IS-54 e IS-136 son sistemas de telefonía móvil de segunda generación ( 2G ), conocidos como AMPS digitales ( D-AMPS ), y más a menudo denominados TDMA , son un desarrollo posterior del sistema móvil 1G norteamericano Advanced Mobile Phone. Sistema (AMPS). Alguna vez prevaleció en todo el continente americano , particularmente en los Estados Unidos y Canadá desde que se implementó la primera red comercial en 1993. [1] D-AMPS se considera al final de su vida útil y las redes existentes han sido reemplazadas en su mayoría por GSM / GPRS. o tecnologías CDMA2000 .
El nombre TDMA se basa en la abreviatura de acceso múltiple por división de tiempo , una técnica de acceso múltiple común que se utiliza en la mayoría de los estándares 2G, incluido GSM, así como en IS-54 e IS-136. D-AMPS compitió con GSM y sistemas basados en acceso múltiple por división de código (CDMA).
D-AMPS utiliza canales AMPS existentes y permite una transición fluida entre sistemas digitales y analógicos en la misma área. La capacidad se incrementó con respecto al diseño analógico anterior dividiendo cada par de canales de 30 kHz en tres intervalos de tiempo (de ahí la división de tiempo ) y comprimiendo digitalmente los datos de voz, lo que produjo tres veces la capacidad de llamadas en una sola celda. Un sistema digital también hizo que las llamadas fueran más seguras al principio, ya que los escáneres analógicos no podían acceder a las señales digitales. Las llamadas se cifraban mediante CMEA , que luego se descubrió que era débil. [2]
IS-136 agregó una serie de características a la especificación IS-54 original, incluida la mensajería de texto , datos conmutados por circuitos (CSD) y un protocolo de compresión mejorado. Tanto SMS como CSD estaban disponibles como parte del protocolo GSM e IS-136 los implementó de manera casi idéntica.
Las antiguas grandes redes IS-136, incluidas AT&T en Estados Unidos y Rogers Wireless en Canadá, han actualizado sus redes IS-136 existentes a GSM/GPRS. Rogers Wireless eliminó todos los IS-136 de 1900 MHz en 2003 y ha hecho lo mismo con su espectro de 800 MHz cuando el equipo falló. Rogers desactivó su red IS-136 (junto con AMPS) el 31 de mayo de 2007. AT&T pronto lo siguió en febrero de 2008, cerrando TDMA y AMPS.
Alltel , que utilizó principalmente tecnología CDMA2000 pero adquirió una red TDMA de Western Wireless , cerró sus redes TDMA y AMPS en septiembre de 2008. US Cellular , que ahora también utiliza principalmente tecnología CDMA2000 , cerró su red TDMA en febrero de 2009.
IS-54 es el primer sistema de comunicaciones móviles que incluía seguridad y el primero en emplear tecnología TDMA. [3]
La evolución de las comunicaciones móviles se inició en tres regiones geográficas diferentes: América del Norte , Europa y Japón . Los estándares utilizados en estas regiones eran bastante independientes entre sí. [ cita necesaria ]
Las primeras tecnologías móviles o inalámbricas implementadas fueron totalmente analógicas y se conocen colectivamente como tecnologías de primera generación ( 1G ). En Japón, los estándares 1G eran: Nippon Telegraph and Telephone (NTT) y su versión de alta capacidad ( Hicap ). Los primeros sistemas utilizados en toda Europa no eran compatibles entre sí, lo que significa que la idea posterior de un punto de vista/estándar tecnológico común de la "Unión Europea" estaba ausente en ese momento. [ cita necesaria ]
Los diversos estándares 1G utilizados en Europa incluyen C-Netz (en Alemania y Austria), Comviq (en Suecia), Nordic Mobile Telephones /450 (NMT450) y NMT900 (ambos en países nórdicos), NMT-F (versión francesa de NMT900 ), TMA-450 (versión en español de NMT450), Radiocom 2000 (RC2000) (en Francia), TACS (Total Access Communication System) (en el Reino Unido , Italia e Irlanda ) y TMA-900 (versión en español de TACS) . Los estándares norteamericanos eran el sistema avanzado de telefonía móvil (AMPS) y el AMPS de banda estrecha (N-AMPS).
De los estándares 1G, el más exitoso fue el sistema AMPS [ cita necesaria ] . A pesar de la cooperación de los países nórdicos , los esfuerzos de ingeniería europeos se dividieron entre las distintas normas y las normas japonesas no recibieron mucha atención [ ¿por quién? ] . Desarrollado por Bell Labs en la década de 1970 y utilizado comercialmente por primera vez en los Estados Unidos en 1983, AMPS opera en la banda de 800 MHz en los Estados Unidos y es el estándar celular analógico de mayor distribución. (La banda PCS de 1900 MHz , establecida en 1994, es sólo para operación digital). El éxito de AMPS impulsó la era móvil en América del Norte.
El mercado mostró una demanda creciente porque tenía mayor capacidad y movilidad que las que los estándares de comunicación móviles entonces existentes eran capaces de soportar. Por ejemplo, el sistema de Bell Labs en la década de 1970 podía transportar sólo 12 llamadas a la vez en toda la ciudad de Nueva York . AMPS utilizó acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), lo que permitió que cada sitio celular transmitiera en diferentes frecuencias, lo que permitió construir muchos sitios celulares cerca uno del otro.
AMPS también tenía muchas desventajas. Principalmente, no tenía la capacidad de soportar la demanda cada vez mayor de uso de comunicaciones móviles. Cada sitio celular no tenía mucha capacidad para atender un mayor número de llamadas. AMPS también tenía un sistema de seguridad deficiente que permitía a las personas robar el código de serie de un teléfono para realizar llamadas ilegales. Todo esto desencadenó la búsqueda de un sistema más capaz.
La búsqueda dio como resultado el IS-54 , el primer estándar 2G estadounidense. En marzo de 1990, la red celular norteamericana incorporó el estándar IS-54B, el primer estándar celular digital de modo dual norteamericano. Este estándar venció al Narrowband AMPS o N-AMPS de Motorola , un esquema analógico que aumentaba la capacidad al reducir los canales de voz de 30 kHz a 10 kHz. IS-54, por su parte, aumentó la capacidad por medios digitales utilizando protocolos TDMA . Este método separa las llamadas por tiempo, colocando partes de conversaciones individuales en la misma frecuencia, una tras otra. TDMA triplicó la capacidad de llamadas.
Usando IS-54, un operador de telefonía celular podría convertir cualquiera de los canales de voz analógicos de su sistema a digitales . Un teléfono de modo dual utiliza canales digitales cuando están disponibles y utiliza de forma predeterminada AMPS normales cuando no los hay. IS-54 era compatible con versiones anteriores de telefonía celular analógica y, de hecho, coexistía en los mismos canales de radio que AMPS. Ningún cliente analógico se quedó atrás; simplemente no pudieron acceder a las nuevas funciones del IS-54. IS-54 también admitía autenticación , una ayuda para prevenir el fraude.
IS-54 emplea el mismo espaciado de canales de 30 kHz y bandas de frecuencia (824-849 y 869-894 MHz) que AMPS. La capacidad se incrementó con respecto al diseño analógico anterior dividiendo cada par de canales de 30 kHz en tres intervalos de tiempo y comprimiendo digitalmente los datos de voz, lo que produjo tres veces la capacidad de llamadas en una sola celda. Un sistema digital también hizo que las llamadas fueran más seguras porque los escáneres analógicos no podían acceder a las señales digitales.
El estándar IS-54 especifica 84 canales de control, 42 de los cuales se comparten con AMPS. Para mantener la compatibilidad con el sistema de telefonía celular AMPS existente, los canales primarios de control directo e inverso en los sistemas celulares IS-54 utilizan las mismas técnicas de señalización y esquema de modulación (FSK binario) que AMPS. Una infraestructura AMPS/IS-54 puede admitir el uso de teléfonos AMPS analógicos o teléfonos D-AMPS.
El método de acceso utilizado para IS-54 es el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), que fue el primer estándar digital estadounidense desarrollado. Fue adoptado por la TIA en 1992. TDMA subdivide cada uno de los canales AMPS de 30 kHz en tres canales TDMA de velocidad completa, cada uno de los cuales es capaz de admitir una única llamada de voz. Posteriormente, cada uno de estos canales de velocidad completa se subdividió en dos canales de velocidad media, cada uno de los cuales, con la codificación y compresión necesarias, también podía admitir una llamada de voz. Por tanto, TDMA podría proporcionar de tres a seis veces la capacidad de los canales de tráfico AMPS. TDMA se definió inicialmente por el estándar IS-54 y ahora se especifica en la serie de especificaciones IS-13x de EIA/TIA.
La velocidad binaria de transmisión del canal para modular digitalmente la portadora es de 48,6 kbit/s. Cada cuadro tiene seis intervalos de tiempo de 6,67 ms de duración. Cada intervalo de tiempo transporta 324 bits de información, de los cuales 260 bits son para datos de tráfico de velocidad completa de 13 kbit/s. Los otros 64 bits están sobrecargados; 28 de ellos son para sincronización y contienen una secuencia de bits específica conocida por todos los receptores para establecer la alineación de trama. Además, como ocurre con GSM, la secuencia conocida actúa como patrón de entrenamiento para inicializar un ecualizador adaptativo.
El sistema IS-54 dispone de diferentes secuencias de sincronización para cada uno de los seis intervalos de tiempo que componen la trama, permitiendo así que cada receptor se sincronice con sus propios intervalos de tiempo preasignados. 12 bits adicionales en cada intervalo de tiempo son para el SACCH (es decir, información de control del sistema). El código de color de verificación digital (DVCC) es el equivalente al tono de audio de supervisión utilizado en el sistema AMPS. Hay 256 códigos de color diferentes de 8 bits, que están protegidos por un código Hamming (12, 8, 3). Cada estación base tiene su propio código de color preasignado, por lo que se puede ignorar cualquier señal entrante de interferencia procedente de células distantes.
El esquema de modulación para IS-54 es modulación por desplazamiento de fase cuaternario diferencial 7C/4 (DQPSK), también conocido como diferencial 7t/4 4-PSK o π/4 DQPSK. Esta técnica permite una velocidad binaria de 48,6 kbit/s con una separación entre canales de 30 kHz, para dar una eficiencia de ancho de banda de 1,62 bit/s/Hz. Este valor es un 20% mejor que GSM. La principal desventaja de este tipo de método de modulación lineal es la ineficiencia energética, lo que se traduce en un dispositivo portátil más pesado y, lo que es aún más inconveniente, en un menor tiempo entre recargas de batería.
Los bits de datos de una conversación forman el campo DATOS. Seis ranuras conforman un marco IS-54 completo. Los DATOS en las ranuras 1 y 4, 2 y 5, y 3 y 6 forman un circuito de voz. DVCC significa código de color de verificación digital, terminología arcana para un valor de código único de 8 bits asignado a cada celda. G significa tiempo de guardia, el período entre cada intervalo de tiempo. RSVD significa reservado. SYNC representa sincronización, un campo de datos TDMA crítico. Cada ranura en cada cuadro debe estar sincronizada con todas las demás y con un reloj maestro para que todo funcione.
Los intervalos de tiempo para el sentido de móvil a base se construyen de forma diferente que para el sentido de base a móvil. Básicamente contienen la misma información pero están organizados de manera diferente. Observe que la dirección móvil a base tiene un tiempo de rampa de 6 bits para permitir que el tiempo del transmisor alcance su máxima potencia y una banda de protección de 6 bits durante la cual no se transmite nada. Estos 12 bits adicionales en el sentido base-móvil están reservados para uso futuro.
Una vez que entra una llamada, el móvil cambia a un par de frecuencias diferente; un canal de radio de voz que el operador del sistema ha convertido en analógico o digital. Este par lleva la llamada. Si se detecta una señal IS-54, se le asigna un canal de tráfico digital, si hay alguno disponible. El canal rápido asociado o FACCH realiza handoffs durante la llamada, sin necesidad de que el móvil vuelva al canal de control. En caso de mucho ruido, el FACCH integrado en el canal de tráfico digital anula la carga útil de voz, degradando la calidad de la voz para transmitir información de control. El objetivo es mantener la conectividad. El canal de control lento asociado o SACCH no realiza transferencias, sino que transmite cosas como información sobre la intensidad de la señal a la estación base.
El codificador de voz IS-54 utiliza la técnica denominada codificación de predicción lineal excitada por suma vectorial (VSELP). Este es un tipo especial de codificador de voz dentro de una gran clase conocida como codificadores de predicción lineal excitada por código (CELP). La velocidad de codificación de voz de 7,95 kbit/s logra una calidad de voz reconstruida similar a la del sistema AMPS analógico que utiliza modulación de frecuencia. La señal de 7,95 kbit/s luego pasa a través de un codificador de canal que carga la velocidad de bits hasta 13 kbit/s. El nuevo estándar de codificación de velocidad media reduce la velocidad de bits general para cada llamada a 6,5 kbit/s y debería proporcionar una calidad comparable a la velocidad de 13 kbit/s. Esta velocidad media proporciona una capacidad de canal seis veces mayor que la de los AMPS analógicos.
La discusión sobre un sistema de comunicación no estará completa sin la explicación de un ejemplo de sistema. Se explica un teléfono celular de modo dual según lo especificado por el estándar IS-54. Un teléfono de modo dual es capaz de funcionar en un celular sólo analógico o en un celular de modo dual. Tanto el transmisor como el receptor admiten esquemas de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) analógico FM y digital. Se prefiere la transmisión digital, de modo que cuando un sistema celular tiene capacidad digital, a la unidad móvil se le asigna primero un canal digital. Si no hay canales digitales disponibles, el sistema celular asignará un canal analógico. El transmisor convierte la señal de audio en una radiofrecuencia (RF) y el receptor convierte una señal de RF en una señal de audio. La antena enfoca y convierte la energía de RF para recepción y transmisión en espacio libre. El panel de control sirve como mecanismo de entrada/salida para el usuario final; admite un teclado, una pantalla, un micrófono y un altavoz. El coordinador sincroniza las funciones de transmisión y recepción de la unidad móvil. Un teléfono celular de modo dual consta de lo siguiente:
En 1993, la telefonía móvil estadounidense se estaba quedando nuevamente sin capacidad, a pesar de un amplio movimiento hacia la IS-54. El negocio de la telefonía móvil estadounidense siguió en auge. Los suscriptores crecieron de un millón y medio de clientes en 1988 a más de trece millones de suscriptores en 1993. Existía espacio para que otras tecnologías atendieran el mercado en crecimiento. Las tecnologías que siguieron al IS-54 se apegaron a la columna vertebral digital establecida por este.
Se lanzó un esfuerzo pragmático para mejorar el IS-54 que finalmente agregó un canal adicional al diseño híbrido del IS-54. A diferencia del IS-54, el IS-136 utiliza multiplexación por división de tiempo para transmisiones de canales de control y de voz. El canal de control digital permite cobertura residencial y dentro de edificios, un tiempo de espera de batería dramáticamente aumentado, varias aplicaciones de mensajería, activación inalámbrica y aplicaciones de datos ampliadas. Los sistemas IS-136 necesitaban soportar millones de teléfonos AMPS, la mayoría de los cuales fueron diseñados y fabricados antes de que se consideraran IS-54 e IS-136. IS-136 agregó una serie de características a la especificación IS-54 original, incluida mensajería de texto, datos conmutados por circuitos (CSD) y un protocolo de compresión mejorado. Los canales de tráfico TDMA IS-136 utilizan modulación π/4-DQPSK a una velocidad de canal de 24,3 kilobaudios y proporcionan una velocidad de datos efectiva de 48,6 kbit/s en los seis intervalos de tiempo que comprenden una trama en el canal de 30 kHz.
AT&T Mobility , el mayor operador estadounidense que admite D-AMPS (al que se refiere como "TDMA"), había rechazado su red existente para liberar espectro a sus plataformas GSM y UMTS en 19 mercados inalámbricos, lo que comenzó en mayo. 30 de 2007, con otras áreas que siguieron en junio y julio. La red TDMA en estos mercados operaba en la frecuencia de 1900 MHz y no coexistía con una red AMPS. El servicio en los mercados TDMA de 850 MHz restantes se suspendió junto con el servicio AMPS el 18 de febrero de 2008, excepto en áreas donde el servicio lo brindaba Dobson Communications . La red Dobson TDMA y AMPS se cerró el 1 de marzo de 2008.
El 31 de mayo de 2007, Rogers Wireless desmanteló sus redes D-AMPS y AMPS y trasladó a los clientes restantes de estas redes más antiguas a su red GSM.
Alltel completó el cierre de sus redes D-AMPS y AMPS en septiembre de 2008. El último operador en los Estados Unidos en operar una red D-AMPS fue US Cellular , que cerró su red D-AMPS el 10 de febrero de 2009.