DMR基础

一、概述

DMR数字对讲机协议是欧洲电信标准协会在2005年4月推出的数字对讲机标准，后来又进行了多次修改。最新版本DMR数字对讲机协议是2007年12月公布的，共有四部分：第一部分为空中接口物理层和数据链路层协议，第二部分为空中接口呼叫控制层协议，第三部分为短数据和分组数据协议，第四部分为集群业务和设备协议。DMR协议的整体框架已经形成，可是还有待于进一步完善，尤其是其中的集群部分。DMR设备主要分为是三类：

1、工作于视距通信模式，免执照；

2、工作于直通或转发模式，有个人执照；

3、采用中心控制器进行通信控制，有个人执照的DMR集群系统设型。标准的第一部分和第三部分适用于所有三类设备，第二部分适用于第一类和第二类备第四部分只适用于第三类设备。DMR是严格按照简化的OSl(OpeIl SystemInt凹c0肌em分层模型设计的，自上而下分为三层：呼叫控制层、数据链路层和物理层。

呼叫控制层的主要功能是：建立、维持以及终止呼叫；单呼和组呼的发送接收；支持固有业务(紧急呼叫、迟后进入等)；数据呼叫控制；电台寻址等。数据链路层主要功能是；确认和重试机制；信道管理；信道编码；交织和解交织，以及比特排序；规定突发和参数；构建帧结构并建立帧同步；与控制层的声码数据的语音接口；实现承载业务；与呼叫控制层交换用户数据和信令等。物理层主要功能是：对基带信号进行调制解调；规定比特和码元之间的关系；建立频率同步和码元同步；发射码元和建立突发；控制开关收发信机等。三层中呼叫控制层和数据链路层联系比较紧密，也是协议能否实现的关键，物理层涉及硬件成分比较多。

优势

二、时隙结构

DMR数字对讲机协议是2时隙的TDMA结构，两个TDMA物理信道的时隙标识为信道“l”和“2”。上行发送表示为“MS TX'’，下行发送表示为“BS TX'每～个时隙占用30ms，而每～个时隙最多含有一个突发，所以每个突发也占用30ms，其中27．5 ms是有效信息，另外2．5ms分布在左右两边各占1．25ms，这样两个突发就间隔2．5ms，在上行信道上，2．5ms间隔是保护间隔，作传播时延和功率放大器的上升时间在下信道上，2．5ms间隔用作CACH信道，用于传送业务信道管理信息和低速信令。时隙1和时隙2可以同时工作，实现双工通信；或者两个时隙同时发送数据信息；也可以只有其中一个时隙工作，另外一个时隙空闲或者用作反向信道。

三、帧结构

1、DMR协议有两种基本帧结构：

语音突发帧结构和数据突发帧结构。语音突发主要是用来承载语音信息，数据突发主要作用是承载各种控制信令和数据传输中数据信息。语音超帧则是在语音突发的基础上进行的扩展，它是由六个语音突发组成，是语音发送的最小单元。语音头帧和语音终止帧是在数据突发的基础上进行了特殊的规定，所以本节进行了简单介绍。除此以外，DMR协议中所有的信令和数据发送都采用了数据突发帧结构，只是所承载的信息不通。

2、语音突发帧结构：

语音比特在空中用语音脉冲承载。每个语音脉冲为语音码套接字提供2"108比特，对于20ms的声码器帧，一个语音突发中可以承载3个72比特的声码器帧(包括FEC)216比特的负载域足以传输60ms的压缩语音，除语音码之外，这些语音脉冲的中间，承载嵌入信令(EMB域+嵌入信令)或者帧同步(SYNC)。呼入脉冲和呼出脉冲都使用这一格式

3、数据突发帧结构：

数据脉冲和语音脉冲结构相似。SYNC或嵌入式信令信息被承载在每个控制脉冲的中央，这在某种意义上和语音脉冲是相类似的。每个数据和控制脉冲包含20比特时隙类型协议数据单元(SLOT)，其用于定义196信息比特的含意。

4、语音超帧(Voice superframe)：

语音信息发送是以超帧为单位的，一个语音超帧包括6个语音突发，占360ms。超帧中的突发用字母A~F标识。突发A表示超帧的开始，其中含有同步码SYNC，突发B到F中可以承载嵌入式信令。

5、语音：

头帧(Voice LCHeader)和语音终止帧(TerminatorwithLC)语音头帧和语音终止帧都是以一般数据突发帧结构为基本帧结构，数据信息承载的是LC信令，不同的是语音头中间承载的是语音同步码，而语音终止帧承载的是数据同步码。

6、控制信令块(CSBK)：

96比特CSBK(80比特用于信令+16比特用于CRC码)，CSBK是非常重要的信令块用于呼叫请求，呼叫应答等。CSBK结构中的CSBKO用来指定帧类型；LB表明控制信令块后面是否含有附加信息；PF保留；FID用来区分不通制造商，原则上是依据制造商不同进行指派；Data信息域则根据控制信令的不同而代表不同信息，CSBK CRC则是整个信令块的CRC校验码，用于检错。CSBK信令按照功能不同主要分为以下：

（1）单呼通话请求CSBK信令：

用于发起语音呼叫时建立连接。向目的终端发起通话请求，请求通话的终端需要等待目的终端返回应答信令才能成功建立起连接，否则建立连接失败。表单呼通话请求CSBK信令协议数据单元内容

设置为000100设置为00000000

设置为00000000

（2）单呼通话应答CSBK信令：

单呼通话应答CSBK信令，是与单呼通话请求CSBK信令对应存在的，用来回应请求建立连接的终端的通话请求，信令包含内容和单呼通话请求CSBK信令基本相同，不同的是多了一项应答响应信息，用来表明是否同意建立连接。单呼通话应答CSBK信令具体内容如表所示：

设置为000101 设置为00000000o拒绝确认应答CSBK信令拒绝确应答CSBK信令，是当用户发送的信令，包含有目的终端或基站不支持的服务或者特征信息时，目的终端返回的应答信令。发生这种情况的原因是用户发送的标准FID或者CSBKO信息域是不被目的终端支持的信息。拒绝确认应答CSBK信令，表拒绝确认应答CSBK信令协议数据单元内容

设置为100110设置为00000000设置为1

源地址是附加信息域

链路控制信令(LC)

（3）组呼语音LC信令：

组呼语音LC信令用于单个用户向多个用户发起组呼，主要包括：全链路控制信令操作码、特征指定标识符、服务选项、组呼和源地址等信息。

（4）单呼语音：

LC信令单呼语音LC信令用于点对点语音通信，主要包括：全链路控制信令操作码、特征指定标识符、服务选项、目的地址和源地址等信息。单呼语音LC信令协议数据单元内容

Table 3-5UU V Ch Usr PDU content

设置为000011 设置为00000000

四、嵌入式信息域结构

Fig．3-10EMB structure嵌入式信息域总共16比特(7比特用于信令，9比特用于QR纠错)，嵌入式信息域主要用于提供嵌入式信令的必要信息。

五、帧同步码

对于数字通信系统，无论是语音还是数据都是帧的形式进行发送的，及所需要传输数字信息要以一定的格式组成固定大小的帧进行发送。对于DMR协议而言，它的帧结构主要按照语音和数据进行了划分。对于接收方是否能判断出一个帧的开始和结束以及帧的类型是能否正确解析出接收信息的关键，这就涉及到了帧同步的问题。帧同步的实现最常用的有两种方法，一种是在帧中插于特殊的码组实现帧同步，另一种则是利用不同帧所包含码组的的特殊性实现帧同步。

DMR协议采用了插入特殊码组的方法来实现帧同步，这些特殊码组我们称之为帧同步码。

DMR协议中插入的帧同步码主要有五种：n基站用到的帧同步码语音同步码：用于语音的同步，48比特二进$0-01ll 0101 0101 1111 1101 0111 1101 llll 0111 0101 11ll 0111 十六进制：7 5 5 F D 7 D F 7 5 F 7 数据同步码：用于数据的同步，48[L特二进N- 1101 1111 1111 0101 01ll 1101 0111 0101 1101111l 0101 1101 十六进制：D F F 5 7 D 7 5 D F 5 移动台用到的同步码语音同步码：用于语音的同步，48：g特，二进制：0111 11ll 01ll 1101 0101 1101 1101 0101 011l 1101 111l 1101 十六进制：7 F 7 D 5 D D 5 7 D F D 数据同步码：用于数据的同步，4815L特二进N- 1101 0101 1101 0111 1111 Olll 011l 111l 1101 01¨010101ll 十六进制：D 5 D 7 F 7 7 F D 7 5 7 反向信道同步码：用于反向信道同步，48比特二进制：011l 0111 1101 0101 0101 111l 011l 1101“1l 1101 01ll 0111 十六进N-7 7 D 5 5 F 7 D F D 7 7通过对这些帧同步码的检测，不仅可以判断出信息的来源(基站或者移动台)，还能判断出帧的类型(数据或者语音)。

前面说过帧同步码是一组特殊的码组，一般来说帧同步码要有尖锐单峰值的局部自相关函数，这样才便于识别和检测。

在直通模式下，最多涉及的帧同步码是移动台的语音和数据帧同步码，现在以这两组同步码来计算它们的自相关性。帧同步码的自相关函数的计算，并不是以二进制形式进行的，而是以它发送的码元进行的，因为码元有正负之分，自相关后才可能有尖锐单峰值。DMR协议采用的4FSK调制解调方式，所以移动台的语音帧同步码(简记为V-SYNC)转换成码元(简记为V-SYNCS)会变成表下表形式。表V-SYNC到V．SYNCS的映射 Mappingof V—SYNCtoV-SYNCS

V—SYNC01 11 ll 11 01 1 l 11 01 01 Ol 11 01

为了计算简便，将转换的码元归一化(．3_．1，+3一+1)，按照式3．1进行自相关计算。

六、色码

现在陆地移动通信蜂窝系统均采用频率复用方式以提高频率利用率。这虽然增加了系统的容量，但同时也增加了系统的干扰程度。这些干扰主要包括同频干扰、邻频干扰和互调干扰。这三种系统干扰在专网通信系统中也普遍存在，对于邻频干扰一般是从提高RF指标来减小，比如像本协议一样在相对宽的带宽上以较低的速率发射信号。对于交调干扰，则依靠使用优化的搜索信道模式来降低。而对于本协议中可能产生的同频干扰中，则采用色码来区分。色码4比特从0000到1111共十六个，用以区分来自不同站点的信令。

七、信道接入准则

一个DMR设备要发送信息(无论是语音还是数据)，首先要确保接入的信道可用。协议中采用的接入准则是LBT(Listen BeforeTransmite)，就是在发送信息前，DMR设备要首先监听信道状况，如果信道可用方可接入。一般来说，对于一个DMR设备来说，信道可能存在下面三种情况：

1、已经存在DMR行为

2、有其他的数字通信协议行为

3、模拟通信行为

DMR设备是通过监测信道的RSSI电平值来判断信道中是否存在通信行为，如果在一个监听的最大时间周期内，RSSI的电平值没有超过门限值N RssiLo(该值在一定范围内可以配置)，就认为信道中不存在通信行为。如果RSSI的电平值大于或等于门限值N RssiLo，就认为该信道中存在通信行为，DMR设备将尝试与该信道进行帧同步，如果同步上，就认为存在的是DMR行为，否则就是其它通信行为。除了考虑信道状况来决定是否发送信息外，还要考虑自己的礼貌等级，两者相结合最终决定了DMR设备是否可以发送信息。DMR设备的礼貌等级分为三种：对所有终端礼貌(Polite to a11)、对自己的色码礼貌(Polite toown colourcode)和非礼貌(Impolite)。

下面结合这三种礼貌等级讨论信道接入规则：

1)、对所有终端礼貌：

当监测到信道中存在通信行为时，即信道状态为忙，不管这通信行为是否为DMR通信行为，都不进行发送，这时可以排队等待(如果系统有排队机制)或者放弃。

2)、对自己的色码礼貌：

当监测到信道中存在通信行为，首先设法取得帧同步，如果同步上，就认为是DMR通信行为，然后找寻色码，如果色码与自己的色码相同，就排队等待或者放弃。如果没同步上或者色码不同，就可以进行发送。

3)、非礼貌：

无论信道中是否存在通信行为(DMR和非DMR),都进行发送。由于这种模式未考虑信道状况，所以发送成功率会大大降低。

八、呼叫流程

DMR语音呼叫流程与DMR设备工作的模式密切相关，在这里我们只对直通模式下的DMR语音呼叫流程进行了研究，因为直通模式是最基本的通信模式之一，转发模式和集群模式都是直通模式的扩展。在直通模式下，移动终端A欲与移动终端B进行语音通话，首先语音终端A通过上节提到的信道监听策略确定信道是否可用。

1、移动终端A的呼叫流程：

（1）首先移动终端A向移动终端B发送呼叫请求CSBK信令；

（2）等待终端B回应；

（3）如果移动终端B回应，就转到④，否则转到②；

（4）发送语音头LC信令，通知终端B通话开始；

（5）以语音超帧的形式发送语音信息，双方开始通话；

（6）语音通话结束，向终端B发送语音终止LC信令；

（7）进入待机状态。

2、移动终端B的呼叫流程：

（1）收到移动终端A的呼叫请求信令，判断呼叫地址是否与自己的D匹配，如果匹配就转入下一步，否则转入⑥；

（2）发送应答CSBK信令；

（3）接收语音头LC，打开麦克风；

（4）接收语音信息，双方开始通话；

（5）通话过程中，如果收到语音终止LC就转入下一步，否则继续语音通话；

（6）进入待机状态。

九、地址编码

移动终端的地址D是区分不同终端的最重要的信息，每个移动终端都一个固定的地址编号。这与手机号码是一样的，我们每个人的手机号码都是唯一的，不可能出现重号，这种唯一性使得通信有条不紊，也更利于管理。对于用户，DMR移动终端号码采用七位十进制数(在终端中是以字符形式输入输出)进行表示，范围从“0000000”到“9999999”共一千万个。因为对讲机的一切信息都要以二进制表示，所以十进制的号码必须转变成二进制形式。在协议中，地址信息共占了24比特。根据呼叫种类和用户设备的不同，协议提供了两种拨号方案和四种地址编码方案。

1、单呼编码方案：

单呼是点对点通信，一个用户呼叫另外一个独立的用户的过程。由于每个用户的地址都是由“O”到“9”的字符组成，所以一个用户若要呼叫另外一个用户，只需拨打目的终端的七位地址号码即可。协议不仅考虑了普通拨号用户的通信需求，必要时，我们可能需要非拨号设备之间进行通信，比如基站设备。为了将普通用户地址和设备地址进行区分，设备地址采用8位的十进制数表示，并且设备地址的编码算法采用了与普通用户地址编码不同的算法。7位十进制拨号的B3算法地址转换：