cdmaOne

cdmaOne , comúnmente conocida simplemente como CDMA , es una tecnología celular digital 2G . Era el nombre comercial del Estándar Provisional 95 ( IS-95 ), una tecnología desarrollada por Qualcomm y posteriormente adoptada como estándar por la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA). ^{[ 1 ]}

cdmaOne utilizó acceso múltiple por división de código (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 estaciones base . 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 el número de radios activas. Dado que un mayor número de teléfonos puede ser atendido por un menor número de estaciones base, los estándares basados en CDMA tienen una ventaja económica significativa sobre los estándares basados en TDMA, o los estándares celulares más antiguos que utilizaban multiplexación por división de frecuencia .

En Norteamérica, esta tecnología compitió con Digital AMPS (IS-136, comúnmente llamado simplemente "TDMA"), un estándar basado en TDMA, así como con GSM, también basado en TDMA. Fue reemplazada por IS-2000 (CDMA2000), un estándar posterior basado en CDMA.

Revisiones del protocolo

La historia técnica de cdmaOne refleja tanto su origen como proyecto interno de Qualcomm como el contexto de estándares celulares digitales, entonces aún no probados, bajo el cual se desarrolló. El término IS-95 se aplica genéricamente al conjunto anterior de revisiones de protocolo, concretamente las P_REV de la uno a la cinco.

P_REV=1 se desarrolló 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. IS-95 ofrecía interoperabilidad (incluida la transferencia) con la red celular analógica. Para la operación digital, IS-95 y J-STD-008 comparten la mayoría de los detalles técnicos. El estilo y la estructura inmaduros de ambos documentos reflejan claramente la "estandarización" del proyecto interno de Qualcomm.

P_REV=2 se denomina Norma Provisional 95A (IS-95A) . La IS-95A se desarrolló únicamente para la Clase de Banda 0, como una mejora incremental con respecto a la IS-95 en el proceso de estandarización de la TIA.

P_REV=3 se denomina Boletín de Servicios Técnicos 74 (TSB-74) . El TSB-74 fue la siguiente mejora incremental con respecto a IS-95A en el proceso de estandarización de TIA.

La versión P_REV=4 se denomina Estándar Provisional 95B (IS-95B) Fase I , y la versión P_REV=5 se denomina Estándar Provisional 95B (IS-95B) Fase II . La vía de estándares IS-95B preveía la fusión de las vías de estándares TIA y ANSI bajo la TIA, y fue el primer documento que preveía la interoperabilidad de los terminales móviles IS-95 en ambas clases de banda (operación de doble banda). La versión P_REV=4 fue, con diferencia, la variante más popular de IS-95, mientras que la P_REV=5 tuvo una adopción mínima en Corea del Sur.

Las revisiones P_REV=6 y posteriores se incluyen dentro del estándar CDMA2000 . Además de las mejoras técnicas, los documentos IS-2000 presentan un diseño y contenido mucho más maduros. Asimismo, ofrecen compatibilidad con versiones anteriores, como IS-95.

Detalles del protocolo

Los estándares IS-95 describen una interfaz aérea , ^{[ 2 ]} 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 máquina de estados de procesamiento de llamadas.

capa física

La norma IS-95 define la transmisión de señales tanto en sentido directo (de la red al móvil) como inverso (del móvil a la red).

En la dirección de avance, las estaciones base (BTS) transmiten señales de radio. Cada BTS está sincronizada con un receptor GPS , por lo que las transmisiones están estrictamente controladas en el tiempo. Todas las transmisiones de avance son QPSK con una tasa de chips de 1.228.800 por segundo. Cada señal se distribuye 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 desbordamiento PN de ${\frac {80}{3}}$ EM.

En sentido inverso, las señales de radio son transmitidas por el móvil. Las transmisiones de enlace inverso utilizan la codificación OQPSK para operar dentro del rango óptimo del amplificador de potencia del móvil. Al igual que en el enlace directo, la tasa de chips es de 1.228.800 por segundo y las señales se distribuyen mediante códigos Walsh y el código de ruido pseudoaleatorio , también conocido como código corto.

Canales de transmisión directa

Cada BTS dedica una cantidad significativa de potencia de salida a un canal piloto , que es una secuencia PN sin modular (es decir, con código Walsh 0). A cada sector de BTS en la red se le asigna un desplazamiento PN en pasos de 64 chips. No se transmiten datos en el piloto directo. Gracias a su fuerte función de autocorrelación , el piloto directo permite a los móviles determinar la sincronización del sistema y distinguir entre diferentes BTS para la transferencia de llamadas .

Cuando un dispositivo móvil está "buscando", intenta encontrar señales piloto en la red sintonizando frecuencias de radio específicas y realizando una correlación cruzada entre todas las fases PN posibles. Un pico de correlación fuerte indica la proximidad de una estación base (BTS).

Otros canales directos, seleccionados por su código Walsh, transportan datos desde la red a los dispositivos móviles. Estos datos consisten en señalización de red y tráfico de usuario. Generalmente, los datos a transmitir se dividen en tramas de bits. Cada trama de bits se procesa mediante un codificador convolucional, que añade redundancia de corrección de errores directa, generando así una trama de símbolos. Estos símbolos se distribuyen mediante las secuencias Walsh y PN y se transmiten.

Las BTS transmiten un canal de sincronización con código Walsh 32. La trama del canal de sincronización es ${\frac {80}{3}}$ Tiene una duración 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 , cuya longitud y contenido dependen de P_REV. El mensaje se transmite a 32 bits por trama, codificado en 128 símbolos, lo que produce una velocidad de 1200 bits/s. El Mensaje del Canal de Sincronización contiene información sobre la red, incluido el desplazamiento PN utilizado por el sector BTS.

Una vez que un dispositivo móvil encuentra un canal piloto estable, escucha el canal de sincronización y decodifica un mensaje del canal de sincronización para lograr una sincronización muy precisa con la hora del sistema. En este punto, el dispositivo sabe si está en itinerancia y que está "en servicio".

Las estaciones base transmiten al menos un canal de paginación , y hasta siete, comenzando con el código Walsh 1. El tiempo de trama del canal de paginación es de 20 ms y está sincronizado con el sistema IS-95 (GPS) con un intervalo de 2 segundos. Existen dos velocidades posibles para el canal de paginación: 4800 bits/s o 9600 bits/s. Ambas velocidades se codifican a 19200 símbolos por segundo.

El canal de paginación contiene mensajes de señalización transmitidos desde la red a todos los móviles inactivos. Un conjunto de mensajes comunica información detallada sobre la red a los móviles, haciendo circular esta información mientras el canal de paginación esté libre. El canal de paginación también transporta mensajes de mayor prioridad dedicados a establecer y recibir llamadas desde y hacia los móviles.

Cuando un dispositivo móvil está inactivo, generalmente escucha un canal de paginación. Una vez que ha procesado toda la información de la red, se registra y, opcionalmente, entra en modo ranurado . Ambos procesos se describen con más detalle a continuación.

Canales de tráfico hacia adelante

El espacio Walsh no dedicado a canales de difusión en el sector BTS está disponible para canales de tráfico . Estos canales transmiten las llamadas individuales de voz y datos compatibles con IS-95. Al igual que el canal de paginación, los canales de tráfico tienen un tiempo de trama de 20 ms.

Dado que la voz y los datos de usuario son intermitentes, los canales de tráfico admiten operación de velocidad variable. Cada trama de 20 ms puede transmitirse a una velocidad diferente, según el servicio en uso (voz o datos). P_REV=1 y P_REV=2 admitían el conjunto de velocidad 1 , que proporcionaba una velocidad de 1200, 2400, 4800 o 9600 bit/s. P_REV=3 y posteriores también proporcionaban el conjunto de velocidad 2 , que proporcionaba velocidades de 1800, 3600, 7200 o 14400 bit/s.

En las llamadas de voz, el canal de tráfico transporta tramas de datos de vocoder . La norma IS-95 define varios vocoders diferentes; los primeros estaban limitados al conjunto de velocidad 1 y fueron responsables de algunas quejas de los usuarios sobre la mala calidad de la voz. Los vocoders más sofisticados, que aprovechan los DSP modernos y el conjunto de velocidad 2, solucionaron el problema de la calidad de la voz y todavía se utilizan ampliamente en 2005.

El dispositivo móvil que recibe una trama de tráfico de velocidad variable desconoce la velocidad a la que se transmitió. Normalmente, la trama se decodifica a cada velocidad posible y, utilizando las métricas de calidad del decodificador Viterbi , se selecciona el resultado correcto.

Traffic channels may also carry circuit-switch data calls in IS-95. The variable-rate traffic frames are generated using the IS-95 Radio Link Protocol (RLP). RLP provides a mechanism to improve the performance of the wireless link for data. Where voice calls might tolerate the dropping of occasional 20 ms frames, a data call would have unacceptable performance without RLP.

Under IS-95B P_REV=5, it was possible for a user to use up to seven supplemental "code" (traffic) channels simultaneously to increase the throughput of a data call. Very few mobiles or networks ever provided this feature, which could in theory offer 115200 bit/s to a user.

Block Interleaver

After convolution coding and repetition, symbols are sent to a 20 ms block interleaver, which is a 24 by 16 array.

Capacity

IS-95 and its use of CDMA techniques, like any other communications system, have their throughput limited according to Shannon's theorem. Accordingly, capacity improves with SNR and bandwidth. IS-95 has a fixed bandwidth, but fares well in the digital world because it takes active steps to improve SNR.

With CDMA, signals that are not correlated with the channel of interest (such as other PN offsets from adjacent cellular base stations) appear as noise, and signals carried on other Walsh codes (that are properly time aligned) are essentially removed in the de-spreading process. The variable-rate nature of traffic channels provide lower-rate frames to be transmitted at lower power causing less noise for other signals still to be correctly received. These factors provide an inherently lower noise level than other cellular technologies allowing the IS-95 network to squeeze more users into the same radio spectrum.

Active (slow) power control is also used on the forward traffic channels, where during a call, the mobile sends signaling messages to the network indicating the quality of the signal. The network will control the transmitted power of the traffic channel to keep the signal quality just good enough, thereby keeping the noise level seen by all other users to a minimum.

The receiver also uses the techniques of the rake receiver to improve SNR as well as perform soft handoff.

Layer 2

Once a call is established, a mobile is restricted to using the traffic channel. A frame format is defined in the MAC for the traffic channel that allows the regular voice (vocoder) or data (RLP) bits to be multiplexed with signaling message fragments. The signaling message fragments are pieced together in the LAC, where complete signaling messages are passed on to Layer 3.

Deployment

cdmaOne was used in the following areas:

North America
Japan and South Korea (2G GSM is not available in these two countries)
Hong Kong (by Hutchison Telecom, other operators and Hutchison Telecom itself also provides GSM)

Referencias

↑ "TIA-95" . TIA Online . Consultado el 18 de mayo de 2026 .
↑ Garg, Vijay K. (2007). "Seguridad en sistemas inalámbricos". Comunicaciones inalámbricas y redes . págs. 397–433 . doi : 10.1016/B978-012373580-5/50047-8 . ISBN 978-0-12-373580-5.

Enlaces externos

Comité de Ingeniería TR-45 Grupo de Desarrollo de Estándares CDMA

[1] "TIA-95" . TIA Online . Consultado el 18 de mayo de 2026 .

[2] Garg, Vijay K. (2007). "Seguridad en sistemas inalámbricos". Comunicaciones inalámbricas y redes . págs. 397–433 . doi : 10.1016/B978-012373580-5/50047-8 . ISBN 978-0-12-373580-5.

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