Digital Smart Technologies for Amateur Radio

Een protocol voor digitale stem en data……

D-Star is het eerste DV systeem dat wereldwijd lijkt door te breken. Het is flink op weg om FM analoog te vervangen. Niet alleen voice maar ook APRS, Echolink, Fax, SSTV enz…

Al geruime tijd experimenteren amateurs met digitale stemoverdracht. Amerikaanse amateurs gebruiken afgeschreven toestellen van politie of brandweer, aangepast voor de amateurbanden. Ze werken volgens het APCO 25 protocol (The Associated Public-Safety Communications Officials (APCO) of kortweg de P25 norm. Hier in Europa is P25 niet simpel te vinden omdat men er vooral het Tetra systeem gebruikt. Het A.S.T.R.I.D netwerk, waaronder meer brandweer en politie gebruik van maken, gebruikt Tetra. P25 en Tetra en zijn niet compatibel. Afgeschreven Tetra-toestellen zijn niet voorhanden, laat staan ze ombouwen voor de amateurbanden. Een enkeling in Europa kan aan een P25 toestel geraken. Maar daarna nog een tegenstation vinden is nog véél moeilijker… Er was duidellijk nood aan een wereldwijde norm voor digitale communicatie van op maat van de radioamateur, los van alle reeds bestaande en niet compatibele normen. Japanse radioamateurs (JARL) besloten daarom zelf een digitaal systeem voor de radioamateurdienst uit te werken . In 2001 ontwikkelden ze, met steun van de Japanse overheid, D-Star. D-Star is het letterwoord voor Digital Smart Technologies for Amateur Radio. Een protocoI voor digitale stem en data . Naast het protocol staat D-Star ook voor de technologie achter de netwerkstruktuur van repeaters en gateways

D-STAR IS GEEN MODULATIESOORT MAAR EEN PROTOCOL

Een protocol is een afspraak waarin men vastlegt in welk vorm en volgorde er digitale informatie wordt doorgestuurd. We onderscheiden twee systemen binnen Dstar:

 * DV D-Star 6,25 kHz breed, datasnelheid 4,8 Kbps (2,4kbps voice, 1,2 kbps FEC voor voice en 1,2kbps data). Wordt gebruikt op 2m, 70cm & 23cm.

 * DD D-star 150 kHz breed, datasnelheid is 128 Kbps. DD dataoverdracht wordt enkel gebruikt op 23cm gezien zijn grotere bandbreedte.

 De digitale informatie bij D-Star wordt in GMSK modulatie uitgezonden: ‘Gaussian Minimum Shift Keying’. GMSK gebruikt de ‘quadrature phase shift keyed modulatie’ techniek. Onze GSM systemen gebruiken ook deze modulatiesoort.

HET PROTOCOL

 

Het DV D-Star systeem heeft aan de gebruikerszijde een toestel nodig dat het D-Star protocol kan zenden en ontvangen. In het toestel zelf zijn er instellingen die een tekstbericht bevatten of een callsign of de naam van een repeater, deze zullen we gemakkelijkshalve ‘datagegevens’ noemen. DV D-Star bevat voice (stem) en data informatie. Deze gegevens worden gelijktijdig uitgezonden. En kunnen ook gelijktijdig ontvangen worden. Je kan in één beweging praten en tekst doorzenden, en dus ook een stem ontvangen en gelijktijdig letters, cijfers en tekens ontvangen. Alle gegevens van de stem, de gps, callsign gevens enz… worden netjes gerangsschikt zoals het D-Star protocol dat voorschrijft, en in pakketjes uitgezonden. De blokjes informatie staan in elk pakketje steeds op dezelfde volgorde. En elk blokje info heeft zijn typische lengte in het packet. Elk infoblokje staat precies op dezelfde plek in elk pakket van de stroom van de pakketjes.

 CODEC

 Het coderen en decoderen van de stem bij het zenden van analoog naar digitaal én bij ontvangen van digitaal naar analoog, gebeurt met een codec. Een codec is in de regel software voor een soundcard op een pc of een chip. De codec zorgt met rekenkundige trucks en akoestische kompressie voor een minimum aan dataverkeer bij een maximum aan geluidskwaliteit. MP3 gebruikt daarvoor ook een codec. Bij D-Star is dat de AMBE codec. Deze codec is ontwikkeld door Digital Voice System Incorporated. De AMBE codec zit ook in P25 aparaten en Satelliet telefoons. Hoe de AMBE codec precies werkt is niet vrijgegeven door DVSI. Je moet voor elk gebruik ervan betalen. Je moet het IC kopen (met extra prijs voor de codec) om de codec te kunnen gebruiken. Dit gegeven is voor sommige amateurs een bezwaar omdat ze ervan uitgaan dat alle technologie die een amateur gebruikt open en vrij moet zijn… Aan deze codec kan dus niet gesleuteld worden.

ERROR CORRECTIE

 Bij DV-Dstar worden er correctie gegevens meegezonden voor de data in het pakket : de ‘FEC’ (Foreward Error Correction). Hierbij word volgens een vast patroon, bijna de helft van de voice data opnieuw meegezonden. De helft van de gegevens is dus ook meerdere malen te ontvangen. Wanneer dit patroon met extra gegevens niet juist aankomt door slechte ontvangst; gaat de codec in de ontvanger de “slechte” gegevens weglaten en de juiste erbij plaatsen (die zijn wat later opnieuw te ontvangen !). Zo ontstaat er een een reconstructie van het origineel signaal. Deze reconstructie kan niet tot in het oneindige doorgaan: er moet voldoende ongestoord signaal aanwezig zijn om er nog iets ‘juist’ van te maken. In de praktijk zorgt deze FEC ervoor dat heel zwakke signalen nog feilloos goed klinken. Zelfs de helft van de gegevens mag onderweg verloren gaan: 1 kans op 2 dat ze de volgende maal toch goed ontvangen worden. Een analoog signaal zou allang in de ruis verdwenen zijn, maar het digitale signaal blijft in dezelfde omstandigheden nog zeer goed en ruisvrij klinken dankzij de FEC. Totdat er geen gegevens meer uit het ontvangen signaal te halen zijn: men hoort niets meer. Ook geen ruis. Bij een DV signaal zit er nooit ruis, nooit gekraak, nooit flutter. Een signaal rapport geven is dus eigelijk niet nodig. Het stem signaal is hoorbaar te maken of is dat niet… In de pratijk is er een héél kort gebiedje tussen beiden in. Op dat héle korte moment berekend de foutcorrectie met de beschikbare datagegevens iets dat klinkt als een mengeling van stukjes woord met korte constante tonen. Merkbaar maar zeker niet storend.

 VERBINDINGEN MAKEN

 Er bestaan, net zoals bij analoge systemen, voor DV D-Star draagbare toestellen, toestellen voor in de wagen of in de shack. En er zijn repeaters voorhanden. De meeste repeaters zijn door een gateway met mekaar verbonden. Voor DD D-Star is er nog maar één toestel te koop dat zowel in de wagen als in de shack kan gebruikt . Icom is voorlopig de enige commerciele fabrikant van repeaters en transceivers. Ze maken ook een toestel waar Kenwood zijn naamsticker op plakt. Er zijn bouwpakketen te koop voor zowel repeaters als ‘converters’ om een analoge transceiver digitaal in te zetten. En met een ‘dongle’ een kaartje via de usb poort van je PC of laptop maak je naar analogie met echolink of l.R.L.P. verbindingen via internet naar repeaters. GPS gegevens worden ook meeverzonden in het datagedeelte. Dat heet dan DPRS. Ook zijn er hoelanger hoe meer programma’s door radioamateurs geschreven te verkrijgen. Deze maken van je D-Star portabel of transceiver een modem voor data!

 SOORTEN VERBINDINGEN

 Rechtstreekse verbindingen via de ether, via een“backbone”-gateway op 10 GHz of via het internet zijn schering in slag bij het D-Star systeem. Hierbij zijn Repeaters onderling wereldwijd verbonden via een “gateway”. De gebruikers merken of horen niets van het schakelen. En de verbindingen klinken gewoon naadloos. Deze onderlinge verbindingen zijn gebasserd op IP/TCP techniek. Net zoals een computer netwerk. In feite is een D-Star transceiver een terminal al dan niet aangesloten op een netwerk. Grosso Modo zijn er 8 types van verbindingen:

 1. Simplex

Gelijk aan analoge verbinding met extra optie dat je positiebepaling kan doorgegeven worden aan mekaar en dat je een callsign-filter hebt (een callsign squelch). Naargelang het toestel ook een auto callback met je callsign of een gesproken boodschap.

 2. CallSign routing

Haal het callsign van je tegenstation op uit het geheugen van je transceiver, druk PTT en het D-Star systeem zoekt automatsich je tegenstation op, waar ook ter wereld. Daarna maakt het systeem een verbinding tussen de repeater waar je tegenstation het laatst gehoord is en de repeater die je lokaal gebruikt. Dit zoeken en schakelen neemt nog geen halve seconde inbeslag. Je eigen GPS gegevens worden netjes automatisch meegezonden en je positie, afstand en richting kan door het tegenstation gezien. Of je kiest voor DPRS daarbij gaan je uitgezonden GPS gegevens via de gateway naar de diversie one-line APRS sites. Allemaal gelijktijdig met één transceiver.

 3. Repeater(node) routing en Gateway linking

Hierbij koppel je twee repeaters waar ook ter wereld aan aan mekaar (zoals bij IRLP of Echolink) echter zonder DTMF tonen of computerstemmen. En met behoud van perfecte stemkwaliteit en gelijkblijvende volumes. Je tikt gewoon het callsign van de te werken repeater in, op PTT drukken en de verbinding is gemaakt. Of nog gemakkelijker: je gebruikt het callsigngeheugen van de transceiver of portabel. Amateurs die via internet zonder transceiver werken, kunnen met een “DV Dongle” kunnen ook inmelden en meepraten.

 4. Reflector linking

Je kan je inmelden op een voorgeprogrameerde reeks repeaters bv: alle repeaters van Londen en Brisbane. Of alle repeaters uit een bepaald noodgebied. Deze groepen hebben een naam. Deze naam intikken op je transceiver of uit het callsgeheugen halen, PTT drukken en de verbinding is al klaar.

 5. Multicasting: een reeks van repeaters die vanuit je lokale repeater aan te spreken zijn. Een soort van preselectie enkel via je lokale repeater.

 6. Met behulp van een PC en een programma voor datauitwisseling. DV mag dan wel een lage datasnelheid hebben, toch is er veel mogelijk. Chatten kan op deze manier maar ook een e-mail versturen of ontvangen. Of naar een andere PC rechtstreeks een file verzenden: foto, tekstbestand enz… Een variant van SSTV bestaat ook. Beelden van een webcam kunnen op vaste tijdstippen door de lucht verzonden. Vrijwel al deze programma’s zijn gratis te downloaden en worden door amateurs gemaakt. Ze werken prima en zijn nog in volle ontwikkeling: de toepassingen ervoor stijgen van dag tot dag. D-Rats, D-Star Comms, D-Star TV, D-Term…

 7. Hotspot : op een afgesproken simplexfrequentie kan je je D-Star DV-stream, bedoeld voor een repeater naar je keuze, zenden. De hotspot pikt dit signaal op en voert het verder naar de D-Star Gateway via het internet. De repeater waar het signaal aankomt zend je signaal uit. Alles wat terug komt op je uitzending via de repeater wordt door deze repeater teruggevooerd naar de hotspot via de D-Star Gateway. De hotspot zend op zijn beurt het signaal van de repeater uit op de simplexfrequentie.

 8. Met een DV Dongle, een klein USB-kaartje in je PC of laptop, maak je naar analogie met echolink of l.R.L.P. verbindingen via internet naar D-Star repeaters. Handig op reis of wanneer een antenne niet mogelijk is . Is eigenlijk een hotspot zonder antenne of transceiver.

 Combinaties van bovenstaan de zijn ook mogelijk.