Цифровий стандарт DMR: теоретична основа

Цифровий стандарт DMR (Digital Mobile Radio) розроблений Європейським інститутом телекомунікаційних технологій (ETSI). Ще у 2005 році вийшов перший реліз нового цифрового стандарту.

 

Основні можливоcті DMR

Цифровий стандарт DMR має постійну тендецію до вдосконалення, постійно реалізуючи функціонал, який не може бути в аналогових стандартах зв’язку.
Основними користувачами стандарту DMR є: охоронні фірми, будівельні компанії, служби перевезень (таксі), а також служби забезпечення, служби швидкого реагування.

 

Потреби даних галузей обмежуються не тільки надійністю, але й певними вимогами:

– захист радіоефіру від прослуховування;
– організація передачі голосу та тексту одночасно;
– збільшення якості голосового повідомлення при сильному акустичному шумі;
– стійкість до радіо-перешкод в густозаселених районах;
– збільшення строку автономної роботи на одному акумуляторі.

До основних функціональних можливостях цифрового стандарту DMR слід віднести:

  • цифрову обробку сигналу;
  • досконаліше управління акумуляторною батареєю;
  • пріоритетний аварійний виклик;
  • покращений режим «вільні руки»;
  • вбудований приймач GPS сигналів для реалізації програм по контролю місця розташування;
  • віддалений контроль радіостанції;
  • надійне шифрування інформації;
  • одночасну передачу голосу і даних (в тому числі пакетних)
  • роботу в аналоговому режимі, що особливо актуально при поступової міграції аналогових конвенціональних систем.

 

Типи викликів реалізованих в рамках стандарту DMR:

  • індивідуальний виклик «радіостанція – радіостанція”;
  • груповий виклик «радіостанція – група радіостанцій»;
  • груповий виклик «радіостанція – всі радіостанції»;
  • передача пакетних даних з канальної швидкістю 2 кбіт/c

 

Функціонал закладений в рамках стандарту DMR дозволяє реалізувати широкий набір рішень, в тому числі:

  • передачу пакетних даних (пропускна здатність каналу до 2 кбіт/c);
  • передачу телеметрії;
  • передачу текстових повідомлень;
  • додатки з контролю місця розташування (GPS трекінг);
  • збільшити керованість в організації (на підприємстві);
  • підвищити безпеку технологічного процесу підприємства;
  • поліпшити якість зв’язку і розбірливість мови у важкій шумовій обстановці;
  • збільшити пропускну здатність системи професійного радіозв’язку.

 


Яка різниця між цифровим та аналоговими стандартами зв’язку?

Аналоговий зв’язок з боку відправника передбачає накладання звукового сигналу з мікрофону на несучу частоту (модуляція) та подальшу його передачу. Приймач передбачає: прийом сигналу, відділення звукового сигналу від частоти (демодуляція) та передачу його на динамік.

Цифровий зв’язок має більшу кількість етапів обробки. Основна різниця полягає в тому, що голосовий сигнал спочатку оцифровується, кодується, формується і вже тоді передається радіохвилями.

В основі DMR входить механізм передачі TDMA (Time Division Multiple Access) – багатостанційний доступ з часовим розподілом каналів. Це означає що в одній несучій частоті шириною 12,5кГц можна вмістити два різних часовороздільні канали (їх ще називають слоти або тайм-слоти). Часова довжина одного слоту 30мс

Технологія TDMA
Цифровий стандарт DMR

Таке розділення дозволило використовувати ту саму смугу частот і при цьому збільшити кількість передаваємих каналів вдвічі. Фактично нам нема потреби виділяти окрему смугу частот для нового стандарту. Саме ця особливість робить цифровий стандарт DMR найбільш привабливим сьогодні з поміж інших цифрових стандартів.

 

В DMR реалізовано 2 режими роботи:

Прямий виклик (Direct mode) – симплексний зв’язок, коли використовується один тайм-слот.
Режим зв’язку через ретрансятор (Repeater mode) – з підтримкою технології двохчастотного симплексу з дюплексним розносом  FDD (Frequency Division Duplex). В даному режимі можлива передача в двох тайм-слотах (каналах) одночасно, при цьому будуть задіяні обидва логічних канали.

Цифровий стандарт DMR


Передача голосу в стандарті DMR.

Як вже згадувалося, наш звуковий сигнал підлягає оцифруванню. Давайте детальніше розглянемо блок-схему процесу перетворення голосового сигналу у радіохвилю на стандарті DMR.

Цифровий стандарт DMR
Блок-схема передавача DMR

Розглянемо поетапно кожний цикл обробки. Спочатку звуковий сигнал потрапляє на аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) (1). На його виході формується цифровий потік зі швидкістю 128кбіт\с. Така швидкість є неприпустимою для передачі в радіо-тракт з широною каналу 12,5 кГц. Тому подальшим кроком буде його стиснення. Стисненням займається спеціальний голосовий кодер (вокодер, від анг. voice coder ) (2). Працює даний вокодер наступним чином, всередині  записана спеціальна таблиця звуків людського голосу – тобто кожному звуку приписується власний цифровий код. Людське слово розбивається на фонеми, кожен такий звук оцифровується і співставляється із певним номером з таблички. ЦАП та вокодер розраховані на передачу саме людського голосу, тому тут відбувається відсіювання шуму, що потрапляють на мікрофон. Потік даних з числами передається на формувальний тракт (3) зі швидкістю 3,6 кбіт\с. Після цього даний сигнал передається на радіо-тракт (4) ну і далі у радіохвилю.

На приймачі процес приймання проходить у зворотньому порядку. Потрапляючи у вокодер цифровий сигнал перетворюється на аналоговий  (звуковий). Саме під час даного процесу відкидаються усі помилкові пакети викликані радіо перешкодами чи іншими спотворючими факторами.

У випадку передачі цифрового потоку – через цифровий інтерфейс (1) дані поступають одразу у блок формування пакетів (3) і далі в радіо-тракт (4).

Саме тому в ефір потрапляє не голос, а цифрові пакети. Тому коли ми хочемо прослухати цифровий сигнал за допомогою аналогового приймача то чуємо гуд чи незрозумілі шуми..

Якість голосу при використанні цифрового зв’язку:

  1. Відсутність шумів – шум чи сторонні звуки нема в таблиці кодера, тому ми їх не чуємо.
  2. При значному збільшенні кількості шумів, що потрапляють на мікрофон вокодер може не справитися і неправильно закодовувати звуки – виникатимуть характерні “затики” або незрозумілі звуки. Звичайно стійкість до таких шумів буде залежити від якості та швидкості обробки сигналу, а відповідно і від виробника та ціни.
  3. Зі збільшенням відстані між абонентами: в аналоговому радіозв’язку якість голосу падає поступово, у випадку цифрового зв’язку – якість практично незмінна до певного рівня, а далі відбувається різке падіння.
    Це пояснюється тим, що наш вокодер при досягненні певної вістані вже не може справлятися з такою кількістю шуму та відбирати з нього корисну інформацію.

    Цифровий стандарт DMR
    Покриття та якість звуку аналоговий та цифровий зв’язок
  4. В порівнянні із аналоговим радіозв’язком, в цифровому відбувається збільшення зони покриття при приємливій якості зв’язку. Найбільший виграш “на цифрі” ви відчуєте при роботі, коли в радіоефірі з шумом, наприклад при роботі в місті. Нами практично було перевірено пару Baofeng DM-5R Plus в Маріуполі – максимальна дальність склала 6км!. Що для 5Вт в місті є дуже хорошим результатом.

Цифровий стандарт DMR

 

Економія заряду батареї в стандарті DMR

Якщо розглядати режим роботи радіостанції 5-5-80, тобто 5% часу йде на передачі, інші 5% – прийом, 80% – простой. То дослідження показали, що 80% енергії витрачається на передачу. В DMR стандарті саме завдяки TDMA час передачі скоротився вдвічі, а отже затрати енергії впали на 40%. Також не забуваємо, що додалися інші алгоритми в роботі з батареєю, але їхній вплив буде меншим.

Шифрування даних на цифровому стандарті DMR.

В аналоговому зв’язку єдиним способом кодування було скремблерування, який досить просто піддавався для розшифровування.
У випадку DMR ми маємо цифровий сигнал, а цифровий сигнал це числа. Числа піддаються математичним перетворенням з використанням різноманітних алгоритмів. Зазвичай кожен виробник використовує власні алгоритми, тому дуже часто радіостанції DMR стандарту від різних виробників є несумісними при роботі  у шифрованому режимі. Відповідно і якість шифру також відрізняється, вона підбирається відповідно до ваших потреб. Якщо є потреба в недорогій радіостанції з простим 40 – бітним шифруванням, то вибір падає на найдешевшу модель на ринку – Baofeng DM-5R Plus (посилання активне). У випадку високих вимог до безпеки варто використовувати 256-бітний шифр, це можуть бути моделі серії MOTOTRBO від Motorola, наприклад модель Motorola DP4800\ DP4801 (посилання активне).

Підіб’ємо підсумки по цифровому стандарті DMR

Часове розділення каналу на 2 тайм-слоти дозволяє економити частотний ресурс та заряд батареї.

При побудові мережі можна скоротити кількість обладнання вдвічі,за рахунок використання 1 ретранслятора, 1 антени, щоб працювати в 2-х каналах.

Оцифровування голосу в стандарті DMR дозволяє суттєво знизити аудіо-шуми.

Можливість шифрувати інформацію, тим самим забезпечити забезпечити конфіденційність розмов.

Вища якість зв’язку на всьому радіусі дії, особливо відчутно в місті.

Високий потенціал технології та високе її поширення.

 

Підібрати та купити цифрову радіостанції ви можете у нашому магазині.

2 Trackbacks / Pingbacks

  1. Tier 1 і Tier 2 в DMR стандарті, Tier 3 в чому різниця, приклади рацій
  2. Baofeng DM-5R/Baofeng DM-5R Plus не підтримує Tier 2 у DMR

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*