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,最早于2005年获得批准。
本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。今天,按其规格设计的产品在世界各地有售。 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。 定义DMR的标准由四个文档构成。这些文档可以从ETSI网站免费下载。请点击以下链接下载:
TS 102 361-1: DMR 空中接口协议 | |
TS 102 361-2: DMR 语音和普通服务与设施 | |
TS 102 361-3: DMR 数据协议 | |
TS 102 361-4: the DMR Trunking protocol |
还有一个包括所有标准元素的设计师指南简读本:
TR 102 398: 总体系统设计 |
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DMR标准的其他主要技术特征包括:
- 双时隙时分多址(TDMA)运行
- 4级FSK调制
- 最先进的前向纠错
DMR有哪些不同类型
DMR标准分为三个层级。
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。
DMR 第II层:DMR常规
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。
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。
主要优势
与传统模拟系统和其他数字系统相比,DMR系统具有许多优势。简言之,DMR数字系统带来以下优势:
• 先进的控制功能
• 卓越的音频性能
DMR优势白皮书 >> |
• 现有12.5kHz授权信道容量倍增
DMR的主要优势之一是通过TDMA使单个12.5 kHz 信道能够支持两个同步和独立呼叫。根据DMR标准,TDMA保留12.5 kHz信道宽度,并将其划分为两个交替的时隙A和B(如下图1所示),每个时隙作为一个单独的通信路径。在图1中,对讲机1和3在时隙1上通话;对讲机2和4在时隙2上通话。
图1:DMR双时隙TDMA结构
在这种布局中,每个通信路径使用12.5 kHz带宽的一半时间,因此每个路径使用一半的带宽,即6.25 kHz。也就是6.25 kHz频谱有一个通话路径的效率,而采用DMR,该信道作为一个整体仍保持与12.5 kHz 模拟信号相同的特征。这使DMR无线电可在执照持有人现有的12.5 kHz或25 kHz信道中运行,这意味着无需改变波段或重新申请执照,同时使信道容量增加了一倍。如下图2所示。TDMA增加给定带宽通话容量的方法已经过系统的试验和测试。TETRA与GSM蜂窝移动(世界上最广泛使用的两种双向无线电通信技术)均是TDMA系统。美国公共安全无线电标准 P25 也正在将其第二阶段的规格转向双时隙TDMA。
图2:通过DMR系统实现模拟向数字迁移
另一种增加容量的方法是将12.5 kHz或25 kHz信道分割成两个或更多的6.25 kHz 信道,即FDMA。理论上,6.25kHz FDMA通话设备可在旧的12.5 kHz信道中挤进两个并排的新通道。但实际的情况并不是这样。在许多国家,不存在具体的6.25 kHz许可证,而监管制度不允许许可证持有人在现有的12.5kHz许可证中运行两个6.25kHz通道。
但通常有可能在12.5kHz许可证中运行1个6.25kHz无线通道,但用户并没有增加容量。这种情况显示在下图3。在美国,有授权的6.25 kHz信道可用,但许可证持有人不得将现有的12.5kHz许可证分割成多个6.25kHz信道。因此,要增加6.25kHzFDMA系统的容量,用户不得不申请新的其他频谱范围的6.25 kHz许可证。即使在允许用户在现有许可证中挤入两个6.25 kHz路径的国家,这也可能产生问题。
基站使用频谱中两个相邻通道运行系统,很容易产生干扰风险。 基于这个原因,使用 6.25 kHz FDMA 解决方案(见下图4)的用户仍然要申请其他频谱范围的新执照来增加容量。与此相反,由于DMR的两个TDMA路径完全适合现有的通道结构,安装DMR系统后,不会产生新的干扰问题。
图3:通过6.25 kHz 数字 FDMA系统模拟向数字迁移
图4:通过6.25 kHz FDMA模拟向数字迁移
总之,数字PMR-/-LMR协议中使用的FDMA和TDMA系统理论上有同样的频谱效率,因为它们可以在12.5 kHz频谱中提供两个通话路径,但DMR采用的 TDMA办法具有与世界各地现行监管制度兼容的优势,并且不会产生新的干扰问题。
FDMA 6.25kHz方法的一个潜在好处是,不需用中继器协调TDMA时隙以提供两个独立通话路径,而这对DMR是必要的。(DMR系统不用中继器也工作得很好,仍然可以体现DMR系统的许多固有优势,如反向信道信令等,但不是每个12.5 kHz频谱都运行两个完全独立的通道)。但是没有中继器,FDMA的所有无线设备必须随时处在相互覆盖范围之内,以实现预期的容量倍增。因此,如果系统现在或将来需要中继器覆盖额外的范围,或问题区域(例如基站搬迁或开设新点),FDMA的这个优势将大打折扣。
DMR系统的优势还在于12.5 kHz信号比6.25 kHz抗干扰能力更强。这意味着在噪声环境下,12.5 kHz信道衰减的可能要小于6.25 kHz信号,可为无线用户提供可接受的对讲服务。因此,6.25 kHz FDMA系统非中继器增加容量的优势仅限于:a)您只有一个小基站,在系统使用寿命期间所有无线用户与他们的通信对象位于直接联系范围之内; b)您可以获得所需的频率,因为出于监管或干扰方面的原因,将现有许可证拆分成多个6.25kHz信道不可行; c)难以获得12.5 kHz信道许可证;d)没有必要与传统的12.5kHz模拟系统的兼容(见下文)。DMR在开发伊始就考虑了长远业务需求,没有这些限制。
如下图5所示。
图5:DMR频谱信道与传统模拟系统的兼容性
• 高效使用基础架构设备。DMR TDMA方式的另一个优势是,用一个中继器、一个天线和一个简单的双工机获得两个通信通道。相对于FDMA解决方案,双时隙TDMA可获得6.25 kHz的效率,同时最大限度减少中继器和组合设备的投资。两种方法对一个简单系统的设备需求显示在下图6。
图6:双信道FDMA和TDMA系统的设备需求
FDMA每个信道要求专用中继器,外加昂贵的支持多频共享一个基站天线的组合设备。将组合设备用于6.25 kHz信号可能特别昂贵,而且以这种方式使用时,通常会造成信号质量和覆盖范围的损失,因此需要使用功率放大器(如图6所示)。对于振荡器老化产生差错的现象,FDMA 6.25 kHz系统的容差性较低,导致发射信号偏离理想的中心频率。这将导致对邻频的保护程度降低,使系统易于受到干扰。可用专门设备抵消,称为高稳定振荡器,但又要增加需要成本。相比之下,双时隙TDMA用单信通道设备达到稳定的双信通道等效,不需要额外的中继器或组合设备(而且中继站可降低空调消耗,对备份电源的需求较低)。对DMR用户来说,这意味着较低的成本和较简单的基站规划。
• 更长的电池使用寿命和更大的功效。电池使用寿命一直是移动设备的最大挑战之一。过去,增加一次充电的通话时间的选择有限。但是,双时隙TDMA提供了一个很好的解决方法。由于单个呼叫只使用两个时隙中的一个,因此只需要一半的发射器容量。发射器有一半时间是空闲的,也就是说,任何时候它都是未使用的时隙“轮次”。
例如,典型的占空比为5%发射,5%接收,90%闲置,发射时间占电池消耗的很大比重。通过将有效发射时间减少一半,双时隙TDMA与模拟无线通信比较,通话时间可提升高达40%。(根据一家制造商公布的产品资料,同一对讲机在模拟模式下通话时间为9小时,数字模式则为13小时)。由于每次通话电池总消耗大幅降低,一次充电的使用时间得到延长。DMR数字设备还包括睡眠和电源管理技术,可进一步提高电池的使用寿命。 尽管许多其他因素影响个别设备的电源消耗,将市场上大规模销售的DMR和FDMA数字对讲机公布的电池寿命数据进行比较,还是可以看出TDMA方式要优于FDMA。每小时使用时间,TDMA对讲机对电池容量的需求比FDMA模式低19%-34%。
除了环保原因不浪费能源外,选择较低能耗的技术可以让我们在未来拥有更多的灵活性。随着用户通信需求的增长(例如更大的数据需求),需要更多的电池容量,最好选择本质上更有效的技术,以便有更多的使用余地。如上所述,DMR的基础架构也比FDMA系统所要求的更简单。这意味着运行一个基站所需能源 TDMA比FDMA要低。这些节能特性赋予DMR用户更精简、更环保的无线网络以及更长的无线设备电池使用寿命。
• 易于使用和创建数据应用程序。DMR的端到端数字特性可以很容易把GPS短信和遥测等应用添加到设备和系统中。DMR标准还支持无线IP数据传输,易于开发标准应用程序。随着现代社会对数据及语音通信的依赖程度越来越大,往系统中添加大范围数据应用可以带来最大投资回报。事实上,向无线通信系统中添加商务强化型数据服务和应用时推动用户向数字通信转换的主要动力之一。 DMR方案实现的信道容量倍增对添加数据应用也至关重要。为了保持相同质量水平的现有语音业务,必须拥有额外的数据传输容量。这对自动车辆定位等应用特别重要;在这些应用中,系统可生成庞大的信息量,以保持位置的不断更新。虽然这对企业用户是一个非常宝贵的工具,但极有可能需要提供额外的容量,才能保证语音服务不受影响。DMR方案以简单、明确的方式提供所需的额外容量。
图7:使用DMR系统运行定位服务,跟踪用户位置
• 通过同步使用TDMA信道实现系统灵活性。在TDMA系统中,当语音使用第一时隙时,第二时隙可用于与呼叫作业并行的应用数据发射,如短信或定位数据,这在同时提供口头和视觉调度指令的调度系统中是非常有用的。在数据信息日益丰富的世界,这种增强型数据能力变得越来越重要。双时隙TDMA应用的未来发展蓝图包括暂时结合两个时隙,以有效将数据速率倍增到9.6 kb /秒,或将两个时隙合并使用,以支持全双工(类似电话通话)私人电话。FDMA无线通信不能提供这些功能(如果不增加额外的收发器并使用额外的授权信道),因为在单个6.25 kHz FDMA通道只有一条通信路径,这意味着可以通话,或传送语音或数据,但不能两者兼顾。而且数据速率限制在单个6.25 kHz信道可以挤出的4.8 kb /秒。
• 先进的控制功能。DMR标准支持使用第二时隙发送反向信道信令,即在第一信道用于呼叫时,在第二个时隙以信号形式将指令发送给无线设备。此功能可用于优先呼叫控制,发射信号远程控制,或优先紧急呼叫,为无线电系统运营商提供精确控制和灵活性。FDMA系统不能提供类似的功能,因为他们受每频谱信道只有一个通话路径的限制。
• 卓越的音频性能。DMR数字技术可提供更好的噪声抑制,并在更大范围保持优于模拟的语音质量,特别是在传输范围的最边缘。 DMR具有卓越距离特性的原因之一是在制定该标准时,对前向纠错(FEC)和循环冗余校验(CRC)编码的选择投入了大量心血。这些编码器能够使接收设备通过分析信息中的插入位(供接收设备检查是否存在错误),检测和自动修正传输错误。DMR标准指定了14种不同的可用编码器,每种编码器匹配不同类型的信号传输。 通过编码器和其他技术的应用,数字化处理可以筛选出噪声,并从降级的传输信号中重新构建信号。用户可以更清晰听到一切通话——提高了无线解决方案的有效范围,并使用户时刻知悉现场形势变化。
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图8:与模拟比较,DMR带来的覆盖范围提升
对哪种数字系统能提供最佳覆盖面积有一些讨论,比如是基于12.5 kHz,还是6.25 kHz信道的系统。两者都有优点和缺点。基于6.25 kHz的系统处于不利地位,因为当您将6.25 kHz信道中多个高功率发射信号挤入频谱中时,就必须严格限制每个传输信号的调制信号(技术术语就是降低信号偏差),以免对频谱中的下一个信道造成干扰。对信号偏差的这一限制意味着,当信号微弱时,特别是在系统覆盖的边缘,接收器不太能区分它接收的是一个“1”或“0”。 理论上,这影响了6.25 kHz系统的覆盖范围。
对于希望在给定12.5 kHz频谱中运行两个6.25 kHz中继器的用户,一些监管机构也将 6.25 kHz FDMA系统中的中继器功率限制在12.5 kHz DMR系统可用功率的50%。这是为了确保每频谱单位保持了整体功率水平。这种限制也可能影响覆盖范围。DMR系统还受益于上面讨论过的前向纠错技术的先期实施。但FDMA系统确实受益于6.25 kHz信道的噪声层低于较宽的12.5 kHz信道。
• 由完全开放、成熟、广泛支持的标准带来的供应安全性。由于DMR是一个得到供应商广泛支持的完全开放的公共标准,买家可以放心供应的持续性。技术融入开放标准而获得成功的例子很多,因为该标准鼓励供应商广泛的参与。更多供应商带来更多的用户选择、更快速的产品开发和源自竞争压力的更低价格。
现在DMR是被最广泛采用的数字双向无线通信技术,在100多个国家得到积极应用成为市场领先的数字PMR技术 。
设备制造商
Infrastructure and Mobile Terminals
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IOP CERTIFICATION |
INFRASTRUCTURE |
MOBILE TERMINALS |
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- EMC |
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- Radiodata |
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- Sepura |
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- Simoco |
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Dispatcher & Control Room Solutions
MANUFACTURER |
DISPATCHER AND CONTROL ROOM SOLUTIONS |
PRODUCT SHOWCASE |
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Test & Measurement Equipment
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TEST AND MEASUREMENT EQUIPMENT |
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