Цифровой Голос
(введение)

апрель 2021

DV (цифровой голос) это общее обозначение цифровых протоколов, для передачи голоса по радиоэфиру, в каком либо цифровом формате.

В отличии от аналоговых SSB или FM радиостанций, голосовых цифровых режимом (DV) больше и каждый имеет свои особенности. Современные аналоговые радиостанции, имеют цифровую обработку аналогового сигнала, что улучшает его качество и дальность радиосвязи.

Важно помнить, что разные цифровые протоколы не совместимы друг с другом (как и аналоговые)! 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.

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. Популярный формат манипуляции несущей поверх обычной FM, это 4FSK, который используется в большинстве DV протоколов. Для модуляции 4FSK не требуется линейный усилитель мощности передатчика, что упрощает схемотехнику.

Суть 4FSK в формировании четырёх тонов, которые и передают полезную информацию. Сигналы сформированные таким методом, похожи друг на друга и в эфире и на слух, кроме D-Star, который использует манипуляцию GMSK.

  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.

  Профессиональные DV

Радиолюбители могут использовать профессиональные радиостанции, различных цифровых стандартов. Здесь важно понимать что эти радиостанции могут не отвечать требованиям радиолюбителей:

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. dPMR 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 несущей. 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.

PDT (Police Digital Trunking) - профессиональный протокол разработанный в Китае (вместо TETRA). Это открытый отраслевой стандарт для транкинговой радиосистемы в Китае, обслуживающей беспроводную связь полиции и профессиональную мобильную радиосвязь.

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. 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

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 все 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 диапазона UHF, 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:

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

  Первый выход в эфир

Цифровые DV-радиостанции имеют большой функционал и разную сложность освоения.

Давайте сравним манипуляции (действия), которые должен проделать радиолюбитель, купив цифровую радиостанцию (того или иного стандарта), от распаковки, до первого выхода в эфир.

Для справки: радиолюбитель - тот кто сдал государственный экзамен, получил позывной и документ установленного образца!

R7HJ