DMR数字对讲机协议从物理层到应用层

DMR（数字移动无线电）是由欧洲电信标准协会（ETSI）制定的公开数字对讲机协议（ETSI TS 102 361）。以下是其核心机制的详解，按协议层次展开：

一、物理层（Physical Layer）​

1.调制方式

                 采用 4FSK（4级频移键控），符号速率9.6 kbd（千波特）。

                每个符号携带2比特信息（00, 01, 10, 11对应4种频偏）。

                频偏±1.8 kHz（低符号）和±5.4 kHz（高符号），抗噪声能力强。

2.信道带宽与时隙

                12.5 kHz信道带宽（与模拟FM兼容）。

                通过 TDMA（时分多址） 将信道分为2个时隙（Slot）：

                Slot 1 和 Slot 2 交替传输，每个时隙30ms。

物理帧总时长60ms，含发送、保护和同步序列。

3.突发结构

                每个时隙包含：

                同步序列：SB（未加密）或 ETSI（加密）同步码，用于时隙对齐。

                数据字段：承载语音/数据。

                保护间隔：防止时隙间干扰。

时隙参数	数值	功能说明
物理帧长	60ms	完整双时隙周期
单时隙长	30ms	有效传输单元
保护间隔	2.5ms	防止时隙重叠

二、数据链路层（Data Link Layer）​​

1. ​​逻辑信道结构​​

• ​​CACH（公共分配信道）​​
  位于时隙起始处，携带：

  • 时隙类型（语音/数据）
  • 目标地址（个人/组呼）
  • 信道占用标志（防止冲突）

• ​​载荷类型​​

  类型	用途	结构示例
  ​​语音突发​​	AMBE+2编码语音（共72比特）	前向纠错+语音数据
  ​​数据突发​​	文本消息/GPS/控制信令	头信息+用户数据+CRC校验

// CACH数据结构示例
struct cach_header {
    uint8_t slot_type:2;   // 时隙类型：00=语音 01=数据
    uint8_t target_type:2; // 目标类型：00=个体 01=组呼 10=广播
    uint8_t color_code:4;  // 色码(0-15)
    uint24_t dst_id;       // 目标ID(24位)
};

• CACH（公共分配信道）​​：时隙起始处的控制信道，承载路由关键信息
• ​​双时隙协同​​：Slot 1用于上行，Slot 2用于下行（中继模式）

AMBE+2声码器特性：​​

• 压缩率：20ms音频→72bit数字流
• 净速率：3.6kbps语音 + 1.2kbps FEC = 总4.8kbps/时隙
• 抗丢包：支持30%数据包丢失仍可解析语音

2. ​​地址机制​​

• ​​DMR标识符（ID）​​

  • 24位地址空间（约1600万用户）。
  • 分三类：
    • ​​个体ID​​：单用户（如123456）
    • ​​组ID​​：群组呼叫（如Group 88）
    • ​​广播ID​​：全呼

• ​​色码（Color Code）​​

  • 4比特（0-15），类似模拟CTCSS（模拟对讲机中广泛使用的亚音技术标准），区分同频相邻系统。

三、网络层与应用层​​

1. ​​呼叫类型​​

• ​​单工直通（Tier I/II）​​
  无中继，点对点通信。

  终端A --[Slot1]--> 终端B 终端B --[Slot2]--> 终端A

• ​​中继模式（Tier III）​​
  通过中继台路由，支持广域组网。

  终端A → 中继台（Slot1上行） → 中继台（Slot2下行）→ 终端B

2. ​​语音编码与处理​​

• ​​声码器​​：AMBE+2™ 或 IMBE™
  • 压缩后速率 3.6 kbps（净语音）+ 前向纠错 = 总4.8 kbps/时隙。
  • 帧结构：每30ms语音包包含2个子帧（各20ms数据）。

3. ​​数据传输功能​​

• ​​协议数据单元（PDU）类型​​

  PDU类型	功能	结构
  ​​UDT​​	用户数据（文本/GPS）	目标ID + 文本/GPS
  ​​ACK​​	数据确认	源ID + 序列号
  ​​预编码信令​​	遥毙/检查/报警	控制码 + 参数

• ​​应用示例（GPS位置上报）​​

  [CACH: 组ID 0x0A] + [PDU: UDT(GPS: 39.9042°N, 116.4074°E)]

4. 通信拓扑模型

​​Tier分级部署方案：​​

Tier等级	部署架构	适用场景
Tier I	点对点直通	工地/酒店等小范围通信
Tier II	单站中继	城市区域覆盖
Tier III	多站集群	广域组网(支持漫游)

四、关键协议细节​​

1. ​​时隙同步​​

   • 每个时隙以 ​​同步字​​ 开始（如“BP”突发同步为0x755FD7）。
   • 接收端通过相关检测锁定时隙边界。

2. ​​纠错机制​​

   • ​​FEC（前向纠错）​​：
     • 语音：Reed-Solomon（10,6） + 卷积码。
     • 数据：CRC-16校验 + RS重传。

3. ​​安全机制​​

   • ​​基础加密​​：ARC4算法（40位密钥）。
   • ​​高级加密​​：AES-256（可选）。

// ARC4加密流程示例
byte[] encrypt(byte[] payload, int[] key) {
    ARC4 cipher = new ARC4(key);
    return cipher.process(payload);
}

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​​五、典型呼叫流程（组呼）​​

1. ​​发起呼叫​​
   终端A在Slot1发送：

   [CACH:组ID+色码]+[语音头:目标组ID]+[AMBE语音数据]

2. ​​中继台广播​​
   中继台在Slot2转发至全组用户。

3. ​​用户响应​​
   终端B抢占Slot1回复，中继台通过Slot2广播。

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​​六、DMR协议栈总结​​

层	组件	功能
​​物理层​​	4FSK调制 / TDMA / 突发结构	比特流传输 / 时隙分割
​​数据链路层​​	CACH / 地址管理 / 纠错	逻辑控制 / 数据成帧
​​网络层​​	路由（Tier III） / IP互联	广域组网 / 与PSTN对接
​​应用层​​	语音编码 / 文本消息 / GPS	用户数据实现

​​注​​：Tier I（直通）、Tier II（常规中继）、Tier III（集群系统）为DMR的三种部署等级，其中Tier II最常用。