Introduction aux transmissions

numériques pour radio-amateurs

François HB9IBI

15 décembre 2016

Menu du soir

• Qui suis-je ? • Le radio-amateurisme c’est quoi ? • Histoire courte des transmissions radio • L’évolution de l’analogique vers le numérique • Un peu de technique • Historique des modes numériques • Les différents modes numériques utilisés • Points communs et différences • Relais numériques disponibles dans la région • Mais, quel est mon intérêt ? • Exemples de constructions et d’expérimentations • Les services WEB a disposition • Et à l’avenir ….

Qui suis-je ?

• François Burri, millésime 62 • Passionné de CB, surtout avant autorisé ! • Ecole d’ingénieur de Genève -> 1982 • Licence radio-amateur en 1983 – HB9RTE • Pilote et radio de char de commandement • Examen CW en 1995 – HB9IBI • Passionné de radiotechnique, trafic satellites • Groupes techniques : IAPC, AGR • Installations et construction : Packet radio 1200 et 9600 bps, APRS, D-Star Relais et hotspots, télécommandes, etc …

L’intérêt du radio-amateurisme

• Le trafic radio selon les bandes (HF,VHF,SHF) • Le trafic radio selon les modes (CW,SSB,num,ATV) • Concours (contest) • Exploiter les conditions de propagations selon les

bandes • L’expérimentation en général • La construction (RX, TX, antennes, etc) • Etc …

Ça mange quoi un «radio-amateur» ? -> Définition selon Wikipédia à la page suivante:

Les radioamateurs sont des personnes qui pratiquent, sans intérêt pécuniaire, un loisir technique permettant d'expérimenter les techniques de transmission et par conséquences d'établir des liaisons radio avec d'autres radioamateurs du monde entier.

Beaucoup d'avancées technologiques sont dues aux radioamateurs, c'est par exemple grâce à eux que les fréquences au-dessus de 30 MHz sont aujourd'hui utilisées.

L'activité radioamateur permet d'acquérir ainsi des connaissances techniques dans les domaines de la radio et de l'électronique et de développer des liens d'amitié entre amateurs de différents pays.

Le saviez-vous ?

Le radio-amateurisme est le plus vieux réseau social du monde !

Histoire courte de la radio

Au début il n’y eu rien, et puis … • 1837 : Samuel Morse invente le code Morse CW pour son

brevet du télégraphe en 1840 • 1873 : Découverte des ondes électromagnétiques par

Maxwell • 1901 : Communication à travers l’Atlantique par Marconi • 1905 : Modulation d’amplitude (AM) • 1912 : Premiers radio-amateurs et le naufrage

du Titanic qui démontre l’utilité de la radio en cas d’urgence

• 1925 : Télétype (RTTY) • 1933 : Modulation de fréquence (FM) • 1978 : Amtor • 1981 : Packet-radio • 1991 : Pactor

Modulations L’époque de l’analogique

• CW : la radio émet ou n’émet pas

• AM : modulation d’amplitude

• FM : modulation de fréquence

• PM : modulation de phase

Modulations fondamentales

L’analogique a atteint ses limites !

• Bande passante limitée

• Puissance autorisée limitée

• Niveau de bruit et autres perturbations élevées

• Prix

Alors comment faire ? Les modulations numériques !

• Les modulations analogiques sont des variations continues d’amplitude, de fréquences et/ou de phases.

• Les modulations numériques sont similaires aux analogiques, mais elles sont définies dans un cadre d’état ou de symboles spécifique.

Les avantages des modulations numériques

• Plus d’informations transmises quelque soit la largeur de bande.

• Plus grande efficacité pour une largeur de bande déterminée.

• Plus de sécurité des données par cryptage.

• Meilleure qualité des communications par correction d’erreur et sans bruits.

Mise en œuvre

• Les modulations analogiques sont simples à créer et à démoduler, mais sont inefficaces en terme de largeur de bande.

• Les modulations numériques sont plus efficaces en termes de largeur de bande et/ou de puissance, mais sont plus complexe a générer et à démoduler.

Tendances

• De l’analogique vers …

• Le numérique similaire à l’analogique,

• Les modulations numériques complexes et multiplexées !

Un peu de math La représentation polaire

• Représentation simultanée de l’amplitude et de la phase, (surtout modes analogiques)

Diagramme de constellation

• Représentation rectangulaire du diagramme polaire, en utilisant I et Q

I = partie réelle Q = partie imaginaire

• Une projection vectorielle sur les axes I et Q.

Aïe, quelques exemples svp !

• FSK : une fréquence d’amplitude constante est modulée.

Aïe, quelques exemples svp !

• QPSK : modulation de phase carrée.

Aïe, quelques exemples svp !

• Modulation d’amplitude carrée QAM

– L’amplitude et la phase sont variables.

– Constellation de symboles plus complexes.

16QAM = 4 bits/symboles 32QAM = 5 bits/symboles

Efficacités théoriques

Quelques modes numériques Mobiles :

• GSM, GPRS, EDGE GMSK

• W-CDMA DSSS HPSK, QPSK, 16QAM

• HSDPA, HSUPA DSSS HPSK, PSK,16QAM

• TETRA π/4-DQPSK

• Tetrapol – Policom GMSK

Radio-amateur :

• D-Star GMSK

• DMR, Fusion 4FSK

• AX-25 Packet FSK

• Morse CW (ASK)

• PSK31 PSK

• RTTY FSK

• FSK441, JT65 Multiple FSK

• AMTOR, PACTOR, GTOR FSK

Radio point à point : • DSSS, 4FSK, 16QAM, 64QAM, 128QAM,

128TCM, 256TCM Satellite : • QPSK, 8PSK, 16QAM Télévision HD : • ATSC 8-VSB, 16-VSB • DVB-T QPSK, 16QAM, 64QAM on COFDM • ISDB-T BST-COFDM DQPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Réseaux sans fils : • Bluetooth FHSS, GPSK, π/4-DQPSK • WLAN DSSS CCK D8PSK, DQPSK, 52 OFDM, 64QAM • WiMax OFDM BPSK, QPSK, 16QAM,

64QAM • ZigBee BPSK, OQPSK

Comment augmenter la capacité ?

Historique des modes numériques

• 1995 : Apco-25 ou P25 sécurité / urgence aussi analog. Phase 1 : FDMA/C4FM Phase 2 : TDMA (pas compatible) • 2000 : D-Star • 2001 : Evolution du P25 en Europe : TETRA • 2005 : DMR • 2006 : NXDN : Icom IDAS / Kenwood NEXEDGE • 2008 : dPMR similaire à NXDN, bon marché • 2014 : Fusion Yaesu C4FM

APCO-25

• Premier mode numérique pour les services de sécurité et d’urgence

• Phase 1 : FDMA ancien codec IMBE

• Phase 2 : TDMA nouveau codec AMBE+2

• Ajout de fonction réseau par les radio-amateurs et support du DTMF

D-Star

• 2000 : conception par la JARRL du D-Star • GMSK – FDMA – AMBE+ • 2001 : voix et données 1,2 GHz

– fabrication ICOM relais, portables et mobiles – au début connection OM-OM, OM-relais

• 2004 : 144 et 432 MHz • 2009 : G4KLX contrôleur de relais avec ou sans relais

Icom • 2010 : AA4RC D-plus = réflecteurs, dongle • USTRUST : base de données utilisateurs, lente et

répartie

D-Star

• IRCDDB : idem ouvert et dynamique • CCS puis CCS7 DG1HT : adaptation aux nouveaux

indicatifs 7 lettres avec 7 chiffres • Support des DTMF • Réflecteurs «horizontaux» 26 chambres de type REF,

XRF, XLX, DCS • Adapté aux indicatifs radio-amateur • Le relai est intelligent, information texte, vocale, gps, etc • 1700 passerelles / relais 60’000 Oms enregistrés • Bandes HF, VHF et UHF • Uniquement Icom et Kenwood

DMR

• Développement pour les activités commerciales. • TDMA, 4FSK, AMBE+2 • Fonctionnement comme réseau téléphonique, hiérarchique. • Numéro attribué à chaque utilisateur, indicatif radio-amateur non supporté. • Incompatibilité des réseaux et des fabricants de relais • Depuis 2015 : Brandmeister

– Interconnexion de relais de différentes marques et réalisation home made, y compris simplex

– Aucune intelligence des relais, nécessite des serveurs «master» – 740 relais, 42 masters

• Uniquement UHF, terminaux bon marchés • Programmation par PC obligatoire.

NXDN

• Développé par ICOM et KENWOOD dès 2006

• Commercialement IDAS et NEXEDGE

• FDMA à 12,5 ou 6.25 kHz

• 4FSK

• AMBE+2

• Actuellement peu utilisé

Fusion

• Développé dès 2014 par Yaesu

• Détection automatique FM – C4FM (4FSK)

• FDMA

• AMBE+2

• Mode standard ou haute qualité

• Interconnexion par Internet : WIRES-X

• Uniquement terminaux Yaesu

En commun : codec IMBE - AMBE

• Développé par DVSI

• Entreprise fondée en 1988 aux USA

• Spécialisée dans la compression de la voix

• Royalties

• Détection automatique des silences, DTMF

• De 2 à 9.6 kbps

• Correction d’erreur intégrée

-> Analyse spectrale et prédictive

Comparaison des 3 modes courants

Comparaison largeur de bande

Quelques relais numériques de la région

• D-STAR : HB9IAC A,B,C / Barillette

HB9AR B Pt-Lancy (GE) HB9VD / Chasseron

• DMR : HB9GE (1), HB9GE (2) / Genève

HB9IAP / Barillette HB9AE Lutry, HB4FL Berneuse VD • Fusion : HB9RAB / Broye

Est-ce intéressant pour moi ? • Les faits :

– Le trafic FM local ou par relais diminue – Rarement du trafic aux heures creuses

• Ce que les modes numériques apportent : • Nouvelles expérimentations radios et informatiques • Garder le contact à l’étranger • Appel à destination automatique • Qualité audio, sans qrm • Données ajoutées (par exemple GPS) • Augmenter le potentiel de contacts grâce à

o Plus grand rayon d’action, relais interconnectés o Heures de trafic étendues, décalage horaire

Exemples de bricolages

…

Exemples de bricolages

D-Star HB9AR-B A remplacé ICOM DV-4000

2x Motorola GM-350 1x DVRPTR 1x Préampli 1x mini PC

Pour l’enthousiaste du numérique, il faudra choisir entre ça

Par exemple:

Transceiver mobile 50W

VHF/UHF

multi-mode et évolutif :

Le DV4mobile

ou ça !

Quelques services WEB associés

http://www.ircddb.net/live.htm

https://hose.brandmeister.network

https://brandmeister.network

http://xreflector.net/neu3/

Et ensuite ?

• TDMA avec plusieurs canaux simultanés

• Plus besoin de duplex

• Codec2 ouvert

• Les modes numériques partagent de plus en plus la même base de données

• Communications transparentes entre les modes numériques

Merci pour votre attention !

Et n’oubliez pas :

Le radio-amateurisme est le plus vieux réseau social du

monde,

alors cultivons-le en occupant nos bandes !