HotSpot узел для DMR / D-STAR / C4FM / NXDN / P25 / Pocsag

Перед тем как говорить о хотспотах/узлах/репитерах, предлагаю немного сравнить цифровые режимы.

Сравнительная характеристика цифровых видов связи

Вид связи Разработка Кодек Модуляция Технология Полоса Скорость Каналов
D-STAR JARL AMBE+ GMSK (2FSK) FDMA 6.26 КГц 4800 бод/с 1
Fusion YAESU AMBE+2 C4FM (4FSK) FDMA 12.5 КГц 9600 бод/с 1
DMR ETSI AMBE+2 4FSK TDMA 12.5 КГц 2 x 4800 бод/с 2

 

GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying
4FSK - 4-level Frequency Shift Keying
C4FM - Continuous 4-level Frequency Modulation
FDMA - Frequency Division Multiple Access
TDMA - Time Division Multiple Access

 

Идентификация пользователей

Вид связи Регистрация Перонализация Отображение ID на экране радио Варианты отображения текста
D-STAR Требуется По позывному Позывной

4-символа 

20-символов

Fusion Не требуется По позывному Позывной Нет
DMR Требуется По ID ID/Позывной* Нет

 

* Позывной отображается, если идентификатор абонента принимающей станции находится в список контактов радио; в противном случае появляется идентификатор абонента. 

 

Подключение ретранслятора

Вид связи Локальная связь Ссылка на другой репитер Мульти-репитерное соединение ЭХО тест Запрос статуса соединения Маршрут к др. оп.
D-STAR Да Да UR запись Да Да Да
Fusion Да Нет Канал Нет Нет Нет
DMR Да Нет Комната Нет Да Нет

 

Особенности ипользованиия радио

Вид связи Выбор из памяти Выбор ретранслятора Метод выбора режима Программирование станции Обучение нового пользователя
D-STAR Dial или GPS Dial Dial Просто Быстро
Fusion Dial Клавиатура Dial или AMS Просто Быстро
DMR Клавиатура Dial Из предустановленных Сложно Долго

 

Любой хотспот/узел/репитер состоит из программной и аппаратной части и подключен к радиолюбительской сети.

Аппаратная часть

Аппаратная часть хотспота/узла/репитера состоит из:

Компьютер:

В качестве компьютера принято использовать одноплатный компьютер Raspberry PI. Выбор моделей Raspberry PI достаточно велик. Подойдут модели от Raspberry PI Zero W - до Raspberry PI4. В таблице ниже приведен перечень моделей и их характеристики.

Дата выхода Версия Микроархитектура Частота Ядер ОЗУ GPIO USB Ethernet Wi-Fi BT Цена
апрель 2012 B ARM1176JZ-F 700 МГц 1 512 МБ 26  2 порта  есть  -  -  $35
февраль 2013 A ARM1176JZ-F 700 МГц 1 256 МБ 26  1 порт  -  -  -  $20
июнь 2014 B+ ARM1176JZ-F 700 МГц 1 512 МБ 40  4 порта  есть  -  -  $25
ноябрь 2014 A+ ARM1176JZ-F 700 МГц 1 256 МБ 40  1 порт  -  -  -  $25
февраль 2015 2B ARM Cortex-A7 900 МГц 4 1 ГБ 40  4 порта  есть  -  -  $35
ноябрь 2015 Zero ARM1176JZ-F 1 ГГц 1 512 МБ 40

 1 порт miniUSB OTG

 -  -  -  $5
февраль 2016 B Cortex-A53 (ARM v8) 1,2 ГГц 4 1 ГБ 40  4 порта  есть  802.11n  4.1  $35
февраль 2017 Zero W ARM1176JZ-F 1 ГГц 1 512 МБ 40  1 порт  -  802.11n  4.0  $10
март 2018 3B+ Cortex-A53 (ARM v8) 1,4 ГГц 4 1 ГБ 40  4 порта  Gigabit  802.11ac  4.2  $35
октябрь 2018 3A+ Cortex-A53 (ARM v8) 1,4 ГГц 4 512 МБ 40  1 порт    802.11ac  4.2  $25
июнь 2019 4B Cortex-A72 (ARM v8) 1,5 ГГц 4 2, 4 ГБ 40  4 порта  Gigabit  802.11ac  5.0  $35, $55

 

Raspberry PI4     Raspberry PI Zero W   Raspberry PI A

Модем:

Если выбор компьютера принципиального значения не имеет, то к выбору модема нужно подойти серьёзно. Именно тип модема определит тип компьютера и тип приемо-передающего узла (радио-модема). Выбор модема влияет будет ли конечное устройство хотспотом, узлом или репитером (ретронслятором).  На рынке - бесчисленное множество модемов, некоторые из-них имеют маломощный передетчик на одной плате. В качестве примера, рассмотрим популярные и доступные:

  • Arduino Due
  • MMDVM POG
  • MMDVM LJT
  • MMDVM HS HAT
  • MMDVM HS HAT Dual
  • MMDVM HS HAT Dual (LoneStar) N5BOC
Характеристики Arduino Due MMDVM POG MMDVM HS HAT MMDVM HS HAT Dual MMDVM HS HAT Dual (LoneStar) N5BOC
Трансивер --- --- 1 х ADF7021, TCXO 14,7456 МГц 2 х ADF7021, TCXO 14,7456 МГц 2 х ADF7021, TCXO 14,7456 МГц
Модем Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 ST-Micro STM32Fxxx ST-Micro STM32Fxxx ST-Micro STM32Fxxx ST-Micro STM32Fxxx
Тип модема в PI-STAR STM32-DVM/MMDVM_HS RPI HAT (GPIO) STM32-DVM/MMDVM_HS RPI HAT (GPIO) STM32-DVM/MMDVM_HS RPI HAT (GPIO) STM32-DVM/MMDVM_HS RPI HAT (GPIO) MMDVM_HS_Dual_Hat (DB9MAT, DF2ET & DO7EN) for Pi (GPIO)
Режим работы Simplex, Duplex Duplex Simplex Duplex Duplex
Антенна --- --- 1 x SMA 2 x SMA 2 x SMA
Рабочая частота  --- ---  VHF, UHF VHF, UHF VHF, UHF
Выходная мощность  --- ---  20 мВт 20 мВт 20 мВт
Поддерживаемые дисплеи --- --- OLED, Nextion OLED, Nextion OLED, Nextion
Размер платы  101,52мм x 53,3мм x 20мм 65мм х 65мм х 10мм 65мм х 30мм х 20мм 65мм х 56мм х 20мм 65 мм х 30 мм х 20 мм
Ориентация Pi3, Pi4 Pi3, Pi4 Pi3, Pi4, Pi0W Pi3, Pi4 Pi3, Pi4, Pi0W
Цена $20 $30 $25 $35 $100

 

Arduino Due   MMDVM POG   MMDVM HS HAT   MMDVM HS HAT Dual

MMDVM HS HAT Dual (LoneStar) N5BOC   MMDVM HS HAT Dual (LoneStar) N5BOC

 

Как видно из таблицы, готовые платы модемов/радиомодулей собраны на основе китайских радиомодулей RF7021SE (ADF7021) + модемов на основе STM32Fxxx.

Радиомодуль RF7021SE (ADF7021) имеет следующие характеристики:

  • Диапазон частот 80-650МГц;
  • Выходная мощность до + 13дБм (20мВт);
  • Чувствительность -115dBm (0.4мкВ);
  • Напряжение питания 2,2-3,6В;
  • Потребляемый ток 26-30мА

RF7021SE (ADF7021) не обладает выдающимися характеристиками по чувствительности, избирательности, забитию, подавлению внеполосных излучений, динамическому диапазону и тд. Поэтому в сложной помеховой обстановке, работать она будет на расстоянии до 1 км. Но в прямой видимости за городом, дальность может достигать 10 км. Важно отметить, что для стабильной работы модема, необходим высокостабильный ТСХО с параметрами не хуже 2ppm. Для этих целей рекомендуется использовать FOX924B-14.7456. На готовых устройсвах высокостабильный ТСХО уже имеется, а вот для Arduino DUE его необходимо доставить, так как внутренний ТСХО не имеет необходимой стабильности.

Платы согласования уровней:

Название платы - говорит само за себя. Плата необходима для согласования уровней модема и приемо-передающего узла (радиостанции/ий). В подавляющем большинстве случаев, цепи согласования уже распаяны на готовых устройсвах модемах/приемо-передатчиках. Один из немногих случаев применения отдельной платы согласования необходимо при использовани Arduino DUE в качестве модема. Плату согласования можно купить готовую, а можно изготовить самостоятельно. Из готовых плат, я рекомендую вариант SP8NTH v 6.2. Для самостоятельного изготовления, я рекомендую схему с NTH разводкой контактов и стабилизацией смещения. Ниже приведен вариант, который использовал я: 

 

Радиостанция или маломощный приемо-передатчик:

Здесь всё просто. Для построения хотспота - используется готовая плата радио-модема совмещенная с маломощным приемо-передатчиком. Для построения ретранслятора необходимо использовать пару радиостанций. Для построения узла - достаточно одной радиостанции. Классическим примером радиостанции является использование Motorola GM340, но на практике, можно использовать любую радиостанцию с режимом 9600 бод/с. При выборе радостанции - обратите внимание на статистику испольования приведенную на сайте BrandMeister. Необходимо учесть, что оптимальная полоса пропускания приёмного тракта радиостанции, будет разной в зависимости от режима. Ширину ПЧ необходимо установить 25кГц для режимов DMR/C4FM и 12.5кГц для режима D-Star.

 

Информационное табло

Наличие информационного табло на хотспоте/узле/репитере - не является обязательным, но в тоже время существенно облегчает жизнь, особенно для хотспотов/узлов/репитеров не имеющих дашборда. На сегодняшний день, в качесте табло принято использовать:

  • OLED 0.96 или 1.3 (в зависимости от платы радио-модема и конструкции корпуса);
  • Nextion всех версий и модификаций.

       

C OLED дисплеем все просто. Подойдут OLED с размерами экрана 0.96 или 1.3. Внутренне они абсолютно идентичны и имеют размерность экрана: 128 х 64 px. Запаиваются дисплеи на плату радио-модема на соответствующие контакты: 3V3, GND, SCL, SDA. Для обеспечения работы данного дисплея - необходимо сделать настройки в MMDVM Host. Выводимая на экран информация - минимальна: режим работы, ID/позывной абонента, имя абонента, текущая разговорная группа.

Nextion табло более информативно и функционально по сравнению с OLED. Наиболее популярные модели: NX3224K024_011R и NX4832K035_011R. Подключается Nextion либо к плате радио-модема на контакты 5V0, RXD, TXD, GND, либо чере переходник USB-UART в разъем USB Raspberry PI (в том случае если на плате радио-модема соответствующих контактов для подключения Nextion - нет). Стоит отметить, что перед использованием табло Nextion его необходимо прошить. Прошивка осуществляется либо через тот же USB-UART с помощью программы Nextion Editor, либо через microSD карточку. 

При выборе прошивки, стоит упомянуть что если на Nextion табло возлагается задача минимального вывода информации (2-3 строки), без необходимости управления MMDVM устройством - достаточно залить простую прошивку от G4KLX или ON7LDS и сделать соответствующие настройки в MMDVM Host. Но если на Nextion табло возлагается задача расширенного, многострочного вывода информации с возможностью управления MMDVM устройством - необходимо установить в MMDVM - Nextion Driver отсюда или отсюда. Прошивки для Nextion табло - рекомендую брать отсюда.  При выборе прошивки - обратите внимание на модель табло и его размер экрана.

 

Программная часть

Программная часть хотспота/узла/репитера базируется на открытой цифровой платформе MMDVM (Open Source Multi-Mode Digital Voice Modem). В сети можно найти большое количество прошивок (образов) для залития в компьютер Raspberry PI. Наиболее популярными прошивками являются прошивки проекта PI-STAR. Данные прошивки включают в себя самый полный список предустановленных компонентов и графическую веб-панель для управления ими. Рассмотрим данные компоненты:

Компонент Назначение
MMDVM Host Является частью платформы MMDVM. Позволяет подключаться к сетям: D-STAR, DMR, YSF, NXDN, P25. Способ подключения: Bridge.
DstarRepeater Является репитером. Позволяет использовать устройство в качестве D-STAR точки доступа/ретранслятора.
ircDDBGateway Является шлюзом. Позволяет подключаться к сети D-STAR. Способ подключения: Gateway.
TimeServer Является служебной программой. Предназначена для оповещения времени в режиме D-STAR.
DMR Gateway Является шлюзом. Позволяет подключаться к сети DMR. Способ подключения: Gateway.
YSF Gateway Является шлюзом. Позволяет подключаться к сети YSF. Способ подключения: Gateway.
P25 Gateway Является шлюзом. Позволяет подключаться к сети P25. Способ подключения: Gateway.
NXDN Gateway Является шлюзом. Позволяет подключаться к сети NXDN. Способ подключения: Gateway.
DAPNET Gateway Является шлюзом. Позволяет подключаться к сети DAPNET. Способ подключения: Gateway.
YSF2DMR

Является программным перекодировщиком из YSF. Позволяет подключаться к сети DMR. Способ подключения: Gateway через YSF GW.

YSF2NXDN Является программным перекодировщиком из YSF. Позволяет подключаться к сети NXDN. Способ подключения: Gateway через YSF GW.
YSF2P25 Является программным перекодировщиком из YSF. Позволяет подключаться к сети P25. Способ подключения: Gateway через YSF GW.
DMR2YSF Является программным перекодировщиком из DMR. Позволяет подключаться к сети YSF. Способ подключения: Gateway через DMR GW.
DMR2NXDN Является программным перекодировщиком из DMR. Позволяет подключаться к сети NXDN. Способ подключения: Gateway через DMR GW.
NXDN2DMR Является программным перекодировщиком из NXDN. Позволяет подключаться к сети DMR. Способ подключения: Gateway через NXDN GW. Данный режим в прошивку PI-STAR не входит.
Pi-Star Remote Является служебной программой. Предназначена для управления режимами MMDVM через радиостанцию.
Dashboard Является программной оболочкой. Предназначена для управления MMDVM через WEB-интерфейс.

 

Как сказано в начале данной статьи, D-Star использует вокодер AMBE +, а DMR, C4FM, NXDN, P25 используют вокодер AMBE + 2. Поэтому перекодирование между режимами DMR, C4FM, NXDN, P25 - программное. А перекодирование между режимами D-Star и DMR, C4FM, NXDN, P25 программно-аппаратное с использованием транскодера(ов) AMBE3000 / 3003 / 3006 / 3012. Аппаратную часть транскодера можно изготовить самостоятельно, а можно приобрести готовую. Поставщики готовой аппаратной части: DVSI's Hardware Solutions, NW Digital Radio и DVMEGA.

Подробное описание кросс-режимных настроек приведено - в этой статье. Как сказано выше, кросс-режимы с участием D-STAR, без применения аппаратного транскодера AMBE - недоступны. А поскольку в готовых платах модемов/приемо-передатчиков AMBE транскодера нет - то и кросс-режимов с участием D-STAR - нет. Единственный хотспот, извесный мне, который имеет AMBE чип - OpenSpot3. На этой странице - приведены его крос-режимы.

Исходя из вышесказанного, сборка PI-STAR является мультифункциональной и рекомендуется для использования в хотспотах. Скачать готовую сборку PI-STAR можно перейдя по ссылке. Порядок установки и настройки описан в данном мануале. Проблемные вопросы, касательно данной сборки - обсуждаются на форуме.

Но в тоже время, в точках доступа и ретрансляторах рекомендуется использовать менее перегруженные и более стабильные кастомные сборки. Ярким примером кастомной сборки является сборка KAVKAZ, которую можно скачать перейдя по ссылке. Также можно создать свою собственную сборку. Для создания собственной сборки понадобится:


73, UW0WU