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domingo, 22 de octubre de 2017 ..::  Recensioni » DMR - Digital Mobile Radio ::..   Entrar
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DMR - Digital Mobile Radio

 

 

 

 

 

Il Digital Mobile Radio

 

 

 

Per rispondere alle sfide poste dalla migrazione su vasta scala al "digitale" da parte degli utenti professionali, ETSI (European Telecommunication Standard Institute) ha sviluppato un nuovo standard digitale, chiamato DMR (Digital Mobile Radio), che si basa su un protocollo TDMA (Time Division Multiple Access) a due slot.

La tecnica TDMA permette, sulla stessa frequenza, due comunicazioni contemporanee ed indipendenti, mediante suddivisione in due slot temporali TS1 e TS2, di 30 millisecondi ciascuno;   dunque, le due comunicazioni possono avvenire in modo contemporaneo, senza che la prima possa disturbare la seconda, con l’effettivo contenimento della risorsa spettrale; cioè dire, due comunicazioni diverse sulle stesso canale radio! Quindi un raddoppio delle comunicazioni possibili senza allargare la banda a disposizione e dimezzare in numero dei ripetitori necessari (!).

Nel DMR c'è la possibilità di inviare e ricevere brevi messaggi di testo (SMS), avvisi di chiamata o addirittura conoscere la presenza in radio di una determinata stazione. Già al primo approccio si potrà rilevare una migliore qualità audio rispetto alla FM, dovuta a specifiche routine software negli apparati, come il dispositivo di abbattimento del rumore di fondo.

Grazie al TDMA si ha un risparmio energetico del 40%, il che allunga la durata delle batterie e riduce i consumi delle stazioni fisse e ripetitori.

Inoltre il DMR consente un netto miglioramento del rapporto SNR, quindi a parità di condizioni operative (Antenne e Potenza) esso permette, a differenza della FM analogica, una copertura senza degradamento della qualità.

Quindi il DMR rappresenta una tecnologia di comunicazione superiore, in grado di offrire qualità, affidabilità, riservatezza e funzionalità. 


Basandosi sul DMR, la
MOTOROLA ha svilupppato MOTOTRBO, il primo sistema radio digitale two-way creato appositamente da  per soddisfare le esigenze delle organizzazioni professionali che necessitavano di una soluzione personalizzabile con ridotti costi di licenza ministeriale. MOTOTRBO combina il meglio delle funzionalità della radio two-way con la tecnologia digitale, per offrire maggiore capacità ed efficienza d’uso dello spettro, applicazioni dati integrate ed una maggiore qualità della comunicazione vocale. MOTOTRBO  è un sistema radio integrato per trasmissione voce e dati, composto di terminali mobili e portatili, accessori audio e alimentazione, stazioni ripetitrici, con possibilità di effettuare applicazioni di messaggistica di testo e di monitoraggio tramite un programma di sviluppo di applicazioni di terze parti (MOTOROLA Application Partner Program). Da circa 4 anni il DMR si sta sperimentando con successo anche in campo radioamatoriale, specie in 7cm (430 MHz) dimostrando fin da subito le sue ottime caratteristiche e le enormi potenzialità.

 

 

                                                                 

 

 

       FILMATO su MOTOTRBO

 

Vediamo brevemente in cosa consiste il DMR.

 

Conversione Analogico-digitale    


Quando un utente preme il pulsante radio Push-To-Talk (PTT) e inizia a parlare, il segnale vocale è ricevuto  dal  microfono  e  convertito  da  forma  d'onda  acustica  in  forma  d'onda  elettrica  analogica. Questa forma d'onda vocale è quindi campionata da un convertitore analogico / digitale. In una tipica applicazione radio, un campione a 16 bit è prelevato ogni 8kHz, questo produce un bitstream digitale di 128000bps (bit per secondo), che contiene un numero d'informazioni eccessivo da inviare su un canale radio a 12.5kHz. Quindi una qualche forma di compressione dei dati è obbligatoria.

 

Vocoder e correzione errori diretta Forward Error Correction (FEC)


La funzione di Vocoding (codifica Voce) comprime la comunicazione vocale in parti e ne esegue una codifica con un ridotto numero di bit, riducendo notevolmente il rumore di fondo. Il Vocoding comprime il bitstream della voce per adattarla alla banda stretta equivalente del canale radio (per MOTOTRBO) pari a 6.25kHz. Il vocoder adottato da MOTOTRBO è AMBE +2, che è stato sviluppato dalla Digital Voice System, Inc (DVSI), leader nel settore vocoding. Questo particolare vocoder opera dividendo il parlato in brevi segmenti, in genere da 20 a 30 millisecondi di lunghezza. Ogni segmento di parola è analizzato ed importanti parametri come pitch, livello, e risposta in frequenza, vengono estratti. Questi parametri sono poi codificati usando un ridotto numero di bit digitali. Il vocoder AMBE +2 è il primo a dimostrare un bit rate molto basso, rispetto alla produzione di pari qualità tradizionalmente associati a sistemi di telefonia fissa o mobile. Oltre  al  processo  di  vocoding,  si  applica  anche  la  correzione  di  errore  “Forward  Error  Correction” (FEC).  FEC  è  una  tecnica  matematica  di  checksum  che  consente  al  ricevitore  sia  di  convalidare  l'integrità di un messaggio ricevuto e determinare, se del caso, quali bit sono stati danneggiati. FEC permette al ricevitore di correggere errori che possono essersi verificati in caso di interruzione del canale  a  radiofrequenza  (RF).  In  questo  modo  si elimina  il  rumore  che  può  falsare  un  segnale analogico e di confronto consente più coerenti prestazioni audio in tutta la zona di copertura. In questa fase, il vocoder ha già compresso il segnale di ingresso da 128000bps a 3600bps. Con MOTOTRBO si ha a disposizione un
Noise Canceling eccezionale, il che permette di trasmettere da ambiente rumorosi o mezzi mobili senza che la nostra voce risulti coperta dai rumori di fondo. MOTOTRBO permette le comunicazioni chiare e pulite anche in presenza di vento fortissimo grazie alla Windporting Technology (WT).

Vi invito a prendere visione dei seguenti filmati per rendervi conto di cosa MOTOTRBO sia in grado di fare:

 

MOTOTRBO NOISE CANCELING

 

 

MOTOTRBO WINDPORTING


Formattazione (Freming) 

   
In questa fase il parlato soggetto a Vocoding è formattato per la trasmissione. Questo include ogni formattazione richiesta dal protocollo DMR in pacchetti (come il color code, group ID, PTT ID, tipo di chiamata, ecc). Questi  pacchetti  sono  costituiti  da  un  tipo  di  struttura  contenente  una  intestazione  ed  una  parte successiva. L'intestazione contiene la chiamata di controllo, l’ID dell’informazione e la parte restante contiene il discorso decodificato. Questa stessa struttura viene utilizzata nelle trasmissioni IP (Internet Protocol) a pacchetti di dati - i pacchetti IP sono semplicemente una forma alternativa di messaggio per radio MOTOTRBO. L’informazione di testa si ripete  periodicamente  nel  corso  della  trasmissione, migliorando così l'affidabilità delle informazioni di segnalazione e consentendo ad una radio che si
mette in  ricezione di aderire ad una chiamata che potrebbe essere già in corso - si fa riferimento a questa funzione come "Late entry".

 

Trasmissione TDMA    


Infine, il segnale è codificato con una trasmissione a modulazione di frequenza (FM). I bit contenuti nei pacchetti  in  digitale  vengono  codificati  come  simboli  che  rappresentano  l'ampiezza  e  la  fase  della portante modulata in frequenza, il segnale viene amplificato, quindi trasmesso. In TDMA (Time Division Multiple Access) organizza un canale in 2 fasi temporali distinte: un dato del trasmettitore radio è attivo solo per brevi istanti, cosa che prolunga la durata della batteria dei terminali portatili. Trasmettendo su time slot con alternanza di banda, due chiamate possono condividere lo stesso canale allo stesso tempo, senza interferire gli uni con gli altri, raddoppiando l'efficienza dello spettro.  Utilizzando  TDMA,  la  radio  trasmette  solo  durante  il  suo  time  slot  (vale  a  dire  che  esso trasmette un burst di informazioni, quindi attende, poi trasmette la successiva porzione di informazioni).

  

Frequenze, canali e requisiti di efficienza spettrale


Un canale di radiocomunicazione è definito per la frequenza della portante e la sua banda passante. Lo spettro di portanti disponibili è suddiviso in bande principali (VHF e UHF) e la maggior parte dei canali radio disponibili sotto licenza per scopi civili sono a 12.5kHz. Siccome le onde radio stanno diventando sempre più diffuse, nuovi standard e nuove tecniche che permettano la presenza di più utenti per liberare lo spettro di frequenze disponibili in ogni area sono necessari. La domanda di una maggiore efficienza spettrale è spinta, in parte, da agenzie di regolamentazione. Negli Stati Uniti, per esempio, la Federal Communications Commission (FCC) richiede ai produttori di offrire dal 2011 solo più dispositivi che operino all'interno di canalizzazione a 12.5kHz in VHF e UHF. Entro l'anno 2013, tutti gli utenti in VHF e UHF saranno tenuti a operare su canali a 6,25 kHz. Il prossimo passo logico è quello di migliorare ulteriormente la capacità effettiva della canalizzazione a 12.5KHz. Mentre non è ancora obbligatorio l’impiego di canali a 6.25kHz, queste discussioni sono però in corso presso la FCC ed altre agenzie. Sarà quindi solo una questione di tempo ma prima o poi la capacità di trasportare due percorsi voce in un unico canale 12.5kHz, conosciuto anche come canale 6.25KHz equivalente, diventerà un requisito fondamentale sia in banda VHF che in UHF.  Nell’attesa di tale mandato da parte degli Enti di Normazione e Ministeri, la tecnologia adottata da MOTOTRBO offre un modo per dividere un canale 12.5kHz in due time slots indipendenti, quindi,
di ottenere un canale 6.25KHz equivalente.

 

Incremento capacità su canalizzazione 12.5KHz

 

Un canale di radiocomunicazione è definito per la frequenza della portante e la sua banda passante. MOTOTRBO utilizza architettura a due slot TDMA. Questa architettura divide il canale in 2 time slots alternati, creando così due canali logici su un unico canale fisico 12.5kHz. Ogni chiamata vocale utilizza solo uno di questi canali logici e ogni utente accede ad un time slot come se si trattasse di un canale indipendente. Una trasmissione radio trasmette informazioni solo durante il suo  slot  selezionato,  e  sarà  inattivo  durante  lo  slot  alternato.  La  radio  in  ricezione  osserva  le  trasmissioni in entrambi i time slot, basandosi sulla segnalazione di informazioni incluse in ogni time slot per determinare quale è stata chiamata e quale destinata a ricevere. Per confronto, la radio analogica opera sul concetto di Frequency Division Multiple Access (FDMA). In FDMA, ogni terminale radio trasmette continuamente su  un determinato canale, e la radio di ricezione riceve le trasmissione tramite accordo sulla portante alla frequenza desiderata.

 

 

La tecnica TDMA quindi offre un metodo semplice per la realizzazione di canalizzazione equivalente 6.25kHz impiegando ripetitori a banda 12.5kHz, che si rivela un grande vantaggio in termini di licenza per gli utenti. Anzichè suddividere la porzione di spettro come in tecnica FDMA, l’impiego della tecnica TDMA  utilizza  l’intera  banda  di  frequenza  a  12,5kHz  suddividendola  in  time  slot  distinti  con  un  conseguente aumento dell’efficienza.
Inoltre questa tecnica preserva le ben note caratteristiche e prestazione RF della canalizzazione a 12,5kHz. Dal punto di vista fisico (in termini di reale potenza trasmessa e segnale irradiato) il segnale che occupa due slot TDMA a 12.5kHz si propaga essenzialmente allo stesso modo in cui oggi opera la canalizzazione 12.5kHz con tecnologia analogica. Con  l'aggiunta  dei  vantaggi  della  tecnologia  digitale  basata  su  radio  TDMA,  il  sistema  radio  può funzionare con un solo ripetitore a singolo canale e fornire circa il doppio della capacità di traffico, offrendo inoltre una copertura RF con prestazioni equivalenti o migliori rispetto all'odierna tecnologia analogica.

 

 

Copertura audio digitale

    
La differenza essenziale tra la tecnologia analogica e quella digitale riguarda le modalità  di degradazione della qualità audio nella regione di copertura della rete. L’audio analogico degrada linearmente attraverso la regione di copertura radio, mentre la qualità audio digitale si mantiene più consistente ed uniforme in tutta l’area di copertura. La ragione principale di questa differenza nella degradazione audio è dovuta all’impiego della codifica di correzione d’errore utilizzata nella tecnica di radio trasmissione digitale, che può fornire contenuti audio e dati virtualmente privi di perdita su area di gran lunga maggiore. Proprio questa protezione di errore permette al sistema MOTOTRBO di fornire una consistente qualità audio sull’area di  copertura.  Un  paragonabile  sistema  analogico  non  potrà  mai  offrire  la  stessa consistenza. Nel sistema MOTOTRBO, la qualità del segnale audio rimane ad alto livello, in quanto la protezione di errore minimizza gli effetti del rumore. Di seguito si illustra graficamente la relazione di qualità audio, in relazione alla distanza di copertura.

Si noti che:

•Nelle aree ad elevato contenuto di segnale in piena copertura, siccome non c’è elaborazione, l’audio analogico risulta essere leggermente migliore all’udito rispetto all’audio digitale nelle medesime condizioni


•Il segnale digitale aumenta l’effettiva area di copertura se si considera il minimo livello di
qualità audio accettabile


•Il  segnale  digitale  migliora  la  qualità  e  la  consistenza  dell’audio  sulla  effettiva  area  di 
copertura

 

 

La qualità audio in DMR è eccellente, ascoltare un radioamatore in questa modalità è come sentirlo nel vivavoce del GSM.


Riassumendo ecco i vantaggi del DMR:

 

  1. Divisione canale esistente in due time slot
  2. Fornisce doppia capacità tramite ripetitore
  3. Le prestazioni sono migliori rispetto ai 12.5kHz FDMA e FM analogica
  4. Ripetitore singolo al posto di doppio ripetitore
  5. Si riduce la necessità di combinazione dei dispositivi
  6. Incremento del 40% sul ciclo di vita delle batterie


La rete DMR in Italia sta seguendo due filoni paralleli, due network separati e distinti: BrandMeister (BM) e DMR-Plus. La copertura dell'intero territorio nazionale è ancora lungi dall'essere completa, specie al Sud, ma sono convinto che si tratti solo di una questione di tempo. In ogni caso si può comunicare in DMR non solo attraverso delle radio che hanno accesso ad un ripetitore ma anche mediante degli Hotspots casalinghi o installati in automobile. Un ulteriore aspetto che non fa che rafforzare la potenza e la versatilità di questo sistema.

 

 Network Brandmeister

 

Le comunicazioni DMR si svolgono su apposite "stanze" che chiameremo Talk Groups, ognuna delle quali è dedicata geograficamente (o per tipologia) ad ospitare un determinato traffico.

 

Talk Groups

  • 1 - World Wide
  • 2 - Europe
  • 9 - Local traffic and Reflectors
  • 8 - Regional
  • 222 - National Italy

Regional grouping - 

  • 2220 Zona 0 - Lazio, Umbria, Sardegna
  • 2221 Zona 1 - Liguria, Piemonte, Valle D'Aosta
  • 2222 Zona 2 - Lombardia
  • 2223 Zona 3 - Friuli Venezia Giulia, Trentino Alto Adige, Veneto
  • 2224 Zona 4 - Emilia Romagna
  • 2225 Zona 5 - Toscana
  • 2226 Zona 6 - Abruzzo, Marche
  • 2227 Zona 7 - Puglia
  • 2228 Zona 8 - Calabria, Campania, Molise
  • 2229 Zona 9 - Sicilia
  • 9990 - Echo (Parrot). Max duration is 90 sec.
  • Cross-link to D-STAR via XLX Bridge System XLX177 [1]

  • 8500 - Region 0 (on demand) - Module H
  • 8501 - Region 1 (on demand) - Module I
  • 8502 - Region 2 (on demand) - Module J
  • 8503 - Region 3 (on demand) - Module K
  • 8504 - Region 4 (on demand) - Module L
  • 8505 - Region 5 (on demand) - Module M
  • 8506 - Region 6 (on demand) - Module N
  • 8507 - Region 7 (on demand) - Module O
  • 8508 - Region 8 (on demand) - Module P
  • 8509 - Region 9 (on demand) - Module Q
  • 8515 - National ITALY with all XLXs links (on demand) - Module B
  • 2225 - Direct link with Region 5 (Tuscany) - Module D
  • 2226 - Direct link with Region 6 - Module W
  • 2229192 - Fusion link (on demand) - Module F 

 

Tutti i ripetitori DMR sono connessi H24 al Server centrale tramite Internet, quindi entrando nella Talk Group desiderata si può fare traffico radio ai vari livelli, dal semplice QSO locale (TG 9) al collegamento mondiale (TG 1).

E' possibile inviare messaggi, posizioni GPS (APRS) oppure comunicare, su appositi Talk Groups, con altri sistemi digitali come il C4FM o D-STAR. Ogni radioamatore su l DMR viene identificato da un ID numerico assegnato dal DMR-MARC (Motorola Amateur Radio Club).

Insomma, le possibilità offerte dal DMR sono molte, oserei dire infinite, e comunque in continua evoluzione. Per ulteriori approfondimenti e dettagli sulle 2 reti DMR italiane potete trovare ampia documentazione nei seguenti siti:

 

  1. DMR - Italia
  2. BrandMeister

 

 

 

 

APPARATI RADIO DMR

 

 

Essendo nato per usi professionali, per il DMR viene prodotta tutta una serie di apparecchiature dedicate, dal costo ovviamente importante e proporzionato ala qualità delle stesse. Tra tutte spicca la MOTOROLA con una gamma di prodotti molto ampia e dalle caratteristiche in linea con il famoso marchio americano.

 

 

 

Da quando però il DMR si è allargato al mondo radioamatoriale, sono apparsi sul mercato diversi ricetrasmettitori portatili e veicolari di basso costo (low cost), di esclusiva provenienza cinese. Mentre i veicolari mantengono un prezzo piuttosto imporante, tra tutti spiccano i portatili TYTERA MD-380 (alias RETEVIS RT-3) e TYTERA MD-390 (alias RETEVIS RT-8), entrambi disponibili nella versione normale o GPS. Questi apparati hanno conquistato il mercato grazie al loro basso costo, alle prestazioni di prim'ordine e all'ampia disponibilità. Diciamo che offrono ottima qualità al prezzo di un apparato "entry level". Oggi si trovano su Ebay a circa 100 Euro.

 

 

Le radio DMR, a differenza delle normali analogiche, debbono essere programmate per poter funzionare. Esse funzionano sia in digitale che nella tradizionale FM analogica, per cui si possono programmare ed usare in entrambi i modi. Su queste radio cinesi si possono programmare fino a 1.000 canali divisi in Zone (o Ripetitori) da 16 canali cadauna.

Di norma esse vengono dotate di cavetto USB di programmazione attraverso il quale, impiegando appositi software, vi si può caricare il programma di gestione (Firmware), si possono caricare tutti i canali radio necessari (file CodePlug) nonchè aggiornare il database .csv grazie al quale sul display compare il nominativo e nome del radioamatore corrispondente. Mentre il Firmware è opera di radioamatori con l'hobby della programmazione, il Database dei radioamatori è continuamente aggiornato dal DMR-MARC. Per l'utente rimane la programmazione personalizzata del Codeplug, sul quale si possono caricate tutti i canali preferiti, sia analogici che digitali.

 


 FIRMWARE

 

Il Firmware MD380TOOLS è scaricabile da internet. E' opera del radioamatore americano KK4VCZ.

 

SITO FIRMWARE

 

Per aggiornare il Firmware ci si avvale di un programmino Updater che gira su Windows scaricabile dallo stesso sito web.


DATABASE .CSV

 

Il database si aggiorna usando Linux, sia in versione installata che da pen drive.

 

SITO INFORMATIVO

 


CODEPLUG

 

Personalmente mi sono dedicato alla programmazione delle "cinesine" MD-380 e MD-390GPS. Ai seguenti link sono disponibili i miei files di programmazione CodePlug cinesi (agg. 31Dic2016):

 

CODEPLUG MD-380/MD-390

 

CODEPLUG MD-380G/MD-390GPS

 


 

Spero di avervi incuriosito e in parte appagato con questa breve descrizione del DMR. La materia è piuttosto complessa quanto affascinante, un passo in avanti importante nelle comunicazioni radio. Benchè i miei interessi radiantistici primari siano lontani dal traffico radiomobile (FM), come ex-radiotecnico e come radioamatore non potevo rimanere insensibile a tale innovazione. I vantaggi e le novità introdotte con il DMR sono infatti molte, tutte importanti e sono convinto che la vasta sperimentazione in atto non possa che confermare il sospetto che, grazie alla sua obiettiva superiorità tecnica, al basso costo degli apparati e alla grande libertà di programmazione degli stessi, il DMR diverrà presto il modo digitale più diffuso nelle comunicazioni mobili radioamatoriali, soppiantando di certo i modi digitali in essere e forse anche la vecchia FM. Sta a noi radioamatori scrivere questa nuova pagina.

 

Si ringrazia IZ3VEO per la documentazione tecnica sul DMR

 

 

Buon divertimento.

73 Fabio, IK0IXI

 

 

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