短評 : Tetra 會否成為下一 ham radio 數碼制式,暨百篇感言

 

ST7000_all

Motorola 最新推出的 Tetra 細機 (網上圖片)

 

前言

本文前半段為淺談一下 Tetra 作為 ham radio 數碼制式的可行性,下半段則是百篇感言。

這個安排既避免百篇感言悶親大家,而以數碼文章為第一百零一篇新的開始,也貫徹了當初以 APRS 為入門,繼而走進數碼通訊年代的方向。

 

Tetra?

近半年,英國 ham 界熱哄哄的話題是政府部門如警察、消防、救護用了 10 年的 Tetra 系統即將退役;取而代之的為 LTE 系統。衍生出來的是一大批的政府的退役機流出市面,英國 ham 界正探討能否將之作為另一數碼制式廣泛應用在業餘無線電通訊裡。

頻道方面,政府頻道不同 Ham Band,但可透過管理程式編頻更改到 Ham BandUHF 430 頻段中。

至於政府頻道的加密處理,也可透過管理程式關掉甚至以更新 firmware 形式除去這些用不著的選項。

剩下的問題是這些退役機的新舊程度,電池狀況,會否為此投入資源如設立中繼等等。

 

What is Tetra

  • DMR同宗,也是 ETSI 創立的通訊制式,時為1995
  • 制式設計類近傳統的蜂巢式無線電話網絡
  • 承上點,所以也不兼容 FM 通訊制式
  • trunk radio system 形式設立。部份機款配備 DMO 模式,則可兩機直接對講
  • 頻寬 25k,以 4TDMA 各佔 6.25k 運作
  • 歐洲頻道為 380-430MHz, 美國則是 800MHz

 

 

BaoFeng-DM-5R網上圖片

這是寶峰新出的數碼機 DM-5R,國外預計 9月尾發售。看一下規格。

  • DMR Digital Radio
  • VHF/UHF 136-174/400-480MHz
  • 2000mAH High Capacity Battery
  • High Power/Low power
  • 21CM Dual Band Antenna
  • 8-Level Stepped Frequency Selection
  • Auto power saving function, Super-Long Standby
  • Compatibility Of Digital And Analog Under DMR System
  • Supports Individual Call, Group Call And All Call
  • Support DMR repeater function (DMR Tier 1)

規格有點古怪,上 Tier 1 的中繼,咁即係 dPMR。但又不明示是這種底檔機,操作頻率實也超出 dPMR 範圍( 446.1-2 MHz )。我的估計是 dPMR + analog 機;即 dPMR 頻外只能 FM 運作。

幸好,國產機的銷售策略多是先買外國,水尾才買回國內;如 MD-390MD-380 GPS 版本均未見在淘寶有售。所以大家連中伏的資格也是沒有的。

 

Tetra vs  DMR

  • Tetra 較適合城市環境,高度密集的地方。
  • DMR 則是廣闊的地方較適合。
  • 理論上以 2DMR 中繼覆蓋範圍 = 7Tetra 覆蓋範圍

 

香港又如何?

網上資料顯示,香港應用 Tetra 系統的有政府,機管局,地鐵。

然而,就我所知,政府退役機的報廢條款多訂明此等物資不能在港銷售,再運用。此路不通也。

機管局,地鐵我不是 insider,沒有這方面資料。但圖片會說話。

mtr1

 

這是 MTR 近年的防止罪案廣告。海報的主體是部對講機,似係對講機廣告多的。對我來說,只要是 MTR 的用機,就提供了所需情報。

 

mtr2

 

網上搜查一下,是 EADS Defence and Security 出品的 THR8

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官網圖片

 

運作頻率在 800MHz 頻段。不是 ham band 送給你也沒用。但有了這個資訊,之後也可嘗試用 SDR 作為解碼 Tetra 的實驗,希望通訊沒有加密吧。

 

st7000

官網圖片

這是 Motorola 最新出的 Tetra 機款 ST7000

 

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網上圖片

一反紮實重型的傳統。和 DMRSL3000 一脈相承。

細機,輕巧的代價是輸出只1.8W,頻率覆蓋 350-470MHz。從 YouTube 上的宣傳片來看,市場定位為機場等大型運輸系統。

撇除國產機一個平字,香港不少 ham 也很樂意花錢買美日等旗艦級的機款。我對數碼通訊制式,品牌沒立場。不設鬼竄條款,開放給所有 ham 同好使用的皆歡迎之。

十分期望多一種制式可加入 Ham 界的數碼陣營。

 

百篇感言- About Me 之廷續

 

100p

 

這是第一百零一篇了。一個半文盲走到這一步不容易。

只能說 Internet 年代,知識傳播不再受到傳統的教學模式侷限。只要能上網,就能找到所需資就訊。能力也由學習改為消化、整合這些資訊,將之變為合用的東西。

當初決定以 blog 的形式發表,不外 forum 已有人做,無需多一個。我其實也不太贊成 forum 模式,主因內文多是封閉 Google 搜尋不到的,收不到信息共享之效。二有玩過 forum 的都有遇過,一個 topic 討論再討論後,有時會變了意氣之爭。

Facebook 較適合日常生活點滴的分享。我也不太熟悉在那裡長篇大論的有效編輯方法。

blog 寫我所想,所做,分享一下心得;較適合我的 style

 

一點統計資料

四年,100篇,即一年 25篇。平均約半個月一篇。當然也試過靈感到一日兩篇,個幾月一篇也經常發生。

這個看倌要明白,這個 blog 不是食評,食完寫篇文話好食就收工。本 blog 的內容要時間測試。不成功,效果不好的也難以成文發表。

最受歡迎的文章是 APRS4R Echolink 兩文的英文版,至今每日也有不俗的溜灠量。雖然小弟的英文寫作能力有限,但英文文章就是面向全世界的同好,互相切磋交流。能和先進同儕切磋是件樂事。

這兩文之所以受歡迎,究其原因,是乘著 Raspberry Pi 面世之初,成功將之應用在 Ham radio 領域上,取代傳統電腦,解決長期運作的麻煩,如耗電,佔用空間,OS license 等等。

我不是 Linux 高手,更非 Rpiembedded system 專家。能以較快的速度發表;這是依賴香港的資訊自由,貨物進出無阻的傳統優勢。

將中西事物融匯貫通,這是活在中西夾縫的香港生存之道。

如只計中文文章,即只面向華人地區,較受觀迎的是一些評論,和初階文章。

評論要受歡迎,即要替看倌講出心裡所想,或不方便不想寫出、講出的心裡話。

香港 ham 界是個有趣的地方,很多 topic 可寫,要評論不是問題。

初階文章受歡迎,主因當然是初階人寫初階文,有共鳴。另一原因估計是每年皆有新 ham 進入,自然對這些文章有需求。

Ham 界,有牌照的,向新手傳授操作、技術知識,令整體的操作,技術水平所有提升是責無旁貸,也是互惠互利之舉。

 

Amateur Radio 在香港已普及?

近十年,無可否認本地對 Ham Radio 的認識多了,起碼知道有這種嗜好,運動的存在。這拜早年開始至今每年入秋後至春末的外展活動中的 Radio support

如能推廣,增加公眾對 Ham Radio 的認知固然是好。但我認為效果是不濟的。

Radio support 是一項應用,不是我們 amateur radio 的日常活動。Side effect 是讓一些人知道社會有一資源可用,而利用這項資源的條件是考個 Ham 牌。

吸引了一些想用這項資源,而非真以 ham radio 為嗜好的人。更甚者,以起中繼為目的,幾丁友 formham club 就搞掂。

前者引狼入室,後者群魔亂舞。  

       vr2a

vr2b

OFCA 網站資料

這些會有幾多個是真正的業餘無線電會,大家有目共睹。

業餘無線電通訊,就是在公餘課餘時間,以消閒,自我技術研究為目的在業餘頻道上通聯。不以此為目的者,盡管有個 Ham 牌,皆非同路人。

若說十多年前起以 radio support 作為推廣 ham radio 是錯誤方針,我那時也是一個做孽者。希望這個 blog 的資訊可以 recruit 一些真正的同路人,撥亂反正。

近年,數碼制式的中繼也相繼成立。但我以兩件我見到、遇到的事件去看看我們的 Ham radioinfra-structure 是否完善,進步了。

 

故事一

上年年尾,一位無任何 club 聯系的新 ham 電郵給我,訴說買了部手機後,發覺 ham band 靜如深海。遭遇正是我當年新手入行的寫照。

於是本人回覆他,告知本地最有名的中繼頻率,tone,設定方法等等;著他在中繼上呼叫 CQ

數星期後,他再來函,說仍是靜如深海,也沒有上中繼後 release PTT 的尾音。

心想,uplink downlink 調轉了。反正二份一機會,按 reverse 反轉一下上下頻就 ok。於是著他再三檢查收發頻率,或按 reverse 試一下。

再過一星期來函,仍是靜如深海。市區環境,佢個 home base 不是盲點。沒人 on air 不強求;但好歹也會收到每隔一段時間中繼的 CW beacon

於是著他改以監聽中繼 beacon 為目標,uplink mon 一日,downlink mon 一日,你自然曉分辦兩者了。

他之後回覆仍是沒有。

最後,約個時間和他通聯測試。但同時間發現,中繼應如一般電台每隔一段時間報 Callsign,即 CW beacon 機制原來沒有了。之後花了一個周末時間再監聽,只錄得一個星期六晚上約 10PMCW beacon

大半年後的現在,這文斷續編寫之時再行監聽,也只是在 82022:02PM91121:40PM 監聽到 CW beacon

資源佔了,但連最基本的信標也不定時發送。是否犯例,或己申請豁免;我唔知。對我也沒甚影響。我只感到,一個地方的業餘無線電建設是否完善,不在於有幾多個中繼,是否數碼,名牌,有無聯網等;而是對後來者是否 welcome

廿年前,英國佬年代,我是靠這些 CW beacon 作為盲公竹。廿年後,難道新手只能自求多福。

 

故事二

前陣子,閒日下午 5 時多監聽同一中繼的 DMR 頻道,兩 ham 其一在對話中自稱是某國內牌子 DMR 機的香港代理,不下兩次將自己公司的網址完整唱出著對方溜灠。

有了數碼中繼,但通話內容就是如此。商業廣告不能出現在 ham radio 的通話內容中是 Ham 界常識。

中繼頻道的通話內容質素不高,傾下閒計吹下水;也很難吸引人長期 monitor 打躉。

兩件小事,看本地 ham radio 是進步了,還是退步中

對我而言,是退步。用讀歷史的 terms:是外強中乾。

 

展望

有沒200 篇,who knows。這不在目標之列,blog 文應以質素為考慮,不是數量。

未來的文章,軟件編程很難再避免。我不是編程高手,編程的 side effect 就是未必能半個月出一文。這也是過往避免編程的主因。

Software Define Radio 繼續是重點。SDR 不論是 Ham 活動,小童、青少年的科普活動也好;均是未來通訊設備的重要一席,不能逃避。我也正積極物色一部有發射功能的SDR ,功能好,價格在能負擔之內。可以試更多東西介紹給大家。

Broad Band Ham Net,其實通過 BBHN 來設定 IP Phone 的實驗也完成了。但整體運作過於 IT 沒成文吧。之後希望將之整合到 phone patch 系統再介紹。環境所限,在室內左手發,右手收難作有效飽和、覆蓋等測試。可以的話,九龍,港島點對點連線才可考驗到真正的效能。

Ham 數碼通訊剛起步,不愁沒話題。一些和其有關的配套電腦系統如何設立,在實體機,還是 virtual machine 或近年漸流行的 docker ,也是很有趣的研究課題。

APRS 是我的較善長的,還有很多 topic 可寫。

評論, 繼續寫我所想,所見的不平事。雖我不通古今之變,但望有日成為一家之言。

我希望透過我的文章,給新入門的同好一點概念,確立方向。之後趕上步伐,進一步提升我們的水平。

Again,百篇感言是 about me 之延續。不設 comment,謝謝。

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傳感器系列之 雷暴檢測器 AS3935 與 APRS 應用狂想曲

 

as3935_cover

 

前言

闊別一段時間的傳感器應用又再重臨。這次介紹的是 AS3935 雷暴檢測器。

論這個系列編寫之難,在於 sensor 科技應用在手提電話,平板電腦中太普及了。由 GPS、指南針、多軸加速、温濕、氣壓等等 sensor 好似唔駛錢咁放哂落去;正所謂英雄見慣亦凡人,盡管自前文輻射傳感器後也試了一大堆環境數據檢測 sensor;但花時間寫出來是沒看頭的,還是自娛罷了。

 

OK,Why AS3935

就現有一般的民用手提裝置,至今未見配備這種 sensor。可為大家帶來一點新 idea。

有別於傳統的 DIY 雷暴偵測 (鐵粉芯繞線圈 or 大天線 ),或用接收機收 VLF 去監聽雷暴所產生的電磁波噪聲。

rahmenantenne      TOA-ferrit

以上兩圖轉自  http://members.inode.at/576265/lr.htm

承上一點,如要測量雷暴距離和大約位置,還需多個固定間距的接收器,連 driving circuit。

AS3935 為一小型,獨立運作己可測量與雷暴的距離,有效半徑達 40km。湛新的設計令其獲得 2012 傳感器設計大獎。

lig_40km

半徑達 40km,將之放在香港中心,足以覆蓋香港全境

可調的背影噪聲與靈敏度,並能辦識和排除環境噪聲以提高精準度。

AS3935 可以 SPIIIC 操控,方便用於 RpiArduino 上。

 

雷暴檢測技術

這裡淺談一下雷暴檢測技術原理,一圖勝千文。

lightning_thoery

Picture from 29TOASCJ.pdf

以下兩網站詳解有關技術。

http://goo.gl/YiHDsH

http://goo.gl/7crXWm

簡單來說,雷暴產生一系列 EMP 電磁脈衝。過往舊技術只是用大天線探測 VLF 噪聲。轉換線路將訊號檢波化為聲頻,輸入電腦 sound card 處理。這是 analog 年代的產物。

現在,AS3935 則主要檢測雷暴所產生電磁脈衝的特有 signature,在小型化與檢測頻率取捨下,是以 500kHz 為中心頻率檢測。

lightning_signature

Picture from AS3935 資料

 

專業,納稅人附鈔的是這樣玩的。天文台的閃電探測站設立地點。

hko_ligmap

Picture from  http://www.hko.gov.hk/wxinfo/llis/locationc.htm

天文台的閃電檢測系統,個 sensor 大到成個炮彈咁。

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hko_lig2

以上兩圖 capture 自天文台 YouTube 頻道

 

與之相比 AS3935coil,就是蚊肶和牛肶的分別。

as3935_50cnet

 

 

Raspberry Pi vs Arduino

承上提到,AS3935 有兩種通聯方法,我以 IIC 為主,初測用我的至愛 Rpi

rpi-notebook

 

這是我的 Rpi notebook,主要用作手提 all-in-one 測試平台。但用在望天打掛的場合,不太適宜。原因在於既要 boot 機,登入和執行相關程式碼,隨時已雨過天晴。

一種小型,開機即運行,無需額外照顧的檢測方案是必需的,可行到邊試到邊。

網上搜查發現日本廠商做了個 Arduino solution 出來。

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-08685/

Arduino 的應用,我以前是很抗拒的。原因是 boot loader 佔了 MCU 資源外,我也有原整的開發平台。

但現在則面對現實,以被佔了 MCU 資源換取一個字:快。反正 atmega328 的內存也用不盡;由零自己寫更浪費寶貴的公餘時間。

as3935_cover

 

這是我的 Arduino AS3935 測試板。就我對 Arduino 的應用,最終是將 program 下載到 atmega328 mcu 直接運行;盡管這些國內 cloneArduino 價錢只十多元。留意 AS3935 的接線要公整,線圈下方不應有金屬 (除去萬用板的銅箔)。

電源要乾淨 (在 AS3935 模組下加 Tan cap104 ceramic cap)。否則很易 pick up noise。這是以 Rpi 配麵包板測試時效果不穩定的教訓。

下載日本 Arduino Sketch 到我的測試板上,係唔 work 的。世上沒有不勞而獲的午餐。

細研程式,主因:

  • 原程式 AS3935IIC address 為第一代的,現需改為0x30
  • IIC LCDaddress 也和我的不同
  • 那塊 IIC LCD,應是日本自家產品。其中程式 LCD 部分和一般用開的不同,需重寫

小問題,唔 work 改到 work。與原著相比,我的版本改動如下:

  • LCDIIC 驅動是 Arduino 世界最常見的開源方案。方便日本以外的同好使用
  • 原著一些字詞用了全大階,或幾大幾細。我全改為較美觀的起始大階後細階格式
  • indoor 參數據我的認知改為 0b10010
  • 新一代的 AS3935IIC address0x30
  • 原作的檢測值,即能量數值和估計距離顯示約 1.3 秒後即被清除。這對影相紀錄和我這個反應遲鈍的人不是好的設計。我將最後檢測到的數值保留,直至下個雷暴數值取代現有數值

以上改動也不需多少時間,一兩晚即可。這個程式是人家辛勞並免費給公眾使用的。所以我 update 後的也同樣上載免費給公眾使用。

附加東西如 IIC LCD 驅動已 pack 到一個 zip file,請到下連結下載。用法,線路請參考原檔案內的 pdf 。他用的是 Ardunio UNO,我則是 NanoMCU 同是 Atmel AVR Atmega328,兩者對我來說是一樣的東西。

我的版本下載 link

 

模擬測試

這是環境檢測最麻煩的一環,四個字:望天打掛。

唔行雷閃電,就真坐下度。但總不能每晚到家附近的山丘餵蚊等雷劈。

AS3935-demo

Photo from mouser 網站

AS3935 有配套的 thunder storm simulator,並可調較輸出能量(距離值)。盛惠約港幣兩千元….,算吧啦。

 

要自製雷擊,從基本想起,即火花產生器。方法有二:

一/ 較安全的是電子點火槍

spar_gun

 

inhouse_dist_det

 

但實戰發現,以連續,密集的觸發電子點火槍,大部份時間只能產生環境噪聲。偶有一兩次成功被認為是近距離雷擊,但是偶然,不能有效重覆的。

二/ 瞬間電感短路

100mhcoil

我將手上有的電感器數值比較一下,發現 100Mh,粗銅線的反應較強烈。先將 power supply 調到約 9-10V 和負極接到電感一端,快手地將正極 short 一下到電感的另一端,就可產生猛烈的火花。

inhouse_det

人工觸發,多被誤認為是頭頂雷擊

但不要如第一方法般,頻密爆火花,這會令 power supply,以至電感產生高温。

危險:留意電感器是一個線圈,再說白一點就是一條銅線而已。直接接上 power supply 即是將你的 power supply 短路。使用這個方法前請先確保你的 power supply 有限流保護,過熱保護等等安全設施。如只有一些膠殼,直插 AC 電源的變壓火牛;本身電學知識又貧乏,請勿嘗試此方法。

 

寫到這裡,應有人會問,又話會辦識和排除環境噪聲;咁人工觸發又 work,即係流啦。人工觸發成功在於你要讓個 circuit 很易 pickup noise

秘技在於想試人工觸發,請用電話的 5V USB 火牛供電,咁你會有機會成事。如以電池供電,實測以上兩種方法都沒甚效果。

AS3935 有一重要參數需設定,這是 indoor/outdoor 值。Indoor 即將靈敏度調高,outdoor 則相反降低之。這個參數當初令我很高興,以為安坐家中,見到雷電閃光後就有野睇。但實戰發現,不到窗邊,騎樓等外向地方,難有作為。

香港高樓大廈臨立,如在市區測試,將靈敏度調高很正常。但代價是較易因環境噪聲而顯示偵測到噪音。

 

實戰測試

機會來了。

89日大清早的紅色暴雨,連帶強烈雷暴。終於可在騎樓位置,長時間檢測到雷暴的能量值和估計距離。

1st_shoot1

 

這條片是淩晨 4 點睡覺,晨早 6 時多被雷轟醒而爬起來測試;半夢半醒下不如拍多條片交貨而來的,去片: 

 

821日凌晨的黃色暴雨,連帶強烈雷暴。

2nd_shoot1

 

 

828日凌晨的紅色暴雨連雷暴。

3rd_shoot1

這次雷暴明顯較遠(雷聲較細),測到距離 8km – 24 km

綜合以上三次測試,Home Base 環境只能感應到 24km 以內的雷暴。但三次皆是配有黃紅普遍地區大雨。之前的只行雷沒有雨,和白天的旱天雷走到戶外皆沒反應。

1st_shoot_wx

 

究竟是大雨濕度上升,令電磁波傳送較好而 pick up 到,或環境所限要有強烈雷暴才可觸發到,對我是一條 open question。要繼續測試才可下結論。

 

APRS 結合的應用狂想

要在 Google map plot 個圓形不難,但在 aprs.fi 上我詳閱份 spec 未發現可獨立成圖。Well,機器係死,人係生嘅,人生存就是要不斷解決問題。

phg_cir

這是 aprs.fi 開啟了 PHG 覆蓋評估圖的效果

騎呢做法係應用 Omni directional PHG 天線參數評估覆蓋範圍的圓圈,去扮個閃電距離圖。算試是公開的,由覆蓋結果推回 PHG ,放到 aprs string 內發出即可。

只需三套系統,發出三個 PHG 圓圈,重疊區就是雷暴的大約位置了。

lig_eva

效果模擬圖

當然,這個方法會令 APRS 地圖太沉重,什麼都放哂落去。另起一個 map 網站,利用 Google API plot 較為理想。

 

What’s  more

http://www.lightningmaps.org 是一個互網聯上的世界閃電實時網站,從用家分佈來看主要是歐洲同好的天下。

lightning_Eur

雖他們有自己的方案 (鐵粉芯繞線圈),但我也在 YouTube 見過用 AS3935 的。

 

總結

不經不覺,這個 Blog 運作 4 年了。而本篇正是第 100 篇文章。下篇就此發表一下偉論。

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