УКВ-радиосвязь — последняя из отрасли связи начала переход на цифровые платформы. Это обусловлено рядом причин. Для создания национальных систем были предложены стандарты АPCO (в США) и TETRA (в Европе). Однако подобные системы были и остаются достаточно дорогими и неприемлемы для основной части потребителей. Внедрение систем стандарта APCO и TETRA сопряжено с рядом технических сложностей таких как выделение специального частотного ресурса, а это достаточно сложная и дорогостоящая процедура. В результате даже потенциальные клиенты, располагающие широкими финансовыми возможностями, не в состоянии приобрести подобные системы из — за невозможности выделения радиочастотного спектра.
В данной ситуации возникла необходимость в решении, которое позволило бы упростить переход на цифровую радиосвязь с использованием стандартных радиочастот. Стандартные радиочастоты доступны для большинства потребителей, а для новых клиентов их получение не вызывает больших сложностей.
Параллейно с этим решался вопрос уплотнения каналов. Ни для кого не секрет, что радиочастотный спектр имеет физические ограничения, поэтому возникает необходимость решения следующей задачи: как в существующий спектр частот вместить большее количество каналов?
Существует два проверенных годами способа решения данной проблемы: частотное и временное уплотнение каналов.
При частотном уплотнении каналов существующая сетка частот в 12,5 кГц разбивается по 6,25 кГц, что позволяет увеличить количество радиосетей в 2 раза. Этот метод уплотнения использовали некоторые японские производители.
При временном уплотнении каналов стандартная существующая сетка в 12.5 кГц остается без изменений, однако, пакетная передача информации в ней происходит по двум тайм-слотам, т.е. от разных источников информации.
Общий принцип построения цифровых радиостанций с TDMA
В основу работы цифровых радиостанций положен принцип передачи цифровых пакетов. Общая функциональная схема представлена на рисунке:
От абонента (источника информации) может поступать 2 вида данных — цифровой поток либо голос.
Рассмотрим прохождение голоса. Через микрофонный вход звук поступает в обычный аналого-цифровой преобразователь(1). На его выходе формируется стандартный цифровой поток, при этом скорость потока составляет 128 кБит\с. Цифровой поток с такой скоростью передать по радиоканалу с шириной 12,5 кГц не может. Поэтому полученный поток подается на специальное устройство — речевой кодек. В нашем случае название кодека — АМБЕ+2.(2).
Работает АМБЕ+2 следующим образом. Внутри него существует специальная таблица звуков голоса человека — т.е. каждый человеческий звук имеет свой собственный цифровой номер. Произнесенное человеком слово разбивается на звуки(фонемы), каждый такой звук оцифровывается и сравнивается с хранившимся в собственной памяти звуком, и по таблице соответствия ему присваивается определенный номер — число, а так же кодируется уровень громкости, с которым был произнесен этот звук. Именно это число дальше с небольшой скоростью 3,6 кБит\с подается в устройство формирования пакетов(3), и далее — в радиочасть(4). Таким образом по радиоканалу передается не весь спектр человеческого звука, а лишь номер, которому по внутреннему протоколу кодека соответствует определенный звук.
На приемной стороне принятое число поступает в АМБЕ+2 , где, собственно, происходит обратный процесс. По поступившему числу из таблицы соответствия выбирается оцифрованный звук человеческого голоса, звуки складываются в слова по определенному алгоритму и преобразуются из цифрового потока в аналоговый звук и далее — в усилитель динамика.
В случае передачи радиостанцией цифрового потока — через цифровой интерфейс(1) данные непосредственно поступают в блок формирования пакетов(3) и далее — в радиочасть.
Таким образом, собственно, в радиоэфире непосредственно голоса нет — передаются только цифровые пакеты. Поэтому, например, прослушать передачи цифровых радиостанций обычным сканером просто не получится.
Что такое кодек АМБЕ+2 ? По сути — это алгоритм, по которому происходит разбивка человеческого голоса на отдельные звуки, их дальнейшее преобразование в низкоскоростной цифровой поток и, соответственно, обратный процесс, с помощью которого становится возможна цифровая передача звука по радиоканалу. Практически алгоритм АМБЕ+2 может быть реализован аппаратно (как, например, в радиостанциях) — производитель приобретает готовые чипы, либо программно — как, например, в программном приложении TRBOnet реализован данный кодек.
Надо отметить, что создание звукового кодека — очень трудоемкий процесс, и он, как правило, патентуется. Кодек АМБЕ+2 разрабатывает компания DVSI из США, и его использование запатентовано. Компания НЕОКОМ приобрела патент на использование кодека АМБЕ+2 в программных продуктах TRBOnet.
Ряд особенностей, возникшие в связи с использованием цифровой радиосвязи:
- Отсутствие шумов — шумы и посторонние звуки, в таблицу кодека, естественно, не размещали, поэтому и на приемной стороне их просто нет.
- Если на передающей стороне значительно увеличивается шум — после определенного порога, когда кодек не может различить человеческие звуки на фоне общего шума, на приемной стороне возникают хаотические непонятные звуки. Крайне рекомендуется применять только оригинальные аксессуары — микрофоны и гарнитуры. Тем не менее, многие заказчики отмечают, что использование цифровых радиостанций в зашумленных помещениях значительно предпочтительнее.
- При удалении передающего и приемного абонентов друг от друга: в аналоговой радиосвязи качество звука ухудшается по экспоненте, а в случае цифровой радиосвязи — оно практически постоянно до определенного уровня, а дальше резко пропадает. Это обусловлено тем, что при значительном удалении абонентов в кодек АМБЕ+2 поступает недопустимое количество ошибок пакетов либо их отсутствие вовсе.
- По сравнению и аналоговой радиосвязью, в цифровой чисто теоретически происходит небольшое увеличение дальности радиосвязи и зоны покрытия. Это продемонстрировано на следующем графике. Однако нами уже не раз отмечено — в городских условиях, где большое количество радиопомех, дальность радиосвязи возрастает очень значительно, особенно это заметно при применении портативных радиостанций.
- Есть и недостатки в АМБЕ+2. Понятно, что кодек разрабатывали американцы. Естественно, что в таблице соответствия были применены в основном англо-саксонские звуки. Поэтому иногда потребители жалуются на то, что не узнают своих собеседников. Этот эффект обусловлен тем, что кодек несколько «усредняет» индивидуальные особенности человеческого голоса.
В 2005 году европейский институт телекоммуникаций ETSI разработал и утвердил стандарт цифровой радиосвязи, в основе которого лежит пакетная передача в стандартной сетке радиочастот 12,5 кГц и с использованием временного разделения каналов. Стандарту присвоили название DMR (цифровое мобильное радио).
В стандарте DMR используется временное разделение каналов (ВРК), при этом используется 2 тайм слота, которые позволяют передавать информацию от двух совершенно разных источников информации на одной радиочастоте.
Следует отметить, что оборудование стандатра TETRA также работает по принципу разделения каналов, с тем лишь отличием, что в этом стандарте используется сетка, кратная 25 кГц, которая обеспечивает 4 тайм-слота. DMR используется в стандартах DECT и GSM.
Многие производители взяли стандарт DMR за основу. Создана и успешно работает ассоциация производителей стандарта DMR? в цели и задачи которой входит координация действий по развитию и улучшению потребительских свойств стандарта. Компания НЕОКОМ так же является членом этой организации.
Что же дает потребителям стандарт DMR? 
Все потребители средств радиосвязи получили возможность строить цифровые системы УКВ радиосвязи и использовать цифровые радиостанции. Использование стандартной сетки частот значительно упрощает построение сети цифровой радиосвязи. Теперь появилась возможность интеграции УКВ-радиосетей в единое информационное пространство с Интернетом, IP-телефонией. Вот лишь некоторые преимущества, полученные в результате принятия стандарта DMR:
- Использование стандартной сетки частот, что значительно упрощает построение УКВ-сети. В некоторых районах России невозможно получить частоты для использования стандарта TETRA, и DMR — единственный выход для построения сетей цифровой радиосвязи.
- Увеличение абонентской емкости системы при переходе от аналоговых сетей на стандарт DMR за счет использования двух независисмых каналов на одной физической радиочастоте.
- Фактическая экономия на антенно-фидерных устройствах, ретрансляторах и радиочастотах — их требуется в 2 раза меньше.
- Возможность интеграции в IP-инфраструктуру за счет внедрения дополнительных программных и аппаратных средств, таких как TRBOnet.
- Возможность создания многосайтовых решений. В отличие от УКВ — радиосвязи в DMR задача многосайтовости решается различными путями без возникновения сложностей.
- Одновременная передача голоса и данных. В DMR голос может передаваться по 1 тайм-слоту, данные — по второму.
- Разные способы построения систем радиосвязи. При этом небольшие транкинговые системы могут отлично функционировать без специального базового оборудования, а потребитель получает целостную цифровую систему по приемлемой цене.
- Современные цифровые радиостанции стандарта DMR могут работать как в аналоговом, так и в цифровом режимах. Для построения транкинговой сети радиосвязи требуется только внести необходимые изменения в программные прошивки радиооборудования.Таким образом, потребитель может переходить от аналоговой сети УКВ — радиосвязи к цифровой, а затем — к транкинговой. Потребитель имеет возможность достроить систему до многосайтовой и обеспечить диспетчеризацию всей системы. Все легко и просто.
И последнее
По данным компании Моторола цифровых абонентских терминалов в стандарте TETRA было реализовано с 1995 года до 2012 — 1 млн штук (т.е. за 17 лет!). Первый миллион абонентских цифровых терминалов в стандарте DMR компания Моторола реализовала в 2011, т.е.всего за 4 года после старта продаж. Второй миллион был реализован к концу 2012 года.
Вот и тенденции. Конечно, мы выбираем DMR!