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 Sistema avanzado de telefonía móvil (AMPS). Alguna vez fue frecuente 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 en su mayoría han sido reemplazadas por tecnologías GSM / GPRS o 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 los sistemas basados en acceso múltiple por división de código (CDMA).
El sistema D-AMPS utiliza los 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 llamada 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 cifraron mediante CMEA , que más tarde se descubrió que era débil. [2]
La especificación IS-136 agregó una serie de características a la especificación IS-54 original, entre ellas, mensajería de texto , datos conmutados por circuitos (CSD) y un protocolo de compresión mejorado. Los SMS y los CSD estaban disponibles como parte del protocolo GSM, y la especificación IS-136 los implementó de una 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 siguió su ejemplo poco después, en febrero de 2008, y cerró tanto TDMA como AMPS.
Alltel , que utilizaba 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 comunicación móvil que incorporaba medidas de seguridad y el primero en emplear tecnología TDMA. [3]
La evolución de las comunicaciones móviles comenzó en tres regiones geográficas diferentes: América del Norte , Europa y Japón . Los estándares utilizados en estas regiones eran bastante independientes entre sí. [ cita requerida ]
Las primeras tecnologías móviles o inalámbricas que se implementaron fueron completamente analógicas y se conocen colectivamente como tecnologías de 1.ª generación ( 1G ). En Japón, los estándares 1G fueron: 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 requerida ]
Los diversos estándares 1G en uso en Europa incluían 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 española de NMT450), Radiocom 2000 (RC2000) (en Francia), TACS (Total Access Communication System) (en el Reino Unido , Italia e Irlanda ) y TMA-900 (versión española de TACS). Los estándares norteamericanos eran Advanced Mobile Phone System (AMPS) y Narrow-band AMPS (N-AMPS).
A pesar de la cooperación de los países nórdicos , los esfuerzos de ingeniería europeos se dividieron entre los distintos estándares, y los estándares japoneses no recibieron mucha atención [¿ por parte de quién? ] . AMPS, desarrollado por Bell Labs en la década de 1970 y utilizado por primera vez comercialmente en los Estados Unidos en 1983, opera en la banda de 800 MHz en los Estados Unidos y es el estándar celular analógico más ampliamente distribuido. (La banda PCS de 1900 MHz , establecida en 1994, es solo para operación digital). El éxito de AMPS inició la era móvil en América del Norte.
El mercado mostró una demanda creciente porque tenía una capacidad y una movilidad mayores que las que podían manejar los estándares de comunicación móvil existentes en ese momento. Por ejemplo, el sistema de Bell Labs en la década de 1970 podía transportar solo 12 llamadas a la vez en toda la ciudad de Nueva York . AMPS utilizó el acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), que permitió que cada sitio celular transmitiera en diferentes frecuencias, lo que permitió que muchos sitios celulares se construyeran cerca uno del otro.
AMPS también tenía muchas desventajas. En primer lugar, no tenía la capacidad de soportar la demanda cada vez mayor de uso de comunicaciones móviles. Cada estación base no tenía mucha capacidad para transportar un mayor número de llamadas. AMPS también tenía un sistema de seguridad deficiente que permitía a la gente robar el código de serie de un teléfono para usarlo para hacer llamadas ilegales. Todos estos factores desencadenaron la búsqueda de un sistema más capaz.
La búsqueda dio como resultado 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 se impuso 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 otro lado, 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 después de la otra. TDMA triplicó la capacidad de llamadas.
Con el IS-54, un operador de telefonía celular podía convertir cualquiera de los canales de voz analógicos de su sistema en canales digitales . Un teléfono de modo dual utiliza canales digitales cuando están disponibles y, por defecto, AMPS normales cuando no lo están. El 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 podían acceder a las nuevas funciones del IS-54. El IS-54 también admitía autenticación , lo que ayudaba a prevenir el fraude.
El IS-54 emplea el mismo espaciamiento de canales de 30 kHz y las mismas bandas de frecuencia (824-849 y 869-894 MHz) que el 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 permitió obtener una capacidad de llamada tres veces mayor 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 son compartidos con AMPS. Para mantener la compatibilidad con el sistema de telefonía celular AMPS existente, los canales de control directo e inverso primarios 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 soportar 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 que se desarrolló. Fue adoptado por la TIA en 1992. El 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 soportar una sola llamada de voz. Más tarde, cada uno de estos canales de velocidad completa se subdividió a su vez en dos canales de velocidad media, cada uno de los cuales, con la codificación y compresión necesarias, también podría soportar una llamada de voz. De este modo, el TDMA podría proporcionar de tres a seis veces la capacidad de los canales de tráfico AMPS. El TDMA se definió inicialmente en el estándar IS-54 y ahora se especifica en la serie de especificaciones IS-13x de la EIA/TIA.
La velocidad de transmisión del canal para modular digitalmente la portadora es de 48,6 kbit/s. Cada trama 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 los datos de tráfico de velocidad completa de 13 kbit/s. Los otros 64 bits son de sobrecarga; 28 de ellos son para sincronización y contienen una secuencia de bits específica conocida por todos los receptores para establecer la alineación de la trama. Además, al igual que con GSM, la secuencia conocida actúa como un patrón de entrenamiento para inicializar un ecualizador adaptativo.
El sistema IS-54 tiene diferentes secuencias de sincronización para cada uno de los seis intervalos de tiempo que componen la trama, lo que permite 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 del tono de audio de supervisión utilizado en el sistema AMPS. Hay 256 códigos de color de 8 bits diferentes, 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 de interferencia entrante de celdas distantes.
El esquema de modulación para IS-54 es modulación por desplazamiento de fase cuaternario diferencial 7C/4 (DQPSK), también conocido como 4-PSK diferencial 7t/4 o DQPSK π/4. Esta técnica permite una tasa de bits de 48,6 kbit/s con un espaciado 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 el GSM. La principal desventaja de este tipo de método de modulación lineal es la ineficiencia energética, 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 DATA. Seis ranuras forman una trama IS-54 completa. 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 guarda, el período entre cada ranura de tiempo. RSVD significa reservado. SYNC representa sincronización, un campo de datos TDMA crítico. Cada ranura en cada trama debe estar sincronizada con todas las demás y con un reloj maestro para que todo funcione.
Los intervalos de tiempo para la dirección de móvil a base se construyen de manera diferente a los de la dirección de base a móvil. Básicamente, llevan la misma información, pero están organizados de manera diferente. Observe que la dirección de móvil a base tiene un tiempo de rampa de 6 bits para permitir que su transmisor alcance la potencia máxima y una banda de guarda de 6 bits durante la cual no se transmite nada. Estos 12 bits adicionales en la dirección de base a 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 transmite la llamada. Si se detecta una señal IS-54, se le asigna un canal de tráfico digital si hay alguno disponible. El canal asociado rápido o FACCH realiza transferencias 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 propósito es mantener la conectividad. El canal de control asociado lento o SACCH no realiza transferencias, pero transmite cosas como información de 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). Se trata de un tipo especial de codificador de voz dentro de una amplia clase conocida como codificadores de predicción lineal excitada por código (CELP). La tasa 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 pasa entonces a través de un codificador de canal que carga la tasa de bits hasta 13 kbit/s. El nuevo estándar de codificación de media tasa reduce la tasa de bits general para cada llamada a 6,5 kbit/s y debería proporcionar una calidad comparable a la tasa de 13 kbit/s. Esta media tasa proporciona una capacidad de canal seis veces mayor que la del AMPS analógico.
El análisis de un sistema de comunicación no estará completo sin la explicación de un ejemplo de sistema. Se explica un teléfono celular de modo dual según lo especificado por la norma IS-54. Un teléfono de modo dual es capaz de operar en una celda solo analógica o en una celda de modo dual. Tanto el transmisor como el receptor admiten esquemas de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) tanto analógicos como digitales. Se prefiere la transmisión digital, por lo que cuando un sistema celular tiene capacidad digital, primero se le asigna un canal digital a la unidad móvil. Si no hay canales digitales disponibles, el sistema celular asignará un canal analógico. El transmisor convierte la señal de audio en una frecuencia de radio (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 la transmisión y recibe funciones de la unidad móvil. Un teléfono celular de modo dual consta de lo siguiente:
En 1993, la telefonía celular estadounidense se estaba quedando nuevamente sin capacidad, a pesar de una amplia transición hacia la IS-54. El negocio de la telefonía celular estadounidense siguió en auge. El número de abonados aumentó de un millón y medio de clientes en 1988 a más de trece millones en 1993. Había espacio para que otras tecnologías se adaptaran al creciente mercado. Las tecnologías que siguieron a la IS-54 se mantuvieron fieles a la estructura digital establecida por ella.
Se lanzó un esfuerzo pragmático para mejorar el IS-54 que finalmente agregó un canal adicional al diseño híbrido IS-54. A diferencia del IS-54, el IS-136 utiliza multiplexación por división de tiempo tanto para las transmisiones de voz como de canal de control. El canal de control digital permite cobertura residencial y dentro de edificios, un tiempo de espera de batería significativamente mayor, varias aplicaciones de mensajería, activación por aire y aplicaciones de datos expandidas. Los sistemas IS-136 necesitaban soportar millones de teléfonos AMPS, la mayoría de los cuales fueron diseñados y fabricados antes de que se consideraran los IS-54 y el IS-136. El IS-136 agregó una serie de características a la especificación original del IS-54, incluyendo mensajería de texto, datos conmutados por circuitos (CSD) y un protocolo de compresión mejorado. Los canales de tráfico TDMA del IS-136 utilizan modulación π/4-DQPSK a una velocidad de canal de 24,3 kilobaudios y brindan 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 , la mayor operadora de los EE. UU. que admitía D-AMPS (a la que se refiere como "TDMA"), había abandonado su red existente para liberar el espectro a sus plataformas GSM y UMTS en 19 mercados inalámbricos, lo que comenzó el 30 de mayo de 2007, a lo que le siguieron otras áreas 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 interrumpió junto con el servicio AMPS el 18 de febrero de 2008, excepto en las áreas donde el servicio lo proporcionaba 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.