Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о технологии мобильных телефонов. Для метода доступа к каналу см. Множественный доступ с кодовым разделением .

Мобильный телефон Samsung cdmaOne в разобранном виде

Промежуточный стандарт 95 ( IS-95 ) был первой цифровой сотовой технологией на основе CDMA . Он был разработан Qualcomm и позже принят в качестве стандарта Ассоциацией телекоммуникационной индустрии в версии TIA / EIA / IS-95, опубликованной в 1995 году. Собственное название IS-95 - cdmaOne .

Это стандарт мобильной связи 2G, который использует CDMA , схему множественного доступа для цифрового радио , для передачи голоса, данных и данных сигнализации (например, набранный телефонный номер) между мобильными телефонами и сотовыми узлами .

CDMA или «множественный доступ с кодовым разделением каналов» - это цифровая радиосистема , которая передает потоки битов ( PN коды ). CDMA позволяет нескольким радиостанциям использовать одни и те же частоты. В отличие от TDMA «множественного доступа с временным разделением каналов», конкурирующей системы, используемой в 2G GSM , все радиостанции могут быть активны все время, поскольку пропускная способность сети не ограничивает напрямую количество активных радиостанций. Поскольку большее количество телефонов может обслуживаться меньшим количеством сотовых станций, стандарты на основе CDMA имеют значительное экономическое преимущество перед стандартами на основе TDMA [ необходима цитата ] или старейшими стандартами сотовой связи, в которых использовалось мультиплексирование с частотным разделением каналов..

В Северной Америке эта технология конкурировала с Digital AMPS (IS-136, технология TDMA ). Сейчас его вытесняет IS-2000 (CDMA2000), более поздний стандарт на основе CDMA.

Изменения протокола [ править ]

Техническая история cdmaOne отражает как его зарождение как внутренний проект Qualcomm, так и мир непроверенных на тот момент конкурирующих стандартов цифровой сотовой связи, в соответствии с которыми он был разработан. Термин IS-95 в общем относится к более раннему набору изменений протокола, а именно : один P_REV через пять.

P_REV = 1 был разработан в соответствии со стандартами ANSI со ссылкой на документацию J-STD-008 . J-STD-008, опубликованный в 1995 году, был определен только для тогдашнего нового североамериканского диапазона PCS (Band Class 1, 1900 MHz). Термин IS-95 правильно относится к P_REV = 1, разработанному в рамках процесса стандартов Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA) для североамериканского диапазона сотовой связи (класс диапазона 0, 800 МГц) примерно в те же временные рамки. IS-95 предлагал взаимодействие (включая передачу обслуживания) с аналоговой сотовой сетью. Для цифровой работы IS-95 и J-STD-008 имеют большинство общих технических деталей. Незрелый стиль и структура обоих документов сильно отражают «стандартизацию» внутреннего проекта Qualcomm.

P_REV = 2 называется временным стандартом 95A (IS-95A) . IS-95A был разработан только для Band Class 0, как в постепенном улучшении по сравнению с IS-95 в процессе стандартизации TIA.

P_REV = 3 называется Бюллетенем 74 технических услуг (TSB-74) . TSB-74 был следующим постепенным улучшением по сравнению с IS-95A в процессе стандартизации TIA.

P_REV = 4 называется этапом I промежуточного стандарта 95B (IS-95B) , а P_REV = 5 называется этапом II промежуточного стандарта 95B (IS-95B) . Дорожка стандартов IS-95B предусматривала объединение дорожек стандартов TIA и ANSI в рамках TIA и была первым документом, который предусматривал взаимодействие мобильных телефонов IS-95 в обоих классах диапазонов (двухдиапазонная работа). P_REV = 4 был, безусловно, самым популярным вариантом IS-95, при этом P_REV = 5 получил лишь минимальное распространение в Южной Корее.

P_REV = 6 и выше подпадают под действие стандарта CDMA2000 . Помимо технических усовершенствований, документы IS-2000 гораздо более зрелы с точки зрения структуры и содержания. Они также обеспечивают обратную совместимость с IS-95.

Детали протокола [ править ]

cdmaOne сетевая структура

Стандарты IS-95 описывают радиоинтерфейс , набор протоколов, используемых между мобильными устройствами и сетью. IS-95 широко описывается как трехуровневый стек, где L1 соответствует физическому ( PHY ) уровню, L2 относится к подуровням управления доступом к среде передачи (MAC) и Link-Access Control (LAC), а L3 - к уровню вызовов. конечный автомат обработки.

Физический уровень [ править ]

IS-95 определяет передачу сигналов как в прямом (от сети к мобильному), так и в обратном (от мобильного к сети) направлениях.

В прямом направлении радиосигналы передаются базовыми станциями (BTS). Каждая BTS синхронизирована с приемником GPS, поэтому передачи строго контролируются по времени. Все прямые передачи - это QPSK с чиповой скоростью 1,228,800 в секунду. Каждый сигнал расширяется кодом Уолша длиной 64 и псевдослучайным шумовым кодом ( PN-кодом ) длиной 215 , что дает период переключения PN в мс.

В обратном направлении радиосигналы передаются мобильным телефоном. Передача по обратному каналу является OQPSK , чтобы работать в оптимальном диапазоне усилителя мощности мобильного телефона. Как и в прямом канале, скорость передачи микрочипов составляет 1 228 800 в секунду, а сигналы расширяются кодами Уолша и псевдослучайным шумовым кодом, который также известен как сокращенный код.

Прямые вещательные каналы [ править ]

Каждая BTS выделяет значительную часть выходной мощности пилотному каналу , который представляет собой немодулированную ПШ последовательность (другими словами, расширенную кодом Уолша 0). Каждому сектору BTS в сети назначается смещение PN с шагом 64 чипа. Данных о передовом пилоте нет. Благодаря своей сильной автокорреляционной функции прямой пилот-сигнал позволяет мобильным устройствам определять системную синхронизацию и различать различные BTS для передачи обслуживания .

Когда мобильный телефон «ищет», он пытается найти пилот-сигналы в сети, настраиваясь на определенные радиочастоты и выполняя взаимную корреляцию по всем возможным фазам PN. Результат сильного пика корреляции указывает на близость BTS.

Другие прямые каналы, выбранные их кодом Уолша, переносят данные из сети на мобильные устройства. Данные состоят из сетевой сигнализации и пользовательского трафика. Обычно передаваемые данные делятся на битовые кадры. Битовый кадр проходит через сверточный кодер, добавляя избыточность с прямым исправлением ошибок, генерируя кадр символов. Затем эти символы расширяются последовательностями Уолша и ПШ и передаются.

BTS передают канал синхронизации с расширением кода 32 Уолша. Длина кадра канала синхронизации составляет миллисекунды, и его граница кадра совмещена с пилот-сигналом. Канал синхронизации постоянно передает одно сообщение, сообщение канала синхронизации , длина и содержание которого зависят от P_REV. Сообщение передается 32 бита на кадр, кодируется до 128 символов, что дает скорость 1200 бит / с. Сообщение канала синхронизации содержит информацию о сети, включая смещение PN, используемое сектором BTS.

Как только мобильный телефон обнаруживает сильный пилотный канал, он прослушивает канал синхронизации и декодирует сообщение канала синхронизации, чтобы обеспечить высокоточную синхронизацию с системным временем. На этом этапе мобильный телефон знает, находится ли он в роуминге и что он «обслуживается».

BTS передают по меньшей мере один и до семи пейджинговых каналов, начиная с кода Уолша 1. Время кадра пейджингового канала составляет 20 мс и совпадает по времени с системой IS-95 (то есть GPS) с 2-секундным переходом. . На пейджинговом канале используются две возможные скорости: 4800 бит / с или 9600 бит / с. Обе скорости кодируются до 19200 символов в секунду.

Канал поискового вызова содержит сообщения сигнализации, передаваемые из сети на все свободные мобильные устройства. Набор сообщений передает подробные служебные данные сети мобильным устройствам, распространяя эту информацию, пока канал поискового вызова свободен. По пейджинговому каналу также передаются сообщения с более высоким приоритетом, предназначенные для установления вызовов на мобильные устройства и обратно.

Когда мобильный телефон находится в режиме ожидания, он в основном прослушивает пейджинговый канал. После того, как мобильный телефон проанализировал всю служебную информацию сети, он регистрируется в сети, а затем, необязательно, переходит в режим с выделением временных интервалов . Оба эти процесса более подробно описаны ниже.

Каналы прямого трафика [ править ]

Пространство Уолша, не выделенное для широковещательных каналов в секторе BTS, доступно для каналов трафика s. Эти каналы несут индивидуальные вызовы голоса и данных, поддерживаемые IS-95. Как и канал поискового вызова, каналы трафика имеют время кадра 20 мс.

Поскольку голосовые и пользовательские данные являются прерывистыми, каналы трафика поддерживают работу с переменной скоростью. Каждые 20 мс кадра могут передаваться с разной скоростью в зависимости от используемой услуги (голос или данные). P_REV = 1 и P_REV = 2 поддерживает набор скорости 1 , обеспечивающий скорость 1200, 2400, 4800 или 9600 бит / с. P_REV = 3 и выше также обеспечивает набор скоростей 2 , что дает скорости 1800, 3600, 7200 или 14400 бит / с.

Для голосовых вызовов канал трафика передает кадры данных вокодера . В стандарте IS-95 определен ряд различных вокодеров, более ранний из которых ограничивался набором скоростей 1 и отвечал за некоторые жалобы пользователей на низкое качество голоса. Более сложные вокодеры, использующие преимущества современных DSP и набора скорости 2, исправили ситуацию с качеством голоса и все еще широко используются в 2005 году.

Мобильный телефон, принимающий кадр трафика с переменной скоростью, не знает, с какой скоростью был передан кадр. Обычно кадр декодируется с каждой возможной скоростью, и с использованием показателей качества декодера Витерби выбирается правильный результат.

Каналы трафика могут также нести вызовы данных коммутации каналов в IS-95. Кадры трафика с переменной скоростью генерируются с использованием протокола радиосвязи IS-95 (RLP) . RLP предоставляет механизм для повышения производительности беспроводного канала передачи данных. Если голосовые вызовы могут допускать отбрасывание случайных 20-миллисекундных кадров, вызов данных будет иметь неприемлемую производительность без RLP.

В соответствии с IS-95B P_REV = 5 пользователь мог одновременно использовать до семи дополнительных «кодовых» (трафика) каналов для увеличения пропускной способности вызова данных. Очень немногие мобильные устройства или сети когда-либо предоставляли эту функцию, которая теоретически могла бы предложить пользователю 115200 бит / с.

Блокировать перемежитель [ править ]

После сверточного кодирования и повторения символы отправляются в блок перемежения 20 мс, который представляет собой массив 24 на 16.

Вместимость [ править ]

IS-95 и использование в нем методов CDMA, как и любая другая система связи, имеют пропускную способность, ограниченную в соответствии с теоремой Шеннона . Соответственно, пропускная способность улучшается с увеличением отношения сигнал / шум и пропускной способности. IS-95 имеет фиксированную полосу пропускания, но хорошо себя чувствует в цифровом мире, поскольку принимает активные меры для улучшения отношения сигнал / шум.

В CDMA сигналы, которые не коррелированы с интересующим каналом (например, другие смещения PN от соседних базовых станций сотовой связи), выглядят как шум, а сигналы, переносимые другими кодами Уолша (которые правильно синхронизированы по времени), по существу удаляются при деактивации. процесс распространения. Характер каналов трафика с переменной скоростью обеспечивает передачу кадров с более низкой скоростью при меньшей мощности, что приводит к меньшему шуму для других сигналов, которые все еще должны приниматься правильно. Эти факторы обеспечивают более низкий уровень шума, чем другие сотовые технологии, позволяя сети IS-95 втиснуть больше пользователей в один и тот же радиочастотный спектр.

Активное (медленное) управление мощностью также используется в прямых каналах трафика, где во время вызова мобильный телефон отправляет в сеть сигнальные сообщения, указывающие качество сигнала. Сеть будет контролировать передаваемую мощность канала трафика, чтобы поддерживать достаточно хорошее качество сигнала, тем самым сводя к минимуму уровень шума, наблюдаемый всеми другими пользователями.

Приемник также использует методы грабельного приемника для улучшения отношения сигнал / шум, а также для выполнения мягкой передачи обслуживания .

Слой 2 [ править ]

Как только вызов установлен, мобильный телефон ограничивается использованием канала трафика. Формат кадра определяется в MAC для канала трафика, который позволяет мультиплексировать биты обычного голоса (вокодер) или данных (RLP) с фрагментами сообщения сигнализации. Фрагменты сообщения сигнализации собираются вместе в LAC, где полные сообщения сигнализации передаются на уровень 3.

См. Также [ править ]

  • Код PN
  • Сравнение стандартов мобильных телефонов
  • Спектральная эффективность CDMA

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

  • Технический комитет TR-45 Группа разработки стандартов CDMA