DMR 数字无线通信原理

Posted 2022-04-26 bobuddy

前        言

 

工信部 666 号文件:

2010 年不再审批 25KHz 带宽对讲机的型号核准，2011 年停止模拟对讲机的型号核准， 2016 年中国市场将禁止使用模拟对讲机并全面进入数字对讲机时代。

美国联邦通信委员会 FCC：

 

• 2011 年后将停止核准低效频谱机型（≥12.5kHz）。

• 2013 年必须完成所有公共安全设备的系统切换。数字通信技术正在取代模拟通信技术

狭义的专业陆地移动通信主要指工作在 VHF、UHF 和 800MHz 频段的常规对讲和集群移动通信系统和设备。

与模拟常规和模拟集群通信技术相比，数字常规和数字集群通信技术为专业移动通信带来许多革命性的变革。

第一，数字技术可以更高效利用无线电频谱资源。数字通信系统在一个频道上能够承载多个业务信道， 从而容纳更多用户。提高频谱利用率，作为一种解决频率资源不足的方案，具有长远的意义。

第二，提供话音和数据综合业务。用户能够获得更多、更准确的信息来提高工作效率。与模拟通信技术相比，数字通信系统具有更强的数据处理功能，使更多的数据应用可以被集成到一台无线通信设备中， 使用户的应用解决方案更加完善。

第三，数字通信技术能够在更大的范围内改善话音音质，提升通信质量。由于数字通信技术拥有系统内纠检错功能，和模拟通信技术相比，可以在更大范围内传送准确的语音和数据，减少话音失真度和数据误码率。数字系统对环境噪声有出色的抑制能力，在非常嘈杂的环境下也能收听到清晰的话音。

 

PMR : Private Mobile Radio 专用集群移动通信网 分类：

 

1. 目前数字市场厂商格局 ?

2. 

• Hytera 是 DMR MoU 组织核心成员 ；
• Hytera 是全球极少数掌握DMR 核心技术的企业之一 ；
• 在领先企业中，Hytera 拥有最丰富的 DMR 产品系列，包括常规、同播、集群系统及一系列完整解决方案。

 

数字 DMR 市场容量趋势

DMR 的市场增长趋势

 

第一部分 DMR 概念

 

什么是 DMR？

DMR(Digital Mobile Radio)是 ETSI（欧洲电信标准协会）于 2005 年推出的开放的专业无线电通信标准，目的是实现低成本、低复杂度、低功耗、高效实用的专业数字无线通信。

DMR 标准专为信道间隔为 12.5kHz 的全球陆上移动频段而设，并将满足未来对于 6.25kHz 信道间隔的监管要求。

DMR 数字终端的发展无论是在国内还是在国外尚都处于起步阶段。

 

DMR 的标准分为三个等级：

• Tier1：主要用于低成本的 DPMR446  产品，使用免费频段（446.1～446.2MHz  ），面向民用市场。只能用于直通方式，最大有效辐射功率为 500mW，采用 FDMA 技术。

• Tier2：主要用于实现常规通信（支持直通和中继方式）的产品，面向专业市场。采用 TDMA 2 Slot技术。

• Tier3：主要用于集群和同播系统中应用的产品，面向专业市场。采用 TDMA 2 Slot 技术，支持网络互联，管理和控制。

 

DMR 通信协议

        DMR 协议使用一种TDMA 双时隙接入的方式。TDMA（时分多址）是将一个信道分为 2 个时隙： 每个信道突发 2 个时隙，每个时隙 30 ms。其中每个时隙都有 1．5 ms 的保护时间。

        TDMA 是把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息，把 N 个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。

 

DMR 空中接口协议

物理层（PL）

  空中接口 1 层是物理接口层，它处理由发射或接收的比特组成的物理突发。物理层包括以下功能:

•   -调制和解调；
•   -发射和接收转换；
•   -射频特性；
•   -比特和符号定义；
•   -频率和符号同步；
•   -帧构建。

 

数据链路层（DLL）

  空中接口 2 层是数据链路层，它处理逻辑连接，且隐藏上层的物理媒介。数据链路层包括以下功能：

•   -信道编码（前向纠错，CRC 校验），交织，解交织和比特定义；
•   -确认和重传机制；
•   -媒介接入控制和信道管理；
•   -帧，超帧的构建和同步；
•   -突发和参数定义；
•   -链路寻址（源或目的）；
•   -与物理层的语音应用（语音编码数据）接口连接；
•   -数据承载业务；
•   -与呼叫控制层交换信令和用户数据 。

 

呼叫控制层（CCL）

空中接口 3 层是呼叫控制层，它仅适用于控制平面，是 DMR 所支持的业务和设施的一个实体，位于空中接口 2 层功能之上。呼叫控制层提供以下功能：

• 基站激活/去激活；
• 呼叫建立，保持和终止；
• 个呼或组呼的发射和接收；
• 目标寻址（DMR ID 或网关）；
• 支持固有业务（紧急信令、预占优先、迟后进入等）；
• 通知信令。

 

 

第二部分 数字化通信带来的好处

 

 

一、双倍通话容量，降低投资资本双倍通话容量（双时隙）

 

通过只在它们的交替时隙上发射信号，两个（组）呼叫可同时共享一个信道，而不会相互干扰，从而使得频谱效率翻倍。

 

二、覆盖范围更广的清晰语音通信

• 在更大通信范围内保证清晰的话音质量，尤其在通信覆盖边缘地带，话音依然清晰；
• 扩大感知距离 ；
• 静态噪声抑制 ；
•  

 

系统信号覆盖边缘的音质

 

三、电池使用率提高 40%：更长的通话时间

• 工作循环为 5/5/90 时，80%的电量在发射过程中消耗。

• TDMA 设备通话时只在单个时隙发射，发射时间减少一半，耗电更低。

• TDMA 数字技术可提高至少 40%的电池使用时间。

四、数字加密性能，保障通信安全

1. 在模拟信道上扫频监听数字信道，会听到无法分辨的语音信号。
2. 在数字信道上监听，由于信令或 ID 号不匹配，只显示载波接收但无语音输出。

          (ID 号可多达 16,776,415 个)

 

 

 

第三部分 DMR 指标参数

 

1、 频谱效率

 

2、4FSK（ 4 level Frequency Shift Keying ）数字调制方式

•  

可将设备内部的数字信息（语音，数据，信令）直接通过载波发送出去；

有效的增强对讲机除语音通信以外的通信能力；

• 4FSK 调制宽宽：12.5 KHz

• 波特率: 9600 bits/s

• 符号 01 = 1.944 kHz

• 符号 00 = 0.648 kHz

• 符号 10 = - 0.648 kHz

• 符号 11 = -1.944 kHz

 

3、音频载波延时：

 

模拟系统延迟一般在 20 至 40ms，数字系统的时滞，大约 300ms 至 500ms，这么大的延误主要是语音压缩与解压所耗时间。

 

第四部分 DMR 业务综述

 

DMR 支持的业务

1.  

• 语音业务，包括单呼、组呼、全呼等功能。
• 数据业务，包括 IP 数据、短数据、状态消息等。

 

1. DMR 语音业务

1. 单呼（无确认单呼和CSBK 带确认单呼）
2. 组呼
3. 无地址语音组呼
4. OVCM（ Open Voice Channel Mode）语音业务
5. 全呼
6. 广播呼
7. 迟后进入

 

二、DMR 数据业务

 

DMR 数据包协议包含的数据传输类型如下：

不带确认数据传输；

带确认数据: 数据传输/响应数据传输。数据包协议支持的数据业务有：

• IP 业务；
• 短数据业务；
• 原始数据；
• 状态消息；
• 定义短消息；
• GPS ；
• 遥测 ；