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DMR与dPMR数字对讲机制式比较

DMR 与 dPMR 数字对讲机制式比较 --拓朋对讲机
一.基本介绍
拓朋数字对讲机 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 Private Mobile 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 102 490(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。

二.DMR 标准介绍
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。

三.DPMR 标准介绍
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 ETSI TS 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。

四.DMR 和 DPMR 区别
1.协议架构区别 DMR 的协议分层结构如下所示:

而 DPMR 协议的分层结构如下所示:

2.TDMA 和 FDMA 区别 TDMA:Time Division Multiple Access 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 Multiple Access/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。 3.帧格式区别 DMR 的语音传输帧如下所示:

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。 5.工作模式 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。 6.色码区别 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。

图 各自拥有不同色码的多个中继台

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。

图 站点拥塞时的色码 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:

? ?

?

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。 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。 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。

图 两个覆盖范围交叠的多基站IP网络互连系统示例
注:CC = 色码

7.信道接入区别 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。 DMR 采用三种信道接入机制分别为: (1)礼貌于所有的行为 Polite to All (2)礼貌于相同色码的行为 Polite to Own Color (3)非礼貌 Impolite DPMR(CSF)的信道接入机制则为: (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 (3)非礼貌 Impolite 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。 1、Impolite 操作( “非礼貌操作” ) 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。 8.标准参数区别 在标准中的物理层上一些基本默认参数也有区别: ? RSSI 检测门限值

DMR 为-122dBm±4dB DPMR 为 105dBm±3dB ? RSSI 最大检测时间 DMR 为 40 毫秒; DPMR 为 100 毫秒; ? RSSI 满足后的最大同步时间 DMR 为 400 毫秒; DPMR 为 200 毫秒; ? 发送数据后等待对方回复 ACK 帧的最长时间 DMR 为 1 秒; DPMR 为 3 秒; ? 节能模式下的最大睡眠时间 DMR 为 60.96 秒; DPMR 为 1.12 秒; ? 未收到应答情况下的最大重传次数 DMR 为 8 次; DPMR 没有未限制; 9.省电区别 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。

五.DMR 标准的优势
1.增加信道的容量 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。 2.减少基础设施 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。 3.让系统更灵活 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: ? 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; ? 增加了系统能够容纳的用户数量 ? 增加了用户能够消耗的呼叫时间 ? 将两个时隙都用作数据信道,从而全部提供数据业务; ? 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(Reverse Channel 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。

六.DPMR 标准的优势
1.频率利用效率 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。 2.覆盖范围(通信距离) 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。 3.使用的灵活度 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。 DMR: 终端间直接通信无法采用异频单工方式。 4.数据传输以及灵活度(对于 2 时隙 TDMA) 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。 5.响应延迟时间 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。 6.模拟-数字的平滑过渡 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。 7.应对不同用户的性能一致性 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。 8.应对干扰环境的灵活性 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。 DMR:没有上述的灵活性。


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