Brez dvoma je razmeroma poceni in zanesljiva strojna oprema (še posebno če uporabimo strežniško), ki smo je vajeni iz sveta računalništva, skupaj z različno odprtokodno programsko opremo povzročila velike spremembe na področju telekomunikacij. Že s pomočjo starejšega osebnega računalnika in brezplačne programske opreme lahko vzpostavimo moderno »komunikacijsko« okolje z najnaprednejšimi storitvami, o katerih je bilo mogoče pred dvema desetletjema ali celo manj le sanjati. Podobno velja tudi za drug trend – mobilnost. Uporabniki pričakujejo dostop do podatkov oziroma storitev z različnih naprav in ob vsakem času. Lokalna mobilnost je zaželena že v domačem okolju, nadaljuje se s potrebo po mobilnosti v okoljih, v katerih se dnevno gibljemo … nekateri potrebujejo celo »globalno« mobilnost. Marsikomu se to ne zdi nič nenavadnega, a dejstvo je, da možnost komunikacijske mobilnosti še zdaleč ni samoumevna. Ena od posledic hitrega razvoja in velike količine vsakodnevnih informacij je tudi, da hitro pozabljamo. Mobilne komunikacije še zdaleč niso od vedno.
Ni dvoma, da ima danes v razvitih državah že skoraj vsak otrok mobilni aparat. Da pa je to sploh mogoče, sta potrebna vsaj dva pogoja – preprostost uporabe in ustrezno nizka cena terminalov/aparatov in storitev. Večina uporabnikov ob tem pozablja, da gre v primeru mobilnega telefona za uporabo radijskih komunikacij, katerih možnost uporabe je bila še pred kratkim razmeroma omejena.
MARCONI ALI VENDARLE TESLA?
Po nekaterih razlagah naj bi Nikola Tesla, zaradi želje po brezžičnem prenosu električne energije končnim uporabnikom, že pred odkritjem Marconija uspešno prenašal električne signale prek zraka. A izuma brezžične komunikacije Tesli niso priznali zaradi dejstva, da njegov oddajnik ni bil zgrajen za potrebe komunikacije na daljavo, ampak prej omenjenega prenosa energije. Nekateri poznavalci menijo, da naj bi Tesla trdil, da je mogoče njegov izum uporabljati tudi za pošiljanje znakov Morsejeve abecede, a čast in slava glede prenosa/izuma sta pripadla Marconiju, ki je leta 1895 kot prvi na svetu poslal sporočilo – črko S (po Morsejevi abecedi) na razdalji 3 kilometre. Tesla pa naj bi – če verjamete ali ne – že pred tem pošiljal s pomočjo uporabe dolgih valov signal na razdalji več tisoč kilometrov.
Kakor koli že, možnosti in pomena radijskih (oziroma) brezžičnih komunikacij so se določeni uporabniki hitro zavedli. V preteklosti in tudi danes smo priča uporabi radijskih komunikacij na različnih segmentih, pa naj gre za profesionalno ali ljubiteljsko uporabo. Brez ustrezne profesionalne radijske opreme si je nemogoče zamisliti službe, kot so policija, vojska ali gasilci. Brez njih si je nemogoče zamisliti tudi področji, kot sta letalstvo ali pomorstvo. Poleg omenjenih javnih služb lahko radijske signale uporabljajo za dvosmerno komunikacijo tudi različni komercialni uporabniki (na primer s področja logistike, podjetja za varovanje …) ali različni operaterji (na primer mobilni), ki jih bomo zaradi specifik tokrat zanemarili. Poglavje zase je tudi oddajanje TV- oziroma radijskih signalov.
Določen del radijskih frekvenc je namenjen radioamaterski uporabi. Zaradi možnosti širitve radijskih valov (določenih valovnih dolžin) na večjih razdaljah (lahko tudi med celinami) oziroma sobivanja z drugimi uporabniki na omejenem frekvenčnem prostoru je, da bi se izognili neprijetnostim oziroma težavam, treba dokazati ustrezno raven znanja – opraviti radioamaterski izpit oziroma pridobiti ustrezno dovoljenje. Znotraj definiranih področij so določena pravila, ki se jih je treba držati, sicer bi v nasprotnem primeru prišlo do kaosa.
Določeni deli radijskega/frekvenčnega pasu pa so namenjeni uporabi naprav oziroma komunikacijskim napravam, ki so prosto uporabne pod določenimi pogoji in zanje ne potrebujemo posebnega dovoljenja. Preden nadaljujemo, še opravičilo – naj mi kolegi radioamaterji oziroma strokovnjaki s področja telekomunikacij oprostijo določene poenostavitve, saj so določeni pojmi in pojasnila namenjeni le spoznavanju tematike, ne pa poglobljeni tehnični razpravi s področja radijskih komunikacij.
ISM IN DRUGI
Brez dvoma večina bralcev tako ali drugače uporablja brezžični dostop Wi-Fi. Gre za naprave, zasnovane na specifikacijah IEEE 802.1(), ki omogočajo delovanje na frekvenčnem področju 2.4 GHz oziroma 5 GHz. Frekvence na področju 2.4 GHz, ki jih uporabljajo Wi-Fi (WLAN) dostopovne točke, spadajo v del tako imenovanega IMS (Industrial, Scientific and Medical radio bands) področja. Kot že ime samo pove, je omejeno frekvenčno področje namenjeno uporabi na področju industrije, medicinskih naprav in znanosti, ki pa si ga delijo tudi z drugimi ne-IMS uporabniki (na primer Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi …). Ta frekvenčna področja uporabljajo (pa tudi elektromagnetno onesnažujejo) različne vrste naprav. Preprosto povedano – na teh frekvencah je lahko veliko različnih uporabnikov, ki se lahko tudi medsebojno motijo (na primer interferenčne motnje), zato mora biti njihova moč omejena, hkrati pa zasnova takšna, da so čim bolj robustne pri delovanju. To je tudi eden od razlogov, zakaj je moč Wi-Fi naprav (tudi v primeru uporabe zunanje antene) omejena. Če bi z namenom povečevanja dometa vsi uporabniki povečali oddajno moč, bi imeli vsi skupaj le težave – podobno kot če želijo sogovorniki preglasiti druge pare v istem prostoru, rezultat pa je, da nihče ne razume sogovornika. Če poskušajo vsi uveljaviti »zakon močnejšega«, to ne pripelje nikamor. Več o IMS-področjih si lahko preberete na spletni strani http://en.wikipedia.org/wiki/ISM_band.
Čeprav so bili prvi radijski prenosi prenos »digitalnega« signala – znakov Morsejeve abecede, se je razvoj usmeril predvsem na prenos govora. Govorne radijske zveze so bile tudi neke vrste predhodnik analognih mobilnih telefonov. Pred prihodom mobilnih telefonov so se za osebno komunikacijo lahko uporabljale povezave prek CB-postaj. CB označuje tako imenovani Citizen Band oziroma mestni val (mestno frekvenco). Uporabnikom CB-postaj je bilo dodeljeno območje – 40 kanalov (CEPT – od 26.965 MHz do 27.405 MHz) na frekvenčnem področju 27 MHz (11 m področje). Ker je bil CB predviden za komunikacijo med posamezniki na krajših razdaljah (na primer področje mesta oziroma med mesti), v večini držav za uporabo ni bilo potrebno posebno dovoljenje. Kljub predvidenemu kratkemu dosegu pa je bilo tudi prek CB-postaje s pomočjo optimalnejših modulacij (SSB – Single-SideBand) ter pod ustreznimi pogoji mogoče vzpostavljati zveze na večje razdalje. Spremembe (mednarodne) zakonodaje glede uporabe CB, ki je »danes« dovoljevala, kar je »včeraj« prepovedovala, in prepovedovala tisto, kar je dovoljevala še včeraj, so skupaj s spremembami na telekomunikacijskem trgu (prihod mobilnih operaterjev) naredile CB manj zanimiv za večino uporabnikov. Število uporabnikov se je v veliko državah (izjema ZDA, določene evropske države) bistveno zmanjšalo, tako da se z njimi ukvarjajo le zanesenjaki in vozniki tovornih vozil. Pozitivne spremembe pa so se zgodile tudi pri zakonodajalcih, ki so pred leti ponovno dovolili uporabo SSB, s čimer se povečuje atraktivnost CB-ja v smislu vzpostavljanja daljših zvez.
Omenimo na tem mestu še proizvajalce in trgovce z Daljnega vzhoda. Ti izkoriščajo dejstvo, da je frekvenčni pas CB blizu radioamaterskih frekvenc, in svoje postaje deklarirajo kot postaje za delo na obeh frekvenčni področjih. Ker je radioamaterjem dovoljeno delo z bistveno večjimi oddajnimi močmi (le na radioamaterskih frekvencah!), »legalno« prodajajo CB-postaje tudi z nekajkrat višjimi močmi od dovoljenih. Da je problem še večji, so tovrstne postaje zaradi nizke cene pogosto tudi frekvenčno nestabilne, kar povzroča težave in meče slabo luč na uporabnike. Je pa mogoče s pomočjo razmeroma poceni postaje (vstopni modeli brez antene tudi pod 100 EUR) doseči bistveno boljše domete kot s pomočjo postaj PMR446.
PMR446
Veliko držav omogoča osebne komunikacije na področju UHF (Ultra High Frequency – področje od 300 MHz do 3 GHz). Gre za male radijske postaje, katerih moč je omejena na 500 mW izhodne moči, njihova izvedba pa je takšna, da onemogoča priklop zunanje antene. Na tak način je posredno omejen tudi domet. Pogosto lahko take napravice kupimo v paru že za nekaj 10 evrov tudi v živilskih trgovinah. Kljub deklariranim dometom nekaj kilometrov se v praksi izkaže, da je domet bistveno manjši in je veliki meri odvisen od terena (glej nadaljevanje). Oznaka PMR 446 označuje Personal Mobile Radio (8 kanalov na frekvencah od 446.00625 do 446.09375 MHz ter maksimalno 0,5 W izhodne moči), ne smemo pa jih enačiti s PMR (Professional Mobile Radio) postajami, ki so namenjene profesionalni rabi.
DELOVANJE
Načelno poteka radijska komunikacija razmeroma preprosto. V primeru simpleksnega načina radijska postaja oddaja in sprejema na eni in isti frekvenci. Zaradi takšnega načina dela ne moremo hkrati sprejemati in oddajati. Uporabnika, ki oddaja, lahko slišijo vsi uporabniki, ki imajo nastavljen sprejem na to frekvenco – seveda pod pogojem, da imajo zagotovljeno ustrezno jakost sprejemnega signala. Jasno je, da na takšnih »kanalih« zasebnost ni mogoča. Zmogljivejše naprave pa so zasnovane tako, da lahko zagotovimo (na več frekvencah) sočasno oddajanje in sprejem signala – podobno kot pri mobilnem telefonu. Omenimo še možnost uporabe repetitorja, pri katerem s pomočjo vmesne postaje (repetitorja) uporabniki vzpostavljajo povezavo, ki sicer ne bi bila mogoča. V tem primeru uporabnik na eni frekvenci oddaja, repetitor pa ta signal sprejme in oddaja na drugi frekvenci. Radijska postaja samodejno preklaplja med frekvencama, na katerih deluje repetitor.
V večini primerov uporabnik ročno preklaplja med oddajanjem signala in sprejemom. Logično je, da je privzeti način delovanja radijske postaje sprejem. Uporabnik, ki želi oddati signal – izvesti klic (v skladu s pravili uporabe), preklopi na oddajo s pomočjo pritiska na tipko za sprejem. Ta je običajno označena z oznako PTT (Push To Talk oziroma Press To Transmit). Pri pritisku na to tipko dejansko sklenemo stikalo, ki aktivira oddajo. V določenih primerih pa je lahko pritisk na to tipko otežen ali iz takšnega ali drugačnega vzroka celo onemogočen. V tem primeru lahko izkoristimo možnost VOX (Voice Operated eXchange), s pomočjo katere radijska postaja v primeru detekcije govora samodejno preklopi na oddajo. Ko radijska postaja detektira, da govor ni več »prisoten«, preneha oddajati. Do težav pri uporabi lahko pride zaradi neželene aktivacije (na primer hrupa v prostoru) oziroma »zatajitve« (ko je raven govornega signala prenizka in pride do neželene prekinitve oddajanja).
Kot je bilo omenjeno, je privzeto »stanje« radijske postaje sprejem. V primeru odsotnosti signala bi slišali le šumenje, kar bi bilo neprijetno. Zato lahko nastavimo raven, pri kateri se aktivira vezje, ki namesto motečega šuma »izključi« zvok. Gumb, s pomočjo katerega določamo raven izločitve šuma, označujemo kot squelch.
S pomočjo squelcha sicer izločimo neželeni šum, še vedno pa lahko slišimo sprejeti signal, čeprav nas ta ne zanima. Zato so radijskim postajam pogosto dodani različni dodatki. Eden od njih je CTCSS, a ker kratica ne pove prav veliko, zapišimo, da to označuje Continuous Tone Coded Squelch System oziroma vezja, s pomočjo katerih zagotovimo izločanje oziroma detekcijo (ne)želene komunikacije. Kot že ime samo pove, gre za neke vrste »tonski« squelch, pri katerem uporabljamo različne tone. Za uporabnike, ki uporabljajo enake tone, se sprejeti signal prepušča, za uporabnike z drugačnimi nastavitvami tonov pa se signal ignorira. Če uporabniki pri oddaji uporabljajo funkcionalnost CTCSS, pri sprejemu pa ne, slišimo vse uporabnike z različnimi nastavitvami. CTCSS torej ni varnostni mehanizem za zagotavljanje zasebnosti komunikacije, ampak pripomoček, s katerim izločimo »komunikacijo«, ki nas ne zanima. Funkcionalnosti CTCSS pa ne smemo enačiti s funkcionalnostjo DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency signaling), ki jo poznamo s področja stacionarnih oziroma mobilnih telefonov in jo uporabljamo za »krmiljenje« oddaljenih telekomunikacijskih sistemov (na primer dostop do predala govorne pošte, samodejni posredovalec oziroma DISA – Direct Inward System Access). Prek radijskih postaj lahko pošiljamo tudi DTMF-tone (običajno prek namenskih tipk na mikrofonu), ki pa jih je treba pri sprejemu ustrezno dekodirati. Detekcijo je mogoče izvesti na radijski postaji ali s pomočjo zvočne kartice na računalniku in ustrezne programske opreme.
POVEZAVA
Način povezave radijske postaje in osebnega računalnika je odvisen od potrebe oziroma možnosti (vmesnikov), ki jih radijska postaja ponuja. Z namenom programiranja ali varnostnega kopiranja ter dostopom do različnih funkcionalnosti, ki prek porabniških menijev niso dostopni, vzpostavimo »začasno« povezavo. Bolj zanimivo pa je »trajno« povezovanje z namenom nadgrajevanja funkcionalnosti radijske postaje. Zaradi obširnosti tematike je jasno, da si bomo lahko ogledali le nekaj osnovnih primerov, ki bi lahko bili zanimivi za uporabo oziroma vzbudili zanimanje za opisano področje.
Postaj PMR446 ni dovoljeno predelovati in so namenjene za direktne zveze, kar pomeni, da ni repetitorjev za tovrstne naprave. Za prvi primer povezljivosti ročne postaje in računalnika smo uporabili kar tovrstno postajo, saj ne gre za prikaz delovanja, ampak prikaz funkcionalnosti. S pomočjo radijske postaje ter preprostega vezja in osebnega računalnika smo naredili preprosto »Papigo«, s pomočjo katere bomo povečali domet (še enkrat: gre za demonstracijski primer!). S spletne strani http://www.f6dqm.fr/software.htm smo prenesli program Simplex. Ena od njegovih funkcionalnosti je tudi Papiga, ki je prevzet način delovanja.
Pred povezavo radijske postaje in računalnika moramo vedeti, kakšen je razpored priključkov za povezavo. Pri ročnih je to običajno 2,5 oziroma 3,5 mm 3 ali 4 polni priključek – ki ga uporabljamo za priklop zunanjih slušalk oziroma mikrofona. Če potrebnih podatkov nimamo, jih lahko največkrat najdemo s pomočjo spletnega iskalnika (na primer iskani niz ime postaje + pinout). Do podatkov lahko pridemo tudi z eksperimentiranjem – na primer da poskušamo s povezavo posameznih polov proti masi (za morebitne okvare odgovarjate sami, mi ne prevzemamo odgovornosti), kdaj začne postaja oddajati signal oziroma kje sta vhod za mikrofon/izhod za slušalko (včasih je lahko detekcija oddaje izvedena tudi prek spremembe upornosti). Izhod postaje povežemo z vhodom zvočne kartice računalnika, izhod zvočne kartice pa z vhodom za zunanji mikrofon na radijski postaji. Vsekakor je pri takšnem povezovanju dobro biti previden in, če je le mogoče, zagotoviti ustrezno »galvansko« ločitev prek transformatorja (1 : 1). Za proženje lahko uporabimo vezje prek paralelnega ali serijskega vmesnika, ki si ga bomo ogledali v nadaljevanju. Glede na izvedbo vezja (priključne sponke) lahko uporabimo DTR- oziroma RTS-priključek. Če nam to ne ustreza, lahko uporabimo tudi funkcionalnost VOX. Simplex odlikuje velika fleksibilnost možnosti uporabe posameznih parametrov, za test samega programa pa lahko namesto povezave z radijsko postajo uporabimo tudi slušalke z mikrofonom.
Iz sveta mobilne telefonije smo vajeni, da nam mobilni telefon omogoča tudi prenos podatkov. Glede na uporabljeno tehnologijo (povezano s širino kanala oziroma modulacijo) se lahko prenosne hitrosti bistveno razlikujejo. Problematika postane verjetno hitro razumljiva, če se spomnimo na primer prenosov podatkov prek analogne telefonske linije, kjer je hitrost omejevala pasovna širina govornega kanala in uporabljena modulacija oziroma tip modema. V primeru radijskih postaj pa bo v večini primerov prenosna hitrost razmeroma nizka – seveda pa so tudi izjeme, na primer prenos podatkov na višjih frekvencah, ki omogoča dostop do interneta …
FRN
Zaradi razmeroma kratkega »osnovnega« dometa postaj PMR446 želimo tega včasih povečati. Njihov »domet« lahko umetno povečamo s prenosom govorne informacije prek drugačnega medija. Ena od možnosti je, da del komunikacijske poti naredimo prek interneta. Ker radijska postaja nima dostopa do interneta, moramo uporabiti ustrezen prehod. To pomeni, da se lokalni del povezave opravi prek radijskega kanala – se pravi med dvema radijskima postajama, od katerih ima eno uporabnik, druga pa je priključena na ustrezen prehod (gateway). Govorni signal se na tem prehodu digitalizira in ga je mogoče poslati na poljubno razdaljo proti sogovorniku. Ta lahko za komunikacijo uporabi ustrezen odjemalec na osebnem računalniku ali pa prek podobnega prehoda za komunikacijo uporabi radijsko postajo. Ker je komunikacija v tem primeru sestavljena iz dveh »neodvisnih« radijskih zvez, ki sta povezani prek interneta, je jasno, da lahko za komunikacijo vsak lokalni par uporablja drugo frekvenco (ali celo modulacijo). Ker želimo zagotoviti dostop do čim več uporabnikov, bomo našo radijsko postajo povezali z omrežjem Free Radio Network (http://www.freeradionetwork.eu/).
Kot že ime samo pove, gre za omrežje, ki omogoča prost dostop in brezplačno uporabo. Uporabnik se glede na možnosti, ki jih ima, lahko odloči, kako bo dostopal do omenjenega omrežja. Za dostop do omrežja se uporabljajo različne frekvence (CB, PMR446 …) oziroma prehodi, ki omogočijo dostop radijske postaje do FRN-omrežja, katerega hrbtenico tvori prenos govora prek protokola IP (Voice over IP). Če uporabnik nima dostopa do tovrstnega prehoda, lahko s pomočjo starejšega računalnika, programske opreme in radijske postaje (v tem primeru potrebujemo par – eno napravo za prehod, drugo za uporabo) to naredi sam. Seveda mora imeti računalnik tudi možnost širokopasovnega dostopa do interneta. Delovanje prehoda je razmeroma preprosto – vse, kar tak prehod sprejme, pošlje ostalim prehodom, ki so priključeni prek interneta in vključeni v omrežja FRN. Iz razmeroma kratkega »lokalnega« dometa smo s pomočjo omrežja FRN slišni povsod, kjer so njegove točke. Vsak prehod uporablja FRN-odjemalec, ki je povezan s FRN-strežnikom. Če med seboj povežemo več prehodov, imenujemo to skupino omrežje. Na en strežnik je lahko povezan z več omrežji. Pogoj, da lahko uporabnik komunicira, je izbira pravega kanala in (opcijsko) prave nastavitve CTCSS. S pomočjo ustreznega odjemalca na osebnem računalniku lahko vzpostavimo povezavo z uporabniki omrežja. Na voljo so odjemalci za Windows (http://www.freeradionetwork.eu/sw/frnclientsetup2014003.exe), Linux in Android (http://www.gnuradionetwork.org/android/). Zaradi majhnih dimenzij je zanimiva tudi možnost uporabe kartičnega računalnika Raspberry v vlogi FRN-odjemalca.
VMESNIK
Na spletnih straneh lahko najdemo različne sheme, s pomočjo katerih lahko krmilimo radijsko postajo (preklapljamo med prejemom in oddajo) s pomočjo osebnega računalnika v vlogi prehoda. Najpreprostejše vezje lahko naredimo že s pomočjo nekaj elementov. V vlogi preklopnega stikala uporabimo tranzistor, ki glede na stanje serijskega vmesnika (signal RST ali DTR) preklaplja tranzistor oziroma stikalo za oddajo. Glede na število priključnih sponk radijske postaje izberemo vezje, ki nam ustreza (na primer ločen PTT). Za test lahko uporabimo tudi funkcijo VOX in mikrofonski vhod postaje povežemo z izhodom zvočne kartice, izhod slušalk radijske postaje pa povežemo z vhodom zvočne kartice. Vsekakor pa je s stališča varnosti in zaščite vezij smiselno uporabiti vezja z optoizolatorji oziroma ločilnimi avdio transformatorji.
V naslednji številki bomo zgradili preprosto vezje za krmiljenje radijske postaje, spoznali nekaj možnosti prenosa podatkov in preverili možnost povezovanja z drugimi omrežji.
Se nadaljuje …
Moj mikro, marec – april 2015 | Marko Koblar |
