一、概述
DMR數字對講機協議是歐洲電信標準協會在2005年4月推出的數字對講機標準，後來又進行了多次修改。最新版本DMR數字對講機協議是2007年12月公布的，共有四部分：第一部分為空中接口物理層和數據鏈路層協議，第二部分為空中接口呼叫控制層協議，第三部分為短數據和分組數據協議，第四部分為集群業務和設備協議。DMR協議的整體框架已經形成，可是還有待於進一步完善，尤其是其中的集群部分。DMR設備主要分為是三類：
1、工作於視距通信模式，免執照；
2、工作於直通或轉發模式，有個人執照；
3、採用中心控制器進行通信控制，有個人執照的DMR集群系統設型。標準的第一部分和第三部分適用於所有三類設備，第二部分適用於第一類和第二類備第四部分只適用於第三類設備。DMR是嚴格按照簡化的OSl(OpeIl SystemInt凹c0肌em分層模型設計的，自上而下分為三層：呼叫控制層、數據鏈路層和物理層。
呼叫控制層的主要功能是：建立、維持以及終止呼叫；單呼和組呼的發送接收；支持固有業務(緊急呼叫、遲後進入等)；數據呼叫控制；電臺尋址等。數據鏈路層主要功能是；確認和重試機制；信道管理；信道編碼；交織和解交織，以及比特排序；規定突發和參數；構建幀結構並建立幀同步；與控制層的聲碼數據的語音接口；實現承載業務；與呼叫控制層交換用戶數據和信令等。物理層主要功能是：對基帶信號進行調製解調；規定比特和碼元之間的關係；建立頻率同步和碼元同步；發射碼元和建立突發；控制開關收發信機等。三層中呼叫控制層和數據鏈路層聯繫比較緊密，也是協議能否實現的關鍵，物理層涉及硬體成分比較多。
二、時隙結構
DMR數字對講機協議是2時隙的TDMA結構，兩個TDMA物理信道的時隙標識為信道「l」和「2」。上行發送表示為「MS TX'』，下行發送表示為「BS TX'每～個時隙佔用30ms，而每～個時隙最多含有一個突發，所以每個突發也佔用30ms，其中27．5 ms是有效信息，另外2．5ms分布在左右兩邊各佔1．25ms，這樣兩個突發就間隔2．5ms，在上行信道上，2．5ms間隔是保護間隔，作傳播時延和功率放大器的上升時間在下信道上，2．5ms間隔用作CACH信道，用於傳送業務信道管理信息和低速信令。時隙1和時隙2可以同時工作，實現雙工通信；或者兩個時隙同時發送數據信息；也可以只有其中一個時隙工作，另外一個時隙空閒或者用作反向信道。
三、幀結構
1、DMR協議有兩種基本幀結構：
語音突發幀結構和數據突發幀結構。語音突發主要是用來承載語音信息，數據突發主要作用是承載各種控制信令和數據傳輸中數據信息。語音超幀則是在語音突發的基礎上進行的擴展，它是由六個語音突發組成，是語音發送的最小單元。語音頭幀和語音終止幀是在數據突發的基礎上進行了特殊的規定，所以本節進行了簡單介紹。除此以外，DMR協議中所有的信令和數據發送都採用了數據突發幀結構，只是所承載的信息不通。
2、語音突發幀結構：
語音比特在空中用語音脈衝承載。每個語音脈衝為語音碼套接字提供2"108比特，對於20ms的聲碼器幀，一個語音突發中可以承載3個72比特的聲碼器幀(包括FEC)216比特的負載域足以傳輸60ms的壓縮語音，除語音碼之外，這些語音脈衝的中間，承載嵌入信令(EMB域+嵌入信令)或者幀同步(SYNC)。呼入脈衝和呼出脈衝都使用這一格式
3、數據突發幀結構：
數據脈衝和語音脈衝結構相似。SYNC或嵌入式信令信息被承載在每個控制脈衝的中央，這在某種意義上和語音脈衝是相類似的。每個數據和控制脈衝包含20比特時隙類型協議數據單元(SLOT)，其用於定義196信息比特的含意。
4、語音超幀(Voice superframe)：
語音信息發送是以超幀為單位的，一個語音超幀包括6個語音突發，佔360ms。超幀中的突發用字母A~F標識。突發A表示超幀的開始，其中含有同步碼SYNC，突發B到F中可以承載嵌入式信令。
5、語音：
頭幀(Voice LCHeader)和語音終止幀(TerminatorwithLC)語音頭幀和語音終止幀都是以一般數據突發幀結構為基本幀結構，數據信息承載的是LC信令，不同的是語音頭中間承載的是語音同步碼，而語音終止幀承載的是數據同步碼。
6、控制信令塊(CSBK)：
96比特CSBK(80比特用於信令+16比特用於CRC碼)，CSBK是非常重要的信令塊用於呼叫請求，呼叫應答等。CSBK結構中的CSBKO用來指定幀類型；LB表明控制信令塊後面是否含有附加信息；PF保留；FID用來區分不通製造商，原則上是依據製造商不同進行指派；Data信息域則根據控制信令的不同而代表不同信息，CSBK CRC則是整個信令塊的CRC校驗碼，用於檢錯。CSBK信令按照功能不同主要分為以下：
（1）單呼通話請求CSBK信令：
用於發起語音呼叫時建立連接。向目的終端發起通話請求，請求通話的終端需要等待目的終端返回應答信令才能成功建立起連接，否則建立連接失敗。表單呼通話請求CSBK信令協議數據單元內容
設置為000100設置為00000000
設置為00000000
（2）單呼通話應答CSBK信令：
單呼通話應答CSBK信令，是與單呼通話請求CSBK信令對應存在的，用來回應請求建立連接的終端的通話請求，信令包含內容和單呼通話請求CSBK信令基本相同，不同的是多了一項應答響應信息，用來表明是否同意建立連接。單呼通話應答CSBK信令具體內容如表所示：
設置為000101 設置為00000000o拒絕確認應答CSBK信令拒絕確應答CSBK信令，是當用戶發送的信令，包含有目的終端或基站不支持的服務或者特徵信息時，目的終端返回的應答信令。發生這種情況的原因是用戶發送的標準FID或者CSBKO信息域是不被目的終端支持的信息。拒絕確認應答CSBK信令，表拒絕確認應答CSBK信令協議數據單元內容
設置為100110設置為00000000設置為1
源地址是附加信息域
鏈路控制信令(LC)
（3）組呼語音LC信令：
組呼語音LC信令用於單個用戶向多個用戶發起組呼，主要包括：全鏈路控制信令操作碼、特徵指定標識符、服務選項、組呼和源地址等信息。
（4）單呼語音：
LC信令單呼語音LC信令用於點對點語音通信，主要包括：全鏈路控制信令操作碼、特徵指定標識符、服務選項、目的地址和源地址等信息。單呼語音LC信令協議數據單元內容
Table 3-5UU V Ch Usr PDU content
設置為000011 設置為00000000
四、嵌入式信息域結構
Fig．3-10EMB structure嵌入式信息域總共16比特(7比特用於信令，9比特用於QR糾錯)，嵌入式信息域主要用於提供嵌入式信令的必要信息。
五、幀同步碼
對於數字通信系統，無論是語音還是數據都是幀的形式進行發送的，及所需要傳輸數字信息要以一定的格式組成固定大小的幀進行發送。對於DMR協議而言，它的幀結構主要按照語音和數據進行了劃分。對於接收方是否能判斷出一個幀的開始和結束以及幀的類型是能否正確解析出接收信息的關鍵，這就涉及到了幀同步的問題。幀同步的實現最常用的有兩種方法，一種是在幀中插於特殊的碼組實現幀同步，另一種則是利用不同幀所包含碼組的的特殊性實現幀同步。
DMR協議採用了插入特殊碼組的方法來實現幀同步，這些特殊碼組我們稱之為幀同步碼。
DMR協議中插入的幀同步碼主要有五種：n基站用到的幀同步碼語音同步碼：用於語音的同步，48比特二進$0-01ll 0101 0101 1111 1101 0111 1101 llll 0111 0101 11ll 0111 十六進位：7 5 5 F D 7 D F 7 5 F 7 數據同步碼：用於數據的同步，48[L特二進N- 1101 1111 1111 0101 01ll 1101 0111 0101 1101111l 0101 1101 十六進位：D F F 5 7 D 7 5 D F 5 移動臺用到的同步碼 語音同步碼：用於語音的同步，48：g特，二進位：0111 11ll 01ll 1101 0101 1101 1101 0101 011l 1101 111l 1101 十六進位：7 F 7 D 5 D D 5 7 D F D 數據同步碼：用於數據的同步，4815L特 二進N- 1101 0101 1101 0111 1111 Olll 011l 111l 1101 01¨010101ll 十六進位：D 5 D 7 F 7 7 F D 7 5 7 反向信道同步碼：用於反向信道同步，48比特二進位：011l 0111 1101 0101 0101 111l 011l 1101「1l 1101 01ll 0111 十六進N-7 7 D 5 5 F 7 D F D 7 7通過對這些幀同步碼的檢測，不僅可以判斷出信息的來源(基站或者移動臺)，還能判斷出幀的類型(數據或者語音)。
前面說過幀同步碼是一組特殊的碼組，一般來說幀同步碼要有尖銳單峰值的局部自相關函數，這樣才便於識別和檢測。
在直通模式下，最多涉及的幀同步碼是移動臺的語音和數據幀同步碼，現在以這兩組同步碼來計算它們的自相關性。幀同步碼的自相關函數的計算，並不是以二進位形式進行的，而是以它發送的碼元進行的，因為碼元有正負之分，自相關後才可能有尖銳單峰值。DMR協議採用的4FSK調製解調方式，所以移動臺的語音幀同步碼(簡記為V-SYNC)轉換成碼元(簡記為V-SYNCS)會變成表下表形式。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
為了計算簡便，將轉換的碼元歸一化(．3_．1，+3一+1)，按照式3．1進行自相關計算。
六、色碼
現在陸地移動通信蜂窩系統均採用頻率復用方式以提高頻率利用率。這雖然增加了系統的容量，但同時也增加了系統的幹擾程度。這些幹擾主要包括同頻幹擾、鄰頻幹擾和互調幹擾。這三種系統幹擾在專網通信系統中也普遍存在，對於鄰頻幹擾一般是從提高RF指標來減小，比如像本協議一樣在相對寬的帶寬上以較低的速率發射信號。對於交調幹擾，則依靠使用優化的搜索信道模式來降低。而對於本協議中可能產生的同頻幹擾中，則採用色碼來區分。色碼4比特從0000到1111共十六個，用以區分來自不同站點的信令。
七、信道接入準則
一個DMR設備要發送信息(無論是語音還是數據)，首先要確保接入的信道可用。協議中採用的接入準則是LBT(Listen BeforeTransmite)，就是在發送信息前，DMR設備要首先監聽信道狀況，如果信道可用方可接入。一般來說，對於一個DMR設備來說，信道可能存在下面三種情況：
1、已經存在DMR行為
2、有其他的數字通信協議行為
3、模擬通信行為
DMR設備是通過監測信道的RSSI電平值來判斷信道中是否存在通信行為，如果在一個監聽的最大時間周期內，RSSI的電平值沒有超過門限值N RssiLo(該值在一定範圍內可以配置)，就認為信道中不存在通信行為。如果RSSI的電平值大於或等於門限值N RssiLo，就認為該信道中存在通信行為，DMR設備將嘗試與該信道進行幀同步，如果同步上，就認為存在的是DMR行為，否則就是其它通信行為。除了考慮信道狀況來決定是否發送信息外，還要考慮自己的禮貌等級，兩者相結合最終決定了DMR設備是否可以發送信息。DMR設備的禮貌等級分為三種：對所有終端禮貌(Polite to a11)、對自己的色碼禮貌(Polite toown colourcode)和非禮貌(Impolite)。
下面結合這三種禮貌等級討論信道接入規則：
1)、對所有終端禮貌：
當監測到信道中存在通信行為時，即信道狀態為忙，不管這通信行為是否為DMR通信行為，都不進行發送，這時可以排隊等待(如果系統有排隊機制)或者放棄。
2)、對自己的色碼禮貌：
當監測到信道中存在通信行為，首先設法取得幀同步，如果同步上，就認為是DMR通信行為，然後找尋色碼，如果色碼與自己的色碼相同，就排隊等待或者放棄。如果沒同步上或者色碼不同，就可以進行發送。
3)、非禮貌：
無論信道中是否存在通信行為(DMR和非DMR),都進行發送。由於這種模式未考慮信道狀況，所以發送成功率會大大降低。
八、呼叫流程
DMR語音呼叫流程與DMR設備工作的模式密切相關，在這裡我們只對直通模式下的DMR語音呼叫流程進行了研究，因為直通模式是最基本的通信模式之一，轉發模式和集群模式都是直通模式的擴展。在直通模式下，移動終端A欲與移動終端B進行語音通話，首先語音終端A通過上節提到的信道監聽策略確定信道是否可用。
1、移動終端A的呼叫流程：
（1）首先移動終端A向移動終端B發送呼叫請求CSBK信令；
（2）等待終端B回應；
（3）如果移動終端B回應，就轉到④，否則轉到②；
（4）發送語音頭LC信令，通知終端B通話開始；
（5）以語音超幀的形式發送語音信息，雙方開始通話；
（6）語音通話結束，向終端B發送語音終止LC信令；
（7）進入待機狀態。
2、移動終端B的呼叫流程：
（1）收到移動終端A的呼叫請求信令，判斷呼叫地址是否與自己的D匹配，如果匹配就轉入下一步，否則轉入⑥；
（2）發送應答CSBK信令；
（3）接收語音頭LC，打開麥克風；
（4）接收語音信息，雙方開始通話；
（5）通話過程中，如果收到語音終止LC就轉入下一步，否則繼續語音通話；
（6）進入待機狀態。
九、地址編碼
移動終端的地址D是區分不同終端的最重要的信息，每個移動終端都一個固定的地址編號。這與手機號碼是一樣的，我們每個人的手機號碼都是唯一的，不可能出現重號，這種唯一性使得通信有條不紊，也更利於管理。對於用戶，DMR移動終端號碼採用七位十進位數(在終端中是以字符形式輸入輸出)進行表示，範圍從「0000000」到「9999999」共一千萬個。因為對講機的一切信息都要以二進位表示，所以十進位的號碼必須轉變成二進位形式。在協議中，地址信息共佔了24比特。根據呼叫種類和用戶設備的不同，協議提供了兩種撥號方案和四種地址編碼方案。
1、單呼編碼方案：
單呼是點對點通信，一個用戶呼叫另外一個獨立的用戶的過程。由於每個用戶的地址都是由「O」到「9」的字符組成，所以一個用戶若要呼叫另外一個用戶，只需撥打目的終端的七位地址號碼即可。協議不僅考慮了普通撥號用戶的通信需求，必要時，我們可能需要非撥號設備之間進行通信，比如基站設備。為了將普通用戶地址和設備地址進行區分，設備地址採用8位的十進位數表示，並且設備地址的編碼算法採用了與普通用戶地址編碼不同的算法。7位十進位撥號的B3算法地址轉換：
色算法公式如下：
B=∑9900000，105 xKI，104xK2，103×巧，102×zc6，101xKT,Ks
2、組呼編碼方案
十、物理層的碼元映射和調製方式
DMR協議的採用的調製方式是4FSK調製，調製後的碼元速率是4800碼元每秒，其中每個碼元傳輸兩個比特的信息。下圖給出了4FSK調製方式的信息比特、碼元以及頻偏的對應關係。4FSK碼元映射表Table 3-26Mapping of4FSKsymbols碼元4FSK頻偏，比特1 比特0
O l +3 +1944Hz
O O +1 +648Hz
1 O ．1 ．648Hz
1 1 -3 ．1944Hz
4FSK調製信號的產生，我們可以通過一個平方根升餘弦濾波器與一個頻率調製西器級聯組成