HotSpot узел

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 список контактов радио; в противном случае появляется идентификатор абонента. 

Подключение ретранслятора

Особенности ипользованиия 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 примо-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 PI4. В таблице ниже приведен 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 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

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:

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:

• 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).
• Програмное ядро можно взять здесь или здесь.
• Кросс-режимные программные перекодировщики можно взять здесь.
• Ну и знания Linux.