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        數字對講機DMR協議簡介 什么是DMR標準
        來源: DMR聯盟   發布時間: 2014-04-14 15:57   2539 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px

        DMR 標準

        數字移動無線電標準(DMR)是歐洲電信標準協會(ETSI)為專業移動無線電(PMR)用戶專門制定的數字無線電標準,最早于2005年獲得批準。

        本標準的設計是在現有的全球已授權地面移動頻率波段所使用的12.5KHz頻道間隔中運行,并滿足未來對6.25kHz通道均衡的監管要求。主要目的是指定復雜程度低、可負擔得起的數字系統。DMR提供語音、數據和其他輔助服務。今天,按其規格設計的產品在世界各地有售。 DMR協議涵蓋未授權(第一層)、授權常規(第二層)和授權集群(第三層)三種操作模式,商業應用目前主要集中在第二層和第三層已授權類別。 定義DMR的標準由四個文檔構成。這些文檔可以從ETSI網站免費下載。請點擊以下鏈接下載:

        TS 102 361-1: DMR 空中接口協議
        TS 102 361-2: DMR 語音和普通服務與設施
        TS 102 361-3: DMR 數據協議
        TS 102 361-4: the DMR Trunking protocol

        還有一個包括所有標準元素的設計師指南簡讀本:

        TR 102 398: 總體系統設計

        為了方便閱讀,我們提供的都是Adobe Acrobat PDF格式文檔。點擊下載免費Adobe Reader PDF閱讀器

        DMR標準的其他主要技術特征包括:

        • 雙時隙時分多址(TDMA)運行
        • 4級FSK調制
        • 最先進的前向糾錯

        DMR有哪些不同類型

        DMR標準分為三個層級。

        DMR I層:未授權

        DMR第I層產品供446MHz頻帶免許可證使用。

        第I層提供消費應用和低功率的商業應用,采用最大0.5W瓦射頻功率。由于信道有限和不使用中繼器、電話互聯和固定/集成天線,第I層DMR設備最適合個人、娛樂、小型零售和其他不需要廣域覆蓋或先進功能的環境使用。

        DMR II層:DMR常規

        第II層包括在66 – 960MHZ PMR頻段運行的已授權常規無線電系統、手機和便攜式設備。ETSI 的DMR 第II層標準的對象是需要頻譜效率\先進的語音功能和集成IP數據業務以便在授權頻段進行高功率通信的用戶。ETSI 的DMR第II層規定了在12.5KHz信道中運行雙時隙TDMA。

        DMR III層:DMR集群

        DMR在第III層產品可在66 – 960MHZ頻段進行集群運行。第III層標準規定了在12.5KHz信道中運行雙時隙TDMA。第III層支持類似MPT-1327的語音和短消息處理,有內置128字符狀態信息和高達288數位的各種格式的短信息。它還支持多種格式的分組數據服務,包括IPv4和IPv6。

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        主要優勢

        與傳統模擬系統和其他數字系統相比,DMR系統具有許多優勢。簡言之,DMR數字系統帶來以下優勢:

        ? 現有授權信道容量倍增

        ? 向后與傳統模擬系統兼容

        ??高效使用基礎架構設備

        ? 更長的電池壽命和更大的功效

        ? 易于使用和創建數據應用程序

        ? 通過同步使用TDMA信道帶來的系統靈活性

        ?? 先進的控制功能

        ? 卓越的音頻性能

        ??由完全開放、成熟、廣泛支持的標準帶來的供應安全性

        DMR Association DMR優勢白皮書 >>

        ? 現有12.5kHz授權信道容量倍增

        DMR的主要優勢之一是通過TDMA使單個12.5 kHz 信道能夠支持兩個同步和獨立呼叫。根據DMR標準,TDMA保留12.5 kHz信道寬度,并將其劃分為兩個交替的時隙A和B(如下圖1所示),每個時隙作為一個單獨的通信路徑。在圖1中,對講機1和3在時隙1上通話;對講機2和4在時隙2上通話。

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        1DMR雙時隙TDMA結構


        在這種布局中,每個通信路徑使用12.5 kHz帶寬的一半時間,因此每個路徑使用一半的帶寬,即6.25 kHz。也就是6.25 kHz頻譜有一個通話路徑的效率,而采用DMR,該信道作為一個整體仍保持與12.5 kHz 模擬信號相同的特征。這使DMR無線電可在執照持有人現有的12.5 kHz或25 kHz信道中運行,這意味著無需改變波段或重新申請執照,同時使信道容量增加了一倍。如下圖2所示。TDMA增加給定帶寬通話容量的方法已經過系統的試驗和測試。TETRA與GSM蜂窩移動(世界上最廣泛使用的兩種雙向無線電通信技術)均是TDMA系統。美國公共安全無線電標準 P25 也正在將其第二階段的規格轉向雙時隙TDMA。

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        2通過DMR系統實現模擬向數字遷移


        另一種增加容量的方法是將12.5 kHz或25 kHz信道分割成兩個或更多的6.25 kHz 信道,即FDMA。理論上,6.25kHz FDMA通話設備可在舊的12.5 kHz信道中擠進兩個并排的新通道。但實際的情況并不是這樣。在許多國家,不存在具體的6.25 kHz許可證,而監管制度不允許許可證持有人在現有的12.5kHz許可證中運行兩個6.25kHz通道。

        但通常有可能在12.5kHz許可證中運行1個6.25kHz無線通道,但用戶并沒有增加容量。這種情況顯示在下圖3。在美國,有授權的6.25 kHz信道可用,但許可證持有人不得將現有的12.5kHz許可證分割成多個6.25kHz信道。因此,要增加6.25kHzFDMA系統的容量,用戶不得不申請新的其他頻譜范圍的6.25 kHz許可證。即使在允許用戶在現有許可證中擠入兩個6.25 kHz路徑的國家,這也可能產生問題。

        基站使用頻譜中兩個相鄰通道運行系統,很容易產生干擾風險。 基于這個原因,使用 6.25 kHz FDMA 解決方案(見下圖4)的用戶仍然要申請其他頻譜范圍的新執照來增加容量。與此相反,由于DMR的兩個TDMA路徑完全適合現有的通道結構,安裝DMR系統后,不會產生新的干擾問題。

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        3通過6.25 kHz 數字 FDMA系統模擬向數字遷移

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        4通過6.25 kHz FDMA模擬向數字遷移

        總之,數字PMR-/-LMR協議中使用的FDMA和TDMA系統理論上有同樣的頻譜效率,因為它們可以在12.5 kHz頻譜中提供兩個通話路徑,但DMR采用的 TDMA辦法具有與世界各地現行監管制度兼容的優勢,并且不會產生新的干擾問題。

        FDMA 6.25kHz方法的一個潛在好處是,不需用中繼器協調TDMA時隙以提供兩個獨立通話路徑,而這對DMR是必要的。(DMR系統不用中繼器也工作得很好,仍然可以體現DMR系統的許多固有優勢,如反向信道信令等,但不是每個12.5 kHz頻譜都運行兩個完全獨立的通道)。但是沒有中繼器,FDMA的所有無線設備必須隨時處在相互覆蓋范圍之內,以實現預期的容量倍增。因此,如果系統現在或將來需要中繼器覆蓋額外的范圍,或問題區域(例如基站搬遷或開設新點),FDMA的這個優勢將大打折扣。

        DMR系統的優勢還在于12.5 kHz信號比6.25 kHz抗干擾能力更強。這意味著在噪聲環境下,12.5 kHz信道衰減的可能要小于6.25 kHz信號,可為無線用戶提供可接受的對講服務。因此,6.25 kHz FDMA系統非中繼器增加容量的優勢僅限于:a)您只有一個小基站,在系統使用壽命期間所有無線用戶與他們的通信對象位于直接聯系范圍之內; b)您可以獲得所需的頻率,因為出于監管或干擾方面的原因,將現有許可證拆分成多個6.25kHz信道不可行; c)難以獲得12.5 kHz信道許可證;d)沒有必要與傳統的12.5kHz模擬系統的兼容(見下文)。DMR在開發伊始就考慮了長遠業務需求,沒有這些限制。


        ? DMR與傳統模擬系統頻譜向后兼容。對許可證持有人來說,保留現有許可證,確保與自己的傳統無線電或外部機構(如駐現場承包商)的模擬系統向后兼容是很重要的。由于DMR采用12.5kHz信道,所需的頻譜兼容性是內置的。

        如下圖5所示。DMR Association

        5DMR頻譜信道與傳統模擬系統的兼容性


        ? 高效使用基礎架構設備。DMR TDMA方式的另一個優勢是,用一個中繼器、一個天線和一個簡單的雙工機獲得兩個通信通道。相對于FDMA解決方案,雙時隙TDMA可獲得6.25 kHz的效率,同時最大限度減少中繼器和組合設備的投資。兩種方法對一個簡單系統的設備需求顯示在下圖6。

        DMR Association圖6:雙信道FDMA和TDMA系統的設備需求

        FDMA每個信道要求專用中繼器,外加昂貴的支持多頻共享一個基站天線的組合設備。將組合設備用于6.25 kHz信號可能特別昂貴,而且以這種方式使用時,通常會造成信號質量和覆蓋范圍的損失,因此需要使用功率放大器(如圖6所示)。對于振蕩器老化產生差錯的現象,FDMA 6.25 kHz系統的容差性較低,導致發射信號偏離理想的中心頻率。這將導致對鄰頻的保護程度降低,使系統易于受到干擾??捎脤iT設備抵消,稱為高穩定振蕩器,但又要增加需要成本。相比之下,雙時隙TDMA用單信通道設備達到穩定的雙信通道等效,不需要額外的中繼器或組合設備(而且中繼站可降低空調消耗,對備份電源的需求較低)。對DMR用戶來說,這意味著較低的成本和較簡單的基站規劃。


        ? 更長的電池使用壽命和更大的功效。電池使用壽命一直是移動設備的最大挑戰之一。過去,增加一次充電的通話時間的選擇有限。但是,雙時隙TDMA提供了一個很好的解決方法。由于單個呼叫只使用兩個時隙中的一個,因此只需要一半的發射器容量。發射器有一半時間是空閑的,也就是說,任何時候它都是未使用的時隙“輪次”。

        例如,典型的占空比為5%發射,5%接收,90%閑置,發射時間占電池消耗的很大比重。通過將有效發射時間減少一半,雙時隙TDMA與模擬無線通信比較,通話時間可提升高達40%。(根據一家制造商公布的產品資料,同一對講機在模擬模式下通話時間為9小時,數字模式則為13小時)。由于每次通話電池總消耗大幅降低,一次充電的使用時間得到延長。DMR數字設備還包括睡眠和電源管理技術,可進一步提高電池的使用壽命。 盡管許多其他因素影響個別設備的電源消耗,將市場上大規模銷售的DMR和FDMA數字對講機公布的電池壽命數據進行比較,還是可以看出TDMA方式要優于FDMA。每小時使用時間,TDMA對講機對電池容量的需求比FDMA模式低19%-34%。

        除了環保原因不浪費能源外,選擇較低能耗的技術可以讓我們在未來擁有更多的靈活性。隨著用戶通信需求的增長(例如更大的數據需求),需要更多的電池容量,最好選擇本質上更有效的技術,以便有更多的使用余地。如上所述,DMR的基礎架構也比FDMA系統所要求的更簡單。這意味著運行一個基站所需能源 TDMA比FDMA要低。這些節能特性賦予DMR用戶更精簡、更環保的無線網絡以及更長的無線設備電池使用壽命。


        ? 易于使用和創建數據應用程序。DMR的端到端數字特性可以很容易把GPS短信和遙測等應用添加到設備和系統中。DMR標準還支持無線IP數據傳輸,易于開發標準應用程序。隨著現代社會對數據及語音通信的依賴程度越來越大,往系統中添加大范圍數據應用可以帶來最大投資回報。事實上,向無線通信系統中添加商務強化型數據服務和應用時推動用戶向數字通信轉換的主要動力之一。 DMR方案實現的信道容量倍增對添加數據應用也至關重要。為了保持相同質量水平的現有語音業務,必須擁有額外的數據傳輸容量。這對自動車輛定位等應用特別重要;在這些應用中,系統可生成龐大的信息量,以保持位置的不斷更新。雖然這對企業用戶是一個非常寶貴的工具,但極有可能需要提供額外的容量,才能保證語音服務不受影響。DMR方案以簡單、明確的方式提供所需的額外容量。

        DMR Association

        7使用DMR系統運行定位服務,跟蹤用戶位置


        ? 通過同步使用TDMA信道實現系統靈活性。在TDMA系統中,當語音使用第一時隙時,第二時隙可用于與呼叫作業并行的應用數據發射,如短信或定位數據,這在同時提供口頭和視覺調度指令的調度系統中是非常有用的。在數據信息日益豐富的世界,這種增強型數據能力變得越來越重要。雙時隙TDMA應用的未來發展藍圖包括暫時結合兩個時隙,以有效將數據速率倍增到9.6 kb /秒,或將兩個時隙合并使用,以支持全雙工(類似電話通話)私人電話。FDMA無線通信不能提供這些功能(如果不增加額外的收發器并使用額外的授權信道),因為在單個6.25 kHz FDMA通道只有一條通信路徑,這意味著可以通話,或傳送語音或數據,但不能兩者兼顧。而且數據速率限制在單個6.25 kHz信道可以擠出的4.8 kb /秒。


        ? 先進的控制功能。DMR標準支持使用第二時隙發送反向信道信令,即在第一信道用于呼叫時,在第二個時隙以信號形式將指令發送給無線設備。此功能可用于優先呼叫控制,發射信號遠程控制,或優先緊急呼叫,為無線電系統運營商提供精確控制和靈活性。FDMA系統不能提供類似的功能,因為他們受每頻譜信道只有一個通話路徑的限制。


        ? 卓越的音頻性能。DMR數字技術可提供更好的噪聲抑制,并在更大范圍保持優于模擬的語音質量,特別是在傳輸范圍的最邊緣。 DMR具有卓越距離特性的原因之一是在制定該標準時,對前向糾錯(FEC)和循環冗余校驗(CRC)編碼的選擇投入了大量心血。這些編碼器能夠使接收設備通過分析信息中的插入位(供接收設備檢查是否存在錯誤),檢測和自動修正傳輸錯誤。DMR標準指定了14種不同的可用編碼器,每種編碼器匹配不同類型的信號傳輸。 通過編碼器和其他技術的應用,數字化處理可以篩選出噪聲,并從降級的傳輸信號中重新構建信號。用戶可以更清晰聽到一切通話——提高了無線解決方案的有效范圍,并使用戶時刻知悉現場形勢變化。

        . DMR Association

        8:與模擬比較,DMR帶來的覆蓋范圍提升

        對哪種數字系統能提供最佳覆蓋面積有一些討論,比如是基于12.5 kHz,還是6.25 kHz信道的系統。兩者都有優點和缺點?;?.25 kHz的系統處于不利地位,因為當您將6.25 kHz信道中多個高功率發射信號擠入頻譜中時,就必須嚴格限制每個傳輸信號的調制信號(技術術語就是降低信號偏差),以免對頻譜中的下一個信道造成干擾。對信號偏差的這一限制意味著,當信號微弱時,特別是在系統覆蓋的邊緣,接收器不太能區分它接收的是一個“1”或“0”。 理論上,這影響了6.25 kHz系統的覆蓋范圍。

        對于希望在給定12.5 kHz頻譜中運行兩個6.25 kHz中繼器的用戶,一些監管機構也將 6.25 kHz FDMA系統中的中繼器功率限制在12.5 kHz DMR系統可用功率的50%。這是為了確保每頻譜單位保持了整體功率水平。這種限制也可能影響覆蓋范圍。DMR系統還受益于上面討論過的前向糾錯技術的先期實施。但FDMA系統確實受益于6.25 kHz信道的噪聲層低于較寬的12.5 kHz信道。


        ? 由完全開放、成熟、廣泛支持的標準帶來的供應安全性。由于DMR是一個得到供應商廣泛支持的完全開放的公共標準,買家可以放心供應的持續性。技術融入開放標準而獲得成功的例子很多,因為該標準鼓勵供應商廣泛的參與。更多供應商帶來更多的用戶選擇、更快速的產品開發和源自競爭壓力的更低價格。

        現在DMR是被最廣泛采用的數字雙向無線通信技術,在100多個國家得到積極應用成為市場領先的數字PMR技術 。

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