DMR与dPMR的制式简介
时间：2021-01-28 来源：www.pttcn.net 作者：徐宝国 点击：
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DMR 是Digital Mobile Radio的缩写，数字移动无线电标准（DMR）是欧洲电信标准协会（ETSI）为专业移动无线电（PMR）用户专门制定的数字无线电标准，最早2005年获得批准。此标准的设计是在现有的全球已授权地面移动频率波段所使用的12.5KHz频道间隔中运行，并满足未来对6.25kHz通道均衡的监管要求。主要目的是指定复杂程度低、可负担得起的数字系统。DMR提供语音、数据和其他辅助服务。DMR协议涵盖未授权（第一层）、授权常规（第二层）和授权集群（第三层）三种操作模式，商业应用目前主要集中在第二层和第三层已授权类别。1、DMR 第I层：未授权。DMR第I层产品供446MHz频带免许可证使用。第I层提供消费应用和低功率的商业应用，采用最大0.5W瓦射频功率。由于信道有限和不使用中继器、电话互联和固定/集成天线，第I层DMR设备最适合个人、娱乐、小型零售和其他不需要广域覆盖或先进功能的环境使用。2、DMR 第II层：DMR常规。DMR第II层包括在66 – 960MHZ PMR频段运行的已授权常规无线电系统、手机和便携式设备。ETSI 的DMR 第II层标准的对象是需要频谱效率\先进的语音功能和集成IP数据业务以便在授权频段进行高功率通信的用户。ETSI 的DMR第II层规定了在12.5KHz信道中运行双时隙TDMA。3、DMR 第III层：DMR集群。DMR在第III层产品可在66 – 960MHZ频段进行集群运行。第III层标准规定了在12.5KHz信道中运行双时隙TDMA。第III层支持类似MPT-1327的语音和短消息处理，有内置128字符状态信息和高达288数位的各种格式的短信息。它还支持多种格式的分组数据服务，包括IPv4和IPv6。dPMR（digital PrivateMobile Radio）是ETSI组织公开的数字设备标准。适用于商业、专业和公共安全用户的应用；dPMR采用6.25KHz FDMA技术，4FSK调制方式、数据传输速率为4.8Kb/s。基于该技术，后续相继制定出NXDN、DCR等标准。dPMR已完成标准有ETSI TS 102490（Tier1）、ETSI TS 102 658（Tier2）等。dPMR采用FDMA技术，提供低成本数字语音和数据解决方案，ETSI dPMR通过采用6.25KHz FDMA技术及4FSK调制技术有效地减小了信道间隔，提高了频谱使用效率。DMR为TDMA接入，相对于TETRA、IDEN而言，它成本低廉，容易实现。其协议的实现分为直通，转发与集群三个阶段。DMR协议于2005年4月由欧洲ETSI提出，2007年12月正式公布。协议文件为ETSI TS 102 361，采用4FSK调制，12.5kHz信道间隔，双时隙，业务速率9.6kbps.DMR能使容量成倍增加，并延长电池寿命、提高语音质量、解决数据集成应用等问题，是市场需要催生的产物，适用于政府、大型企业。DMR中涉及到诸多摩托罗拉的技术专利，正是这些专利很好地解决了时分通信中遇到的技术难题。有必要提出的是对于语音编码的算法与速率，DMR并没有明确规定，但2006年4月，DMR的MOU(谅解备忘录)组织决定采用美国DVSI的AMBE 2声码器作为首选，声码器速率为3.6kbps。dPMR为FDMA接入，成本低廉，技术实现容易。其协议的实现分为直通与转发。于2005年提出，代表厂家是日本的建伍、ICOM，2008年12月正式公布，协议文件为ETSITS 102 490和TS 102 658，采用4FSK调制，6.25kHz信道间隔，业务速率4.8kbps。语音编码算法不作规定，但dPMR的MOU组织推荐采用AMBE 2声码器，编码速率为3.6kbps。
TDMA：Time Division MultipleAccess 时分多址 。时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。FDMA （Frequency Division MultipleAccess／Address），有许多不同技术可以用来实现信道共享。把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为“频分多址”技术。频分复用（FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。频分复用技术下，多个用户可以共享一个物理通信信道，该过程即为频分多址复用（FDMA）。FDMA 模拟传输是效率最低的网络，这主要体现在模拟信道每次只能供一个用户使用，使得带宽得不到充分利用。TDMA (时分多址)与FDMA (频分多址)之间的基本区别在于一个通道的定义以及是如何使用（接入）该通道的。在FDMA里，使用在一个特定频率（如：150.000MHz）的一个特定的带宽（如：6.25kHz）来定义一个通道。基本上，以这种方式分配通道已经几十年了。TDMA对于带宽和频率适用相同的原则，但是信号被分成时段，不同的时间段允许在一个相同的频段内能获得额外传送数据的能力。在一个频宽是25kHz的信道里TDMA有更好的利用率，比如说，2到3个用户可以占用相同的带宽作为一个FDMA信道使用者，但是一个带宽为12.5kHz的TDMA技术通过更好的利用率就可以达到两个新发展的6.25kHz 带宽的FDMA技术如dPMR所带来的效果。TDMA 和 FDMA技术通过不同的方法都达到相同的6.25kHz窄带能力。不同在于：FDMA 系统是“真的”6.25kHz通道，而TDMA 系统是通过在12.5kHz 带宽里不同时段来提供'等同于'6.25kHz 通道的效果。12.5kHz被认为是当前窄带标准的信道间隔，从这个角度看，这两个系统都达到了所谓的"加倍容量"。不同之处在于，无论是在有或是没有基础用户的情况下，FDMA 系统总是加倍的容量。而对于 TDMA，加倍的容量仅在中继器对时段进行同步、并且两个用户在相同的地理区域里同时接入相同的中继器时才能达到。理论上来说，在相同条件下，在发送功率相同的情况下，FDMA系统中的窄频信道比TDMA系统的12.5kHz带宽的信道有更好的覆盖范围。这是因为任何接收机的底噪与过滤器带宽是成正比的，因而带宽越小能接收的信号越小。在现实世界使用中，各种因素，例如地形、基站的天线高度以及周围建筑物等都影响覆盖范围，所以，如果没有特定的比较试验，一个系统不能声称比另外一个系统更好。可以声称的是，当与一个模拟调频信号相比较时，数字信号在通讯范围的边缘轻松地优于模拟信号，因而在一个更大的总面积内提供了更可靠的音频，即使覆盖面与模拟调频信号相同。
DPMR的语音传输帧如下所示：
4.功能区别两种标准都支持直通模式和中转模式。而DMR标准还支持集群模式。在直通模式下，一个信道只能同时存在一个语音呼叫。两个标准都支持PTT呼叫、个呼、组呼、全呼、广播、迟后接入、主叫号识别、呼叫转移等功能。DMR支持OVCM呼叫（个呼和组呼通话的第三方可以监听信道并加入该呼叫）、非编址呼叫、对不支持服务（FNS）的反馈，但是不支持慢用户数据，不支持短附加数据。而DPMR标准则支持慢用户数据，支持短附加数据，但是不支持OVCM呼叫、非编址呼叫、对不支持服务（FNS）的反馈等功能。在直通模式下，两个标准都支持IP服务，短消息（文本，状态，预编码）。DMR不支持文件传输，支持预定义格式（Binary，BCD,7bit字符，8bit字符，Unicode,… …）数据的发送，而DPMR标准则支持文件传输，但不支持预定义格式数据的发送。DPMR通过ISF和CSF两种不同的移动台状态来区分，出厂时工作在ISF状态下。而DMR没有ISF和CSF的区别。DMR 标准的色码长度为4 bit 。可以设置为（0到15）默认情况下设置为CC0。而DPMR 的色码长度为24 bit。它是由12bit经过双比特编码所得。同时ISF和CSF使用不同的色码，各有16种，其他为保留色码。数字移动设备（DMR）标准定义的色码（图中“CC”），可以用于区分两个或多个使用相同频率的数字设备系统。下图描述了两个使用相同频率但各自拥有不同色码的DMR数字设备系统。
对于设备来说，色码是一个属于信道的属性，使得一个设备可以与拥有不同色码的站点进行通信。对于每个频率可以有最多16个可用的色码。对于设备用户而言，色码的作用与组ID类似。正如组用于将各个用户分组，色码用于区分使用相同频率的系统或信道。下图描述了一个拥有较大重叠覆盖范围并使用相同频率的多中继台系统，此时，需要为每个中继台配置不同的色码。这使得每个中继台在一定程度上独立开来。但是，由于各个系统中的用户都会检测到其它中继台的数据传输，这将导致用户收到“信道忙”提示的情况大大增加。换句话说，此区域的射频拥塞情况由这两个中继台的传输量之和决定。值得注意的是，配置了正确色码的用户，无论何时，都只会收到与他们相关的传输。当两个拥有相同频率不同色码的站点发生覆盖范围交叠时，需要适当的设置手持台的准许条件属性。推荐将手持台的准许条件属性配置为“信道空闲”，以保证当交叠站点上的另一个设备在传输时，该手持台是有礼貌的，并且对于在该频率上的任何模拟传输该手持台也是有礼貌的。如果将准许条件属性配置为“色码空闲”，该手持台只对相同色码的传输是有礼貌的，在有其它中继台正在传输时也会唤醒它所对应的中继台。如果相邻站点之间有较大范围的交叠，这将导致大量的干扰，使得交叠区域范围内的两个中继台信号都不可用。当将准许条件属性配置为“总是”时，手持台将不再有礼貌，即使正在进行的传输与它的色码一致。同样，这将使两个中继台都被唤醒进行传输，进而在交叠区域产生干扰。如果不得不这样配置，建议让交叠区域尽量小并且将准许条件属性配置为“色码空闲”。这样使得两个中继台能够共享带宽，负载也更合理。下图描述了覆盖范围有交叠的两个多基站IP网络互联系统。中继台的频率和色码需要遵循以下标准：l 多基站IP网络互联系统中地理上相邻的中继台需要使用不同的频率，它们的色码可以相同也可以不同。l 如果两个多基站IP网络互联系统的相邻中继台使用了相同频率，它们就需要使用不同的色码。在覆盖范围有交叠的情况下仍然使用相同的频率是不明智的，这样会有干扰问题。注意，多基站IP网络互联配置不支持同时联播。l 系统与系统之间可能在多个站点之间共享信道。有可能在两个不同站点（名为站点1和站点2）的两个系统（名为Sys1和Sys2）使用相同的频率和色码对。在自动站点查找（被动站点查找）时，站点2处属于Sys1的设备将会找到Sys2的中继台，并停留在该信道上。这不是我们所期望的情况。要避免这个问题需要确保覆盖范围有交叠的系统所使用的频率和色码对是不同的。信道接入说明了在何种情况下允许设备在信道上发起一个传输。（2）礼貌于相同色码的行为Polite to Own Color（1）礼貌于所在组的行为Polite to Group（2）礼貌于相同色码的行为Polite to Own Color所有的这些信道接入选项控制着标准的语音组呼和个呼如何接入系统，但并非所有传输类型都会用到这些设定。例如，紧急语音呼叫总是不礼貌的。这使其在一个信道的所有传输中具有更高的优先级；数据呼叫则总是礼貌的，因为数据呼叫能够排队和重试，因此认为它的优先级低于语音呼叫。注意，一个“礼貌的”设备用户发起语音呼叫时会对数据呼叫礼貌，但一个“不礼貌”用户则可能不会。控制消息（用于信令功能的）总是礼貌的。一个例外是紧急警报，为了这种传送能够尽量成功，紧急警报通过不礼貌和礼貌相混合的方式发送。在多基站IP网络互连模式下，中继台在开始发送之前还会检查是否存在信道干扰。尽管发起呼叫的设备会检查它所在站点下的信道，但并不代表其他站点不存在干扰。因此，每个中继台都需要在将自己唤醒，开始发送之前先检查空中接口。中继台总是采用“信道空闲时”的标准，并有一个可设定的信号强度门限。设置为不礼貌信道接入的设备在被允许发送之前不会检查信道空闲。因此对于用户来说，按下PTT则意味着设备开始发送。不过，设备在数字中继模式下会检查中继台是否已经休眠。如果设备不能将处于休眠状态的中继台唤醒，发送将无法被处理。必须注意的是，在不礼貌信道接入的设备发送的同时，另一用户可能也在发送，这将导致射频竞争的发生。当竞争双方都是数字传输时，将无法预测哪路信号将胜出。如果某个传输远强于另一个，前者将会被收到。但大多数情况下，同频同时隙的两个传输都可能变得不可用。因此建议此类用户在发起传送之前先利用设备上的信道指示LED灯来判断信道空闲与否。在多基站IP网络互连模式下，只有本地站点才存在不礼貌信道接入。在这种模式下，假设一个呼叫正在进行，如果不礼貌信道接入的设备和该呼叫的发起设备处于同一站点下，将会引发射频竞争，并且无法知道哪一方能够获胜。如果双方不在同一站点下，除了不礼貌信道接入设备所在的站点，先前的呼叫将在其余所有的站点继续转发。2、对所有用户都礼貌的信道接入( “信道空闲”的接入准则)设置为礼貌信道接入的设备在被允许发起一个传输之前会检查信道忙闲。这种设置的设备对于所有的模拟或数字传输，其他系统的传输，或者本系统的其他传输都是礼貌的。当附近存在其他通信系统时，常采用这种设置来防止设备用户的相互干扰。3、仅对本数字系统礼貌的信道接入 (“正确的色码”的接入准则)设置为此规则的设备在发起一个传输前先检查信道忙闲。这跟“始终保持礼貌信道接入”十分类似，但不会对模拟系统或者其他系统的传输礼貌。它仅对本系统的其他传输礼貌。当附近没有其他通信系统或不担心邻近系统产生干扰时，常采用这种方式。DMR集群模式的移动台支持节能。移动台向基站申请进入参数为x（x大于0小于8）的节能模式，待确认后进入节能模式。移动台以 (2的x次幂-1)×480 ms 的最大间隔进行接收。DPMR标准中，发送方发送前携带n个节能头帧，而接收方以 (n - 1) × 80 ms 的最大间隔进行接收。DMR标准要求采用双时隙TDMA技术。这种技术将信道分成两个交替时隙，从而在一个12.5kHz的物理信道内建立了两个逻辑信道。每个呼叫仅使用其中一个逻辑信道，每个用户访问一个时隙就如同访问一个独立的信道。发射设备仅在自己的时隙内发送信息，在另一时隙则处于空闲状态。接收设备则对两个时隙都进行监视，并依据每个时隙所包含的信令信息来决定接收哪个呼叫。TDMA技术为在12.5kHz中继台信道上达到相当于6.25kHz频谱效率提供了一个简单的方法，这为使用日益拥塞的许可信道的用户带来了巨大的便利。不同于FDMA技术提升频谱效率的手段（将信道切分为更小带宽的频段），TDMA技术使用了全部12.5kHz的带宽，但通过将其分为两个交替时隙的方法来提高效率。此外，TDMA技术保持了12.5kHz信号众所周知的射频性能特性。从射频技术上讲，因为实际的传输功率和辐射发射都不变，双时隙TDMA方式的12.5kHz信号在带宽占用，传送性能等方面，从本质上讲同12.5kHz模拟信号都是一样的。但由数字技术带来了更多的优势，使基于TDMA技术的设备能够在一个单中继信道上提供大约两倍于现今模拟设备的通信容量，而射频覆盖能力也与之相当甚至更优。双时隙TDMA从根本上使系统容量加倍。这意味着一台DMR中继台可以替代两台模拟中继台（因为一台DMR中继台同时支持两路呼叫）。这节省了中继台的硬件成本和维护成本，同时也降低了多信道配置所需的射频连接设备的成本和复杂度。更重要的，双时隙TDMA信号正好适合用户现有的许可信道，用户无需为增加的系统容量申请新的许可。同时，相对于可能需要不同信道带宽的其他解决方案来讲，双时隙TDMA技术引起邻道干扰的风险较小。双时隙TDMA提供的两个时隙（两个逻辑信道）具有大量的潜在用途。例如：l 将两个时隙都用作语音信道，从而使每台许可的中继台信道的语音容量加倍；l 将两个时隙都用作数据信道，从而全部提供数据业务；l 将一个时隙用作语音信道，另一个时隙作为数据信道，这种灵活的方案为语音用户同时提供移动数据、文本消息或者位置追踪等业务。当设备操作于直通模式时，12.5kHz信道上的双时隙TDMA系统不具备相当于6.25kHz的效率。这是由于必须由中继台来维护交替时隙的同步时序，才能使各个终端设备共享时隙。因此，在一个直通信道上，尽管一个设备只使用一个时隙发送，但整个12.5kHz信道都将被占用，而其他终端设备将不能使用另一时隙。但此时另一时隙可能成为一个信令信道。ETSI DMR Tier 2标准将此功能称为反向信道信令（ReverseChannel Signaling），这将为以后的专业用户提供更多的功能，例如优先呼叫控制，发送设备遥控和紧急呼叫抢占等。这些未来的基于反向信道信令的功能是TDMA技术独具的能力。DPMR：绝对的6.25kHz信道,无论是终端间直通还是通过中转台。能够实现以最小信道间隔分配频率。频率利用效率高。DMR：通过中转台转发可实现等效6.25kHz。终端直通时只能12.5kHz。没有实现以最小信道间隔分配频率，频率利用效率最佳状态。DPMR：虽然有数/模转换带来的延迟，但相对小。用户容易适应和接收。DMR：由于分时隙，接收灵敏度低于目前相对应的模拟电台。同等条件下劣于模拟电台（大约是模拟电台的75-80%，在终端-终端直接通信时尤其明显）。且由于保护时隙的限制，存在理论上的通信距离极限。DPMR：和模拟设备相同。无论是终端间直接通信还是通过中转台的转发，同频单工、异频单工、高/低频率设置自由选择。DPMR：数据承载量大。传输效率高。且可以在同一信道同一时间实现话音/数据同时传输。也可以跳转到指定信道上传输。使用灵活。DMR：由于保护bit等自身数据的占用，有效数据承载量小。传输效率低，且只能在另外的时隙上传输（等于占用其它信道）。不是真正的话音/数据同传。DPMR：超窄带FDMA电台具有优异的接收灵敏度。在传输特性上和模拟电波相同。同等条件下通信距离优于模拟系统。DMR：时间延迟时间长（680-880mS）。用户感觉明显，会有不适应感。DPMR：完全实现了数字电台向下兼容模拟电台，能够真正的混合使用。平滑过渡性能好。DMR：只能实现中转台的数字/模拟兼容。终端没有“双待机”。数字终端和模拟终端不能真正的融合成一体。DPMR：对于使用状态多样化的用户，从最简单的通信方式到最复杂的大型系统，使用性能都可以保持在相应的最佳状态，应用的一致性好。DMR：有中转台和没有中转台的使用性能差异大。在兼顾不同使用形态用户时很难都达到最佳使用状态。DPMR：当电波环境复杂，干扰较严重的场合，可以在12.5kHz信道间隔上采用6.25kHz信号,将自己的信号能量集中在中间,减低外界的干扰。
(中国集群通信网 | 责任编辑：陆涛) |
