Interim Standard 95 ( IS-95 ) был первой цифровой сотовой технологией, которая использовала множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). Он был разработан Qualcomm и позже принят в качестве стандарта Ассоциацией телекоммуникационной промышленности в выпуске TIA/EIA/IS-95, опубликованном в 1995 году. Фирменное название IS-95 — cdmaOne .
Это стандарт мобильной связи 2G , который использует CDMA, схему множественного доступа для цифрового радио , для передачи голоса, данных и сигнальных данных (например, набранного телефонного номера) между мобильными телефонами и сотовыми станциями . CDMA передает потоки битов ( коды PN ). CDMA позволяет нескольким радиостанциям совместно использовать одни и те же частоты. В отличие от множественного доступа с временным разделением (TDMA), конкурирующей системы, используемой в 2G GSM , все радиостанции могут быть активны все время, поскольку емкость сети напрямую не ограничивает количество активных радиостанций. Поскольку большее количество телефонов может обслуживаться меньшим количеством сотовых станций, стандарты на основе CDMA имеют значительное экономическое преимущество перед стандартами на основе TDMA, [ необходима ссылка ] или старейшими стандартами сотовой связи, которые использовали мультиплексирование с частотным разделением .
В Северной Америке технология конкурировала с Digital AMPS (IS-136), стандартом на основе TDMA, а также с GSM на основе TDMA. Она была вытеснена IS-2000 (CDMA2000), более поздним стандартом на основе CDMA.
Техническая история cdmaOne отражает как его рождение как внутреннего проекта Qualcomm, так и мир тогда еще непроверенных конкурирующих цифровых сотовых стандартов, в рамках которых он был разработан. Термин IS-95 в общем применяется к более раннему набору ревизий протокола, а именно P_REV с первого по пятый.
P_REV=1 был разработан в рамках процесса стандартов ANSI с документацией по ссылке J-STD-008 . J-STD-008, опубликованный в 1995 году, был определен только для тогда нового североамериканского диапазона PCS (диапазон класса 1, 1900 МГц). Термин IS-95 правильно относится к P_REV=1, разработанному в рамках процесса стандартов Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA) для североамериканского диапазона сотовой связи (диапазон класса 0, 800 МГц) примерно в те же временные рамки. IS-95 предлагал взаимодействие (включая передачу обслуживания) с аналоговой сотовой сетью. Для цифровой работы IS-95 и J-STD-008 имеют большинство общих технических деталей. Незрелый стиль и структура обоих документов в значительной степени отражают «стандартизацию» внутреннего проекта Qualcomm.
P_REV=2 называется Временным стандартом 95A (IS-95A) . IS-95A был разработан только для диапазона класса 0, как постепенное улучшение по сравнению с IS-95 в процессе стандартизации TIA.
P_REV=3 называется Техническим бюллетенем услуг 74 (TSB-74) . TSB-74 был следующим постепенным улучшением по сравнению с IS-95A в процессе стандартизации TIA.
P_REV=4 называется Временным стандартом 95B (IS-95B) Фаза I , а P_REV=5 называется Временным стандартом 95B (IS-95B) Фаза II . Путь стандартов IS-95B предусматривал слияние путей стандартов TIA и ANSI в рамках TIA и был первым документом, который предусматривал взаимодействие мобильных телефонов IS-95 в обоих классах диапазонов (двухдиапазонная работа). P_REV=4 был, безусловно, самым популярным вариантом IS-95, а P_REV=5 получил лишь минимальное распространение в Южной Корее.
P_REV=6 и далее попадают под зонтик CDMA2000 . Помимо технических улучшений, документы IS-2000 гораздо более зрелые с точки зрения макета и содержания. Они также обеспечивают обратную совместимость с IS-95.
Стандарты IS-95 описывают радиоинтерфейс [1] , набор протоколов, используемых между мобильными устройствами и сетью. IS-95 широко описывается как трехслойный стек, где L1 соответствует физическому уровню ( PHY ), L2 относится к подуровням управления доступом к среде (MAC) и управления доступом к каналу (LAC), а L3 — к конечному автомату обработки вызовов.
IS-95 определяет передачу сигналов как в прямом (сеть-мобильный), так и в обратном (мобильный-сеть) направлениях.
В прямом направлении радиосигналы передаются базовыми станциями (BTS). Каждая BTS синхронизирована с приемником GPS , поэтому передачи строго контролируются по времени. Все прямые передачи являются QPSK со скоростью передачи чипов 1 228 800 в секунду. Каждый сигнал распространяется с помощью кода Уолша длиной 64 и псевдослучайного шумового кода ( кода PN ) длиной 2 15 , что дает период обновления PN мс.
Для обратного направления радиосигналы передаются мобильным телефоном. Передачи по обратному каналу являются OQPSK для работы в оптимальном диапазоне усилителя мощности мобильного телефона. Как и в прямом канале, скорость передачи чипов составляет 1 228 800 в секунду, а сигналы распространяются с помощью кодов Уолша и псевдослучайного шумового кода, который также известен как короткий код.
Каждая BTS выделяет значительную часть выходной мощности пилотному каналу , который представляет собой немодулированную последовательность PN (другими словами, расширенную кодом Уолша 0). Каждому сектору BTS в сети назначается смещение PN с шагом в 64 чипа. На прямом пилоте не передаются никакие данные. Благодаря своей сильной функции автокорреляции прямой пилот позволяет мобильным телефонам определять системную синхронизацию и различать разные BTS для передачи обслуживания .
Когда мобильный телефон «ищет», он пытается найти пилотные сигналы в сети, настраиваясь на определенные радиочастоты и выполняя взаимную корреляцию по всем возможным фазам PN. Сильный пик корреляции указывает на близость BTS.
Другие прямые каналы, выбранные по их коду Уолша, переносят данные из сети в мобильные телефоны. Данные состоят из сетевой сигнализации и пользовательского трафика. Обычно передаваемые данные делятся на кадры битов. Кадр битов проходит через сверточный кодер, добавляя избыточность прямой коррекции ошибок, генерируя кадр символов. Затем эти символы распространяются с помощью последовательностей Уолша и PN и передаются.
BTS передают распространение синхроканала с кодом Уолша 32. Кадр синхроканала имеет длину мс, а его граница кадра выровнена с пилотом. Синхроканал непрерывно передает одно сообщение, сообщение синхроканала , длина и содержимое которого зависят от P_REV. Сообщение передается по 32 бита на кадр, закодированное в 128 символов, что дает скорость 1200 бит/с. Сообщение синхроканала содержит информацию о сети, включая смещение PN, используемое сектором BTS.
Как только мобильный телефон находит сильный пилотный канал, он прослушивает канал синхронизации и декодирует сообщение канала синхронизации, чтобы разработать высокоточную синхронизацию с системным временем. В этот момент мобильный телефон знает, находится ли он в роуминге, и что он «в обслуживании».
BTS передают по крайней мере один, а то и семь, пейджинговых каналов , начиная с кода Уолша 1. Кадровое время пейджингового канала составляет 20 мс и синхронизировано по времени с 2-секундным переворотом системы IS-95 (т. е. GPS). На пейджинговом канале используются две возможные скорости: 4800 бит/с или 9600 бит/с. Обе скорости кодируются до 19200 символов в секунду.
Канал пейджинга содержит сигнальные сообщения, передаваемые из сети на все свободные мобильные телефоны. Набор сообщений передает подробную сетевую нагрузку на мобильные телефоны, распространяя эту информацию, пока канал пейджинга свободен. Канал пейджинга также несет высокоприоритетные сообщения, предназначенные для установления вызовов на мобильные телефоны и с них.
Когда мобильный телефон простаивает, он в основном слушает пейджинговый канал. После того, как мобильный телефон проанализировал всю сетевую служебную информацию, он регистрируется в сети, а затем опционально переходит в режим слотов . Оба эти процесса более подробно описаны ниже.
Пространство Уолша, не выделенное для каналов вещания в секторе BTS, доступно для каналов трафика . Эти каналы передают индивидуальные голосовые вызовы и вызовы данных, поддерживаемые IS-95. Как и пейджинговый канал, каналы трафика имеют время кадра 20 мс.
Поскольку голос и пользовательские данные передаются прерывисто, каналы трафика поддерживают работу с переменной скоростью. Каждый кадр длительностью 20 мс может передаваться с разной скоростью, в зависимости от используемой услуги (голос или данные). P_REV=1 и P_REV=2 поддерживают набор скоростей 1 , обеспечивая скорость 1200, 2400, 4800 или 9600 бит/с. P_REV=3 и далее также обеспечивают набор скоростей 2 , обеспечивая скорость 1800, 3600, 7200 или 14400 бит/с.
Для голосовых вызовов канал трафика переносит кадры данных вокодера . В IS-95 определен ряд различных вокодеров, более ранние из которых были ограничены набором скоростей 1 и были ответственны за некоторые жалобы пользователей на плохое качество голоса. Более сложные вокодеры, использующие преимущества современных DSP и набора скоростей 2, исправили ситуацию с качеством голоса и все еще широко используются в 2005 году.
Мобильный телефон, получающий кадр трафика с переменной скоростью, не знает скорость, с которой был передан кадр. Обычно кадр декодируется на каждой возможной скорости, и с использованием метрик качества декодера Витерби выбирается правильный результат.
Каналы трафика также могут переносить вызовы данных коммутации каналов в IS-95. Кадры трафика с переменной скоростью генерируются с использованием протокола радиосвязи IS-95 (RLP) . RLP обеспечивает механизм для улучшения производительности беспроводной связи для данных. Там, где голосовые вызовы могут допускать потерю случайных кадров длительностью 20 мс, вызов данных будет иметь неприемлемую производительность без RLP.
При IS-95B P_REV=5 пользователь мог использовать до семи дополнительных каналов "кода" (трафика) одновременно для увеличения пропускной способности вызова данных. Очень немногие мобильные телефоны или сети когда-либо предоставляли эту функцию, которая теоретически могла предложить пользователю 115200 бит/с.
После сверточного кодирования и повторения символы отправляются в 20-миллисекундный блок чередования, представляющий собой массив 24 на 16.
IS-95 и его использование методов CDMA, как и любая другая система связи, имеют свою пропускную способность, ограниченную теоремой Шеннона . Соответственно, емкость улучшается с SNR и полосой пропускания. IS-95 имеет фиксированную полосу пропускания, но хорошо себя чувствует в цифровом мире, поскольку предпринимает активные шаги для улучшения SNR.
При использовании CDMA сигналы, которые не коррелируют с интересующим каналом (например, другие смещения PN от соседних базовых станций сотовой связи), отображаются как шум, а сигналы, передаваемые по другим кодам Уолша (которые правильно выровнены по времени), по сути, удаляются в процессе дераспространения. Переменная скорость каналов трафика обеспечивает передачу кадров с более низкой скоростью при меньшей мощности, что приводит к меньшему уровню шума для других сигналов, которые по-прежнему будут правильно приняты. Эти факторы обеспечивают изначально более низкий уровень шума, чем другие сотовые технологии, что позволяет сети IS-95 втиснуть больше пользователей в тот же радиоспектр.
Активное (медленное) управление мощностью также используется на прямых каналах трафика, где во время вызова мобильный телефон отправляет в сеть сигнальные сообщения, указывающие на качество сигнала. Сеть будет контролировать передаваемую мощность канала трафика, чтобы поддерживать качество сигнала достаточно хорошим, тем самым сводя к минимуму уровень шума, видимый всеми другими пользователями.
Приемник также использует методы приемника Rake для улучшения SNR, а также для выполнения мягкой передачи обслуживания .
После установления вызова мобильный телефон ограничен в использовании канала трафика. Формат кадра определяется в MAC для канала трафика, что позволяет мультиплексировать обычные биты голоса (вокодер) или данных (RLP) с фрагментами сигнальных сообщений. Фрагменты сигнальных сообщений объединяются в LAC, где полные сигнальные сообщения передаются на уровень 3.
cdmaOne использовался в следующих областях:
