DMR – Grundlagen

Mit diesem Beitrag möchten wir Ihnen die Grundlagen von DMR (Digital Mobile Radio) vermitteln. Angefangen von den Unterschieden zu den analogen Relais, über die Modulationsverfahren bis hin zu den Talkgroups.

Das Erstellen von Codeplug’s für Funkgeräte beschreiben wir in einem separaten Beitrag. Auch die Praxis soll nicht zu kurz kommen. In einem eigenen Beitrag schauen wir uns den Ablauf der Verbindung zu einer anderen Amateurfunkstation im Detail an.

Was ist eigentlich DMR

DMR ist eine Abkürzung und bedeutet „Digital Mobile Radio“. Diese digitale Betriebsart wurde eigentlich für eine kommerzielle Anwendung, den Betriebsfunk, im Jahre 2006 entwickelt. DMR ist genau wir TETRA, welches bei der Polizei und den Rettungsdiensten zum Einsatz kommt, ein digitales Verfahren zur Übertragung von Sprache. Im Vergleich zu TETRA ist DMR kostengünstiger,  und die Netze sind weniger komplex und lassen sich somit leichter implementieren, was auch den Wartungsaufwand verringert . Ebenfalls positiv zu bewerten ist, dass es sich bei DMR um einen offenen Code handelt.

TETRA nutzt eine Bandbreite von 25 KHz, während es bei DRM nur 12,5 kHz sind. Auch die übertragenen Datenraten sind unterschiedlich. Während bei DMR 9,6kB/s übertragen werden sind es bei TETRA   36kB/s. Innerhalb des Datenstroms werden bei TETRA 3 und bei DMR 2 unabhängige Sprachkanäle übertragen. Aufgrund dieser Rahmenbedingungen aber auch wegen der besonderen Fehlererkennungs- und Korrekturverfahren hat DMR einen größere Reichweite als TETRA.  Im Amateurfunk werden für die Betriebsart DMR kommerzielle Geräte aus dem Betriebsfunk eingesetzt, die für die Belange des Afu mit entsprechenden Codeplug’s programmiert werden. Diese Geräte verfügen neben der digitalen Komponente meist auch FM Transceiver.

Unterschied analog zu digital

Analoge Signale	Digitale Signale
Ein analoges Signal hat einen kontinuierlichen unterbrechungsfreien Verlauf.  Bei realen Signalen können allerdings Störungen oder Rauschen auftreten, welche die Signalqualität verschlechtern. Ist ein Analogsignal erst einmal mit einer Störung belegt, so lässt sich diese im Allgemeinen nicht wieder rückgängig machen.  Das Bild zeigt ein typisches Analogsignal in Form einer Sinuskurve. Die klassischen FM Relais arbeiten im analogen Betrieb,	Beim digitalen Signal wird der Wert eines Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt durch eine Zahl dargestellt. Es besteht also kein kontinuierliches Signal sondern es gibt sogenannte Abtastwerte die in einem vorgegebenen Intervall ermittelt wurden. Je feiner ein Signal durch digitale Werte dargestellt werden soll, umso kürzer müssen die Intervalle sein. Damit steigen dann die Datenraten, die übertragen werden müssen, an. Störungen können bis zu einem gewissen Grad kompensiert werden. Das Bild zeigt ein typisches Digitalsignal im Binärsystem. DMR-Repeater oder Umsetzer mit DSTAR oder C4FM funktionieren digital.

Modulationsverfahren von DMR

DMR ist ein im Jahr 2006 durch die ETSI (European Telecommunications Standards Institute) standardisiertes Verfahren. Es wurde für Bündelfunk und Betriebsfunk entwickelt. Durch die Standardisierung ist sichergestellt, dass Geräte unterschiedlicher Hersteller im selben Funknetz verwendet werden können. DMR ist somit primär auf die Bedürfnisse von kommerziellen Anwendungen zugeschnitten. Wer sich detailliert informieren möchte  findet hier weitere Informationen.

Der Betrieb der DMR Relais erfolgt wie schon beschrieben im 12,5 kHz Raster. Die verwendete Modulationsart trägt den Namen 4FSK im TDMA Verfahren.  4FSK beschreibt eine Frequenzumtastung mit vier verschiedenen Frequenzen. Im Vergleich zu einer einfachen Frequenzumtastung (2FSK), wie sie z.B. bei DSTAR verwendet wird, können bei 4FSK zwei Bit in einem einzigen Zeitschritt gleichzeitig übertragen werden.

Wie beschrieben, stellt DMR 2 parallele Sprachkanäle auf einer Frequenz bereit. Ermöglicht wird dies durch TDMA (Time-Division Multiplexing Access). Die beiden Kanäle werden nicht auf parallelen Frequenzen übertragen, sondern zeitlich nacheinander. Es bestehen also 2 Zeitschlitze, engl. Timeslots (TS). Dieser Begriff wird im Folgenden noch häufiger ein Rolle spielen. Das folgende Schaubild zeigt das Prinzip von TDMA:

Der gesamte Datenstrom des DMR Signals wird in zeitlich gleich große Teilstücke zerlegt, die nacheinander übertragen werden.

Es werden abwechselnd jeweils der Time-Slot 1 und dann der Time-Slot 2 übertragen.

Jeder Zeitschlitz (Time-Slot) hat eine zeitliche Länge von 30ms. Wobei 27,5ms die Sprachdaten enthalten. Die übrigen 2,5ms dienen der Trennung der beiden Zeitschlitze innerhalb der Übertragung.

In den 27,5 ms eines Zeitschlitzes werden zwei mal 108 Bit an Sprachdaten übertragen, die wiederum durch einen 48 Bit langen Synchronisierungsblock unterbrochen werden.

Die Daten werden innerhalb des Slots zusätzlich komprimiert übertragen, Nur so ist es möglich in einem 9kB/s breiten Datenstrom zwei Sprachkanäle zu übertragen.

Aufbau des DMR Netzes

Mit DMR sind Grundsätzlich auch Verbindungen von Funkgerät zu Funkgerät möglich. In aller Regel wird aber im Amateurfunk der Betrieb über einen Repeater bevorzugt. Wenn diese über das Internet oder HamNet zusammengeschaltet wurden, sind auch weltweite Verbindungen möglich.

Im Amateurfunk gibt es drei unterschiedliche Netzarchitekturen, die nebeneinander bestehen. Das älteste Netz trägt den Namen DMR-MARC. Etwas später wurde DMR-Plus aufgebaut, welches man anfangs auch als Hytera-Netz bezeichnet hat. Das Brandmeister-Netz, mit dem auch das Relais DB0HSK verbunden ist, stellt das jüngste Netz dar. Der Name kommt aus dem englischen und steht für „Brand new Master“. Wobei mit dem  Master ein Server, also das Herzstück des Netzes, gemeint ist.

Alle drei Netze verwenden  den DMR Standard, so dass die Funkgeräte in allen drei Netzen genutzt werden können. Die Netze unterscheiden sich aber in der Philosophie der Sprechgruppen. DMR Plus setzt auf sogenannte Reflektoren, während bei Brandmeister die sogenannten Talkgroups das zentrale Element sind. Leider hat noch keine Migration der drei Netze Stattgefunden. Es ist wünschenswert, dass die Konkurrenz der „Netzbetreiber“ untereinander beendet wird und es zu einer dauerhaften Zusammenschaltung der Netze kommt.

Die Tiere im DMR

Es gibt innerhalb des DMR Standards drei unterschiedliche Varianten, die auch als TIER bezeichnet werden, was soviel wie Stufe oder Version bedeutet. TIER I ist sozusagen die Hobbyversion und damit das  digitale Pendant zu den PMR Funkgeräten im 70cm Band. TIER II ist die Ausprägung für den klassischen Betriebsfunk. Die Kommunikation erfolgt zwischen den Funkgeräten direkt oder auch über Repeater, welche miteinander vernetzt sein können. TIER III ist die Stufe mit den höchsten Anforderungen und kommt in sehr großen Netzen mit vielen Basisstationen und vielen Nutzen zum Einsatz.

Für die Stufen Tier II und Tier III werden Lizenzen benötigt. Entweder eine Betriebsfunkgenehmigung oder eine Amateurfunkgenehmigung. Im Amateurfunk wird TIER II verwendet.

Talkgroups

Im folgenden beziehen sich alle Ausführungen auf das Brandmeisternetz, an das ja auch das Relais DB0HSK angebunden ist.

In Talkgroups (TG) oder zu Deutsch „Sprechgruppen“ wird eine  Gruppe von Nutzern, in unserem Fall Funkamateuren, zusammengefasst. Sie haben zum aktuellen Zeitpunkt eine bestimmte gemeinsame Gruppe ausgesucht und im Funkgerät für den Empfang ausgewählt. Wenn ein Funkamateur eine Talkgroup auswählt, so wirkt dies wie ein Filter. Eine Aussendung erfolgt in die aktuell gewählte Talkgroup oder zum aktuell ausgewählten Nutzer (gilt für Gespräche direkt zwischen den einzelnen Funkamateuren). Die Sprechgruppe muss zudem auf dem Repeater abonniert sein. Wie das funktioniert sehen wir weiter unten. Zudem werden auch nur die Gruppen empfangen, welche für den Empfang im eigenen Empfänger (dem Codeplug) freigegeben sind.

Die Talkgroups können von einem Repeater entweder dynamisch oder statisch abonniert sein. Statisch bedeutet, dass eine Sprechgruppe permanent auf den Repeater aufgeschaltet ist. Was wiederum zur Folge hat,  wenn weltweit von einem anderen OM oder einer anderen YL eine Aussendung in diese Talkgroup erfolgt, diese Aussendung auch von dem abonnierenden Repeater über HF abgestrahlt wird, unabhängig davon, ob ein User diese Gruppe gerade nutzt oder nicht. Das sorgt sicherlich für Verkehr auf einem Relais, ist aber wenig effizient. Statische Talkgroups bei DB0HSK sind TG9 und TG 26349.

Eine dynamische Talkgroup ist zunächst nicht auf einen Repeater aufgeschaltet. Sie muss von jeweiligen Funkamateur angefordert werden. Dies geschieht indem der Amateur die gewünschte Talkgroup in seinem Funkgerät entsprechend auswählt und dann durch kurzes Drücken der PTT-Taste für den Repeater abonniert. Zehn Minuten nach der letzten Aussendung  auf dem anfordernden Repeater, wird die Verbindung zur Talkgroup wieder getrennt.

Technisch ist es anders möglich, aber es hat sich herausgebildet, dass im Timeslot 1 die überregionalen bzw. weltweiten Talkgroups  abonniert werden. Im Timeslot 2 sollten demgegenüber die lokalen bzw. regionalen Talkgroups abonniert werden.

Hier eine kurze Auswahl von gängigen TG’s:

Die vollständige Übersicht aller eingerichteten Talkgroups im Brandmeister-Netz sind unter nachfolgendem Link zu finden: https://brandmeister.network/?page=talkgroups

Reflektoren

Reflektoren sind  eine Eigenschaft des DMR-Plus Netzes. Sie hat es bis zum 1.10.2020 auch im Brandmeisternetz gegeben. Sie sind aber nun abgeschaltet.

Color Code

Wichtig für den praktischen Betrieb, den wir uns noch separat ansehen werden ist, dass es im DMR als Unterscheidungsmerkmal den sogenannten Color-Code gibt. Es gibt den Color-Code 1 (CC1) oder CC2. Ein Relais muss einem CC zugeordnet werden. Ähnlich den Subaudiotönen im analogen FM Funk sollen sie dazu beitragen, dass bei überlappenden Versorgungsbereichen von zwei Repeatern gezielt ein Umsetzer geöffnet werden kann und der andere nicht auf die Aussendung des Funkgerätes reagiert. Etwaige Störungen, wenn beide Repeater von unterschiedlichen Stationen geöffnet wurden, lassen sich dadurch aber nicht verhindern.