NXDN

NXDN (Next Generation Digital Narrowband)

NXDN (Next Generation Digital Narrowband) je otevřený standard pro digitální obousměrné radiokomunikační systémy, vyvinutý firmami Icom (jako IDAS ) a Kenwood (jako NEXEDGE , který se používá pro profesionální radiostanice (public safety, průmysl, doprava). Využívá technologii FDMA (Frequency Division Multiple Access) v úzkém pásmu 12.5 kHz/6.25 kHz, čímž zvyšuje spektrální efektivitu oproti analogovým systémům a umožňuje přenos hlasu i dat s vyšší kvalitou a šifrováním.  

NXDN (Next Generation Digital Narrowband) jeotevřený standard digitálního rádia pro obousměrné rádiové komunikace, vyvinutý společně společnostmi Icom a Kenwood pro efektivní pozemní mobilní komunikaci VHF/UHF, využívající kanály 6,25 kHz pro hlas a data, nabízející funkce jako šifrování a trunking, pod značkami IDAS (Icom) a NEXEDGE (Kenwood). Je to oblíbená alternativa k DMR, využívající FDMA pro jasnou a bezpečnou digitální komunikaci v podnikání, veřejné bezpečnosti a amatérském rádiu.

Klíčové aspekty NXDN

• Otevřený standard: Standardní protokol v oboru umožňující interoperabilitu mezi různými výrobci.
• Technologie: Využívá frekvenčně dělený vícenásobný přístup (FDMA) se 4úrovňovou modulací FSK, což umožňuje dvě simultánní hlasové/datové cesty v jednom kanálu 12,5 kHz (rozděleném na kanály 6,25 kHz).
• Branding: Icom nazývá svou implementaci IDAS , zatímco Kenwood svou NEXEDGE .
• Vlastnosti: Podporuje hlas, data, trunking (Type-C a Type-D) a šifrování (DES/AES).
• Použití: Běžné v podnikání, veřejné bezpečnosti a také jako specializovaný způsob v amatérském rádiu.

Jak se to porovnává

• vs. DMR: NXDN používá FDMA (jeden kanál najednou), zatímco Digital Mobile Radio (DMR) často používá TDMA (dva časové sloty v jednom kanálu), ačkoli oba jsou digitální standardy s úzkým pásmem.

NXDN je zkratka pro Next Generation Digital Narrowband (digitální úzkopásmové připojení nové generace ) a je otevřeným standardem pro veřejné pozemní mobilní rádiové systémy, tj. systémy obousměrných rádií ( transceiverů ) pro obousměrnou hlasovou komunikaci mezi lidmi. Byl vyvinut společně společnostmi Icom Incorporated a Kenwood Corporation jako pokročilý digitální systém využívající modulaci FSK , který podporuje šifrovaný přenos a přenos dat i hlasu. Stejně jako ostatní pozemní mobilní systémy používají systémy NXDN frekvenční pásma VHF a UHF . Používá se také jako specializovaný režim v amatérském rádiu .

NXDN implementuje společnost Icom ve svém systému IDAS a společnost Kenwood jako NEXEDGE;  společnosti Kenwood i Icom nyní nabízejí zařízení s duálním standardem, které podporuje evropský standard dPMR .

Ruční přenosný NEXEDGE NXDN

Dějiny

Společnosti Icom a Kenwood zahájily spolupráci v roce 2003. Protokol NXDN byl oznámen v roce 2005 a produkty kompatibilní s NXDN se poprvé objevily v roce 2006.

Společné letecké rozhraní (CAI) systému NXDN bylo přijato na zasedání studijní skupiny 5 (SG5) radiokomunikačního sektoru Mezinárodní telekomunikační unie (ITU-R) konaném v listopadu 2016 a ve zprávě M.2014-3 publikované v únoru 2017 jako mezinárodní digitální pozemní mobilní systém .

Aplikace

Protokol NXDN a komunikační produkty, ve kterých se používá, jsou určeny pro komerční soukromá pozemní mobilní rádia (PLMR) a komunikační systémy veřejné bezpečnosti. Tato technologie splňuje požadavky americké Federální komunikační komise (FCC), které vyžadují, aby všechny komunikační systémy, na které se vztahují předpisy Part 90, používaly úzkopásmovou technologii do 1. ledna 2013. Předpisy Part 90 specifikují šířku pásma 12,5 kHz, ale FCC "důrazně naléhavě žádá držitele licencí, aby zvážili přímý přechod na technologii 6,25 kHz, spíše než aby nejprve přijali technologii 12,5 kHz a později migrovali na technologii 6,25 kHz." FCC "urychleně stanoví harmonogram přechodu na úzkopásmovou technologii 6,25 kHz."

Technické vlastnosti

NXDN využívá technologii FDMA ( Frequency-Division Multiple Access ), ve které jsou různé komunikační toky odděleny frekvencí a běží souběžně. Systémy TDMA ( Time-Division Multiple Access ) kombinují komunikační toky do jednoho toku, ve kterém jsou informace z různých toků přenášeny v prokládaných časových alokacích neboli "slotech". Systémy CDMA ( Code-Division Multiple Access ) umožňují mnoha uživatelům sdílet společné spektrum pomocí technik rozprostřeného spektra .

Základní kanál NXDN je digitální a může mít šířku 12,5 kHz nebo 6,25 kHz. Dvoukanálové systémy s šířkou 6,25 kHz lze konfigurovat tak, aby se vešly do kanálu 12,5 kHz. To efektivně zdvojnásobuje účinnost spektra ve srovnání s analogovým FM systémem zabírajícím kanál 12,5 kHz. Architektura NXDN je taková, že dva kanály NXDN, například v rámci kanálu 12,5 kHz, lze přidělit jako hlas/hlas, hlas/data nebo data/data. Od roku 2012 nelze tuto funkci implementovat v komerčně dostupném hardwaru na simplexních nebo "talkaround" frekvencích, ale pouze prostřednictvím opakovačů.

Systémy, které používají NXDN, také podporují smíšená analogová FM a digitální zařízení NXDN, včetně přímé rádiové komunikace. To umožňuje majitelům systémů přejít na úzkopásmový digitální systém, aniž by museli najednou vyměnit celý systém. Zařízení NXDN jsou v současné době schválena FCC pro použití v pásmech VHF (137–174 MHz) a UHF (406–512 MHz).

Data jsou přenášena pomocí 4úrovňové modulace s frekvenčním posuvem (FSK). NXDN používá pro digitální zvuk vokodér ( kodek ) AMBE+2 .  Tato kombinace poskytuje lepší kvalitu hlasu při slabém signálu než u analogového FM. Při ekvivalentním vysílacím výkonu je NXDN reprezentován širším dosahem a mírně lepšími vícecestnými charakteristikami než analogový FM v typickém RF prostředí, konkrétně při prahu SINAD 12 dB . Přenosová bitová rychlost je 4 800 bit/s.

Pro přenosy NXDN platí následující emisní označení FCC:

• 8K30F1E 12,5 kHz jednokanálový digitální hlas
• 8K30F1D 12,5 kHz jednokanálová digitální data
• 8K30F1W 12,5 kHz jednokanálový digitální hlas a data
• 4K00F1E 6,25 kHz jednokanálový digitální hlas
• 4K00F1D 6,25 kHz jednokanálová digitální data
• 4K00F1W 6,25 kHz jednokanálový digitální hlas a data
• 4K00F2D 6,25 kHz jednokanálový analogový CW ID

Funkce aplikace

Protokol NXDN poskytuje podporu pro následující funkce. Implementace funkcí a uživatelská rozhraní, kterými jsou tyto funkce přístupné a používané, se mohou lišit v závislosti na výrobci.

• Šifrování :
  • "Šifrování scramble": Pseudonáhodná binární sekvence vytvořená kombinací exkluzivní nebo bitové operace na audio nebo datovém proudu a lineárního zpětnovazebního posuvného registru se zpětnovazebním polynomemx15+x+1, který má 32 767bitovou periodou opakování, což vede k 32 767 možným šifrovacím klíčům kromě nulových.  Tato úroveň šifrování nenabízí absolutně žádnou ochranu a existuje software, který umožňuje klíč okamžitě najít. 
  • Šifrování DES : 64bitová bloková šifra pracující v režimu OFB s použitím 56bitového klíče vyjádřeného v 64 bitech s paritními bity.  Tato úroveň šifrování pomáhá chránit před náhodnými útočníky, ale ne před společností. 
  • Šifrování AES : 128bitová bloková šifrovací šifra pracující v režimu OFB s použitím 256bitového klíče.  Tato poslední úroveň šifrování poskytuje úplné zabezpečení.
• Paging a hlášení stavu: z rádia do rádia a z dispečinku do rádia
• Uživatelské aliasy: 65 535 různých skupinových a uživatelských ID
• Dopadnutí muže a tísňové volání
• Funkce dálkové správy rádia: omráčení/zabití/oživení a monitorování
• Programování přes bezdrátový přenos
• Bezdrátový alias
• Rozhraní pro aplikace třetích stran pro: paging do rádia, GPS lokalizaci, terminály pro taxislužbu, sledování v budově

Kvalita zvuku

Ve všech ztrátových kompresních schématech se dělají kompromisy v kvalitě reprodukce hlasu výměnou za minimalizaci surové bitové rychlosti přenosu. To vede k artefaktům a kompromisům ve frekvenční odezvě reprodukované řeči. Kodéry a další kompresní schémata, která jsou vysoce optimalizována pro řeč, jsou často nevhodná pro neřečový zvuk, jako je hudba nebo frekvenčně posunutá data. Použití nevhodného kodéru obvykle vede ke vzniku zkreslení a artefaktů v reprodukovaném zvuku.

Kvalita reprodukce zvuku komunikačních systémů IDAS a NEXEDGE závisí na výkonu hlasového kodeku AMBE+2 používaného společností NXDN. Rodina vokodérů AMBE byla podrobena srovnávacímu testování a byla shledána jako adekvátní pro zamýšlené použití, primárně v mobilním a leteckém rádiu. Vokodér AMBE+2 byl také vybrán pro použití v rádiové rodině Motorola MOTOTRBO, stejně jako v systémech DMR a mobilním rádiovém systému Project 25 (P25). Následující zprávy a články popisují hodnocení AMBE+2 a dalších řečových vokodérů v laboratorním prostředí.

Kompromisy v kvalitě zvuku jsou nedílnou součástí používání jakéhokoli kodéru řeči založeného na kódové knize , zejména při použití v podmínkách vysokého šumu v pozadí. V algoritmech se postupně vylepšují, což může vést k rozdílům ve výkonu, i když základní metoda zůstává nezměněna. V USA laboratoř pro výzkum komunikace v oblasti veřejné bezpečnosti Ministerstva obchodu pravidelně informuje o pokroku v této oblasti. I když se jejich práce konkrétně týká rádií Projektu 25, je přímo použitelná pro jakýkoli systém používající podobné vícepásmové budicí kodéry.