剖析DMR與模擬對(duì)講系統(tǒng)的差異
無線電對(duì)講機(jī)的特點(diǎn)是即時(shí)溝通、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、使用方便，同時(shí)還具有組呼通播、系統(tǒng)呼叫、機(jī)密呼叫等功能。在進(jìn)行調(diào)度指揮和處理緊急突發(fā)事件時(shí)，其作用是其它通信工具所不能替代的。上海瀚網(wǎng)智能科技有限公司專注于無線對(duì)講系統(tǒng)解決方案，為用戶提供數(shù)字無線對(duì)講系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、施工安裝、系統(tǒng)調(diào)試一站式服務(wù)。無線對(duì)講系統(tǒng)咨詢熱線：4006648199。
1、對(duì)講系統(tǒng)的發(fā)展
無線電對(duì)講機(jī)是最早被使用的無線移動(dòng)通信設(shè)備，早在二十世紀(jì)三十年代就開始得到應(yīng)用。1936年，美國摩托羅拉公司研制出了第一臺(tái)移動(dòng)無線電通信產(chǎn)品——“巡警牌”調(diào)幅車用無線電接收機(jī)，隨后在1940年又為美國陸軍通信兵研制出了第一臺(tái)重量為2.2公斤的手持式雙向無線電調(diào)幅對(duì)講機(jī)，通信距離為1. 6公里。
此后隨著調(diào)頻技術(shù)應(yīng)用于對(duì)講機(jī)，在二戰(zhàn)期間，摩托羅拉公司為軍方研制出了一部可調(diào)諧的高頻調(diào)頻單元SCR300TM對(duì)講機(jī)。其重量為35磅，通訊 距離為10英里。到了1962年，摩托羅拉又推出了第一臺(tái)僅重33盎司的手持式無線對(duì)講機(jī)HT200，其外形被稱為“磚頭”，大小和早期的“大哥大”手機(jī)差不多。下一代機(jī)型——18盎司重的HT-200僅用了兩塊集成電路就代替了原來的61個(gè)零件，它的重量比前一機(jī)型減輕了40%，體積減小了50%，但功率輸出卻提高了250%。
隨著這場(chǎng)電子革命的不斷繼續(xù)，七十年代，對(duì)講機(jī)又有了翻天覆地的發(fā)展。1978年，集群對(duì)講機(jī)和集群對(duì)講機(jī)系統(tǒng)問世了，該系統(tǒng)使每一臺(tái)無線電對(duì)講機(jī)均具有一個(gè)獨(dú)一無二 的數(shù)字代碼。由計(jì)算機(jī)對(duì)所有頻率進(jìn)行掃描，尋找空閑的信道，并利用數(shù)字式的地址代碼 自動(dòng)將呼叫按一定的優(yōu)先級(jí)指定給各信道。這種方式使對(duì)講機(jī)系統(tǒng)可以高效地將數(shù)量有限的可用信道指定給具體的用戶。
真正意義上的對(duì)講機(jī)數(shù)字時(shí)代直到九十年代初才出現(xiàn)，摩托羅拉于1991年推出了ASTRO第一臺(tái)全數(shù)字式無線對(duì)講機(jī)。1995年，摩托羅拉向世人推出了它的集成數(shù)字增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)(iDEN)，一種將無線調(diào)度、 數(shù)據(jù)和信息處理集成為一體的全數(shù)字式系統(tǒng)。
至此，無線通訊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了早年無線電先驅(qū)者們點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的夢(mèng)想，只不過這種實(shí)現(xiàn)的方式卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了他們的想象。每一次重大發(fā)展均是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)展，無線電數(shù)字對(duì)講機(jī)將會(huì)把我們帶往何處?答案無從知曉。但可以肯定的是，目前數(shù)字化無線技術(shù)已經(jīng)受到了極為廣泛的關(guān)注——從科研學(xué)術(shù)領(lǐng)域一直到工業(yè)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域;而且，數(shù)字化無線技術(shù)在未來必將為我們帶來意想不到的驚喜。
整個(gè)對(duì)講系統(tǒng)的發(fā)展歷程大致可以劃分為三個(gè)階段：
1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬對(duì)講系統(tǒng)：
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬對(duì)講系統(tǒng)指的是采用模擬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行對(duì)講機(jī)——對(duì)講機(jī)之間通信的系統(tǒng)，主要采用調(diào)幅/調(diào)頻方式直接傳輸模擬話音(由于傳輸性能的優(yōu)勢(shì)，目前仍然在使用中的系統(tǒng)多是調(diào)頻方式);此外，還可以利用雙音多頻技術(shù)(DTMF)傳輸極少量的低速數(shù)據(jù)信息。
2、集群系統(tǒng)
集群系統(tǒng)是一個(gè)有中心調(diào)度控制的對(duì)講系統(tǒng)，最重要的特征是需要中心調(diào)度設(shè)備來控制整個(gè)對(duì)講系統(tǒng)的資源分配與用戶的接入。判斷一個(gè)系統(tǒng)是否是集群系統(tǒng)，這是根本的依據(jù)。也就是說，集群系統(tǒng)是對(duì)講系統(tǒng)在組網(wǎng)方式的一種具體形態(tài)，與對(duì)講系統(tǒng)底層采用的傳輸技術(shù)是模擬或數(shù)字方式并沒有一定的聯(lián)系。
3、數(shù)字化無線系統(tǒng)(DMR/DPMR)
首先是“數(shù)字化”的問題，數(shù)字化無中心系統(tǒng)是在數(shù)字無線通信技術(shù)極大發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。通信理論以及實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用給出了越來越充分的理由是我們相信——數(shù)字傳輸技術(shù)在多個(gè)方面都超越了模擬傳輸技術(shù)，而且，數(shù)字傳輸技術(shù)尤其適合越來越大的數(shù)據(jù)通信需求。
其次，組網(wǎng)方式靈活，DMR/DPMR可以采用有中心和無中心方式在多個(gè)對(duì)講機(jī)之間靈活組網(wǎng)，支持多跳傳輸?shù)燃夹g(shù)提高系統(tǒng)性能與魯棒性。
無中心系統(tǒng)起源于同本，最早由一些業(yè)余無線電愛好者使用，也就是無中心多信道共用個(gè)人無線電話系統(tǒng)。“無中心”系統(tǒng)是不采用交換控制中心的集中控制，而由各移動(dòng)臺(tái)或固定臺(tái)分別設(shè)定無線通信鏈路的分散控制方式。這種組網(wǎng)方式特別適用于緊急突發(fā)情況下的應(yīng)急通信(汶川大地震的搶險(xiǎn)救災(zāi)實(shí)踐已經(jīng)充分證明了這一點(diǎn))，其魯棒性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于有中心系統(tǒng)。但是，其網(wǎng)絡(luò)容量不大，限制了無中心系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
ETSI DMR/DPMR標(biāo)準(zhǔn)發(fā)表于2005年，但是直到2007年才出現(xiàn)第一臺(tái)DMR對(duì)講機(jī)。之所以花這么長的時(shí)間，其中之一的原因就是為了盡可能的滿足標(biāo)準(zhǔn)和最終客戶的需求，同時(shí)也盡量照顧廠商和渠道商。標(biāo)準(zhǔn)分為三層，第一層是為了替代PMR446使用在無牌照的頻段;第二層是常規(guī)的、需付費(fèi)、非集群的PMR對(duì)講機(jī)，(也是Motorola所瞄準(zhǔn)的市場(chǎng));第三層就是數(shù)字的集群對(duì)講機(jī)。
2、鐵路專用對(duì)講系統(tǒng)
鐵路用的專用無線通信系統(tǒng)主要包括了無線對(duì)講機(jī)系統(tǒng)、集群系統(tǒng)和GSM-R系統(tǒng)等。從廣義上講，無線對(duì)講系統(tǒng)屬于無中心系統(tǒng)，集群系統(tǒng)和GSM-R都屬于有中心系統(tǒng)。由于鐵路應(yīng)用的多樣性以及復(fù)雜的環(huán)境，注定鐵路系統(tǒng)中需要多種無線通信系統(tǒng)共同服務(wù)，無線對(duì)講系統(tǒng)也必然長期占有一席之地。
我國鐵路行業(yè)內(nèi)，對(duì)講系統(tǒng)仍然是以“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬對(duì)講系統(tǒng)”為主，技術(shù)相對(duì)落后，已經(jīng)逐漸無法滿足日益增長的鐵路應(yīng)用需求。于此同時(shí)，集群系統(tǒng)和GSM-R系統(tǒng)的出現(xiàn)極大地緩解了鐵路應(yīng)用需求與技術(shù)落后的矛盾。但是，由于集群系統(tǒng)和GSM-R系統(tǒng)組網(wǎng)的時(shí)間和成本巨大，對(duì)于鐵路應(yīng)用中小范圍、靈活性很大的部分應(yīng)用需求而言，是不現(xiàn)實(shí)的。因此，對(duì)講系統(tǒng)仍然有著廣泛的應(yīng)用需求。
DMR/DPMR是數(shù)字化對(duì)講系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)，與顯存模擬對(duì)講系統(tǒng)相比，其技術(shù)具有先進(jìn)性，性能優(yōu)越，而且，部署靈活，運(yùn)營和使用成本更低。下面重點(diǎn)分析DMR與模擬對(duì)講系統(tǒng)之間的差異。
2.1、DMR的優(yōu)勢(shì)
經(jīng)過近1個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，對(duì)講機(jī)的應(yīng)用已十分普遍。目前模擬對(duì)講機(jī)正在經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革——數(shù)字化時(shí)代。與模擬對(duì)講機(jī)相比，數(shù)字對(duì)講機(jī)具有以下一些特征：
1、頻帶利用率高：12.5kHz分時(shí)技術(shù)可以容納兩個(gè)話音信道，比模擬對(duì)講機(jī)高一倍。兩個(gè)時(shí)隙TDMA的傳輸功能，能夠在同一個(gè)信道空間提供兩個(gè)語音信道，這樣做不只是節(jié)省了牌照的費(fèi)用，同時(shí)也節(jié)省了系統(tǒng)架構(gòu)的費(fèi)用，比如說六個(gè)信道的系統(tǒng)只需要3臺(tái)中繼臺(tái)。另外提升的40%的電池使用壽命也是一大特點(diǎn)。
圖1：兩時(shí)隙時(shí)分復(fù)用
2、保密性很高：由于語音信號(hào)完全數(shù)字化處理，使得加解密技術(shù)得到很好的應(yīng)用。
3、話音質(zhì)量高：由于數(shù)字通信技術(shù)擁有系統(tǒng)內(nèi)錯(cuò)誤校正功能，和模擬對(duì)講機(jī)相比，它可以在一個(gè)范圍更廣的信號(hào)環(huán)境中，接收到較少的音頻噪音，聲音更清晰。對(duì)于語音質(zhì)量，數(shù)字語音確實(shí)和模擬的有著非常明顯區(qū)別，非常的清晰，幾乎切斷了所有的背景噪音。
圖2：數(shù)字/模擬語音質(zhì)量對(duì)比
4、接收機(jī)信噪比需求性能的提升，使得對(duì)講機(jī)系統(tǒng)工作的覆蓋范圍更廣，功率和能源需求降低，從而節(jié)省電池，延長通話時(shí)間。
5、數(shù)字化集成電路使得對(duì)講機(jī)設(shè)備體積更小，更省電，價(jià)格更低。
6、數(shù)字化信號(hào)便于進(jìn)行無差錯(cuò)中繼，也便于和其它數(shù)據(jù)合用一套數(shù)字中繼系統(tǒng)，利用寬帶鏈接實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋。
圖3：數(shù)字/模擬覆蓋范圍音頻質(zhì)量對(duì)比
6、可以改善信令、語音和數(shù)據(jù)的集成?？梢蕴峁└玫臄?shù)據(jù)處理及控制功能，語音和數(shù)據(jù)服務(wù)集成更完善、更方便。
2.2、DMR技術(shù)指標(biāo)
中國信息產(chǎn)業(yè)部確定的數(shù)字對(duì)講機(jī)射頻指標(biāo)是適用于137-167MHZ、403-425MHz和915-917MHz等三個(gè)頻段以及采用12.5kHz和6.25kHz兩種信道間隔，前者是2時(shí)隙TDMA，后者為FDMA。這兩種間隔信道采用的都是約為4.8kbps的話音編碼，只不過12.5kHz的信道內(nèi)可以有兩路話音;也可只通一路話音，另一路傳輸數(shù)據(jù)或作為中繼使用，這樣信道設(shè)計(jì)的靈活性更大了。
DMR協(xié)議使用一種雙時(shí)隙TDMA接入的方式 ，每個(gè)突發(fā)2個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙30ms。其中每個(gè)時(shí)隙都有1.5ms的保護(hù)時(shí)間。該協(xié)議結(jié)構(gòu)是在ISO 7層協(xié)議結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，演變而來的，適用于描述參考資料和說明分層。
在DMR協(xié)議中，應(yīng)用了Golay碼、RS碼、二次剩余碼、CRC碼、速率變換等多種編碼方式對(duì)信道進(jìn)行保護(hù)，其中大部分編碼都是非常成熟的信道編碼，他們的編解碼方式和誤碼率都比較固定, 而協(xié)議中定義的BPTC(Block Product Turbo Code)碼和變長BPTC碼編解碼非常靈活，不同的解碼方式會(huì)對(duì)誤碼率有很大的影響，而它們也是DMR協(xié)議中應(yīng)用最多的信道編碼，占到整個(gè)DMR信道編碼的約80% ，所以對(duì)這兩種碼進(jìn)行編解碼研究對(duì)基于DMR協(xié)議的數(shù)字對(duì)講機(jī)的整體通信質(zhì)量和可靠性提高等都具有重要的意義。
3、結(jié)論
通過前文的分析，可以得到如下結(jié)論：
1、對(duì)講系統(tǒng)在鐵路應(yīng)用中將繼續(xù)扮演特殊的、重要的角色;
2、數(shù)字對(duì)講系統(tǒng)(DMR/DPMR)在技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)性能、終端功能等多個(gè)方面完全超過現(xiàn)有的模擬對(duì)講系統(tǒng);
3、制約數(shù)字對(duì)講系統(tǒng)替代現(xiàn)有模擬對(duì)講系統(tǒng)的因素主要有兩點(diǎn)：部署成本和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。
對(duì)于部署成本的問題，可以通過小規(guī)模試用逐步擴(kuò)大使用范圍，通過數(shù)量較大的產(chǎn)品訂單和采購的方式促使設(shè)備商通過規(guī)?；a(chǎn)來逐步降低成本;
模擬對(duì)講系統(tǒng)只要對(duì)準(zhǔn)相同的頻段，可以在多種制式的對(duì)講機(jī)之間直接通信。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)兼容性主要指的是不同標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字對(duì)講系統(tǒng)通常不能直接互通。解決這個(gè)問題，需要在數(shù)字對(duì)講系統(tǒng)部署的規(guī)劃階段，選擇一個(gè)受到行業(yè)范圍內(nèi)廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)而使得建成的數(shù)字對(duì)講系統(tǒng)具有比較良好的設(shè)備兼容性。這里，建議采用DMR/DPMR。
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