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

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

Сравнительная характеристика цифровых видов связи

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

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

Подключение ретранслятора

Особенности использования радио

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

Аппаратная часть

Аппаратная часть хотспота/узла/репитера состоит из:

• Компьютера;
• Модема;
• Платы согласования уровней (опционально);
• Радиостанции или маломощного приёмо-передатчика;
• Информационного табло (опционально).

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 Pi 4. В таблице ниже приведён перечень моделей и их характеристики.

Модем

Если выбор компьютера принципиального значения не имеет, то к выбору модема нужно подойти серьёзно. Именно тип модема определит тип компьютера и тип приёмо-передающего узла (радиомодема). Выбор модема влияет на то, будет ли конечное устройство хотспотом, узлом или репитером (ретранслятором). На рынке бесчисленное множество модемов, некоторые из них имеют маломощный передатчик 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

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 80–650 МГц;
• Выходная мощность до +13 дБм (20 мВт);
• Чувствительность −115 дБм (0,4 мкВ);
• Напряжение питания 2,2–3,6 В;
• Потребляемый ток 26–30 мА.

RF7021SE (ADF7021) не обладает выдающимися характеристиками по чувствительности, избирательности, забитию, подавлению внеполосных излучений, динамическому диапазону и т. д. Поэтому в сложной помеховой обстановке работать он 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 TCXO с параметрами не хуже 2 ppm. Для этих целей рекомендуется использовать FOX924B-14.7456. На готовых устройствах высокостабильный TCXO уже имеется, а вот для Arduino Due его необходимо доставить, так как внутренний TCXO не имеет необходимой стабильности.

Платы согласования уровней

Название платы говорит само за себя: плата необходима для согласования уровней модема и приёмо-передающего узла (радиостанции). В подавляющем большинстве случаев цепи согласования уже распаяны на готовых модемах и приёмо-передатчиках. Один из немногих случаев, когда нужна отдельная плата согласования, — использование 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 приведён вариант, который использовал я: 

Радиостанция или маломощный приёмо-передатчик

Здесь всё просто. Для построения хотспота используется готовая плата радиомодема, совмещённая с маломощным приёмо-передатчиком. Для построения ретранслятора необходимо использовать пару радиостанций, для узла достаточно одной. Классический пример — Motorola GM340, но на практике можно использовать любую радиостанцию с режимом 9600 бод. При выборе радиостанции обратите внимание на статистику использования, приведённую на сайте BrandMeister. Необходимо учесть, что оптимальная полоса пропускания приёмного тракта будет разной в зависимости от режима: ширину ПЧ необходимо установить 25 кГц для режимов DMR/C4FM и 12,5 кГц для режима D-STAR.

Информационное табло

Наличие информационного табло на хотспоте/узле/репитере не является обязательным, но существенно облегчает жизнь, особенно для устройств, не имеющих дашборда. На сегодняшний день в качестве табло принято использовать:

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

С OLED-дисплеем всё просто. Подойдут OLED с экраном 0,96 или 1,3. Внутренне они идентичны и имеют разрешение 128 × 64 px. Дисплей запаивается на плату радиомодема на соответствующие контакты: 3V3, GND, SCL, SDA. Для его работы необходимо сделать настройки в MMDVM Host. Выводимая 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 радиомодема на контакты 5V0, RXD, TXD, GND, либо через переходник USB-UART в разъём USB Raspberry Pi (если на плате радиомодема соответствующих контактов нет). Перед использованием табло Nextion его необходимо прошить. Прошивка выполняется либо через тот же USB-UART с помощью программы Nextion Editor, либо через microSD карточку. 

При выборе прошивки стоит упомянуть: если на табло Nextion возлагается задача минимального вывода информации (2–3 строки) без управления MMDVM-устройством, достаточно залить простую прошивку от G4KLX или ON7LDS и сделать соответствующие настройки в MMDVM Host. Если же нужен расширенный многострочный вывод с возможностью управления MMDVM-устройством, необходимо установить в MMDVM Nextion Driver отсюда или отсюда. Прошивки для табло Nextion рекомендую брать отсюда. При выборе прошивки обратите внимание на модель табло и размер его 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 Raspberry Pi. Наиболее популярны прошивки проекта PI-STAR. Эти прошивки включают самый полный набор предустановленных компонентов и графическую веб-панель для управления ими. Рассмотрим эти компоненты:

Как сказано в начале статьи, D-STAR использует вокодер AMBE+, а DMR, C4FM, NXDN и P25 — вокодер AMBE+2. Поэтому перекодирование между режимами DMR, C4FM, NXDN, P25 — программное, а между D-STAR и DMR, C4FM, NXDN, P25 — программно-аппаратное, с использованием транскодеров 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 аппаратного транскодера AMBE недоступны. А поскольку в готовых платах модемов/приёмо-передатчиков транскодера AMBE нет, то и кросс-режимов с участием D-STAR у них нет. Единственный известный мне хотспот с чипом AMBE — OpenSpot3. На этой странице  приведены его кросс-режимы.

Исходя из сказанного, сборка Pi-Star многофункциональна и рекомендуется для хотспотов. Скачать готовую сборку Pi-Star можно по ссылке. Порядок установки и настройки описан в данном мануале. Проблемные вопросы по этой сборке обсуждаются на форуме.

Но в точках доступа и ретрансляторах рекомендуется использовать менее перегруженные и более стабильные кастомные сборки. Яркий пример — сборка KAVKAZ, которую можно скачать по ссылке. Также можно создать собственную сборку. Для этого понадобятся:

• Программа для записи образа операционной системы. Рекомендую использовать: balenaEtcher или Win32 Disk Imager.
• Образ операционной системы рекомендуется взять последний или из каталога старых версий (еще один каталог).
• Программное ядро можно взять здесь или здесь.
• Кросс-режимные программные перекодировщики можно взять здесь.
• Ну и знания Linux.