Временный стандарт 95 ( IS-95 ) был первой цифровой сотовой технологией, в которой использовался множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). Он был разработан Qualcomm и позже принят в качестве стандарта Ассоциацией телекоммуникационной отрасли в выпуске TIA/EIA/IS-95, опубликованном в 1995 году. Патентованное 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 узлами . CDMA передает потоки битов ( PN-коды ). CDMA позволяет нескольким радиостанциям использовать одни и те же частоты. В отличие от множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), конкурирующей системы, используемой в 2G GSM , все радиостанции могут быть активны постоянно, поскольку пропускная способность 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 или старейшими стандартами сотовой связи, которые использовали мультиплексирование с частотным разделением каналов .
В Северной Америке эта технология конкурировала с Digital AMPS (IS-136), стандартом на основе TDMA, а также с GSM на основе TDMA. Он был заменен IS-2000 (CDMA2000), более поздним стандартом на основе CDMA.
Техническая история cdmaOne отражает как его зарождение как внутренний проект Qualcomm, так и мир еще непроверенных конкурирующих стандартов цифровой сотовой связи, в соответствии с которыми он был разработан. Термин IS-95 в целом применяется к более раннему набору версий протокола, а именно к P_REV с первой по пятую.
P_REV=1 был разработан в соответствии со стандартами ANSI со ссылкой на документацию J-STD-008 . J-STD-008, опубликованный в 1995 году, был определен только для нового на тот момент диапазона PCS Северной Америки (класс диапазона 1, 1900 МГц). Термин IS-95 правильно относится к P_REV=1, разработанному в рамках стандартизации Ассоциации телекоммуникационной индустрии (TIA) для североамериканского диапазона сотовой связи (класс диапазона 0, 800 МГц) примерно в тех же временных рамках. IS-95 предлагал взаимодействие (включая передачу обслуживания) с аналоговой сотовой сетью. Что касается цифровой работы, IS-95 и J-STD-008 имеют большинство общих технических деталей. Незрелый стиль и структура обоих документов во многом отражают «стандартизацию» внутреннего проекта Qualcomm.
P_REV=2 называется временным стандартом 95A (IS-95A) . IS-95A был разработан только для диапазона класса 0, что представляет собой постепенное улучшение по сравнению с IS-95 в процессе стандартизации TIA.
P_REV=3 называется Бюллетенем технического обслуживания 74 (TSB-74) . TSB-74 стал следующим усовершенствованием 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 . Трек стандартов IS-95B предусматривал объединение треков стандартов TIA и ANSI в рамках TIA и был первым документом, который обеспечивал взаимодействие мобильных телефонов IS-95 в обоих классах диапазонов (двухдиапазонный режим). 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 выше подпадают под действие CDMA2000 . Помимо технических усовершенствований, документы IS-2000 стали гораздо более зрелыми с точки зрения структуры 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 трехуровневый стек, где L1 соответствует физическому ( PHY ) уровню, L2 относится к подуровням управления доступом к среде передачи (MAC) и управления доступом к каналу (LAC), а L3 — к уровню вызовов. машина состояний обработки.
IS-95 определяет передачу сигналов как в прямом (сеть-мобильный), так и обратном (мобильный-сеть) направлениях.
В прямом направлении радиосигналы передаются базовыми станциями (BTS). Каждая BTS синхронизируется с GPS- приемником, поэтому передача строго контролируется по времени. Все прямые передачи осуществляются посредством QPSK со скоростью передачи чипов 1 228 800 в секунду. Каждый сигнал расширяется с помощью кода Уолша длиной 64 и псевдослучайного шумового кода ( PN-кода ) длиной 2 15 , что дает период прокрутки PN, равный мс.
В обратном направлении радиосигналы передаются мобильным телефоном. Передачи по обратной линии связи являются OQPSK , чтобы работать в оптимальном диапазоне усилителя мощности мобильного телефона. Как и в прямом канале, скорость передачи чипов составляет 1 228 800 в секунду, а сигналы распределяются 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 PN-последовательность (другими словами, расширенную с помощью кода Уолша 0). Каждому сектору BTS в сети назначается смещение PN с шагом в 64 чипа. Данных о передовом пилоте нет. Благодаря мощной функции автокорреляции прямой пилот-сигнал позволяет мобильным телефонам определять системное время и различать разные BTS для передачи обслуживания .
Когда мобильный телефон выполняет «поиск», он пытается найти пилот-сигналы в сети, настраиваясь на определенные радиочастоты и выполняя взаимную корреляцию по всем возможным фазам PN. Результат сильного пика корреляции указывает на близость BTS.
Другие прямые каналы, выбранные по их коду Уолша, передают данные из сети на 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 прямого исправления ошибок и генерируя кадр символов. Эти символы затем расширяются с помощью последовательностей Уолша и ПШ и передаются.
BTS передают расширенный канал синхронизации с кодом Уолша 32. Длина кадра канала синхронизации составляет мс, а его граница выравнивается по пилот-сигналу. Канал синхронизации постоянно передает одно сообщение, сообщение канала синхронизации , длина и содержание которого зависят от P_REV. Сообщение передается со скоростью 32 бита на кадр и кодируется 128 символами, что обеспечивает скорость 1200 бит/с. Сообщение канала синхронизации содержит информацию о сети, включая смещение PN, используемое сектором BTS.
Как только мобильный телефон обнаруживает надежный пилот-канал, он прослушивает канал синхронизации и декодирует сообщение канала синхронизации для обеспечения высокоточной синхронизации с системным временем. На этом этапе мобильный телефон знает, находится ли он в роуминге и находится ли он в эксплуатации.
BTS передают по крайней мере один и до семи пейджинговых каналов , начиная с кода Уолша 1. Время кадра пейджингового канала составляет 20 мс и синхронизировано по времени с системой IS-95 (т. е. GPS). 2-секундный переход . В пейджинговом канале используются две возможные скорости: 4800 бит/с или 9600 бит/с. Обе скорости кодируются со скоростью 19200 символов в секунду.
Пейджинговый канал содержит сигнальные сообщения, передаваемые из сети всем незадействованным мобильным телефонам. Набор сообщений сообщает мобильным телефонам подробную информацию о сетевых расходах, распространяя эту информацию, пока пейджинговый канал свободен. Пейджинговый канал также передает сообщения с более высоким приоритетом, предназначенные для установления вызовов на мобильные телефоны и с них.
Когда мобильный телефон находится в режиме ожидания, он в основном прослушивает пейджинговый канал. Как только мобильное устройство проанализировало всю служебную информацию сети, оно регистрируется в сети, а затем, при необходимости, переходит в режим слота . Оба эти процесса более подробно описаны ниже.
Пространство Уолша, не предназначенное для каналов вещания в секторе BTS, доступно для каналов трафика . Эти каналы передают отдельные голосовые вызовы и вызовы данных, поддерживаемые IS-95. Как и пейджинговый канал, каналы трафика имеют время кадра 20 мс.
Поскольку речь и пользовательские данные являются прерывистыми, 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 скорости 1 , обеспечивая скорость 1200, 2400, 4800 или 9600 бит/с. P_REV=3 и выше также обеспечивают набор скоростей 2 , обеспечивающий скорость 1800, 3600, 7200 или 14400 бит/с.
Для голосовых вызовов канал трафика передает кадры данных вокодера . В стандарте IS-95 определен ряд различных вокодеров, более ранние из которых были ограничены набором скорости 1 и были причиной некоторых жалоб пользователей на плохое качество речи. Более сложные вокодеры, использующие преимущества современных DSP и набора скорости 2, исправили ситуацию с качеством голоса и до сих пор широко используются в 2005 году.
Мобильная станция, получающая кадр трафика с переменной скоростью, не знает скорости, с которой этот кадр был передан. Обычно кадр декодируется на каждой возможной скорости и с использованием показателей качества декодера Витерби выбирается правильный результат.
Каналы трафика также могут передавать вызовы данных коммутации каналов в IS-95. Кадры трафика с переменной скоростью генерируются с использованием протокола радиосвязи IS-95 (RLP) . RLP предоставляет механизм улучшения производительности беспроводной линии связи для передачи данных. Там, где голосовые вызовы могут допускать случайные пропуски кадров длительностью 20 мс, без RLP производительность вызова данных будет неприемлемой.
В соответствии с IS-95B P_REV=5 пользователь мог использовать до семи дополнительных «кодовых» (трафиковых) каналов одновременно для увеличения пропускной способности вызова данных. Очень немногие мобильные телефоны или сети когда-либо предоставляли эту функцию, которая теоретически могла бы предложить пользователю скорость 115 200 бит/с.
После сверточного кодирования и повторения символы отправляются в блочный перемежитель длительностью 20 мс, который представляет собой массив 24 на 16.
IS-95 и использование в нем методов CDMA, как и любая другая система связи, имеют ограниченную пропускную способность в соответствии с теоремой Шеннона . Соответственно, пропускная способность увеличивается с увеличением отношения сигнал/шум и пропускной способности. IS-95 имеет фиксированную полосу пропускания, но хорошо себя зарекомендовал в цифровом мире, поскольку принимает активные меры по улучшению отношения сигнал/шум.
При использовании CDMA сигналы, которые не коррелированы с интересующим каналом (например, другие смещения ПШ от соседних базовых станций сотовой связи), проявляются как шум, а сигналы, передаваемые другими кодами Уолша (которые должным образом выровнены по времени), по существу удаляются в процессе работы. процесс распространения. Характер каналов трафика с переменной скоростью обеспечивает передачу кадров с более низкой скоростью и меньшей мощностью, что приводит к меньшему количеству шума для правильного приема других сигналов. Эти факторы обеспечивают более низкий уровень шума, чем другие сотовые технологии, позволяя сети IS-95 втиснуть больше пользователей в один и тот же радиоспектр.
Активное (медленное) управление мощностью также используется на прямых каналах трафика, где во время разговора мобильный телефон отправляет в сеть сигнальные сообщения, указывающие качество сигнала. Сеть будет контролировать передаваемую мощность канала трафика, чтобы поддерживать достаточно хорошее качество сигнала, тем самым сводя к минимуму уровень шума, видимый всем остальным пользователям.
Приемник также использует методы гребенчатого приемника для улучшения отношения сигнал/шум, а также для выполнения мягкой передачи обслуживания .
После установления вызова мобильный телефон ограничивается использованием канала трафика. Формат кадра определяется в MAC для канала трафика, который позволяет мультиплексировать обычные биты речи (вокодер) или данных (RLP) с фрагментами сигнальных сообщений. Фрагменты сигнальных сообщений собираются вместе в LAC, где полные сигнальные сообщения передаются на уровень 3.
cdmaOne использовался в следующих областях:
