Digital walkie-talkie: tramonto dell'analogico anche nel campo delle comunicazioni professionali?

Un recente post dell'enciclopedia pratica radiantistica vivente, alias IX1CKN, l'amico Christian, insieme ad alcuni comunicati degli analisti della  IMS Research (Gruppo IHS), una società di ricerche di mercato con una lunga esperienza in materia di Professional (o Private) Mobile Radio, mi hanno indotto a riprendere in mano un argomento, quello dei walkie-talkie, che anch'io seguo da parecchi anni come giornalista. Oggi tutto il settore delle ricetrasmittenti portatili è molto ricco di soluzioni digitali, che oltre a essere rivolte ai tradizionali consumatori di queste tecnologie (dalle forze di polizia alle squadre di pronto intervento e manutenzione) interessano in misura crescente i radioamatori e gli hobbysti della radio. Come dimostrano le prime comparazioni effettuate, si tratta di alternative molto interessanti, anche se non sempre all'altezza dell'analogico quanto a capacità di copertura e adattabilità alle situazioni propagative più difficili. I vantaggi delle tecnologie numeriche sul versante della ricchezza funzionale, della affidabilità complessiva e della riservatezza delle comunicazioni (basti pensare alla possibilità di introdurre algoritmi di cifratura a ulteriore salvaguardia dei flussi vocali digitali) possono però essere critici per gli utilizzatori naturali di questo tipo di apparati e di conseguenza anche nelle comunità hobbystiche c'è in questo momento una grande voglia di sperimentare queste modalità nuove.

Dal mio punto di vista il Professional Mobile radio ha subito cambiamenti davvero radicali, lasciando però l'Italia in una situazione (tanto per cambiare) di relativa arretratezza. Parecchio tempo fa, quando la telefonia cellulare digitale GSM era ancora un mercato tutto da scoprire, collaboravo con una piccola rivista di telefonia che mi aveva incaricato di indagare sulle prospettive di mercato delle radiocomunicazioni professionali in Italia, un settore allora ampiamente dominato dalla modulazione analogica in FM a banda stretta. Ora siamo abituati a considerare il cellulare, il Voice over Internet, la messaggistica su IP come fatti scontati, ma come allora esistono molti ambiti professionali e intere aree molto critiche della sicurezza e della sanità che hanno bisogno di comunicare in modo ancora più istantaneo, flessibile, protetto. Le comunicazioni radio "a due-vie", altrimenti dette Professional Mobile Radio, sono nate per offrire queste possibilità attraverso funzioni come il push-to-talk, le chiamate riservate e di gruppo e altre caratteristiche che non troveremmo in un normale telefonino. In generale una soluzione PMR è più semplice anche sul piano infrastrutturale, perché in linea di principio è possibile comunicare direttamente tra due walkie-talkie o interponendo tra due ricetrasmittenti lontane tra loro uno o più ripetitori in grado di fare da staffetta per i segnali. Inoltre, anche per le applicazioni PMR sono disponibili tecnologie di "trunking" di tipo telefonico: con il trunking è possibile risparmiare in costi e complessità mettendo a disposizione di estesi bacini di utenza PMR un numero limitato di canali di comunicazione, grazie un sistema di controllo che a richiesta assegna le risorse disponibili solo a chi deve comunicare in un dato istante. Il mio lavoro di giornalista mi aveva portato a interessarmi di operatori di infrastrutture PMR condivise pronti a entrare nel mercato italiano, dove dominavano le architetture di ponti radio professionali di tipo convenzionale. 

L'attesa evoluzione del settore in Italia (che pure nel dopoguerra era stata un pioniere tecnologico)  non si è verificata compiutamente. Le infrastrutture degli operatori indipendenti non si sono mai concretizzate e anche utenze particolarmente motivate, come le forze dell'ordine, non hanno assistito alla maturazione tecnologica che ha caratterizzato questa industria nel resto del mondo. Basta vedere l'esempio delle infrastrutture a standard digitale europeo TETRA, tipicamente rivolte alle forze di sicurezza e pronto intervento e molto più diffuse fuori dai nostri confini. Con l'avvento della telefonia digitale "europea" dello standard GSM, anche il mondo professionale si adeguò e TETRA era stato sviluppato dallo stesso ETSI proprio per trapiantare le prerogative delle comunicazioni a due-vie nel contesto del digitale. Nel corso degli anni successivi è stato un susseguirsi di nuove evoluzioni e sistemi per le comunicazioni digitali, sia in ambito professionale, sia in campo radioamatoriale. In questo secondo segmento si inizialmente affermati progetti che miravano a integrare il computer e le connessioni Internet nelle normali comunicazioni, dirette o mediate ripetitori, in modo da poter estendere senza complicate infrastrutture la normale copertura radio. Verso l'inizio del terzo millennio nascono sistemi come Echolink, eQSO, ILink, IRLP. Poi sono venuti i tentativi di superare le modulazioni analogiche per la voce (oltre che per i dati) con sistemi oggi molto diffusi come il giapponese D-Star e le sue evoluzioni open come OpenDV, Open Dstar e DVRPTR per le VHF/UHF o FreeDV per le frequenze HF.

Nello stesso periodo in campo professionale la radio a due-vie digitale è diventata, secondo IMS, un business molto serio. Uno degli standard più interessanti, il DMR, o Digital Mobile Radio, ha già superato la base installata di 2 milioni di utenti e supererà quest'anno i 3 milioni per arrivare nel 2017 a oltre 7 milioni di utenti attivi. Il mercato dei servizi infrastrutturali e di integrazione, cioè quello delle vere e proprie reti a supporto di comunicazioni a due-vie DMR, vale già quasi 3 miliardi di dollari e stiamo parlando solo della parte "licensed" cioè delle frequenze allocate a servizi professionali o alle infrastrutture condivise gestite da operatori attraverso modelli equivalenti alle reti telefoniche cellulari.  IMS per le sue stime ha preso in considerazione l'intero panorama delle tecnologie PMR oggi utilizzabili per realizzare infrastrutture trunked: modulazioni analogiche, TETRA, TETRAPOL (una variante proprietaria del precedente), P25 (la versione americana), l'insieme dei nuovi sistemi digitali DMR/pDMR/NXDN e il PDT, una evoluzione digitale del sistema trunked analogico inglese MPT sviluppata per la polizia cinese. Ecco una tabella di sistemi a confronto che ho aggiornato da un originale elaborato da KB1IPD, Stephen Packard.

Il DMR è anch'esso uno standard aperto definito dall'ETSI come una specie di TETRA "light". Utilizza canali a spaziatura pari a 12,5 kHz (contro i 25 kHz del TETRA) e l'accesso alle risorse radio avviene in modalità TDMA/FDMA. Un sistema alternativo, sempre definito a livello ETSI ma con canalizzazione a 6,25 kHz e in modalità di accesso FDMA(frequency division multiple access, più economico e flessibile) è il dPMR. Molto simile a questo è il sistema NXDN, uno sviluppo congiunto tra Kenwood, Icom e JVC, basato su FDMA e in grado di supportare canalizzazioni a 12,5 e 6,25 kHz. NXDN e dPMR non sono direttamente interoperabili, ma l'NXDN Forum e il dPMR MoU collaborano da qualche anno e grazie alle loro similitudini i costruttori di terminali possono offrire dispositivi dual-standard. All'interno del mondo dPMR, tra le oltre dieci aziende che partecipano al dPMR MoU, i test di interoperabilità tra apparati di marche diverse sono abbastanza avanzati, anche se in generale in questo settore non ci si può aspettare l'altissimo livello di compatibilità tipico del 3G telefonico. Se si desidera acquistare dei ricetrasmettitori dPMR - che oggi cominciano a essere disponibili anche per la banda commerciale PMR446 "license free" utilizzata da escursionisti e privati - è sempre opportuno quindi effettuare delle prove di comunicazione tra apparati di marca diversa. La norma definisce l'uso del codec per voce digitale ("vocoder") AMBE+2 di DVSI e il RALCWI di CLM Microcircuits e SpiritDSP, ma è ipotizzabile che i costruttori del Far East per mantenere bassi i prezzi ricorrano al "reverse engineering" per mettere a punto codifiche non perfettamente compatibili.  In Italia, inoltre, potrebbero esserci questioni con l'uso "senza-licenza" di apparati dPMR446, perché le frequenze utilizzate in modalità digitale (16 canali da 6,25 kHz tra 446.103125 e 446.196875 MHz) non combaciano con gli 8 canali a 12,5 kHz assegnati ai walkie-talkie solo analogici  tra 446.00625 e 446.09375 MHz. 

Mentre gli apparecchi relativamente più evoluti a standard DMR (la cosa vale anche per il D-Star utilizzato dai radioamatori con licenza) tendono a essere più cari, anche in riconoscimento del coinvolgimento di case importanti come Motorola con il marchio MotoTrbo, i produttori cinesi come Kirisun offrono ormai walkie-talkie dPMR "licensed" molto validi a prezzi relativamente contenuti, tra i 100 e i 150 euro. Potete vedere all'opera questi apparati nei filmati YouTube realizzati da Radiosification, autore anche di un blog specializzato in scanner e PMR digitali rivolto a un pubblico hobbystico. Secondo le informazioni raccolte, i dispositivi dPMR Kirisun utilizzano però vocoder non standard e potrebbero presentare problemi di interooperabilità. Anche ICOM dispone di linee di prodotti NXDN (negli USA) e dPMR (resto del mondo) molto estese sotto il brand IDAS. Bisogna sempre ricordare che gli apparati ricetrasmittenti che utilizzano frequenze VHF e UHF fuori dalla limitata banda dei 446 MHz license free, richiedono autorizzazioni specifiche o il possesso di una licenza radioamatoriale.

Molti di questi nuovi sistemi di comunicazione si possono monitorare attraverso la nuova generazione di ricevitori scanner multi-standard - come l'AOR ARD300 - e addirittura con applicativi software open source, come Digital Speech Decoder. Ian Wraith ha sviluppato un applicativo Java, DMR Decoder, per il monitoraggio di walkie-talkie e ponti radio in DMR. La società Wavecom, specializzata in soluzioni per la decodifica delle trasmissioni digitali, ha aggiunto lo standard dPMR alla sua piattaforma software W-Code.

Fluid Voice, telefonino o "baracchino CB"?

Anni fa ero stato a una presentazione dei miei amici del Cefriel a Milano su un sistema prototipale di reti mobili ad architettura "mesh" o ad hoc. La terminologia definisce una rete mobile in cui a differenza delle infrastrutture tradizionali non esiste una vera e propria stazione base cui i dispositivi fanno riferimento (il classico modello cellulare esteso al Wi-Fi), ma ogni nodo mobile dell'infrastruttura funge da stazione base per tutti gli altri. Una topologia di rete che crea se stessa a ogni dato istante, insomma. Le reti mesh possono tornare molto utili per offrire una copertura in aree limitate senza dover effettuare troppi collegamenti fissi di dorsale (backbone) oppure per ampliare la copertura di una infrastruttura tradizionale, utilizzando singoli dispositivi posti al limitare della zona coperta del segnale come ripetitori per altri dispositivi posti fuori da essa. Lo standard di professional mobile radio digitale TETRA prevede una modalità di questo tipo con il cosiddetto Direct Mode, in cui un dispositivo può essere "promosso" a stazione base per un certo numero di altri apparati.
Ho cercato sul sito Cefriel qualche approfondimento sui progetti che avevo visto, ma è passato troppo tempo, forse la ricerca è stata accantonata e ho trovato solo un breve accenno alla sperimentazione "MANET". Che tuttavia mi è tornata subito in mente leggendo il post su Fluid Voice, un progetto del MIT di Boston, che Francesco mi ha segnalato da ReadWrite Web. Fluid Voice è una architettura ad hoc pensata per i nuovi telefonini dotati di interfaccia Wi-Fi. Lo scopo è consentire una comunicazione vocale e testuale tra gruppi di utenti presenti in determinati ambiti di prossimità, senza passare dalle infrastrutture di rete dell'operatore. Un discorso molto interessante che nelle intenzioni dei ricercatori del MIT vuole essere una sorta di riedizione della Banda Cittadina dei 27 MHz, il CB, o delle professional mobile radio. L'attenzione non è rivolta tanto alla comunicazione diretta con altri individui, ma alla condivisione di contenuti multimediali tra gruppi che si trovano in un un luogo preciso (una libreria, un museo, un centro commerciale, in ufficio, durante le emergenze). Un modo insomma per creare piccoli social network mobili attraverso un genere di comunicazione non necessariamente in tempo reale (in teoria per esempio posso lasciare un messaggio che sarà ricevuto dagli altri solo nell'istante in cui si troveranno in quel luogo). L'importante è che la comunicazione sia accessibile attraverso il dispositivo più scontato che possiamo avere oggi nelle nostre tasche e a costi non proibitivi. Andrew Lippman, lo scienziato del MIT che guida il progetto FluidVoice lo chiama anche "push to listen".
Questo modo di stabilire collegamenti senza-fili in gruppi di utenti serve anche a superare il limite della trasmissione punto-punto nelle infrastrutture di tipo telefonico. Con il telefonino devo inevitabilmente chiamare un numero e solo quel numero per poter parlare. Con un apparecchio PMR invece mi posso far sentire da più persone in un determinato raggio di copertura. La cosa che mi ha sempre fatto riflettere è che da parecchio tempo lo standard GSM prevede una modalità di comunicazione punto-multipunto chiamata proprio Push to talk. Ormai da tempo standardizzato (tanto da essere già supportato da alcuni modelli di telefonino, per esempio da alcuni Nokia), il PPT del GSM è una specie di SMS in versione vocale e permette di inviare brevi messaggi vocali a uno o più numeri selezionati dalla rubrica. Premendo il pulsante del PPT si parla nel microfono e il messaggio viene consegnato con il ritardo dei messaggi SMS (in teoria possono passare alcuni minuti ma molto spesso l'invio e la ricezione sono semi-istantanei) alla lista di numeri che abbiamo specificato. In apparenza una cosa molto comoda per gruppi di amici o di colleghi di lavoro. Ma allora perché il push to talk on fa praticamente parte dell'offerta degli operatori? In effetti TIM ha in catalogo un servizio, TIM TALK, basato sul PPT - ma non mi pare che lo promuova granché e in ogni caso lo include solo tra i servizi dedicati alla clientela business. Vodafone lo aveva lanciato nel 2006, ma il servizio non è più sottoscrivibile. Perché non cercare di ampliarne la diffusione, invece? Un tempo potevano esserci timori di cannibalizzazione sui servizi voce e quindi una difficoltà nel corretto posizionamento di prezzo. Ma ora che le tariffe voce sono così basse, forse il PPT tornerà in auge. Applicazioni come Fluid Voice potrebbero far scattare meccanismi di concorrenza, incoraggiando gli operatori a ricorrere a tutte le opportunità di erogazione del servizio già integrate nelle loro infrastrutture, per evitare che altre tecnologie di rete incorporate nei telefonini di ultima generazione possano aggirarle.

Fluid Voice: CB Radio for the Web 3.0 Era

Written by Richard MacManus / July 17, 2009

During my recent trip to MIT I met with Andrew Lippman, an Associate Director at the MIT Media Lab and a Senior Research Scientist. Lippman heads up the Lab's Viral Communications program, which "examines scalable, real-time networks whose capacity increases with the number of members." Among other things, we discussed an interesting new product his students are working on called Fluid Voice. In a way it works similar to how CB radio did for truck drivers in the 1970s - providing a mobile group communication system.

Re-Thinking Communications

First a little background. Lippman explained that his Viral Communications group aims to "symmetricize media" - in other words, balance it. He used an analogy of the radio system. The power to broadcast over the radio is still tightly controlled, spectrum is limited. So in that sense it is asymmetrical, unbalanced. The MIT Viral Communications group aims to re-think the way media works. Lippman and his group is asking: does radio have to be like this?
Lippman explained this in an executive summary a while back:

"The communication industry is in an upheaval equivalent to that caused by the advent of personal computers in the early 1980's. In that earlier revolution, traditional giants who held to mainframe technologies and centralized services were outpaced by newcomers with new ideas about individual ownership, incremental adoption and instant turnover. This will now happen with communications."

Examples of new forms of communications are sensors and open 802.11 networks, which are "renegades: unlicensed, personalized, digital, and embedded." [the guy in the glowing 802.11 detector shirt to your right is not Andrew Lippman btw]
This all brings about new types of social interactions with media, which Lippman seems particularly keen on right now. He mentioned the intersection with mobility: "It's not about you anymore, it's about you plus your context."

Fluid Voice: A Mobile Group Communication System

The theory of viral communications is a bit hard for the layman (this writer included) to grok, so I asked Lippman for some examples. One of his group's projects is Fluid Voice, a research project that has been prototyped on the Nokia N810. It runs, initially at least, using the 802.11s wireless mesh.
Fluid Voice is described in a white paper as "a proximity based mobile group communication system for opportunistic social exchanges." This makes one think of a mobile app for picking up members of the opposite sex. But being an academic project, I'm sure that's not the point of it. So what is it? Lippman described Fluid Voice to me as a new type of messaging system that engages a group. He said that it's like a telephone system that defaults to a conference call all of the time, which he termed "push to listen." It has similarities to party-line telephone systems, instant messaging chat rooms and conferencing bridges for business people. It's also like the Citizen's Band (CB) radios used by truck drivers in the 1970s.
Fluid Voice can be both a live and asynchronous experience - i.e. you don't need to be participating live to receive and leave messages. It isn't just audio and text messaging either: audio polls and wish lists are a part of the product. Here is a UI screenshot:

Fluid Voice Use Cases

The goal of Fluid Voice is to coordinate people in outdoor settings, using their mobile phones. According to a white paper, use cases include "spreading news during emergency responses and supporting impromptu social exchanges."
The name of the product, Fluid Voice, derives from the fact that "users can transition from live to asynchronous audio communication in a fluid manner depending on the wireless environment." To appreciate what this kind of system might be used to enable, here's a description from the paper of how CB radio was used in the 70's:

"CB radios enabled a cooperative social culture on the highways for friendly conversations in addition to providing road assistance and accident prevention among the drivers. As cell phones and multi-band WiFi enabled cell phones are becoming ubiquitous in the 21st century, an exciting opportunity arises for supporting opportunistic social collaboration within a local area."

One imagines that software like this may become a common feature in next generation mobile phones. I used the example of a sensor-enabled bookstore in this week's post about Cross Reality applications - the store pinging your mobile phone about a book on your wish list that it happens to have in stock. We can similarly forsee that Fluid Voice, on your mobile phone, could be used to meet like-minded people at the bookstore. You could even continue to chat with that group after you left the bookstore.
Social networking 3.0 anyone? Breaker 1-9!

Profughi dispersi in Ticino, salvati via radio

Una famiglia ucraina dispersa sulle montagne del Canton Ticino (non ridete, non sono altissime ma possono essere molto impervie e isolate) è stata salvata ieri pomeriggio dall'assideramento grazie a un fortunoso contatto con i radioamatori italiani e ticinesi. Una madre di 47 anni e cinque figli da 9 a 21 hanno varcato il confine italiano presumibilmente per chiedere asilo politico e si sono ritrovati sulle pendici del Monte Lema, nel Malcantone, la zona compresa tra l'Italia e il ramo del Lago di Lugano a nord di Ponte Tresa, dove si trova l'aeroporto di Agno. Allertate dai radioamatori le autorità sono riusciti a recuperare i sei con l'elicottero e a trasferirli in ospedale.
Ampia la copertura data alla notizia dalla stampa online ticinese, Non si sa di che tipo di radio fossero equipaggiati i poveretti, sarebbe il colmo se si fosse trattato di un PMR. Sembra che il radioamatore italiano coinvolto fosse di Lodi, cosa che non escluderebbe la possibilità di ascolto sui 466 MHz.

Une mère ukrainienne et ses cinq enfants sauvés au Tessin

Une mère ukrainienne et ses cinq enfants, dont un seul majeur, ont été sauvés au Tessin alors qu'ils s'étaient égarés, certains à pieds nus, sur le Monte Lema. Ces réfugiés erraient, légèrement vêtus, dans la montagne enneigée.
Selon les premières constatations de la police cantonale tessinoise, il s'agit d'une famille ukrainienne qui voulait demander l'asile en Suisse. Ils ont manifestement pénétré dans le pays par la frontière verte. La mère et ses enfants ont été récupérés par un hélicoptère de la Rega. Trois d'entre eux souffraient de gelures. Ils ont été emmenés à l'hôpital de Lugano.
Cette famille a pu être sauvée grâce au fait qu'elle disposait d'un appareil de radio. Un radio-amateur italien a en effet entendu des appels au secours lancés en anglais. Il en a déduit que quelqu'un pourrait se trouver en détresse en Suisse, a indiqué la police cantonale tessinoise. Le radio-amateur a alerté les autorités tessinoise est a maintenu le contact avec la centrale de la police et avec la famille en difficulté. Un autre radio-amateur, dans le Malcantone tessinois, est aussi entré en liaison. La famille égarée ne pouvait pas donner d'indications sur sa localisation.
Grâce à l'aide des radio-amateurs, les malheureux ont finalement pu être localisés près de la frontière italienne. Ils se trouvaient en dessous de la cabane du Monte Lema et la nuit n'était heureusement pas encore tombée. La mère est âgée de 47 ans, a précisé la porte-parole de la Rega au Tessin. Le plus jeunes des fils a 9 ans. Les autres enfants sont deux filles de 10 et 13 ans, un garçon de 15 ans et un jeune homme de 21 ans.