cdmaOne - cdmaOne
Interim Standard 95 ( IS-95 ) byla vůbec první digitální mobilní technologií založenou na CDMA . Byl vyvinut společností Qualcomm a později přijat jako standard Tele Association of Industry ve vydání TIA / EIA / IS-95 publikovaném v roce 1995. Vlastní název pro IS-95 je cdmaOne .
Jedná se o standard 2G pro mobilní telekomunikace, který používá vícenásobný přístup s kódovým dělením (CDMA), schéma vícenásobného přístupu pro digitální rádio , k odesílání hlasových, datových a signalizačních dat (jako je vytočené telefonní číslo) mezi mobilními telefony a mobilními weby . CDMA přenáší toky bitů ( kódy PN ). CDMA umožňuje, aby několik rádií sdílelo stejné frekvence. Na rozdíl od TDMA „time division multiple access“, konkurenčního systému používaného v 2G GSM , mohou být všechna rádia stále aktivní, protože kapacita sítě přímo neomezuje počet aktivních rádií. Jelikož větší počet telefonů může obsluhovat menší počet mobilních webů, mají standardy založené na CDMA významnou ekonomickou výhodu oproti standardům založeným na TDMA nebo nejstarším celulárním standardům, které používají multiplexování s frekvenčním dělením .
V Severní Americe tato technologie konkurovala technologii Digital AMPS (IS-136, technologie TDMA ). To bylo nahrazeno IS-2000 (CDMA2000), pozdějším standardem založeným na CDMA.
Revize protokolu
Technická historie cdmaOne odráží jak jeho zrod jako interní projekt Qualcomm, tak svět tehdy neprokázaných konkurenčních digitálních standardů pro mobilní zařízení, podle nichž byla vyvinuta. Termín IS-95 obecně vztahuje na starší sady protokolů revizí, a to P_REV je jedna až pět.
P_REV = 1 byl vyvinut v rámci procesu standardů ANSI s referenční dokumentací J-STD-008 . J-STD-008, publikovaný v roce 1995, byl definován pouze pro tehdy nové severoamerické pásmo PCS (Band Class 1, 1900 MHz). Termín IS-95 správně odkazuje na P_REV = 1, vyvinutý v rámci standardizačního procesu Telecommunications Industry Association (TIA), pro severoamerické celulární pásmo (Band Class 0, 800 MHz) ve zhruba stejném časovém rámci. IS-95 nabídl spolupráci (včetně předání) s analogovou celulární sítí. Pro digitální provoz mají IS-95 a J-STD-008 většinu technických detailů společných. Nezralý styl a struktura obou dokumentů vysoce odrážejí „standardizaci“ interního projektu společnosti Qualcomm.
P_REV = 2 se označuje jako prozatímní standard 95A (IS-95A) . IS-95A byl vyvinut pouze pro pásmo třídy 0, jako postupné zlepšování oproti IS-95 v procesu standardů TIA.
P_REV = 3 se nazývá Bulletin technických služeb 74 (TSB-74) . TSB-74 byl dalším přírůstkovým zlepšením oproti IS-95A v procesu standardů TIA.
P_REV = 4 se označuje jako prozatímní standard 95B (IS-95B) fáze I a P_REV = 5 se označuje jako prozatímní standard 95B (IS-95B) fáze II . Stopa standardů IS-95B umožňovala sloučení stop standardů TIA a ANSI pod TIA a byl prvním dokumentem, který umožňoval interoperabilitu mobilních telefonů IS-95 v obou pásmových třídách (provoz s dvěma pásmy). P_REV = 4 byla zdaleka nejoblíbenější variantou IS-95, přičemž P_REV = 5 zaznamenal minimální absorpci pouze v Jižní Koreji.
P_REV = 6 a více spadá pod deštník CDMA2000 . Kromě technických vylepšení jsou dokumenty IS-2000 mnohem vyspělejší, co se týče rozložení a obsahu. Poskytují také zpětnou kompatibilitu s IS-95.
Podrobnosti protokolu
Standardy IS-95 popisují vzdušné rozhraní , soubor protokolů používaných mezi mobilními jednotkami a sítí. IS-95 je široce popisován jako třívrstvý zásobník, kde L1 odpovídá fyzické vrstvě ( PHY ), L2 označuje podvrstvy Media Access Control (MAC) a Link-Access Control (LAC) a L3 volání stavový stroj zpracování.
Fyzická vrstva
IS-95 definuje přenos signálů v obou směrech vpřed (síť-na-mobil) a vzad (z mobilu na síť).
Směrem dopředu jsou rádiové signály přenášeny základnovými stanicemi (BTS). Každý BTS je synchronizován s přijímačem GPS, takže přenosy jsou přísně kontrolovány v čase. Všechny dopředné přenosy jsou QPSK s čipovou rychlostí 1 228 800 za sekundu. Každý signál se šíří Walshovým kódem o délce 64 a pseudonáhodným šumovým kódem ( PN kód ) o délce 2 15 , čímž se získá doba převrácení PN ms.
Pro zpětný směr jsou rádiové signály přenášeny mobilem. Přenosy s reverzním spojem jsou OQPSK , aby fungovaly v optimálním rozsahu výkonového zesilovače mobilního telefonu. Stejně jako dopředný odkaz je rychlost čipu 1 228 800 za sekundu a signály se šíří pomocí Walshových kódů a pseudonáhodného šumového kódu, který je také známý jako krátký kód.
Přeposílat vysílané kanály
Každý BTS věnuje značné množství výstupního výkonu pilotnímu kanálu , což je nemodulovaná PN sekvence (jinými slovy, šíření Walshovým kódem 0). Každému sektoru BTS v síti je přiřazen posun PN v krocích po 64 čipech. O dopředném pilotovi nejsou přenášena žádná data. Díky své silné autokorelační funkci umožňuje dopředný pilot mobilním telefonům určit načasování systému a rozlišit různé BTS pro předání .
Když mobilní telefon „hledá“, pokouší se najít pilotní signály v síti naladěním konkrétních rádiových frekvencí a provedením vzájemné korelace ve všech možných fázích PN. Výsledek silného korelačního píku naznačuje blízkost BTS.
Ostatní dopředné kanály, vybrané jejich kódem Walsh, přenášejí data ze sítě do mobilních telefonů. Data se skládají ze síťové signalizace a provozu uživatelů. Obecně jsou data určená k přenosu rozdělena do bitových rámců. Rámec bitů prochází konvolučním kodérem a přidává redundanci dopředné korekce chyb, generuje rámec symbolů. Tyto symboly jsou poté šířeny Walshovými a PN sekvencemi a přenášeny.
BTS vysílají synchronizační kanál šířící se Walshovým kódem 32. Rámec synchronizačního kanálu je dlouhý ms a jeho hranice rámce je zarovnána s pilotem. Synchronizační kanál neustále vysílá jednu zprávu, Sync Channel Message , která má délku a obsah závislý na P_REV. Zpráva se přenáší 32 bitů na rámec, kóduje se na 128 symbolů, což vede k rychlosti 1200 bit / s. Zpráva synchronizačního kanálu obsahuje informace o síti, včetně posunu PN používaného sektorem BTS.
Jakmile mobilní telefon najde silný pilotní kanál, naslouchá synchronizačnímu kanálu a dekóduje zprávu synchronizačního kanálu, aby vytvořil vysoce přesnou synchronizaci se systémovým časem. V tomto okamžiku mobilní telefon ví, zda je v roamingu a že je „v provozu“.
BTS vysílají alespoň jeden a až sedm stránkovacích kanálů počínaje Walshovým kódem 1. Čas rámce stránkovacího kanálu je 20 ms a je časově zarovnán na 2sekundové převrácení systému IS-95 (tj. GPS) . Na stránkovacím kanálu jsou použity dvě možné rychlosti: 4800 bit / s nebo 9600 bit / s. Obě rychlosti jsou kódovány na 19200 symbolů za sekundu.
Stránkovací kanál obsahuje signalizační zprávy přenášené ze sítě do všech nečinných mobilních telefonů. Sada zpráv sděluje podrobné režijní náklady do mobilních telefonů a šíří tyto informace, zatímco je stránkovací kanál volný. Stránkovací kanál také přenáší zprávy s vyšší prioritou určené k nastavování hovorů do az mobilních telefonů.
Když je mobilní telefon nečinný, většinou poslouchá stránkovací kanál. Jakmile mobilní telefon analyzuje všechny režijní informace o síti, zaregistruje se v síti a poté volitelně vstoupí do režimu slotted . Oba tyto procesy jsou podrobněji popsány níže.
Předat kanály provozu
Walsh prostor, který není vyhrazen pro vysílací kanály v sektoru BTS, je k dispozici pro dopravní kanály . Tyto kanály přenášejí jednotlivé hlasové a datové hovory podporované IS-95. Stejně jako stránkovací kanál, i provozní kanály mají snímkovou dobu 20 ms.
Jelikož jsou hlasová a uživatelská data přerušovaná, podporují dopravní kanály provoz s proměnnou rychlostí. Každých 20 ms rámec může být vysílán jinou rychlostí, jak je stanoveno používanou službou (hlasovou nebo datovou). P_REV = 1 a P_REV = 2 podporovaná rychlost 1 , poskytující rychlost 1200, 2400, 4800 nebo 9600 bit / s. P_REV = 3 a dále také poskytuje sadu rychlostí 2 , s rychlostí 1800, 3600, 7200 nebo 14 400 bit / s.
U hlasových hovorů nese dopravní kanál rámce dat vokodéru . V IS-95 je definována řada různých vokodérů, z nichž dřívější byly omezeny na rychlostní sadu 1 a byly zodpovědné za některé stížnosti uživatelů na špatnou kvalitu hlasu. Sofistikovanější vokodéry využívající výhody moderních DSP a rychlostní sady 2 napravily situaci v kvalitě hlasu a v roce 2005 se stále hojně používají.
Mobilní přijímací rámec s proměnnou rychlostí nezná rychlost, jakou byl rámec vysílán. Obvykle je rámec dekódován každou možnou rychlostí a pomocí metrik kvality dekodéru Viterbi je vybrán správný výsledek.
Dopravní kanály mohou také přenášet datové hovory s přepínáním obvodů v IS-95. Přenosové rámce s proměnlivou rychlostí se generují pomocí protokolu IS-95 Radio Link Protocol (RLP) . RLP poskytuje mechanismus pro zlepšení výkonu bezdrátového spojení pro data. Tam, kde hlasová volání mohou tolerovat vynechání občasných 20 ms snímků, by datový hovor měl bez RLP nepřijatelný výkon.
Pod IS-95B P_REV = 5 bylo možné, aby uživatel použil až sedm doplňkových „kódových“ (provozních) kanálů současně ke zvýšení propustnosti datového volání. Tuto funkci poskytlo jen velmi málo mobilních telefonů nebo sítí, které by teoreticky mohly uživateli nabídnout 115200 bit / s.
Blokovat prokládač
Po konvolučním kódování a opakování jsou symboly odeslány do blokového prokládače 20 ms, což je pole 24 x 16.
Kapacita
IS-95 a jeho použití technik CDMA, stejně jako jakýkoli jiný komunikační systém, mají svou propustnost omezenou podle Shannonovy věty . Podle toho se kapacita zvyšuje s SNR a šířkou pásma. IS-95 má pevnou šířku pásma, ale v digitálním světě si vede dobře, protože podniká aktivní kroky ke zlepšení SNR.
U CDMA se signály, které nekorelují se sledovaným kanálem (jako jsou jiné kompenzace PN ze sousedních celulárních základnových stanic), jeví jako šum a signály přenášené na jiných Walshových kódech (které jsou správně časově zarovnány) jsou v zásadě odstraněny proces rozmetání. Povaha provozních kanálů s proměnlivou rychlostí poskytuje rámce s nižší rychlostí, které se mají vysílat při nižším výkonu, což způsobuje menší šum pro ostatní signály, které mají být správně přijímány. Tyto faktory poskytují inherentně nižší hladinu šumu než jiné mobilní technologie, což umožňuje síti IS-95 vytlačit více uživatelů do stejného rádiového spektra.
Aktivní (pomalé) řízení výkonu se používá také na předních provozních kanálech, kde během hovoru odesílá mobilní telefon do sítě signalizační zprávy indikující kvalitu signálu. Síť bude řídit přenášený výkon provozního kanálu, aby udržovala kvalitu signálu na dostatečně dobré úrovni, a tím udržovala hladinu šumu viděnou všemi ostatními uživateli na minimu.
Přijímač také používá techniky shrnovače pro zlepšení SNR a provedení měkkého předání .
Vrstva 2
Jakmile je hovor navázán, je mobilní telefon omezen na používání provozního kanálu. V MAC je definován formát rámce pro dopravní kanál, který umožňuje multiplexování běžných hlasových (vokodérů) nebo datových (RLP) bitů s fragmenty signalizačních zpráv. Fragmenty signalizačních zpráv jsou spojeny dohromady v LAC, kde jsou úplné signalizační zprávy předávány do vrstvy 3.
Viz také
Reference
externí odkazy
- TR-45 Engineering Committee CDMA Standards Developing Group