2011年5月30日 星期一

淺談DMR新一代ETSI數位式無線電標準與技術

傳統與類比無線電系統技術的局限性

雖然傳統類比無線電系統技術仍然提供了一些很大的利益效益,例如較低的總擁有成本,滿足大部份用戶對無線電通訊範圍的要求和特點(語音通信),簡單與可靠的運轉能力,並且類比無線電系統之技術已經達到了頂峰。
在其主要限制是電池的壽命,語音質量(接近通訊涵蓋邊緣的部分),低生產力和綜合數據通信應用。 此外,類比無線電頻譜間隔的限制,使得持有使用執照許可證之用戶正面臨著造成擁擠和干擾。

類比無線電系統與陸地行動無線電系統(LMR, Land Mobile Radio)使用25 kHz的全頻道頻譜間隔已行之十數年 目前頻譜效率已不足且通道數量(Channel)不能滿足要求。 200412月,歐盟與聯邦通信委員會(FCC)決議,所有持有使用無線電系統執照之用戶其陸地行動無線電系統執照許可證低於 512兆赫(MHz) 頻道须逐漸移轉無線電頻譜間隔12.5千赫(kHz)窄頻(Narrowban)以符合未來無線電頻譜間隔窄頻頻寬計劃以支援或提供語音通道和數據通道(Voice & Data)的高效益運作模式。
但使用中之25 kHz頻譜間隔的行動無線電系統在VHFUHF頻段中仍可繼續使用與營運,直到最後期限201311日止。
但已持有使用無線電系統執照之用戶會面臨一個實際問題,要開始規劃窄頻頻頻譜移轉或無線電系統轉換為窄頻而準備。 此外,201111日開始, 聯邦通信委員會將不會接受頻譜通道間隔超過或大於12.5千赫(kHz) 新的系統的任何申請。除非持有使用執照者以12.5千赫(kHz)窄頻新的系統或擴展現有系統設備。
因此,導致有些用戶需要考慮規劃一個新的數位式無線電系統或修改現有的系統轉向使用12.5千赫(kHz)頻譜通道

1: 中國已決議其國內201011日開始不再核發25kHz執照(新申請均改為12.5KHz頻譜間隔) ,且從201111日開始不再核發執照給新申請的類比無線電系統。並計劃從2016年後規定政府單位新的無線電系統均須採用數位式
2: 不知台灣的NCC有無上述規定或計劃
3: 大部份歐洲和亞洲國家均開始著手於從新研擬規劃窄頻頻頻譜開放或移轉計劃,惟在開放前:用戶自行以申請之25KHz12.5KHz頻譜間隔並以FDMA方式切割為26.25KHz之頻譜通道之作法,在多數國家乃為違反電訊法規之行為,且此種方式依ETSI之文件說明有可能造成通訊干擾。
4:另以TDMA方式切割為2個時槽通道之作法,在多數亞洲國家乃為違反電訊法規之非法行為。
5: 據查目前台灣的電信法規僅開放12.5/25KHz之頻譜間隔不知台灣的NCC對市面上充斥以12.5KHz頻譜間隔FDMA/TDMA方式切割為2個頻譜通道之違反電訊法規行為與影響要採取何種措施
數位式行動無線電系統DMR (Digital Mobile Radio)之縁起
有別於dPMR (digital Private Mobile Radio, 數位式私用無線電) 是主要供給給無需持有使用執照之用戶(歐盟規定使用446.1 to 446.2MHz或稱Tire 1 un-license band PMR)持有無線電系統使用執照之私人/企業用戶;DMR (Digital Mobile Radio)是一種針對專業無線電 (PMR, Professional Mobile Radio) 需求的用戶(如公共安全、政府單位、關鍵任務、特殊單位或大型企業用戶)所開發的數位式無線電標準。
dPMRDMR兩者都是專門針對陸地行動無線電系統系統中目前的應用和設計提供一個簡單,低成本的數位式語音,數據和其他輔助服務之數位式無線電系統。

dPMRDMR均是由ETSI (歐洲電信標準協會) 分別於2005(DMR)2007 (dPMR)起草之數位式無線電標準,隨後並分別成立DMR數位式行動無線電協會Digital Mobile Radio Association dPMR數位式私用無線電瞭解備忘錄集團(或稱:合作發展聯盟) dPMR Memorandum of Understanding (MoU) Group
6: 上述兩個組織成立之主要目的類似,都是為推廣其發展市場;惟其組織功能並不完全不同

dPMRDMR均是以滿足通信委員會對未來要求6.25KHz窄頻頻譜通道間隔計劃而設計,dPMR 採用FDMA技術 (Frequency Division Multiplexing Access---分頻多工存取) ,而DMR採用TDMA技術 (Time Division Multiplexing Access---分時多工存取)

兩者均可工作在12.5KHz的頻道間距

dPMRFDMA方式乃是將12.5KHz分頻多工方式真正切割為26.25KHz之頻譜通道(Frequency Channel) ,而DMRTDMA方式乃是在12.5KHz之頻譜通道上以分時多工方式虛擬 2個通道(Time Slot channel) ,其頻譜通道仍維持為12.5KHz

 

dPMR瞭解備忘錄集團的成員共有10家分別為(2011531日止):

1.      Aeroflex 公司: 主要生產dPMR無線電的測試儀器及測量産品。
2.      CML Microsystems Plc.: 主要生產dPMR無線電的半導體零組件
3.      CTE. International:目前生產dPMR中的低功率PMR446 (un-license band) 無線電手機
4.      Etherstack Ltd.: 提供dPMR無線電的Protocol stack與發展軟體以供設備廠商研發dPMR無線電系統設備 (/車機、固定台中繼器/台等)
5.      Fylde Micro Ltd.: 目前尚無dPMR產品將與Icom公司合作並預計在未來提供dPMR無線電 (2013?)
6.      Hytera: 目前尚無dPMR無線電的產品預計在未來提供dPMR無線電設備(/車機)(2012?)
7.      ICOM INC.: 目前僅提供低功率PMR446 (un-license band) 無線電手機尚無其他dPMR系統設備產品 (/車機、固定台中繼器/台等)
8.      KENWOOD: 目前僅提供低功率PMR446 (un-license band) 無線電手機尚無其他dPMR系統設備產品(/車機、固定台中繼器/台等)
9.      Sicomm.: 目前尚無任何dPMR無線電的產品
10.   Unication.: 目前尚無任何dPMR無線電的產品

由上述廠商之資料與網站資訊可知,目前支援dPMR的無線電系統設備在市場上可說是一片空白,根本就沒有符合ETSI dPMR的無線電系統設備在市場發表或銷售,更不用談互連互通 (Interoperability) ,用戶千萬不要給不肖無線電設備經銷商/廠商所欺騙。期望在未來2年內可看到dPMR的完整產品。

7: 市場上有些銷售之無線電系統設備採用FDMA技術,但以NXDN或其他專屬特定協議 (signaling protocol) 運作,並不是ETSIdPMR標準 

 

DMR數位式行動無線電協會目前約有25個會員,其中一級員主要為製造廠共有15家廠商分別為 (2011531日止):

1.      CML Microsystems Plc.: 主要生產DMR無線電的半導體零組件
2.      Funkwerk Koelleda : 已發表DMR無線電的 車機、固定台中繼器/台等 (Tier 2)
3.      Fylde Micro Ltd.: 目前尚無DMR無線電的產品
4.      Hytera: 已發表DMR無線電的 /車機、固定台中繼器/台等設備 (Tier 2) ,兩款手/車機已通過和其他廠商的Tier 2互連性認證 (IOP, Interoperability)
5.      ICOM INC.: 目前尚無DMR無線電的產品
6.      Kirisun: 目前尚無DMR無線電的產品
7.      KENWOOD: 目前尚無DMR無線電的產品
8.      Motorola : 已發表DMR無線電的手/車機、固定台中繼器/台等設備 (Tier 2) ,有壹款中繼通過和其他廠商的Tier 2互連性認證 (IOP, Interoperability)
9.      Radio Activity : 已發表DMR無線電的固定台中繼器/台等設備 (Tier 2) ,有壹款中繼通過和其他廠商的Tier 2互連性認證(IOP, Interoperability)
10.   Radiodata : 已發表DMR無線電的固定台中繼器/台等設備 (Tier 2) ,有壹款中繼通過和其他廠商的Tier 2互連性認證 (IOP, Interoperability)
11.   SELEX Communications : 已發表DMR無線電的固定台中繼器/台等設備 (Tier 2) ,有壹款中繼通過和其他廠商的Tier 2互連性認證 (IOP, Interoperability)
12.   Sepura : 目前尚無DMR無線電的產品
13.   Tait Radio Communications: 目前尚無DMR無線電的產品
14.   Simoco: 目前尚無DMR無線電的產品
15.   Vertex Standard : 已發表DMR無線電的手/車機、固定台中繼器/台等設備 (Tier 2) ,但尚未通過和其他廠商的Tier 2互連性認證(IOP, Interoperability)

由上述廠商之資料與網站資訊可知,目前支援DMR的無線電系統設備在市場上僅支援Tier 2 (Conventional mode),根本就沒有符合ETSI DMR Tier 3 Trunking (中繼式) 標準的無線電系統設備在市場發表或銷售,用戶千萬不要給不肖無線電設備經銷商/廠商所欺騙。期望在未來1年間可看到DMR Tier 2/Tier 3的完整產品。

8: 市場上有些經銷商/代理商銷售之無線電系統設備號稱支援DMR中繼模式,其實是廠商專屬運作模式與專屬系統且與DMR Tier 3標準無關,用戶應審慎選擇並自求多福

數位式行動無線電系統DMR (Digital Mobile Radio)之標準

ETSI制定之數位式行動無線電系統DMR標準包括三級協議:

1.     Tier 1第一級許可類: 無需申請使用執照(Un-License)低功率

第一產品是無需申請使用執照(指在歐盟地區),並可免費使用446MHz頻段(運行在 446,100 446,200 MHz)這是形式最簡單的DMR ,僅有點對點的操作(Peer to Peer Direct mode),沒有基地站台或中繼器。
為針對一般消費應用和低功耗的商業應用,使用射頻功率限制最多不超過0.5Watt RF 由於第一產品使用有限的頻道和沒有使用中繼器(),不能和電話互連,並採用固定的集成天線。第一DMR設備產品是最適合個人使用娛樂零售及其他小設置不要求大面積覆蓋或先進的功能。

DMR446 設備可具有語音和資料兩種操作模式,使用一個簡化的定址系統,可看作類似於用在PMR446 裏的CTCSS定址系統。
除了提供語音和資料,DMR446 協定也支援語音+ 資料的結合,所以,有可能將資料嵌入語音呼叫或自動將其附加在一個呼叫的末尾。這意味著DMR446 可提供所有常見的語音服務,加上本文發送(短訊/信)、狀態資訊文本、嵌入式資料,如GPS定位等。
免許可證(免使用執照)限制的去除意味著DMR第一級許可類模式 也可提供像優先和緊急呼叫、以及插入呼叫這樣的功能。


1.     Tier 2第二級許可類: 傳統模式Conventional mode (需申請使用執照)

DMR第二級許可類別裏,可提供第一的所有基本功能,另添加了基地站台或中繼器和基礎設施。這帶來了額外的功能,例如:整體無線電系統架構可透過廣域網路系統(Wide Area Network) IP Intranet網路互相連結多個基地站台或中繼器之架構。覆蓋區域大爲增加,此外可提供語音與數據之傳輸整合應用(Voice/Data Integration)。這些多個中繼器可由動態通道選擇進行管理,或者它們可以是使用來自DMR Tier 2 協定中之特定功能的共通通道進行管理或遠端控制



第二級提供包括傳統的無線電系統服務,包括車機(Mobile車裝移動台)和手攜台(手機Portable) 。可操作的頻帶從 66 - 960MHz ETSI標準的DMR第二用戶是針對誰需要頻譜效率(較多通道),先進的語音功能和整合IP數據服務的頻譜授權執照用戶(申請使用執照)並可使用較高功率的通信(10~25 Watts) 同時ETSI歐洲電信標準協會的DMR標準於第二級指定採用兩個時槽(2 Time Slots)TDMA技術在12.5千赫(kHz)窄頻(Narrow-ban)頻道間隔
DMR Tier 2第二級許可類目前已有商業產品上市。

1.     Tier 3第三級許可類: 中繼集群模式Trunked mode (需申請使用執照)

DMR可提供多點/多通道(Multi-site/Multi-channel)整體無線電網路系統架構可透過廣域網路系統(Wide Area Network) IP Intranet網路互相連結多個基地站台或中繼器之中繼集群無線電系統,通過DMR Tier 3 通訊協定與訓令(MS/BSTS/TSCC control signaling)控制與管理,並對頻譜資源與話務流量進一步優化使用。

DMR可提供第二的所有基本功能,另提供中繼集群的無線電系統服務,可操作的頻帶從66 - 960MHz 標準規定第三級在12.5千赫(kHz)窄頻採用兩個時槽(2 Time Slots)TDMA技術。 第三級支持語音和短訊服務(Short Message) ,其處理方式類似於MPT - 1327,內建了128個字符狀態信息和高達 288位元的數據(bits of data) 短信息且可以是各種格式,另可提供數據傳輸服務(Packet data)。它也支援數據傳輸服務的各種格式,包括支持IPv4IPv6


DMR中繼集群模式中由於通訊頻道的分配是動態進行的,該系統能通過動態修改所允許的呼叫時間進一步優化流量。可以臨時地或永久地封鎖未能通過驗證的電臺。該系統將允許授權電台進行優先或緊急呼叫,比進行非緊急呼叫的用戶優先使用頻道。凡是呼叫請求超出了容量,系統可對這些呼叫進行排隊直到資源可被使用為止。

截至目前為止(20115月底)市面上尚無第三級DMR中繼集群模式商業化產品上市

 

DMR標準設計工作仍以TDMA技術在12.5千赫(kHz)窄頻 (Narrow-ban) 頻道間隔使用許可執照的頻段為依歸並滿足未來法規要求的6.25千赫(KHz)頻道的要求以符合未來無線電頻譜間隔窄頻頻寬計劃

該標準定義的DMR包括四個文件及一個基本設計規範。 這些都可以免費從ETSI歐洲電信標準協會的網站下載。
1.     TS 102 361-1 :定義DMR的空中介協議 (DMR Air Interface Protocol)
2.     TS 102 361-2 :定義DMR的語音和一般服務及設施 (DMR Voice and Generic Service and Facilities)
3.     TS 102 361-3:定義DMR的數據傳輸協議 (DMR Data Protocol)
4.     TS 102 361-4:定義DMR中繼集群傳輸協議(DMR Trunking protocol)
另外還有一個更加容易閱讀且針對設計者的基本設計規範包括所有標準附件之描述:
TR 102 398: DMR General System Design

DMR標準相比於傳統類比無線電系統其主要語音通訊的基本特點是:
1)提高語音通訊品質清晰度與雜訊干擾能力。
2)改善電池的性能並使電池壽命更長。
3) 更好的性能範圍(這是指採取了良好的服務質量進行的範圍更大的邊界,而不是絕對的範圍內)。
DMR標準其主要的技術特點是:
·        Two slot TDMA operation (Time Division Multiple Access): 2個時槽之分時多工存取運作
  • 4 level FSK Modulation: 4 FSK調變技術
  • State of the art Forward Error Correction:目前最先進的前向錯誤偵錯()
  • 終端到終端的IP連接能力以提供靈活性和降低成本
  • IP為基礎的資料傳輸能力提供了廣闊的語音和數據應用整合
  • 支援SIPVOIP網路與電話交換機整合介面
  • AVLAPLGPS資料整合應用支援
  • 可操作在類比或數位模式並簡化網路
DMR標準其主要的增強特點是(選用功能---視廠商而定)
1)免提聽筒操作(Hands free operation)
2)雙工操作(same channel同一通道),這也提供了一個與PSTN(傳統電話)互為通信之功能。
3)安全性的溝通(Security of communication) ,增強的安全性與保密功能。
4)有可能與未來的無線電計劃相結合,包括具體操作方法的承諾。
5) 智慧式設計,提供多重備援功能 (Redundancy)

DMR是公認在有關公共服務應用中使用時具有特定優勢的新一代數位式行動無線電標準。
DMR適用於:公共 (政府) 行政機構、公共工程、製造業工廠廠區、交通運輸企業、機場和港口、飯店和學校等小型園區、建築地、能源/國營企業/公用事業以及中小型公共安全機構等。
8: 聯邦通信委員會(FCC)並未開放允許美國政府單位(聯邦州政府和地方政府)與公共安全單位(警政消防緊急救難等等)或執行關鍵性(Mission Critical)任務之機構使用DMR/dPMR無線電標準技術與產品,政府與公共安全單位或執行第一線關鍵性任務之機構的惟一選擇到目前為止就是APCO Project 25 (P25)無線電標準技術
9:包括DMR dPMR無線電標準技術與產品目前尚未獲得FCC同意於美國政府單位與公共安全單位或執行關鍵性任務之機構中使用。
To be continue.............................................................

1 則留言:

  1. HYTERA無線電中的Accessory Port UART Baudrate如何設定?謝謝~

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