Цифровой Голос
(введение)
апрель 2021DV (цифровой голос) это общее обозначение цифровых протоколов, для передачи голоса по радиоэфиру, в каком либо цифровом формате. За последние 10 лет, стали популярны УКВ радиостанции с DV режимом.
В отличии от аналоговых радиостанций, где используется только SSB на КВ и FM на УКВ, голосовых цифровых режимом больше и каждый имеет свои особенности.
Есть несколько популярных цифровых протоколов для радиосвязи, что позволяет радиолюбителю выбрать то, что нужно ему . Давайте рассмотрим их подробнее.
Важно помнить, что разные цифровые протоколы не совместимы друг с другом! Значит, при одинаковых частотах, цифровая станция одного стандарта не услышит цифровую станцию другого стандарта.
Как формируется цифровой сигнал?
1. Микрофон радиостанции усиливает голос и передаёт на АЦП, где он оцифровывается кодеком AMBE++, который уже стал стандартным для цифровых коммуникаций в радиосвязи.
2. Далее, цифровой сигнал формируется в соответствии с протоколом (D-Star, YSF, M17, DMR, NXDN) в него добавляется информация для коррекции ошибок, защитный интервал, таймслоты и тд.
3. Затем, уже сформированный цифровой сигнал передаётся в эфир, через частотный модулятор. Самый популярный формат манипуляции несущей поверх обычной FM, это метод 4FSK, который используется в большинстве DV протоколов. Для модуляции 4FSK не требуется линейный усилитель мощности передатчика.
Суть 4FSK в формировании четырёх тонов которые и передают полезную информацию. Все сигналы сформированные таким методом, похожи друг на друга и в эфире и на слух. Только D-Star использует манипуляцию GMSK и отличается от других.
DV для радиолюбителей
Радиолюбители могут использовать цифровые протоколы, которые помещаются в разрешенную ширину полосы. Для разных участков диапазона, она может меняться. Рассмотрим их особенности:
D-STAR - радиолюбительский протокол.
Большая дальность связи. Интересный функционал. Не требует программирования. Высокая спектральная эффективность.
YSF - радиолюбительский протокол.
Большая дальность связи. Устойчив к эффекту Доплера. Не требует программирования. Интересный функционал. Качество сигнала приближается к FM.
M17 - радиолюбительский протокол.
Полностью открытый, не коммерческий. Прямая поддержка IP-сетей и TNC KISS режима. Только начинает своё развитие....
FreeDV - радиолюбительский протокол.
Открытый, не коммерческий. Адаптирован для работы на КВ частотах. FreeDV может декодировать сигналы ниже уровня шума. Отсутствует передача текста и другой сервис.
Радиолюбители используют и профессиональные радиостанции, различных цифровых стандартов:
NXDN - профессиональный протокол.
'Пробивной' протокол (nxdn 4800) с высокой спектральной эффективностью.
dPMR Tier II - профессиональный протокол.
Как и NXDN (благодаря полосе 6кГц) имеет высокую спектральную эффективность. Оборудование не дорогое и качественное. dPMR это полностью открытый протокол, разработанный в Европе.
P25 - профессиональный протокол.
Самый старый и хорошо себя зарекомендовавший цифровой протокол. Устойчив к эффекту Доплера.
DMR Tier II/III - профессиональный протокол.
Два таймслота на одной частоте. Ограничена дальность. Низкая помехоустойчивость. Много оборудования разного качества, не всегда совместимого между собой.
TETRA - профессиональный протокол.
Четыре таймслота на одной несущей. Дальность ограничена. Дорогое оборудование. Радиолюбители работают только режиме DMO, хотя полоса в эфире шире разрешённой.
На картинке выше показано, что происходит с цифровым и аналоговым FM сигналом, когда уровень постепенно уменьшается. В отличии от аналога, в цифре мы не будем слышать шума эфира, с определённого уровня, сигнал начнёт 'рассыпаться' и сразу пропадёт.
DV для безлицензионных каналов
Для безлицензионной работы подходят два цифровых стандарта, поддерживаемые именитыми производителями, которые выпускают аппаратуру для PMR446.
dPMR Tier I - безлицензионный протокол.
Идеально подходит для работы в безлицензионном участке PMR446. Благодаря узкой полосе (6кГц), можно удвоить кол-во каналов (16 вместо 8) не выходя за пределы безлицензионного участка.
DMR Tier I - безлицензионный протокол.
Этот стандарт без тайм-слотов, подходит для работы в PMR446, но кол-во каналов будет 8 как и в FM. По эффективности использования выделенного радиоспектра DMR проигрывает dPMR.
На картинке показана занимаемая полоса и как выглядят цифровые сигналы в эфире, для протоколов D-Star, DMR, YSF. При ширине 12.5кГц, в режимах D-Star, DMR, NXDN можно поместить два независимых канала. Наибольшую спектральную эффективность (в эфире) имеют протоколы D-Star, dPMR, NXDN. Немного хуже у M17, самая худшая у YSF, DMR, TETRA, P25.
Функционал DV радиостанций
В зависимости от модели радиостанции и протокола, функционал может меняться. Например, в дешёвых радиостанциях отсутствует позиционирование, sms и тд. Однако, есть условно-стандартный набор функций, которые поддерживают цифровые радиостанции.
• ПЕРСОНАЛЬНЫЙ ВЫЗОВ - вызов только определенной радиостанции или точки доступа.
• ГРУППОВОЙ ВЫЗОВ - вызов группы из списка контактов, одним нажатием кнопки PTT.
• ОБЩИЙ ВЫЗОВ - вызов который слышат все, когда канал доступен.
• ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ - обмен изображениями и файлами.
• SMS - обмен короткими текстовыми сообщениями.
• ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ - gps/глонасс, в продвинутых радиостанциях это отдельный режим APRS.
• РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛА - возможность работать на одной частоте, разным группам пользователей.
Дальность радиосвязи
Дальность связи цифровой радиостанции, примерно соответствует дальности в аналоговом режиме. Расчёты по модели Окамура-Хата для типичных условий, когда реальная дальность радиосвязи будет зависеть от рельефа местности, окружающей застройки, погодных условий, препятствий на трассе распространения радиосигнала, наличия помехи в радиоканале, будут выглядеть так (для диапазона UHF):
Расчётная дальность радиосвязи между портативками dPMR:
3 км в городе
5 км в деревне
12 км на открытой местности
Расчётная дальность автомобильных станций через ретранслятор dPMR:
14 км в городе
23 км в деревне
72 км на открытой местности
Ссылки
Оцифровка радиосвязи
Визуализация радиосвязи
Что такое Yaesu System Fusion (YSF)?
Особенности работы в режиме Yaesu System Fusion
Конкретные модели радиостанций и их возможности, мы обсуждаем в эфире, на круглых столах, в радиолюбительских сетях.
R7HJ