D-Star 第一課

Version 1.1 by BU2EA (BX2AFC), July 20, 2016


前言

對於初次使用 D-Star 的使用者,在試圖建立通訊前,建議您花一些時間閱讀本文章,先取得一些基本概念,縮短摸索的過程。

注意:以下中文專有名詞翻譯,主要參照 ICOM 設備中文說明書的用語,以幫助理解。

D-Star 的訊號調制過程

  • 發送部分

  • 使用者所發出的語音,進入 D-Star 的設備後,先經過 A/D (類比/數位) 轉換成數位訊號後,經過 AMBE 壓縮編碼 (這就好比 MP3 壓縮) 成為 DV (Digital Voice 數位語音) 訊號,然後再使用 GMSK 調制 (與 GSM 所使用的調制模式相同),然後送到發射功率晶片發射。

  • 接收部分

  • 反之,D-Star 設備收到 RF 訊號後,使用 GMSK 模式解調還原成 DV 訊號, 經過 AMBE 解壓縮編碼 (播放 MP3),再經過 D/A (數位/類比) 轉換成類比語音訊號後,然後送到喇叭。


    D-Star 單工 (SIMPLEX) 模式

    當兩個 D-Star 設備,中間不經過任何設備,直接進行通訊時,稱為單工模式 (SIMPLEX)

    但 D-Star 若只能運行於單工模式,則跟一般 FM Radio 無異,就失去了數位化的意義,因此必須借助 Repeater 和 Gateway 來增加覆蓋範圍。


    關於 Repeater 和 Gateway

    D-Star 系統有兩個很重要的元素:

  • Repeater (中繼站) 以及 Gateway (閘道器)

  • 要能夠順利使用 D-Star 系統,先要對這兩個設備有清楚的認識。


    Repeater 中繼站

    Repeater 主要有兩個用途:

  • RF to RF

  • 跟 FM 模式 Repeater 類似,主要用來將從 RF 接收到的 DV 訊號轉發到 RF,目的是增加 RF 的覆蓋範圍。

  • RF to GW (Gateway)

  • 將從 Gateway 轉發過來的 DV 訊號,轉發到 RF,或是將 RF 收到的訊號轉送到 Gateway。轉發 DV 訊號到 Gateway 的主要目的,是要經過 Internet 或 IP 網路進行 D-Star 通訊。


    Gateway 閘道器

  • RPT (Repeater) to IP:

  • Gateway 的角色,主要用來將從 Repeater 轉發過來的 DV 訊號轉發到 IP 網路/Internet,並將從 IP 網路/Internet 收到的 DV 訊號,轉送到 Repeater,以完整建立 RF 跟 Internet 之間的通訊。


    完整的 ICOM 閘道中繼站方案

    ICOM 對於 D-Star,設計了一套完整的閘道中繼站系統,顧名思義,主要整合了 Repeater 中繼站和 Gateway 閘道器,目的在提供完整的 RF to RF 和 RF to Internet 的通訊,其中包含了一台 Repeater Controller 中繼站控制器和四台 Repeater 中繼站,而 Gateway 閘道則安裝於獨立的伺服器上。

    四台 Repeater 的配置如下:

  • D-Star 連接埠 (Port) A:1200 MHz (23cm) 頻段(Band),分為 DV (Digital Voice) 和 DD (Digital Data) 模式

  • D-Star 連接埠(Port) B:UHF (70 cm) 頻段(Band)

  • D-Star 連接埠(Port) C:VHF (2 m) 頻段(Band)

  • 把這四台 Repeater 分別跟 Repeater Controller 以及 Gateway 相連,也就可以實現任一頻段跟 Internet 之間,或者是跨頻段之間的通訊。

    實際運作環境,Repeater可以根據需要的頻段設置,並不需要安裝全部四台 Repeater。

  • D-Star 連接埠(Port) D:保留予 HF 頻段(Band),但 ICOM 並未實作


  • Gateway 的非必要性與重要性

    實際上,Gateway 並非 D-Star 必要的元素,但缺了 Gateway,只能行 Repeater 涵蓋區域內的同頻段 (Same-band) RF 通信,跨頻段 RF to RF 或 RF to Internet 都無法達成。

    ICOM 所謂的局部呼叫(Local CQ)就是在這種狀況下完成,因為 CS (Callsign) 中的 RPT2 並未指定。[請參見以下 D-Star Callsign 章節]

    雖說 Gateway 並非 D-Star 必要的元素,但有了 Gateway,就可以達成透過 Internet 網路進行 D-Star 通訊的目的。


    Gateway 通信協定

    但要達成透過 Gateway 的 D-Star 通信,首先 Gateway 之間必須建立一些通信協定,使 Gateway to Gateway、Gateway to Reflector 或是 Gateway to Repeater 之間得以連接。

    以 ICOM 系統所建置的 Gateway,最初之支援 DExtra (REF),後來又有 DPlus (DCS) 等等的通信協定。

    DExtra 後來又將支援的呼號延伸到 XRF,這就是您將您的 Repeater/Hotspot 連接到 XRF886 時所使用的通信協定。


    Reflector 反射器

    Reflector 反射器,其實是一種特殊的 Gateway,一旦連接到 Reflector,它會將收到的 DV 訊號,轉送給其他也連接到它的 Gateway,如此一來,就達成多個 Gateway 之間的通信模式。

    Reflector 的概念,有點像是 Internet 的聊天室服務器,Reflector 上面通常支援多個 Module (模組),可視為多個聊天室。

    Reflector 之間可以互聯,但是以相同 Module 之間的方式互連,以 XRF886 為例,Module A 連接了許多國外的 Reflector,成為了一個國際聊天室,當您連接到 XRF886 Module A,所有跟 XRF886 互聯的 Reflector 上面 Module A 的使用者,都可以跟您進行通信。


    開放式 / 非 ICOM 的閘道中繼系統

    事實上,D-Star 是一個開放的標準,並非 ICOM 的專利,因此 Repeater/Gateway 也不是只有 ICOM 可以生產製造。有鑑於此,在近幾年的 D-Star 發展中,就有許多人開發出免費的 Repeater/Gateway 軟體,其中最著名的,是 G4KLX 所開發的 ircDDBGateway (Gateway)DStarRepeater (Repeater)

    運用 G4KLX 的 ircDDBGateway 和 DStarRepeater,我們也就可以用低廉的成本,建置一套 D-Star 閘道中繼站系統。


    Hotspot 系統

    Hostspot 有時也稱為 Access Point (AP),實際上是一種簡化版本的中繼站方案。通常指運用第三方 (非ICOM) 軟體所建置的小型中繼站,但省略了部分 Repeater 的功能,大多用於小範圍的通訊,例如家庭中。若 QTH 位置不在 D-Star Repeater 的涵蓋範圍中時,建置 Hotspot 可以建立一個小範圍的 RF 區域,然後透過 Internet 跟遠端 D-Star 站台通信。


    Hotspot 組成元件

  • 軟體部分:

  • 以運行 G4KLX 軟體的 Hotspot 系統來說,跟 ICOM 系統一樣,會有一個 Gateway 和至少一個 Repeater。Gateway 部分,是由 ircDDBGateway 所運作,Repeater 部分則是 DStarGateway

  • 硬體部分:

    • 電腦:

    • 這部分可使用一般 PC (Windows, Mac) 或是 Raspberry Pi (不限於 RPi ) 之類的系統,主要是要在上面運行 G4KLX 的 ircDDBGateway/DStarRepeater 軟體

    • FM Radio:

    • 很明顯的,FM Radio 是要用來發送/接收 RF 訊號,以達成 RF 通信。一般支援 9600 bps Packet Data Port 的 FM Radio 都可以勝任。

      但有一個問題,一般 FM Radio 並不支援 D-Star DV 模式,也就是說不支援 GMSK 調制/解調,因此在 FM Radio 跟電腦 Repeater 軟體之間,我們需要一個 GMSK Modem 來負責 GMSK 調制/解調的工作。

    • DV Board (GMSK Modem):

    • DV Board 設置於 FM Radio 跟電腦之間,負責 GMSK 調制/解調的工作,常見的 DV-RPTR, Star* Board, DV Mega 等等都是這一類設備。

      DV Board 的主要工作,是將 FM Radio 收到的 RF 訊號,進行 GMSK 解調成為 DV 訊號,然後傳送到電腦上的 Repeater 軟體,或是將電腦上 Repeater 軟體送過來的 DV 訊號進行 GMSK 調制,然後藉由連接到 FM Radio 的 9600 bps Data Port,透過與 FM Radio 發送 RF 訊號出去。


    Hotspot 跟 Repeater 的差異

    Hotspot 省略了部分 Repeater 的功能,主要是因為 Hotspot 所使用的 FM Radio 通常不具備同時進行收發 RF 訊號的功能,因此無法實現把 RF 收到的 DV 訊號,再由 RF [同時]轉送出去。因此,只能用來將 RF DV訊號經由 Gateway 轉送到 Internet,或是反向通訊。也就是說,Hotspot 支援 RF to Internet,但不支援 RF to RF 通訊。

    Hotspot 的限制只要來自所連接的 FM Radio,但是若可以使用兩部 FM Radio,連接 Repeater 軟體,並開啟 Repeater 軟體上的雙工功能,此時 Hotspot 就變成了完整的 Repeater。


    D-STAR 呼號 (CS, Callsigns) 設定

    D-Star 系統使用四個呼號來決定運作模式,分別為 MY / RTP1 / RPT2 / UR,要能順利使用 D-Star 進行通訊,這部分一定要有清楚的認識。


    MY (My Callsign)

    MY 是用來設定 D-Star 通訊發送站的 Callsign 識別,以作者本身為例,我的 MY 定義為 BX2AFC,也就是業餘無線電使用者的呼號,基本上不用更改。


    UR (Your Callsign)

    UR 是用來設定 D-Star 通訊接收站的 Callsign 識別,最常見的為 CQCQCQ,意思是沒有特定對象的呼叫。

    UR 有時也可用來發送特定命令給 Repeater,使 Repeater 進行特定操作。[詳見 D-STAR 呼號與通信模式]


    RPT1 (Repeater 1)

    RTP1 是用來設定在 RF 範圍欲連接的 Repeater 的呼號。


    RPT2 (Repeater 2)

    RTP2 是用來設定在 RPT1 收到後,要透過哪一個 Repeater 或 Gateway 轉送。


    注意:D-Star 呼號均為八個字元,通常以第八個字元,甚至第七個字元用來指定連接埠、模組或是執行特定功能,而國際業餘通信的呼號為六個字元,若呼號加上指定的特殊功能字元未滿八個字元,在業餘呼號跟特殊功能字元之間要補[空白]字元。


    ICOM 設備的 DR 模式

    若進行 D-Star 通信時,需要一個一個編輯 UR / RTP1 / RPT2 / MY 等,未免太過繁瑣而且不便,因此 ICOM 在設備上建立了 DR 模式,企圖將四個 CS 簡化為 DR 模式下的 FROMTO

    使用時,可在 DV Memory 底下預先設定數組 Repeater List 以及 Your Callsigns,然後在 DR 模式下,將 FROM 選定為在 Repeater List 中預設的 Repeater,而 TO 則可從 Your Callsigns 或是其他快速選單中選擇。基本上,改變 FROM ,其實是改變 CS 中的 RPT1 和 RPT2,並同時改變通訊頻率、雙工模式、差頻 (Offset) 等等。而 TO ,則是改變 UR 和 RPT2,也就是說,透過 Preset (預先設定)的選擇,以簡化 D-Star 設定 CS 的操作。


    D-STAR 呼號與通信模式

    藉由設定不同的 UR / RPT1 / RPT2 / MY 呼號,可以達成數種不同的通信模式。常見的通信模式如下:

    SIMPLEX 單工通信

    SIMPLEX 模式不需要使用任何中繼站,單純為 D-Star 站台對另一個 D-Star 站台的直接通信。

    由於不需要使用任何中繼站,因此可看到 D-Star CS 設定如下:

    UR  : CQCQCQ
    RPT1:
    RTP2:
    MY  : BX2AFC
    

    Local CQ 局部區域呼叫

    Local CQ 模式需要藉由中繼站,對另一個 D-Star 站台的進行通信,但因通信不需經由 Gateway 轉送進入 Internet,而是將通信限制在局部 RF 區域內。DR 操作以及 D-Star CS 如下:

    DR 操作:
    
    FROM --> Repeater List --> 選擇預先定義的 Repeater (預先按照您的 Hotspot/Repeater 的參數定義一組,意思是說要使用這個 Hotspot/Repeater 進行通訊)
    
    TO --> Local CQ
    
    D-Star CS:
    
    UR  : CQCQCQ
    RPT1: BX2AFC B
    RTP2:           (這裡因為是 Local CQ,所以 Repeater 定義中的 Gateway 參數不會被使用,以限制通訊在局部 RF 區域內)
    MY  : BX2AFC
    

    Use Reflector 使用反射器

    Use Reflector 模式需要兩個步驟的操作。

  • 第一步是連接 Reflector,這個操作會要求所連上的 Repeater 連接到指定的 Reflector 的其中一個 Module (模組),D-Star CS 如下:

  • DR 操作:
    
    FROM --> Repeater List --> 選擇預先定義的 Repeater (預先按照您的 Hotspot/Repeater 的參數定義一組,意思是說要使用這個 Hotspot/Repeater 進行通訊)
    
    TO --> Your Callsigns --> 選擇預先定義的 UR (可預先定義一組內容為 XRF886CL)
    或是
    TO --> Direct Input (UR) --> 直接輸入 UR --> 輸入 XRF886CL
    
    D-Star CS:
    
    UR  : XRF886CL    (其中 C 表示連接到 Module C,在 XRF886 上國內通信使用,L 則是 Link/連接 的意思)
    RPT1: BX2AFC B
    RTP2: BX2AFC G
    MY  : BX2AFC
    

    注意:不要使用 DR TO 操作中的 Reflectors --> Link To Reflector,因為該功能只支援 ICOM 本身定義的 REFxxx。

  • 第二步則是在連接成功後,進行透過 Reflector的通信。 DR 操作以及D-Star CS 如下:

  • DR 操作:
    
    TO --> Reflectors --> Use Reflector
    
    D-Star CS:
    
    UR  : CQCQCQ    (其中 C 表示連接到 Module C,在 XRF886 上國內通信使用,L 則是 Link/連接 的意思)
    RPT1: BX2AFC B
    RTP2: BX2AFC G
    MY  : BX2AFC
    

    特殊測試功能

  • Echo Test 回音測試

  • 當收到 Echo Test 命令時,當前連接的 Reflector 或 Repeater 會對您所發送的訊號,進行回送,就有如回音一樣,藉以測試連線是否正常。

    DR 操作:
    
    FROM --> Repeater List --> 選擇預先定義的 Repeater
    
    TO --> Reflectors --> Echo Test
    
    D-Star CS:
    
    UR  :        E
    RPT1: BX2AFC B
    RTP2: BX2AFC G
    MY  : BX2AFC
    
  • Repeater Information 中繼台資訊

  • 當收到此命令時,當前連接的 Reflector 或 Repeater 會回覆其呼號和連接狀態,例如:Linked To XRF886 C。

    若連接不存在,則會收到:Not Linked

    DR 操作:
    
    FROM --> Repeater List --> 選擇預先定義的 Repeater
    
    TO --> Reflectors --> Repeater Information
    
    D-Star CS:
    
    UR  :        I
    RPT1: BX2AFC B
    RTP2: BX2AFC G
    MY  : BX2AFC
    
  • Unlink Reflector 結束反射器連結

  • 當收到此命令時,當前連接的 Repeater/Gateway 結束到 Reflector 的連線,並回覆:Not Linked

    DR 操作:
    
    FROM --> Repeater List --> 選擇預先定義的 Repeater
    
    TO --> Reflectors --> Unlink Reflector
    
    D-Star CS:
    
    UR  :        U
    RPT1: BX2AFC B
    RTP2: BX2AFC G
    MY  : BX2AFC
    

    D-Star Routing 路由功能

    以上所述,都是 D-Star 的 Linking (連結)功能,D-Star 也支援自動尋找目標站台的 Routing 路由功能,但因並不普及,暫時不加詳述,容後再作補充。

    結語

    撰寫本文的用意在促進台灣地區 Digital Voice/D-Star 通訊的普及,希望提供初學者一些基礎概念,降低學習的難度。若有謬誤之處,敬請不吝指正。


    BU2EA (BX2AFC) 於 2016年7月20日


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