poezda. net), финансовые (finance.ua - wap.finance.com.ua), сайты wap-переводчики (PROMT - wap.translate.ru), электронной почты (Mail.ru - wap.mail.ru; UA. FM - wap.ua. fm).

Уделим особое внимание направлению <умного и серьезного сервиса>, которое можно также рассматривать в контексте E-Government. В этом контексте стоит рассматривать и мобильные услуги учреждений культуры, в том числе библиотек.

Согласно рекомендациям проекта КАЛИМЕРА (в рамках программы Европейской Комиссии - IST Programme / http://www.calimera.org) <учреждениям культурного наследия предстоит решить задачу по предоставлению услуг, которые обеспечат качественно новый уровень обслуживания отдельных граждан, а также предприятий делового и образовательного секторов> [1, 2].

<В настоящее время люди рассчитывают на доступность информационного обслуживания по мере возникновения в этом необходимости вне зависимости от времени суток и местоположения. Сотовые телефоны, портативные компьютеры (КПК) и такие протоколы беспроводной связи, как Bluetooth, WAP, GPRS делают это возможным. Вместе с маркировкой объектов при помощи радиочастотной идентификации библиотеки, музеи и архивы могут снабжать пользователей специальным мобильным устройством, которое будет направлять посетителя к определенному экспонату или книжной полке. Если мобильное устройство подключено к Интернету или локальной сети организации, то в этом случае индивидуализация обслуживания пользователей обеспечивается доступом к различным уровням информации. Если речь идет о местах культурного наследия, расположенных под открытым небом, то многочисленные информационные услуги, предоставляемые технологией беспроводной связи, позволяют посетителям обходиться без услуг экскурсовода-человека. Все вышесказанное оказывает влияние и на процессы непрерывного образования> [2].

К перечисленному остается лишь добавить внедрение в библиотеках wap-онлайн каталогов, доступ к wap-базам данных, возможно, wap-энциклопедиям, сервис виртуальной справки через wap-сайт библиотеки, wap-чат или в комбинации с SMS.

Wireless Application Protocol (WAP) - это протокол беспроводного доступа к информационным и сервисным ресурсам Интернета непосредственно с мобильных телефонов. Основное преимущество WAP заключается в том, что для работы в Интернете абоненту не нужны дополнительные устройства - компьютер и модем, достаточно одного мобильного аппарата с поддержкой WAP.

WAP-сайты располагаются на веб-серверах и представлены в специальном формате WML (Wireless Markup Language). Этот язык разметки специально адаптирован под возможности мобильного телефона - двухцветную графику, маленький экран и небольшую память.

В большинстве случаев WAP-страницы представляют собой краткие выжимки с важной информацией, что обусловлено ограничениями на размер файла и малой площадью экрана мобильного устройства.

Информация передается между WAP-клиентом и WAP-сервером. В качестве WAP-клиента может выступать обычный мобильный WAP-телефон. С помощью программы-микробраузера направляется запрос по сети беспроводного доступа, который принимается WAP-шлюзом. WAP-шлюз, в свою очередь, направляет URL-запрос к соответствующему веб-узлу, используя протокол HTTP; запрашиваемые веб-страницы обычно написаны на языке WML. Веб-узел формирует ответ в формате WML, передает его на WAP-шлюз, и уже оттуда в двоичном формате запрошенная информация передается на мобильный телефон клиента.

Прежде чем организовывать мобильные услуги в библиотеке, следует задуматься над двумя вопросами: каков возможный охват потенциальных пользователей для такого сервиса и насколько будут доступны такие услуги исходя из финансовых возможностей пользователей.

По статистическим данным (осень 2004 г.) в Украине количество мобильных телефонов превысило количество стационарных и по отдельным прогнозам к концу 2005 г. ими могут обладать до 60% населения страны. Стоимость услуги WAP GPRS составляет приблизительно 1 копейку за 1 Кб данных. GPRS-покрытие (для ведущих операторов UMC и КиевСтар) практически сравнялось с зоной GSM-покрытия.

GPRS (General Packet Radio Service) - технология пакетной передачи данных в сотовых сетях, не только не требующая постоянного занятия канала, но предполагающая за счет одновременного использования нескольких тайм-слотов (временных интервалов) значительно более высокую скорость трафика данных - до 115 кбит/с. Тарификация при таком способе коммутации осуществляется уже не по времени соединения, а по объему перекачанных данных. GPRS-телефон может постоянно находиться на связи с провайдером и всегда быть готовым к получению или отправке информации.

Кировоградская ОУНБ приступила к реализации проекта мобильного доступа в начале 2004 г.; 24 февраля запущен wap-сайт библиотеки. За полтора года эксплуатации мобильный сайт эволюционировал в своем развитии по схеме, очень сходной с библиотечным веб-сайтом. Вначале он имел несколько разделов справочно-информационного характера: <Новости>, <Отделы библиотеки>, <Адрес>, <Правила записи>, <Афиши> киноклубов отделов искусств и иностранной литературы, <Календарь памятных и знаменательных дат на текущий год>, <Путеводитель по wap-ресурсам>. За год с небольшим домашнюю страничку сайта посетили более 3 тыс. раз.

На следующем этапе планировалось придать wap-сайту более профессиональный характер за счет подключения различных баз данных и прежде всего модуля WAP-OPAC, который позволил бы пользователям осуществлять поиск библиографической информации в электронных каталогах библиотеки при помощи мобильного телефона вне зависимости от места пребывания - в учебной аудитории, на улице, в транспорте или дома, т.е. практически везде, где есть покрытие сети мобильного оператора связи.

При создании wml-страничек wap-сайта следует учитывать определенную специфику, обусловленную <правилами хорошего тона> и принципами доступности сайта для мобильных устройств. Вкратце они заключаются в следующем:

• помните о размере экрана - на маленьком экране стремитесь к простой структуре изложения контента, избегайте перенасыщения страниц;
• минимизируйте (по возможности) длину текста, будьте лаконичными;
• по возможности избегайте графики - она уменьшает читабельность, увеличивает время загрузки страницы (а соотвественно и расходы посетителя за связь), кроме того, виртуальный пользователь может запретить использование графики на своем устройстве;
• минимизируйте уровни иерархий в меню;
• используйте плоскую структуру сайта;
• помните о надлежащей функциональности меню навигации по сайту;
• минимизируйте (по возможности) операции ввода-вывода при работе пользователя со страничкой.

Через полгода работы и исследований отделу автоматизации ОУНБ удалось преодолеть специфические проблемы, связанные с особенностями мобильных устройств, и 31 окт. 2004 г. начал функционировать онлайн-каталог для мобильных устройств - WAP-OPAC.

Фактически он обеспечивает доступ ко всем библиотечным базам даных, доступным в онлайн-режиме через веб-сайт. В поисковой форме WAP-OPAC пришлось отказаться от сложной формы с несколькими строками ввода поисковых параметров исключительно из соображений доступности и удобства работы с поисковым интерфейсом. Возможен поиск по трем параметрам: автору, заглавию, ключевому слову, что в подавляющем большинстве случаев гарантирует выполнение традиционных схем запросов в электронном каталоге. В итоге wap-пользователь имеет доступ к 10 библиографическим БД общим объемом около 250 тыс. записей. Как и в традиционном OPAC, выходные формы снабжены линками на автора, издательство и предметные рубрики, т. е. одним кликом или нажатием кнопки телефона можно выполнить дополнительный запрос к каталогу (по выбранному параметру), минимизируя ввод данных.

Новая услуга понравилась нашим пользователям, и через два месяца зафиксировано более 500 посещений. Однако выявилась и специфическая проблема, присущая сложившейся практике использования мобильных телефонов - пользователи пытались выполнять запросы, используя транслитерацию (как часто бывает при написании SMS), и естественно, получали от системы нулевые ответы.

Решать такую проблему введением программного блока по конвертированию транслитерированных запросов в кириллический текст (технически мы способны это сделать) мы посчитали неприемлемым. Дело в том, что пользователи не придерживаются строгих правил при написании. Очень часто они заменяют кириллические буквы цифрами или латинскими символами исходя из зрительного сходства, например, школа - wkola, четыре - 4etire. Предугадать такие <вариации> довольно сложно, поэтому нам пришлось ограничиться предупреждением в поисковой форме о необходимости переключить свой телефон на украинский или русский язык перед выполнением запроса.

Следуя канонам публикации контента для мобильных устройств, необходимо помнить о максимальной краткости изложения материала ввиду ограниченности величины экрана устройства, т. е. скорее всего в этой отрасли будут преобладать лаконичные материалы и базы данных информационно-справочного характера, хотя через WAP уже сегодня можно читать практически всю Библиотеку Мошкова (waplib. info).

Далее была реализована БД <Сводный каталог периодики г. Кировограда> (http://wap. library. kr.ua/period/index. wml). Эта БД позволяет искать информацию о наличии (подписке) в одной из восьми ведущих библиотек города любой газеты или журнала за текущее полугодие. В поисковой форме достаточно ввести фрагмент слова из названия издания, через селектор выбрать тип издания (газета или журнал) и получить список библиотек с указанием адресов и телефонов, по которым, кстати, можно позвонить, не выходя из wap-интерфейса мобильного телефона, что позволяют специальные тэги языка WML.

На очереди подключение новых БД (<Биографическая энциклопедия персоналий Кировоградщины> и др.).

Следует заметить, что просматривать wap-сайты можно и через обыкновенный веб - для этого на компьютер необходимо установить браузер Opera, так как только он имеет встроенный wap-браузер.

Добиваясь облегчения процесса создания и публикации wap-контента, мы столкнулись с необходимостью разработки дополнительного онлайнового программного обеспечения, доступного через веб-интерфейс. Результатом этой работы стал свободно доступный через веб-генератор wml-файлов (http://www.library.kr.ua/wmlgen/wml.html).

Интерфейс программы на русском и украинском языках. Эта онлайн-программа позволяет генерировать wml-странички для wap-сайтов. Вначале необходимо внести предварительные данные и вставить полезный текст в большое окно (из любого текстового редактора). Далее программа сгенерирует wml-странички заданного размера с выбранной кодовой таблицей, присвоит им соответствующие имена, создаст систему навигации между этими страничками. Все созданные файлы wml можно сохранить в определенном месте конкретного wap-сайта.

Таким образом, создание wap-сайта (публикация контента) сводится к тривиальной задаче, снимает вопросы контроля размеров страниц, создания навигации между ними, перекодирования текста в UNICODE и прочее. Хотя эта программа и не является системой CMS (Content Management System), но при определенном навыке позволяет значительно облегчить работу верстальщика wap-сайта.

В заключение следует упомянуть о скептических оценках и прогнозах в отношении wap-технологий. Существует мнение, что WAP GPRS является временной, переходной технологией для мобильных устройств. На смену ей должны прийти сети класса 2.5G - усовершенствованное второе поколение цифровой мобильной связи, скорость передачи данных увеличена до 384 Кбит/с. К этому поколению относят сети стандартов GPRS и EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution). Кстати, украинский оператор life:) объявил в марте 2005 г. о вводе в эксплуатацию высокоскоростной передачи данных (доступ к Интернету, WAP и MMS) на основе технологии EDGE, а мобильный оператор UMC планировал подобное новшество с мая 2005 г.

За сетями класса 2.5G последуют сети класса 3G (системы цифровой мобильной связи третьего поколения будут поддерживать мультимедиа и иметь скорость передачи до 2 Мбит/с). В таких сетях станет возможным, например, смотреть трансляции художественных фильмов. Естественно, возникает вопрос: стоит ли библиотекам заниматься wap-технологиями, которым прогнозируется жизнь сроком 2-3 года? Учитывая реальные затраты операторов связи на создание инфраструктуры приемо-передающих станций, мощность отечественных каналов связи, замену мобильных телефонов на аппараты с поддержкой 3G и достаточно высокую стоимость такого вида связи, можно прогнозировать, что подобные новшества отечественному пользователю <не угрожают> в ближайшие годы или потенциальный круг таких счастливчиков будет крайне узок.

Волохин О.М.
ОУНБ им. Д.И. Чижевского, Кировоград, Украина