Tryby cyfrowe w radiokomunikacji

W ostatnich latach transmisja w trybach cyfrowych zyskała ogromną popularność w profesjonalnej radiokomunikacji, oferując nowe możliwości zarówno dla służb ratunkowych, jak i do codziennego użytku w różnych branżach. Na pasmach krótkofalarskich w łączności amatorskiej także od dłuższego czasu popularne są tryby pracy cyfrowej, które też zostaną tu omówione. Dla radioamatorów i nasłuchowców poznanie podstaw tych technik może być interesujące, a jednocześnie doskonałą okazją do poszerzenia wiedzy i umiejętności w zakresie współczesnej radiokomunikacji.

W artykule tym przyjrzymy się różnym rodzajom transmisji cyfrowych używanych w radiokomunikacji, ich charakterystyce, technice i zastosowaniom.

Pomimo tego, że w praca w standardowym trybie analogowym również daje możliwości budowy rozległych sieci, to niewątpliwie takie sieci aktualnie najczęściej są tworzone w oparciu o sprzęt pracujący w trybie cyfrowym. Poszczególne węzły sieci (lokalne repeatery) łączone są z wykorzystaniem prywatnych sieci IP lub publicznego Internetu. Daje to możliwość stworzenia sieci o dużym zasięgu, zasięgu ogólnokrajowym, a nawet ogólnoświatowym. Korzystają z takich możliwości zarówno użytkownicy komercyjni, jak również krótkofalowcy.

1. DMR (Digital Mobile Radio)

DMR jest cyfrowym standardem komunikacji, który stał się powszechny w profesjonalnej radiokomunikacji, zwłaszcza w służbach publicznych, takich jak służby porządkowe, straż pożarna, czy transport publiczny. Aktualnie radiotelefony pracujące w standardzie DMR stanowią z pewnością największą grupę wśród pracujących w cyfrowych trybach radiotelefonów na świecie. Standard ten wszedł również w pole zainteresowań krótkofalowców i dość szybko spopularyzował się również w tej grupie odbiorców.

Zalety DMR: Standard ten oferuje dużą efektywność w zakresie wykorzystania pasma, dzięki technologii TDMA (Time Division Multiple Access), która pozwala na przesyłanie dwóch połączeń na jednej częstotliwości. TDMA zapewnia dwa równoległe sloty w kanale o szerokości 12,5 kHz. DMR zapewnia także funkcje takie jak przesyłanie tekstu, geolokalizację i łączność w grupach, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla grup, które potrzebują komunikacji z rozszerzoną funkcjonalnością.
Zastosowanie w radiokomunikacji: DMR jest szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak służby ratunkowe, transport, przemysł i firmy ochrony. DMR umożliwia tworzenie prywatnych szyfrowanych sieci radiowych, które zapewniają bezpieczeństwo i niezawodność komunikacji w terenie. Krótkofalowcy stworzyli ogólnoświatową sieć łączności amatorskiej w trybie DMR i system ten cieszy się dużą popularnością. Wydzielone są również grupy krajowe – w Polsce jest to sieć SP-DMR.

2. TETRA (Terrestrial Trunked Radio)

TETRA to standard cyfrowej komunikacji trunkingowej, wykorzystywany głównie przez służby publiczne. Wyróżnikiem tu jest trunking, który zapewnia możliwość pracy bardzo dużej grupy użytkowników dla których kanały rozmówne przydzielane są dynamicznie przez system, co umożliwia bardzo efektywne zarządzanie pasmem radiowym i zoptymalizowanie ilości fizycznie wykorzystywanych częstotliwości (kanałów). TETRA wykorzystuje czteroslotową technologię TDMA w kanale 25 kHz.

Zalety TETRA: TETRA oferuje zaawansowane funkcje, takie jak zaawansowane szyfrowanie rozmów, grupową komunikację, a także możliwość przesyłania danych (np. wiadomości tekstowe, obrazy, dane o lokalizacji). System jest szczególnie ceniony za wysoką jakość dźwięku i niezawodność, nawet w trudnych warunkach terenowych.
Zastosowanie w profesjonalnej radiokomunikacji: TETRA jest wykorzystywana głównie w służbach publicznych, w tym w służbach mundurowych i ratunkowych, ale także w transporcie publicznym i energetyce. Jest to system, który zapewnia niezawodność i bezpieczeństwo, co jest kluczowe w zastosowaniach krytycznych.

3. P25 (Project 25)

P25 oraz P25 II to analogowo-cyfrowy standard komunikacyjny stosowany głównie przez służby ratunkowe, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie, ale także na wielu lotniskach na świecie. P25 II wykorzystuje technologię trunkingową, umożliwiającą efektywne wykorzystanie pasma radiowego, i jest znany z dużej odporności na zakłócenia. Zarówno DMR, jak i P25 II wykorzystują dwuslotową technologię TDMA w kanale 12,5 kHz

Zalety P25 i P25 II: systemy P25 umożliwiają bezpieczną i niezawodną komunikację, w tym przesyłanie głosu i danych. Jest to standard, który wspiera zarówno transmisję analogową, jak i cyfrową, co sprawia, że jest kompatybilny z wcześniejszymi systemami analogowymi, a także oferuje dodatkowe funkcje, takie jak szyfrowanie i automatyczne przełączanie między pasmami.
Zastosowanie w profesjonalnej radiokomunikacji: systemy P25 są wykorzystywane przez służby ratunkowe, policję, straż pożarną i inne służby publiczne, które wymagają niezawodnej, bezpiecznej komunikacji w trudnych warunkach.

4. NXDN

NXDN to cyfrowy standard komunikacyjny stosowany głównie przez służby publiczne oraz użytkowników komercyjnych (firmy, przedsiębiorstwa). NXDN jest to opracowany przez firmy Icom i Kenwood protokół cyfrowej, łączności radiowej, zaimplementowany w systemach IDAS Icoma i NEXEDGE Kenwooda. NXDN wykorzystuje podział kanału radiowego w dziedzinie częstotliwości FDMA i może działać w kanałach o szerokości zarówno 12,5, jak i 6,25 kHz. Zastosowanie odstępu międzykanałowego 6,25 kHz w technologii FDMA w porównaniu do odstępu 12,5 kHz stosowanego w innych standardach łączności cyfrowej pozwoliło zawęzić filtry odbiorcze i znacznie zmniejszyć ilość odbieranych zakłóceń. W rezultacie otrzymujemy bardzo czysty dźwięk przy możliwości osiągnięcia większego zasięgu nawet do 30%. Podobnie jak w przypadku MOTOTRBO i innych systemów DMR oraz APCO P25, w NXDN także zastosowano kodek sygnału mowy AMBE+2. Podobnie jak w przypadku DMR użytkownik również ma do dyspozycji możliwość pracy równoległej na dwóch kanałach, ale nie dzięki pracy slotowej przez podział czasowy, a przez podział szerokości kanału w częstotliwości.

Zalety NXDN: P25 umożliwia bezpieczną i niezawodną komunikację, w tym przesyłanie głosu i danych. Oferuje dodatkowe funkcje, takie jak szyfrowanie i praca w grupach. Główną zaletą NXDN jest praca z wykorzystaniem wąskopasmowego sygnały o szerokości 6,25kHz. Dzięki temu efektywność wykorzystania widma zostaje podwojona w porównaniu do analogowego systemu FM wykorzystującego kanał 12,5 kHz. Przy takiej samej mocy nadajnika NXDN charakteryzuje się większym zasięgiem i nieco lepszymi charakterystykami propagacji sygnału niż analogowy FM w typowych środowiskach.
Zastosowanie w profesjonalnej radiokomunikacji: P25 jest wykorzystywany przez służby publiczne oraz użytkownieków komercyjnych. Standard NXDN nie spopularyzował się do tej pory w łączności krótkofalarskiej.

5. D-STAR (Digital Smart Technologies for Amateur Radio)

D-STAR to cyfrowy system komunikacyjny opracowany z myślą o radioamatorach, ale jest czasem również wykorzystywany w łączności profesjonalnej, w szczególności w zakresie łączności kryzysowej przez grupy współpracujące z krótkofalowcami. Jest to system, który wykorzystuje cyfrowe modulacje do przesyłania zarówno głosu, jak i danych.

Zastosowanie w profesjonalnej komunikacji: D-STAR jest wykorzystywany przez służby ratunkowe i organizacje, które współpracują z krótkofalowcami. Wykorzystuje częstotliwości VHF i UHF, co czyni go doskonałym rozwiązaniem do komunikacji na średnie i dalekie odległości. D-STAR jest znany z wyjątkowej jakości transmisji głosu oraz możliwości przesyłania danych, takich jak wiadomości tekstowe czy lokalizacja GPS.
Nasłuch i zastosowanie dla radioamatorów: D-STAR cieszy się dużą popularnością wśród radioamatorów krótkofalowców, zwłaszcza dzięki możliwości łączenia się z internetowymi węzłami, co pozwala na globalną komunikację. Warto zwrócić uwagę na wykorzystywane tu repeatery, które umożliwiają nasłuch i łączność na obszarze całego świata.

6. C4FM (Continuous 4-level Frequency Modulation)

C4FM to trzeci z najpopularniejszych poza DMR i D-Star cyfrowy tryb komunikacyjny użytkowany przez krótkofalowców, stworzony przez firmę Yaesu głównie z myślą o pasmach amatorskich. Odstęp kanałowy 12,5 kHz przy użyciu trybu modulacji cyfrowej C4FM pozwala na szybką transmisję danych, czystą komunikację głosową i dobre parametry korekcji błędów. C4FM oferuje szybkość transferu danych 9,6 kbps.

Zastosowanie w komunikacji: Służy do komunikacji głosowej i przesyłania danych w systemie Fusion.
Nasłuch i zastosowanie dla radioamatorów: C4FM cieszy się bardzo dużą popularnością wśród radioamatorów, zwłaszcza dzięki możliwości łączenia się z internetowymi węzłami, co pozwala na globalną komunikację. Warto zwrócić uwagę na cyfrowe repeatery, które umożliwiają nasłuch i łączność w odległych rejonach. W Polsce na terenie całego kraju rozlokowane są przemienniki amatorskiego systemu pracujące w C4FM, które są zlinkowane przez sieć Internet. Umożliwia to przy dostępie drogą radiową tylko do najbliższego przemiennika korzystanie z całej sieci ogólnopolskiej (w ramach wspólnego „kanału” POLAND-ROOM). W praktyce dysponując niewielkim radiotelefonem z krótką anteną możemy prowadzić łączności na znaczne odległości na terenie praktycznie całego kraju. a także linkowanie z innymi przemiennikami za granicą i korzystanie z możliwości prowadzenia łączności wręcz ogólnoświatowe.

Problemy z nazewnictwem i rozumienie terminu „trybu pracy cyfrowej”

Powyżej omówiono główne i najczęściej spotykane cyfrowe tryby pracy w radiokomunikacji profesjonalnej i amatorskiej. Jest to podział pod względem używanych „systemów” i ich funkcjonalności.

Często spotykamy się również z nazewnictwem „pracy w trybie cyfrowym” w odniesieniu do używanego typu modulacji transmitowanego sygnału. Dlatego często dochodzi do nieporozumień w rozmowach na ten temat. Krótkofalowcy z kolei bardzo często używają terminu „trybu cyfrowego” lub „emisji cyfrowej” w odniesieniu do konkretnej emisji używanej w komunikacji na pasmach amatorskich (do takich należą np. PSK31, RTTY, FT8, FT4, JT65, itp.). Nie wymienię tu wszystkich dostępnych i używanych typów modulacji, ale dla ogólnego nakreślenia, poniżej omówione zostaną krótko dwie z podstawowych technik modulowania sygnału (tj. PSK i FSK).

1. PSK (Phase Shift Keying) – Modulacja Przesunięcia Fazy

PSK to jedna z najczęściej stosowanych modulacji cyfrowych w radiokomunikacji. Została zaprojektowana, aby przesyłać dane poprzez zmianę fazy sygnału nośnego, co pozwala na efektywne wykorzystanie pasma.

PSK31: Jest jedną z najbardziej popularnych odmian PSK, szeroko używaną przez radioamatorów na pasmach HF, zwłaszcza w trybie tekstowym. PSK31 umożliwia bardzo efektywną transmisję na małej szerokości pasma, co sprawia, że jest idealna w warunkach dużych zakłóceń.
Zastosowania w profesjonalnej radiokomunikacji: PSK jest używane w systemach komunikacji satelitarnej, w służbach wojskowych oraz w profesjonalnych systemach komunikacyjnych, gdzie wymagana jest stabilność sygnału oraz oszczędność pasma.

2. FSK (Frequency Shift Keying) – Modulacja Przesunięcia Częstotliwości

FSK to inny rodzaj modulacji cyfrowej, w którym dane przesyłane są poprzez zmianę częstotliwości sygnału nośnego. Ta metoda jest bardzo popularna w systemach telemetrii i transmisji danych.

RTTY (Radioteletype): Jest jednym z najstarszych i najbardziej rozpoznawalnych przykładów FSK, używanym zarówno w komunikacji profesjonalnej, jak i w radioamatorskiej. RTTY umożliwia przesyłanie tekstu na dużych odległościach, wykorzystując dwie częstotliwości, które reprezentują „0” i „1”. Współczesne systemy RTTY są wykorzystywane w wielu służbach ratunkowych, marynarce wojennej i lotnictwie.
Zastosowania w profesjonalnej radiokomunikacji: FSK jest szeroko stosowane w systemach, gdzie przesyłanie dużych ilości danych jest kluczowe, takich jak systemy radiowe używane przez służby ratunkowe, komunikacja między jednostkami w terenie, czy w przesyłaniu informacji meteorologicznych.

7. Podsumowanie

Transmisji cyfrowa jest obecnie kluczowym elementem zarówno w profesjonalnej, jak i amatorskiej radiokomunikacji. Dla radioamatorów i nasłuchowców, poznanie tych technologii to nie tylko świetny sposób na poszerzenie swojej wiedzy, ale także szansa na rozwój umiejętności w zakresie odbioru i analizy cyfrowych transmisji.

Każdy z tych systemów ma swoje specyficzne cechy i zastosowania, od komunikacji głosowej po przesyłanie danych. Niezależnie od tego, czy jesteśmy zainteresowani nasłuchiwaniem, czy szukamy nowych wyzwań w naszych radioamatorskich eksperymentach, technologie cyfrowe stanowią przyszłość radiokomunikacji, a ich znajomość otwiera drzwi do nowoczesnych metod komunikacji.

Krótkofalowcom i radioamatorom zainteresowanym bardziej szczegółowymi informacjami i porównaniem cyfrowych systemów DMR, D-Dtar i C4FM lub wyborem jednego z nich do pracy na pasmach amatorskich polecam nasz film omawiający ten temat, umieszczony na naszym kanale YouTube: