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时间: 2017-3-8 17:21

作者: wulei955 标题: DMR通信标准

DMR标准
数据业务，如表 2 所示。其中无地址语音呼叫是一种特殊的组呼语音业务，它使用一组预定义的目标地址作为组呼地址码，从而方便了动态重组。表 2 DMR 的业务
开放语音信道业务（OVCM）允许目标地址用户之外的其它用户监听和参与到呼叫之中，OVCM 由呼叫发起方决定，且只能在组呼和单呼中应用，在无地址语音呼叫、全呼、全双工语音呼叫、外网呼叫和数据业务中，不能使用 OVCM 业务。（三）DSRR 标准 DSRR 是 ETSI 于 1993 年制定的，标准号为 ETS 300168，。DSRR 是适用于专用陆地移动通信业务的低功率无线电台，采用数字传输技术和自动多波道共用技术，提供短距离无线语音和数据通信业务，DSRR 的指标如表 3 所示。表 3 DSRR 的指标
（四）对制定我国数字对讲机标准的思考从 dPMR、DMR 和 DSRR 三种标准的介绍我们可以看出，三种标准间有所交叉：dPMR 的小功率标准和 DMR 的 I 类设备功能相同，都属于公众数字对讲机；dPMR 的大功率标准和 DMR 的 II 类设备都属于专业数字对讲机；DMR 的 III 类设备与 DSRR 的功能又有所重叠，都具有集群功能。笔者认为，在制定我国三种数字对讲机标准（数字公众对讲机标准、数字专业对讲机标准和数字无中心自集群系统标准）时，三种标准要各司其职，功能划分明确，以避免出现多重标准、制式不统一的局面。 DSRR、DMR 和 DPMR 三种标准所采用的语音编码和调制方式如表 4 所示。从表中可以看出，DSRR 标准由于制定时间较早（1993 年），其编码和调制方式都沿用了 GSM 规范的内容，每路话音占用带宽为 25kHz，频谱利用率不高，因此该标准已鲜有使用； DMR 和 dPMR 要求的编码速率极大的降低，而折合下来每路话音占用的带宽降低到 6.25kHz，频谱利用率得到显著的提高。但是，在 dPMR 和 DMR 标准中都没有对语音编码方案做出具体规定，这样，不同厂家的产品之间的互联互通可能存在问题。因此，建议我国的三种数字对讲机标准采用相同的语音压缩编码方式、相同的的编码速率、相同的 4FSK 调制方式，这样不仅可以提高频谱利用率，还可以在三种产品中使用相同的套片，有利于集中技术力量进行研发生产、降低成本，扩大产业规模。表 4 三种标准的语音编码和调制方式
三、数字对讲机的应用
目前，我国专业移动通信的技术体制分为 4 个层次：数字集群、无中心自集群、专业对讲机和公众对讲机。数字对讲机涵盖了无中心自集群、专业对讲机和公众对讲机三个层次。数字对讲机所需的投资少，适用于用户数量较少，覆盖要
DMR标准
二、数字对讲机标准化的现状
在数字对讲机的标准化方面，欧洲电信标准化协会（ETSI）已经制定了适合不同应用场合的三种数字对讲机标准，分别为数字专用移动无线电（dPMR）标准、数字移动无线（DMR）标准和数字短程无线设备系统（DSRR）标准。美国也已经制定了和数字对讲机有关的 APCO25 标准，我国于 2007 年 9 月正式发布信无函[2007]81 号文件“关于发布《数字对讲机系统设备无线射频技术指标要求》(试行)的通知”，标志着我国数字对讲机的制定工作即将拉开序幕，下面我们对 dPMR、DMR 和 DSRR 标准做一个简单的介绍，并对三种标准进行分析和比较。（一）dPMR 标准 dPMR 标准包括小功率和大功率两个标准，小功率标准的标准号为 TS102490，于 2005 年 12 月由 ETSI 推出，是数字公众对讲机标准。它的发射功率不大于 0.5W、不需要申请指配频率、不需要办理电台执照、不需要缴纳频率占用费、可以供普通老百姓任意选购。标准规定了空中接口物理层、数据链路层以及业务和设备，主要特点如下： ● 只支持点对点通信方式 ● 只有手持台 ● 免执照 ●工作频率 446.100MHz～446.200MHz ● 最大有效辐射功率为 500mW ● 采用 FDMA 技术 ● RF 带宽 6.25kHz dPMR 大功率标准的标准号为 TS102658，于 2008 年 12 月份推出，是数字专业对讲机标准，适用于工作频率小于 1000MHz、信道间隔为 6.25kHz、采用 FDMA 技术、需要申请个人执照的 dPMR 设备。标准定义了三种工作模式，模式 1 为点到点（直通）模式，没有基站和其它基础设施的支持；模式 2 为转发模式，有一个或多个基站用于转发或作为系统网关；模式 3 为可控基站接入模式，有一个或多个基站设备。标准规定了三种模式下的空中接口物理层基带信号处理的指标、数据链路层协议结构及呼叫流程。（二）DMR 标准 DMR 系统标准是 ETSI 于 2005 年 4 月推出，标准号为 TS102361。标准分为 4 个部分，第一部分为空中接口物理层和数据链路层协议，第二部分为空中接口呼叫控制层协议，第三部分为短数据和分组数据协议，第四部分为集群业务和设备协议，标准的每一部分都已修订多次。 DMR 标准把设备分为三类，I 类设备工作于视距通信模式、免执照，属于数字公众对讲机；II 类设备工作在直通模式或转发模式、有个人执照，属于数字专业对讲机；III 类设备采用中心控制器进行通信控制，是有个人执照的 DMR 集群系统设备。DMR 标准的第一和第三部分适用于所有三类设备，第二部分只适用于 I 类和 II 类设备，第四部分只适用于 III 类设备。DMR 的主要参数如表 1 所示。表 1 DMR 主要参数
DMR 所支持的业务包括语音业务和

DMR的技术特性与协议分析
DMR 的技术特性与协议分析
0 引言
数字移动无线电（DMR）标准是欧洲电信标准协会（ETSI）继陆地集群无线电（TETRA）之后为专业移动无线电（PMR）专门制定的又一数字无线电标准，本标准的设计原则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。DMR 协议涵盖未授权对讲（第一层 Tier Ⅰ）、授权常规（第二层 TierⅡ）和授权集群（第三层 Tier Ⅲ）三种操作模式，目前 DMR 的热点主要集中在第二层和第三层已授权类别。DMR 自从 2005 年 4 月发布 V1.1.1 版，以其简约实用的功能和合理低廉的成本受到业界的广泛关注，是 PMR 领域最活跃的标准。为了适应新的需求，ETSI 对 DMR 标准进行了多次修订，目前最新版的标准是 2013 年 2 月发布的 V2.2.1 版。 DMR 和 TETRA 都是 ETSI 现行有效的标准， ETSI 研究 DMR 并非要替代 TETRA，两个标准虽有重叠但各有所长、各有侧重。为了客观地理解和评价 DMR 这一快速发展的新标准，需要分析它的技术特点，以便了解其应用和发展前景，下面的分析基于 TierⅢ的集群模式。
1.1.
信号特征
1 空中接口与技术特点
DMR 空中接口标准首先规定，DMR 系统要满足在现存的陆地移动服务频段运行的技术要求，符合 CEPT/ERC/T/R25-08 （ Planning criteria and co-ordination of frequencies in the Land Mobile Service in the range 29,7-921MHz）标准，从而保证与现存系统的工作频段、信道带宽、双工间隔等频谱参数完全兼容，并规定了共享物理信道的避让协议，使得 DMR 系统能够与模拟系统共享频率资源，实现网络共存平稳过渡。因此，DMR 的定位就是在兼容现有模拟系统频谱框架下，构建数字化的 PMR 系统，并利用数字化处理的优势提供尽可能丰富的功能和尽可能优秀的性能，在此原则下规定了 12.5KHz 载频带宽、9600bps 的 4FSK 调制方式和 2 时隙 TDM/TDMA 的物理信道结构。
可以使用限幅器，克服随机噪声和瑞利衰落导致的信号幅度变化，抗干扰和 恒包络调制信号可以使用高效的 C 类放大器，提高能源效率；  可以与模拟系统共存； 无线通信系统的调制技术决定信道的信号特征，DMR 系统采用 4FSK 调制方式，调制指数 h=0.27 ，调制速率 fb=4800Symble/s ，码元宽度 T=0.21ms，信息速率 fi=9600b/s。最大频偏 D=3h/2T=1944Hz 标准规定脉冲成形滤波器的幅频响应为： |F(f)|=1 |f|≤1920Hz |F(f)|= |cos(πf /1920)| 1920Hz ＜ |f|≤2880Hz |F(f)|=1 |f|＞2880Hz 滤波器的截止频率 fC=2400Hz 那么，射频调制信号带宽 BW=2 × (1944Hz +2400Hz)=8.688KHz 显然，与模拟系统的信号带宽基本一致，能够与现存模拟系统的频谱兼容。采用 4FSK 具有许多有利因素，例如：

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调制和解调容易实现、具有较好的解调门限。上述优势使得信道机结构简单、可以充分利用现有技术、降低了制造成本，甚至可以直接利用模拟系统的信道机，有利于提升产品的性价比，但是，这些优势的获得是有代价的，4FSK 是一种频谱效率较低的调制技术。频谱有效性 η B=R/B，其中， R 为信息速率，B 为信道宽度，对于 DMR 系统， η B=9600bps/12.5KHz=0.768bps/Hz；对于 TETRA 系统，η B=36000bps/25000Hz=1.44bps/Hz。信道的速率是通信系统的根本资源，是系统业务能力和性能的基础。 符号速率低，避开了码间干扰的困扰，省去了自适应均衡的需求，不必发送训练序列，提高了信道利用率； 抗衰落能力强；
1.2.
信道结构
DMR 系统采用 2 时隙时分复用（TDM）技术把一个射频信道分割成两个时隙，形成了 FDMA+TDM/TDMA 的信道结构，时分技术的采用为信道资源的管理和分配带来极大的灵活性，使 DMR 的性能较模拟系统有质的不同。图 1 是集群模式连续发射下行 TDM 信道结构，每个射频信道按照 30ms 周期分割成时隙（TS），在
前后 TS 的交界处各自切出一个小的时间片，组成一个周期 30ms 时长 2.5ms 的公共广播信道（CACH）；TS 的剩余部分每 2 个组成一个帧，分别标号为 TS1 和 TS2，在时间轴上顺序出现的 TS1 和 TS2 就构成了周期为 60ms 的信道 1 和信道 2。因此，下行有 3 个物理信道，每个 TS 中心的同步和嵌入信令信道可以视作逻辑信道。
图 1 DMR 的下行信道结构图 2 是集群模式突发发射的上行 TDMA 信个帧，分别标号为 TS1 和 TS2，在时间轴上顺道结构，每个射频信道按照 30ms 周期分割成序出现的 TS1 和 TS2 就构成了两个周期为时隙（TS），相邻 TS 的交界处保留 2.5ms 用于 60ms 的物理信道。突发建立和保护；的剩余部分每 2 个组成一 TS
图 2 DMR 的上行信道结构上述物理信道通过逻辑规划形成逻辑信和控制。道，DMR 系统按逻辑信道进行资源管理和分配，用于传送语音、数据、信令和管理信息。 1.3. TSCC的服务能力集群基站控制信道（TCSS）是最重要的逻辑信道，该信道的载频连续发射，TCSS 独占一个 TSCC 是 DMR 系统的集群基站（TS）与时隙信道， CACH 信道共同完成系统的管理与移动台（MS）的联络中枢，系统对 MS 和资源
的管理/控制消息，MS 发出的服务请求消息，以及这些消息的交互，以及短数据服务（SDS）都要通过 TCSS 进行传送。因此，TSCC 的传输能力和信道利用率将直接影响系统的用户容
量、服务等级（GoS）、功能设置、可用性、可靠性等重要系统指标。图 3 是 TSCC 的信道结构。
图 3 TSCC 的信道结构每个 TSCC 时隙块只有

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98×2=196 个 bit TSCC 的上行信道用于 MS 的接入请求，用于传输控制信息，信息速率为接入信道采用时隙 ALOHA 协议，信道的接入 196bit/60ms=3.27Kbps。DMR 的控制信息主要周期为 60ms，即每小时有 60000 次接入机会。由 CSBK、MBC 两种 PDU 装载，为了保证信考虑到用于系统管理、附加上行 PDU、下行信息可靠性，两种 PDU 均采用了 BPTC（196，令应答、用户注册、短数据等开销，接入信道 96）的 FEC 编码和 16bit CRC 编码。因此，用可用的接入机会就要减少。CACH 信道的 AT 于传输控制信息的有效信息率为（ 96-16 ）指示 TSCC 上行信道能否用作接入请求。我们 /60ms=1.33Kbps TETRA 系统的信令信息速率（假设这些开销抽取掉 20%的接入机会，实际用为 4.47Kbps）。CSBK、MBC 等信令 PDU 的有于 MS 随机接入的次数为每小时 48000 次。效信息只有 10 个字节，能够传送的信息量相对在移动通信中，一般假设接入请求消息的较少，除了组呼信令之外，大部分的信令和消到达服从泊松分布，一次接入申请成功发送的息需要多个附加的 PDU，进一步降低了 TSCC 概率为： P=e-G 的信道利用率，TSCC 服务能力的限制必然导致对 DMR 系统用户容量和系统性能的影响。那么，接入信道的平均通过量为： S=Ge-G=- P ln P (0≤a≤1/e) 式中，P 为成功发送概率，S 为平均吞吐率，G 为信道负荷率（包含重发负荷）。已经证明，S 的最大值为 1/e，约 0.3678，无线通信系统的用户容量受到接入信道能当超过这个值时由于冲突的剧增系统开始不稳力、业务信道数量、资源分配原则、服务等级定，因此实际系统规划中 S 不能超过这个阈值。（GoS）需求、网络结构等多方面因素的制约。当 S 达到最大值时，碰撞概率高达 63%，这就而用户要想获得服务必须从接入系统开始，因意味着大多数的接入申请都要重发 1 次以上才此接入信道的能力是系统容量的第一瓶颈。能被系统正确接收，必然导致接入延时的增加。因此，一般要求碰撞概率小于 20%，计算表明相应的吞吐率为 0.1785。考虑到 4FSK 调制有 2.1. 接入信道的能力较好的捕获效应，对接入消息成功接收有大约
2 系统容量与网络结构
20%的贡献，信道吞吐率实际可以达到信道能力的 0.1785×12=21.42 %。因此，在上述假设条件下，一个 TSCC 信道可以支持的呼叫次数为 48000×21.421%=10281.6 次/小时，这就是系统可以承受的忙时试呼次数（假设有足够的业务信道）。由于应用的不同，PMR 系统的平均忙时试呼次数会有很大的不同，一般为 9~20 次/小时/用户，因此，接入一个信道支持的用户数大约在 500~1300 之间。接入信道的能力是一个硬
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指标，超过这个指标，再多的业务信道都不能增加系统的容量。本文给出的数据是参考性数据，需要根据具体的应用情况进行具体分析，比如，系统短消息需求较多，就会占用接入信道的接入能力，降低系统容量。DMR 系统每个集群基站（TS）最多可以配置 2 个 TSCC，因此，单基站系统不能满足大容量用户的需求，需要使用另外解决办法。
3 系统的功能与特性
DMR 是在综合了其他第二代通信系统成功经验和先进技术的基础上新近研发的数字专用通信标准，基于数字化的信道和协议分层原理，通过频分复用、时分复用、统计复用、逻辑复用等多种手段对现有 PMR 频段的无线资源进行高效管理，充分利用资源提供最大限度的服务服务能力，构建网络化的无线通信系统，具有模拟 PMR 系统无法比拟的功能和性能。下面将概略地介绍主要功能并简要分析系统具有的优势和存在的局限。
3.1.
系统功能
2.2.
网络结构
因为 TSCC 信道的速率较低，不能承载过多的管理信息，空中协议没有定义移动性管理消息，DMR 只能是大区制系统。为了扩充系统容量，DMR 标准定义了多基站管理协议，使 DMR 系统能够布置成一种大区制多基站的的网络结构。这种结构为提高系统容量、扩大覆盖范围找到一种途径，使 DMR 系统的应用得到扩展。为了使 MS 能够在多基站网络结构下工作，系统要定时向 MS 广播相邻基站的信息，如系统识别码、基站色码、TSCC 参数等；通过 MS 的注册或隐性注册，登记 MS 的位置信息；发布基站评选时间（Vote Now Advice）消息，触发空闲 MS 进行基站重选。 DMR 的多基站模式并非小区制意义上的多基站网络结构，系统的性能与服务质量与小区制系统不能同日而语，越区切换只能在 MS 空闲状态下实现，切换过程由 MS 自主完成，切入的基站预先不能知道有新的 MS 加入，无法预留资源，MS 需要重新注册，在极端情况下可能因注册失败而丢失网络。
能够提供全双工语音通话； 大区制覆盖，建网和维护成本低；  具有用户鉴权功能，提高了系统的安全性；  能效高，延长手台的使用时间；  通话限时、迟后加入等补充业务  遥晕/遥毙  分组数据  状态消息/短数据  开放信道  组呼/单呼/全呼/广播呼叫  MS 动态功率控制。主要用户业务  向 MS 广播系统参数；  使用 UDT 机制传送短数据、扩展地址号码、用户补充信息等数据；  使用鉴权识别 MS 的合法性；  使用 MS 注册操作和 ID 对 MS 进行位置管理；  使用随机接入协议和控制信道实现 MS 的接入控制和管理； 主要基础服务：
3.2.
系统优势
资源和控

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制的数字化使得系统具有很大的灵活性和扩展空间，对系统性能的提高和功能
较模拟系统具有丰富的终端功能和补充业务。 独特的 TSCC 共享/出让/避让协议，使得 DMR 可以构成独特的最小集群系统；  允许采用同播方式扩大覆盖范围，提高覆盖质量，但系统容量不会增加；  基站覆盖半径大，扣除定时精度的影响，实际覆盖半径不小于 100Km；  能够提供 TDD 全双工语音通话，节省了 MS 的双工器；  具有用户鉴权功能，提高了系统的安全性；  具有较高的能效利用率，延长 MS 电池的工作时间；  完全开放的标准性和有良好的互操作性，保障产品具有合理的价格和广泛的选择空间；  最大限度采用了成熟的技术，受专利的限制很少，降低了技术门槛和产品成本；  提供多种数据业务，并支持 IP 协议；  提供多种话音功能，采用数字化声码器，提高了覆盖区的边缘话音性能；  兼容现有的频谱管理和频道间隔，实现模拟系统向数字系统的平稳过渡； 配置带来便利，下面列举 DMR 系统的部分优势。


 

得整体频率有效性较低，用户密度也不能太高；采用掩码方法按规则的 ID 块分割 MS 群，不能有效适应 MS 位置、呼叫频率、优先级分配等随机分布对接入信道负载的影响，系统可用性保障不足；为了节约 TSCC 容量采用信令重发代替信令确认（如业务信道分配信令），一定程度上降低了系统可靠性；受 TSCC 容量限制，删减了信令消耗较高的功能，如动态重组；组呼确认，采用应答冲突噪声检测，而非逐一确认正确的应答信息，不能发现组呼成员遗漏的情况；系统对 MS 管理的时间粒度较大，导致通话建立时间差异较大。如 MS 进行相邻基站信号强度比选时， 2~10 有个帧周期的不可达时间，因此通话建立时间可能会增加额外的 600ms 延时，如果切换到邻基站还要再增加注册时间，如果注册不成功通话将不能建立，因此，DMR 的通话建立时间存在不确定性，甚至非正常失败。
4 结束语
直接对讲、中继对讲和中低端集群通信系统正处于从模拟向数字转化阶段，DMR 标准的推出使得无线通信的最后一块模拟领域有了数字化的途径，它完全适应现有 PMR 频段划分和频率框架，使得模拟 PMR 系统能够平稳地向数字化过渡。DMR TierⅢ采用成熟的技术构建了一个功能丰富的数字集群系统，使得用户在获得数字化带来的好处之外，享受低成本的优势，具有非常高的性能价格比。 DMR 是一个窄带无线通信系统，通过对其主要技术的分析可以看出，相对于模拟系统具有飞跃性的提高，非常适用于中低端
DMR的技术特性与协议分析
PMR 领域应用，但对于高端 PMR 应用仍然存在一定的局限性，在 PMR 系统的规划和建设中需要正确看待和理解。随着市场需求和新技术的发展，DMR 标准也需要不断地改进和提高，我国 PDT 标准在改进 DMR 的不足方面是一个典型范例。DMR 是一个开放的标准，拥有众多
3.3.
局限和不足
越区切换功能不完善，为减少切换频率，基站覆盖区域不宜过小，过大的覆盖半径导致频率复用率的降低，使 数据业务速率低，应用受到限制； DMR 利用数字调制和 TDMA 技术在 12.5KHz 带宽的信道上实现了两个 3.6Kbps 的数字信道，用于话音业务时，得益于低速声码器技术，能够很好完成话音功能；用于信令信道或数据业务时，这时的衡量准则就是信道的信息速率，其不足也就显现出来。DMR 的局限性的根源主要是受到了 TSCC 能力的限制，下面列举标准中采取的一些折中和取舍以及对系统性能的影响。
供应商支持，将对数字集群的发展产生重大影响。

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