Digitális AMPS - Digital AMPS
Az IS-54 és az IS-136 egy második generációs ( 2G ) mobiltelefon-rendszer, amely digitális AMPS ( D-AMPS ) néven ismert , és az észak-amerikai 1G mobil rendszer továbbfejlesztett fejlett mobiltelefon-rendszere (AMPS). Egyszer az egész Amerikában elterjedt , különösen az Egyesült Államokban és Kanadában az első kereskedelmi hálózat 1993-as kiépítése óta. A D-AMPS -t életciklus végének tekintik , és a meglévő hálózatokat többnyire GSM / GPRS vagy CDMA2000 technológiák váltják fel .
Ezt a rendszert leggyakrabban TDMA-nak nevezik . Ez a név az időosztásos többszörös hozzáférés rövidítésén alapul , amely egy általános többszörös hozzáférési technika, amelyet a legtöbb 2G szabvány, köztük a GSM, valamint az IS-54 és az IS-136 használ. A D-AMPS versenyzett a GSM-mel és a kódosztásos többszörös hozzáférésen (CDMA) alapuló rendszerekkel .
A D-AMPS a meglévő AMPS csatornákat használja, és lehetővé teszi a zökkenőmentes átmenetet a digitális és analóg rendszerek között ugyanazon a területen. A kapacitást az előző analóg tervhez képest úgy növelték, hogy minden 30 kHz-es csatornapárt három időrésre osztottunk (tehát időosztás ), és a hangadatokat digitálisan tömörítettük, így a híváskapacitás háromszorosa lett egyetlen cellában. A digitális rendszer a kezdetektől biztonságosabbá tette a hívásokat is, mivel az analóg szkennerek nem tudtak hozzáférni a digitális jelekhez. A hívásokat titkosították a CMEA segítségével , amely később gyengének bizonyult.
Az IS-136 számos funkcióval egészítette ki az eredeti IS-54 specifikációt, beleértve a szöveges üzenetküldést , az áramkörrel kapcsolt adatokat (CSD) és a továbbfejlesztett tömörítési protokollt. Az SMS és a CSD egyaránt elérhető volt a GSM protokoll részeként, és az IS-136 szinte azonos módon valósította meg őket.
A korábbi nagy IS-136 hálózatok, köztük az AT&T az Egyesült Államokban és a Rogers Wireless Kanadában, meglévő IS-136 hálózatukat GSM / GPRS-re frissítették. A Rogers Wireless 2003-ban eltávolította az összes 1900 MHz-es IS-136-ot, és ugyanezt tette a 800 MHz-es spektrumával, mivel a berendezés meghibásodott. A Rogers 2007. május 31-én deaktiválta IS-136 hálózatát (az AMPS-szel együtt). Az AT&T hamarosan 2008 februárjában következett, leállítva mind a TDMA-t, mind az AMPS-t.
Az elsősorban CDMA2000 technológiát használó, de TDMA hálózatot a Western Wireless- től beszerzett Alltel 2008 szeptemberében leállította TDMA és AMPS hálózatát. Az US Cellular , amely most szintén elsősorban a CDMA2000 technológiát használja , 2009 februárjában leállította TDMA hálózatát.
Az IS-54 az első olyan mobil kommunikációs rendszer, amely rendelkezik biztonsággal, és az első, amely TDMA technológiát alkalmaz.
Történelem
A mobil kommunikáció fejlődése három különböző földrajzi régióban kezdődött: Észak-Amerikában , Európában és Japánban . Az ezekben a régiókban alkalmazott szabványok meglehetősen függetlenek voltak egymástól.
A legkorábbi mobil vagy vezeték nélküli technológiák teljesen analógok voltak, és együttesen 1. generációs ( 1G ) technológiákként ismertek . Japánban az 1G szabványok a következők voltak: Nippon Telegraph and Telephone (NTT) és annak nagy kapacitású változata ( Hicap ). Az egész Európában használt korai rendszerek nem voltak kompatibilisek egymással, vagyis a közös „Európai Unió” nézet / technológiai szabvány későbbi elképzelése még nem volt jelen.
Az Európában használt különféle 1G szabványok közé tartozott a C-Netz (Németországban és Ausztriában), a Comviq (Svédországban), a Nordic Mobile Telephones / 450 (NMT450) és az NMT900 (mindkét északi országban), az NMT-F (az NMT900 francia változata) ), A TMA-450 (az NMT450 spanyol verziója), a Radiocom 2000 (RC2000) (Franciaországban), a TACS (teljes hozzáférésű kommunikációs rendszer) (az Egyesült Királyságban , Olaszországban és Írországban ) és a TMA-900 (a TACS spanyol változata) . Az észak-amerikai szabványok az Advanced Mobile Phone System (AMPS) és a keskeny sávú AMPS (N-AMPS) voltak.
Az 1G szabványok közül a legsikeresebb az AMPS rendszer volt. Az északi országok együttműködése ellenére az európai mérnöki erőfeszítések megoszlottak a különböző szabványok között, és a japán szabványok nem kaptak különösebb figyelmet. A Bell Labs által az 1970-es években fejlesztették ki, és először az Egyesült Államokban használták 1983-ban. Az AMPS az Egyesült Államokban a 800 MHz-es sávban működik, és ez a legelterjedtebb analóg cellás szabvány. (Az 1994-ben létrehozott 1900 MHz-es PCS sáv csak digitális működésre szolgál.) Az AMPS sikere elindította a mobil korszakot Észak-Amerikában.
A piac növekvő keresletet mutatott, mert nagyobb kapacitással és mobilitással rendelkezett, mint az akkor létező mobil kommunikációs szabványok képesek voltak kezelni. Például a Bell Labs rendszere az 1970-es években egyszerre csak 12 hívást tudott folytatni New York egész területén . Az AMPS a Frekvencia Osztott Többszörös Hozzáférést (FDMA) használta, amely lehetővé tette az egyes cellahelyek különböző frekvenciákon történő továbbítását, lehetővé téve sok cellahely felépítését egymás közelében.
Az AMPS-nek is sok hátránya volt. Elsősorban nem volt képes támogatni az egyre növekvő igényt a mobil kommunikáció használatára. Minden cellahelyen nem volt sok kapacitás nagyobb számú hívás továbbítására. Az AMPS-nek volt egy gyenge biztonsági rendszere is, amely lehetővé tette az emberek számára, hogy ellopják a telefon soros kódját, amelyet illegális hívásokhoz használnak. Mindezek kiváltották egy képességesebb rendszer keresését.
A küldetés eredményeként létrejött az IS-54 , az első amerikai 2G szabvány. 1990 márciusában az észak-amerikai mobilhálózat beépítette az IS-54B szabványt, az első észak-amerikai kettős módú digitális cellás szabványt. Ez a szabvány elnyerte a Motorola keskeny sávú AMPS-jét vagy az N-AMPS-t, amely egy analóg rendszer, amely növeli a kapacitást, a hangcsatornák 30 kHz-ről 10 kHz-re történő levágásával. Az IS-54 viszont digitális eszközökkel növelte a kapacitást TDMA protokollok segítségével. Ez a módszer elválasztja a hívásokat idő szerint, az egyes beszélgetések egyes részeit ugyanazon a frekvencián helyezi el, egymás után. A TDMA megháromszorozta a híváskapacitást.
Az IS-54 használatával egy mobilhordozó bármely rendszere analóg hangcsatornáját digitálisra alakíthatja . A kettős módú telefon a digitális csatornákat használja, ahol elérhető, és alapértelmezés szerint a szokásos AMPS-t használja, ahol nem. Az IS-54 visszafelé kompatibilis volt az analóg cellás cellákkal, és valóban ugyanazokon a rádiócsatornákon létezett, mint az AMPS. Egyetlen analóg ügyfél sem maradt el; egyszerűen nem tudtak hozzáférni az IS-54 új szolgáltatásaihoz. Az IS-54 támogatta a hitelesítést is , amely segítséget nyújt a csalások megelőzésében.
Technológiai előírások
Az IS-54 ugyanazokat a 30 kHz-es csatornatávolságot és frekvenciasávokat (824–849 és 869–894 MHz) alkalmazza, mint az AMPS. A kapacitást az előző analóg tervhez képest úgy növelték, hogy minden 30 kHz-es csatornapárt három időrésbe osztottunk és digitálisan tömörítettük a hangadatokat, így a híváskapacitás háromszorosa lett egyetlen cellában. A digitális rendszer a hívásokat is biztonságosabbá tette, mivel az analóg szkennerek nem tudtak hozzáférni a digitális jelekhez.
Az IS-54 szabvány 84 vezérlőcsatornát határoz meg, amelyek közül 42 meg van osztva az AMPS-szel. A meglévő AMPS mobiltelefon-rendszerrel való kompatibilitás fenntartása érdekében az IS-54 cellás rendszerek elsődleges előre- és visszirányú vezérlőcsatornái ugyanazokat a jelzési technikákat és modulációs sémát (bináris FSK) használják, mint az AMPS. Az AMPS / IS-54 infrastruktúra támogatja az analóg AMPS telefonok vagy a D-AMPS telefonok használatát.
Az IS-54-hez használt hozzáférési módszer a Time Division Multiple Access (TDMA), amely az első amerikai digitális szabvány, amelyet kifejlesztettek. A TIA 1992-ben fogadta el. A TDMA a 30 kHz-es AMPS-csatornák mindegyikét három teljes sebességű TDMA-csatornára bontja, amelyek mindegyike képes egyetlen hanghívást támogatni. Később ezeket a teljes sebességű csatornákat tovább osztották két félsebességű csatornára, amelyek mindegyike a szükséges kódolással és tömörítéssel támogathatta a hanghívást is. Így a TDMA az AMPS forgalmi csatornák kapacitásának három-hatszorosát tudta biztosítani. A TDMA-t eredetileg az IS-54 szabvány határozta meg, és most az EIA / TIA IS-13x specifikációs sorozatában van meghatározva.
A csatornaátviteli bitsebesség a vivő digitális modulálásához 48,6 kbit / s. Minden képkocka hat, 6,67 ms időtartamú időrésszel rendelkezik. Minden időrés 324 bit információt hordoz, ebből 260 bit a 13 kbit / s teljes sebességű forgalmi adat. A többi 64 bit rezsi; Ezek közül 28 szinkronizálásra szolgál, és tartalmaznak egy meghatározott bitsorozatot, amelyet az összes vevő ismer a keret igazításának megállapításához. Továbbá, hasonlóan a GSM-hez, az ismert sorrend képzési mintaként működik az adaptív hangszínszabályzó inicializálásához.
Az IS-54 rendszernek különböző szinkronizációs szekvenciái vannak a keretet alkotó hat időrés mindegyikéhez, ezáltal minden vevő szinkronizálhat a saját előre kijelölt időrésekkel. Minden időrésben további 12 bit található a SACCH számára (azaz a rendszer vezérlési információi). A digitális ellenőrző színkód (DVCC) megegyezik az AMPS rendszerben használt felügyeleti hangjelzéssel. 256 különböző 8 bites színkód létezik, amelyeket egy (12, 8, 3) Hamming kód véd. Minden bázisállomásnak saját előre kijelölt színkódja van, így a távoli cellákból érkező bejövő zavaró jeleket figyelmen kívül lehet hagyni.
Az IS-54 modulációs sémája a 7C / 4 differenciál kvaterner fáziseltolásos billentyűzet (DQPSK), más néven differenciális 7t / 4 4-PSK vagy π / 4 DQPSK. Ez a technika 48,6 kbit / s bitsebességet tesz lehetővé 30 kHz-es csatornatávolság mellett, így 1,62 bit / s / Hz sávszélesség-hatékonyságot biztosít. Ez az érték 20% -kal jobb, mint a GSM. Az ilyen típusú lineáris modulációs módszer legfőbb hátránya az energiahatékonyság, amely nehezebb hordozható hordozható eszközt jelent, és ami még kényelmetlenebb, rövidebb időtartamot jelent az akkumulátorok újratöltése között.
Hívásfeldolgozás
Egy beszélgetés adatbitjei alkotják a DATA mezőt. Hat bővítőhely alkot egy teljes IS-54 keretet. Az 1. és 4., 2. és 5., valamint a 3. és a 6. nyílás adatai alkotják a hangáramkört. A DVCC a digitális ellenőrző színkódot jelenti, arcán terminológia az egyes cellákhoz rendelt egyedi 8 bites kódértéket. G jelentése őrzési idő, az egyes időközök közötti időszak. Az RSVD jelentése fenntartott. A SYNC a szinkronizációt jelenti, ami egy kritikus TDMA adatmező. Minden képkocka minden résszel szinkronizálva kell lennie az összes többivel és egy master órával, hogy minden működjön.
A mobil-bázis irányának időrései eltérően vannak felépítve, mint a bázis-mobil irány. Lényegében ugyanazt az információt hordozzák, de másként vannak elrendezve. Figyelje meg, hogy a mobil-bázis iránynak van egy 6 bites rámpás ideje, amely lehetővé teszi, hogy adójának teljes energiája legyen, és egy 6 bites védősávval, amely alatt semmi nem kerül továbbításra. Ez a 12 extra bit az alap-mobil irányban a jövőbeni felhasználásra van fenntartva.
Amint bejön egy hívás, a mobil egy másik frekvencia párra kapcsol; hangrádiócsatorna, amelyet a rendszerhordozó analóg vagy digitális formátumúvá tett. Ez a pár viszi a hívást. Ha IS-54 jelet észlel, akkor digitális forgalmi csatornát kap, ha van ilyen. A gyorsan társított csatorna vagy a FACCH telefonbeszélgetést hajt végre a hívás során, anélkül, hogy a mobilnak vissza kellene térnie a vezérlőcsatornához. Nagy zaj esetén a digitális forgalmi csatornába beágyazott FACCH felülbírálja a hang hasznos terhelését, rontva a beszéd minőségét az ellenőrzési információk továbbításához. A kapcsolat fenntartása a cél. A lassú társított vezérlőcsatorna vagy a SACCH nem végez átadást, hanem olyan dolgokat továbbít, mint például a jelerősség információja a bázisállomásnak.
Az IS-54 beszédkódoló az úgynevezett vektorösszegű gerjesztett lineáris predikciós (VSELP) kódolás technikáját használja . Ez egy speciális típusú beszédkódoló egy nagy osztályon belül, amelyet kód-gerjesztett lineáris predikciós (CELP) kódolóknak neveznek . A 7,95 kbit / s beszédkódolási sebesség frekvenciamodulációval rekonstruált beszédminőséget ér el, hasonlóan az analóg AMPS rendszeréhez. A 7,95 kbit / s jelet ezután egy csatornakódolón vezetik át, amely a bitrátát 13 kbit / s-ig tölti be. Az új félsebességű kódolási szabvány az egyes hívások teljes bitsebességét 6,5 kbit / s-ra csökkenti, és a 13 kbit / s sebességhez hasonló minőséget kell nyújtania. Ez a félsebesség a csatorna kapacitását hatszor nagyobbá teszi, mint az analóg AMPS.
Rendszerpélda
A kommunikációs rendszer megbeszélése nem lesz teljes egy rendszerpélda magyarázata nélkül. Az IS-54 szabvány által meghatározott kettős módú mobiltelefon ismertetése. A kettős módú telefon csak analóg cellában vagy kettős módú cellában képes működni. Az adó és a vevő egyaránt támogatja az analóg FM és a digitális időosztásos többszörös hozzáférésű (TDMA) sémákat. A digitális átvitelt előnyben részesítjük, így amikor egy cellás rendszer digitális képességekkel rendelkezik, akkor először a mobil egységhez rendelünk digitális csatornát. Ha nem állnak rendelkezésre digitális csatornák, akkor a mobil rendszer analóg csatornát rendel hozzá. Az adó átalakítja az audio jelet rádiófrekvenciává (RF), a vevő pedig az RF jelet audio jellé. Az antenna fókuszálja és átalakítja az RF energiát a vételhez és az átvitelhez szabad térbe. A központ bemeneti / kimeneti mechanizmusként szolgál a végfelhasználó számára; támogatja a kezelőt, a kijelzőt, a mikrofont és a hangszórót. A koordinátor szinkronizálja az adatátvitelt és fogadja a mobil egység funkcióit. A kettős módú mobiltelefon a következőkből áll:
- Adó
- Antenna szerelés
- Vevő
- Vezérlőpult
- Koordinátor
Utód technológiák
1993-ra az amerikai mobiltelefon ismét elfogyott a kapacitásból, annak ellenére, hogy széles körűen haladt az IS-54 felé. Az amerikai mobilüzletág virágzott tovább. Az előfizetők száma 1988-ban másfél millió ügyfelről 1993-ban több mint tizenhárom millió előfizetőre nőtt. Az egyre növekvő piac kiszolgálására más technológiák számára is volt lehetőség. Az IS-54-et követő technológiák ragaszkodtak az általa meghatározott digitális gerinchez.
IS-136
Pragmatikus erőfeszítéseket indítottak az IS-54 fejlesztésére, amely végül egy további csatornát adott az IS-54 hibrid kialakításhoz. Az IS-54-től eltérően az IS-136 időosztásos multiplexelést alkalmaz mind a hang-, mind a vezérlőcsatorna-átvitelhez. A digitális vezérlőcsatorna lehetővé teszi a lakossági és az épületen belüli lefedettséget, az akkumulátor készenléti idejének drámai megnövekedését, számos üzenetküldő alkalmazást, az éteren keresztüli aktiválást és kibővített adatalkalmazásokat. Az IS-136 rendszereknek AMPS telefonok millióinak támogatásához volt szükségük, amelyek nagy részét az IS-54 és az IS-136 mérlegelése előtt tervezték és gyártották. Az IS-136 számos funkcióval egészítette ki az eredeti IS-54 specifikációt, beleértve a szöveges üzenetküldést, az áramkörrel kapcsolt adatot (CSD) és a továbbfejlesztett tömörítési protokollt. Az IS-136 TDMA forgalmi csatornák π / 4-DQPSK modulációt használnak 24,3 kilobaudos csatorna sebességgel, és hatékony 48,6 kbit / s adatátviteli sebességet adnak a hat időrésen keresztül, amely egy keretet tartalmaz a 30 kHz csatornában.
Naplemente a D-AMPS számára az Egyesült Államokban és Kanadában
Az AT&T Mobility , a legnagyobb amerikai szolgáltató, amely támogatja a D-AMPS-t (amelyet "TDMA" -nak nevez), visszautasította a meglévő hálózatát annak érdekében, hogy a spektrum felszabadulhasson a GSM és UMTS platformokon 19 vezeték nélküli piacon, amely májusban kezdődött. 2007. június 30-án, a júniusban és júliusban bekövetkezett egyéb területekkel. Ezeken a piacokon a TDMA hálózat az 1900 MHz frekvencián működött, és nem létezett együtt az AMPS hálózattal. A fennmaradó 850 MHz-es TDMA piacon a szolgáltatás megszűnt az AMPS szolgáltatással együtt 2008. február 18-án, kivéve azokat a területeket, ahol a Dobson Communications szolgáltatást nyújtott . A Dobson TDMA és AMPS hálózat leállt 2008. március 1-jén.
2007. május 31-én a Rogers Wireless leszerelte D-AMPS és AMPS hálózatát, és a régebbi hálózatok fennmaradó ügyfeleit áthelyezte GSM hálózatára.
Az Alltel 2008 szeptemberében fejezte be D-AMPS és AMPS hálózatának leállítását. Az Egyesült Államokban az utolsó szolgáltató, amely D-AMPS hálózatot üzemeltetett , az US Cellular volt , amely 2009 februárjában leállította D-AMPS hálózatát.