DMR : Un mode de transmission numérique


Cette page est réalisée essentiellement sur la base d'un document publié par John S. Burningham, W2XAB et disponible à cette adresse : Amateur Radio Guide to Digital Mobile Radio (DMR).
D'autres informations, glânées ça et là de part le Net, ont été compilées pour aboutir à cette présentation.
La DMR (Digital Mobile Radio) est un standard de transmission numérique développé par l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute) et est utilisée de part le monde dans le cadre des transmissions mobiles professionnelles (http://www.dmrassociation.org) .

Le standard DMR est divisé en trois parties nommées Tier I, Tier II et Tier III :

Tier I est un protocole à canal unique créé initialement pour le service Européen sans licence dPMR446. Il s'agit d'un canal d'une bande passante de 6.25 kHz, utilisant un protocole FDMA (Frequency Division Multiple Access) nécessitant l'emploi d'une modulation complexe et l'implémentation de filtres très performants.
Le standard comprend un mode point à point ( peer-to-peer mode 1), un mode relais (repeater mode 2) et un mode réseau de relais (linked repeater mode 3).
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) .

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.
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.

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".

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.
Les 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 radiomateurs 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 suffisament 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.
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.



Lorsque les relais sont interconnectés, Internet peut également "jeter" quelques paquets UDP utilisés pour le trafic entre les relais et les passerelles entrainant, de fait, les mêmes phénomènes sur l'audio.
Le protocole DMR dispose d'un système de correction d'erreur (FEC) capable de compenser de faibles erreurs de transmission, améliorant ainsi la qualité en augmentant légèrement la portée.
Des récepteurs de meilleure qualité, capables de fonctionner avec un plancher de bruit plus faible contribueront également à une meilleure couverture, tant en analogique qu'en numérique.
La DMR Tier II occupe une largeur de 12.5 kHz de bande passante, partagée en 2 canaux, grâce au procédé TDMA (Time Division Multiple Access) : Le principe consiste à transmettre séquenciellement les paquets de chaque canal alternativement, durant des espaces de temps précis. Il en résulte une occupation spectrale équivalente à 6.25 kHz par canal.
En comparaison avec une transmission FM analogique "large bande" à 25 kHz, la DMR occupe donc 25% du spectre équivalent par canal de transmission. Chacun des canaux peut transporter soit de la voix, soit des données, selon l'usage prévue du réseau.
Les 2 canaux sont nommés Time Slot 1 (TS1) et Time Slot 2 (TS2).




Dans les faits, la plupart des relais FM actuels sont maintenant en bande étroite (12.5 kHz), donc le gain du DMR par rapport à l'analogique n'est "que" de 2 !




Autre avantage non négligeable : Comme l'émission se fait en "alternance", le transistor final consomme moins et donc chauffe moins. Du coup, l'autonomie batterie (dans le cas d'un portatif) s'en trouve augmentée.

Pour les radioamateurs, cela signifie qu'avec un relais sur une fréquence, on peut effectuer 2 QSOs indépendants simultanément.
A l'heure actuelle, les 2 TS sont utilisés en mode voix sur lequel on ajoute une fonctionnalité de mini-messages (SMS).
Par convention, le TS1 est destiné à un trafic étendu aux autres relais du réseau au niveau mondial, via les liens IP, alors que le TS2 est plus réservé au trafic local ou régional.
Les relais DMR utilisent un système de différentiation appelé Code Couleur (Color Code). On peut le comparer au système CTCSS ou DCS en analogique. Pour accéder à un relais et être retransmis, il faut donc programmer la radio pour utiliser le même Code Couleur que celui du relais. Il existe 16 Codes Couleur différents (CC0 à CC15). Le paramétrage du Code Couleur est obligatoire 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, seul le Code Couleur 1 (CC1) est utilisé.
Un Talk Group (TG) est une façon de "hiérarchiser" le trafic sur un TS, et surtout sur le réseau de relais.
Par exemple, sur le réseau Mototrbo™, le TG1, nommé "intercontinental" est retransmis sur tous les relais du monde entier, et est normalement dédié comme canal d'appels souvent en langue anglaise.
Sur le même principe, le TG2 nommé "Europe" est retransmis sur tous les relais européens et, de part sa large couverture, est théoriquement utilisé en langue anglaise.
Il a donc été décidé, au sein du DMR-MARC, de créer un tableau d'allocation des TGs, en fonction de la zone de couverture et de la langue utilisée. Ensuite, chaque Sysop de relais détermine quels TGs il "ouvre" sur son relais, autorisant ainsi la propagation du trafic de ce TG de et vers le réseau via la liaison IP.
En consultant la carte des relais du DMR-MARC, et en cliquant sur le détail de chacun des relais, on peut y voir quelle est la configuration des TGs, pour chaque TS.



La carte des relais du réseau Hytera est également disponible ici.



Tableau d'allocation des principaux TGs sur le réseau DMR-MARC :

TGCouvertureLangueNotes
1WorlwideToutesCanal d'appel seulement, 2mn max.
2EuropeAnglais
3Amérique du NordAnglais
4Asie
5Océanie
6Afrique
7Amérique du Sud
8RégionalGroupes régionaux de relais
9Localtrafic local sur le relais seulement
10WorlwideAllemand
11WorlwideFrançais
13WorldwideAnglais
14WorldwideEspagnol
15WorldwidePortugais
16WorldwideItalien
17WorldwidePays NordiquesDanois, Norvégien, Suédois, Finlandais
18WorldwideRusse
20EuropeAllemandAllemagne, Autriche, Suisse Allemande
21EuropeFrançaisFrance, Belgique francophone, Suisse francophone
22EuropeNéerlandais, FlamandPays-Bas, Belgique flamande
23EuropeAnglaisGrande Bretagne, Irlande
24EuropeEspagnol
25EuropePortugais
26EuropeItalien
27EuropePays NordiquesDanemark, Suède, Norvège, Finlande
206Belgique
208France
214Espagne
222Italie
228Suisse
232Autriche
235Grande Bretagne
262Allemagne
268Portugal
270Luxembourg
302Canada
311Etats Unis


Il est important de savoir qu'un seul TG ne peut être retransmis sur un TS à la fois : Il est donc clair que, lorsqu'un relais est en cours de retransmission d'un TG sur l'un de ses TS, il faudra attendre la fin de transmission, pour changer de TG sur ce TS.
Si votre radio n'est pas programmée pour écouter un TG, vous ne pourrez jamais entendre le trafic de ce Talk Group.
Par contre, il est possible de programmer des groupes de Réception dans les radios, de sorte à pouvoir "monitorer" plusieurs TGs sur un même TS.
Tout comme pour le réseau DSTAR, il est possible de visualiser l'activité sur le réseau DMR, et ainsi de pouvoir vérifier en temps réel si un relais nous a bien reçu.



Comme dit précédemment, tous les terminaux compatibles TierII fonctionneront quelque soit le réseau disponible, au moins pour les fonctionnalités voix et SMS.
Sur le marché actuel, les radioamateurs ont donc le choix entre les 2 marques leader (Motorola et Hytera), mais on commence à voir apparaitre des marques concurrentes, notamment de source asiatique et américaine.



Exemple de postes mobiles, équivalents au DM4600 et DM3600 disponibles sur le marché européen.





Exemple de poste portatif, équivalent au DP3600 disponibles sur le marché européen.





Exemple du poste mobile MD-785.





Exemple du poste portatif PD-785.





Exemple de postes portatifs.





Exemple du poste portatif CS7000.





Du fait de la non-interopérabilité des protocoles IPSC, à ce jour, les radioamateurs ne peuvent choisir qu'entre 2 fabricants pour leur relais. Pourtant, on commence à voir émerger des offres sur le marché asiatique, mais sans garantie de compatibilité.
Pour l'implantation d'un relais non connecté, cela pourrait convenir, mais il serait dommage de se priver d'une telle option.
Il est à noter que, tout comme les terminaux utilisateurs, tous les relais DMR fonctionnent également en mode analogique, ce qui est une fonctionnalité intéressante, pour favoriser la transition vers le numérique.



Relais Motorola DR3000.






Relais Hytera RD985





Relais Hytera RD625