NXDN

Сотрудничество компаний Icom и Kenwood началось в 2003 году. Протокол NXDN был анонсирован в 2005 году, а первые совместимые с NXDN продукты появились в 2006 году^[5].

Общий эфирный интерфейс (CAI) стандарта NXDN был принят на заседании Группы 5 Международного союза электросвязи (МСЭ-R) в ноябре 2016 года и в отчёте М.2014-3, опубликованном в феврале 2017 года, как международная система цифровой подвижной радиосвязи.

Протокол NXDN и соответствующее оборудование предназначены для коммерческих частных систем подвижной радиосвязи (PLMR)^[6] и для систем связи служб общественной безопасности. Технология удовлетворяет требованиям Федеральной комиссии по связи США (FCC), в соответствии с которыми все системы связи, подпадающие под действие раздела 90, должны использовать узкополосную технологию с 1 января 2013 года. Регламент раздела 90 предусматривает ширину полосы 12,5 кГц, однако FCC настоятельно рекомендует лицензиатам сразу переходить на технологию с шириной полосы 6,25 кГц, минуя промежуточный этап 12,5 кГц, и обещает в кратчайшие сроки утвердить план перехода к 6,25 кГц^[7].

NXDN использует технологию множественного доступа с разделением по частоте (FDMA), при которой одновременные потоки связи передаются на разных частотах. В системах с разделением по времени (TDMA) потоки объединяются в общий сигнал, где данные передаются в чередующихся временных слотах. В системах CDMA несколько пользователей совместно используют частотный ресурс с помощью технологий широкополосных сигналов.

Базовый канал NXDN цифровой и может иметь ширину 12,5 кГц или 6,25 кГц. Двойные 6,25-кГц каналы могут быть размещены внутри одного 12,5-кГц канала, что удваивает спектральную эффективность по сравнению с аналоговой ЧМ на той же полосе. Архитектура NXDN позволяет в пределах одного 12,5-кГц канала реализовать конфигурации голос/голос, голос/данные или данные/данные. По состоянию на 2012 год такая функция реализуется только на ретрансляторах и недоступна на простых (simplex или talkaround) частотах в коммерческом оборудовании.

Системы, использующие NXDN, поддерживают одновременную работу аналогового и цифрового оборудования, включая прямую связь между радиостанциями. Это даёт возможность поэтапно переходить к цифровой связи без полной замены инфраструктуры. Оборудование NXDN одобрено FCC для работы в диапазонах VHF (137—174 МГц) и UHF (406—512 МГц).

Передача данных осуществляется с помощью 4-уровневой ЧМ (FSK). Цифровое аудио кодируется с помощью вокодера AMBE+2 (кодек)^[8]. Эта комбинация обеспечивает лучшее качество передачи речи при слабом сигнале по сравнению с аналоговой ЧМ. При той же мощности передатчика система NXDN обеспечивает большую дальность и лучшие параметры многолучёвости в типовой радиосреде, в частности при пороге 12 дБ SINAD. Скорость передачи данных — 4800 бит/с.

Следующие обозначения типов излучения FCC применяются к передачам по стандарту NXDN:^[9]

• 8K30F1E — 12,5 кГц, цифровой голос
• 8K30F1D — 12,5 кГц, цифровые данные
• 8K30F1W — 12,5 кГц, цифровые голос и данные
• 4K00F1E — 6,25 кГц, цифровой голос
• 4K00F1D — 6,25 кГц, цифровые данные
• 4K00F1W — 6,25 кГц, цифровые голос и данные
• 4K00F2D — 6,25 кГц, аналоговый CW ID

Протокол NXDN поддерживает следующие функции; их реализация и пользовательский интерфейс зависят от производителя:

• Шифрование:
  • «Шифрование с перемешиванием» (scramble): применяет побитовую операцию XOR к потоку аудио или данных с псевдослучайной битовой последовательностью, получаемой на основе ЛРС с порождающим многочленом ${\displaystyle x^{15}+x+1}$, что даёт период 32 767 бит и столько же возможных ключей, кроме полностью нулевого^[10]. Защиты такая система не даёт — существуют программы для моментального подбора ключа^[11].
  • DES-шифрование: блочный шифр с длиной блока 64 бита и ключом 56 бит с режимом OFB, ключ выражается в 64 битах с контрольными разрядами^[10]. Эта защита против тривиальных атак, но уязвима для крупных организаций^[12].
  • AES-шифрование: блочный шифр с длиной блока 128 бит и 256-битным ключом в режиме OFB^[10]. Обеспечивает полноценную криптографическую защиту.
• Пейджинг и отчёт о статусе: между радиостанциями и диспетчерской
• Псевдонимы пользователей: до 65 535 групповых и персональных ID
• Определение падения и экстренный вызов (man-down)
• Удалённое управление радиостанциями: stun/kill/revive и мониторинг
• Программирование через эфирную передачу (over-the-air programming)
• Передача псевдонимов «по воздуху»
• Интерфейсы к стороннему ПО: пейджинг, GPS-локация, служебные (такси) терминалы, навигация в помещениях

Во всех системах с сжатием с потерями для уменьшения битрейта жертвуют точностью передачи речи, что приводит к артефактам и ограничениям частотной характеристики. Энкодеры и иные схемы, оптимизированные для речи, обычно мало пригодны для передачи музыки или частотно-модулированных данных; использование неподходящего кодека вызывает искажения и артефакты в звуке.

Качество воспроизведения аудио в системах связи IDAS и NEXEDGE зависит от работы вокодера AMBE+2, используемого в NXDN. Семейство вокодеров AMBE было подвергнуто сравнительным испытаниям и признано достаточным для основной задачи — мобильной и авиационной радиосвязи. Вокодер AMBE+2 также выбран для радиосемейства Motorola MOTOTRBO, стандартов DMR и P25. Следующие отчёты приводят описание лабораторных оценок качества различных вокодеров:^[13][14][15]

Компромиссы в качестве звука неизбежны при использовании любого кодово-книжного речевого кодера, особенно в условиях высокого уровня шума. Алгоритмы постепенно совершенствуются, что отражается на характеристиках даже при сохранении базовой схемы. В США лаборатория коммуникаций Министерства торговли регулярно публикует доклады о развитии этой области; хотя они касаются Project 25, выводы применимы и к другим системам с подобными кодерами^[16].

Форум NXDN был создан с целью продвижения протокола NXDN в Северной и Южной Америке. Его участники:^[17]

• CML Microcircuits
• Freedom Communication Technology
• Hytera Communications
• Icom Incorporated
• InterTalk Critical Information Systems
• Kenwood Corporation
• Ritron, Inc.
• Trident Micro Systems (поглощена компанией Motorola Solutions в декабре 2014)
• Remota Tecnologia em Comunicação