
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 deEM.
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 esTiene 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.
En IS-95, los canales de tráfico también pueden transportar llamadas de datos por conmutación de circuitos. Las tramas de tráfico de velocidad variable se generan mediante el Protocolo de Enlace de Radio (RLP) de IS-95 . El RLP proporciona un mecanismo para mejorar el rendimiento del enlace inalámbrico de datos. Si bien las llamadas de voz pueden tolerar la pérdida ocasional de tramas de 20 ms, una llamada de datos tendría un rendimiento inaceptable sin el RLP.
Con la especificación 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 teléfonos móviles o redes ofrecían esta función, que en teoría podía proporcionar 115200 bit/s a un usuario.
Intercalador de bloques
Tras la codificación por convolución y la repetición, los símbolos se envían a un entrelazador de bloques de 20 ms, que es una matriz de 24 por 16.
Capacidad
El protocolo IS-95, al igual que cualquier otro sistema de comunicaciones que utiliza técnicas CDMA, tiene un rendimiento limitado según el teorema de Shannon . Por consiguiente, la capacidad mejora con la relación señal/ruido (SNR) y el ancho de banda. El IS-95 tiene un ancho de banda fijo, pero se desempeña bien en el mundo digital gracias a las medidas que toma para mejorar la SNR.
Con CDMA, las señales que no están correlacionadas con el canal de interés (como otros desplazamientos PN de estaciones base celulares adyacentes) aparecen como ruido, y las señales transmitidas en otros códigos Walsh (que están correctamente alineadas en el tiempo) se eliminan prácticamente por completo durante el proceso de desmodulación. La naturaleza de velocidad variable de los canales de tráfico permite que las tramas de menor velocidad se transmitan con menor potencia, lo que reduce el ruido y permite que otras señales se reciban correctamente. Estos factores proporcionan un nivel de ruido intrínsecamente menor que otras tecnologías celulares, lo que permite que la red IS-95 utilice el mismo espectro radioeléctrico para más usuarios.
El control de potencia activo (lento) también se utiliza en los canales de tráfico de bajada, donde, durante una llamada, el móvil envía mensajes de señalización a la red indicando la calidad de la señal. La red controla la potencia de transmisión del canal para mantener una calidad de señal adecuada, minimizando así el ruido percibido por los demás usuarios.
El receptor también utiliza las técnicas del receptor rake para mejorar la relación señal/ruido y realizar una transferencia suave .
Capa 2
Una vez establecida la llamada, el dispositivo móvil solo puede utilizar el canal de tráfico. En el MAC se define un formato de trama para dicho canal que permite multiplexar los bits de voz (vocoder) o datos (RLP) con fragmentos de mensajes de señalización. Estos fragmentos se ensamblan en el LAC, donde los mensajes de señalización completos se transmiten a la capa 3.
Despliegue
cdmaOne se utilizó en las siguientes áreas:
- América del norte
- Japón y Corea del Sur (la red 2G GSM no está disponible en estos dos países).
- Hong Kong (por Hutchison Telecom , otros operadores y la propia Hutchison Telecom también proporcionan GSM)
Véase también
- Código PN
- Comparación de estándares de telefonía móvil
- eficiencia espectral CDMA
- TDMA (acceso múltiple por división de tiempo), un estándar para teléfonos móviles
Referencias
Enlaces externos
- Comité de Ingeniería TR-45 Grupo de Desarrollo de Estándares CDMA
- Estándares del Proyecto de Asociación de Tercera Generación 2
- Introducciones relacionadas con las telecomunicaciones en 1995
- Qualcomm
- acceso múltiple por división de código