De bovenregionale repeaters PI3UTR en PI2NOS maken gebruik van zogenoemde co-channel zenders op meerdere lokaties en een reeks van Diversity ontvangers door Nederland. We nemen een kijkje in de keuken waarbij PI2NOS als voorbeeld gebruikt wordt. De technologie bij PI3UTR is identiek:

Zendertechniek
PI2NOS gebruikt zenders die Co-channel worden ingezet. Dit betekent dat alle gebruikte zenders exact identiek zijn, gelijke modulatie kennen en binnen enkele microseconden in audio gelijk zijn. Tevens is de zendfrequentie exact ‘zero beat’ tussen de zenders onderling. Het gebruik van grote en hoog opgestelde zenders impliceert dat er ook relatief grote gebieden zijn waar twee (of meer) zenders tegelijk ontvangen worden. Dit noemen we een overlappingsgebied. Niet alle zenders zijn even sterk, daardoor wordt de timing van iedere zender geregeld zodat het audio in het midden van zo’n overlappingsgebied exact gelijk aankomt, maar dit hoeft dus niet precies midden tussen twee zenders te zijn. Hierdoor is de onderlinge invloed van meerdere zenders op elkaar minimaal.

Om exacte gelijkheid mogelijk te maken worden onze systemen gedisciplineerd aan GPSDO’s. Dit zijn tijd- en frequentie referenties die beschikken over een GPS ontvanger en een nauwkeurige, oven gestabiliseerde oscillator (OCXO). Uit deze GPSDO komt een 10MHz referentiesignaal waarmee de zender wordt gesynchroniseerd zodat iedere zender exact dezelfde uitzendfrequentie uitstraalt. Daarnaast komt uit de GPSDO een 1PPS, of anders gezegd een 1 “puls per seconde” signaal. Deze puls wordt samen met NTP (Network Time Protocol) gebruikt om het audio van alle zenders te synchroniseren.

De zenders worden in tijd aan elkaar gesynchroniseerd middels co-channel software die in eigen beheer is ontwikkeld door Rob, PE1CHL. In onze centrale PI2NOS server te Hilversum worden het uit te zenden signaal in digitale geluidspakketjes opgedeeld waarbij ieder pakketje wordt voorzien van een tijdstempel. Deze zogenoemde ’timestamp’ is altijd enkele honderden milliseconden verder in de tijd zodat het pakketje voldoende tijd heeft om via TCP/IP getransporteerd te worden naar alle gebruikte zenders. Op het moment dat het pakketje is ‘aangekomen’ in de servers die bij de zenders horen blijft het pakketje in een databuffer bewaard totdat het exacte tijdstip waarmee het pakketje is gemarkeerd is aangebroken, dan gaat het ‘de lucht’ in. Verder zorgt de co-channel software er nog voor dat de “buffer” tijd zo kort mogelijk gehouden wordt, immers, het is onaangenaam wanneer er een groot tijdsverschil ontstaat tussen het ontvangen van de verschillende signalen en het heruitzenden ervan. In dit dynamische regelsysteem wordt de tijd gemeten tussen alle opstelpunten van de zenders en de centrale server. De tijdvertraging (latency) wordt hiermee variabel geregeld naar gelang de verbinding sneller of minder snel is.

PI2NOS maakt gebruik van professionele UHF base-stations; dit zijn MX800 repeaters van het Australische bedrijf Spectra Engineering. De repeaters zijn uiterst robuust en betrouwbaar en garanderen onbelemmerd gebruik gedurende 24 uur per dag. De base-stations zijn in eigen beheer voorzien van de externe 10MHz tijdbasis ingang zodat ze geschikt zijn geworden voor co-channel toepassingen. Daarnaast zijn de base-stations ook voorzien van de benodigde speciale interfaces die gebruik met onze servers mogelijk maken.

Samen met de base-stations wordt voorzien in servers voor iedere lokatie zodat het dynamische co-channel regelsysteem alle data voor de zenders en van de ontvangers netjes kan afhandelen. De voor PI2NOS in gebruik zijnde servers zijn van Dell en voor deze toepassing worden verschillende modellen gebruikt, zoals een Poweredge 2970, Poweredge R210, etc.

Ontvangertechniek

Zonder ontvangers geen repeatersysteem! Daarom is bij PI2NOS uitgebreid gewerkt aan een uitgebreid ontvangernetwerk. In tegenstelling tot verschillende andere systemen werkt PI2NOS met slechts enkele grote (paraplu) zenders maar daarentegen met een aanzienlijk aantal ontvangers. In theorie kunnen dit er nooit genoeg zijn, immers, beter ontvangen worden door twee of meer ontvangers dan helemaal niet of maar nét aan.

De ontvangers van PI2NOS werken in een diversity systeem. Diversity wil zeggen dat van een reeks ontvangers voortdurend informatie wordt verzameld in de centrale server in Hilversum die bestaat uit het ontvangen audiosignaal én uit de signaalkwaliteit. De signaalkwaliteit wordt bij PI2NOS uitgedrukt in “signaal-ruis verhouding“, ook wel S/N Ratio genoemd. Deze S/N ratio is iets anders dan signaalsterkte. Het kan namelijk best zo zijn dat een signaal heel sterk binnenkomt, maar misschien toch door externe faktoren een mindere kwaliteit heeft. Het is daarom gebruikelijk om diversity systemen te laten kiezen op basis van S/N ratio. Bij PI2NOS wordt dit getal uitgedrukt tussen 0 en 100%.

Alle ontvangers staan in verbinding met de centrale server. Iedere ontvanger beschikt over een squelch regeling die ook alweer in software is uitgevoerd. In de server zorgt een geavanceerde software dat voortdurend een vergelijking wordt getrokken tussen alle ontvangers waarvan de squelch geopend is. Het mechanisme waarmee de meest geschikte ontvanger wordt geselecteerd voor doorgifte naar de zenders heet “voting”. De gebruikte voter in het PI2NOS systeem neemt iedere 100 milliseconde een kwaliteits sample van alle binnengekomen S/N waardes en schakelt voorts de betreffende ontvanger door naar de zender. Gedurende een korte ontvangstperiode kan het dus gemakkelijk gebeuren dat het doorgegeven ontvangstsignaal van verschillende ontvangers afkomstig is.

PI2NOS gebruikt per definitie high-performance ontvangers. Dit is nodig omdat de gebruikte opstelpunten uitsluitend op hoge lokaties zijn te vinden waar doorgaans excessief veel RF signalen ontvangen worden. Meestal is de ontvanger gecombineerd met een cacvity bandpass filter of duplexer in het geval dat ook gezonden wordt.

Op verschillende lokaties is uitsluitend een ontvanger opgesteld, vaak in combinatie met onze andere bovenregionale repeater PI3UTR, want dat is handig en daar houden we van. Voor doorgifte van de ontvangen signalen maken we gebruik van compacte single-board computers, de bekende Cubieboard 2.

Repeater software

PI2NOS draait op alle lokaties onder GNU/Linux – Debian 7 (Wheezy). De primaire controlling software voor het repeatersystem is ontwikkeld door Tobias Blomberg, SM0SVX en is derhalve genoemd Svxlink. De Svxlink software is een krachtige omgeving die enerzijds een uitermate flexibele repeaterbesturing toestaat en tegelijk ruimschoots gelegenheid biedt tot het uitbouwen van functionaliteit naar behoefte. Voor onze bovenregionale repeaters zijn dan ook verschillende functies toegevoegd, zoals bijvoorbeeld DX meldingen, een eventstream voor externe live weergave (de bekende kaart en staafdiagrammen), audio streaming etc.