Les modes numériques D-Star, DMR et C4FM

Pour mieux comprendre ces modes de communication, revenons aux fondamentaux : qu'est-ce qu'un relais ?

Lorsque nous échangeons en VHF et UHF, la portée de nos transmissions est généralement limitée à notre horizon visuel, voire légèrement au-delà. Malheureusement, notre environnement naturel et bâti vient perturber ces liaisons radio : le sol, la végétation, les bâtiments, le relief... absorbent une partie des ondes, et cet effet s'accentue avec l'augmentation de la fréquence.

Pour pallier ces limitations et établir des communications de qualité, les radioamateurs ont mis en place des relais. Ces dispositifs, installés sur des points hauts stratégiques, retransmettent les signaux, étendant ainsi considérablement la portée des liaisons. Cette technique, bien rodée en mode analogique depuis une trentaine d'années, s'est avérée indispensable pour développer nos réseaux de communication.

Mais depuis l'apparition du numérique, les ingénieurs ont créé des répéteurs pour l'Internet et les « bons vieux relais » sont remplacés par des relais VIRTUELS.
Pour comparer plus simplement, quand vous êtes sur un relais vous discutez en analogique. Actuellement au niveau IP sur Internet, le répéteur fait la même chose que le relais mais vous discutez numériquement alors sur un relais virtuel.
Le changement important avec Internet, c'est que le même répéteur peut-être relié à d'autres répéteurs avec des stations connectées sur ceux ci dans monde entier et ainsi créer une toile interconnectée. On peut dire que c'est la grosse différence entre ce qui se faisait avant et la situation actuelle. Cette inter-connectivité entre tous les relais et pas uniquement sur un relais indépendant n'a été possible qu'avec l’apparition de matériels toujours plus performants.

Pour accéder au mode numérique radioamateur, il existe 3 systèmes pour se connecter et chacun a sa terminologie. Cela complique un peu la compréhension.
Ces trois systèmes sont : le D-STAR, le DMR et le C4FM. Normalement ces 3 systèmes  étaient jusqu'à présent incompatibles entre eux ! Mais la bonne nouvelle, c'est que grâce à la progression de la technologie, il est maintenant possible de connecter entre-eux ces 3 modes, grâce à l'application BlueDV ou MMDVMhost.
Ce nouveau firmware pour le DVMEGA est gratuit. DVMEGA peut être connecté à BlueDV via Bluetooth et Ser2net qui est compatible avec la configuration radio Raspberry PI - DVMEGA RPI existante. Un micro adaptateur Bluestack est disponible pour la mise à niveau du firmware et la connexion Bluetooth à votre appareil Android. Le micro-adaptateur est également disponible en tant qu'adaptateur de programme uniquement sans Bluetooth pour charger un nouveau micrologiciel. Plus d'informations sur le BlueDV à cette adresse : BlueDV et sur le BlueStack-Micro+ (Android) à cette adresse : BlueStack-Micro

Dans un avenir proche on pourra, à l'aide de passerelles numériques, s'interconnecter en mélangeant les modes grâce aux HOTSPOT. Techniquement parlant tout ce petit monde pourra communiquer ensemble. On pourra s'envoyer des SMS, du contenu data, des images, pourquoi pas des vidéos, signaler sa position GPS ou sortir sur les réseaux APRS.

Informations sur les 3 systèmes présents.

D-STAR est l’acronyme de : « Digital Smart Technologies for Amateur Radio ». Il s'agit d'un protocole créé spécifiquement pour les radioamateurs et qui a été développé par la J.A.R.L. (Japan Amateur Radio Ligue) au début des années 2000. Développé principalement pour le monde radioamateur en open source, il utilise le codec AMBE.

La voix convertie en modulation digitale et les données numériques à faible vitesse sont transportées à 4800 bps, dont 3600 bps sont utilisés pour la transmission de la voix et les 1200 bps restants sont utilisés pour la synchronisation et l'utilisation générale. La communication de données numériques haute vitesse est transportée à 128 kbit/s et est capable de prendre en charge les paquets Ethernet. Elle est également suffisamment rapide pour les applications Internet telles que l'affichage de pages Web.

D-STAR est capable de connecter des sites répéteurs en utilisant Internet et forme un réseau de radios mondiales. Ce système à la fine pointe de la technologie dispose d'une énorme quantité de fonctionnalités non disponibles avec un système de liaison moins sophistiqué comme IRLP et Echolink.

D-STAR se réfère à la communication vocale en tant que « mode DV » pour le mode vocal numérique. La voix est convertie en format numérique en utilisant un peu de code informatique appelé CODEC. Ce code est intégré sur une micro puce qui code et décode les signaux audio entrant et sortant du format AMBE (Advanced Multi-Band Excitation). Le CODEC que les utilisateurs D-STAR utilise est la seule partie propriétaire de sa conception. Toutes les autres parties de D-STAR sont ouvertes (open source), ce qui a permis l'émergence de programmes libres pour un réseau et modems 100 % compatibles avec ircDDB et DVRPTR.

2 manufacturiers produisent principalement des radios pour ce mode, D-star Icon et Kenwood avec le TH-914.
Au niveau du répéteur, tout a commencé par des relais fabriqués par ICOM. Aujourd'hui il y a des DCS, ARRF, XARF, etc.
L'un des plus grand avantages de ce système est que la plupart des répéteurs sont connectés aux réflecteurs D-STAR dans le monde entier. Une fois qu'un radioamateur s'est enregistré sur une passerelle répéteur, il peut se connecter aux autres utilisateurs de D-STAR au-delà des répéteurs locaux.

Donc en fait, si vous vous enregistrez auprès de votre passerelle locale, vous ne devez plus vous enregistrer chaque fois, car vos informations d'enregistrement sont propagées à toutes les autres passerelles et réflecteurs du réseau D-STAR.
Les principaux réseaux ICOM sont : le ircDDB et le CCS.

En 2012 apparait le Dongle DVAP

Si vous avez une radio D-STAR mais pas de répéteurs locaux, cela vous permet d'utiliser votre radio pour vous connecter à n'importe quel réflecteur du réseau D-STAR. Comment ? Le DVAP est en fait un encodeur / décodeur vocal D-STAR couplé à un micro émetteur-récepteur en deux mètres qui peut être réglé sur n'importe quelle fréquence dans la bande amateur du 2 mètres. Disons que dans votre région personne n'utilise généralement la fréquence simplex 146.460 Mhz. Donc, vous définissez la fréquence DVAP sur 146.460 Mhz. Vous connectez ensuite le DVAP au réseau D-STAR et au réflecteur souhaité avec le logiciel fourni. Vous configurez maintenant votre émetteur-récepteur ou votre ordinateur de poche D-STAR sur 146.460 Mhz simplex en utilisant le paramètre Digital Voice (DV). Maintenant vous pouvez commencez à trafiquer ! Vous contrôlez le DVAP avec les mêmes commandes que celles que vous utiliseriez pour les répéteurs D-STAR. Cela vous permet de lier les différents réflecteurs de votre radio. Malheureusement cet appareil particulier n'a qu'une puissance de sortie d'environ 10 mW, sa portée est plutôt limitée.

On irait plutôt vers un HOTSPOT !

Qui est très similaires au DVAP décrit ci-dessus. Le HOTSPOT est généralement connecté à une radio VHF ou UHF analogique standard plus puissante (avec un port de paquets de 9600 bauds) et ainsi on a donc beaucoup plus de flexibilité et de portée. Avec une antenne suffisamment haute connectée à une radio avec une interface HOTSPOT, vous pouvez créer ce que certains pourraient appeler un répéteur
simplex.

Le DMR est un protocole développé pour le commercial en Europe et ratifiée par le parlement européen en 2005. Nous avons aujourd'hui un ensemble complet de normes qui couvrent les services de données et les tests de conformité. Ce mode DMR est initialement conçu pour les professionnels et est adapté à une utilisation en « Sécurité Civile ». On comprend pourquoi les fabricants sont peu sensibles aux problèmes des Radioamateurs.

Le DMR est divisé en trois niveaux :

• À l'origine pour le service Européen sans licence il existe le dpM446. Le niveau I (Tier1) est une spécification à canal unique d'une seule bande passante FDMA de 6,25 kHz ; la norme prend en charge le peer-to-peer (mode 1), les répéteurs (mode 2) et les répéteurs liés (mode 3).
• Utilisé par les Radioamateurs le niveau II (Tier2) est le mode peer-to-peer et répéteur TDMA de 12,5 kHz à 2 « couloirs spécifiques » appelé aussi Time Slot (TS), ce qui donne une efficacité spectrale de 6,25 kHz pour chaque canal. Nous avons donc deux canaux sur une seule fréquence.

Chaque interval de temps peut être alternativement soit une voix soit des données selon le système utilisé (ou les deux à la fois). Par convention, le TS1 est réservé prioritairement aux communications voix en Belgique et le TS2 est lui réservé pour le reste (communication locale, transmission GPS…). La durée est fixée à 30 ms.
La voix « analogique » est transformée grâce à un algorithme mathématique en trame digitale. La méthode utilisée s'appelle un « vocoder » qui transforme l'analogique en digital sous le standard que les constructeurs ont adopté le AMBE++ d'une qualité un peu meilleur que le système D-STAR.

• Enfin le niveau III (Tier3) s'appuie sur le Tier II, en ajoutant l'opération de « trunking » impliquant plusieurs répéteurs sur un seul site.

Chaque radio DMR se connecte à des relais DMR qui utilisent un système de différentiation appelé Code Couleur (Color Code) à l'instar du CTSS des transmissions analogique.
La radio se connecte ensuite à un Talk Group (TG) qui est défini internationalement et régionalement. Par exemple pour la Belgique c'est le TG206, la France TG208, l'Espagne TG214, l'Italie TG222...
Il est possible d'écouter plusieurs TG sur le même TS (Time Slot).Il existe deux formes d'utilisation différentes de TG. Un TG peut être statique ou il peut être dynamique ou à la demande.

• TG dynamique: Permet une communication plus spontanée et ponctuelle. Idéal pour des conversations courtes ou des discussions impromptues.
• TG statique: Convient aux communications régulières ou aux groupes permanents. Permet aux utilisateurs de se connecter à un canal de discussion en cours à tout moment.

Une dernière chose importante est que chaque utilisateur est identifié, non pas par son indicatif, mais par son ID. Par exemple en Belgique, mon ID belge est 206xxx
Comme pour le D-STAR et le C4FM vous avez la possibilité de vous connecter via un relais qui est lui-même interconnecté avec d'autres relais partout dans le monde.

En DMR, la couleur du code n'est pas universellement définie et peut varier selon les régions, les réseaux et les utilisateurs.

Généralement:

• Europe : Le code couleur 1 (CC1) est utilisé par défaut pour les communications radioamateur.
• États-Unis : Le terme "couleur" est utilisé à la place de "code couleur".
• Il est donc important de se renseigner auprès des administrateurs du réseau ou des autres utilisateurs pour connaître le code couleur approprié à utiliser.

Jusqu'à ce jour il existe 4 réseaux numériques DMR où il est possible de se connecter librement, DMR-Marc, DMR+, Brandmeister et autre. En Belgique c'est le réseau « Brandmeister » qui a été choisi. En France les 3 réseaux cohabitent.

Les appareils pour ce mode sont principalement des Hytera (le plus intéressant pour les radioamateurs), Motorola, Vertex / Yaesu, Tait, Selex, Simoco, ... Mais il apparait que des radios (RETEVIS RT-82+ (GPS) permettent de reconfigurer ses paramètres en mode VFO ce qui est plus pratique. Toutes les marques de radio utilisant le DMR Tier II fonctionneront sur n'importe quel système de niveau II, bien que certains fabricants offrent des caractéristiques exclusives.

La marque Yaesu avec  le plus jeune système fait le mélange entre le DMR et le D-STAR. Les ingénieurs de chez Yaesu ont créé leur propre répétiteur qui s'appelle le WIREX-X.
Il a deux types de modes numériques, le DN digital narrow et le VW Voice wide. Ces 2 modes peuvent discuter ensemble. Le DN peut transporter du Data et le VW transporte de la voix. La qualité de la voix est supérieure aux autres modes D-STAR et DMR. Il possède une caractéristique importante qui est l'AMS (Automatic Mode Select). Cette fonction reconnaît instantanément si le signal reçu est C4FM numérique ou FM conventionnelle. Le mode de communication approprié est automatiquement sélectionné et restitué.
Là où cela devient intéressant, grâce au module HRI-200, c'est qu'on a la possibilité d'entrer dans le système WIRES-X comparable à un HOTSPOT sans passer par un relais physique.

Le serveur WIRES-X fonctionne comme un serveur DNS, donc les stations se parlent en IP ce qui est efficace et stable.
Ce système de communication Internet élargit la portée des communications radioamateurs. Pour le WIRES-X, une station correspond alors à un nœud qui est connecté à Internet et est utilisé comme point d'accès. Les utilisateurs peuvent communiquer avec d'autres stations d'amateurs partout dans le monde en utilisant un nœud différent dans la gamme des ondes radio permises. Cette opération est simple, facile et conviviale.
On a vu apparaitre des nouveaux serveurs fusion permettant d'être indépendant au WIREX-X.
Le C4FM et le DMR se ressemblent beaucoup, car il y a moyen de faire des ponts entre-eux (en numérique uniquement).
Le seul défaut de ce système est qu'il coûte cher et que les seuls appareils qui ont accès à ce mode numérique sont de la marque Yaesu.

Vidéo sur le C4FM

Nous avons tourné cette petite vidéo pour montrer qu'avec le Wires-x nous pouvons communiquer avec le monde entier.

Conseils

Pour conclure quel système choisir pour se lancer en numérique ?

Pour choisir entre ces modes, qui ont chacun leurs qualités mais aussi leurs défauts :

• Essayez de comparer les technologies en fonction des vos goûts et du coût que cela va engendrer.
• Renseignez-vous auprès du club de votre région sur les projets numériques qui existent déjà ou qu'il compte mettre en place. En ce qui concerne le Radio-Club de Liège voici les deux pages concernant nos relais : ON0LG et ON0LGE
• Cherchez dans votre région, les relais les plus couramment utilisés. Essayez d'écouter ce qui s'y dit.

Attention, ces modes évoluent très vite. Le DMR est apparemment le mode qui se développe le plus rapidement, peut-être à cause son faible coût. L’interconnexion et les passerelles multimodes sont de plus en plus un enjeux et un terrain d'expérimentation. Cela permet d'occuper les bandes de fréquence « hautes ». Le dernier enjeux et qui n'est pas des moindres, c'est que c'est le moyen d’attirer de nouveaux OM's férus d'informatique.

Références :

• BlueDV : AmBE-3000USB - ServeurAMBE+BLUEDV
• D-STAR : DSTARinfo.com - Wikipedia/D-STAR
• DMR : Brandmeister.network - HAM-DMR.be - DMR-France
• C4FM : PDF : WiRESX-Install