DMR與dPMR的制式簡介
時間：2021-01-28 來源：www.by236.com 作者：徐寶國 點擊：
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DMR 是Digital Mobile Radio的縮寫，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2005年獲得批準。此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。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。1、DMR 第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。2、DMR 第II層：DMR常規。DMR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。3、DMR 第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。dPMR（digital PrivateMobile Radio）是ETSI組織公開的數字設備標準。適用于商業、專業和公共安全用戶的應用；dPMR采用6.25KHz FDMA技術，4FSK調制方式、數據傳輸速率為4.8Kb/s。基于該技術，后續相繼制定出NXDN、DCR等標準。dPMR已完成標準有ETSI TS 102490（Tier1）、ETSI TS 102 658（Tier2）等。dPMR采用FDMA技術，提供低成本數字語音和數據解決方案，ETSI dPMR通過采用6.25KHz FDMA技術及4FSK調制技術有效地減小了信道間隔，提高了頻譜使用效率。DMR為TDMA接入，相對于TETRA、IDEN而言，它成本低廉，容易實現。其協議的實現分為直通，轉發與集群三個階段。DMR協議于2005年4月由歐洲ETSI提出，2007年12月正式公布。協議文件為ETSI TS 102 361，采用4FSK調制，12.5kHz信道間隔，雙時隙，業務速率9.6kbps.DMR能使容量成倍增加，并延長電池壽命、提高語音質量、解決數據集成應用等問題，是市場需要催生的產物，適用于政府、大型企業。DMR中涉及到諸多摩托羅拉的技術專利，正是這些專利很好地解決了時分通信中遇到的技術難題。有必要提出的是對于語音編碼的算法與速率，DMR并沒有明確規定，但2006年4月，DMR的MOU(諒解備忘錄)組織決定采用美國DVSI的AMBE 2聲碼器作為首選，聲碼器速率為3.6kbps。dPMR為FDMA接入，成本低廉，技術實現容易。其協議的實現分為直通與轉發。于2005年提出，代表廠家是日本的建伍、ICOM，2008年12月正式公布，協議文件為ETSITS 102 490和TS 102 658，采用4FSK調制，6.25kHz信道間隔，業務速率4.8kbps。語音編碼算法不作規定，但dPMR的MOU組織推薦采用AMBE 2聲碼器，編碼速率為3.6kbps。
TDMA：Time Division MultipleAccess 時分多址 。時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)每一個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發向多個移動終端的信號都按順序安排在予定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內接收，就能在合路的信號中把發給它的信號區分并接收下來。FDMA （Frequency Division MultipleAccess／Address），有許多不同技術可以用來實現信道共享。把信道頻帶分割為若干更窄的互不相交的頻帶（稱為子頻帶），把每個子頻帶分給一個用戶專用（稱為地址）。這種技術被稱為“頻分多址”技術。頻分復用（FDM）是指載波帶寬被劃分為多種不同頻帶的子信道，每個子信道可以并行傳送一路信號的一種技術。頻分復用技術下，多個用戶可以共享一個物理通信信道，該過程即為頻分多址復用（FDMA）。FDMA 模擬傳輸是效率最低的網絡，這主要體現在模擬信道每次只能供一個用戶使用，使得帶寬得不到充分利用。TDMA (時分多址)與FDMA (頻分多址)之間的基本區別在于一個通道的定義以及是如何使用（接入）該通道的。在FDMA里，使用在一個特定頻率（如：150.000MHz）的一個特定的帶寬（如：6.25kHz）來定義一個通道。基本上，以這種方式分配通道已經幾十年了。TDMA對于帶寬和頻率適用相同的原則，但是信號被分成時段，不同的時間段允許在一個相同的頻段內能獲得額外傳送數據的能力。在一個頻寬是25kHz的信道里TDMA有更好的利用率，比如說，2到3個用戶可以占用相同的帶寬作為一個FDMA信道使用者，但是一個帶寬為12.5kHz的TDMA技術通過更好的利用率就可以達到兩個新發展的6.25kHz 帶寬的FDMA技術如dPMR所帶來的效果。TDMA 和 FDMA技術通過不同的方法都達到相同的6.25kHz窄帶能力。不同在于：FDMA 系統是“真的”6.25kHz通道，而TDMA 系統是通過在12.5kHz 帶寬里不同時段來提供'等同于'6.25kHz 通道的效果。12.5kHz被認為是當前窄帶標準的信道間隔，從這個角度看，這兩個系統都達到了所謂的"加倍容量"。不同之處在于，無論是在有或是沒有基礎用戶的情況下，FDMA 系統總是加倍的容量。而對于 TDMA，加倍的容量僅在中繼器對時段進行同步、并且兩個用戶在相同的地理區域里同時接入相同的中繼器時才能達到。理論上來說，在相同條件下，在發送功率相同的情況下，FDMA系統中的窄頻信道比TDMA系統的12.5kHz帶寬的信道有更好的覆蓋范圍。這是因為任何接收機的底噪與過濾器帶寬是成正比的，因而帶寬越小能接收的信號越小。在現實世界使用中，各種因素，例如地形、基站的天線高度以及周圍建筑物等都影響覆蓋范圍，所以，如果沒有特定的比較試驗，一個系統不能聲稱比另外一個系統更好。可以聲稱的是，當與一個模擬調頻信號相比較時，數字信號在通訊范圍的邊緣輕松地優于模擬信號，因而在一個更大的總面積內提供了更可靠的音頻，即使覆蓋面與模擬調頻信號相同。
DPMR的語音傳輸幀如下所示：
4.功能區別兩種標準都支持直通模式和中轉模式。而DMR標準還支持集群模式。在直通模式下，一個信道只能同時存在一個語音呼叫。兩個標準都支持PTT呼叫、個呼、組呼、全呼、廣播、遲后接入、主叫號識別、呼叫轉移等功能。DMR支持OVCM呼叫（個呼和組呼通話的第三方可以監聽信道并加入該呼叫）、非編址呼叫、對不支持服務（FNS）的反饋，但是不支持慢用戶數據，不支持短附加數據。而DPMR標準則支持慢用戶數據，支持短附加數據，但是不支持OVCM呼叫、非編址呼叫、對不支持服務（FNS）的反饋等功能。在直通模式下，兩個標準都支持IP服務，短消息（文本，狀態，預編碼）。DMR不支持文件傳輸，支持預定義格式（Binary，BCD,7bit字符，8bit字符，Unicode,… …）數據的發送，而DPMR標準則支持文件傳輸，但不支持預定義格式數據的發送。DPMR通過ISF和CSF兩種不同的移動臺狀態來區分，出廠時工作在ISF狀態下。而DMR沒有ISF和CSF的區別。DMR 標準的色碼長度為4 bit 。可以設置為（0到15）默認情況下設置為CC0。而DPMR 的色碼長度為24 bit。它是由12bit經過雙比特編碼所得。同時ISF和CSF使用不同的色碼，各有16種，其他為保留色碼。數字移動設備（DMR）標準定義的色碼（圖中“CC”），可以用于區分兩個或多個使用相同頻率的數字設備系統。下圖描述了兩個使用相同頻率但各自擁有不同色碼的DMR數字設備系統。
對于設備來說，色碼是一個屬于信道的屬性，使得一個設備可以與擁有不同色碼的站點進行通信。對于每個頻率可以有最多16個可用的色碼。對于設備用戶而言，色碼的作用與組ID類似。正如組用于將各個用戶分組，色碼用于區分使用相同頻率的系統或信道。下圖描述了一個擁有較大重疊覆蓋范圍并使用相同頻率的多中繼臺系統，此時，需要為每個中繼臺配置不同的色碼。這使得每個中繼臺在一定程度上獨立開來。但是，由于各個系統中的用戶都會檢測到其它中繼臺的數據傳輸，這將導致用戶收到“信道忙”提示的情況大大增加。換句話說，此區域的射頻擁塞情況由這兩個中繼臺的傳輸量之和決定。值得注意的是，配置了正確色碼的用戶，無論何時，都只會收到與他們相關的傳輸。當兩個擁有相同頻率不同色碼的站點發生覆蓋范圍交疊時，需要適當的設置手持臺的準許條件屬性。推薦將手持臺的準許條件屬性配置為“信道空閑”，以保證當交疊站點上的另一個設備在傳輸時，該手持臺是有禮貌的，并且對于在該頻率上的任何模擬傳輸該手持臺也是有禮貌的。如果將準許條件屬性配置為“色碼空閑”，該手持臺只對相同色碼的傳輸是有禮貌的，在有其它中繼臺正在傳輸時也會喚醒它所對應的中繼臺。如果相鄰站點之間有較大范圍的交疊，這將導致大量的干擾，使得交疊區域范圍內的兩個中繼臺信號都不可用。當將準許條件屬性配置為“總是”時，手持臺將不再有禮貌，即使正在進行的傳輸與它的色碼一致。同樣，這將使兩個中繼臺都被喚醒進行傳輸，進而在交疊區域產生干擾。如果不得不這樣配置，建議讓交疊區域盡量小并且將準許條件屬性配置為“色碼空閑”。這樣使得兩個中繼臺能夠共享帶寬，負載也更合理。下圖描述了覆蓋范圍有交疊的兩個多基站IP網絡互聯系統。中繼臺的頻率和色碼需要遵循以下標準：l 多基站IP網絡互聯系統中地理上相鄰的中繼臺需要使用不同的頻率，它們的色碼可以相同也可以不同。l 如果兩個多基站IP網絡互聯系統的相鄰中繼臺使用了相同頻率，它們就需要使用不同的色碼。在覆蓋范圍有交疊的情況下仍然使用相同的頻率是不明智的，這樣會有干擾問題。注意，多基站IP網絡互聯配置不支持同時聯播。l 系統與系統之間可能在多個站點之間共享信道。有可能在兩個不同站點（名為站點1和站點2）的兩個系統（名為Sys1和Sys2）使用相同的頻率和色碼對。在自動站點查找（被動站點查找）時，站點2處屬于Sys1的設備將會找到Sys2的中繼臺，并停留在該信道上。這不是我們所期望的情況。要避免這個問題需要確保覆蓋范圍有交疊的系統所使用的頻率和色碼對是不同的。信道接入說明了在何種情況下允許設備在信道上發起一個傳輸。（2）禮貌于相同色碼的行為Polite to Own Color（1）禮貌于所在組的行為Polite to Group（2）禮貌于相同色碼的行為Polite to Own Color所有的這些信道接入選項控制著標準的語音組呼和個呼如何接入系統，但并非所有傳輸類型都會用到這些設定。例如，緊急語音呼叫總是不禮貌的。這使其在一個信道的所有傳輸中具有更高的優先級；數據呼叫則總是禮貌的，因為數據呼叫能夠排隊和重試，因此認為它的優先級低于語音呼叫。注意，一個“禮貌的”設備用戶發起語音呼叫時會對數據呼叫禮貌，但一個“不禮貌”用戶則可能不會。控制消息（用于信令功能的）總是禮貌的。一個例外是緊急警報，為了這種傳送能夠盡量成功，緊急警報通過不禮貌和禮貌相混合的方式發送。在多基站IP網絡互連模式下，中繼臺在開始發送之前還會檢查是否存在信道干擾。盡管發起呼叫的設備會檢查它所在站點下的信道，但并不代表其他站點不存在干擾。因此，每個中繼臺都需要在將自己喚醒，開始發送之前先檢查空中接口。中繼臺總是采用“信道空閑時”的標準，并有一個可設定的信號強度門限。設置為不禮貌信道接入的設備在被允許發送之前不會檢查信道空閑。因此對于用戶來說，按下PTT則意味著設備開始發送。不過，設備在數字中繼模式下會檢查中繼臺是否已經休眠。如果設備不能將處于休眠狀態的中繼臺喚醒，發送將無法被處理。必須注意的是，在不禮貌信道接入的設備發送的同時，另一用戶可能也在發送，這將導致射頻競爭的發生。當競爭雙方都是數字傳輸時，將無法預測哪路信號將勝出。如果某個傳輸遠強于另一個，前者將會被收到。但大多數情況下，同頻同時隙的兩個傳輸都可能變得不可用。因此建議此類用戶在發起傳送之前先利用設備上的信道指示LED燈來判斷信道空閑與否。在多基站IP網絡互連模式下，只有本地站點才存在不禮貌信道接入。在這種模式下，假設一個呼叫正在進行，如果不禮貌信道接入的設備和該呼叫的發起設備處于同一站點下，將會引發射頻競爭，并且無法知道哪一方能夠獲勝。如果雙方不在同一站點下，除了不禮貌信道接入設備所在的站點，先前的呼叫將在其余所有的站點繼續轉發。2、對所有用戶都禮貌的信道接入( “信道空閑”的接入準則)設置為禮貌信道接入的設備在被允許發起一個傳輸之前會檢查信道忙閑。這種設置的設備對于所有的模擬或數字傳輸，其他系統的傳輸，或者本系統的其他傳輸都是禮貌的。當附近存在其他通信系統時，常采用這種設置來防止設備用戶的相互干擾。3、僅對本數字系統禮貌的信道接入 (“正確的色碼”的接入準則)設置為此規則的設備在發起一個傳輸前先檢查信道忙閑。這跟“始終保持禮貌信道接入”十分類似，但不會對模擬系統或者其他系統的傳輸禮貌。它僅對本系統的其他傳輸禮貌。當附近沒有其他通信系統或不擔心鄰近系統產生干擾時，常采用這種方式。DMR集群模式的移動臺支持節能。移動臺向基站申請進入參數為x（x大于0小于8）的節能模式，待確認后進入節能模式。移動臺以 (2的x次冪-1)×480 ms 的最大間隔進行接收。DPMR標準中，發送方發送前攜帶n個節能頭幀，而接收方以 (n - 1) × 80 ms 的最大間隔進行接收。DMR標準要求采用雙時隙TDMA技術。這種技術將信道分成兩個交替時隙，從而在一個12.5kHz的物理信道內建立了兩個邏輯信道。每個呼叫僅使用其中一個邏輯信道，每個用戶訪問一個時隙就如同訪問一個獨立的信道。發射設備僅在自己的時隙內發送信息，在另一時隙則處于空閑狀態。接收設備則對兩個時隙都進行監視，并依據每個時隙所包含的信令信息來決定接收哪個呼叫。TDMA技術為在12.5kHz中繼臺信道上達到相當于6.25kHz頻譜效率提供了一個簡單的方法，這為使用日益擁塞的許可信道的用戶帶來了巨大的便利。不同于FDMA技術提升頻譜效率的手段（將信道切分為更小帶寬的頻段），TDMA技術使用了全部12.5kHz的帶寬，但通過將其分為兩個交替時隙的方法來提高效率。此外，TDMA技術保持了12.5kHz信號眾所周知的射頻性能特性。從射頻技術上講，因為實際的傳輸功率和輻射發射都不變，雙時隙TDMA方式的12.5kHz信號在帶寬占用，傳送性能等方面，從本質上講同12.5kHz模擬信號都是一樣的。但由數字技術帶來了更多的優勢，使基于TDMA技術的設備能夠在一個單中繼信道上提供大約兩倍于現今模擬設備的通信容量，而射頻覆蓋能力也與之相當甚至更優。雙時隙TDMA從根本上使系統容量加倍。這意味著一臺DMR中繼臺可以替代兩臺模擬中繼臺（因為一臺DMR中繼臺同時支持兩路呼叫）。這節省了中繼臺的硬件成本和維護成本，同時也降低了多信道配置所需的射頻連接設備的成本和復雜度。更重要的，雙時隙TDMA信號正好適合用戶現有的許可信道，用戶無需為增加的系統容量申請新的許可。同時，相對于可能需要不同信道帶寬的其他解決方案來講，雙時隙TDMA技術引起鄰道干擾的風險較小。雙時隙TDMA提供的兩個時隙（兩個邏輯信道）具有大量的潛在用途。例如：l 將兩個時隙都用作語音信道，從而使每臺許可的中繼臺信道的語音容量加倍；l 將兩個時隙都用作數據信道，從而全部提供數據業務；l 將一個時隙用作語音信道，另一個時隙作為數據信道，這種靈活的方案為語音用戶同時提供移動數據、文本消息或者位置追蹤等業務。當設備操作于直通模式時，12.5kHz信道上的雙時隙TDMA系統不具備相當于6.25kHz的效率。這是由于必須由中繼臺來維護交替時隙的同步時序，才能使各個終端設備共享時隙。因此，在一個直通信道上，盡管一個設備只使用一個時隙發送，但整個12.5kHz信道都將被占用，而其他終端設備將不能使用另一時隙。但此時另一時隙可能成為一個信令信道。ETSI DMR Tier 2標準將此功能稱為反向信道信令（ReverseChannel Signaling），這將為以后的專業用戶提供更多的功能，例如優先呼叫控制，發送設備遙控和緊急呼叫搶占等。這些未來的基于反向信道信令的功能是TDMA技術獨具的能力。DPMR：絕對的6.25kHz信道,無論是終端間直通還是通過中轉臺。能夠實現以最小信道間隔分配頻率。頻率利用效率高。DMR：通過中轉臺轉發可實現等效6.25kHz。終端直通時只能12.5kHz。沒有實現以最小信道間隔分配頻率，頻率利用效率最佳狀態。DPMR：雖然有數/模轉換帶來的延遲，但相對小。用戶容易適應和接收。DMR：由于分時隙，接收靈敏度低于目前相對應的模擬電臺。同等條件下劣于模擬電臺（大約是模擬電臺的75-80%，在終端-終端直接通信時尤其明顯）。且由于保護時隙的限制，存在理論上的通信距離極限。DPMR：和模擬設備相同。無論是終端間直接通信還是通過中轉臺的轉發，同頻單工、異頻單工、高/低頻率設置自由選擇。DPMR：數據承載量大。傳輸效率高。且可以在同一信道同一時間實現話音/數據同時傳輸。也可以跳轉到指定信道上傳輸。使用靈活。DMR：由于保護bit等自身數據的占用，有效數據承載量小。傳輸效率低，且只能在另外的時隙上傳輸（等于占用其它信道）。不是真正的話音/數據同傳。DPMR：超窄帶FDMA電臺具有優異的接收靈敏度。在傳輸特性上和模擬電波相同。同等條件下通信距離優于模擬系統。DMR：時間延遲時間長（680-880mS）。用戶感覺明顯，會有不適應感。DPMR：完全實現了數字電臺向下兼容模擬電臺，能夠真正的混合使用。平滑過渡性能好。DMR：只能實現中轉臺的數字/模擬兼容。終端沒有“雙待機”。數字終端和模擬終端不能真正的融合成一體。DPMR：對于使用狀態多樣化的用戶，從最簡單的通信方式到最復雜的大型系統，使用性能都可以保持在相應的最佳狀態，應用的一致性好。DMR：有中轉臺和沒有中轉臺的使用性能差異大。在兼顧不同使用形態用戶時很難都達到最佳使用狀態。DPMR：當電波環境復雜，干擾較嚴重的場合，可以在12.5kHz信道間隔上采用6.25kHz信號,將自己的信號能量集中在中間,減低外界的干擾。
(中國集群通信網 | 責任編輯：陸濤) |
