cdmaOne - cdmaOne
Der Interim Standard 95 ( IS-95 ) war die erste CDMA- basierte digitale Mobilfunktechnologie. Es wurde von Qualcomm entwickelt und später von der Telecommunications Industry Association in der 1995 veröffentlichten Version TIA / EIA / IS-95 als Standard übernommen. Der geschützte Name für IS-95 lautet cdmaOne .
Es ist ein 2G - Mobilfunkstandard , dass Verwendungen Code-Division Multiple Access (CDMA), ein Mehrfachzugriffsschema für digitalen Funk , Sprach-, Daten- und Signalisierungsdaten (wie eine gewählten Telefonnummer) zwischen Mobile senden Telefone und die Zellenstandorte . CDMA trägt Ströme von Bits ( PN - Codes ). Mit CDMA können mehrere Funkgeräte dieselben Frequenzen teilen. Im Gegensatz zu TDMA "Time Division Multiple Access", einem konkurrierenden System, das in 2G GSM verwendet wird , können alle Funkgeräte jederzeit aktiv sein, da die Netzwerkkapazität die Anzahl der aktiven Funkgeräte nicht direkt begrenzt. Da eine größere Anzahl von Telefonen von einer kleineren Anzahl von Mobilfunkstandorten bedient werden kann, haben CDMA-basierte Standards einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber TDMA-basierten Standards oder den ältesten Mobilfunkstandards, die Frequenzmultiplex verwenden .
In Nordamerika konkurrierte die Technologie mit Digital AMPS (IS-136, eine TDMA- Technologie). Es wurde durch IS-2000 (CDMA2000), einen späteren CDMA-basierten Standard, ersetzt.
Protokollrevisionen
Die technische Geschichte von cdmaOne spiegelt sowohl seine Geburt als internes Qualcomm-Projekt als auch die Welt der damals noch nicht bewiesenen konkurrierenden digitalen Mobilfunkstandards wider, unter denen es entwickelt wurde. Der Begriff IS-95 bezieht sich allgemein auf den früheren Satz von Protokollrevisionen, nämlich P_REVs eins bis fünf.
P_REV = 1 wurde unter einem ANSI- Standardprozess mit der Dokumentationsreferenz J-STD-008 entwickelt . J-STD-008, veröffentlicht 1995, wurde nur für das damals neue nordamerikanische PCS-Band (Bandklasse 1, 1900 MHz) definiert. Der Begriff IS-95 bezieht sich ordnungsgemäß auf P_REV = 1, das nach dem Standardverfahren der Telecommunications Industry Association (TIA) für das nordamerikanische Mobilfunkband (Bandklasse 0, 800 MHz) in ungefähr demselben Zeitrahmen entwickelt wurde. IS-95 bot eine Interoperation (einschließlich Übergabe) mit dem analogen Mobilfunknetz an. Für den digitalen Betrieb haben IS-95 und J-STD-008 die meisten technischen Details gemeinsam. Der unreife Stil und die Struktur beider Dokumente spiegeln in hohem Maße die "Standardisierung" des internen Projekts von Qualcomm wider.
P_REV = 2 wird als Interim Standard 95A (IS-95A) bezeichnet . IS-95A wurde nur für die Bandklasse 0 entwickelt, da der TIA-Standardprozess schrittweise gegenüber IS-95 verbessert wurde.
P_REV = 3 wird als Technical Services Bulletin 74 (TSB-74) bezeichnet . TSB-74 war die nächste schrittweise Verbesserung gegenüber IS-95A im TIA-Standardprozess.
P_REV = 4 wird als Interim Standard 95B (IS-95B) Phase I bezeichnet , und P_REV = 5 wird als Interim Standard 95B (IS-95B) Phase II bezeichnet . Die IS-95B-Standardspur sah eine Zusammenführung der TIA- und ANSI-Standardspuren im Rahmen der TIA vor und war das erste Dokument, das die Interaktion von IS-95-Mobiltelefonen in beiden Bandklassen (Dualband-Betrieb) vorsah. P_REV = 4 war bei weitem die beliebteste Variante von IS-95, wobei P_REV = 5 in Südkorea nur eine minimale Aufnahme verzeichnete.
P_REV = 6 und darüber hinaus fallen unter das Dach von CDMA2000 . Neben technischen Verbesserungen sind die IS-2000-Dokumente in Bezug auf Layout und Inhalt viel ausgereifter. Sie bieten auch Abwärtskompatibilität zu IS-95.
Protokolldetails
Die IS-95-Standards beschreiben eine Luftschnittstelle , eine Reihe von Protokollen, die zwischen mobilen Einheiten und dem Netzwerk verwendet werden. IS-95 wird allgemein als dreischichtiger Stapel beschrieben, wobei L1 der physischen Schicht ( PHY ) entspricht, L2 sich auf die Unterschichten Media Access Control (MAC) und Link-Access Control (LAC) bezieht und L3 auf die Call- Zustandsmaschine verarbeiten.
Physikalische Schicht
IS-95 definiert die Übertragung von Signalen sowohl in Vorwärtsrichtung (Netzwerk zu Mobil) als auch in Rückwärtsrichtung (Mobil zu Netzwerk).
In Vorwärtsrichtung werden Funksignale von Basisstationen (BTS) übertragen. Jede BTS ist mit einem GPS- Empfänger synchronisiert, sodass die Übertragung zeitlich genau kontrolliert wird. Alle Vorwärtsübertragungen sind QPSK mit einer Chiprate von 1.228.800 pro Sekunde. Jedes Signal wird mit einem Walsh-Code der Länge 64 und einem Pseudozufallsrauschcode ( PN-Code ) der Länge 2 bis 15 gespreizt , was eine PN-Überrollperiode von ms ergibt .
Für die umgekehrte Richtung werden Funksignale vom Mobiltelefon übertragen. Reverse-Link-Übertragungen sind OQPSK- Übertragungen, um im optimalen Bereich des Leistungsverstärkers des Mobiltelefons zu arbeiten. Wie bei der Vorwärtsverbindung beträgt die Chiprate 1.228.800 pro Sekunde, und die Signale werden mit Walsh-Codes und dem Pseudozufallsrauschcode , der auch als Kurzcode bezeichnet wird, verteilt.
Sendekanäle weiterleiten
Jede BTS widmet eine erhebliche Menge an Ausgangsleistung auf einen Pilotkanal , der eine unmodulierte PN - Sequenz ist (mit anderen Worten, Aufstrich mit Walsh - Code 0). Jedem BTS-Sektor im Netzwerk wird in Schritten von 64 Chips ein PN-Offset zugewiesen. Es werden keine Daten über den Vorwärtspiloten übertragen. Mit seiner starken Autokorrelationsfunktion ermöglicht der Vorwärtspilot Mobiltelefonen, das System-Timing zu bestimmen und verschiedene BTS für die Übergabe zu unterscheiden .
Wenn ein Mobiltelefon "sucht", versucht es, Pilotsignale im Netzwerk zu finden, indem es auf bestimmte Funkfrequenzen abstimmt und eine Kreuzkorrelation über alle möglichen PN-Phasen durchführt. Ein starkes Korrelationspeakergebnis zeigt die Nähe einer BTS an.
Andere Vorwärtskanäle, die anhand ihres Walsh-Codes ausgewählt werden, übertragen Daten vom Netzwerk zu den Mobiltelefonen. Daten bestehen aus Netzwerksignalisierung und Benutzerverkehr. Im Allgemeinen werden zu übertragende Daten in Bitrahmen unterteilt. Ein Bitrahmen wird durch einen Faltungscodierer geleitet, wodurch eine Redundanz der Vorwärtsfehlerkorrektur hinzugefügt wird, wodurch ein Rahmen von Symbolen erzeugt wird. Diese Symbole werden dann mit den Walsh- und PN-Sequenzen verteilt und übertragen.
BTSs senden einen mit Walsh-Code 32 gespreizten Synchronisationskanal . Der Synchronisationskanalrahmen ist ms lang und seine Rahmengrenze ist auf den Piloten ausgerichtet. Der Synchronisierungskanal überträgt kontinuierlich eine einzelne Nachricht, die Synchronisierungskanalnachricht , deren Länge und Inhalt vom P_REV abhängt. Die Nachricht wird 32 Bit pro Frame übertragen, codiert in 128 Symbole, was eine Rate von 1200 Bit / s ergibt. Die Sync Channel Message enthält Informationen zum Netzwerk, einschließlich des vom BTS-Sektor verwendeten PN-Offsets.
Sobald ein Mobiltelefon einen starken Pilotkanal gefunden hat, hört es auf den Synchronisierungskanal und decodiert eine Synchronisierungskanalnachricht, um eine hochgenaue Synchronisation mit der Systemzeit zu entwickeln. Zu diesem Zeitpunkt weiß das Mobiltelefon, ob es Roaming ist und ob es "in Betrieb" ist.
BTSs senden mindestens einen und bis zu sieben Paging-Kanäle, beginnend mit Walsh-Code 1. Die Frame-Zeit des Paging-Kanals beträgt 20 ms und ist zeitlich auf den 2-Sekunden-Rollover des IS-95-Systems (dh GPS) ausgerichtet . Auf dem Paging-Kanal werden zwei mögliche Raten verwendet: 4800 Bit / s oder 9600 Bit / s. Beide Raten sind mit 19200 Symbolen pro Sekunde codiert.
Der Paging-Kanal enthält Signalisierungsnachrichten, die vom Netzwerk an alle inaktiven Mobiltelefone gesendet werden. Eine Reihe von Nachrichten übermittelt den Mobiltelefonen einen detaillierten Netzwerk-Overhead und verbreitet diese Informationen, während der Paging-Kanal frei ist. Der Paging-Kanal überträgt auch Nachrichten mit höherer Priorität, die zum Einrichten von Anrufen zu und von den Mobiltelefonen bestimmt sind.
Wenn ein Mobiltelefon inaktiv ist, hört es meistens einen Paging-Kanal. Sobald ein Mobiltelefon alle Netzwerk-Overhead-Informationen analysiert hat, registriert es sich beim Netzwerk und wechselt optional in den Schlitzmodus . Diese beiden Prozesse werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
Verkehrskanäle weiterleiten
Der Walsh-Raum, der nicht für Rundfunkkanäle im BTS-Sektor vorgesehen ist, steht für Verkehrskanäle zur Verfügung . Diese Kanäle übertragen die einzelnen Sprach- und Datenanrufe, die vom IS-95 unterstützt werden. Verkehrskanäle haben wie der Paging-Kanal eine Frame-Zeit von 20 ms.
Da Sprach- und Benutzerdaten intermittierend sind, unterstützen die Verkehrskanäle den Betrieb mit variabler Rate. Jeder 20-ms-Rahmen kann mit einer anderen Rate übertragen werden, die vom verwendeten Dienst (Sprache oder Daten) bestimmt wird. P_REV = 1 und P_REV = 2 unterstützten Ratensatz 1 , mit einer Rate von 1200 bereitstellt, 2400, 4800 oder 9600 bit / s. P_REV = 3 und darüber hinaus lieferte auch die Rate 2 , was Raten von 1800, 3600, 7200 oder 14400 Bit / s ergab.
Bei Sprachanrufen trägt der Verkehrskanal Rahmen von Vocoderdaten . Unter IS-95 sind eine Reihe verschiedener Vocoder definiert, von denen die früheren auf Satz 1 beschränkt waren und für einige Beschwerden von Benutzern über schlechte Sprachqualität verantwortlich waren. Anspruchsvollere Vocoder, die moderne DSPs und Rate Set 2 nutzen, haben die Sprachqualitätssituation behoben und sind auch 2005 noch weit verbreitet.
Das Mobiltelefon, das einen Verkehrsrahmen mit variabler Rate empfängt, kennt die Rate, mit der der Rahmen gesendet wurde, nicht. Typischerweise wird der Rahmen mit jeder möglichen Rate decodiert, und unter Verwendung der Qualitätsmetriken des Viterbi-Decoders wird das richtige Ergebnis ausgewählt.
Verkehrskanäle können auch Datenanrufe mit Leitungsvermittlung in IS-95 übertragen. Die Verkehrsrahmen mit variabler Rate werden unter Verwendung des IS-95 Radio Link Protocol (RLP) erzeugt . RLP bietet einen Mechanismus zur Verbesserung der Leistung der drahtlosen Verbindung für Daten. Wenn Sprachanrufe das Löschen gelegentlicher 20-ms-Frames tolerieren könnten, hätte ein Datenanruf ohne RLP eine inakzeptable Leistung.
Unter IS-95B P_REV = 5 war es einem Benutzer möglich, bis zu sieben zusätzliche "Code" -Kanäle (Verkehrskanäle) gleichzeitig zu verwenden, um den Durchsatz eines Datenanrufs zu erhöhen. Nur sehr wenige Mobiltelefone oder Netzwerke haben jemals diese Funktion bereitgestellt, die einem Benutzer theoretisch 115200 Bit / s bieten könnte.
Block Interleaver
Nach der Faltungscodierung und -wiederholung werden Symbole an einen 20-ms-Block-Interleaver gesendet, bei dem es sich um ein 24 x 16-Array handelt.
Kapazität
Bei IS-95 und seiner Verwendung von CDMA-Techniken ist der Durchsatz wie bei jedem anderen Kommunikationssystem gemäß dem Satz von Shannon begrenzt . Dementsprechend verbessert sich die Kapazität mit dem SNR und der Bandbreite. IS-95 hat eine feste Bandbreite, schneidet aber in der digitalen Welt gut ab, da es aktive Schritte zur Verbesserung des SNR unternimmt.
Bei CDMA erscheinen Signale, die nicht mit dem interessierenden Kanal korreliert sind (wie andere PN-Offsets von benachbarten zellularen Basisstationen), als Rauschen, und Signale, die auf anderen Walsh-Codes übertragen werden (die richtig zeitlich ausgerichtet sind), werden im Wesentlichen im De entfernt Ausbreitungsprozess. Die variable Rate von Verkehrskanälen bietet Rahmen mit niedrigerer Rate, die mit geringerer Leistung übertragen werden können, was weniger Rauschen für andere Signale verursacht, die noch korrekt empfangen werden müssen. Diese Faktoren bieten einen von Natur aus niedrigeren Geräuschpegel als andere Mobilfunktechnologien, sodass das IS-95-Netzwerk mehr Benutzer in dasselbe Funkspektrum drängen kann.
Eine aktive (langsame) Leistungssteuerung wird auch auf den Vorwärtsverkehrskanälen verwendet, bei denen das Mobiltelefon während eines Anrufs Signalisierungsnachrichten an das Netzwerk sendet, die die Qualität des Signals anzeigen. Das Netzwerk steuert die Sendeleistung des Verkehrskanals, um die Signalqualität gerade gut genug zu halten und dadurch den von allen anderen Benutzern wahrgenommenen Rauschpegel auf ein Minimum zu beschränken.
Der Empfänger verwendet auch die Techniken des Rechenempfängers , um das SNR zu verbessern und eine weiche Übergabe durchzuführen .
Schicht 2
Sobald ein Anruf hergestellt wurde, kann ein Mobiltelefon nur noch den Verkehrskanal verwenden. Im MAC ist für den Verkehrskanal ein Rahmenformat definiert, mit dem die regulären Sprach- (Vocoder) oder Datenbits (RLP) mit Signalisierungsnachrichtenfragmenten gemultiplext werden können. Die Signalisierungsnachrichtenfragmente werden im LAC zusammengesetzt, wo vollständige Signalisierungsnachrichten an Schicht 3 weitergeleitet werden.
Siehe auch
Verweise
Externe Links
- TR-45 Engineering Committee CDMA-Entwicklungsgruppe für Standards