DMR - ΤΙ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΣΥΜΒΑΙΝΕΙ ΟΤΑΝ ΠΑΤΑΜΕ ΤΟ PTT;
Ξεκινάμε σήμερα μια καινούργια σειρά αναρτήσεων στον «Κόσμο του Ηλεκτρονικού», αφιερωμένη στους ψηφιακούς πομποδέκτες και στις τεχνολογίες που κρύβονται πίσω από αυτούς.
DMR, D-STAR, NXDN, C4FM, dPMR, P25, TETRA και άλλα συστήματα θα εξεταστούν ένα προς ένα και, όσο προχωράμε, θα φτάσουμε αρκετά βαθύτερα από μια απλή περιγραφή των δυνατοτήτων ενός ασυρμάτου.
Θα προσπαθήσουμε να ακολουθήσουμε το σήμα από το μικρόφωνο μέχρι την κεραία και από την κεραία του δέκτη μέχρι το μεγάφωνο.
ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΔΙΕΥΚΡΙΝΙΣΗ
Η παρούσα ανάρτηση έχει αποκλειστικά εκπαιδευτικό και τεχνικό χαρακτήρα και αναφέρεται στο DMR ως πρότυπο ψηφιακής ραδιοεπικοινωνίας, σύμφωνα με τις σχετικές προδιαγραφές του ETSI.
Δεν αποτελεί παρουσίαση, αξιολόγηση ή σύγκριση προϊόντων οποιουδήποτε κατασκευαστή και δεν σχετίζεται με οποιαδήποτε συγκεκριμένη εμπορική υλοποίηση.
ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ DMR;
DMR σημαίνει Digital Mobile Radio (Ψηφιακός Κινητός Ασύρματος).
Πρόκειται για πρότυπο ψηφιακής κινητής ραδιοεπικοινωνίας που προδιαγράφεται από το ETSI (European Telecommunications Standards Institute – Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Τηλεπικοινωνιακών Προτύπων).
Οι βασικές τεχνικές προδιαγραφές βρίσκονται στην οικογένεια ETSI TS 102 361.
Και από εδώ αρχίζει το ενδιαφέρον.
Όταν μιλάμε σε έναν αναλογικό πομποδέκτη FM (Frequency Modulation – Διαμόρφωση Συχνότητας), η πληροφορία της φωνής συμμετέχει άμεσα στη διαμόρφωση του RF σήματος.
Στο DMR συμβαίνει κάτι τελείως διαφορετικό.
Η φωνή μετατρέπεται σε ψηφιακή πληροφορία, κωδικοποιείται, οργανώνεται σε συγκεκριμένες δομές δεδομένων, προστατεύεται απέναντι σε σφάλματα μετάδοσης και τελικά χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του εκπεμπόμενου ψηφιακού RF σήματος.
ΤΙ ΓΙΝΕΤΑΙ ΛΟΙΠΟΝ ΟΤΑΝ ΠΑΤΗΣΟΥΜΕ ΤΟ PTT;
Από ένα τόσο απλό πάτημα ξεκινά μια αρκετά σύνθετη διαδικασία:
Μικρόφωνο → ψηφιοποίηση → επεξεργασία και κωδικοποίηση φωνής → σχηματισμός ψηφιακών δεδομένων → προστασία έναντι σφαλμάτων → δημιουργία των κατάλληλων πλαισίων και bursts (ριπών) → ψηφιακή διαμόρφωση → RF ενίσχυση → κεραία.
Και στον δέκτη πραγματοποιείται ουσιαστικά η αντίστροφη διαδικασία.
Αυτό συμβαίνει μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
ΤΟ ΜΥΣΤΙΚΟ ΤΩΝ ΔΥΟ TIME SLOTS
Ένα από τα χαρακτηριστικότερα στοιχεία του DMR Tier II και Tier III είναι το TDMA (Time Division Multiple Access – Πολλαπλή Πρόσβαση με Διαίρεση Χρόνου).
Σε ένα RF κανάλι 12,5 kHz χρησιμοποιούνται δύο Time Slots (Χρονοθυρίδες).
Time Slot 1 και Time Slot 2.
Προσοχή όμως σε μια λεπτομέρεια που συχνά δημιουργεί παρεξήγηση:
Δεν χωρίζουμε τα 12,5 kHz σε δύο ανεξάρτητα κομμάτια των 6,25 kHz.
Η διαίρεση είναι ΧΡΟΝΙΚΗ και όχι συχνοτική.
Το ίδιο RF κανάλι χρησιμοποιείται εναλλάξ από τις δύο χρονοθυρίδες.
Ένα πλήρες TDMA frame (πλαίσιο TDMA) έχει διάρκεια 60 ms και αποτελείται από δύο Time Slots των 30 ms.
Και εδώ εμφανίζεται κάτι εντυπωσιακό.
Ένα τυπικό DMR burst (ριπή) περιλαμβάνει 264 bits πληροφορίας. Το ενεργό περιεχόμενό του καταλαμβάνει περίπου 27,5 ms από τη χρονοθυρίδα των 30 ms.
Μέσα σε αυτά τα ελάχιστα χιλιοστά του δευτερολέπτου πρέπει να χωρέσουν φωνή, πληροφορίες συγχρονισμού ή σηματοδοσίας και στοιχεία που απαιτούνται για να λειτουργήσει σωστά το σύστημα.
Ο χειριστής φυσικά δεν αντιλαμβάνεται τίποτα από όλα αυτά.
Απλώς ακούει μια συνεχή συνομιλία.
4FSK – ΤΕΣΣΕΡΙΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ
Στο RF τμήμα συναντάμε την 4FSK (4-Level Frequency Shift Keying – Τετραστάθμη Διαμόρφωση Μετατόπισης Συχνότητας).
Εδώ δεν έχουμε μόνο δύο δυνατές καταστάσεις ενός συμβόλου.
Έχουμε τέσσερις.
Επομένως κάθε σύμβολο μπορεί να αντιπροσωπεύσει δύο δυαδικά bits.
Αργότερα στη σειρά θα δούμε αναλυτικά το 4FSK, τις αποκλίσεις συχνότητας, τον ρυθμό συμβόλων και, κυρίως, τι μπορούμε πραγματικά να παρατηρήσουμε όταν βάλουμε ένα DMR σήμα σε κατάλληλο αναλυτή ή SDR (Software Defined Radio – Ασύρματο Καθοριζόμενο από Λογισμικό).
Εκεί το θέμα γίνεται πολύ ενδιαφέρον για τον ηλεκτρονικό.
FEC – ΟΤΑΝ Ο ΔΕΚΤΗΣ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙ ΝΑ ΔΙΟΡΘΩΣΕΙ ΤΑ ΛΑΘΗ
Στην πραγματική ραδιοζεύξη τίποτα δεν είναι ιδανικό.
Υπάρχουν θόρυβος, παρεμβολές, fading (διαλείψεις), multipath propagation (πολυδιαδρομική διάδοση) και πολλά ακόμη φαινόμενα που μπορούν να αλλοιώσουν τα λαμβανόμενα δεδομένα.
Γι' αυτό χρησιμοποιούνται τεχνικές FEC (Forward Error Correction – Προωθημένη Διόρθωση Σφαλμάτων).
Με κατάλληλη πλεονάζουσα πληροφορία ο δέκτης αποκτά τη δυνατότητα να εντοπίζει και, μέσα στα όρια του συστήματος, να διορθώνει ορισμένα σφάλματα χωρίς να απαιτείται επανάληψη κάθε χαμένης πληροφορίας.
Και εδώ εξηγείται ένα χαρακτηριστικό των ψηφιακών επικοινωνιών.
Στην αναλογική FM, καθώς πέφτει η ποιότητα του RF σήματος, συνήθως ακούμε σταδιακά περισσότερο θόρυβο και παραμόρφωση.
Στην ψηφιακή επικοινωνία η φωνή μπορεί να παραμένει αναγνωρίσιμη και σχετικά καθαρή μέχρι ένα σημείο, αλλά όταν τα σφάλματα ξεπεράσουν τις δυνατότητες σωστής αποκωδικοποίησης, η ποιότητα μπορεί να καταρρεύσει πολύ γρήγορα.
Αυτό συχνά περιγράφεται ως digital cliff (ψηφιακός γκρεμός).
COLOR CODE – ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΚΑΙ ΤΙ ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ
Το Color Code (Κωδικός Χρώματος) είναι επίσης σημαντικό στοιχείο του DMR.
Δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως μέθοδος κρυπτογράφησης ούτε ως «μυστικός κωδικός».
Αποτελεί μέρος της λειτουργίας του πρωτοκόλλου και βοηθά, μεταξύ άλλων, στη διάκριση επικαλυπτόμενων συστημάτων και στην αντιμετώπιση περιπτώσεων παρεμβολής ίδιου καναλιού.
Αργότερα θα το αναλύσουμε σε επίπεδο bits.
TALK GROUPS – ΟΜΑΔΕΣ ΟΜΙΛΙΑΣ
Άλλη μία έννοια που πολλές φορές παρερμηνεύεται.
Ένα Talk Group (Ομάδα Ομιλίας) δεν είναι συχνότητα.
Είναι λογική διεύθυνση/ομάδα επικοινωνίας μέσα στο ψηφιακό σύστημα.
Επομένως πρέπει πάντα να διαχωρίζουμε δύο πράγματα:
το RF επίπεδο, δηλαδή τι συμβαίνει πραγματικά στον αέρα,
και το λογικό επίπεδο, δηλαδή ποιοι χρήστες ή ομάδες προορίζονται να λάβουν μια συγκεκριμένη επικοινωνία.
Αυτός ο διαχωρισμός θα μας χρειαστεί πάρα πολύ στα επόμενα μαθήματα.
ΚΑΙ ΑΥΤΗ ΕΙΝΑΙ ΜΟΝΟ Η ΑΡΧΗ
Σήμερα απλώς ανοίξαμε την πόρτα.
Στις επόμενες αναρτήσεις δεν θα μείνουμε στις γενικές περιγραφές.
Θα ανοίξουμε πραγματικά το DMR:
30 ms Time Slot 264-bit burst Payload (ωφέλιμο φορτίο) SYNC (συγχρονισμός) Embedded Signalling (ενσωματωμένη σηματοδοσία) TDMA 4FSK FEC Color Code Radio ID Talk Groups Repeaters (Αναμεταδότες) και, σταδιακά, τη δομή του σήματος σε επίπεδο bit.
Θέλω στο τέλος αυτής της ενότητας, όταν κάποιος ακούει τη λέξη DMR, να μην σκέφτεται απλώς «έναν ψηφιακό ασύρματο».
Να μπορεί να καταλάβει τι συμβαίνει από τη στιγμή που πατά το PTT μέχρι τη στιγμή που η φωνή βγαίνει από το μεγάφωνο του άλλου πομποδέκτη.
Και όταν ολοκληρώσουμε το DMR, θα περάσουμε στο επόμενο ψηφιακό σύστημα.
Ένα-ένα.
Χωρίς βιασύνη.
Και όσο μπορούμε βαθύτερα.
Τεχνικές πηγές αναφοράς: ETSI TS 102 361 – Digital Mobile Radio (DMR) Systems ETSI TR 102 398 – Digital Mobile Radio (DMR) General System Design
Ο Κόσμος του Ηλεκτρονικού
