Repeatrar och digital röstkommunikation

En repeater är en automatisk station som tar emot en signal på en frekvens och sänder ut den på en annan, från en bra plats högt över omgivningen. Därigenom kan två handapparater som inte hör varandra direkt prata över många mil. På senare år har digital röst och internet gjort det möjligt att koppla ihop repeatrar över hela världen. Artikeln förklarar hur en repeater fungerar, vilka kanaler som används i Sverige, hur tonerna som öppnar repeatern fungerar, hur repeatrar länkas och hur de digitala systemen DMR, D-STAR och System Fusion skiljer sig åt.

Så fungerar en repeater#

Utan repeater kör två radioamatörer simplex: de sänder och lyssnar på samma frekvens, växelvis. Räckvidden bestäms av radiohorisonten och hindren mellan dem, och med en handapparat mellan husen blir det några kilometer. En repeater löser det genom att stå högt, till exempel på en mast, ett vattentorn eller en bergstopp, där den ser långt åt alla håll.

Repeatern har en mottagare på ingångsfrekvensen, en sändare på utgångsfrekvensen och en styrenhet i mitten (figur 1). Det som mottagaren hör sänds ut på nytt av sändaren, med högre effekt och från högre höjd. Alla användare sänder på ingångsfrekvensen och lyssnar på utgångsfrekvensen. Begreppen är sedda från repeaterns håll: din handapparat sänder alltså på repeaterns ingång. I radion ställer du in utgångsfrekvensen och ett skift (eng. offset, shift) som talar om hur långt under eller över den du ska sända; skiftet är negativt i de svenska exemplen nedan. Det är ett exempel på frekvensduplex, se FDD: två frekvenser.

Duplexfilter#

Sändaren och mottagaren är på samma ställe, och tiotals watt sänds ut bara några hundra kilohertz från den svaga signal mottagaren ska höra. Utan åtgärder skulle mottagaren överstyras. Lösningen är dels att hålla frekvenserna isär (duplexavståndet), dels att använda ett duplexfilter: ett par mycket selektiva filter, ofta stora hålrumsfilter (kaviteter), som släpper igenom den ena frekvensen men spärrar den andra, så att sändare och mottagare kan dela en antenn. Alternativet är två antenner med stort inbördes avstånd. Hur filter fungerar beskrivs i Resonanskretsar och filter.

Räckvidd#

En repeaters räckvidd bestäms mest av antennhöjden. Med radiohorisonten $d\approx \mathrm{4,12}(\sqrt{h_1}+\sqrt{h_2})$ km, där höjderna anges i meter (se VHF och UHF: radiohorisont och troposfären), når en repeater på ett 100 m högt torn en handapparat 1,5 m över marken ungefär $\mathrm{4,12}(10+\mathrm{1,22})\approx 46$ km bort, om inget skymmer. I praktiken begränsas räckvidden oftare av att din handapparat har låg effekt än av repeaterns, så du hör repeatern bättre än den hör dig.

Repeatrar har en rad funktioner som gör att de fungerar som ett delat system. De sänder sin anropssignal regelbundet, i telegrafi eller tal. De har en tidsgräns som släpper sändaren om någon håller i mikrofonen för länge, och en kort svanstid (eng. hang time) efter varje överföring så att nästa talare kan hoppa in. Många sänder också en kort ton efter varje överföring som visar att repeatern har släppt, och en del har en DTMF-styrning. Hur man pratar via repeater, med korta anrop och paus mellan varven, står i Trafikteknik: så kör man ett QSO.

Kanaler och skift i Sverige#

IARU Region 1:s bandplan avsätter särskilda segment för repeatrar, så att de inte hamnar mitt bland de smalbandiga trafiksätten. På 2 m ligger ingångarna vid 144,975–145,194 MHz och utgångarna vid 145,575–145,7935 MHz, med 600 kHz mellan ut och in. Däremellan ligger segmentet för FM och digital röst, med FM-anrop 145,500 MHz¹. På 70 cm är repeaterutgångarna 434,600–434,9875 MHz och ingångarna 432,600–432,975 MHz, med 2 MHz skift (figur 2)².

I Sverige har repeaterkanalerna beteckningar efter band. På 2 m heter de RV och på 70 cm RU, och siffran anger antalet 12,5 kHz-steg från 145,000 MHz (2 m) respektive 430,000 MHz (70 cm) till utgångsfrekvensen. Det stämmer med exemplen i en lista över repeatrar i Stockholmsområdet³: RV50 har utgång 145,625 MHz och ingång 145,025 MHz, och RU370 har utgång 434,625 MHz och ingång 432,625 MHz. Äldre beteckningar som R1 och RU1 förekommer fortfarande i listor. Tabell 1 samlar de repeaterband som nämns i listan.

Tabell 1. Svenska repeaterkanaler enligt en lista över repeatrar i Stockholmsområdet och IARU:s bandplan. Kanalplanerna är exempel och kan ändras; kontrollera aktuell kanalförteckning hos SSA och lokala klubbar.

Andra länder i region 1 använder fler skift på 70 cm, bland annat 1,6 och 7,6 MHz i segment kring 430–431 MHz. De ligger utanför de frekvenser som PTSFS 2025:1 anger för amatörer i Sverige (432–438 MHz), men du kan möta dem på resa. Kontrollera landets kanalplan innan du sänder utomlands, och läs i Bli radioamatör i Sverige om att köra utomlands.

Subton och tonsignal#

En repeater lyssnar hela tiden, och en mottagare på en bra plats hör mycket mer än användarna: avlägsna stationer på samma frekvens, intermodulation från kraftiga sändare i närheten, brus och störningar. Om repeatern öppnade för varje sådan signal skulle den sända ut skräp. Därför kräver de flesta repeatrar att signalen har en särskild åtkomstton innan de släpper igenom ljudet (figur 3).

CTCSS (eng. continuous tone-coded squelch system), i vardagsspråk subton, är en ton med mycket låg frekvens, mellan ungefär 67 och 254 Hz, som sänds hela tiden medan du sänder. Frekvensen ligger under talbandet, så att den kan filtreras bort i mottagaren och inte hörs. Repeatern öppnar bara om den hör rätt ton. Tonen gör att störningar utan ton inte öppnar repeatern, och att flera repeatrar på samma frekvens i olika områden kan ha olika toner. I listan över Stockholmsrepeatrar rekommenderas till exempel 77,0 Hz i SM0-området och 82,5 Hz i SM5, och listan anger att åtkomst med ton rekommenderades på svenska repeatrar senast vid utgången av 2014³.

Tonen är inte ett sätt att hålla samtal privata. Vem som helst kan ställa in samma ton, och den som lyssnar utan ton hör repeaterns utgång precis som alla andra. Den fungerar som en nyckel till repeatern, inte som ett lås på samtalet.

Före subtonernas tid öppnades repeatrar i Europa med en kort tonsignal på 1 750 Hz, 0,2–2 sekunder lång beroende på repeaterns konstruktion³. Tonsignalen ligger inom talbandet och hörs tydligt. Några repeatrar anger fortfarande 1 750 Hz som alternativ.

Vissa repeatrar använder även andra metoder, bland annat DTMF-toner (samma som i äldre telefoner) för fjärrstyrning och DCS, en digitalt kodad variant av CTCSS. Digitala system som DMR använder en färgkod för samma ändamål, se nedan.

Länkade nät#

Det går att koppla ihop repeatrar så att trafiken går vidare över internet eller över radiolänkar. Principen är densamma i alla system: varje repeater har en nod som skickar ljudet som datapaket till ett gemensamt nät, och de andra noderna sänder ut det (figur 4). Tre system är vanliga för analog röst:

• EchoLink förmedlar tal över internet mellan radioamatörer. Användarna kontrolleras mot sin anropssignal innan de får ansluta. Du kan använda en dator eller telefon utan radio, eller koppla en repeater eller en simplexnod till nätet.
• AllStarLink bygger på en öppen telefonväxel och binder samman noder i ett eget nät.
• SvxLink är öppen programvara för att styra en repeater och ansluta den till bland annat EchoLink.

Samma tanke finns i de digitala systemen, där talgrupper, reflektorer och rum motsvarar de analoga näten (se nedan). Hotspots (små personliga stationer) gör att du kan ansluta från din egen radio.

Anslutningen över internet ändrar inte reglerna. Den som sänder via ett länkat nät är fortfarande ansvarig för sin sändning och ska vara behörig radioamatör, och att internationell amatörtrafik inte får kodas för att dölja innehållet gäller även då (Vad är amatörradio?). Nät som kopplar ihop repeatrar är dessutom en resurs vid beredskap, se Amatörradio i beredskap.

Digital röst#

I ett digitalt röstsystem görs talet om till bitar i radion med en vokoder (eng. vocoder, av voice coder), som beskriver talet med några få tusen bitar per sekund i stället för att skicka själva ljudvågen. Bitarna får felrättande kod och modulerar bärvågen med en digital modulation. Grunderna beskrivs i Digitalisering och ljudkodning och Digital modulation. Analog FM försämras gradvis när signalen blir svagare, med ökande brus; digital röst är ren så länge felrättningen klarar felen och bryts sedan upp i hack och tystnad. Man brukar kalla det en klippkant. Röstkvaliteten kan låta syntetisk, eftersom vokodern bara beskriver talet.

De tre vanligaste systemen bland radioamatörer är DMR, D-STAR och System Fusion (C4FM). Alla tre använder versioner av AMBE-vokodern från företaget DVSI, som är proprietär, och de är inte kompatibla med varandra: en DMR-radio kan inte prata direkt med en D-STAR-repeater⁵. Tabell 2 och figur 5 jämför dem med analog FM.

Tabell 2. Jämförelse av analog FM och tre digitala röstsystem.⁵

DMR: tidsluckor, talgrupper och färgkod#

DMR (eng. digital mobile radio) är en öppen standard från ETSI (serien TS 102 361) som ursprungligen togs fram för yrkesmässig landmobil radio. Amatörer använder den på VHF och UHF. Det som skiljer DMR från de andra är TDMA: en 12,5 kHz-kanal delas i två tidsluckor som turas om (figur 6), och varje lucka bär ett eget samtal. En repeater kan alltså ha två samtal samtidigt på samma frekvens (Multipel access och duplex). En handapparat använder bara en lucka åt gången: den sänder i sin lucka och lyssnar i samma lucka på repeaterns utgång. Luckan måste därför vara rätt inställd i handapparaten.

I ett DMR-nät hör man till en talgrupp (eng. talkgroup), en logisk grupp med ett nummer. Repeatern släpper bara igenom trafik i de talgrupper den är inställd på, och du väljer talgrupp i handapparaten. Ett världsomfattande nät är BrandMeister, där talgrupp 91 är ett exempel på en talgrupp som är öppen dygnet runt⁵. Radion har också en färgkod (0–15) som fungerar som subtonen i analog trafik: repeatern öppnar bara för signaler med rätt färgkod, vilket skiljer repeatrar på samma frekvens åt. Varje användare har ett personligt DMR-ID som man registrerar hos RadioID.net⁵. All inställning av kanaler, talgrupper och färgkoder ligger i en kanallista (eng. codeplug) som du skriver till radion med ett datorprogram. Ordningen på kanalerna är din egen.

D-STAR och System Fusion#

D-STAR utvecklades i Japan av JARL (amatörradioförbundet) med Icom som första tillverkare. Det använder GMSK-modulation i 6,25 kHz och sänder, förutom tal, en dataström där varje överföring innehåller avsändarens anropssignal, så att identifieringen ligger inbyggd i protokollet. Man ansluter repeatrar till reflektorer, som är centrala servrar, och systemet använder anropssignalen för att styra trafik till rätt plats (eng. callsign routing)⁵.

System Fusion från Yaesu använder C4FM, en fyrnivåvariant av FM med 12,5 kHz kanalbredd, och kan växla mellan digital och analog trafik. Trafiken kopplas samman i rum (eng. rooms) via systemet WIRES-X, som kan förbindas med andra nät⁵.

M17 och öppna alternativ#

DMR, D-STAR och System Fusion bygger på en vokoder som är proprietär. Därför har ett öppet projekt, M17, tagit fram ett protokoll där både specifikationen och talkodeken (Codec2) är fritt dokumenterade. Det är yngre och mindre utbrett än de tre ovan, så ta reda på vad som finns i ditt område innan du köper utrustning.

Hotspots#

En hotspot är en liten personlig station med mycket låg effekt, några få milliwatt, som ansluter din digitala handapparat till internet-nätet hemifrån⁵. Den fungerar som en minimal repeater i rummet: du sänder till hotspoten på en simplexfrekvens, och den vidarebefordrar trafiken över internet. Många fungerar med flera system (DMR, D-STAR och C4FM). Eftersom en hotspot sänder automatiskt när din radio sänder bör du kontrollera med SSA eller PTS hur den bedöms, särskilt med instegscertifikat, som inte omfattar automatiska stationer.

Digital röst är inte samma sak som digitala datatrafiksätt som FT8 och APRS. De beskrivs i Digitala trafiksätt: FT8, RTTY, PSK och mer. Repeatrar och simplexkanaler används även för kontakter via satelliter, se Amatörsatelliter, ISS och EME.

Kontrollfrågor#