El Estándar Interino 95 ( IS-95 ) fue la primera tecnología celular digital que utilizó acceso múltiple por división de código (CDMA). Fue desarrollado por Qualcomm y posteriormente adoptado como estándar por la Asociación de la Industria de Telecomunicaciones en la versión TIA/EIA/IS-95 publicada en 1995. El nombre propietario 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 la cantidad de radios activas. Dado que un mayor número de teléfonos pueden ser atendidos por un menor número de sitios celulares, los estándares basados en CDMA tienen una ventaja económica significativa sobre los estándares basados en TDMA, [ cita necesaria ] o los estándares celulares más antiguos que usaban multiplexación por división de frecuencia .
En Norteamérica, la tecnología compitió con Digital AMPS (IS-136), un estándar basado en TDMA, así como con GSM basado en TDMA. Fue reemplazado por 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 estándares celulares digitales competitivos en ese momento no probados bajo los cuales se desarrolló. El término IS-95 se aplica genéricamente al conjunto anterior de revisiones de protocolo, es decir, del uno al cinco de P_REV.
P_REV=1 fue desarrollado bajo 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 norteamericana (Banda Clase 1, 1900 MHz). El término IS-95 se refiere propiamente a P_REV=1, desarrollado bajo el proceso de estándares de la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA), para la banda celular norteamericana (Banda Clase 0, 800 MHz) aproximadamente en el mismo período de tiempo. IS-95 ofrecía interoperación (incluida la transferencia) con la red celular analógica. Para 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) . IS-95A fue desarrollado únicamente para Banda Clase 0, como una mejora incremental sobre 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 al IS-95A en el proceso de estándares 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 interoperación de teléfonos móviles IS-95 en ambas clases de banda (operación de doble banda). P_REV=4 fue, con diferencia, la variante más popular del IS-95, y P_REV=5 solo tuvo una aceptación mínima en Corea del Sur.
P_REV=6 y posteriores caen bajo el paraguas de CDMA2000 . Además de las mejoras técnicas, los documentos IS-2000 son mucho más maduros en términos de diseño y contenido. También proporcionan compatibilidad con versiones anteriores del 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 llamada- máquina de estados de procesamiento.
IS-95 define la transmisión de señales tanto en dirección directa (red a móvil) como inversa (móvil a red).
En dirección directa, las señales de radio se transmiten a través de estaciones base (BTS). Cada BTS está sincronizado con un receptor GPS para que las transmisiones estén estrictamente controladas en el tiempo. Todas las transmisiones directas son QPSK con una velocidad de chip 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 renovación de PN de ms.
En sentido inverso, las señales de radio las transmite el móvil. Las transmisiones de enlace inverso son OQPSK para poder operar en el rango óptimo del amplificador de potencia del móvil. Al igual que el enlace directo, la velocidad del chip es de 1.228.800 por segundo y las señales se transmiten 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, ensanchada 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 sobre el piloto delantero. Con su fuerte función de autocorrelación , el piloto delantero permite a los móviles determinar la sincronización del sistema y distinguir diferentes BTS para la transferencia .
Cuando un móvil está "buscando", intenta encontrar señales piloto en la red sintonizando frecuencias de radio particulares y realizando una correlación cruzada en todas las fases PN posibles. Un resultado de pico de correlación fuerte indica la proximidad de una BTS.
Otros canales directos, seleccionados por su código Walsh, transportan datos desde la red a los móviles. Los datos consisten en señalización de red y tráfico de usuarios. Generalmente, los datos a transmitir se dividen en tramas de bits. Una trama de bits pasa a través de un codificador convolucional, lo que agrega redundancia de corrección de errores directa y genera una trama de símbolos. Estos símbolos luego se propagan con las secuencias de Walsh y PN y se transmiten.
Los BTS transmiten un canal de sincronización extendido con el código Walsh 32. 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 del canal de sincronización , que tiene una longitud y un contenido que dependen del P_REV. El mensaje se transmite a 32 bits por trama, codificado en 128 símbolos, lo que produce una velocidad de 1200 bit/s. El mensaje del canal de sincronización contiene información sobre la red, incluido el desplazamiento de PN utilizado por el sector BTS.
Una vez que un móvil ha encontrado un canal piloto fuerte, escucha el canal de sincronización y decodifica un mensaje del canal de sincronización para desarrollar una sincronización altamente precisa con la hora del sistema. En este punto el móvil sabe si está en roaming y que está "en servicio".
Los BTS transmiten al menos uno y hasta siete canales de búsqueda comenzando con el código Walsh 1. El tiempo de trama del canal de búsqueda es de 20 ms y está alineado en tiempo con el sistema IS-95 (es decir, GPS). Roll-over de 2 segundos. . Hay dos velocidades posibles utilizadas 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 detalladamente la sobrecarga de la red a los móviles, haciendo circular esta información 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, principalmente escucha un canal de buscapersonas. Una vez que un móvil ha analizado toda la información general de la red, se registra en la red y luego, opcionalmente, ingresa al modo ranurado . Ambos procesos se describen con más detalle a continuación.
El espacio Walsh no dedicado a canales de transmisión en el sector BTS está disponible para canales de tráfico . Estos canales transportan llamadas individuales de voz y datos admitidas por IS-95. Al igual que el canal de búsqueda, los canales de tráfico tienen un tiempo de fotograma de 20 ms.
Dado que la voz y los datos del usuario son intermitentes, los canales de tráfico admiten operaciones de velocidad variable. Cada cuadro de 20 ms puede transmitirse a una velocidad diferente, según lo determine el servicio en uso (voz o datos). P_REV=1 y P_REV=2 admiten el conjunto de velocidades 1 , lo que proporciona una velocidad de 1200, 2400, 4800 o 9600 bit/s. P_REV=3 y posteriores también proporcionaron el conjunto de velocidades 2 , lo que produce velocidades de 1800, 3600, 7200 o 14400 bit/s.
Para llamadas de voz, el canal de tráfico transporta tramas de datos de vocoder . En IS-95 se definen varios codificadores de voz diferentes, el anterior de los cuales se limitaba al conjunto de tarifas 1 y era responsable de algunas quejas de los usuarios sobre la mala calidad de la voz. Los codificadores de voz más sofisticados, que aprovechan los DSP modernos y el conjunto de velocidades 2, remediaron la situación 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 conoce la velocidad a la que se transmitió la trama. Normalmente, el cuadro se decodifica a cada velocidad posible y, utilizando las métricas de calidad del decodificador de 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 (RLP) IS-95 . RLP proporciona un mecanismo para mejorar el rendimiento del enlace inalámbrico de datos. Mientras que las llamadas de voz pueden tolerar la caída ocasional de tramas de 20 ms, una llamada de datos tendría un rendimiento inaceptable sin RLP.
Según IS-95B P_REV=5, un usuario podía utilizar hasta siete canales de "código" (tráfico) suplementarios simultáneamente para aumentar el rendimiento de una llamada de datos. Muy pocos móviles o redes ofrecieron esta característica, que en teoría podría ofrecer 115200 bit/s a un usuario.
Después de la codificación convolucional y la repetición, los símbolos se envían a un entrelazador de bloques de 20 ms, que es una matriz de 24 por 16.
IS-95 y su uso de técnicas CDMA, como cualquier otro sistema de comunicaciones, tienen su rendimiento limitado según el teorema de Shannon . En consecuencia, la capacidad mejora con la SNR y el ancho de banda. IS-95 tiene un ancho de banda fijo, pero le va bien en el mundo digital porque toma medidas activas para mejorar la SNR.
Con CDMA, las señales que no están correlacionadas con el canal de interés (como otras compensaciones de PN de estaciones base celulares adyacentes) aparecen como ruido, y las señales transportadas en otros códigos Walsh (que están correctamente alineados en el tiempo) se eliminan esencialmente en el proceso. proceso de difusión. La naturaleza de velocidad variable de los canales de tráfico proporciona tramas de menor velocidad que se transmiten a menor potencia, lo que provoca menos ruido para otras señales que aún no se reciben correctamente. Estos factores proporcionan un nivel de ruido inherentemente más bajo que otras tecnologías celulares, lo que permite a la red IS-95 incluir 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 visto por todos los demás usuarios.
El receptor también utiliza las técnicas del receptor rake para mejorar la SNR y realizar un traspaso suave .
Una vez que se establece una llamada, un móvil está restringido a utilizar el canal de tráfico. Se define un formato de trama en el MAC para el canal de tráfico que permite multiplexar los bits regulares de voz (vocoder) o datos (RLP) con fragmentos de mensajes de señalización. Los fragmentos del mensaje de señalización se ensamblan en el LAC, donde los mensajes de señalización completos se pasan a la Capa 3.
cdmaOne se utilizó en las siguientes áreas:
