HotSpot-вузол для DMR / D-STAR / C4FM / NXDN / P25 / POCSAG

Перш ніж говорити про хотспоти / вузли / точки доступу / ретранслятори, пропоную коротко порівняти цифрові режими.

Порівняльна характеристика цифрових видів зв'язку

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

Ідентифікація користувачів

* Позивний відображається, якщо ідентифікатор абонента є в списку контактів радіостанції, яка приймає; інакше показується ідентифікатор абонента. 

Підключення ретранслятора

Особливості використання радіо

Будь-який хотспот/вузол/ретранслятор складається з програмної та апаратної частин і підключений до радіоаматорської мережі.

Апаратна частина

Апаратна частина хотспота/вузла/ретранслятора складається з:

• Комп'ютера;
• Модему;
• Плати узгодження рівнів (необов'язково);
• Радіостанції або малопотужного приймача-передавача;
• Інформаційного табло (необов'язково).

Комп'ютер

Як комп'ютер зазвичай використовують одноплатний Raspberry Pi. Вибір моделей достатньо великий: підійдуть моделі від Raspberry Pi Zero W до Raspberry Pi 4. У таблиці нижче — перелік моделей та їхні характеристики.

Модем

Якщо вибір комп'ютера принципового значення не має, то до вибору модему треба поставитися серйозно. Саме тип модему визначає тип комп'ютера та приймально-передавального вузла (радіомодему), а також те, чим буде кінцевий пристрій: хотспотом, вузлом чи ретранслятором. На ринку безліч модемів, деякі мають малопотужний передавач на тій самій платі. Для прикладу розглянемо популярні й доступні:

• Arduino Due
• MMDVM POG
• MMDVM LJT
• MMDVM HS HAT
• MMDVM HS HAT Dual
• MMDVM HS HAT Dual (LoneStar) N5BOC

Як видно з таблиці, готові плати модемів/радіомодулів зібрані на китайських радіомодулях RF7021SE (ADF7021) та модемах на STM32Fxxx.

Радіомодуль RF7021SE (ADF7021) має такі характеристики:

• Діапазон частот 80–650 МГц;
• Вихідна потужність до +13 дБм (20 мВт);
• Чутливість −115 дБм (0,4 мкВ);
• Напруга живлення 2,2–3,6 В;
• Споживаний струм 26–30 мА.

RF7021SE (ADF7021) не вирізняється чутливістю, вибірковістю, стійкістю до забиття, придушенням позасмугових випромінювань чи динамічним діапазоном. Тож у складній завадовій обстановці він працюватиме на відстані до 1 км, а в прямій видимості за містом дальність може сягати 10 км. Для стабільної роботи модему потрібен високостабільний TCXO з параметрами не гірше 2 ppm — рекомендую FOX924B-14.7456. На готових пристроях такий TCXO вже є, а для Arduino Due його треба доставити, бо внутрішній не має потрібної стабільності.

Плати узгодження рівнів

Назва плати говорить сама за себе: вона узгоджує рівні модему та приймально-передавального вузла (радіостанції). Здебільшого кола узгодження вже розпаяні на готових модемах і приймачах-передавачах. Один із небагатьох випадків, коли потрібна окрема плата узгодження, — Arduino Due в ролі модему. Плату можна купити готову або зробити самому. З готових рекомендую варіант SP8NTH v 6.2. Для самостійного виготовлення рекомендую схему з NTH-розведенням контактів і стабілізацією зміщення. Нижче — варіант, який використовував я: 

Радіостанція або малопотужний приймач-передавач

Тут усе просто. Для хотспота використовують готову плату радіомодему з малопотужним приймачем-передавачем. Для ретранслятора потрібна пара радіостанцій, для вузла достатньо однієї. Класичний приклад — Motorola GM340, але на практиці підійде будь-яка радіостанція з режимом 9600 бод. Обираючи радіостанцію, зверніть увагу на статистику використання на сайті BrandMeister. Врахуйте, що оптимальна смуга приймального тракту залежить від режиму: ширину ПЧ треба встановити 25 кГц для DMR/C4FM і 12,5 кГц для D-STAR.

Інформаційне табло

Інформаційне табло на хотспоті/вузлі/ретрансляторі не обов'язкове, але суттєво полегшує життя, особливо для пристроїв без дашборда. Сьогодні як табло зазвичай використовують:

• OLED 0,96 або 1,3 (залежно від плати радіомодему та конструкції корпусу);
• Nextion усіх версій і модифікацій.

З OLED-дисплеєм усе просто. Підійдуть OLED з екраном 0,96 або 1,3. Усередині вони однакові й мають роздільність 128 × 64 px. Дисплей припаюють до плати радіомодему на відповідні контакти: 3V3, GND, SCL, SDA. Для його роботи потрібні налаштування в MMDVM Host. Інформації небагато: режим роботи, ID/позивний абонента, ім'я абонента, поточна розмовна група.

Табло Nextion інформативніше й функціональніше за OLED. Найпопулярніші моделі: NX3224K024_011R та NX4832K035_011R. Nextion підключають або до плати радіомодему на контакти 5V0, RXD, TXD, GND, або через перехідник USB-UART до USB-роз'єму Raspberry Pi (якщо на платі радіомодему потрібних контактів немає). Перед використанням табло Nextion треба прошити — або через той самий USB-UART програмою Nextion Editor, або через карту microSD. 

Щодо прошивки: якщо табло Nextion має показувати мінімум інформації (2–3 рядки) без керування MMDVM-пристроєм, достатньо простої прошивки від G4KLX або ON7LDS і налаштувань у MMDVM Host. Якщо ж потрібне розширене багаторядкове виведення з керуванням MMDVM-пристроєм, встановіть у MMDVM Nextion Driver звідси або звідси. Прошивки для табло Nextion раджу брати звідси. Обираючи прошивку, зверніть увагу на модель табло та розмір екрана.

Програмна частина

Програмна частина хотспота/вузла/ретранслятора базується на відкритій платформі MMDVM (Open Source Multi-Mode Digital Voice Modem). У мережі багато прошивок (образів) для Raspberry Pi. Найпопулярніші — прошивки проєкту PI-STAR. Вони містять найповніший набір попередньо встановлених компонентів і графічну вебпанель для керування ними. Розглянемо ці компоненти:

Як сказано на початку статті, D-STAR використовує вокодер AMBE+, а DMR, C4FM, NXDN і P25 — AMBE+2. Тому перекодування між DMR, C4FM, NXDN, P25 програмне, а між D-STAR і DMR, C4FM, NXDN, P25 — програмно-апаратне, з транскодерами AMBE3000 / 3003 / 3006 / 3012. Апаратну частину транскодера можна зробити самому або купити готову. Постачальники готових рішень: DVSI's Hardware Solutions, NW Digital Radio та DVMEGA.

Детальний опис крос-режимних налаштувань наведено у цій статті. Як сказано вище, крос-режими з D-STAR без апаратного транскодера AMBE недоступні. А оскільки на готових платах модемів/приймачів-передавачів транскодера AMBE немає, то й крос-режимів з D-STAR у них немає. Єдиний відомий мені хотспот із чипом AMBE — OpenSpot3. На цій сторінці  наведено його крос-режими.

Отже, збірка Pi-Star багатофункціональна й рекомендована для хотспотів. Завантажити готову збірку Pi-Star можна за посиланням. Встановлення й налаштування описано в цьому посібнику. Проблемні питання щодо збірки обговорюють на форумі.

Утім, для точок доступу й ретрансляторів краще брати менш перевантажені та стабільніші власні збірки. Яскравий приклад — збірка KAVKAZ, яку можна завантажити за посиланням. Можна також зробити власну збірку. Для цього знадобляться:

• Програма для запису образу операційної системи. Рекомендую: balenaEtcher або Win32 Disk Imager.
• Образ операційної системи краще взяти останній або з каталогу старих версій (ще один каталог).
• Програмне ядро можна взяти тут або тут.
• Крос-режимні програмні перекодувальники можна взяти тут.
• Ну і знання Linux.