Цифровая радиосвязь что это
Почему цифровая радиосвязь?!
Технология цифровой двусторонней радиосвязи призвана решить проблему перегруженности радиочастотного спектра и обеспечить эффективность его использования. В мире используются миллионы аналоговых радиостанций, и такое огромное количество пользователей в радиочастотных диапазонах существенно ухудшает качество и надежность коммуникации. В некоторых странах уже приняты законодательные акты, обязывающие производителей выпускать и продавать только цифровое оборудование радиосвязи. В результате, большинство производителей радиооборудования инвестируют в развитие новых цифровых радиотехнологий, чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на более эффективное оборудование двусторонней радиосвязи. Цифра меняет взгляд пользователей на коммуникацию и использование радиостанций.
Недостатки аналоговой радиосвязи
Аналоговые системы радиосвязи до сих пор имеют широкое применение, и их пользователям хорошо известно об их недостатках:
Фоновые шумы и атмосферные помехи.
^^ Нестабильное функционирование
Случайные сбои при передаче или приеме вызовов.
Уменьшение эффективности с увеличением расстояния.
^^ Недостаточная защищенность радиосвязи
Бесконтрольность прослушивания разговоров.
Риск потери важного вызова из-за работы посторонних
радиостанций и помех.
Невозможность установить прямой вызов определенному
ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МЕНЯЮТ ПРЕДСТАВ ЛЕНИЯ О РАДИОСВЯЗИ
С развитием новых цифровых технологий, включающих в себя традиционный функционал аналоговых устройств с рядом дополнительных функций, пользователи получают широкий спектр возможностей радиосвязи. Устойчиво высокое качество вызовов Звук – цифровые технологии обеспечивают более эффективное подавление шумов и помех, сохраняя качество звука на большем расстоянии, и пользователи слышат, что им говорят, ясно и отчетливо. Использование вокодера AMBE+2™ помогает значительно улучшить качество передаваемого звука в помехонасыщенной среде для достижения эффективности радиочастотного спектра. Зона покрытия — цифровые технологии помогают пользователям сделать большее количество вызовов в большее количество мест. Цифровой сигнал остается мощным и чистым на протяжении всей дальности радиопередачи. Повышенная устойчивость цифрового радиосигнала обеспечивает большую дальность связи, которая была недоступна ранее.
УЛУЧШЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВЫЗОВАМИ
Контроль — обычное желание пользователей аналоговыми радиостанциями – контролировать тех, кто получает
сообщения, и избегать трансляции сообщений широкому кругу слушателей. Цифровые технологии делают это возможным при помощи уникального идентификатора, который присваивается каждой цифровой радиостанции. Пользователь может избирательно вызывать отдельную радиостанцию или группу, посылая вызовы только тем абонентам, которым необходимо передать определенную информацию.
Возможности управления вызовами
^^ Индивидуальный вызов – пользователь может напрямую вызвать другого определенного пользователя, и больше никто в канале их не услышит.
^^ Групповой вызов – пользователь может вызвать определенную группу пользователей. При этом все участники группы слышат друг друга, но их не могут услышать другие пользователи, кто не входит в данную группу, несмотря на то,что будут использовать тот же самый канал.
^^ Общий вызов – пользователь осуществляет вызов всем радиостанциям в канале.
^^ Поздний вход – во время активной фазы индивидуального или группового вызова, другие пользователи могут присоединиться к разговору на более поздней стадии.
Текстовые сообщения — цифровые технологии дают возможность отправлять и принимать текстовые сообщения, как запрограммированные, так и произвольные. Таким
образом, пользователь может оставаться на связи, когда голосовая связь невозможна, а также, когда нужно сохранить сообщения для последующего использования.
Защита информации — в цифровом режиме не требуется никакого дополнительного оборудования для защиты каналов связи. При включенной функции шифрования, сообщения слышат только те абоненты, которым оно адресовано, при этом отсутствует значительное снижение качества звука, присущее скремблированию в аналоговом режиме.
ПЕРЕХОДИТЕ НА ЦИФРУ ПРАВИЛЬНО НЕ ВСЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОДИНАКОВЫ
В отличие от аналоговых систем радиосвязи, которые, вне зависимости от марок, могут прекрасно взаимодействовать между собой,в цифровых системах используется один из двух протоколов: TDMA или FDMA. Важно отметить, что эти два протокола несовместимы, т.е. в цифровой системе радиостанция с протоколом FDMA не будут взаимодействовать с радиостанцией с протоколом TDMA. Во всем мире в более чем 74% цифровых радиостанций используется протокол TDMA, позволяющий увеличить эффективность и мощность.
Протокол TDMA предполагает использование полного канала 12,5 кГц, который делится на два независимых слота, тем самым достигая эффективности 6,25 кГц каждый. Таким образом, пропускная способность частотного канала удваивается. Благодаря этому на базе одного канала может быть организовано два одновременных сеанса голосовой связи. В качестве альтернативы один слот может быть занят голосом, а второй использован для передачи данных – например, текстовых сообщений. При этом не возникает потребности в приобретении второй лицензии, не происходит уменьшения дальности связи и нет угрозы помех от соседних каналов.
Два голосовых трак та на ба зе одного цифрового канала 12,5 кГц
Другие преимущества TDMA:
^^ Совместимость с аналоговыми системами связи для более легкого и эффективного перехода на цифру.
^^ Меньшая стоимость оборудования – не требуется дополнительных ретрансляторов или комбайнеров, для получения двойной емкости канала.
^^ Более продолжительное время работы от батареи – протокол TDMA позволяет уменьшить вдвое время передачи, увеличивает длительность разговоров и время работы радиостанции от одной батареи без подзарядки. Меньшие затраты на дополнительное оборудование ведут к экономии затрат на электроэнергию.
^^ Большая свобода выбора – TDMA – самый распространенный в мире протокол цифровой подвижной радиосвязи. Применение TDMA позволяет пользователям получить более гибкие системы радиосвязи.
Протокол FDMA предполагает разделение полосы частот на несколько узких подканалов, но при этом пропускная способность канала 12,5 кГц используется не полностью. По мере сужения полосы возрастает угроза помех, снижается чувствительность и может уменьшиться радиус действия устройств – то есть, общее качество связи падает. Для решения этой проблемы требуются дополнительные лицензии и полосы частот, что делает систему значительно дороже.
Только один голосовой тракт может быть организован на базе канала 12,5 кГц
Другие недостатки протокола FDMA:
^^ Высокая стоимость оборудования – для организации каждого канала требуется отдельный ретранслятор. Кроме того, чтобы совмещать несколько частот на одной антенне базовой станции необходимо уплотняющее устройство.
^^ Высокие затраты на приобретение лицензий – для
достижения необходимой пропускной способности требуются дополнительные лицензии или полосы частот. Два подканала 6,25 кГц не могут полноценно работать в канале 12,5 кГц, цифровые системы не смогут взаимодействовать с таким аналоговыми системами, так как это будет происходить на разных частотах.
^^ Ограниченный выбор – ассортимент радиостанций, работающих на основе протокола FDMA невелик – лишь небольшое количество производителей предлагают такие устройства.
НОВЫЙ ЭТАП БОЛЬШОГО ПУТИ
Цифровые виды связи у радиолюбителей
Дисклеймер
Работать (излучать) на радиолюбительских диапазонах имеют право только зарегистрированные радиолюбители!
Принимать сигналы(быть наблюдателем) можно и без регистрации, но если вам интересны рапорты о наблюдениях(QSL карточки) то надо получить позывной наблюдателя).
Для «цифры» необходимо
Трансивер
Нам подойдет любой трансивер (даже УКВ, только надо учитывать дальность связи на этом диапозоне) с SSB модуляцией, если в нем есть VOX (активация передачи голосом) то наша задача немного упрощается, но все по порядку.
Компьютер
Подойдет любой компьютер с звуковой картой (нам нужен выход на колонки + линейный или микрофонный вход).
ОС подойдет любая.
Связь с трансивером
Если в трансивере есть VOX, нам хватит два звуковых кабеля, один соединяет НЧ выход трансивера с линейным входом компьютера, другой НЧ выход компьютера с микрофонным входом трансивера.
Чтобы ВЧ сигналы не влияли на работу компьютера, лучше гальванически развязать звуковые соединения трансформаторами (подойдут из dialup модемов).
Если в трансивере VOX’а нет, к выше написанному надо добавить простую схему с COM порта:
Для справки: PTT Push to Talk, проще говоря кнопка передачи на тангенте или «педаль» трансивера.
Если вы хотите автоматически передавать морзянку, можете сделать и выход CW (подключается к входу ключа трансивера).
Windows
Под венду есть очень много программ, я расскажу об одной из них:
Я использую UR5EQF_log, она бесплатна, поддерживает много видов связи и у неё хороший аппаратный журнал, который подходит и для записи обычных связей.
Официальный скрин:
Из платных программ хороша MIXW (20USD, для детских коллективок бесплатна)
Linux
Под линукс программы немного уступают, но использовать их можно.
Есть даже специально заточеный дистр для радиогубителей — Shackbox.
Виды цифровой связи
Видов работы цифрой over 9000 довольно много, я приведу два основных:
Является первым из цифровых видов связи, используемых радиолюбителями, и представляет собой буквопечатающий радиотелеграф (радиотелетайп).
На водопаде выглядит так:
PSK-31
Phase Shift Keying
Главный плюс, сигнал, излучаемый передатчиком, занимает в эфире полосу всего 31 Гц! Это позволяет использовать на приемной стороне узкополосные фильтры. Соответственно, намного лучше улучшается соотношение сигнал/шум — извечная проблема на радиотрассах.
PSK ещё делится на разные скорости передачи текста (PSK-31, PSK-63, PSK-125) но основным является BPSK-31
Скрин с «водопада» (отображены три сигнала):
Где работают цифрой:
Услышать и сработать на цифровых видах связи можно:
RTTY — На диапозоне 20м (14мгц) в участке между 14070 и 14100 кгц («вызывная» частота 14080 кгц. Часто телетайп слышно, в зависимости от условий прохождения, на диапозонах от 40 до 10 м.
BPSK-31 — Большинство PSK станций работают в районе частоты 14070 кгц (а также 7040, 21070, 28080 и 28020 кгц)
Дипломы
Заканчивать мой рассказ я буду профитом всего этого дела (кроме морального удовлетворения), это дипломы за цифровые виды связи.
Большинство дипломов можно получить через систему EPC.
Европейский PSK Клуб или EPC — неформальный клуб операторов любительского радио, организован 10 июня 2006 года с целью поддержания высокого уровня любительских радиосвязей в цифровых видах PSK.
Проводя связи они записываются в ваш аппаратный журнал, отправив который EPC проверит вас на прохождение условий многих и многих дипломов разных стран. Единственный минус (а может и плюс) дипломы вы получите в электронном виде. Дальше вы можете пойти в «фотоцентр»(или как его сейчас называют) и распечатать себе красивый диплом.
О цифровой радиосвязи.
ПРИНЦИПЫ. В общем виде процесс обмена информацией в цифровых сетях выглядит следующим образом. Звуковая информация (голос) преобразуется в цифровой формат модулируется высокочастотным сигналом и передается в эфир по традиционным физическим законам. На приемной стороне происходит обратная процедура восстановления цифрового сигнала в первоначальный аналоговый вид (Рис. 1). Если исходная информация изначально цифровая (терминал данных, компьютер, сеть цифровой связи, Интернет и т.п.), то этап аналого-цифрового преобразования пропускается. Кроме непосредственно кодирования/декодирования сигнал подвергается ряду манипуляций, призванных предотвратить потери информации. Это так называемые процедуры коррекции ошибок. Процесс оцифровки и кодирования голоса осуществляется специальным устройством – вокодером. Именно от него зависит алгоритм кодирования. Разные системы цифровой связи используют различные алгоритмы и соответственно строятся на разных вокодерах.
Процесс аналогово-цифрового преобразования включает процедуру квантования – дискретизация непрерывной величины по времени, уровню или по обоим параметрам одновременно и кодирование. При квантовании непрерывная величина преобразуется в последовательность ее мгновенных значений, выделенных по определенному закону и в совокупности отображающих исходную величину. При кодировании выделенные в процессе квантования мгновенные значения исходной величины измеряются и результаты фиксируются в виде цифрового, в данном случае двоичного, кода. При попадании в приемник цифровой сигнал декодируется и, с помощью процедуры цифро-аналогового преобразования, восстанавливается исходный аналоговый сигнал.
Для передачи цифрового сигнала по радиоканалу необходимо преобразовать его в высокочастотный вид. Для этого, как и в аналоговых системах связи, служит процедура модуляции или, применительно к цифровым преобразованиям, манипуляция. Цифровой сигнал, представляющий поток двоичных символов 0 и 1 накладывается на несущую – аналоговый высокочастотный сигнал постоянной амплитуды и частоты и затем уже передается по эфиру. Наиболее часто применяют три метода манипуляции
При амплитудной манипуляции (ASK amplitude-shift keying), модулируемая волна изменяет амплитуду сигнала (например, с высокого уровня на низкий) в соответствии с двоичной информацией. При частотной манипуляции (FSK frequency-shift keying), поток битов представлен изменениями между двумя частотами. Прифазовой манипуляции (PSK phase-shift keying), амплитуда и частота остается постоянной, а поток битов представлен изменениями фазы модулированного сигнала.
Фундаментальным отличием аналоговых систем связи от цифровых является только метод подготовки и кодирования исходной информации. Высокочастотная же часть радиостанций, отвечающая за прием и передачу радиоволн, остается практически идентичной во всех видах радиосвязи. Причем ситуация не меняется уже свыше 100 лет со времен демонстрации первой системы связи в 1895 году. При всех достижениях технологии, фундаментальным физическим законам альтернативы пока нет.
FDMA И TDMA – ДВА СИСТЕМНЫХ ПОДХОДА
В настоящее время цифровые системы радиосвязи можно разделить на две категории в зависимости от метода формирования логических каналов связи в физической частотной полосе.
FDMA (Frequency Division Multiple Access) – множественный доступ с частотным разделением. Где для каждого сеанса связи выделяется отдельный частотный радиоканал.
TDMA (Time Division Multiple Access) – множественный доступ с временным разделением. Где несколько одновременных сеансов связи разделяются по времени и объединяются в один радиоканал.
ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
Цифровые протоколы в современных коммуникациях заняли лидирующее положение и продолжают расширять свое влияние во всех сферах человеческой деятельности. В профессиональную мобильную радиосвязь (ПМР) цифровые технологии внедряются параллельно с развитием компьютерных коммуникаций, сотовой связи, цифрового радио и телевещания.
Из преимуществ цифровых протоколов связи, предопределивших их развитие и популярность можно отметить следующие:
Современные стандарты цифровой радиосвязи
Сегодня известные производители оборудования для радиосвязи отказываются от традиционных аналоговых систем и переходят на современные цифровые стандарты. Такой переход объясняется возросшим спросом на более надежную и эффективную аппаратуру, построенную на основе микропроцессоров.
Применение универсальных цифровых технологий позволяет повысить качество, надежность и эффективность канала связи, легко совмещаемого с другими системами обмена информацией.
Для чего нужна цифровая связь
Под цифровой понимается особый способ организации радиосвязи, при котором данные проходят двойную обработку. На передающей стороне полезный сигнал в специальных аналого-цифровых преобразователях (АЦП) принимает вид стандартного кода из нулей и единичек и в таком виде поступает в радиоканал. На ответной стороне специальная аппаратура принимает модулированный «цифрой» сигнал и выделяет из него полезную информацию.
На заключительном этапе осуществляется обратное преобразование посредством устройств называемых ЦАП, после которых сигнал поступает к пользователю в аналоговом виде.
Дополнительная информация: При устаревшей аналоговой передаче применяются традиционные способы модуляции амплитуды, частоты или фазы транслируемого сигнала.
В цифровом канале сформированная в АЦП комбинация цифр воздействует на один из этих параметров (выбор типа манипуляции-модуляции определяется используемым стандартом).
Повсеместный переход на цифру объясняется рядом причин, приводимых ниже:
Указанные возможности и определяют сферу применения цифровой радиосвязи, востребованной в случаях большой загруженности частотных каналов и при необходимости передачи значительных объемов информации.
Преимущества перехода на «цифру»
В сравнении с аналоговым оборудованием, применяемым при передаче радиосигнала, современные цифровые системы имеют целый ряд преимуществ. С основными достоинствами перехода с «аналога» на «цифру» можно ознакомиться в следующем перечне:
Важно! Последнее преимущество реализуется за счет допустимости непосредственной передачи цифровых данных по радиоканалу (минуя АЦП).
Единственным минусом систем такой связи считается сравнительно высокая стоимость самих передающих и приемных устройств.
Стандарты цифровой радиосвязи
Для облегчения перехода профессиональной аппаратуры на цифровые методы Европейским Институтом Коммуникаций и Связи (ETSI) в свое время был разработан ряд форматов, в которых использовался 2-х интервальный протокол TDMA. На его основе созданы и внедрены стандарты мобильной GSM и радиосвязи DMR, широко распространенные во всем мире.
По мнению специалистов именно этот протокол в ближайшем будущем обеспечит повышение эффективности эксплуатации частотных каналов. За счет его применения удается:
Расширить функциональные возможности систем цифровой связи.
Снизить стоимость используемого оборудования.
Продлить сроки службы аккумуляторов и других вспомогательных модулей.
И, наконец, его внедрение позволяет эксплуатировать действующие каналы связи, не рискуя перегрузить их. Рассмотрим каждый из введенных в последние десятилетия стандартов более подробно.
TETRA
Система связи TETRA (она расшифровывается как «TErrestrial Trunked RAdio») была представлена еще в 90-х годах ХХ века. Она разрабатывалась с целью обеспечения функционирования служб безопасности в европейских границах. Этот стандарт позиционировался как открытый протокол транкинговой радиосвязи и оказался удачным техническим проектом, позволившим решить все поставленные задачи.
Его интерфейс предполагает работу оборудования в стандартной сетке частот, шаг которой составляет 25 кГц (с учетом разносов радиоканалов на 10 МГц минимум). Используемые диапазоны – от 150 до 900 МГц. В TETRA применен стандартный метод разделения каналов TDMA, в соответствие с которым на одной реальной частоте работают сразу 4 логических канала (их называют слотами).
Обратите внимание: Пятый канал используется для передачи служебной информации.
В стандарте применен принцип дифференциальной фазовой манипуляции (вид модуляции) 4-PSK с символьной скоростью порядка 18 кБод.
Придя на смену морально устаревшей системе MPT 1327, этот стандарт сам просуществовал не очень долго. Появление альтернативных способов цифровой связи (LPD/PMR, в частности) и последующее их признание за границами Европы явилось толчком к развитию новых систем, не имеющих отношения к безопасности.
APCO-25 (Project 25)
Одновременно с внедрением стандарта TETRA для удовлетворения внутренних потребностей в системах связи в пределах США был представлен его аналог, называемый APCO-25.
Он представляет собой совместный проект всех действующих властных структур, поддерживаемый ассоциацией американских производителей телекоммуникационного оборудования.(TIA).
Основной современный стандарт DMR (аббревиатура Digital Mobile Radio) – это единый для Европы формат цифровой радиосвязи. При этом он позиционируется в качестве открытого стандарта, допускающего совместную работу аппаратуры от различных производителей. Введен в апреле 2005 года, причем в его основу заложен уже знакомый протокол TDMA (доступ с разделением по времени). Такой подход позволил в рабочей сетке частот с шагом 12,5 кГц разместить сразу два разнесенных по времени канала (фото справа).
Интерфейс DMR, реализуемый за счет такого разделения, действует в следующих диапазонах частот:
Универсальный и широкодиапазонный стандарт DMR разработан исключительно как недорогая цифровая альтернатива действующим аналоговым системам. Лидер рынка профессиональных средств радиосвязи компания «Motorola», например, выпустила семейство изделий MOTOTRBO™, используемых в своей работе этот формат, практически не имеющий недостатков.
Стандарт dPMR (аббревиатура Digital Private MR) реализован на технологии открытого доступа к частотному каналу, состоящему из двух полос по 6,25 кГц (FDMA).
Дополнительная информация: Он также относится к открытым стандартам, составляющим определенную конкуренцию уже рассмотренному ранее DMR.
Этот формат разработан тем же институтом ETSI, а его основное назначение – реализация бюджетных цифровых решений в различных режимах связи. За счет сужения полосы частот качественные показатели соответствующей аппаратуры несколько уступают изделиям, работающим в стандарте DMR.
NXDN является практически полным аналогом стандарта dPMR. Он основан на той же технологии FDMA, в основу которой заложено разделение каналов на более узкие полосы шириной по 6,25 кГц.
Основное отличие NXDN от dPMR состоит в том, что этот стандарт не относится к открытым проектам. Это – результат совместной разработки двух компаний (Icom Incorporated и Kenwood Corporation), то есть он является их частной собственностью. Работающая на его основе аппаратура выпускается только этими корпорациями. Ее недостаток – узкая полоса пропускания и невозможность унификации с другими системами.
Одной из разновидностей уже рассмотренного формата DMR является стандарт PDT (Professional Digital Trunking).В нем применяется тот же протокол TDMA с разделением полосы частот 12,5 кГц на 2 временных канала (тайм слота).
Однако в отличие от DMR этот стандарт является собственностью органов безопасности Китая, то есть имеет статус национального. Доступ к соответствующей аппаратуре, естественно, ограничен, что следует отнести к его недостаткам.
Подобно NXDN, стандарт e-DMR относится к частным разработкам производителя аппаратуры связи «Detracom» из Франции. По аналогии с DMR в основу стандарта заложена технология TDMA, предполагающая временное разделение полосы частот шириной 12,5 кГц на два слота. Данный вариант – типичный пример деятельности производителя, создавшего собственный протокол и представляющего продукт, выходящий за рамки стандартных платформ.
«Detracom» предлагает к продаже образцы оборудования, линейка которого включает портативные радиостанции, а также базовую аппаратуру собственного производства. На их основе созданы цифровые системы, работающие в следующих диапазонах:
В их работе предусматривается полнодуплексный вызов голосом. Как таковых преимуществ этот стандарт не имеет. К его недостаткам может быть отнесена специфичность используемого оборудования.
В заключительной части обзора отметим, что каждый из рассмотренных стандартов внес свой вклад в дело перехода на современные виды коммуникаций. Благодаря их внедрению удалось существенно повысить качество двухстороннего общения по открытым каналам связи.