郑祖辉老师公开课：TETRA VS DMR

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近些时候，我们陆续收到了一些读者提出的有关集群通信的看法和问题，考虑到集群通信已从模拟发展到数字，又从窄带向宽带发展。而国际上又提出了关键通信这个新词。我们特请郑祖辉老师来回答这些问题。

郑祖辉老师早在上个世纪80年代就开始研究集群通信系统，在90年代末期又跟踪数字集群通信系统和关注我国的数字集群通信系统标准的建立。iDEN和TETRA是他最早关注和学习的数字集群通信系统。后来他又陆续撰写和出版了多本数字集群通信的著作。近几年来他又开始关注宽带LTE专网。所以他确实是我国集群通信发展的见证者。开始我们确实考虑到郑祖辉老师年事已高，又加上目前又正处于酷暑，我们怕他会拒绝。但他还是答应了我们的要求，只是希望不要太急，他会尽力做好这件事。

此后我们将陆续刊登郑祖辉老师的一些文章。

问：请介绍下DMR，它与TETRA有何不同？

答：有些读者希望讲一讲DMR，讲一讲DMR和TETRA有什么不同？这些都没有问题。但还有说TETRA是上个世纪90年代的东西，而DMR是2006年刚推出的，比TETRA晚了十几年，所以DMR要比TETRA先进等等说法，倒是可以商榷一下的。

DMR是Digital Mobile Radio的缩写，直译是数字移动无线电。

DMR是ETSI技术委员会的 ERM（Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters）于2006年制订发布的“ETSI 102 361-1 V1.2.1 （2006-01）Digital Mobile Radio Systems Part 1：DMR Air Interface protocol技术规范（TS）”。除Part 1外，还有：Part 2：DMR voice and generic services and facilities；Part 3：DMR Data protocol和Part 4：DMR trunking protocol，以后又有补充和修改。

DMR为常规标准，分三个层次：

tier I：6.25kHz FDMA（0.5W），最高业务速率4.8kb/s，普通专用对讲机点对点通信，适合低端商业用户；

tier II：12.5kHz 2时隙TDMA，最高业务速率9.6kb/s（连续模式）。利用另一个时隙作中转信道，不仅有点对点通信，还可作具有中继功能的通信；

tier III：12.5kHz 2时隙TDMA，最高业务速率9.6kb/s。利用另一个时隙作控制信道，使之具有集群通信功能的通信。

DMR设备分三类：

第I类：视距通信模式、免执照；

第II类：直通模式或转发模式、需审批执照；

第III类：采用中心控制器进行通信控制，需审批执照的DMR集群通信系统设备

DMR使用2.4kb/s AMBE++编码，4FSK调制。

DMR支持的业务见下表：

综上可以得见，DMR是较成熟而又较完善的体制。

下面再以TETRA和DMR的对比来谈谈。

自从欧洲电信标准协会（ETSI）于2005年发布DMR（Digital Mobile Radio）和dPMR（Digital Private Mobile Radio）标准后，国际数字对讲机的市场就开始活跃起来了。

我国也于2005年开始对数字对讲机的研究。因为在那个时候，唯独对讲机还处于模拟阶段，还没有数字化。但是也是从那个时候开始，出现了许多说法，特别是对DMR在还不十分了解的时候，有些不很确切的话出现了。例如：“DMR已经对TETRA造成威胁，TETRA将被DMR排挤，市场将被DMR占领了，TETRA没有多少时日了”；又如：“DMR数字集群通信要比TETRA数字集群先进得多，因为DMR比TETRA要晚十多年才推出，DMR采用的技术当然也会比TETRA要先进得多”；“DMR是大区制，TETRA是小区制，价格也比TETRA要便宜得多，TETRA太贵了”，等等。不久也出现了一些“DMR数字集群要比TETRA数字集群先进”的文章等等。似乎TETRA马上就要被DMR所替代，TETRA就要“寿终正寝”了。

难道作为制订TETRA和DMR两种体制和系统和设备标准的ETSI就是那么“糊涂”？他们用自己制订的DMR来替代自己制订的TETRA标准？可是笔者并没有搜寻到ETSI发表取消TETRA的任何信息，笔者甚至直接询问过TCCA的CEO Phil Kinder先生是否有这样的想法，他称根本没有这回事。那么，难道他们故意要使两种不同体制自己“打架”？还是故意要将DMR来取代TETRA呢？

看来对这些不同的看法有必要商榷了。

TCCA曾发布了一个 “TETRA versus DMR”的白皮书。作者阅读以后，觉得是有很大帮助的，因此想借用这个国际权威机构发布的白皮书的内容提出个人的一些看法。

TETRA和DMR标准都是欧洲电信标准协会（ETSI）制订的，原则上DMR和TETRA都是开放型标准。许多制造商和用户都参与了这两个标准的工作组，并参与制订要求和起草规范。ETSI对这两个标准的某些详细要求仍然允许制造商采用其专有的方式来实现（特别是DMR标准）。

TETRA是一个很成熟的、功能丰富的、并已得到广泛支持的标准，早在上个世纪90年代，ETSI就开始论证和规划TETRA系统，经过了将近十年的时间，才开始推出，所以是比较成熟的。我国也于2000年底确定TETRA为我国数字集群通信推荐型的四个标准之一。目前，TETRA已经成为各国任务关键型（Mission Critical）和安全关键型（Safety Critical）通信的首选技术。从1997年TETRA开始商用到现在，已经在全球超过了125个国家部署TETRA网络，并已有数百万用户终端在政务、公共安全、运输、石油天然气、机场、港口、市政工程及工矿企业等行业领域使用。

DMR标准是2005年正式发布的，DMR和dPMR实际上都是属于数字对讲机的体制。其中，DMR档次较高，属于专用对讲机范畴（本文不涉及dPMR）。

随着发展，无线电的信道利用率越来越高，可以回忆到最早是200kHz、100kHz的信道间隔，至上个世纪60年代，采用了50kHz的信道间隔。后来采用数字技术，100kHz的信道可以传输64kb/s的PCM；50kHz则可传输32kb/s的增量调制（△M）；而后缩小至25kHz则开始可传输1个16kb/s的CVSD；后又发展到25kHz可传输4~6个4kb/s左右CELP编码的时分复用（如TETRA和iDEN）；而间隔减至12.5kHz后，则可传输至少2个的2.4kb/s的CELP。

DMR就是这种情况。说DMR比TETRA先进，当然采用12.5kHz信道间隔确实比25kHz要先进。

由于采用TDMA接入技术，DMR在12.5kHz的信道间隔中安排了2个时隙。正因为有时隙的安排，因此DMR在使用点对点的单路通信时，似乎没有必要一个用户用两个时隙与两个不同的用户同时通话。那么怎样利用另一个时隙呢？于是DMR提出了上面已经提及的3个层次（tier）。

DMR第一代产品定位于第2层次（tier II）中转操作模式，即作为模拟常规无线中转台的直接替代解决方案。从2007年第一代产品商用化以后，已经建成大量的单基站中转台和一定数量的同播网。第一代第3层次（tier III）产品在2012年商用化，其定位是代替模拟集群通信系统（例如MPT-1327系统）。而第1代产品（tier I）最近国内已有十几家企业开始推出。

作者非常同意2012年10月TCCA发布的白皮书“TETRA与DMR的比较”中有一个极为重要的结论，即这“两个标准确是互为补充的”。因此，必须准确理解这两个标准的优点和局限型，才能正确选择从模拟无线通信网络向数字无线通信网络过渡方式。

其实真正比较的两个系统是指TETRA和DMR的tier III（具有集群通信业务功能的DMR第三层次）。而DMR的tier I和II是对讲机体制根本没有与TETRA（网络通信）的可比性。

现在借用白皮书中TETRA与DMR性能对比的内容。主要从频谱效率、数据吞吐量、功率效率、邻道功率和选择性、频谱和覆盖、互操作性和与现有网络的互操作等几个方面来作比较。

1、频谱效率

TETRA和DMR都指配每个话音信道占6.25kHz的频谱，所以TETRA和DMR的频谱效率是一样的，即TETRA每25kHz信道提供4路话音（4时隙），而DMR每12.5kHz载波信道提供2路话音（2时隙）。但1个TETRA载波支持4个逻辑信道，除了1个作控制信道外，其他3个信道可以组成不同的3个组通话；而DMR作集群通信模式时，它的1个载波可提供2个逻辑信道，除了1个作控制信道外，只有1个通信信道可以提供1个组通话。

虽然DMR可在非专用控制信道模式工作，但当控制信道被用于业务信道时，一些包括漫游或者建立呼叫等功能将不能支持。

可见，在相同的频谱下，TETRA显然能够提供更多的话音和数据容量及更多的功能，使话音和短数据业务的增长超过DMR。具体的讲，若要求建一个4信道的系统，TETRA只要一套设备，DMR要两套设备，但要经过处理，也能做到一个信令信道、3个通信信道，但还要加上合路、分路设备。从这一点讲，DMR算先进吗？

2、数据吞吐量

由于采用不同的数字调制（DMR为4FSK；TETRA为π/4 DQPSK），所以它们的IP分组数据业务吞吐量也不同：（注：作者将在以后的课中介绍TETRA为什么要采用先进又昂贵的π/4 DQPSK调制？）

DMR的4FSK调制每时隙最多可传输3.6kb/s的数据；而TETRA的π/4 DQPSK调制每时隙可传输7.2kb/s的数据。在TETRA标准中明确指出，每载波中的4个时隙可以捆绑使用，因此捆绑后，能达到28.8kb/s数据速率。当然以上都是指传输速率，真正的信息速率（去掉开销比特外），一般为50%~75%，这样，DMR的1个时隙提供约2.0kb/s的数据吞吐量，TETRA提供每时隙约3.6~4.8kb/s的数据吞吐量。TETRA以每载波25kHz的频谱资源可以多提供约75%的容量。因为一个25kHz信道的TETRA 若作4时隙捆绑，则可提供约14.4~19.2kb/s的分组数据吞吐量，而DMR没有捆绑的能力，只能提供1个时隙约为2kb/s，故TETRA是DMR的7~10倍左右。当然有人会说怎么能这样比较呢？这是因为TETRA使用25kHz的频道，只能按25kHz的信道间隔来作比较。

3、功率效率

（1）省电：由于移动通信网中的每个基站都需要有一个连续的控制信道，而以往，都是靠关闭发射机来省电，是不合适的。TETRA网络早就采用了关闭不用载波的省电技术，最近又采用了增强型省电技术，即在不用作业务信道的时隙不发射输出功率。但DMR还没有这种技术。

（2）耗电：DMR的优势是采用了效率较高的、比较简单的C类功放（4FSK调制），4FSK模块的价格目前也很便宜；而TETRA采用了高度线性化的调制技术（p/4DQPSK），所以它的功放没有DMR的效率高，而且模块价格也要高的多。但TETRA已经采用特别的线性化技术来改善功放，使之并已经接近DMR的效率。与C类功放相比，线性化的好处是超强的功率控制能力和减少输出功率的性能。

（3）价格：TETRA是在25kHz中4时隙工作，DMR要做到与1个TETRA收发信机相当（也是25kHz4时隙工作），则要采用2个DMR收发信机并加上合路、分路设备（即发射机合路器和接收机多路耦合器），显然价格更贵，并且和TETRA相比由于合路设备损耗使得功率效率都得减半。所以TETRA比DMR具有更高的功率效率，但只有一个例外，即只需要1个DMR收发信机（即2时隙工作已经能满足使用要求）的情况。当然，已在前面讲到，4FSK模块价格要远比p/4DQPSK的低得多。

所以在这个问题上，最终要看用在什么地方，采用什么系统，不能一概而论。

4、邻道功率和选择性

设计数字移动通信网络，要求它能与模拟和数字通信网的现有频段同站、共址工作，所以对数字移动通信系统的邻道功率和选择性都有严格要求。在这一点，我国无线电管理局早就规定了数字集群通信的共址邻道干扰的指标为-70dB。据了解，当时TETRA的实测水平为-66dB，还差4dB，而iDEN因为采用了16QAM调制，只有-62dB（16QAM的效率比p/4DQPSK高，而抗干扰性能比p/4DQPSK差）。GSM和CDMA等蜂窝通信系统的邻道功率和选择性性能都不够好，需要设置保护频带来防止干扰。

实际上，另两个数字集群通信系统（GoTa和GT800）在建网时，无线电管理局规定需要设置保护频带（±100kHz）来防止干扰，因为，它们分别采用GMSK和QPSK调制。TETRA采用了较先进的数字调制（p/4 DQPSK），抗干扰性能较好，虽然指标还差一些，但无需设置保护频带。DMR的tierIII是否需要尚不得而知，但它的4FSK调制的抗干扰性能肯定比TETRA的p/4 DQPSK调制要差得多。

5、频谱和覆盖

工作在VHF频段的DMR比工作在UHF频段的TETRA具有较大的覆盖优势，这对于低用户密度的网络特别有吸引力。TETRA也可以在VHF频段商用化，ETSI已经着手修改标准以覆盖VHF频段，已有多个制造商已经声明支持这一修改。TETRA的2信道或3信道分集进一步提升覆盖能力（在大多数DMR中并不具有这一特性），这对于抗多径衰落至少能改善5~8dB的接收机灵敏度，如果使用更多分集，改善效果更佳。目前，具有较高输出功率的DMR基站和用户机也已商用，它也为低用户密度的网络带来好处。

6、灵敏度和载干比

目前，TETRA接收机灵敏度和载干比（共道干扰）已经有极大改进。接收机灵敏度已经达到-119dBm（1995年发布的原标准规定为-115dBm）；载干比已经改善到9dB（1995年发布的原标准规定19dB）。这两个指标的改进都有助于TETRA获得与相同频段的模拟无线信道相同的覆盖能力。因此，这方面它已做到与DMR的性能相仿。

7. 互操作性

TETRA的成功很大程度上归功于多个厂家的网络和用户机可以互操作。开放的标准，多供应商供货，已形成高度竞争的市场，以及针对各种行业的大量解决方案。为把TETRA发展成为真正的开放的多家供应商的标准，TETRA的互操作过程（IOP）起了很大的作用。TETRA的IOP是一个持续不断的进程，包含进入市场的所有新功能特性的全面测试等，通过它验证所有基本业务已超过1000项的测试，TETRA IOP是真正独立完成的，为全球所接受的过程。

目前，还没有其他数字通信系统像TETRA一样有这样定义完整的、独立监督的、复杂的涵盖所有特性的互操作过程。

用户可以采用不同制造商的用户机在任一制造商的TETRA网络中工作。因此用户可以从大量网络供应商和用户机供应商中做选择，这对于建网价格有着正面的影响，可以少依赖某一供应商。由此产生的良性竞争也引起网络产品和用户机产品更多的创新。

DMR是否会取得相同的互操作结果还是个问号，DMR标准没有规定组成部分和功能特性（包括话音编解码和加密选件），也没有规定允许制造商的专有技术（包括tier III 的集群通信系统和网络）。虽然可以建议不同品牌的DMR对讲机和网络一起工作，由互操作测试来证明，但实际上，它仅是针对基本功能，仍然允许制造商采用不同的专有技术。在采购完整的DMR解决方案时，乍一看，采购谁都可以，但实际上在后续采购时，只能依靠某一个供应商。这是因为特定供应商拥有其他供应商所没有的基于知识产权的专有特性。

8、与现有网络的互操作

为减少投资而选择重复使用已现有的基站设施是可以的，但需要进行调研。调研包括再利用基站设备间或者建筑物、天线杆、天线、电缆和传输网络等。如果期望新的数字集群通信基站（包括TETRA和DMR tierIII）的覆盖至少要和原有的模拟集群通信基站一样，不仅可以重复使用这些基站的站址，而且如果设备的剩余寿命足够，则天线、电缆和天线杆都有可能再利用。

对于DMR，虽然可以认为已有的模拟集群通信的射频合路设备和电源设备可再利用，但由于新设备的具有更优越的性能和更小的体积。特别是电源方面对冷却、备用电池和基站租用成本等独有新的变化，从而使新设备的总拥有成本大大低于再利用已有设备的成本。

另外，过去多基站模拟集群通信网络使用模拟租用线路互连或数字（部分）E1 / T1电路，两种链路运行费用都较昂贵。而TETRA和DMR tierIII都可以采用IP链路或者E1 / T1电路工作（如果由于商业原因需要被保留）。在这种情况下要指出的是，它们只使用很少带宽，通常只需要模拟链路四分之一的带宽。多路复用音频线或慢速调制解调器连接铜导线不适宜建设DMR tierIII网络。而与DMR tierIII相比，TETRA不需要更多的链路容量来传输话音、数据和信令。

模拟通信网络向数字通信网络的平滑过渡是一个必须考虑的因素。理想的情况是，在新的数字通信网络中能够继续使用现有的模拟通信设备。通常，在全面安装和调试新的网络以后，才把老设备逐步换成新的数字设备。由于DMR使用的是与模拟通信技术相当接近的技术。所以，许多DMR tierII的转发器和电台都支持模拟和数字两种操作，允许逐步从模拟向数字过渡。但是，这种双模操作不适用于DMR tierIII的数字集群通信工作模式，现有的模拟通信设备根本与DMR tierIII的数字集群通信协议不兼容。

实际上，确实没有任何模拟集群通信协议（例如MPT-1327、LTR或Smartnet等）向DMR tierIII平滑演进路径。尽管有些DMR制造商提供双模的tierIII终端企图支持MPT-1327和DMR以获得过渡简化的想法，但在逐步过渡到DMR之前，这些网络的拥有者不得不购买DMR的专用终端设备。

一种通用的互操作的方法是在原有模拟和新数字网络之间部署一个网关。实际上在TETRA网络早已提供可以与其他包括模拟通信系统和网络连接的的网关，它支持这些系统和网络与TETRA网络之间的互操作。这就使原有用户可以从以话音为主的操作发展到以信息为中心的操作，充分使用TETRA的先进功能。

TETRA和DMR的tierIII各有自己的用户群，这两个标准基本上是互为补充。不能说是一个系统替代另一个系统。更重要的是TETRA是数字集群通信系统，是以网络形式出现的；而DMR是数字对讲机体制，只有它的tierIII才具有部分数字集群业务和功能。TETRA是一个成熟的的标准，是一个不断演进和提高、且在不断更新的标准。到目前为止，除了听到反映价格偏高和早期的设备偏重外，从体制和技术上还没有听到不满的意见，而且TETRA在保障一些重大的国际和国内活动中一直是零故障出现的系统。ETSI也还在研究TETRA的第三代解决方案，它将进一步做到功能先进，安装简单，高度可靠，价格合理。

DMR也是一个比较成熟的数字对讲机标准，它的特点是在对讲机点对点通信的基础上，研发出中继及有部分集群业务和功能的系统。DMR是一个从终端向网络发展的系统，所以是很可贵的。由于它的技术限制，只能具有部分数字集群通信的业务和功能，因此和TETRA的技术、性能相比是有差距的，可以说不在一个档次上。DMR是属于常规通信范畴，其出发点并不是想和数字集群通信竞争市场。

但是DMR仍然有比较广阔的市场，它可用于一些对于指挥调度要求不很高的专业部门：如一些小型城市（县城等）、中、小型港口，中、小型民航机场，部分高铁、城铁和铁路站台，轻轨、地铁，中、小型工矿企业和电站，大、中型展览场馆以及高级宾馆和酒店的指挥调度通信用。可预见DMR也将会和TETRA一样会受到世界各国认可的。

DMR tierIII的数字集群和TETRA是没有根本性的矛盾，DMR可以作为数字集群通信的补充，弥补数字集群通信市场的不足，应该说可以与数字集群通信竞争低端市场 。所以这两个系统同时并存，各自开拓自己的市场是基本没有矛盾的。如果说有矛盾，也主要在数字集群通信低端用户的市场上有竞争。

如果非要说出DMR和TETRA哪个更好，那么，从上面的一些简要分析中，就可见一斑了。即主要是TETRA的灵活性和功能特性比DMR tier III强，而话音容量和数据吞吐量也是TETRA较大。

TCCA的CEO Phil Kinder先生曾表示说：“虽然我承认DMR有它的位置，但是对于关键（Mission Critical）通信的用户，如果他们去看全寿命时间成本和全寿命拥有的好处，那么答案只有一个，那就是TETRA”。

随着针对工业和商业应用的小型TETRA解决方案的实施，即使最受成本约束的应用，例如建造业、私人保安、零售、餐饮和仓储等，也都将会采用TETRA系统。由于TETRA是基于开放标准，还能保证不同供应商提供的网络和设备的互操作。故用户可受益于一个丰富的专用无线通信设备应用的生态系统，不必锁定于某一厂家。

上面的分析对比仅供参考，望商榷。