Протокол цифровой радиосвязи NXDN™

Кратко о протоколе NXDN™

Сегодня активно идет разработка стандартов связи, которые бы превосходили аналоговую и в скором будущем заменили ее совсем. Новые протоколы связи позволят полностью перейти на цифровую передачу данных, значительно улучшая качество связи и увеличивая зону покрытия. В связи с этим мировое сообщество воплощает в жизнь проект APCO P25, который представляет собой новейшую систему с высоким уровнем безопасности и качества связи. Проект подразумевает трехступенчатый переход с аналоговых систем связи на цифровые. На первом этапе проекта радиооборудование работает в аналоговом, цифровом и смешанном режимах в полосе 12,5 кГц. Второй этап перехода, который сейчас активно разрабатывается и внедряется, подразумевает передачу данных на частоте 6,25 кГц. И третий, финальный, этап сфокусирован на разработке оборудования для обмена голосовыми и видео сообщениями с высокой скоростью и на большой территории только по цифровому протоколу.

Вопрос о полном переходе на цифровой стандарт был поднят еще в 2003 году, а в 2004 году началось формирование цифрового протокола радиосвязи NXDN™. Разработкой занялись ведущие компании-производители радиооборудования Icom Incorporated и JVC KENWOOD Corporation. Изначально основной целью объединения двух гигантов рынка радиосвязи была разработка цифрового протокола, удовлетворяющего требованиям FCC (Федеральная комиссия по связи США). Результатом сотрудничества собственно и стал протокол NXDN™, который является торговой маркой двух вышеупомянутых компаний. На основе нового протокола были созданы цифровые системы NEXEDGE™ и ICOM-IDAS™. Сейчас цифровой протокол NXDN™ официально признан МСЭ (ITU-R) (Международный Союз Электросвязи) и соответствует требованиям к рациональному использованию радиочастотного спектра многих стран.

NXDN™ — это узкополосный протокол связи, использующий технологию FDMA с частотой 6.25/12.5 кГц. На протяжении многих лет считалось, что достичь приемлемого качества связи на полосе пропускания 6,25 кГц технически сложно или невозможно вообще. Тем не менее совершенствование технологии вокодирования и других элементов цифровой беспроводной связи показали, что связь на этой полосе вполне возможна и рождение NXDN™ стало реальностью. На основе нового протокола стала реальной работа комплексных систем цифровой конвенциональной и транкинговой связи. Двухканальная система NXDN™ позволяет организовать передачу не только голоса, но и голоса вместе с данными или только данных по двум каналам.

Icom и KENWOOD начали сотрудничество в 2003 году, а первые мобильные устройства с поддержкой NXDN™ появились в 2006 году. Ими стали радиоприемники и репитеры, поддерживающие как аналоговый, так и цифровой режим работы. Возможность работы в двух режимах является одним из важнейших требований при переходе на новые стандарты связи, так как вероятнее всего аналоговые системы еще долго будут находиться в эксплуатации. Полная замена старой аналоговой системы на новую цифровую является просто нереальной из-за стоимости второй.

Аппаратная платформа NXDN™ основана на той же структуре, что и аналоговые системы радиосвязи с добавлением схем и компонентов для осуществления цифровых возможностей. Такой шаг был предпринят намеренно для работы с аналоговым оборудованием и технологиями аппаратного проектирования. Это значительно снижает сложность разработки, сокращает затраты, упрощает производство, уменьшает вероятность быстрого устаревания комплектующих и потребность в специализированном испытательном оборудовании.

Для обеспечения качественной передачи голосовых сообщений даже на внушительных расстояниях NXDN™ использует вокодер AMBE+2™ производства Digital Voice Systems Incorporated. Этот вокодер представляет собой новейшую технологию вокодирования с низким битрейтом, широко применяемую в других двусторонних радиостандартах, как dPMR™, DMR, P25 Phase 1 и Phase 2. Использование этого вокодера позволяет реализовывать узкополосную передачу данных на полосе 6,25 кГц. Однако у использования вокодера есть и свои недостатки такие, как невозможность полноценной передачи оттенков тембра голоса и некоторых других индивидуальных особенностей речи. Хотя, по заявлению производителя вокодер AMBE+2™ обеспечивает чистое звучание голоса независимо от мощности сигнала и перемещения пользователя.

Дебаты о том, какой тип передачи сигнала качественнее передает голос: цифровой или аналоговый, продолжаются уже на протяжении многих лет. В то время как восприятие качества звука является крайне субъективным мнением, основанным сугубо на пользовательском опыте, характеристики шумоподавления цифровой радиосвязи превосходят аналоговую, также как компакт-диски превосходят качество виниловых пластинок. В скором времени можно будет с уверенностью сказать, что прошли дни аналогового фонового шума.

Что касается расширения зоны покрытия, то этот вопрос следует рассматривать с осторожностью. Может показаться, что аналоговый сигнал имеет большее покрытие по сравнению с цифровым, однако, если учитывать покрытие и качество связи одновременно, то бесспорно выигрывает цифровая радиосвязь.

За последние 6 лет набор функциональных возможностей NXDN™ расширился и стал включать в себя односайтовые и многосайтовые транкинговые решения. NXDN™ поддерживает два протокола транкинга: для простоты они называются Type-C и Type-D.

Транкинг Type-C представляет собой централизованную структуру на основе канала управления, где логика транкинга и распределение каналов трафика осуществляется через выделенный канал управления.

Транкинг Type-D представляет собой распределенную логическую архитектуру, в которой не используется канал управления и все каналы в системе могут работать в качестве каналов трафика.

Набор системных функций определяется производителем, однако следующие можно считать общими для всех транкинговых систем:

• Односайтовость и многосайтовость;
  
• Возможность индивидуального и группового вызова;
  
• Информационные функции (SMS, GPS);
  
• Автоматический роуминг;
  
• 60 000 пользователей в системе максимум;
  
• Возможность широкой зоны покрытия благодаря IP соединению.
  

Несмотря на отличную совместимость конвенциональных систем NEXEDGE™ и ICOM-IDAS™, одноименные транкинговые системы не обладают таким же преимуществом, потому что Kenwood и Icom в рамках одного протокола NXDN™ используют разные типы транкинговых архитектур.

Одной из главных задач радиосвязи всегда являлось обеспечение безопасности и защита информации. NXDN™ позволяет обеспечить защиту от случайного электронного прослушивания сразу несколькими способами: скремблированием, VPN-туннелированием, автоматической проверкой легальности устройства по его заводскому номеру.

Радиостанции поддерживающие протокол NXDN™
Компания Kenwood начала выпускать оборудование серии NEXEDGE™, которое поддерживает работу по цифровому протоколу NXDN™, еще в 2008 году. Это были радиостанции, способные работать в транкинговых системах и поддерживающие совместную работу аналогового и цифрового режимов с автоматическим переключением. Сегодня модельный ряд устройств значительно расширился и включает в себя портативные и автомобильные радиостанции, ретрансляторы и взрывозащищенные рации.

Ретрансляторы серий Kenwood NXR-800 и Kenwood NXR-700 представляют собой мощное оборудование, поддерживающее транкинговый режим, многосайтовость, многозональность и многие другие необходимые для обеспечения стабильной двухрежимной связи функции. Серии портативных радиостанция KENWOOD NX-2х0/3х0 — это профессиональные устройства с прочным корпусом, предназначенные для работы в полосе NXDN™. Модельный ряд отличается разнообразием: в нем представлены рации в минималистичном исполнении с базовым набором функций как, например, Kenwood NX-220E3, или взрывозащищенные радиостанции для промышленного использования, как Kenwood NX-200-ISK2 и многие другие. Совсем недавно была представлена новая линейка для профессионального использования — серия NX-3000, модели которой обладают расширенным функционалом и программным обеспечением для детальной настройки под конкретные требования пользователя. Новинки отличаются чистым звуком, поддержкой системы активного удаления шумов, 40-разрядным шифрованием и богатым выбором опций.

IDAS от Icom — это другой взгляд на технологию NXDN™ и ее возможности. Под аббревиатурой IDAS подразумевается специальное радиооборудование и технологии, которые вместе создают платформу для использования протокола NXDN™.

Icom также представила свой ряд устройств, поддерживающих работу на частоте 6,25 кГц. Двухрежимные репитеры и профессиональные радиостанции предлагаются пользователям как по отдельности, так и в качестве готовых решений с возможность подключения к IP сетям. Радиосистемы IDAS от Icom в целом похожи на решения Kenwood, и это неудивительно, ведь долгое время компании сотрудничествовали в одной сфере.

Структура радиоинтерфейса

Диапазон рабочих частот оборудования NXDN: 136—174 МГц (Подвижная радиосвязь); 380—520 МГц (Подвижная радиосвязь). Для стран Ближнего Востока и Африки выпускается оборудование на диапазон Подвижная радиосвязь: 763—776, 793—806, 806—825, 851—870 МГц с дуплексным разносом каналов приема-передачи (FDD) 45 МГц. В России NXDN использует поддиапазоны частот, выделенные для Подвижная радиосвязь гражданского назначения.
В NXDN применяется FSK ЧМн модуляция в полосе 6.25 кГц или 12.5 кГц.
Разнос частот ± 1050 Гц, ± 350 Гц (NXDN48) и ± 2400 Гц, ± 800 Гц (NXDN96).
Скорость передачи данных в канале: 4.8 кбит/с (символьная — 2400 бод) для NXDN48 и 9.6 кбит/с (4800 бод) для NXDN96.
Метод многостанционного доступа: FDMA.
Благодаря плотной спектральной маске излучения, два сигнала NXDN48 шириной 6.25 кГц могут находится в полосе 12.5 кГц не создавая помех друг другу или сигналам в соседних каналах и организовывая два независимых физических канала FDMA (в отличии, например, от виртуальных TDMA каналов в DMR). Таким образом, в канале 12.5 кГц могут размещаться либо 2 сигнала NXDN48, либо один сигнал NXDN96. Это особенность сигнала NXDN применяется для повышения эффективности использования частотного ресурса. Иногда, для обеспечения обратной совместимости с аналоговыми системами, NXDN96 может работать в полосе 25кГц, организуя два FDMA канала в полосе 12.5 кГц.

Типы радиочастотных каналов

В зависимости от режима работы радиочастотные каналы NXDN протокола Type-C разделяются на:
RCCH — выделенный дуплексный (нисходящий — от ретранслятора и восходящий от абонентский радиостанций) канал управления в транкинговом режиме. Используется базовыми и абонентским станциями для передачи служебной информации (сигнализации): регистрации широковещательных рассылок, пейджинга, запросов на установления связи и т.д. Многостанционный доступ абонентских радиостанций к каналу управления реализован методом случайного доступа. Неизбежные коллизии, возникающие при случайном доступе, разрешаются ретранслятором с помощью передачи абонентским радиостанциям в нисходящем контрольном канале специальных сообщений, по которым абонентская радиостанция понимает принят ее пакет ретранслятором или нет.
RTCH — дуплексный трафиковый канал в транкинговом режиме, используется базовыми и абонентским станциями для передачи голоса и данных в направлениях вниз и вверх, соответственно.
RTCH_C — смешанный канал управления, когда контрольный канал временно используется в качестве трафикового канала.
RDCH — трафиковый канал.

Образцы сигнала NXDN™

Литература

https://landcomm.ru/blog/nxdn-novyy-protokol-tsifrovoy-radiosvyazi/

https://wiki.rusmonitor.ru/NXDN