El estándar provisional 95 ( IS-95 ) fue la primera tecnología celular digital que utilizó el acceso múltiple por división de código (CDMA). Fue desarrollado por Qualcomm y luego adoptado como estándar por la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones en la versión TIA/EIA/IS-95 publicada en 1995. El nombre patentado de IS-95 es cdmaOne .
Es un estándar de telecomunicaciones móviles 2G que utiliza CDMA, un esquema de acceso múltiple para radio digital , para enviar voz, datos y datos de señalización (como un número de teléfono marcado) entre teléfonos móviles y sitios celulares . CDMA transmite flujos de bits ( códigos PN ). CDMA permite que varias radios compartan las mismas frecuencias. A diferencia del acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), un sistema competidor utilizado en 2G GSM , todas las radios pueden estar activas todo el tiempo, porque la capacidad de la red no limita directamente el número de radios activas. Dado que un mayor número de teléfonos puede ser atendido por un menor número de sitios celulares, los estándares basados en CDMA tienen una ventaja económica significativa sobre los estándares basados en TDMA, [ cita requerida ] o los estándares celulares más antiguos que usaban multiplexación por división de frecuencia .
En América del Norte, la tecnología compitió con el AMPS digital (IS-136), un estándar basado en TDMA, así como con el GSM basado en TDMA. Fue suplantada por el IS-2000 (CDMA2000), un estándar posterior basado en CDMA.
La historia técnica de cdmaOne refleja tanto su nacimiento como un proyecto interno de Qualcomm como el mundo de los estándares celulares digitales en competencia, aún no probados, bajo los cuales se desarrolló. El término IS-95 se aplica de manera genérica al conjunto anterior de revisiones de protocolo, es decir, las revisiones uno a cinco de P_REV.
P_REV=1 se desarrolló según un proceso de estándares ANSI con referencia de documentación J-STD-008 . J-STD-008, publicado en 1995, solo se definió para la entonces nueva banda PCS de América del Norte (Banda Clase 1, 1900 MHz). El término IS-95 se refiere correctamente a P_REV=1, desarrollado según el proceso de estándares de la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA), para la banda celular de América del Norte (Banda Clase 0, 800 MHz) en aproximadamente el mismo período de tiempo. IS-95 ofrecía interoperabilidad (incluida la transferencia) con la red celular analógica. Para la operación digital, IS-95 y J-STD-008 tienen la mayoría de los detalles técnicos en común. El estilo y la estructura inmaduros de ambos documentos reflejan en gran medida la "estandarización" del proyecto interno de Qualcomm.
P_REV=2 se denomina Estándar provisional 95A (IS-95A) . El IS-95A se desarrolló solo para la clase de banda 0, como una mejora incremental con respecto al IS-95 en el proceso de estándares TIA.
P_REV=3 se denomina Boletín de servicios técnicos 74 (TSB-74) . TSB-74 fue la siguiente mejora incremental con respecto a IS-95A en el proceso de normalización de TIA.
P_REV=4 se denomina Estándar Interino 95B (IS-95B) Fase I , y P_REV=5 se denomina Estándar Interino 95B (IS-95B) Fase II . La vía de estándares IS-95B preveía una fusión de las vías de estándares TIA y ANSI bajo la TIA, y fue el primer documento que preveía la interoperabilidad de los teléfonos móviles IS-95 en ambas clases de banda (operación de doble banda). P_REV=4 fue, con diferencia, la variante más popular de IS-95, mientras que P_REV=5 solo tuvo una adopción mínima en Corea del Sur.
Los estándares P_REV=6 y posteriores se incluyen en el ámbito de aplicación de CDMA2000 . Además de las mejoras técnicas, los documentos IS-2000 son mucho más maduros en términos de diseño y contenido. También ofrecen compatibilidad con versiones anteriores de IS-95.
Los estándares IS-95 describen una interfaz aérea , [1] un conjunto de protocolos utilizados entre las unidades móviles y la red. IS-95 se describe ampliamente como una pila de tres capas, donde L1 corresponde a la capa física ( PHY ), L2 se refiere a las subcapas de Control de acceso al medio (MAC) y Control de acceso al enlace (LAC), y L3 a la máquina de estados de procesamiento de llamadas.
IS-95 define la transmisión de señales tanto en dirección directa (de red a móvil) como inversa (de móvil a red).
En la dirección de avance, las señales de radio se transmiten por estaciones base (BTS). Cada BTS está sincronizada con un receptor GPS , por lo que las transmisiones están estrictamente controladas en el tiempo. Todas las transmisiones de avance son QPSK con una tasa de chips de 1.228.800 por segundo. Cada señal se propaga con un código Walsh de longitud 64 y un código de ruido pseudoaleatorio ( código PN ) de longitud 2 15 , lo que produce un período de transición PN de ms.
En el sentido inverso, las señales de radio se transmiten por el móvil. Las transmisiones de enlace inverso son OQPSK para funcionar en el rango óptimo del amplificador de potencia del móvil. Al igual que en el enlace directo, la tasa de chips es de 1.228.800 por segundo y las señales se propagan con códigos Walsh y el código de ruido pseudoaleatorio , también conocido como código corto.
Cada BTS dedica una cantidad significativa de potencia de salida a un canal piloto , que es una secuencia PN no modulada (en otras palabras, extendida con código Walsh 0). A cada sector BTS de la red se le asigna un desplazamiento PN en pasos de 64 chips. No hay datos transportados en el piloto directo. Con su potente función de autocorrelación , el piloto directo permite a los móviles determinar la sincronización del sistema y distinguir diferentes BTS para el traspaso .
Cuando un móvil está "buscando", intenta encontrar señales piloto en la red sintonizando frecuencias de radio específicas y realizando una correlación cruzada entre todas las fases de PN posibles. Un resultado de pico de correlación fuerte indica la proximidad de una estación base.
Otros canales de avance, seleccionados por su código Walsh, llevan datos desde la red a los móviles. Los datos consisten en señalización de red y tráfico de usuario. Generalmente, los datos que se van a transmitir se dividen en tramas de bits. Una trama de bits pasa a través de un codificador convolucional, agregando redundancia de corrección de errores de avance, generando una trama de símbolos. Estos símbolos luego se distribuyen con las secuencias Walsh y PN y se transmiten.
Las BTS transmiten un canal de sincronización con código Walsh de 32 bits. La trama del canal de sincronización tiene una longitud de ms y su límite de trama está alineado con el piloto. El canal de sincronización transmite continuamente un único mensaje, el mensaje de canal de sincronización , cuya longitud y contenido dependen de P_REV. El mensaje se transmite a 32 bits por trama, codificado a 128 símbolos, lo que produce una velocidad de 1200 bit/s. El mensaje de canal de sincronización contiene información sobre la red, incluido el desplazamiento de PN utilizado por el sector de la BTS.
Una vez que un móvil ha encontrado un canal piloto potente, escucha el canal de sincronización y decodifica un mensaje de canal de sincronización para desarrollar una sincronización de alta precisión con la hora del sistema. En este punto, el móvil sabe si está en itinerancia y que está "en servicio".
Las BTS transmiten al menos uno y hasta siete canales de búsqueda que comienzan con el código Walsh 1. El tiempo de trama del canal de búsqueda es de 20 ms y está alineado en el tiempo con el sistema IS-95 (es decir, GPS) con una frecuencia de 2 segundos. Hay dos velocidades posibles que se utilizan en el canal de búsqueda: 4800 bit/s o 9600 bit/s. Ambas velocidades están codificadas a 19200 símbolos por segundo.
El canal de búsqueda contiene mensajes de señalización transmitidos desde la red a todos los móviles inactivos. Un conjunto de mensajes comunica información detallada sobre la sobrecarga de la red a los móviles, y esta información circula mientras el canal de búsqueda está libre. El canal de búsqueda también transmite mensajes de mayor prioridad dedicados a establecer llamadas hacia y desde los móviles.
Cuando un móvil está inactivo, escucha principalmente un canal de búsqueda. Una vez que el móvil ha analizado toda la información de sobrecarga de la red, se registra en la red y, opcionalmente, ingresa al modo ranurado . Ambos procesos se describen con más detalle a continuación.
El espacio Walsh no dedicado a canales de difusión en el sector BTS está disponible para canales de tráfico . Estos canales transportan las llamadas de voz y datos individuales admitidas por IS-95. Al igual que el canal de búsqueda, los canales de tráfico tienen un tiempo de trama de 20 ms.
Dado que la voz y los datos de usuario son intermitentes, los canales de tráfico admiten el funcionamiento a velocidad variable. Cada trama de 20 ms se puede transmitir a una velocidad diferente, según lo determine el servicio en uso (voz o datos). P_REV=1 y P_REV=2 admitían el conjunto de velocidades 1 , que proporcionaba una velocidad de 1200, 2400, 4800 o 9600 bit/s. P_REV=3 y posteriores también proporcionaban el conjunto de velocidades 2 , que producía velocidades de 1800, 3600, 7200 o 14400 bit/s.
En el caso de las llamadas de voz, el canal de tráfico transporta tramas de datos de vocoder . En la norma IS-95 se definen varios vocoders diferentes, los primeros de los cuales estaban limitados al conjunto de frecuencias 1 y eran responsables de algunas quejas de los usuarios sobre la mala calidad de la voz. Los vocoders más sofisticados, que aprovechan los procesadores de señal digitales modernos y el conjunto de frecuencias 2, solucionaron el problema de la calidad de la voz y todavía se utilizan ampliamente en 2005.
El móvil que recibe una trama de tráfico de velocidad variable no sabe a qué velocidad se transmitió la trama. Normalmente, la trama se decodifica a cada velocidad posible y, utilizando las métricas de calidad del decodificador Viterbi , se elige el resultado correcto.
Los canales de tráfico también pueden transportar llamadas de datos de conmutación de circuitos en IS-95. Las tramas de tráfico de velocidad variable se generan utilizando el Protocolo de enlace de radio IS-95 (RLP) . El RLP proporciona un mecanismo para mejorar el rendimiento del enlace inalámbrico para datos. Mientras que las llamadas de voz podrían tolerar la pérdida ocasional de tramas de 20 ms, una llamada de datos tendría un rendimiento inaceptable sin el RLP.
Con la norma IS-95B P_REV=5, un usuario podía utilizar hasta siete canales de "código" (tráfico) complementarios simultáneamente para aumentar el rendimiento de una llamada de datos. Muy pocos móviles o redes ofrecían esta función, que en teoría podía ofrecer 115.200 bit/s a un usuario.
Después de la codificación por convolución y la repetición, los símbolos se envían a un intercalador de bloques de 20 ms, que es una matriz de 24 por 16.
El IS-95 y su uso de técnicas CDMA, como cualquier otro sistema de comunicaciones, tienen un rendimiento limitado según el teorema de Shannon . En consecuencia, la capacidad mejora con la relación señal-ruido y el ancho de banda. El IS-95 tiene un ancho de banda fijo, pero funciona bien en el mundo digital porque toma medidas activas para mejorar la relación señal-ruido.
Con CDMA, las señales que no están correlacionadas con el canal de interés (como otras desviaciones de PN de estaciones base celulares adyacentes) aparecen como ruido, y las señales transportadas en otros códigos Walsh (que están correctamente alineadas en el tiempo) se eliminan esencialmente en el proceso de desdifusión. La naturaleza de velocidad variable de los canales de tráfico permite transmitir tramas de menor velocidad a menor potencia, lo que provoca menos ruido para que otras señales se reciban correctamente. Estos factores proporcionan un nivel de ruido inherentemente más bajo que otras tecnologías celulares, lo que permite que la red IS-95 incluya a más usuarios en el mismo espectro de radio.
El control de potencia activo (lento) también se utiliza en los canales de tráfico directo, donde durante una llamada, el móvil envía mensajes de señalización a la red indicando la calidad de la señal. La red controlará la potencia transmitida del canal de tráfico para mantener la calidad de la señal lo suficientemente buena, manteniendo así al mínimo el nivel de ruido percibido por el resto de usuarios.
El receptor también utiliza las técnicas del receptor rake para mejorar la relación señal-ruido (SNR) y realizar una transferencia suave .
Una vez que se establece una llamada, el móvil está restringido a utilizar el canal de tráfico. En la MAC se define un formato de trama para el canal de tráfico que permite que los bits de voz (vocoder) o datos (RLP) normales se multiplexen con fragmentos de mensajes de señalización. Los fragmentos de mensajes de señalización se juntan en la LAC, donde los mensajes de señalización completos se pasan a la Capa 3.
cdmaOne se utilizó en las siguientes áreas:
