mercoledì 23 marzo 2016

D-STAR, C4FM e DMR

Sistemi di comunicazioni digitali radioamatoriali, considerazioni su D-STAR, C4FM e DMR


Nella sezione ARI che frequento si è aperto un dibattito sulla possibilità di rinnovare e/o integrare la rete di ripetitori radio, attualmente in sistema analogico, con un sistema digitale, come sta avvenendo nella maggior parte dei servizi civili professionali.
Pertanto ho voluto approfondire questa nuova modalità di comunicazione, cercando di essere il più obiettivo possibile e valutare con attenzione la convenienza o meno di tale scelta, per il momento solo dal punto di vista tecnico e non economico. Tutto quanto ho scritto sono considerazioni personali da approfondire maggiormente, in quanto l'argomento è ancora molto aperto.
L'analisi economica potrà essere affrontata successivamente, nel caso in cui la decisione sia positiva e subordinata al sistema scelto.
Devo ringraziare Emanuele IU2CIQ per la pazienza che ha avuto e per il prezioso aiuto che mi ha fornito nel districarmi in questo nuovo sistema di comunicazione.

Attualmente nel mondo radioamatoriale esistono tre sistemi digitali utilizzati: D-STAR, C4FM e DMR.
Lascio da parte il sistema D-STAR, prodotto e commercializzato dalla società ICOM, che al momento non sembra godere tanto di buona salute, anche se dicono che sta recuperando e mi concentro sugli altri due sistemi più discussi e in uso in questo momento.
Da precisare che il protocollo D-STAR a quanto si conosce è opensource, anche se solo la ICOM ha deciso di investire delle risorse tecniche ed economiche producendo il suo sistema.
Tale protocollo è basato sulla modulazione GMSK. La portante viene modulata con un flusso di dati a 4800 bit per secondo, di cui 3600 bps per la codifica vocale più 1200 bps per i dati associati. La larghezza di banda utilizzata è di 6.25 kHz.

Installazione in "Mixed Mode"
Entrambi i sistemi C4FM e DMR, qualora adeguatamente programmati, possono essere installati e impegnati in modalità mista, sia analogica che digitale, chiamato "Mixed Mode".
Se il ripetitore viene utilizzato in Mixed Mode possono generarsi delle incomprensioni tra gli utilizzatori che transitano in contemporanea, ma in modalità diversa, in quanto il Mixed Mode non è in grado di gestire le priorità di accesso. Chi prima accede, in una delle due modalità, passa e gli altri ovviamente aspettano e una rete non sente l'altra, se non il fruscio digitale, qualora si ascolti in modo analogico.
Ho sentito l'opinione degli amici dell'ARI di Savona e loro sono contenti del ripetitore in Mixed Mode R3 a 145.675 installato al Monte Beigua, e mi hanno detto che con pazienza ed educazione tutti trovano posto, sia in analogico che in digitale.
Unica accortezza è quella di inserire sul ripetitore un tono in uscita in modo da impedire l'apertura dello squelch delle radio analogiche quando il ripetitore viene impegnato in modalità digitale e non ascoltare la portante modulata digitale con il classico "rumore".
Per il momento si può dire che il funzionamento in "Mixed Mode" va approfondito maggiormente e personalmente non sono molto convinto che questa modalità sia opportuna da utilizzarsi.

VHF - UHF

Il sistema C4FM può essere utilizzato sia in VHF che in UHF, mentre il sistema DMR radioamatoriale italiano è tipicamente in UHF, anche se allo stato attuale risultano attive alcune frequenze in VHF.
Quindi installare un ripetitore DMR in VHF può determinare l’acquisto di apparati utilizzabili solo su quel ripetitore.
All'estero si trovano sistemi DMR anche in VHF e in commercio ci sono ripetitori DMR per 136-174 MHz e 400-470 MHz.

Lo standard utilizzato
Il C4FM e il DMR sono due standard diversi. Il C4FM è FDMA con il canale diviso in 2 sottocanali a 6.25 kHz, però per come è impostata la nostra rete attualmente sembra che viene utilizzato un solo canale a 12.5 kHz.
Il DMR è TDMA con il canale diviso in 2 slot temporali da 30ms l'uno, che determinano in pratica due canali con due time slot TS1 e TS2 con una larghezza di banda totale di 12.5 kHz.
Questo vuol dire che su un canale a 12.5 kHz di larghezza possono coesistere due trasmissioni contemporanee che stanno impegnando la stessa frequenza radio del ripetitore DMR.
Come scrive Armando IK2XYP, nella letteratura il DMR viene definito come un sistema che adotta una trasmissione a 6.25 kHz equivalenti. Questo perché quando il ponte radio trasmette la sua portante fondamentale è sempre e solo a 12.5 kHz reali, ma trasmettendo contemporaneamente due comunicazioni diverse sui 2 slot è come se ogni comunicazione usasse metà della larghezza.

La connettività in rete
Entrambi i sistemi C4FM e DMR possono essere connessi alla rete internet.
Per quanto riguarda il C4FM sembra che occorre utilizzare un'interfaccia Voip (ad esempio XRI 200), mentre per il DMR, ad esempio utilizzando un ripetitore Hytera questo è possibile senza la necessità di alcuna interfaccia.
La forza dei sistemi digitali sta nell'interconnessione del ripetitore e dei nodi alla rete radioamatoriale (italiana e internazionale) tramite la rete internet. Pensare di installare un ripetitore digitale senza la connessione alla rete internet può essere ritenuto abbastanza inutile e magari anche controproducente.
Nello stesso tempo portare la connettività internet nelle postazioni attualmente in uso non è facile.
Occorre tenere presente che collegare un ripetitore alla rete internet significa aprirlo al mondo e molte volte in relazione a quanto si sente su alcuni ripetitori forse è meglio pensarci su molto bene.
Più un ripetitore viene usato in modo non consono al servizio per il quale è destinato e senza il rispetto delle regole di buona educazione e meno avrà possibilità di essere connesso alla rete internet.

C4FM
Il sistema C4FM è un sistema derivato dallo standard P25 (di comunicazione statunitense simile al Tetra europeo ma non compatibile) attorno al quale Yaesu ha costruito il suo sistema Fusion, si tratta quindi di un sistema proprietario.
Al  momento il sistema è chiuso ed è limitato ai prodotti Yaesu. Allo stato attuale non risultano nel mercato ripetitori e apparati radio prodotti e commercializzati da altre società se non da Yaesu.
Questo non esclude che qualche altra società entro breve tempo sia in grado di produrre e commercializzare apparati radioamatoriali anche per il C4FM, come già avviene attualmente per il sistema DMR, con condizioni economiche interessanti e competitive.
Era stato annunciato un apparato prodotto dalla CSI, Connect Systems Inc. ma al momento non ci sono notizie.
Occorre verificare bene come sono costruiti i ripetitori C4FM e quali sono le loro caratteristiche tecniche, in modo particolare quelle riferite a sensibilità, protocollo e decodifica.
Si spera che il C4FM non faccia la fine dell’altro sistema proprietario, D-STAR della Icom, che attualmente non sembra godere di buona salute, anche se sembra che si stia riprendendo.
La modulazione del C4FM è ritenuta buona con un'elevata comprensibilità, anche in situazioni estreme, che possono rendere operabili stazioni che avrebbero difficoltà ad essere collegate con il sistema analogico.
Gli apparati C4FM sono apparati progettati e costruiti nello stile radioamatoriale con VFO, memorie ecc. e quindi più vicini all'uso comune.

DMR
Il sistema DMR è opensource ed è sviluppato da radioamatori (compatibilmente con l'encoder AMBE2+ di proprietà della società DVSI) ed è interoperabile tra i diversi marchi, in questo modo gli utenti non sono vincolati ad una soluzione proprietaria. E' possibile scegliere l’apparato radio client che si desidera, dai più sofisticati come ad esempio Motorola, Hytera, Kenwood, Vertex Standard (che cura la parte professionale di Yaesu) ai meno sofisticati come ad esempio gli apparati cinesi i cui costi sono competitivi.
(L'encoder AMBE2+ effettua la codifica/decodifica del segnale prima di essere trasmesso sul canale RF ed effettua la correzione dell'errore quando il segnale RF è particolarmente disturbato o carente).
Gli apparati DMR non sono progettati e costruiti nello stile radioamatoriale, ma sono molto simili a quelli in uso in ambito civile e quindi richiedono un'attenta programmazione.
La rete in Italia è tipicamente in UHF e questo deve essere tenuto conto.

Il sistema digitale serve?
Su un territorio come il nostro tenendo presente la peculiarità della Val Chisone (ove il servizio è attualmente garantito in analogico), una valle molto stretta, che curva a iniziare da Usseaux  e che va dai 400 ai 2000 metri di altitudine, occorre valutare attentamente la copertura tramite un servizio digitale rispetto a quello analogico. L’attuale sistema analogico R6 (VHF) + RU10 (UHF) è al momento l’unico in grado di comunicare con la Val Chisone sulle frequenze radioamatoriali, anche in caso di emergenza (come è già successo) e sta funzionando molto bene.
Alcune prove effettuate con il sistema digitale dicono che la copertura sembra essere paragonabile a quella analogica, se non meglio.
Personalmente ritengo che un sistema digitale può servire ed essere utile se pensato in affiancamento a una rete analogica esistente e connesso alla rete internet, al fine di sfruttare completamente le sue potenzialità.
Occorre anche tenere presente che utilizzando una rete digitale c'è una maggiore sicurezza. Ad esempio per accedere alla rete DMR è richiesto l'assegnazione di un ID, a seguito della compilazione di un format online e inviando copia della propria patente di radio operatore. Se si cerca di accedere alla rete senza ID il ripetitore autorizza solo l'accesso in locale.

Affiancamento e non sostituzione
Un sistema digitale, quale esso sia D-STAR, C4FM o DMR deve essere affiancato al sistema analogico già presente e non pensato come una sua sostituzione. Se il nuovo sistema digitale è pensato come una sostituzione molti radioamatori saranno esclusi dal suo utilizzo e questo deve essere tenuto ben presente, a meno che non  si ritenga di utilizzare la modalità "Mixed Mode".

Tutte queste informazioni devono ancora essere approfondite dal punto di vista tecnico, al fine di consentire una scelta consapevole e motivata sul sistema digitale da utilizzare, che possa migliorare la nostra rete di comunicazioni.

L'alternativa è quella di migliorare la rete analogica esistente, cercando di aumentare la sua copertura verso la parte alta della Val Chisone (da Pragelato a Sestriere) e verso la Val Germanasca (oltre Perosa Argentina verso Prali)  che attualmente non è coperta.

Se a qualcuno interessa Emanuele IU2CIQ, per la newsletter della sezione ARI di Milano, ha scritto tre dispense sul sistema DMR che consiglio di leggere in quanto molto interessanti
numero 462, prima parte
numero 463, seconda parte
numero 464, terza parte

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