在清晰的通信和高效使用頻譜至關重要的時代,數字移動無線電 (DMR) 已成為專業和商業用戶的領先技術。 但是,它與傳統的模擬無線電有何不同? 答案在於其複雜而優雅的數字設計。 本文全面介紹了DMR無線電工作原理的基本原理,並詳細介紹了其核心組件和協議。
# 從模擬波到數字數據包
DMR最根本的轉變是將您的聲音從模擬聲波轉換為數字數據流。 當您對著DMR收音機的麥克風講話時,設備會立即將您的聲音數字化。
1.採樣和數字化: 來自您語音的模擬信號每秒採樣數千次。 每個樣本被分配一個特定的二進製值 (一系列1和0)。 此過程創建您的聲音的高保真數字表示。
2.使用AMBE的語音編碼: 對於有效的無線電傳輸,該原始數字數據仍然相當大。 DMR使用稱為高級多頻帶激勵的專用語音編解碼器 (AMBE + 2™)。 該編解碼器將數字語音數據壓縮成非常有效的分組,在不顯著損害音頻質量的情況下剝離冗餘信息。 這就是為什麼DMR音頻即使在低音量時也經常聽起來清脆清晰,因為它不易受到背景噪音的影響。
這種向數字數據的轉換是實現DMR所有高級功能的基礎。
# TDMA的魔力: 兩個通道合而為一
這是DMR技術及其最重要的效率創新的核心。 DMR使用稱為兩時隙時分多址 (TDMA) 的方法。
要理解TDMA,請將單個射頻想象為高速公路。 模擬FM信號就像一輛占據整個高速公路的寬卡車。 一次只能在那條高速公路上進行一次對話。
但是,DMR將此單個 「高速公路」 (頻率) 分成兩個虛擬 「通道」 (時隙)。 它以令人難以置信的速度和精度做到這一點。
* 插槽1處於活動狀態30毫秒,傳輸一包數字數據。
* 然後,系統在接下來的30毫秒內切換到插槽2。
* 此循環每秒重複50次。
這種切換發生得如此之快,以至於對用戶來說,感覺就像兩個完全獨立的對話在同一頻率上同時發生。 每個時隙可以承載單獨的語音呼叫、數據消息或GPS位置。
結果? 與傳統模擬系統相比,DMR系統有效地使其可用頻譜的容量加倍。 這意味著企業需要更少的中繼器和許可證來支持相同數量的用戶,從而顯著節省成本和提高運營效率。
# DMR結構的三層
由歐洲電信標準協會 (ETSI) 定義的DMR標準被組織成定義其能力和應用的三個層。
第I層: 直接模式操作
這是DMR的最簡單形式,用於某些地區 (如歐洲的446 MHz頻段) 的低功耗,免許可設備。 第一層涉及無線電到無線電通信,而沒有中繼器等任何基礎設施。 它適用於簡單的娛樂用途或短距離的現場通信。
第二級: 常規系統
Tier II是專業和商業用戶最常見的實現。 它使用許可的常規無線電頻率 (如VHF或UHF),並且可以在直接模式下和通過中繼器運行。 這裡充分利用了兩時隙TDMA技術。 第II層中繼器可以同時處理兩個單獨的用戶組,從而大大提高了容量。 此層非常適合安全團隊、活動協調員、製造車間和酒店服務。
第III層: 集群系統
Tier III代表了最高級和最複雜的DMR形式。 在集群系統中,頻率池由中央控制器管理。 當用戶想要進行呼叫時,控制器自動地從池中分配可用頻率上的可用時隙。 這創建了一個高效的廣域網,可以支持成千上萬的用戶無縫信道接入,類似於商業蜂窩網絡。 Tier III用於大型公用事業,公共安全組織和城市範圍的公交系統。
# 數字協議啟用的關鍵功能
基礎數字數據流允許使用純模擬FM難以或不可能實現的特徵。
* 個人和群組呼叫: 每個DMR無線電具有唯一的無線電ID。 除了傳統的組呼叫 (通話組) 之外,這還允許呼叫特定的個人 (私人呼叫)。 您可以在不中斷整個頻道的情況下尋呼一個人。
* 增強的隱私: 雖然不是軍用級加密,但DMR支持基本隱私。 由於音頻是數字的,因此可以使用各種算法對其進行加擾。 沒有使用相同密鑰編程的收音機,傳輸聽起來就像數字噪聲。
* 集成數據應用: 數字協議本身支持數據傳輸。 這可以實現無線電之間的文本消息傳遞,GPS位置跟蹤和映射以及用於監視設備的遠程遙測等功能。
* 提高了電池壽命: 由於Tier II無線電僅在其分配的30毫秒時隙中進行傳輸,因此在通話過程中50% 時間都處於非活動狀態。 這種 「脈衝」 傳輸減少了電池的消耗,導致與模擬無線電相比顯著更長的操作時間。
# 一個典型的DMR通信流
讓我們在一個實際的場景中把它們拼湊起來,這個場景涉及通過一個中繼器進行的兩個獨立的對話。
1.用戶A (在通話組1中) 按下他們的一鍵通 (PTT) 按鈕。 他們的無線電被編程為在特定頻率上使用時隙1。
2.無線電設備數字化並壓縮用戶A的話音,然後在其分配的時隙期間以脈衝串的形式將其發送到中繼器。
3.中繼器在時隙1上接收數據,並立即以更高的功率重發它。 同時,用戶B (在通話組2中) 也可以按下他們的PTT。 他們的收音機被編程為使用時隙2。
4.中繼器無縫地交織來自用戶A (時隙1) 和用戶B (時隙2) 的數據,廣播包含兩個會話的單個信號。
5.在插槽1上收聽Talkgroup 1的所有無線電將聽到用戶A,在插槽2上收聽Talkgroup 2的所有無線電將聽到用戶B。 兩組完全不知道彼此的對話。
DMR不僅僅是 「數字模擬」。 它是一種強大的,精通頻譜的協議,利用TDMA將容量提高一倍,利用數字音頻提高清晰度,利用數據友好的結構實現現代通信功能。 通過將語音轉換為高效的數據包並對傳輸時間進行切片,DMR提供了功能強大,經濟高效且可擴展的解決方案,可滿足當今專業用戶的苛刻需求。 從AMBE編解碼器到兩時隙TDMA的優雅理解這些核心原理,揭示了為什麼這項技術已成為高效可靠的關鍵通信的全球標準。
