Lo studio sul protocollo D-STAR venne intrapreso nel 1999 da un team di sviluppo coordinato dall'associazione radioamatori giapponese (Japan Amateur Radio League, JARL) con contributi finanziari forniti dall'amministrazione governativa giapponese.
Nel 2001 venne presentato il risultato di questo studio e da quel momento la Icom fu la prima ed unica casa costruttrice ad iniziare l'implementazione sul campo di questo sistema, sulla base delle specifiche del protocollo, realizzando i primi apparati radio in grado di operare anche in D-STAR.
Per quanto concerne la trasmissione in D-STAR essa avviene sfruttando un tipo di modulazione digitale noto come GMSK, Gaussian Minimum Shift Keying, una variante dell'MSK (Minimum Shift Keying) a cui viene applicato un filtro gaussiano che modella il segnale prima che venga applicato al modulatore, consentendo così di ridurre l'emissione sulle bande laterali e offrendo un segnale più efficiente in termini di occupazione di spettro RF.
Il segnale GMSK così modulato viene codificato/decodificato con un Vocoder proprietario che implementa la codifica AMBE 2020, permettendo così di ridurre l'ammontare dei dati da trasmettere sul canale radio.
Il segnale DV (Digital Voice) trasmesso sul canale RF è a 4800bps, costituito da un flusso dati (data stream) a 3600bps, inclusivo di 1200bps usati per il controllo errore FEC (Forward Error Correction), lasciando i rimanenti 1200bps per una parte dati a bassa velocità (denominata slow data).
Questo bit stream a 4800bps viene principalmente adottato su impianti radio che lavorano sulle frequenze V/U/SHF in DV a banda stretta (il canale occupato è di circa 6.25KHz), dove appunto una breve porzione di questo stream dati viene riservato alla trasmissione puramente dati (in genere informazioni di tipo GPS e brevi messaggi di testo di 20 caratteri).
In aggiunta agli apparati D-STAR in grado di trasmettere in modo DV a banda stretta, esiste un apparato che opera unicamente in SHF (23cm) in grado di trasmettere anche in modalità DD (Digital Data), con un bit stream a 128Kbps.
Per quanto riguarda l'interfacciamento di questi apparati D-STAR con il computer, quelli in grado di trasmettere solo in DV con il canale slow data a 1200bps si interfacciano mediante porta seriale RS232 o USB, usando appositi adattatori con il connettore posto sul retro dell'apparato.
Mentre l'apparato operante in DD sui 23cm dispone direttamente di una porta Ethernet a 10Mbits/s, offrendo di fatto una soluzione di radio-modem a 128Kbits per trasmettere via radio i dati.
Sebbene tutto questo costituisca il parco radio disponibile per l'utilizzatore finale, esistono tutta una serie di apparati radio che consentono di implementare un ripetitore D-STAR. In questo caso esistono i moduli radio che consentono di implementare un impianto ripetitore in DV sulle bande V/U/SHF e il modulo radio DD per la banda SHF.
In aggiunta a questi esiste un ulteriore modulo radio di interlink sui 10GHz in grado di trasmettere a 10Mbits/s, usando un protocollo di rete simil ATM. Tale modulo viene appunto impiegato per realizzare l'interconnessione tra ripetitori D-STAR senza usare un gateway Internet, bensì una tratta radio a 10GHz.
Ogni impianto ripetitore D-STAR dispone pertanto di uno o più moduli radio (in base a quante porte radio dispone, un modulo per porta) più l'aggiunta di un controller per gestire fino ad un massimo di 4 porte radio (3 in DV e 1 in DD).
Al controller è possibile collegare via Ethernet anche un computer con sistema operativo Linux per implementare un radio gateway D-STAR linkato, mediante una connessione Internet, ad altri radio gateways D-STAR.
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