Uvod

Radioamateri već dugi niz godina koriste standardne analogne modulacijske postupke za prijenos govora. Danas osnovnu prednost ovih postupaka predstavlja rasprostranjenost opreme i uređaja, koji su dostupni po prihvatljivim cijenama, te razvijenost infrastrukture (repetitora i sistema koji ih povezuju).

Međutim, općenito vrijedi da digitalna tehnologija donosi niz prednosti u pogledu kvaliteta i raspoloživosti naprednijih funkcija u odnosu na analognu tehnologiju. Radi toga ne treba čuditi da u posljednjih petnaestak godina različita rješenja bazirana na digitalnoj tehnologiji polako pronalaze svoje mjesto i u radioamaterskim tehnikama rada.

Tri osnovne prednosti koje donosi digitalna tehnologija, u odnosu na analognu, su:

• bolja spektralna efikasnost, odnosno više komunikacijskih kanala u istom frekventnom opsegu,
• bolji kvalitet zvuka, koji ostaje nepromijenjen gotovo do granice zone pokrivanja,
• dodatne napredne funkcije, kao što su prijenos poruka, slika, geografske lokacije, automatska uspostava veze i sl.

Za razliku od uglavnom standardiziranih analognih modulacijskih postupaka, digitalni sistemi za prijenos govora su prilično raznovrsni i trenutno postoji nekoliko digitalnih tehnologija koje omogućavaju prijenos (u prvom redu) govora, a koje koriste i radioamateri.

Osnovne karakteristike digitalnih tehnologija za prijenos govora

Digitalni standardi za prijenos govora koji su u upotrebi danas su dosta raznoliki u pogledu korištenih modulacijskih postupaka, načina korištenja frekvencijskog opsega, te usluga koje realiziraju. Posljedica ovoga je njihova međusobna nekompatibilnost, tako da uređaj koji koristi jedan standard ne može komunicirati sa uređajem koji koristi drugi standard. U nastavku ćemo se kratko osvnuti na osnovne karakteristike različitih digitalnih standarda.

Modulacijski postupci

Digitalni sistemi koriste različite digitalne modulacijske postupke, kojima se glas i podaci utiskuju u elektromagnetni talas nosilac. I dok su kod analognih sistema u upotrebi uglavnom klasični AM, SSB i FM modulacijski postupci, kod digitalnih sistema se koristi popriličan broj različitih digitalnih modulacijskih postupaka koji omogućavaju da se niz jedinica i nula, koji predstavljaju korisnu informaciju, predstavi u formi promjene frekvencije, faze, amplitude, ili kombinacijom promjena ovih parametara nosećeg talasa. Tako se u najraširenijim digitalnim standardima danas koriste uglavnom:

• FFSK (Fast Frequency Shift Keying) – predstavljanje nula i jedinica pomoću dvije frekvencije iz čujnog spektra,
• C4FM (Compatible 4-Level Frequency Modulation) i 4FSK (4-Level Frequency Shift Keying) – predstavljanje parova nula i jedinica pomoću četiri različite frekvencije iz čujnog spektra,
• QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) – predstavljanje parova nula i jedinica pomoću četiri različite faze i amplitude.

Upravo razlike između ovih digitalnih modulacijskih postupaka predstavljaju jedan od razloga za međusobnu nekompatibilnost digitalnih uređaja koji koriste različite standarde.

Korištenje frekvencijskog spektra

Drugi važan element po kome se razlikuju različiti digitalni standardi predstavlja način korištenja frekvencijskog spektra. Naime, tipično je da više uređaja koristi neki kanal određene širine, te od načina upravljanja pristupom ovom kanalu ovisi koliko uređaja može istovremeno komunicirati na jednom kanalu.

Dva osnovna načina upravljanja pristupom komunikacijskom kanalu koji se koriste u digitalnim sistemima za prijenos glasa su:

• FDMA (Frequency Division Multiple Access) – svaki uređaj koristi “podkanal” unutar opsega alociranog nekom kanalu, te je broj razgovora koji se istovremeno mogu odvijati jednak broju podkanala;
• TDMA (Time Division Multiple Access) – svaki uređaj koristi raspoloživi kanal u trajanju jednog vremenskog intervala (“slota”), tako da je broj razgovora koji se istovremeno mogu odvijati jednak broju slotova.

Svakako je i ovo razlog zašto uređaji koji koriste različite digitalne standarde ne mogu međusobno komunicirati.

Osnovni profesionalni digitalni komunikacijski standardi

Danas u profesionalnoj primjeni, a i u primjeni od strane radioamatera preovladava nekoliko vodećih digitalnih standarda za prijenos glasa i podataka. To su:

• DMR (Digital Mobile Radio) – standard definiran od strane ETSI (European Telecommunication Standards Institute) 2005. godine, koji koristi TDMA sa dva slota unutar standardnog kanala širine 12,5 kHz;
• dPMR (Digital Private Mobile Radio) – standard definiran od strane ETSI, a koristi FDMA sa dva podkanala unutar standardnog kanala širine 12,5 kHz;
• TETRA (Terrestrial Trunked Radio) – standard definiran od strane ETSI 1995. godine, a koristi TDMA sa četiri slota unutar standardnog kanala širine 25 kHz;
• P25 (APCO Project 25) – standard definiran od strane APCO (Association of Public-Safety Communications Officials-International) i TIA (Telecomunications Industry Association), a koristi FDMA (Phase 1) i TDMA (Phase 2), kako bi se omogućila dva podkanala unutar standardnog kanala širine 12,5 kHz.

Svi pomenuti standardi se u određenoj mjeri koriste i od strane radioamatera. Međutim, osnovni limitirajući faktor u njihovom širenju je prilično visoka cijena opreme, te otežana samogradnja infrastrukturne opreme (repetitora). Od navedenih standarda, danas sigurno prednjači DMR, prije svega zbog dostupnosti uređaja po prihvatljivoj cijeni. Jedan takav uređaj je predstavljen na slici 1.

Slika 1: Retevis RT3 predstavlja jeftiniju varijantu DMR radio uređaja

Osnovni radioamaterski digitalni komunikacijski standardi

U radioamaterskom svijetu danas postoje dva dominantna digitalna standarda, iza kojih stoje dva velika proizvođača radioamaterske opreme. To su:

• System Fusion – zatvoreni digitalni standard razvijen od strane kompanije Yaesu, koji koristi FDMA na kanalu širine 12,5 kHz i C4FM digitalni modulacijski postupak,
• D-Star (Digital Smart Technologies for Amateur Radio) – otvoreni digitalni standard razvijen od strane Asocijacije radioamatera Japana (JARL – Japan Amateur Radio League), uz veliku podršku kompanije Icom.

Na tržištu je dostupan niz uređaja proizvođača Yaesu i Icom, koji podržavaju ove standarde. Nezgodno je to što Yaesu proizvodi samo System Fusion uređaje, dok Icom proizvodi samo D-Star uređaje. Pri tome su te kompanije ujedno i jedine (Yaesu), odnosno gotovo jedine (Icom), koje proizvode ovakve uređaje. To je zasigurno, osim prilično visoke cijene uređaja, još jedan razlog zbog kojeg digitalni komunikacijski standardi dosta sporo pronalaze svoj put do tipičnog radioamatera.

Međutim, treba imati u vidu da o raširenosti nekog digitalnog standarda govori ne samo broj radio uređaja, nego i broj instaliranih repetitora i drugih čvorova, pošto oni praktično omogućavaju korištenje neke tehnologije. Ovo naročito ima značaj ako se zna da tipični digitalni repetitor rijetko kada predstavlja ostrvo, nego je povezan sa cijelom mrežom takvih i sličnih uređaja širom svijeta.

Trenutno broj instaliranih D-Star repetitora više nego desetostruko prevazilazi ukupan broj repetitora koji koriste sve ostale pomenute digitalne standarde zajedno. Radi toga je opravdano ovom standardu posvetiti više prostora.

Nastanak D-Star standarda

D-Star standard je nastao još 2001. godine, nakon višegodišnjih istraživanja provedenih od strane Japanske asocijacije radioamatera (JARL), a uz podršku Ministarstva pošte i telekomunikacija Japana. Već 2003. godine Icom započinje razvoj radio uređaja koji koristi ovaj standard, želeći da postane prva kompanija koja će radioamaterima ponuditi digitalne radio uređaje za prijenos govora. Danas je Icom čak i vlasnik loga D-Star (slika 2), iako je standard u potpunosti otvoren. Postoji još jedan dio cjelokupne implementacije standarda koji postavlja bitno ograničenje na širenje ovog standarda, te znatno ograničava uključivanje drugih u proizvodnju D-Star uređaja i samogradnju.

Slika 2: D-Star logo je u vlasništvu kompanije Icom

Naime, D-Star koristi kanal širine 6,25 kHz (u poređenju sa analognim FM kanalom širine 15 kHz). Radi toga je neophodno da se digitalni podaci, koji predstavljaju glas, kodiraju na efikasan način, da bi se mogli prenijeti kroz kanal ove širine. U vrijeme kada je D-Star nastao, jedini kodek (codec – Coder-DECoder) koji je bio u stanju “spakovati” glas u ovako uzak kanal je bio AMBE (Advanced Multiband Excitation), patentiran od strane kompanije Digital Voice Systems Inc. (DVSI). Patentna prava ograničavaju da bilo ko objavi i implementira AMBE, bez plaćanja licence. Radi toga je danas vrlo ograničen broj proizvođača opreme po standardu D-Star. Ovo je ujedno i najveće ograničenje D-Star tehnologije, koje već dugi niz godina cijenu opreme (prije svega radio uređaja) održava na prilično visokom nivou. Tako savremeni D-Star uređaj Icom ID-51E plus (slika 3) košta oko 400 EUR.

Slika 3: Savremeni D-Star uređaj Icom ID-51E plus

Međutim, slobodno se može reći da tu prestaju svi nedostaci D-Star standarda. Radi toga će u nastavku biti riječi o njegovim dobrim osobinama.

Karakteristike D-Star standarda

Kako je rečeno, D-Star (Digital Smart Technology Amateur Radio) predstavlja najrašireniji radioamaterski standard za digitalni prijenos glasa i podataka.

D-Star koristi digitalni prijenos glasa (DV – Digital Voice), uz GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) modulaciju. Zahvaljujući tome, kvalitet prenesenog glasa je daleko bolji nego što je to slučaj kod analognog prijenosa glasa, uz puno bolju otpornost na smetnje. Praktično, sve do gubitka digitalnog signala, preneseni glas je gotovo nepromijenjenog kvaliteta (za razliku od glasa prenesnenog analognim tehnologijama, kod kojih sa slabljenjem signala kvalitet brzo opada). Digitalizirani glas se enkodira AMBE kodekom. Ovakav način prijenosa glasa je razlog zbog čega glas zvuči dosta “robotizirano”, međutim to je slučaj i kod drugih digitalnih standarda za prijenos glasa. Osim digitalnog glasa (DV – Digital Voice), moguće je prenositi i podatke. Postoje dvije brzine za prijenos podataka, 1200 bps uz istovremeni prijenos glasa (DV+data), te 128 kbps (DD).

Šta je potrebno za korištenje D-Star tehnologije?

Za korištenje D-Star tehnologije je potrebno koristiti posebne radio uređaje, poput već pomenutog ID-51E plus. Kako je već rečeno, najveći proizvođač D-Star radio uređaja je još uvijek ICOM, a drugi proizvođači se uglavnom zadržavaju na proizvodnji ostalih dijelova D-Star sistema.

Naime, iako se D-Star može koristiti za simpleksnu komunikaciju između uređaja koji podržavaju D-Star, u svijetu postoji cijela mreža repetitora i hotspota koji su međusobno uvezani preko interneta. Na taj način je moguće na jednostavan način uspostaviti vezu sa bilo kojim drugim D-Star uređajem koji se nalazi bilo gdje u svijetu. Na određeni način, ovakva organizacija mreže predstavlja nešto slično onome što Echolink nudi za uređaje koji koriste analogni FM, uz mnoštvo dodatnih opcija.

D-Star mreža se sastoji od D-Star repetitora (slika 4) i hotspota (slika 5), uglavnom na 2m, 70cm i 23cm. Može se reći da je uloga D-Star repetitora ekvivalentna ulozi repetitorskog čvora u Echolink mreži, a uloga D-Star hotspota ulozi simpleks čvora u Echolink mreži.

Slika 4: D-Star repetitor proizvođača Icom

Slika 5: D-Star hotspot male snage (10mW) realiziran korištenjem modula DVMEGA i Raspberry Pi

Međutim, upravo su ovi infrastrukturni uređaji područje gdje se u posljednjih par godina razvila dosta živa samogradnja. Tako je danas moguće formirati potpuno funkcionalan D-Star repetitor ili hotspot, uz korištenje vrlo dostupne tehnologije i bez većih investicija. Ovo je moguće zahvaljujući radu nekolicine radioamatera, koji su razvili odgovarajući softver za PC i male računare poput Raspberry Pi, a koji omogućava da se na računar poveže bilo koji standardni FM radio uređaj uz uslov da posjeduje ulaz za paket radio brzine 9600 bps. Ovakvi uređaji se mogu povezati sa zvučnom karticom, čime se cjelokupna investicija u opremu daleko smanjuje. Moglo bi se reći da je smanjenje cijene infrastrukture i doprinijelo ubrzanoj ekspanziji D-Star standarda u posljednjih nekoliko godina, u odnosu na druge digitalne standarde za koje se još uvijek mora koristiti prilično skupa infrastrukturna oprema.

Softver koji je zadnjih godina omogućio kreiranje velikog broja hotspota i repetitora je djelo Jonathana Naylora, G4KLX. Ovaj softver se može izvršavati na PC računaru (OS Windows ili Linux), kao i na brojnim manjim i jeftinijim platformama, od kojih je svakako najrasprostranjeniji Raspberry Pi. Tako danas postoji više distribucija za Raspberry Pi, koje sadrže sve potrebno za realizaciju D-Star hotspota ili repetitora.

Način uspostavljanja veze sa drugim korisnicima

Da bi se uspostavila veza za drugim D-Star uređajem, sa kojim se ne može komunicirati direktno ili putem D-Star repetitora, koristi se rutiranje pozivnog znaka (Call Routing), pomoću koga se automatski pronalazi repetitor ili hotspot D-Star mreže preko koga se može ostvariti komunikacija sa odredišnim uređajem. Ovo je ogromna prednost koju D-Star mreža pruža u odnosu na trenutno stanje Echolink mreže (kod koje trenutno ne postoji mogućnost automatskog pronalaska drugih učesnika).

Organizacija D-Star mreže

Međutim, danas se komunikacija sa drugim učesnicima u D-Star mreži najčešće ostvaruje korištenjem tzv. reflektora. D-Star reflektor predstavlja internet server na koji se mogu povezati drugi repetitori i hotspoti, gradeći na taj način virtualni repetitor. Ova funkcija je praktično ekvivalentna funkciji koju konferencije (odnosno konferencijski serveri) imaju u Echolink mreži.

Trenutno u svijetu postoji ogroman broj reflektora i oni su uglavnom organizirani geografski (reflektori za povezivanje D-Star čvorova koji pokrivaju određeno geografsko područje) ili funkcionalno (reflektori koji povezuju D-Star čvorove, kako bi učesnicima omogućili diskusije na različite teme).

Korisnici D-Star mreže u E7

Korisnici D-Star mreže u E7 imaju za sada dva reflektora, DCS002E i XRF387. Svi trenutno aktivni hotspoti iz E7 (lista se može vidjeti ovdje) su stalno ili bar povremeno povezani na jedan od ova dva reflektora. Trenutno aktivne korisnike D-Star mreže koji su povezani na reflektor DCS002E možete vidjeti ovdje, a trenutno aktivne korisnike na reflektoru XRF387 ovdje.

Više informacija o D-Star tehnologiji i mreži se može pronaći na http://www.dstar101.com/index.htm.

Zaključak

D-Star radioamaterima donosi sve prednosti savremene digitalne tehnologije, u što će se uvjeriti (i na šta će se lako naviknuti) svaki radioamater koji proba korisititi ovaj napredni standard. Međutim, cijena opreme i ovisnost o vrlo malom broju proizvođača će vjerovatno i u narednom periodu postavljati znatna ograničenja na brzinu prihvatanja ovog standarda i širenje mreže D-Star repetitora i hotspota.

73 de E74KS