Miről ír a QST magazin? 2015. április

A 2015 áprilisi QST-ből csak egy cikket választottam, mert ezt nagyon aktuálisnak és fontosnak éreztem, de ezt a cikket szó szerint az elejétől a végéig lefordítottam:

30. oldal Gubancoljuk ki a digitális hangátviteli módokat 50 MHz felett QST-April

D-STAR, DMR, C4FM, P25 ezek a választható rövidítések az URH feletti világból

Bob K1IW írása

Kiigazodni az FM hangátvitel digitális világában, valljuk be, nehéz feladat. 50 mérföldön belül Massachusetts városában, ahol lakom, öt különböző digitális technika található a különböző átjátszókon. Egyik sem kompatibilis a másikkal. Hasonló eredményre juthattok, ha körbenéztek a rádiótok hatósugarában, és ha megfelelően sűrűn lakott helyen laktok, vagy jártok rendszeresen.

Ha azon gondolkodtok, hogy az analóg FM-ről digitálisra váltsatok, és ki szeretnétek választani a nektek legmegfelelőbbet, az sok mindentől függ. A legfontosabb és egyben triviális kérdés, hogy melyik működik a közeletekben. Ha nincs digitális átjátszó, akkor meg kell elégednetek a szimplex digitális móddal, ez se rossz, de ez behatárolja a hatótávolságot.

A közeletekben található digitális módok listája elég rövid:

APCO 25: gyakran csak P25-nek nevezik. Ez elég régi üzemmód és főleg földi profi adóvevőkben fordul elő.

C4FM/System Fusion: bár vannak profi változatai, de a Yaesu System Fusion rendszereiben megtalálható az amatőr változat is. Ez a legújabb fajta amatőr-rádió centrikus digitális rendszer.

D-STAR: Ez a jelenleg működő digitális rendszerek között a legmegalapozottabb. A D-STAR leggyakrabban az Icom rádióiban található, és a Japánban kifejlesztett nyílt protokollon alapul.

DMR: a Digital Mobile Radio, vagy röviden DMR, a földi profi technológia amatőr-rádiós adaptációja. Amikor ez a cikk íródott, akkor a DMR csak a profi szintű adó-vevőkben volt elérhető. A DMR népszerűsége folyamatosan növekszik az olcsóbbsága és a spektrum effektívebb kihasználtsága miatt. Erről bővebben később.

NXDN: egy másik, kereskedelemben elérhető profi rendszer, melyet adaptáltak rádióamatőr használatra. Az NXDN kevéssé ismert az amatőr világban, mivel nagyon kevés átjátszó érhető el.

Ha több mint egy digitális üzemmód található a körzetedben, akkor érdemes tájékozódni arról, hogy milyen érdekeket képvisel az adott átjátszó. Gyakori, hogy informálisan célzott érdekeket szolgál. Ha te a DX-ekről szeretnék beszélgetni, akkor kellemetlenül érezheted majd magad a számítógépes kütyükről diskurálók között.

Linkek és csoportkommunikációk

A legnagyobb különbség a digitális üzemmódokban az átjátszók linkjeinek (kapcsolatainak) lehetőségeiben van. A linkek fontosak, mert azok kiterjesztik a rádiód lehetőségeit a lokálistól az országosig vagy a globálisig.

Egyes digitális rendszereknek nincsenek saját linkelő lehetőségeik. Mások képesek használni a meglévő infrastruktúrákat, mint az IRLP vagy EchoLink. Bizonyos rendszerek beépített protokolljukból adódóan képesek kiterjedt linkelésre.

A D-STAR két különféle linkelésre ad lehetőséget. Az első a routolás (útvonalképzés). Beprogramozhatod a rádiódat arra a hívójelre, amelyiket el akarod érni, majd adsz azon az átjátszón, amelyik internetes kapuállomásnak van konfigurálva (a legtöbb átjátszó ilyen). A D-STAR hálózat megkeresi azt az átjátszót, amelyiken keresztül elérhető a célállomás. A másik linkelési mód a D-STAR-ban a reflektorokon keresztül történik, ahol találkozhatnak az amatőrök, és felváltva társaloghatnak. Egyes átjátszó üzemeltetők kiválaszthatnak egy másik átjátszót, ahova alapesetben kötődik az ő kapuállomásuk. A D-STAR felhasználók is programozhatják úgy a saját rádiójukat, hogy az adott átjátszó egy másik átjátszóhoz kapcsolódjon. A legtöbb rendszeren ez felülírja az átjátszó üzemeltetőjének az alap beállítását. A reflektor linkelés nagyon hasonló az analóg linkeléshez, ahol több átjátszó kapcsolódik egy vagy több csoport (hub) átjátszóra. A D-STAR rendszer azonban könnyebb újrakonfigurálást tesz lehetővé, és azt is megengedi, hogy szinte akármelyik másik átjátszóra köthessük az átjátszónkat ellentétben az analóg rendszerekkel, ahol a linkelési elrendezések eleve adottak.

A Digital Mobile Radio (DMR) hasonlóan a D-STAR-hoz, lehetővé teszi a személyes hívásokat, de ezek a DMR hálózatban elfogyhatnak. A DMR elsődlegesen a csoportbeszélgetésekkel biztosítja a linkelést. Ezek nagyon hasonlóak a közösségi biztonsági rendszerekhez vagy a kereskedelmi csoportbeszélgetésekhez. Ha az adott átjátszó úgy van konfigurálva, hogy ezt megengedi, akkor az adott beszélgető csoporthoz tartozók hallgathatják egymást és beszélhetnek egymással, függetlenül attól, hogy mely átjátszón vannak. A DMR hálózatok, mint pl. a DMR-MARC vagy a DCI beszélgető csoport, számokat rendel bizonyos célokra. Ilyen pl. a DMR-MARC 3172/TS1 az Észak Kelet USA regionális csoportja.

Óvatosnak kell lenni a DMR-el: bizonyos gyártók rádiói lehetnek különböző szabványúak. A link protokollok különbözőek lehetnek pl. a Hytera és a Motorola esetében. A linkelésen kívül a DMR gyártók rádiói kompatibilisek egymással.

A Yaesu System Fusion linkelési rendszere eléggé hasonló a D-STAR rendszeréhez, de a cikk írásakor részletes leírás még nem állt rendelkezésre. A System Fusion digitális csoportokat is támogat, melyek a beszélgető csoportokhoz hasonlóak.

Adó-vevő megfontolások

Amikor digitális rádió technológiát választunk, akkor meg kell fontolnunk az egyes adó-vevők nyújtotta egyedi képességeket is. Ez az, amiben az amatőr rádiós piac nagyon eltér a profi rádiós piactól ld. az 1-es táblázatot.

Az összes D-STAR és C4FM Yaesu System Fusion rádiók képesek működni analóg FM és kétsávos üzemmódokban is. Egyszóval, egyik rádió sem zár ki téged az analóg üzemmódból, fogsz tudni beszélgetni az analóg FM amatőr átjátszókon is a barátaiddal. Némely D-STAR és C4FM Yaesu System Fusion rádiók képesek automatikusan detektálni is az analóg FM jelenlétét. Mindkét gyártó rádiói megfelelő frekvencia kijelzéssel rendelkezik és lehetővé teszi bármely frekvenciára való hangolást is, a CTCSS beállításokkal és minden egyebekkel együtt.

Ezzel szemben a P25, NXDN és a DMR adó-vevők csak digitális üzeműek. Ezeket csak ipari célokra gyártották, ezért ezek híján vannak az olyan lehetőségeknek, amiket egy amatőr elvárna. Ráadásul a csatorna beállítások speciális hardvert és szoftvert igényelnek. Ha ezeket egyszer beprogramozták, akkor azokat, pl. a frekvencia értékeket csak újabb programozással lehet megváltoztatni. Ha például beállítottál egy DMR rádiót New York város körzetére, akkor ha Daytonba vagy Ohioba utazol, akkor a DMR rádiódnak nem nagyon tudod hasznát venni, hacsak át nem programoztad azokat.

Egyedi vonások

Egyes ipari szintű digitális rádiók roaming szolgáltatásokkal rendelkeznek. Ezért beprogramozhatod a rádiódat egy csomó linkelt átjátszóra a körzetedben. Ha az átjátszód körzetén kívülre utazol, akkor a rádiód automatikusan arra a frekvenciára kapcsolódik, ahol ugyan az a beszédcsoport érhető el. Így folytathatod a beszélgetésedet szinte megszakítás nélkül.

A Yeasu System Fusion rádiók képesek kis felbontású fényképek készítésére és továbbítására. Ezt egy opcionális kamera mikrofonnal lehet megtenni. Amikor készítesz egy fényképet, akkor a rádió teljesen digitális üzemmódra vált, és elküldi a képet a másik állomásra, ahol az automatikusan megjelenik.

Szabványok kontra márkanevek

Nagyon vigyáztam a cikk írásakorhogy inkább általános neveket használjak a különböző digitális protokollokra. A valóságban egyes gyártóknak saját márkanevük van. A MOTOTRBO a Motorola neve a DMR-re. Ezt a nevet fogod a leggyakrabban hallani a DMR-aktív amatőrök között. A Hytera a rendszerét Hytera DMA-nak nevezi. Az NXDN IDAS-ként is ismert az Icom berendezéseiben és NEXEDGE-ként a Kenwoodokban.

Miért nem képesek ezek a rádiók egymással beszélni?

Ha van valami közös ezekben a berendezésekben, akkor az az, hogy ezek egymással nem képesek együttműködni. Vagyis nincsenek egymással beszélő viszonyban, legalábbis addig, amíg digitális módban vannak. Hogy megértsük a miértet, ahhoz vissza kell térnünk a jó öreg analóg FM üzemmódhoz.

Az analóg rendszerben a hangodat arra használják, hogy vele a jel FM vivőjét modulálják. A vivő változtatja a frekvenciát előre-hátra olyan mértékben, amilyen a kiindulási hangforrás frekvenciája. A frekvencia nagysága, amennyivel az változik, arányos a kiindulási hangforrás hangerejével. Így, ha a 146,52 MHz-es vivőt modulálják 1 KHz-es szinusz hullámmal, akkor az változhat 146,519 MHz-től 146,521 MHz-ig és vissza 1000-szer másodpercenként. Ha a szinusz hullám hangosabbra változik, akkor a vivő változhat 146,518 MHz-től 146,522 MHz-ig, és továbbra is 1000-szer másodpercenként.

Egy digitális rendszerben a hangforrás még további három extra lépésen megy keresztül. Az egyes számú lépés akkor történik, amikor az analóg audió jelet az az Analóg-Digitál-Converter-re (ADC) küldik. A konverter mintavételezi az elektromos hullámformát egy bizonyos frekvencián, legyen ez 8 KHz. Másodpercenként 8000-szer az ADC generálni fog egy bináris számot, mely reprezentálja abban a pillanatban a hullámforma feszültség értékét. A példa kedvéért legyen ez egy 12 bites szám. Így a legkisebb feszültség érték nulla Volt, a legnagyobb pedig 2 a 11-ik hatványon Volt. Ennél a pontnál a nullák és az egyesek sorozatát használhatnánk arra, hogy moduláljuk a vivőt, de ez nagyon nem lenne effektív. Először is a mintavételezési ráta magasabb, mint a hangunk legmagasabb frekvenciája. Másodszor, a példánkban szereplő 12 bitet minden mintavételezésnél el kellene küldenünk – modulálnunk kellene 12 szorozva a mintavételezési gyakorisággal, vagyis 96 KHz-cel, hogy lépést tudjunk tartani a mintavételezett adatokkal. Szerencsére az emberi beszédben nagyon nagy a redundancia – így nem kell ilyen direkt módszert alkalmaznunk.

A következő lépésben bevezetünk egy új terminust: vocoder. Az összes modern rendszer használ vocoder-t – ilyen nevekkel fogtok találkozni IMBE, AMBE, AMBE+2, vagy Codec2. A vocoder több sáváteresztő szűrőt tartalmaz, melyek analizálják a beszéd hullámformáját, és átalakítják azt szűrő paraméterekké. Ezek a szűrők nem a szokásos kapacitásos/induktivitásos típusúak. Ezeket a szűrőket programok valósítják meg digitális jelfeldolgozó processzorokon (DSP), melyek kiindulva a digitális értékekből átalakítják azokat bizonyos algoritmusokkal. A konkrét algoritmus függ a vocoder tipusától.

A végrehajtott vocoder és a tömörítő eljárások után a kimeneti adatok elérkeztek egy harmadik, új lépéshez, az adat framing-hez, melyekből ugyancsak több fajta létezik. Amikor az adatok keresztül mentek a vocoder-en, akkor biteket vettünk el belőlük, most biteket fogunk visszaadni az adatokhoz. Azokat a szabályokat, amelyek alapján ezt végrehajtják, protokollnak nevezik. A hozzáadott bitek információkkal szolgálnak a vevőknek – mint például hogy hol kezdődik a bit folyam, hol fejeződik be, hibaellenőrző kódok és egyéb adatok, melyeket meta-adatoknak neveznek, és melyek olyan adatokat tartalmaznak, mint az állomás azonosítója. A frame (keret) adatok jutnak a modulátorba.

Ezen a ponton már meglehetősen messze kerültünk az analóg hangtól és jó mélyen vagyunk már a bitek és a bájtok világában. A használt módszerek következtében jó messze kerültünk a reménytől, hogy ezek együtt tudjanak működni! 1. ábra (A cikkíró valami miatt nem tud, vagy talán nem akar tudni a DCS és XRF reflektorokban megvalósított kapuállomás rendszerről, mely némileg megoldani látszik az inkompatibilitás problémáját! Legalábbis az Internet szintjén. AA megjegyzése.)

Digitális moduláció és hozzáférés

Alapvetően két dolgot változtathatunk meg egy RF vivőben – annak amplitúdóját vagy frekvenciáját. Az összes mai kommunikációs rendszer a vivő frekvenciáját változtatja meg. Az APCO 25 (P25), NXDN, DMR és a Yaesu C4FM négy különböző frekvenciával modulál, így ezek a vocoder kimenetének két bitjét használják a modulációs frekvencia kiválasztásához. A D-STAR két különböző frekvenciával modulál, így a vocoder kimenetéről egy bitet használ el egy időben. A 2. táblázat a Modulation oszlopának első számjegye jelzi a felhasznált modulációs frekvenciák számát. Az FSK a Frequency Shift Keying rövidítése. A GMSK a Gaussian Minimum Shift Keying rövidítése, mely egy bevett mód arra, hogy a legkisebb lehetséges sávszélességet használják a frekvenciaugrások számára.

Láthatjátok, hogy ez a táblázat még két oszlopot tartalmaz: Sharing (megosztás) és Access (hozzáférés). A Sharing arra utal, hogy a több adó hogyan osztja el egymás között a spektrumot. Az FDMA a Frequency Domain Multiple Access rövidítése, ami azt jelenti, hogy az egyes adók más-más frekvencián működnek.

A TDMA a Time Domain Multiple Access rövidítése, melyben a különböző adók ugyan azon a frekvencián működnek, csak más időkben. Ehhez nagyon pontos időzítésre van szükség az adókban, de ez megengedi a DMR átjátszókban, hogy ugyan azon a frekvencián egyszerre két hangcsatorna működjön többé-kevésbé egyszerre. Ha te egy TDMA átjátszót használsz, akkor a te adód csak az idő 50%-ában működik, ezért spórolja az akkumulátor energiáját.

A TDMA átjátszók effektívebben használják a spektrumot, mint a többi eddig tárgyalt átjátszó. A DMR átjátszó pl. két kommunikációs csatornát szolgáltat azon a spektrumon belül, amin a D-STAR vagy a C4FM rendszerek csak egyet. Ez azt jelenti, hogy dupla annyi átjátszót tehetsz egy adott amatőr sávra.

Az utolsó oszlop az Access. Az analóg világban a CTCSS vagy a DCS a példák az access-re. Ahhoz, hogy használhass egy analóg FM átjátszót, szükség lehet a CTCSS kód küldésére, pl. 77 Hz küldésére a beszédhang mellett.

A digitális üzemmódokban több különböző faktor kombinációja – kezdve a kódolástól, a moduláción keresztül az access módokig – szükséges a sikeres kommunikációhoz.

Összefoglalva, ha valamely rádióamatőr digitális kommunikációt szeretnél kipróbálni VHF és UHF sávokon, akkor óvatosan válaszd ki a rendszert. Ahogy mondtam az elején, hallgass bele az aktivitásokba azon a helyen, ahol vagy. Derítsd ki, hogy kik vannak a sávban, és milyen technológiát használnak.

Ha azt találod, hogy nincs aktivitás, legalábbis egyik olyan technológiával sem, ami neked tetszik, akkor döntsd el, hogy úttörő akarsz-e lenni. Toborozz barátokat (vagy klubot), vásárolj berendezéseket és kezdd el élvezni az új technológiát.

73! de HA4AA András

  1. “Ezzel szemben a P25, NXDN és a DMR adó-vevők csak digitális üzeműek. Ezeket csak ipari célokra gyártották, ezért ezek híján vannak az olyan lehetőségeknek, amiket egy amatőr elvárna. Ráadásul a csatorna beállítások speciális hardvert és szoftvert igényelnek. ”

    Ez nem igaz 🙂

    “APCO 25: gyakran csak P25-nek nevezik. Ez elég régi üzemmód”

    És ez sem 🙂

    • Tisztelt Lajos Gábor!
      A digitális rendszerek összehasonlítása kizárólag szigorú fordítása az eredeti QST cikknek. Az idézett szövegrészek nem a cikk fordítójának, vagy a HA5KDR Rádióklubnak a gondolata, véleménye.
      Tisztelettel:
      Szerkesztők

    • Yummmy nothing is as great as fresh home-made bread. We all understand why making stuff is better than buying stuff, because when you make it yourself, it fits better and you get to choose everything about it. Perfect sense. I was just contemplating that I think I’ll get myself a nice sewing machine and start making scrubs for myself, since the choices just aren’t really ‘my style’. Oh… LOVE the new blog layout, VERY nice =)

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.