Стандарт DMR

Статьи

 
 

DMR

Digital Mobile Radio (DMR) является стандартом цифровой радиосвязи, разработанным Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) для пользователей профессиональной мобильной радиосвязи («PMR» - «professional mobile radio») в рамках существующих лицензированных частотных диапазонов с разносом каналов 12.5 кГц, используемых в сухопутной подвижной радиосвязи. В апреле 2005 года вышел первый релиз DMR - ETSI TS 102 361 описывающий стандарт. Описание состоит из нескольких частей. Протокол передачи информации стандарта (DMR Air Interface (AI) protocol - часть 1), технические возможности стандарта по передаче информации (DMR voice and generic services and facilities - часть 2). В январе 2006 года добавилась третья часть стандарта DMR, описывающая протокол передачи пакетных данных (DMR data protocol). Четвертая часть описывает протокол передачи в транкинговых сетях (DMR trunking protocol). В основе DMR лежит технология TDMA (Time Division Multiple Access - временное распределение множественного доступа), что позволяет разместить два временные интервала на одной частотной несущей с шириной излучения 12,5 кГц.

Основными целями создания стандарта DMR являются:

- обеспечение массированного перехода пользователей аналоговых систем профессиональной радиосвязи, работающих в лицензированных диапазонах частот PMR с аналоговых стандартов (ETSI EN 300 113-1; ETSI EN 300 390-1) на цифровые стандарты (в части требований к радиоспектру, радиооборудование протокола DMR должно соответствовать основным требованиям, как установлено в ETSI EN 300 113-1 или ETSI EN 300 390-1) 
- обеспечение мощной и универсальной технологической платформы, которую профессиональные пользователи могут использовать для решения как сегодняшних, так и перспективных задач. 

Стандарт DMR имеет несколько уровней применения (Tier -ярусив):

- нелицензированный (Tier I) 
- лицензированный обыкновенный (Tier II) 
- лицензированный транкинговая (Tier III).

Уровень Tier I применяется для маломощных (с мощностью не более 0,5 Вт) безлицензионных радиостанций (для свободного использования в диапазоне 446 МГц) с ограниченным количеством каналов, без ретрансляторов, телефонных интерфейсов и внешних или стационарных антенн. Наиболее подходят для частного использования, в зонах отдыха, в небольших торговых центрах, и других сферах применения, не требуют, покрытия и расширенного функционала.

Уровень Tier II применяется для профессиональных конвенциональных систем радиосвязи. Мобильные и портативные радиостанции, работающие в лицензированных полосах частот в диапазоне от 66 до 960 МГц. Режим Tier II ориентирован на пользователей, требующих эффективного использования радиочастот, расширенных возможностей голосовой связи и интегрированных услугах передачи данных для мощных коммуникационных систем. Стандарт ETSI DMR Tier II описывает 2-слотовый режим TDMA в одном радиоканале шириной 12,5 кГц.

Уровень Tier III применяется для профессиональных транкинговых систем радиосвязи, работающих в лицензированных полосах частот в диапазоне от 66 до 960 МГц. Стандарт ETSI DMR Tier III описывает 2-слотовый режим TDMA в одном радиоканале шириной 12,5 кГц. Системы Tier III поддерживают голосовые вызовы и передачу коротких текстовых сообщений, аналогично системам MPT1327 со встроенной системой 128 символьных статусных сообщений и короткими сообщениями в 288 бит данных в нескольких различных форматах. Также поддерживается услуга пакетной передачи данных в различных форматах, включая поддержку протоколов Ipv4 и Ipv6.

Использование оборудования уровней Tier II и Tier III требует оформления разрешения на использование радиочастот или радиочастотных каналов и регистрации РЭС в ГП «Укрчастотнадзор».

Преимущество перехода на стандарт DMR

Стандарт DMR (ETSI TS102 361) предназначен в первую очередь для пользователей аналоговых систем профессиональной радиосвязи, работающих в лицензированных диапазонах частот PMR. Существует множество причин, по которым этим пользователям имеет смысл перейти на DMR. Наиболее существенные из них:

1) повышенная эффективность использования частотного ресурса

Для многих пользователей систем двусторонней радиосвязи наиболее важное преимущество цифровых стандартов состоит в том, что они позволяют более эффективно использовать ресурс имеющихся лицензированных каналов. Эфир становится все более загруженным, и прежние структуры лицензированных каналов, изначально разрабатывались для обслуживания небольшого числа пользователей, уже не способны справиться с растущим уровнем трафика. Для повышения эффективности использования частотного ресурса протокол DMR (ETSI) использует метод TDMA, доказавший свою эффективность в канале шириной 12,5 КГц, разделяемой на два временных слота. Это позволяет сохранить широко известные рабочие характеристики полосы 12,5 кГц и в то же время дает возможность универсальным образом, в зависимости от текущих потребностей, организовать связь заметно большего количества абонентов с помощью имеющихся в организации лицензированных каналов. Например, два интервала в одном канале можно использовать для передачи двух отдельных вызовов. Можно выделить один из интервалов для вызовов, а во втором одновременно осуществлять передачу данных или приоритетного трафика.

На рисунках 1.1 и 1.2 приведены примеры аналоговой и цифровой конвенциональных систем радиосвязи с целью наглядного сравнения эффективности использования радиоресурса.


Рисунок 1.1 - Аналоговая конвенциональная 2-х канальная радиосистема.


Рисунок 1.2 - Цифровая конвенциональная 2-х канальная радиосистема.

2) наличие частот

Средства Digital Mobile Radio (ETSI) выпускаются в том же частотном диапазоне, что и нынешние лицензированные системы PMR. Пользователям не понадобится переходить на другие диапазоны или приобретать другие лицензии. Кроме того, отсутствует риск возникновения новых видов помех. Поэтому повысить эффективность использования частотного ресурса можно быстро и легко.

3) более долгий срок работы аккумулятора

Одной из основных характеристик работы мобильных устройств, всегда была продолжительность работы аккумулятора между подзарядками. Ранее существовало всего два способа увеличить время работы устройства от одного заряда аккумуляторов. Первый - повысить емкость аккумулятора. Производители аккумуляторных батарей уже немало сделали для повышения емкости своей продукции, но дальнейшее улучшение характеристик в это время возможно лишь за счет увеличения габаритов, а значит в ущерб портативности. Другой способ - уменьшить мощность передатчика, самой энергопотребляющей части терминала двусторонней радиосвязи. Однако, это приведет к сужению зоны его действия и потенциального возникновения помех от других устройств, является неприемлемым компромиссом для профессиональной системы.

Стандарт DMR ETSI предлагает другой, достаточно эффективный вариант. Поскольку один вызов занимает только один из двух временных интервалов TDMA, ему нужно только половина мощности передатчика. Половину времени - в неиспользуемый интервал - передатчик находится в режиме ожидания. При типичной рабочей нагрузке "5% прием, 5% передача, 90% ожидания" образцовые 80% заряда аккумулятора расходуются во время передачи. Двухинтервальный протокол TDMA сокращает реальное время работы передатчика наполовину, тем самым экономя до 40% заряда, способствует увеличению времени автономной работы в режиме разговора. В результате общее потребление заряда аккумулятора во время вызовов значительно уменьшается, что позволяет дольше пользоваться терминалом от одной зарядки. Кроме того, ETSI DMR предусматривает применение технологий управления электропитанием и режима ожидания, которые способствуют еще большей экономии заряда аккумулятора.

4) повышенное качество передачи речи, расширенная зона действия

Пользователям профессиональных систем двусторонней радиосвязи необходима четкая, непрерывная и надежная голосовая связь. Пропущенный вызов, ошибка оператора, искаженное сообщение или севший аккумулятор могут привести к снижению производительности труда, бесполезной трате времени и денег. В силу физических особенностей радиосвязи аналоговые системы могут страдать от ряда факторов, ограничивающих дальность их действия и четкость передачи речи. Любой сбой или искривление аналогового сигнала, вызванный внешними факторами, непосредственно влияет на качество речи, воспроизведенной приемником. Ослабленный сигнал можно усилить и ретранслировать, но качество речи восстановить невозможно. Результат подобного ухудшения сигнала - повышение уровня шумов и дефектов передачи, через которые сигнал становится тем неразборчивее, чем ближе абонент подходит к границе реальной дальности действия терминала.

В системах же стандарта DMR ETSI используются средства исправления ошибок, позволяющие воспроизвести язык практически в оригинальном качестве, независимо от того, в какой части зоны действия сети находится абонент. Хотя цифровой радиосигнал системы DMR подвержен тем же физическим воздействиям как и сигнал аналоговой системы, при ухудшении силы передаваемого сигнала цифровой трафик может дойти до получателя невредимым, даже если уровень упадет по экспоненте.

На Рисунке 1.3 наглядно показано сравнение экспонент качества звука аналоговых и цифровых радиосистем.


Рисунок 1.3 - Сравнение экспонент качества звука цифровых и аналоговых приемником с учетом зоны радиопокрытия.

Цифровые приемники стандарта DMR просто отвергают все данные, которые они считают ложными. Хотя "грязный" сигнал может привести к возникновению дефектов в звуке, воссозданном цифровым приемником, например, в короткий провал звука или всплеска "механического" шума, однако, он никогда не приведет к постоянным препятствий, которые возможны в аналоговых системах, при работе в сложных условиях. Если приемник стандарта DMR может "понять" цифровой речевой сигнал, то он может декодировать его и четко воспроизвести язык. Более того, в состав типового декодера Digital Mobile Radio (избранного решением DMR MoU) входит система гашения фонового шума на уровне передатчика. Поэтому посторонний шум не передается и принимающая сторона его не слышит.

5) универсальность и широта новых возможностей

В традиционных системах двусторонней радиосвязи FDMA каждый вызов занимает целый канал. Поэтому в одном канале можно передавать только один полудуплексный вызов. Поскольку в стандарте DMR применяется протокол TDMA, эти технические ограничения на него не распространяются. Два временные слоты можно использовать для передачи двух полудуплексных вызовов без необходимости подключения дополнительного оборудования и риска снижения качества связи. Можно также использовать второй слот для других целей: например, для передачи сигналов по обратному каналу. Эту функцию можно использовать для управления приоритетными вызовами, дистанционного управления передающим терминалом, разъединения вызова с более низким приоритетом для осуществления экстренного вызова и так далее. Второй часовой слот можно использовать для передачи данных приложений - например, текстовых сообщений или данных о местоположении - параллельно с речевым трафиком. Эта возможность будет полезна, например, диспетчерским системам, в которых сотрудникам передаются указания как в языковой, так и визуальной форме.

На Рисунке 1.4 показано сравнение преимущества технологии TDMA в цифровом сигнале над аналоговым.


Рисунок 1.4 - Сравнение аналогового и цифрового сигнала.

Стандарт DMR также предоставляет свободу действий в случае появления новых приложений, использующих два таймслота любым новым образом. Он не только защищает первоначальные инвестиции, но и открывает путь к внедрению новых способов использования цифровых систем двусторонней радиосвязи. Так, например, в стандарте DMR предусмотрена возможность временного объединения слотов для повышения скорости передачи данных, а также одновременное использование обоих слотов для осуществления дуплексных индивидуальных вызовов. В будущем появятся и другие возможности, обусловленные реальными потребностями пользователей профессиональных систем двусторонней радиосвязи. Средства связи стандарта DMR дают возможность уже сейчас воспользоваться такими преимуществами, как удвоенная емкость сети и передача сигналов по обратному каналу, а в будущем добавить к ним и другие функции по мере их появления.