Система «Алтай»: инженерные решения первой автоматической радиотелефонной сети в СССР

Представьте себе рубеж 1950-х и 1960-х годов. До появления привычных нам сотовых телефонов и американских сетей AMPS оставалось еще больше двадцати лет. В обычных советских квартирах домашний телефон считался роскошью, а связь на расстоянии ассоциировалась исключительно с будками-автоматами и тяжелыми дисковыми аппаратами.

Именно в это время советские инженеры из Воронежского научно-исследовательского института связи (ВНИИС) и ГСПИ создали «Алтай» — первую в мире полностью автоматическую систему мобильной связи. Прямо из салона движущегося автомобиля, без помощи живой девушки-оператора на коммутаторе, можно было снять трубку, набрать номер и поговорить с квартирой или министерством.

С точки зрения инженерии это был абсолютный шедевр. Но устроен он был совершенно иначе, чем наши современные смартфоны.

Почему «Алтай» — это не сотовая связь?

Главное заблуждение — называть «Алтай» первой сотовой сетью. На самом деле сотовым он не был.

Современная мобильная связь называется сотовой, потому что вся территория города разбита на маленькие кусочки-ячейки (соты). В центре каждой соты стоит вышка. Когда вы едете на машине, ваш смартфон постоянно и незаметно для вас «перепрыгивает» с одной ближней вышки на другую.

В 1950-е годы электроника просто не умела координировать тысячи мелких вышек и ловить между ними быстро движущийся автомобиль. Советские инженеры пошли другим путем — они построили радиальную систему.

Вместо сотен мелких антенн они поставили одну, но колоссальной мощности. В Москве передатчики разместили на Останкинской телебашне. Эта гигантская вышка «накрывала» радиосигналом огромный невидимый зонт радиусом до 50-70 километров. Машина могла кружить по всей Москве и Подмосковью, оставаясь в поле зрения одного-единственного центра. Никаких «прыжков» от вышки к вышке не требовалось.

Проблема дефицита: как поделить 16 каналов на тысячу директоров

Самая красивая инженерная часть «Алтаевской» архитектуры — это распределение частот.

В первых версиях системы в эфире было доступно всего 16 радиоканалов (позже, в модернизированной версии «Алтай-3М», их количество расширили). Но желающих пользоваться статусным телефоном в городе были тысячи — директора заводов, министры, экстренные службы. Если просто закрепить за каждым важным человеком свою частоту, система задохнулась бы на двадцатом абоненте.

Поэтому инженеры применили транкинг — систему динамического распределения каналов. На пальцах это работает так:

Вся аппаратура в багажнике автомобиля (а это был солидный железный ящик весом в 13 килограммов) в режиме ожидания постоянно «слушала» эфир. Центральная станция на Останкино брала один из свободных каналов и пускала по нему особый звуковой сигнал — «маркер». Все свободные автомобильные трубки в городе автоматически настраивались на этот маркер и ждали.

Как только чиновник в салоне поднимал трубку, его аппарат мгновенно связывался с базой по этому дежурному каналу. Автоматика на Останкино говорила: «Так, свободный канал номер 5, забирай его себе и разговаривай». Автомобильный блок тут же переключался на пятую частоту, а дежурный маркер для всех остальных телефонов в городе прыгал на следующую свободную линию. Когда разговор заканчивался, канал возвращался в общий котел.

Музыкальный набор номера и физические камертоны

Как происходил набор номера? Сегодня наши телефоны отправляют в сеть цифровые пакеты данных. В «Алтае» все было аналоговым и… музыкальным.

Внутри автомобильного блока не было привычных нам микросхем-процессоров. Вместо них инженеры установили настоящие металлические камертоны — крошечные резонаторы, похожие на те, которыми настраивают пианино.

Когда абонент крутил диск телефона в машине (в поздних версиях появились кнопки), система переводила каждую цифру в уникальный аккорд из нескольких звуковых тонов. Эти свистящие звуки улетали в эфир, центральная станция улавливала их, понимала по «звучанию», какая цифра нажата, и передавала команду на обычную городскую телефонную станцию.

Как заставить телефон говорить и слушать одновременно

Если вы пользовались обычной рацией, то знаете правило: нажал кнопку — говоришь, отпустил — слушаешь. Одновременно делать это нельзя, иначе твой собственный мощный передатчик под боком просто сожжет или оглушит твой же приемник.

Но заставить советских академиков и министров говорить в трубку слова «Прием, как слышно!» было невозможно. Телефон в машине должен был работать как дома — в режиме полного дуплекса (когда можно говорить и перебивать собеседника одновременно).

Чтобы решить эту задачу, инженеры создали дуплексер. В «Алтае» это было самое сложное и тяжелое устройство. Оно состояло из объемных металлических цилиндров-фильтров, которые радиолюбители называют «банками».

Эти «банки» работали как идеальные акустические стены: они намертво запирали и отсекали мощный сигнал собственного автомобильного передатчика, но при этом ювелирно пропускали внутрь устройства слабейший сигнал от далекой Останкинской башни. Именно из-за этих медных и посеребренных фильтров аппарат «Алтая» занимал добрую половину багажника советской «Волги».

Почему «Алтай» не стал массовым?

«Алтай» опередил свое время и был невероятно надежным. Сеть была настолько живучей, что ее модернизированные версии использовались в России вплоть до конца 2000-х годов — например, на речных судах, в таксофонах глухих деревень и в системах скорой помощи. Она идеально работала там, где нужно покрыть связью огромную территорию с минимумом абонентов.

Но стать массовым аналогом современных смартфонов «Алтай» не мог по двум фундаментальным причинам:

1. Потолок емкости. Если на весь город есть 100-200 каналов, то одновременно разговаривать могут ровно 100-200 человек. 201-й абонент услышит гудки занятости, даже если он один стоит посреди чистого поля. Сотовая связь легко решает это, повторно используя одни и те же частоты в соседних кварталах.
2. Габариты и безопасность. Чтобы «пробить» сигнал на 50 километров от границы Московской области до Останкино, передатчик в машине должен был работать на мощности 10-15 Ватт. Он потреблял огромное количество энергии от автомобильного аккумулятора. Сделать такой телефон карманным было физически невозможно: портативная батарейка села бы за пару минут, а излучение такой мощности прямо у головы пользователя было бы просто опасным для здоровья.

Тем не менее, «Алтай» навсегда остался в истории как триумф советской радиотехники — система, которая доказала, что мобильное пространство можно автоматизировать и подчинить человеку задолго до цифровой революции.