业余数字语音电台联网方法

发布于 2023-12-28  717 次阅读


对于大多数ham而言,购买具有数字语音模式的电台最大的目的是为了将其接入网络来使用。但实际上,除了一些本身具备联网功能的设备以外,大部分数字语音电台是无法直接连接网络的。而要将其接入网络,则需要其他一些设备支持。这里会简单介绍几种将数字语音电台连接到互联网的方法。

如果只想知道该如何选购设备,可以直接翻到最后。

使用联网中继

显然,如果能直接连接已经联网的中继站,只需要写入对应中继的参数就可以直接联网。不过D-Star稍微复杂些,需要专门指定访问中继内的网关模块才可以联网。在选购设备之前,先调查附近有哪些中继,并选择对应设备是最为省时省力的方案。

设备直接联网

上面提到大部分电台无法直接连接网络,也就是说,有少部分可以直接联网的设备。一些专业设备具有蜂窝网络功能,可以插入SIM卡来联网。而在业余设备中,一些D-Star设备具有内部网关模式,可以直接连接到反射器。例如IC-705、IC-9700(以及Icom中继台,没错Icom的D-Star中继也是可以用这种方式联网的)可以连接Wi-Fi或有线网,将DV Gateway设置为Internal Gateway,并且填写反射器IP和终端呼号后可以直接访问反射器。不过这种方式需要公网IP地址,否则只能发送,不能接收。通过这种模式连接反射器的同时,也可以将该设备作为网关,提供给其他设备使用。

外挂联网组件

许多设备虽然自身没有网络连接功能,但可以由其他设备联网并将数据传输过来。大多数业余电台都支持该模式,例如Icom D-Star设备的外部网关模式、八重洲的便携式数字节点和便携式HRI模式、TH-D75的MMDVM控制模式。OpenGD77虽然可以通过外部设备联网并传输数据,但它只能在热点模式下使用该功能,因此不能直接使用。

对于Icom设备而言,可以使用RS-MS3A/RS-MS3W、Doozy、D-Star中继软件(Pi-Star中就带有该软件)等作为外部网关。

对于八重洲设备,目前只有Wires-X软件可用,且只能连接八重洲专有的Wires-X网络而不是常用的YSF/FCS等开源反射器。而TH-D75虽然支持MMDVM指令,但目前也只有BlueDV-Connect和NoraGateway可以使用。

使用热点连接

热点连接和联网中继对于设备来说没有区别,唯一的区别在于这里的热点是由使用者自己设置的,也就是说设置热点实际上就是设置联网中继。对于使用DMR等专业设备(以及试图使用八重洲设备访问非官方YSF/FCS反射器)的人来说,热点是让电台连接互联网的唯一办法。

此外,如果中继本身没有联网,也可以通过将大功率热点连接到中继的方式将普通中继变为联网中继。不过这么做之前最好征得中继所有者同意。

常见的热点可以分为设备内置、MMDVM和SharkRF OpenSpot,最后一种为商业公司开发的设备,类似于MMDVM,但使用ESP32-S3-WROOM-1作为主控制器而不是MMDVM常用的单板机和Linux系统。这里不做过多的介绍。

设备内置热点实际上是在上文的直接联网和外挂联网的基础上,由电台自身将通过网络传输的数据转发到射频端,因此操作方与前文的两种模式几乎没有区别,在设置好之后启用射频功能即可。

有一种比较独特的方式的是八重洲的HRI设备,该设备不具备发射功能,也无法直接联网,他的主要作用是用于连接并控制八重洲车载电台,将其作为热点。并启用Wires-X的房间服务器功能,将装有Wires-X的电脑作为Wires-X房间来使用(功能上等同于反射器)。

而MMDVM而言,由于是开源项目,因此看起来种类繁多。不过实际上可以分成两种类型:中继板和热点板。

MMDVM结构

一套MMDVM设备可以分成三个部分:MMDVM Host及各模式网关、MMDVM固件、射频模块。第一部分工作在电脑上,由网关连接该模式的服务器或反射器,收发数据。数据被传输到MMDVM Host并发送到下一部分。

第二部分工作在单片机中,MMDVM固件与第一部分通过串口连接。根据中继和热点的不同,有着MMDVM和MMDVM_HS两种固件。MMDVM固件用于中继,由微控制器内置的A/D和D/A转换器生成基带信号并传输给射频模块。MMDVM_HS固件用于热点,由于热点通常使用内置调制解调器的ADF7021射频芯片,因此热点固件只需转换数据并发送至射频芯片即可。因此两种芯片对MCU的性能要求也大不相同,热点通常使用廉价的STM32F103,而中继板由于需要直接处理基带信号,通常使用性能更高的F4、F7系列。

第三部分主要是射频模块,由于中继板由单片机产生基带信号,射频端只需要将其调制并发射即可。因此通常使用具有9600接口或其他数传接口的电台。由于使用外置成品电台,可以提供更高的功率,也可以用两台分别进行收发,组成中继站,这也是被称作中继板的原因。而热点则通常使用内置FSK调制解调器的ADF7021射频芯片。由于热点通常近距离使用,射频芯片输出的射频信号通常不进行放大,直接连接到天线进行发射。

成品热点通常会将ADF7021射频芯片和STM32F103单片机放置在一片电路板上组成一整块热点板。不过也可以选择单独购买单片机开发板和射频开发板进行连接。而中继板上只有一块单片机,除此之外就只有一些必要外围电路,比较简单。这种成品板通常会选择树莓派Hat规范,可以直接插在树莓派的GPIO上使用。这类板使用GPIO的串口(8 TXD 10 RXD)连接MCU,I2C(3 SDA 5 SCL)连接OLED屏幕,GPIO 20(38)触发MCU的BOOT0,GPIO21(40)触发MCU的NRST,在一些尺寸较大的板子上,BOOT0和NRST可能也会引出组成JP1接口供升级固件使用。由于直接通过GPIO的串口通信,因此可能并没有刷入Bootloader,如果有需要的话可能需要自行刷入。

什么是单工热点和双工热点

MMDVM从固件上只分为中继和热点两类,但在购买成品设备时还会发现也存在着单工和双工两种分类。那么两者有何区别呢?一个简单的区别就是单工板工作在半双工模式下,在同一时间,要么进行发射,要么进行接收。而双工板则工作在全双工模式下,可以在接收的同时进行发射。实际上,双工热点的工作方式也与中继站相同,在接收天线收到信号时,将收到的信号在发射天线中重新发射。

为什么会有双工热点

有些人可能会想到,既然双工热点的工作原理与中继相同,那么自然原因也是和中继一样,为了让多个人分享同一个热点,因此需要将收到的信号同时转发给其他用户。对于中继板而言,制作中继本就是该板的功能之一,自然会提供这种功能。但对于功率极低的热点板而言也是这样吗?

单设备+单工热点

显然,单设备和单工热点只有两种情况,热点发射、电台接收;或是电台发射、热点接收。

多设备+单工热点

这种情况下,热点和其他电台会收到来自发射电台的信号,反过来,两个电台也都会收到热点发出的,来自互联网的信号。

这个时候大家就会发现问题了:热点的功率通常以毫瓦计,这仅仅相当于手持电台的最低档发射功率,甚至更低。也就是说,当两部电台都处于热点的范围内时,在绝大多数情况下都是可以直接收到对方信号的。也就是说热点作为中继转发信号的说法是一种非常非常少见的情况。那为什么还需要有双工热点?

多设备+双工热点

之所以会有双工热点,原因是DMR系统的设计是建立在有中继台的前提上的。在DMR电台发射时,发射和接收状态会以30ms为一个时隙来不断切换。中继在收到信号后,会将中继发射机和接收机的时间同步并且会在发射中附加CACH (Common Announcement Channel) 。在电台接收到中继发射的CACH后才能同步到指定时隙中。也就是说,时隙功能必须要依赖中继才行。

在划分时隙后,可以让两部设备分别使用其中一个时隙,这就可以做到多人同时使用同一个设备。

电台1在时隙1发射时,虽然热点的发射天线也会进行发射,但由于有着时隙的存在,发射信号中只有时隙1的时间切片中有信号发射,而另一个时间切片中则是空的。因此,监听时隙2的设备此时并没有收到发来的信号。因此对于没有监听时隙1的设备来说,热点发射的信号仅仅只是为了同步时隙的时间切片。

在此时,如果热点收到了时隙2谈话组的信号,就会将收到的信号在时隙2的时间切片中发出,设备2就会收到信号。

现在,两部电台,一部正在将信号通过热点传递到谈话组1,而另一部则在接收谈话组2传来的信号,互不干扰。

单设备+双工热点

因为电台通常是半双工的,在只有一台设备时,工作方式与单设备+单工的组合完全相同。不过一些设备具有双时隙同时接收的功能,在搭配双工热点时,可以做到同时接收两个谈话组的信号,或是在语音的同时收发其他数据。

单工能否双时隙

能!但没人这么做。在商业用户中,确实存在单工中继,因为商用频段要按照使用频率收费,通过将两个时隙分别作为上行和下行来减少占用频率也是DMR面向商业用户的一大特色功能。在摩托罗拉的名词中,这叫做扩展范围直通模式 (Extended Range Direct Mode) 。

此外,在没有中继的情况下,电台也可以利用双倍容量直通模式 (Dual Capacity Direct Mode) 来强行附加时隙同步信号来划分时隙.

但在业余使用中的单工模式下,由于业余频段范围宽广,为了节省频率而强行划分双时隙并无意义,也会徒增热点板的成本(ADF7021无法快速切换收发状态,如果要实现该功能需要换用更高端的芯片,例如ADRV9002系列),因此单工热点同一时刻只能处于发射和接收两种状态下,在热点进行发射时,无法接收另一个时隙的信号。而热点在接收时,另一个时隙中如果有信号要发射,则会进入发射模式,仍然无法进行接收。因此,单工热点无法进行双时隙通讯。在BrandMeister设置静态组时也能看到,单工热点只能设置一组静态组。双工热点才能设置两组静态组。

实际上该状况在中继板上也同样存在,中继板在只连接一部电台的情况下和单工热点一样无法使用时隙功能,但中继板大多数情况本来也会连接两台电台进行收发。

其他协议

其他协议,诸如D-Star或YSF由于不存在时隙,因此双工热点的中继不但没有效果,反而会因为热点发射功率太小,距离远的设备不但无法收到热点发来的信号,而且由于接收频率与发射电台的频率不同,也无法接收到正在发射的电台的信号。反而不如单工模式。

那么该选择什么设备?

首先,如果当地存在联网中继的情况,直接购买可以使用该中继的电台,省时省力。

如果没有联网中继,推荐选择可直接联网或只需外挂联网的电台。例如IC-705、ID-52、TH-D75。不过该类设备通常价格较高。这里没有提到八重洲是由于八重洲设备目前没有第三方开发的联网软件,而官方软件只能连接国内几乎没人使用的Wires-X网络。

如果既没有联网中继,也希望购买便宜设备的话,几乎只有DMR+热点这一个选择。如果已有具有9600接口或其他数传接口设备,或是希望能提供更大的连接范围的话,可以选择中继板。如果仅仅只在家里或者车内使用,选择热点板即足够。

如果已经有了设备,只想选择热点设备的话,使用DMR需要选择双工板来提供时隙支持,其他模式只需选择单工板就足够。

如果想要搭建中继,DMR模式直接选择中继板和两部带有数字接口的电台。八重洲中继由于价格本身就很便宜,没有自己搭建的必要。D-Star中继由于系统较为复杂,还是推荐有条件直接购买Icom成品设备。