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DMR数传电台的发展必要性以及技术实现

2016-11-03    郑炳华

近代科技发展的亮点之一就是无线电电台的出现,其主要功能是实现远程语音以及数据传输。无线电台最开始主要用于满足军队、政府部门的特殊通讯需求。发展到今天,无线电台逐渐渗透到机关团体、企业乃至个人,普遍应用于消防、救护、建筑施工、交通通讯、物业管理、酒店餐厅、商场、学校、户外活动等领域,在国民经济运行中发挥着重要作用。

电台作为一个20世纪30年代就已经相对成熟的产品类型,一直是模拟通讯模式。随着数字化技术以及通讯调制解调技术的飞速发展,各类通讯产品不断出现。人们对电台通讯效果的需求日益增加,客户对话音音质的需求、对数据功能的要求、对拨号便捷性保密性的需求逐渐强烈。伴随着各种无线通讯产品的发展以及数量的增长,无线频率带宽逐渐枯竭。而模拟无线电台的缺点逐渐暴露,如通讯质量差,容易被监听,占用带宽高等。基于模拟方式的电台通讯越发显得古老,无法跟上时代的发展,这样以DMR为代表的数传协议栈应运而生。

DMR的开发思路和框架结构

DMR(Digital Mobile Radio)是由欧洲电信标准协会 (ETSI)制定的基于TDMA技术的开放性数字窄带无线通讯标准。该标准支持语音通讯、数据传输等服务,并可工作于直通模式、中转模式、集群方式,很快成为全球市场上最主流的数字技术之一。

DMR协议规定了12.5K带宽下,用9600波特率4FSK调制方式,把每个频带按时间轴分为30毫秒的2个独立时隙,每个时隙可以独立传输一路语音或者数据(见图1)DMR为用户提供丰富的控制命令,实现点呼、组呼、全呼、数据转发、数据加密、语音加密、遥晕、遥毙功能。在数据纠错方面融合了CRC FEC等数据纠错技术,在有限的资源下最大限度地提供数据的准确性。

图1 DMR时隙功能

DMR采用了分层描述方式,类似以太网的OSI模型,DMR协议栈分为3层,每层各司其职,上下层次互联互通(见图2)

图2 DMR层次划分

和传统的电台相比,DMR数传电台的优点包括:(1)语音清晰。语音质量基本不受射频通道电子噪声的干扰。(2)数据加密性好。(3)带宽资源节省1倍。(4)手持设备电池容量节省40%(5)更好的礼貌排队用户体验和组网方式。(6)提高频谱使用率,通讯容量倍增,提高了沟通效率。(7)支持集群通讯方式。

和其他数传电台相比,DMR独特的时分模式可以在现有窄带电台上升级,网络建设速度较快,总体运维成本较低;可让用户获得更清晰可靠、更便捷高效的无线通信服务;开放式的协议栈,协议逻辑清晰、简练、高效,不存在协议的技术壁垒,更有利于各个厂家产品的互联互通;可兼容模拟通讯,可扩展,向后兼容,同时系统和终端可集群通讯,也可脱网点对点通讯。

当然近几十年来,作为划时代的通讯技术,GSM的发展也迅速普及,并且有着DMR不具备的功能,例如视频传输等。但GSM绝不会取代DMR,其原因有:首先GSM是收费系统,无论是机关、公司或个人都感到资费敏感和管理的不便;基站建设庞大,涉及基站建设光纤线路铺设,并且有基站建设不到的地方,如山地、海洋;系统庞大的缺点是脆弱,遇见地震、火灾、洪水、停电,GSM的脆弱性暴露无遗,已经有很多先例,地震发生后最先传出信息的是无线对讲。

今天的电子行业、软件行业飞速发展,更低成本、更快开发节奏的数字化电台开发成为可能。首先AD转换技术发展,采集频率越来越高,DSP以及FPGA技术的普及,早已为数字化电台的出现提供了前期铺垫。例如数字中频技术,调制解调无需面对基带,而直接采样中频,避开了调制门限的限制,这样电台在高速传输下的灵敏度越来越高,-117dbm的数传灵敏度已经普遍。音频数字化压缩技术的日益成熟,在2400 甚至600波特率实时传输压缩数字化音频而不会有可辨别失真。图3描述了其中一种基于数字中频的DMR硬件方案。

图3 一种数字中频的DMR开发方案

3所描述的开发方案属于分立元件开发,仍然存在开发难度高、调试难度繁复、成本价格居高不下的缺点,但随着国内科技的发展,国内数家技术嗅觉敏感的企业团体提供了集成化DMR开发方案,将中频采集、基带调制、DMD协议栈集成在一枚芯片内,生产厂家无需投入大量研发人力即可开发出一系列数传电台,极大地加快了DMR数传电台发展进程。 此外,数字化集群电台协议还有很多,如DPMRTETRA PDT(PDTDMR为下层骨架,兼容DMR)等无线通讯协议栈。但随着社会的发展,DMR以其协议开放、可扩展、协议简单高效等特点,很快占有了一席之地并已经铺开市场,成为事实上主流应用的数传协议栈。

无线通讯行业模转数的趋势及国家政策推动

2009年,为了促进数字电台健康发展,国家五部委“666 号文件出台,预计在5年内逐步淘汰模拟对讲机。但鉴于模拟电台价格相对低廉以及消费者的使用习惯,模拟还将存在一段时间。工信部于2015年底通知,部分频段模拟对讲机设备型号核准证书有效期可依申请延长至20171231日。即便如此,数字化电台发展势头势不可挡,以DMR为代表数字电台的已经开始进入成熟发展阶段,数传电台已经占据了主流市场,并最终将完全取代传统模拟电台。(作者单位:河北高达科技有限公司)

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