NXDN

NXDN اختصار لـ Next Generation Digital Narrowband ، وهو معيار مفتوح لأنظمة الراديو المتنقلة الأرضية العامة ؛ أي أنظمة أجهزة الإرسال والاستقبال ثنائية الاتجاه للاتصال الصوتي المباشر بين الأفراد. طُوّر هذا النظام بالاشتراك بين شركتي Icom Incorporated و Kenwood Corporation كنظام رقمي متطور يستخدم تعديل FSK ويدعم الإرسال المشفر للبيانات والصوت. وكغيره من أنظمة الاتصالات المتنقلة الأرضية، يستخدم نظام NXDN نطاقي التردد VHF و UHF . كما يُستخدم أيضاً كنمط متخصص في هواية الراديو .

تُطبّق شركة Icom تقنية NXDN في نظام IDAS الخاص بها ^{[ 1 ]} ، بينما تُطبّقها شركة Kenwood تحت اسم NEXEDGE؛ ^{[ 2 ]} وتُقدّم كلٌّ من Kenwood وIcom الآن أجهزةً ثنائية المعيار تدعم معيار dPMR الأوروبي . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

بدأت شركتا Icom و Kenwood تعاونهما في عام 2003. تم الإعلان عن بروتوكول NXDN في عام 2005، وظهرت المنتجات المتوافقة مع NXDN لأول مرة في عام 2006. ^{[ 5 ]}

تم قبول واجهة الهواء المشتركة NXDN (CAI) في اجتماع مجموعة الدراسة 5 (SG5) لقطاع الاتصالات الراديوية التابع للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-R) الذي عقد في نوفمبر 2016 وفي التقرير M.2014-3 الذي نُشر في فبراير 2017 كنظام رقمي دولي متنقل أرضي .

يُستخدم بروتوكول NXDN ومنتجات الاتصالات التي يعتمد عليها في أنظمة الاتصالات اللاسلكية المتنقلة الأرضية الخاصة (PLMR) التجارية ^{[ 6 ]} وأنظمة اتصالات السلامة العامة. وتلبي هذه التقنية متطلبات لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) التي تلزم جميع أنظمة الاتصالات الخاضعة للوائح الجزء 90 باستخدام تقنية النطاق الضيق بحلول 1 يناير 2013. وتحدد لوائح الجزء 90 عرض نطاق ترددي يبلغ 12.5  كيلوهرتز، إلا أن لجنة الاتصالات الفيدرالية "تحثّ بشدة المرخص لهم على النظر في الانتقال مباشرةً إلى تقنية 6.25 كيلوهرتز بدلاً من اعتماد تقنية 12.5 كيلوهرتز أولاً ثم الانتقال لاحقاً إلى تقنية 6.25 كيلوهرتز". وستقوم لجنة الاتصالات الفيدرالية "بوضع جدول زمني سريع للانتقال إلى تقنية النطاق الضيق 6.25 كيلوهرتز". ^{[ 7 ]}

تستخدم شبكة NXDN تقنية الوصول المتعدد بتقسيم التردد (FDMA) حيث يتم فصل تدفقات الاتصال المختلفة حسب التردد وتشغيلها بالتزامن. أما أنظمة الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) فتجمع تدفقات الاتصال في تدفق واحد، حيث تُنقل المعلومات من التدفقات المختلفة في فترات زمنية متداخلة أو "فتحات". بينما تتيح أنظمة الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة (CDMA) للعديد من المستخدمين مشاركة نطاق ترددي مشترك باستخدام تقنيات الطيف المنتشر .

قناة NXDN الأساسية رقمية، ويمكن أن يكون عرضها إما 12.5  كيلوهرتز أو 6.25  كيلوهرتز.  يمكن تهيئة أنظمة القنوات المزدوجة بعرض 6.25 كيلوهرتز لتناسب  قناة بعرض 12.5 كيلوهرتز. هذا يُضاعف فعليًا كفاءة استخدام الطيف مقارنةً بنظام FM تناظري يشغل  قناة بعرض 12.5 كيلوهرتز. تسمح بنية NXDN بتخصيص قناتين NXDN، ضمن  قناة بعرض 12.5 كيلوهرتز على سبيل المثال، لنقل الصوت/الصوت، أو الصوت/البيانات، أو البيانات/البيانات. اعتبارًا من عام 2012، لا يمكن تطبيق هذه الإمكانية في الأجهزة المتوفرة تجاريًا على ترددات الاتصال المباشر أو ترددات "التحدث المتبادل"، وإنما فقط من خلال أجهزة إعادة الإرسال.

تدعم الأنظمة التي تستخدم تقنية NXDN أيضًا أجهزة NXDN التناظرية والرقمية المختلطة، بما في ذلك الاتصالات اللاسلكية المباشرة. يتيح ذلك لمالكي الأنظمة الانتقال إلى نظام رقمي ضيق النطاق دون الحاجة إلى استبدال النظام بأكمله دفعة واحدة. وقد حصلت أجهزة NXDN حاليًا على موافقة لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) للاستخدام على نطاقي VHF (137-174  ميجاهرتز) و UHF (406-512 ميجاهرتز). 

تُرسل البيانات باستخدام تعديل إزاحة التردد رباعي المستويات (FSK). يستخدم نظام NXDN مُشفّر الصوت AMBE+2 ( برنامج الترميز ) للصوت الرقمي. ^{[ 8 ]} يوفر هذا المزيج جودة صوت أفضل في حالة الإشارات الضعيفة مقارنةً بتقنية FM التناظرية. عند استخدام قدرة إرسال مكافئة، يتميز نظام NXDN بنطاق أوسع وخصائص مسار متعدد أفضل قليلاً من تقنية FM التناظرية في بيئات الترددات اللاسلكية النموذجية، وتحديدًا عند عتبة نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتشويه (SINAD)  البالغة 12 ديسيبل . يبلغ معدل نقل البيانات 4800 بت/ثانية.

تنطبق مُعرّفات انبعاثات لجنة الاتصالات الفيدرالية التالية على عمليات الإرسال NXDN: ^{[ 9 ]}

• 8K30F1E 12.5  كيلو هرتز صوت رقمي أحادي القناة
• 8K30F1D  بيانات رقمية أحادية القناة بتردد 12.5 كيلو هرتز
• 8K30F1W 12.5  كيلو هرتز قناة واحدة صوت وبيانات رقمية
• 4K00F1E 6.25  كيلو هرتز صوت رقمي أحادي القناة
• 4K00F1D 6.25  كيلو هرتز بيانات رقمية أحادية القناة
• 4K00F1W 6.25  كيلو هرتز قناة واحدة صوت وبيانات رقمية
• 4K00F2D 6.25  كيلو هرتز قناة واحدة تناظرية CW ID

يوفر بروتوكول NXDN الدعم للوظائف التالية. قد يختلف تنفيذ هذه الوظائف وواجهات المستخدم التي يتم من خلالها الوصول إليها واستخدامها باختلاف الشركة المصنعة.

• التشفير :
  • "تشفير التشويش": سلسلة ثنائية شبه عشوائية يتم إنشاؤها عن طريق دمج عملية XOR على مستوى البت على دفق الصوت أو البيانات مع مسجل إزاحة ذي تغذية راجعة خطية مع متعدد حدود للتغذية الراجعة .${\displaystyle x^{15}+x+1}$، والتي تتميز بفترة تكرار تبلغ 32767 بت، مما ينتج عنه 32767 مفتاح تشفير محتمل باستثناء مفتاح الصفر. ^{[ 10 ]} لا يوفر هذا المستوى من التشفير أي حماية على الإطلاق، وهناك برامج تتيح لك العثور على المفتاح فورًا. ^{[ 11 ]}
  • تشفير DES : خوارزمية تشفير كتلية 64 بت تعمل في وضع OFB باستخدام مفتاح 56 بت مُعبَّر عنه بـ 64 بت مع بتات التكافؤ. ^{[ 10 ]} يساعد هذا المستوى من التشفير في الحماية من الهجمات العادية، ولكنه لا يحمي الشركات. ^{[ 12 ]}
  • تشفير AES : خوارزمية تشفير كتلية 128 بت تعمل في وضع OFB باستخدام مفتاح 256 بت. ^{[ 10 ]} يوفر هذا المستوى الأخير من التشفير أمانًا كاملاً.
• نظام النداء والإبلاغ عن الحالة: من جهاز لاسلكي إلى آخر ومن مركز العمليات إلى جهاز لاسلكي آخر
• أسماء المستخدمين المستعارة: 65,535 معرف مجموعة ومعرف مستخدم مختلف
• بلاغ سقوط رجل وبلاغ طوارئ
• وظائف إدارة الراديو عن بُعد: الصعق/القتل/الإنعاش والمراقبة
• البرامج التي تبث عبر الهواء
• الاسم المستعار عبر الأثير
• واجهة لتطبيقات خارجية لـ: الاتصال اللاسلكي، وتحديد الموقع عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ومحطات بيانات سيارات الأجرة، والتتبع داخل المباني

في جميع تقنيات الضغط مع فقدان البيانات ، تُضحّى بجودة إعادة إنتاج الصوت مقابل تقليل معدل نقل البيانات الخام. يؤدي هذا إلى تشوهات واختلالات في استجابة التردد في الكلام المُعاد إنتاجه. غالبًا ما تكون برامج التشفير وتقنيات الضغط الأخرى المُحسّنة للكلام غير مناسبة للصوتيات الأخرى، مثل الموسيقى أو البيانات المُشفرة بتقنية إزاحة التردد . عادةً ما يؤدي استخدام برنامج تشفير غير مناسب إلى تشوهات واختلالات في الصوت المُعاد إنتاجه.

تعتمد جودة إعادة إنتاج الصوت في أنظمة الاتصالات IDAS وNEXEDGE على أداء مُشفِّر الصوت AMBE+2 المستخدم في NXDN. خضعت عائلة مُشفِّرات الصوت AMBE لاختبارات مقارنة، وثبتت كفاءتها للاستخدامات المقصودة، لا سيما في أجهزة الراديو المحمولة والطيران. كما تم اختيار مُشفِّر الصوت AMBE+2 للاستخدام في عائلة أجهزة راديو Motorola MOTOTRBO، بالإضافة إلى أنظمة DMR ، ونظام الراديو المحمول Project 25 (P25). تتناول التقارير والأوراق البحثية التالية وصفًا لتقييمات بيئة المختبر لـ AMBE+2 ومُشفِّرات صوت أخرى. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

تُعدّ التنازلات في جودة الصوت أمرًا لا مفر منه عند استخدام أي مُشفّر كلام يعتمد على دفتر رموز ، لا سيما في ظروف الضوضاء الخلفية العالية. ويجري إدخال تحسينات تدريجية على الخوارزميات، مما قد يؤدي إلى اختلافات في الأداء حتى مع بقاء الطريقة الأساسية دون تغيير. في الولايات المتحدة، يُقدّم مختبر أبحاث اتصالات السلامة العامة التابع لوزارة التجارة تقارير دورية عن التقدم المُحرز في هذا المجال. وبينما يتعلق عملهم تحديدًا بأجهزة راديو المشروع 25، إلا أنه قابل للتطبيق مباشرةً على أي نظام يستخدم مُشفّرات إثارة متعددة النطاقات مماثلة. ^{[ 16 ]}

تم تأسيس منتدى NXDN بهدف الترويج لبروتوكول NXDN في أمريكا الشمالية والجنوبية. أعضاء المنتدى هم: ^{[ 17 ]}

• الدوائر الدقيقة CML
• تكنولوجيا الاتصالات الحرة
• شركة هايتيرا للاتصالات
• شركة آيكوم
• أنظمة المعلومات الحرجة من Intertalk
• شركة كينوود
• شركة ريترون
• شركة ترايدنت مايكرو سيستمز التي اشترتها شركة موتورولا سوليوشنز في ديسمبر 2014.
• تكنولوجيا التحكم عن بعد في الاتصالات

• راديو رقمي متنقل خاص
• راديو رقمي متنقل
• الراديو الأرضي ذو الترددات المتعددة

• مقارنة بين أنظمة FDMA و TDMA
• معيار NDXN