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I principali
processi del protocollo digitale DMR usato in
MOTOTRBO
(dal sito di
BPG
importatore italiano Motorola) |
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1. CONVERSIONE
DA ANALOGICO A DIGITALE |
| Il segnale vocale viene
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 che contiene un numero
d'informazioni eccessivo da inviare su un canale
radio a 12.5kHz. Quindi si rende necessaria una
compressione dei dati. |
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2. VOCODER E
CORREZZIONE DI ERRORI FORWARD ERROR CORRECTION (FEC) |
| La funzione di Vocoding (codifica
della 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. Il vocoder adottato da MOTOTRBO è AMBE +2,
che è stato sviluppato dalla Digital Voice System,
Inc (DVSI), leader nel settore vocoding. Oltre al
processo di vocoding, si applica anche la correzione
di errore “Forward Error Correction” (FEC). FEC è
una tecnica matematica di checksum che 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. |
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3.
FORMATTAZIONE (FRAMING) |
In questa fase la voce soggetta a
Vocoding è formattata per la trasmissione 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 la voce decodificata. 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". |
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4. 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) si 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). |
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INCREMENTO
CAPACITA' SU CANALIZZAZIONE 12.5KHz |
L’ architettura utilizzata da
MOTOTRBO 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. |
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| La tecnica TDMA quindi offre un
metodo 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. Inoltre questa
tecnica preserva le ben note caratteristiche e
prestazione RF della canalizzazione a 12,5 kHz. Dal
punto di vista fisico 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. |
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RIDUZIONE
INFRASTRUTTURA DI RETE |
| 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 il doppio della capacità di
traffico, offrendo inoltre una copertura RF con
prestazioni equivalenti o migliori rispetto
all'odierna tecnologia radio analogica |
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FLESSIBILITA' DI
SISTEMA TDMA |
La logica di canali attivati da
due slot TDMA, può potenzialmente essere utilizzata
per una varietà di scopi. Molte organizzazioni che
hanno adottato MOTOTRBO, si sono dirette verso
l'implementazione di sistemi nel modo seguente:
• Utilizzo di entrambi i canali per comunicazione
vocale.
• Utilizzo di entrambi i canali come trasmissione
dati.
• Utilizzo di un canale per trasmissione voce ed un
canale per trasmissione dati. |
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CONFIGURAZIONE IN
MODALITA' RIPETITORE E DIRETTA |
Nei sistemi di radiocomunicazione
basati su ripetitore, un percorso vocale richiede
una coppia di canali: uno di trasmissione ed uno di
ricezione.
• Quando opera in modalità ripetitore analogico,
MOTOTRBO opera in modalità similare alle esistenti
tecniche
analogiche, supportando un percorso voce (TX ed
RX) su una coppia di canali fisici, e può essere
configurato
per operare su sistemi a canalizzazione in banda
12.5kHz
• Quando opera in modalità ripetitore digitale,
MOTOTRBO utilizza una coppia di frequenze
configurate su
canalizzazione in banda 12.5kHz. Tramite l’uso di
tecnica a suddivisione di tempo TDMA e
sincronizzazione
fornita dal ripetitore, MOTOTRBO divide ciascun
canale in due timeslot indipendenti. Questi due
canali logici
(due timeslot) possono trasmettere e ricevere
indipendentemente uno dall’altro.
In modalità di trasmissione diretta, funzioni di
ricezione e trasmissione sono entrambe portate dal
medesimo canale fisico (frequenza di trasmissione e
ricezione sono le medesime):
• Operando in modalità diretta analogica, MOTOTRBO
supporta un percorso voce (TX ed RX) su un canale
fisico
e può essere configurato per operare su canale in
banda 12,5 kHz
• Su un singolo canale fisico in tale banda, un
sistema MOTOTRBO in digitale supporta un solo
percorso voce
(o dati) alla volta. Senza ripetitore, la sequenza
dei timeslot sulle radio non è coordinata, pertanto
solo una radio
alla volta può trasmettere al fine di garantire
che la trasmissione non si sovrapponga. |
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QUALITA' AUDIO
DIGITALE E PRESTAZIONI DI COPERTURA |
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.
Di seguito si illustra graficamente la relazione di
qualità audio, in relazione alla distanza di
copertura. Si noti che:
• 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 |
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| Quando si confronta un sito
analogico con un sito MOTOTRBO, la regione relativa
di copertura con paragonabile qualità audio è
illustrata nella figura seguente. |
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