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PMR NUMÉRIQUE

PMR NUMÉRIQUE

 

PMR446 numérique (dPMR446)

 

La dPMR446 est une nouvelle norme de radio numérique qui apporte des solutions complètes et évolutives aux professionnels grâce à une technologie simple et économique
La dPMR446 est une technologie FDMA bande étroite (6,25 kHz). Etant 100% numérique, celle-ci offre plusieurs formes d’applications de voix et/ou données.
Le protocole FDMA spécifié dans les normes ETSI TS102 490 et TS102 658 est conforme avec la norme européenne harmonisée EN301 166-2 pour une utilisation dans des canaux de 6,25 kHz.

DMR Tier I sur le 446Mhz, largement inspiré par son utilisation par les professionnels, semble couper court à l’ancienne norme dPMR en offrant enfin une compatibilité commune.

 

dPMR446

Il s’agit de la technologie dPMR sous sa version la plus simple, c’est-à-dire une utilisation point à point sans licence seulement à partir de portatifs (sans stations de base).

La dPMR446 permettant une utilisation sans avoir à payer de redevance, celle-ci est soumise à des limitations identiques à son équivalent analogique la PMR446.

Ces restrictions se traduisent par la limitation de la puissance RF à 0,5 watt et l’utilisation exclusive d’équipements portables. L’allocation de fréquences est légèrement supérieure à celle utilisée par le PMR446 et fonctionne sur des fréquences de 446,100 à 446,200 MHz. En raison de l’utilisation des canaux 6,25 kHz, le dPMR446 offre deux fois plus de canaux que le PMR446.

Le dPMR446 offre des modes de fonctionnement voix et données en utilisant un système d’adressage simplifié. Une analogie peut être faite avec les équipements PMR446 utilisant du CTCSS ou avec un système d’adressage avancé tel qu’utilisé par les radios multifonctions dPMR de type TS102 658.
En plus des fonctionnalités voix ou données, la norme dPMR446 offre également un mode voix et données simultané. Il est donc possible d’envoyer des données pendant une transmission phonie ou d’ajouter des données automatiquement à la fin de l’appel.

Cette fonctionnalité offre ainsi aux utilisateurs la possibilité de combiner aux communications phonie, tous les avantages d’un service de messagerie (messages courts type SMS, textes d’informations d’état, données de position GPS, etc.).

La norme dPMR446 est la première norme de PMR446 numérique, créée en 2007 pour l’utilisation de la bande 446.1 à 446.2 MHz.Grâce à cette norme, conçue pour utiliser une communication point à point, c’est à dire en direct d’un portatif à un autre sans passer par un relais, nous pouvons communiquer en phonie mais également envoyer des données (textes).

Cette norme utilise le protocole FDMA (Frequency Division Multiple Access), sur 16 canaux espacés de 6.25 kHz dans la bande de fréquences s’étendant de 446.1 à 446.2 MHz où seuls les portatifs, avec une antenne non-démontable et une puissance de 500 mW maximum, sont autorisés.

 

dPMR – Tier I

Le protocole Tier I s’est trouvé étendu à d’autres types de radios que celles du service sans licence dPMR 446 >>  http://www.dpmr-mou.org.

Destiné à des applications professionnelles, il s’agit du mode point à point de la norme dPMR (sans répéteurs ou infrastructure) ; A la différence de la dPMR446 ces équipements fonctionnent sur toutes les bandes de fréquences PMR et sans les limitations de puissance RF de la dPMR446. Ces réseaux sont soumis à ,une redevance qui doit être versée à chaque administration nationale.

dpmr-mode1-illustrationEn plus des fonctionnalités voix ou données, ce mode offre également un mode voix et données simultané. Il est donc possible d’envoyer des données pendant une transmission phonie ou d’ajouter des données automatiquement à la fin de l’appel.
Cette fonctionnalité offre ainsi aux utilisateurs la possibilité de combiner aux communications phonie, tous les avantages d’un service de messagerie (messages courts type SMS, textes d’informations d’état, données de position GPS, etc.).

Le Tier I dPMR peut être considéré comme une version avancée de la dPMR446 mais plus particulièrement destinée aux professionnels.
Il est possible en théorie de rendre les deux type de radios (dPMR et dPMR446) compatibles entre elles en programmant une radio dPMR Mode 1 sur les mêmes fréquences et avec les mêmes codes couleur et modes d’adressage qu’une radio dPMR446.

Le Tier I de la dPMR offre également des fonctions avancées telles que les appels d’urgence et d’intervention.

 

dPMR – Tier II

Toujours destiné à des applications professionnelles , le Tier II de la dPMR intègre en plus du Mode 1, les infrastructures(relais). Cette évolution apporte des fonctionnalités supplémentaires telles que des réseaux interfacés par passerelles IP (Internet Protocol) ou analogiques.

dpmr-mode2-illustration

La zone de couverture est agrandie de manière significative grâce à l’utilisation de répéteurs (relais).
Ces différents répéteurs peuvent être gérés par une sélection de canaux dynamiques ou peuvent constituer de vastes zones à canaux communs.

Bien sûr le Tier II dPMR offre toutes les fonctions de base du protocole Mode 1 avec en plus l’avantage de connections au-delà des simples capacités filaires du réseau. Ainsi la connectivité IP permettra aux groupes utilisateur d’inclure dans le réseau des bases PC de bureaux distants se trouvant dans d’autres régions ou d’autres pays.
La même interface peut offrir un contrôle à distance d’une station de base ou d’un répéteur depuis une connexion fixe.

Tier II est un protocole à 2 canaux (nommés Time-Slot) en TDMA (Time Division Multiple Access) d’une bande passante globale de 12.5 kHz en mode point à point ou en mode relais, amenant à une occupation spectrale équivalente de 6.25 kHz par canal.

C’est le Tier II que les Radioamateurs utilisent dans leurs réseaux Mototrbo™ (http://www.motorolasolutions.com) et Hytera (http://www.hytera.com) et qui sera décrit plus en détail dans la suite de ce document.

 

dPMR – Tier III

Toujours conçu pour des usages professionnels le Tier III de la dPMR est la version la pus complète de la norme incluant toutes les fonctionnalités disponibles du protocole.
dpmr-mode3-illustrationsLe Tier III offre des fonctions avancées de multi canal, de liaisons multi sites pouvant être entièrement gérés par des canaux radiobalises sur chaque site radio.

Cette évolution permet d’assurer une utilisation optimale du spectre et une parfaite adaptation de la densité du trafic radio.
La gestion d’un réseau radio commence avec l’authentification des radios souhaitant se connecter. La configuration des appels est assurée directement par l’infrastructure lorsque les deux correspondants ont répondu à la requête d’appel, assurant ainsi une utilisation optimale des ressources radio. Les appels peuvent être redirigés vers d’autres radios, des numéros fixes ou même des adresses IP. L’infrastructure assure la mise en relation des utilisateurs que ces derniers soient sur un même site ou sur des sites distincts du réseau..

L’allocation des canaux de communication se faisant de manière dynamique, le système optimise le trafic en modifiant dynamiquement les durées d’appel autorisées. Les radios n’ayant pas passé l’authentification peuvent être neutralisées de manière temporaire ou permanente.
Le système donnera la priorité aux radios ayant l’autorisation d’effectuer des appels d’urgence afin d’anticiper l’utilisation des canaux par des utilisateurs effectuant des appels non prioritaires.
Lorsque les demandes de communication excèdent la capacité du réseau, ces appels peuvent être placés automatiquement en file d’attente par le système jusqu’à ce que les ressources deviennent à nouveau disponibles.

Avec ce mode, tous les services et les fonctions disponibles en Mode 1 et 2 sont possibles avec quelques exceptions.
Le Tier III offre également des fonctions supplémentaires grâce au canal radiobalise de l’infrastructure.

Tier III est construit sur la base de Tier II, en ajoutant le mode “Trunk” dans un réseau comprenant plusieurs relais sur le même site. Le mode “Trunk” consiste à optimiser le partage d’un nombre limité de fréquences dans une même zone de couverture en plusieurs canaux, ceci de façon complètement transparente pour les utilisateurs.
Toutes les implémentations des constructeurs du Tier III ne sont pas compatibles entre elles, et des protocoles spécifiques à chaque marque ont été développés pour le mode “Trunk”.

 

DMR_mode1

Chaque TS (Time Slot) peut transporter de la voix ou des données, en fonction des besoins du système.
Dans la majorité des cas, les radios du réseau Radioamateur transmettent de la voix sur les 2 TS.
Afin d’étendre la couverture de leur réseau, les constructeurs ont développé leur protocole propriétaire spécifique pour interconnecter les relais en utilisant Internet : IP Site Connect (IPSC). Cette fonction n’est à ce moment pas prévue dans la norme produite par l’ETSI, d’où la non-compatibilité d’interconnexion entre les relais des différents constructeurs.

 

DMR_mode2Les protocoles IPSC (interconnexion IP) utilisés par les différents constructeurs de relais ne sont pas compatibles, et il est peu probable que les constructeurs s’entendent pour les rendre inter-opérables, ceci pour des raisons commerciales.
Malgré cela, mon avis personnel est que certains radioamateurs ont les compétences nécessaires à la réalisation de passerelles entre les réseaux ainsi constitués.
Toutefois, n’importe quelle radio DMR (estampillée compatible Tier II) fonctionnera sur tout réseau Tier II pour les fonctionnalités voix et SMS. Certains constructeurs proposent des fonctionnalités propriétaires qui ne seront disponibles qu’avec du matériel de la marque.
L’ETSI n’a pas spécifié le vocodec (COdeur – DECodeur Voix) utilisé en DMR, mais les constructeurs les plus connus se sont entendus pour tous utiliser le CODEC DVSI AMBE2+™. Et la plupart d’entre eux l’ont intégré sous forme de logiciel sous licence.
Cependant, on trouve quelques programmes permettant le décodage de la voix sur des transmissions DMR, à l’aide de logiciels SDR basés sur du matériel comme des clés USB DVB-T.
L’algorithme de correction d’erreur de l’AMBE2+™ apporte une amélioration de la qualité de la voix, par rapport aux anciens CODECs, comme celui utilisé en DSTAR™.

Les réseaux Radioamateurs DMR Mototrbo™ et Hytera s’utilisent de la même façon, du point de vue de l’utilisateur final, chaque réseau ayant une zone de couverture différente. Comme dit précédemment, il y a fort à parier que les radioamateurs trouveront des solutions pour interconnecter ces réseaux, tout en maintenant l’intégrité et la sécurité de ceux-ci.
En effet, il faut garder à l’esprit que le fait de disposer d’un réseau interconnecté à l’échelle mondiale entraîne le respect de certaines règles d’usage strictes par tous les utilisateurs.
C’est la raison pour laquelle, certains relais ne pourront pas être connectés, pour des raisons de mauvaise qualité des liaisons IP, ou d’incompatibilité directe de CODEC.
En ce qui concerne l’utilisateur final, si on se souvient de l’époque des premiers relais analogiques, presque tous les radioamateurs utilisaient du matériel commercial de récupération. Avec le temps, des équipements conçus spécifiquement pour le marché Radioamateur firent leur apparition.
Aujourd’hui, sur le marché, on trouve du matériel DMR d’occasion, mais on commence à trouver aussi du matériel neuf à des tarifs compatibles avec le budget des radioamateurs.
Pour l’heure, aucun fabricant ne propose de produits spécifiques au marché Radioamateur, notamment aucune radio DMR ne permet la programmation directe au clavier, comme les produits spécifiques radioamateur.

Cela n’est pas réellement un problème, car les radios DMR disposent de suffisamment de canaux programmables pour définir chacun des canaux utilisés dans sa propre région. Les radios DMR se programment à l’aide d’un câble spécifique et d’un logiciel propriétaire nommé CPS.

Le DMR Tier II et Tier III est utilisé par beaucoup de professionnels ; une radio compatible Tier III fonctionnera sur un réseau Tier II mais pas sur un réseau Tier I.
Toute radio DMR pourra fonctionner sur les réseaux Radioamateur (Mototrbo™ et Hytera), sous réserve de disposer d’une ID-DMR distribuée par le DMR-MARC. (voir onglet DMR …)

Relais DMR

Les relais DMR utilisent un système de différentiation appelé Code Couleur (Color Code). C’est un peu le principe des CTCSS ou DCS en analogique qui permet d’ouvrir ou non un relais ou la réception d’un portatif.
Pour accéder à un relais et être retransmis, il faut alors programmer la radio pour utiliser le même Code Couleur que celui du relais.
Il existe 16 Codes Couleur différents (CC0 à CC15) qui sont absolument nécessaire pour transmettre et se faire entendre ou écouter en DMR.
Le seul intérêt d’utiliser des codes couleurs différents est lorsque plusieurs relais utilisant la même fréquence se situent dans la même zone de couverture.
Dans le cas des réseaux radioamateurs et sur le réseau DMR446, seul le Code Couleur 1 (CC1) est utilisé. (voir onglet DMR …)

LE TDMA

Le TDMA est un moyen de diviser le temps de transmission en deux slots alternatifs, permettant de passer deux transmissions phoniques simultanément (dans le cas des DMR446).
Aussi, contrairement à la dPMR446 qui dispose de 16 canaux, et qui fonctionne avec un espacement de 6,25Khz entre chaque canal, la DMR est composée de 8 canaux espacés de 12,5Khz, mais qui eux-mêmes sont séparés en deux canaux de transmissions distincts (appelés TS1 et TS2 ou encore Slot1 et slot2). Doublant ainsi la capacité et créant virtuellement 8 autres canaux pour en faire 16 en définitive.
Dans le schéma ci-dessous, on comprend mieux le système de transmission et l’alternance des SLOT1 et SLOT2 pendant le temps d’une émission.
tdma2
Pour faire simple, sur un canal DMR TS1 (ou slot1), votre voix sera transmise sur la partie (temps) rouge (schéma ci-dessus), et sur le canal DMR TS2 (ou slot2), elle sera transmise sur le temps d’émission coloré en bleu.
Là où la TDMA est intéressant, c’est que les deux émissions TS1 et TS2 ne peuvent s’entrechoquer ou provoquer de perturbations l’une sur l’autre sur une même fréquence, ou très peu car corrigées par le logiciel interne du portatif.
Les canaux pairs sont sur le slot1 de la fréquence et les canaux impairs sur le slot2.

Efficacité du spectre

Les technologies TDMA et FDMA possèdent la même bande étroite de 6,25 kHz mais utilisent des méthodes différentes. La différence du système FDMA par rapport au système TDMA est qu’il offre un « réel canal de 6,25 kHz alors que le système TDMA propose simplement un canal équivalent de 6,25 kHz » via des intervalles de temps d’une bande passante de 12,5 kHz..
En synthèse, les deux systèmes proposent la « double capacité » mais seul le système FDMA offre l’avantage d’une double capacité qu’il soit utilisé avec ou sans infrastructure (relais).
Le TDMA ne propose quant à lui la double capacité qu’en mode relayé (nécessité d’un répéteur pour synchroniser les intervalles de temps). De plus les deux utilisateurs doivent se trouver dans la même région et accéder au même répéteur au même moment.

fdma-digital-mode_fs

tdma-2_fs

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Codec vocal dPMR

Le dPMR et les autres systèmes radio entièrement numériques ont la particularité commune de ne pas transmettre de signaux vocaux analogiques.
Les signaux vocaux transmis sont convertis en signaux numériques par l’intermédiaire du vocodeur.
Pour s’assurer de la compatibilité entre tous les types et tous les modes de la dPMR, il est essentiel d’utiliser le même vocodeur.
Pour cette raison, l’Association dPMR a évalué différentes technologies de vocodeur puis a sélectionné un vocodeur de référence à utiliser pour toutes les radios dPMR.
Les utilisateurs peuvent désormais être assurés que tous les équipements radio dotés du marquage officiel dPMR sont compatibles avec les autres radios dPMR des différents constructeurs, pour tous les types d’appels vocaux.
Avec la norme dPMR, il est bien sûr possible de proposer des équipements radio intégrant en plus du vocodeur de référence.

 

Avantage technologique du dPMR

En synthèse, la différence fondamentale entre le système FDMA (Frequency Divided Multiple Access) et TDMA (Time Divided Multiple Access) réside dans la définition d’un canal et la manière dont celui-ci est utilisé (accès). Avec le système FDMA classique, une bande passante donnée (ex. 6,25 kHz) à une fréquence donnée (ex. 150000 MHz) est utilisée pour définir un canal. C’est ce principe qui a été retenu depuis des décennies pour l‘attribution des canaux actuellement utilisés dans de nombreux réseaux PMR.
Avec le système TDMA, le même principe s’applique en terme de fréquence et de bande passante, mais le signal est divisé en intervalles de temps permettant au canal d’obtenir une capacité « supplémentaire » dans la même bande passante. (Ex. deux canaux identiques de 6,25 kHz dans un canal de 12,5 kHz). Référez-vous au schéma ci-dessous pour une meilleure compréhension.

tdma-fdma

Sur la base de ce constat, jusqu’à maintenant, le système TDMA était plus efficace au niveau du spectre grâce à un espacement de canaux plus important tel que 25 kHz.
Désormais, grâce à la nouvelle technologie FDMA à bande étroite de 6,25 kHz telle que la dPMR, les résultats en terme d’efficacité spectrale sont identiques à la technologie TDMA à 2 emplacements de 12,5 kHz, !

 

Couverture

En théocoverage-digital-v-analog_fsrie, dans des conditions identiques, la largeur de canal la plus étroite du système FDMA permet au signal d’obtenir une meilleure couverture que le système TDMA de 12,5 kHz lorsque celui-ci est transmis à une puissance de sortie identique.

Ce constat trouve son explication par le bruit de fond CME de tout récepteur qui est proportionnel à la bande passante du filtre. Par conséquent, plus la bande passante est petite, plus petits seront les signaux pouvant être reçus. Dans la pratique, plusieurs facteurs tels que la topographie, la hauteur d’antenne des sites cellulaires, les bâtiments environnants, etc. affectent la couverture. En synthèse, en comparaison avec un signal radio FM analogique, le signal numérique surpasse l’analogique sur la zone limitrophe de la plage de communications, offrant ainsi un son plus fiable sur une zone plus étendue.

 

Comparatif d’une diffusion en analogique PMR et DPMR

dmr_analog_digital

En tant qu’utilisateur de relais FM, vous vous serez sûrement rendus compte que la qualité audio se dégradait au fur et à mesure que le niveau de réception à l’entrée du relais baissait ; vous commenciez alors à entendre de plus de plus de bruit, jusqu’à ce que le signal soit si faible que la station ne puisse plus accéder au relais, ou qu’elle ne devienne complètement inintelligible.
Il en est de même, lorsque vous vous éloignez du relais, vous entendez progressivement de plus en plus de bruit à mesure que le signal perçu par votre récepteur baisse, jusqu’à ce que vous ne receviez plus le relais.
La combinaison des deux précédents phénomènes, à savoir : une station arrivant faiblement sur un relais que vous recevez de façon incorrecte, entrainera une dégradation rapide des conditions d’utilisation.
La principale différence avec les relais numériques, c’est que la qualité audio reste constante jusqu’à l’extrême limite de portée du relais ; à ce moment-là seulement commenceront à apparaître des artefacts (mais surtout des pertes de portions de paroles) dûs à des pertes de paquets lors de la transmission DMR.

Autonomie des batteries

Même si certains fabricants de système TDMA affirment une amélioration de l’autonomie de batterie d’environ 40% en mode TDMA numérique, lorsque la radio transmet seulement la moitié du temps, il n’existe toutefois aujourd’hui aucune publication officielle confirmant ce constat.
En revanche, il est reconnu que pour les systèmes FDMA la réduction du bruit dans une bande passante de canal étroit, améliore significativement la sensibilité du récepteur. ,Il est donc possible dans ce cas de transmettre à une puissance réduite, en préservant l’autonomie de la batterie et ainsi prolonger la durée d’utilisation de la radio (voir la section « Couverture ».

 

Description technique des dPMR446 numérique

  • Bande de fréquences : 446 MHz (UHF)
  • Seize canaux répartis de 446,100 à 446,200 MHz
  • Pas d’incrémentation : 6,25 kHz (toujours décalé d’un demi-pas soit par 3,125 kHz)
  • Puissance UHF p.a.r : 500 mW
  • Modulation utilisée : modulation numérique pour les liaisons radiotéléphoniques limitées à une durée d’émission à 180 secondes par une temporisation.
  • Le PMR446 recherche un canal libre par un scannage sur la demande de l’utilisateur
  • Messageries de type SMS entre PMR446 numérique
  • Sur un même canal possibilité de rentrer en liaisons radiotéléphoniques avec:
    • – un correspondant unique sans déranger l’ensemble des utilisateurs sur le même canal
    • – un groupe défini, toujours sans déranger l’ensemble des utilisateurs sur le même canal
    • – ou avec l’ensemble des utilisateurs sur le même canal

 

TABLEAU DE PROGRAMMATION TYPE D’UN PMR446 ANALOGIQUE/DMR

ATTENTION, LE TDMA (Tier II) – l’alternance TS1 ou TS2 – n’est pas autorisé sur les fréquences sans licence.
Le tableau à gauche ci-dessous, reprend donc ce qui est autorisé, c’est à dire les 8 fréquences PMR446 et les 8 fréquences 446Mhz DMR autorisées.

Sachez néanmoins qu’il est possible de créer deux canaux dans un. Par exemple, le canal 1 nommé 446.106250 peut être décliné en 446.106250 SLOT 1 ou 446.106250 SLOT 2 (voir tableau de droite). Les deux émissions SLOT1 et SLOT2 ne pouvant provoquer de perturbations l’une sur l’autre. Il s’agit alors du tableau de droite. Mais c’est INTERDIT.

LE TALKGROUP EST LE TG99, afin d’utiliser la même norme que nos cousins radioamateurs dont les liaisons simplex se déroulent sur le TALKGROUP 99.

TABLEAU DES CANAUX DMR AUTORISES

Canal Transmission Fréquence en Mhz
01 Analogique 446.00625
02 Analogique 446.01875
03 Analogique 446.03125
04 Analogique 446.04375
05 Analogique 446.05625
06 Analogique 446.06875
07 Analogique 446.08125
08 Analogique 446.09375
01 DMR Slot 1+2 446.10625
02 DMR Slot 1+2 446.11875
03 DMR Slot 1+2 446.13125
04 DMR Slot 1+2 446.14375
05 DMR Slot 1+2 446.15625
06 DMR Slot 1+2 446.16875
07 DMR Slot 1+2 446.18125
08 DMR Slot 1+2 446.19375

TABLEAU DES CANAUX DMR NON AUTORISES

Canal Transmission Fréquence en Mhz
01 Analogique 446.00625
02 Analogique 446.01875
03 Analogique 446.03125
04 Analogique 446.04375
05 Analogique 446.05625
06 Analogique 446.06875
07 Analogique 446.08125
08 Analogique 446.09375
01 DMR Slot1 446.10625
02 DMR Slot2 446.10625
03 DMR Slot1 446.11875
04 DMR Slot2 446.11875
05 DMR Slot1 446.13125
06 DMR Slot2 446.13125
07 DMR Slot1 446.14375
08 DMR Slot2 446.14375
09 DMR Slot1 446.15625
10 DMR Slot2 446.15625
11 DMR Slot1 446.16875
12 DMR Slot2 446.16875
13 DMR Slot1 446.18125
14 DMR Slot2 446.18125
15 DMR Slot1 446.19375
16 DMR Slot2 446.19375

 

dPMR446: normes et publications

 

 

   
Au sujet du dPPR, nous vous conseillons les sites suivants:

F4AVI: http://f4avi.homelinux.net/DMR.html

dPMR446: dpmr446.fr

Site en développement DMR446 : http://dmr446.hamstation.eu

pmr446.free.fr: http://pmr446.free.fr/index_dpmr446.htm

 

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