Digital AMPS - Digital AMPS
IS-54 og IS-136 er andregenerasjons ( 2G ) mobiltelefonsystemer, kjent som Digital AMPS ( D-AMPS ), og en videreutvikling av det nordamerikanske 1G- mobilsystemet Advanced Mobile Phone System (AMPS). Det var en gang utbredt i hele Amerika , spesielt i USA og Canada siden den første kommersielle nettverk ble utplassert i 1993. D-AMPS anses end-of-life , og eksisterende nettverk har stort sett blitt erstattet av GSM / GPRS eller CDMA2000 teknologier .
Dette systemet blir ofte referert til som TDMA . Dette navnet er basert på forkortelsen for tidsdeling flere tilganger , en vanlig teknikk for flere tilganger som brukes i de fleste 2G-standarder, inkludert GSM, så vel som i IS-54 og IS-136. D-AMPS konkurrerte mot GSM og systemer basert på CDMA ( code-division multiple access ).
D-AMPS bruker eksisterende AMPS- kanaler og muliggjør jevn overgang mellom digitale og analoge systemer i samme område. Kapasiteten ble økt i forhold til den foregående analoge utformingen ved å dele hvert 30 kHz kanalpar i tre tidsluker (derav tidsinndeling ) og komprimere taledataene digitalt, og gi tre ganger anropskapasiteten i en enkelt celle. Et digitalt system gjorde også samtaler sikrere i begynnelsen, ettersom analoge skannere ikke fikk tilgang til digitale signaler. Samtalene ble kryptert ved bruk av CMEA , som senere ble funnet å være svak.
IS-136 la til en rekke funksjoner i den opprinnelige IS-54-spesifikasjonen, inkludert tekstmeldinger , kretsbyttedata (CSD) og en forbedret komprimeringsprotokoll. SMS og CSD var begge tilgjengelige som en del av GSM-protokollen, og IS-136 implementerte dem på nesten identisk måte.
Tidligere store IS-136-nettverk, inkludert AT&T i USA, og Rogers Wireless i Canada, har oppgradert sine eksisterende IS-136-nettverk til GSM / GPRS. Rogers Wireless fjernet hele 1900 MHz IS-136 i 2003, og har gjort det samme med sitt 800 MHz spektrum ettersom utstyret mislyktes. Rogers deaktiverte IS-136-nettverket (sammen med AMPS) 31. mai 2007. AT&T fulgte snart opp i februar 2008, og stengte både TDMA og AMPS.
Alltel , som primært bruker CDMA2000- teknologi, men anskaffet et TDMA-nettverk fra Western Wireless , stengte TDMA- og AMPS-nettverkene i september 2008. US Cellular , som nå også først og fremst bruker CDMA2000- teknologi, stengte TDMA-nettverket i februar 2009.
IS-54 er det første mobilkommunikasjonssystemet som sørget for sikkerhet, og det første som benytter TDMA-teknologi.
Historie
Utviklingen av mobilkommunikasjon begynte i tre forskjellige geografiske regioner: Nord-Amerika , Europa og Japan . Standardene som ble brukt i disse regionene var ganske uavhengige av hverandre.
De tidligste implementerte mobile eller trådløse teknologiene var helt analoge, og er samlet kjent som 1. generasjon ( 1G ) teknologier. I Japan var 1G-standardene: Nippon Telegraph and Telephone (NTT) og høykapasitetsversjonen av den ( Hicap ). De tidlige systemene som ble brukt over hele Europa var ikke kompatible med hverandre, noe som betyr at den senere ideen om et felles 'EU-synspunkt / teknologisk standard var fraværende på dette tidspunktet.
De forskjellige 1G-standardene som ble brukt i Europa inkluderte C-Netz (i Tyskland og Østerrike), Comviq (i Sverige), Nordic Mobile Telefones / 450 (NMT450) og NMT900 (begge i Norden), NMT-F (fransk versjon av NMT900 ), TMA-450 (spansk versjon av NMT450), Radiocom 2000 (RC2000) (i Frankrike), TACS (Total Access Communication System) (i Storbritannia , Italia og Irland ) og TMA-900 (spansk versjon av TACS) . Nordamerikanske standarder var Advanced Mobile Phone System (AMPS) og Narrow-band AMPS (N-AMPS).
Ut av 1G-standardene var AMPS-systemet den mest vellykkede. Til tross for de nordiske landenes samarbeid var europeisk ingeniørarbeid delt mellom de forskjellige standardene, og de japanske standardene fikk ikke særlig oppmerksomhet. AMPS ble utviklet av Bell Labs på 1970-tallet og ble først brukt kommersielt i USA i 1983, og opererer i 800 MHz- båndet i USA og er den mest distribuerte analoge mobilstandarden. (1900 MHz PCS- båndet, etablert i 1994, er kun for digital drift.) Suksessen til AMPS startet mobilalderen i Nord-Amerika.
Markedet viste en økende etterspørsel fordi det hadde høyere kapasitet og mobilitet enn de da eksisterende mobilkommunikasjonsstandardene var i stand til å håndtere. For eksempel kunne Bell Labs-systemet på 1970-tallet bare bære 12 samtaler av gangen i hele New York City . AMPS brukte Frequency Division Multiple Access (FDMA) som gjorde det mulig for hvert cellested å overføre på forskjellige frekvenser, slik at mange cellesteder kunne bygges nær hverandre.
AMPS hadde også mange ulemper. Primært hadde den ikke muligheten til å støtte den stadig økende etterspørselen etter bruk av mobilkommunikasjon. Hvert mobilnettsted hadde ikke mye kapasitet til å bære høyere antall samtaler. AMPS hadde også et dårlig sikkerhetssystem som tillot folk å stjele en telefons serienummer for å ringe ulovlig. Alle disse utløste søket etter et mer dyktig system.
Oppdraget resulterte i IS-54 , den første amerikanske 2G-standarden. I mars 1990 innlemmet det nordamerikanske mobilnettet IS-54B-standarden, den første nordamerikanske digitalmodulen med dobbeltmodus. Denne standarden vant Motorolas Narrowband AMPS eller N-AMPS, et analogt skjema som økte kapasiteten ved å kutte ned talekanaler fra 30 kHz til 10 kHz. IS-54, derimot, økte kapasiteten med digitale midler ved bruk av TDMA- protokoller. Denne metoden skiller samtaler etter tid, og plasserer deler av individuelle samtaler på samme frekvens, den ene etter den neste. TDMA tredoblet anropskapasiteten.
Ved hjelp av IS-54 kan en mobiloperatør konvertere hvilken som helst av systemets analoge talekanaler til digitale . En dual mode-telefon bruker digitale kanaler der det er tilgjengelig, og er standard AMPS der de ikke er. IS-54 var bakoverkompatibel med analoge mobiltelefoner og eksisterte faktisk på samme radiokanaler som AMPS. Ingen analoge kunder ble etterlatt; de fikk rett og slett ikke tilgang til IS-54s nye funksjoner. IS-54 støttet også autentisering , en hjelp til å forhindre svindel.
Teknologispesifikasjoner
IS-54 bruker samme 30 kHz kanalavstand og frekvensbånd (824-849 og 869-894 MHz) som AMPS. Kapasiteten ble økt i forhold til den forrige analoge designen ved å dele hvert 30 kHz kanalpar i tre tidsluker og komprimere taledataene digitalt, og gi tre ganger samtalekapasiteten i en enkelt celle. Et digitalt system gjorde også samtaler sikrere fordi analoge skannere ikke fikk tilgang til digitale signaler.
IS-54-standarden spesifiserer 84 kontrollkanaler, hvorav 42 deles med AMPS. For å opprettholde kompatibilitet med det eksisterende AMPS-mobiltelefonsystemet, bruker de primære fremover- og bakover-kontrollkanalene i IS-54-mobilsystemer de samme signaleringsteknikkene og moduleringsskjemaet (binær FSK) som AMPS. En AMPS / IS-54-infrastruktur kan støtte bruk av enten analoge AMPS-telefoner eller D-AMPS-telefoner.
Tilgangsmetoden som brukes for IS-54 er Time Division Multiple Access (TDMA), som var den første amerikanske digitale standarden som ble utviklet. Den ble vedtatt av TIA i 1992. TDMA deler hver av de 30 kHz AMPS-kanalene i tre TDMA-kanaler med full hastighet, som hver er i stand til å støtte en enkelt taleanrop. Senere ble hver av disse fullhastighetskanalene videre delt inn i to halvhastighetskanaler, som hver, med den nødvendige kodingen og komprimeringen, også kunne støtte et taleanrop. Dermed kunne TDMA gi tre til seks ganger kapasiteten til AMPS-trafikkanaler. TDMA ble opprinnelig definert av IS-54-standarden og er nå spesifisert i IS-13x-serien med spesifikasjoner for EIA / TIA.
Kanaloverføringsbithastigheten for digital modulering av bæreren er 48,6 kbit / s. Hver ramme har seks tidsluker med en varighet på 6,67 ms. Hver tidsluke har 324 biter av informasjon, hvorav 260 biter er for 13-kbit / s full trafikkdata. De andre 64 bitene er overhead; 28 av disse er for synkronisering, og de inneholder en spesifikk bitsekvens kjent av alle mottakere for å etablere rammelinjering. Som med GSM fungerer også den kjente sekvensen som et treningsmønster for å initialisere en adaptiv equalizer.
IS-54-systemet har forskjellige synkroniseringssekvenser for hver av de seks tidsluker som utgjør rammen, og derved tillater hver mottaker å synkronisere med sine egne forhåndstildelte tidsluker. Ytterligere 12 biter i hver tidsluke er for SACCH (dvs. systemkontrollinformasjon). Den digitale bekreftelseskolokoden (DVCC) tilsvarer den overordnede lydtonen som brukes i AMPS-systemet. Det er 256 forskjellige 8-biters fargekoder, som er beskyttet av en (12, 8, 3) Hamming-kode. Hver basestasjon har sin egen forhåndsinnstilte fargekode, slik at eventuelle innkommende forstyrrende signaler fra fjerne celler kan ignoreres.
Moduleringsskjemaet for IS-54 er 7C / 4 differensiell kvaternær faseskiftnøkkel (DQPSK), ellers kjent som differensial 7t / 4 4-PSK eller π / 4 DQPSK. Denne teknikken tillater en bithastighet på 48,6 kbit / s med 30 kHz kanalavstand, for å gi en båndbreddeeffektivitet på 1,62 bit / s / Hz. Denne verdien er 20% bedre enn GSM. Den største ulempen med denne typen lineær moduleringsmetode er strømineffektiviteten, som oversettes til en tyngre håndholdt bærbar og enda vanskeligere, en kortere tid mellom batterilading.
Samtalsbehandling
Databitene til en samtale utgjør DATA-feltet. Seks spor utgjør en komplett IS-54-ramme. DATA i spor 1 og 4, 2 og 5 og 3 og 6 utgjør en talekrets. DVCC står for digital bekreftelse fargekode, arcane terminologi for en unik 8-biters kodeverdi tildelt hver celle. G betyr vakttid, perioden mellom hver tidsluke. RSVD står for reservert. SYNC representerer synkronisering, et kritisk TDMA-datafelt. Hvert spor i hver ramme må synkroniseres mot alle andre og en hovedklokke for at alt skal fungere.
Tidsluker for mobil-til-base-retning er konstruert annerledes enn base-til-mobil-retning. De bærer i hovedsak den samme informasjonen, men er ordnet annerledes. Legg merke til at mobil-til-base-retningen har en 6-bit rampetid for å gjøre det mulig for sendertiden å komme opp til full effekt, og et 6-biters beskyttelsesbånd der ingenting overføres. Disse 12 ekstra bitene i base-til-mobil-retning er reservert for fremtidig bruk.
Når en samtale kommer inn, bytter mobilen til et annet par frekvenser; en taleradiokanal som systembæreren har laget analog eller digital. Dette paret bærer samtalen. Hvis det oppdages et IS-54-signal, tildeles det en digital trafikkanal hvis en er tilgjengelig. Den raskt tilknyttede kanalen eller FACCH utfører overleveringer under samtalen, uten at mobilen trenger å gå tilbake til kontrollkanalen. I tilfelle av høy støy FACCH, innebygd i den digitale trafikkanalen, overstyrer stemmens nyttelast, forverrende talekvalitet for å formidle kontrollinformasjon. Hensikten er å opprettholde tilkobling. Den langsomme tilknyttede kontrollkanalen eller SACCH utfører ikke overleveringer, men formidler ting som signalstyrkeinformasjon til basestasjonen.
IS-54-talekoderen bruker teknikken som kalles VSELP-koding ( vector sum excited linear prediction ). Dette er en spesiell type talekoder innen en stor klasse kjent som CELP-kodere ( code-excited linear prediction ). Talekodingshastigheten på 7,95 kbit / s oppnår en rekonstruert talekvalitet som ligner på det analoge AMPS-systemet ved bruk av frekvensmodulering. 7,95-kbit / s-signalet blir deretter ført gjennom en kanalkoder som laster bithastigheten opp til 13 kbit / s. Den nye kodingsstandarden for halv hastighet reduserer den totale bithastigheten for hver samtale til 6,5 kbit / s, og skal gi sammenlignbar kvalitet med 13 kbit / s-hastigheten. Denne halve hastigheten gir en kanalkapasitet seks ganger den for analoge AMPS.
Systemeksempel
Diskusjonen om et kommunikasjonssystem vil ikke være komplett uten forklaring på et systemeksempel. En dual-mode mobiltelefon som spesifisert av IS-54-standarden er forklart. En dual-mode-telefon er i stand til å fungere i en analog-celle eller en dual-mode-celle. Både senderen og mottakeren støtter både analoge FM- og digitale tidsdelingsmuligheter (TDMA). Digital overføring foretrekkes, så når et mobilsystem har digital evne, tildeles mobilenheten først en digital kanal. Hvis ingen digitale kanaler er tilgjengelige, tilordner mobilsystemet en analog kanal. Senderen konverterer lydsignalet til en radiofrekvens (RF), og mottakeren konverterer et RF-signal til et lydsignal. Antennen fokuserer og konverterer RF-energi for mottak og overføring til ledig plass. Kontrollpanelet fungerer som en inn / ut-mekanisme for sluttbrukeren; den støtter et tastatur, en skjerm, en mikrofon og en høyttaler. Koordinatoren synkroniserer overføringen og mottar funksjoner til mobilenheten. En mobiltelefon med to moduser består av følgende:
- Senderen
- Antennesamling
- Mottaker
- Kontrollpanel
- Koordinator
Etterfølgerteknologier
I 1993 var den amerikanske mobilnettet igjen tom for kapasitet, til tross for en bred bevegelse til IS-54. Den amerikanske mobilvirksomheten fortsatte å blomstre. Abonnentene vokste fra en og en halv million kunder i 1988 til mer enn tretten millioner abonnenter i 1993. Det var rom for andre teknologier for å imøtekomme det voksende markedet. Teknologiene som fulgte IS-54, holdt seg til den digitale ryggraden som ble lagt ned av den.
IS-136
En pragmatisk innsats ble lansert for å forbedre IS-54 som til slutt ga en ekstra kanal til IS-54-hybriddesignen. I motsetning til IS-54, bruker IS-136 tidsdelt multiplexing for både tale- og kontrollkanaloverføringer. Digital kontrollkanal tillater boligdekning og bygningsdekning, dramatisk økt standbytid for batteriet, flere meldingsapplikasjoner, aktivering over tid og utvidede dataprogrammer. IS-136-systemer som trengs for å støtte millioner av AMPS-telefoner, hvorav de fleste ble designet og produsert før IS-54 og IS-136 ble vurdert. IS-136 la til en rekke funksjoner i den opprinnelige IS-54-spesifikasjonen, inkludert tekstmeldinger, kretsbyttedata (CSD) og en forbedret komprimeringsprotokoll. IS-136 TDMA-trafikkanaler bruker π / 4-DQPSK-modulering med en kanalhastighet på 24,3 kilobaud og gir en effektiv 48,6 kbit / s datahastighet over de seks tidsluker som omfatter en ramme i 30 kHz-kanalen.
Solnedgang for D-AMPS i USA og Canada
AT&T Mobility , den største amerikanske operatøren som støtter D-AMPS (som den refererer til som "TDMA"), hadde avslått sitt eksisterende nettverk for å frigjøre spekteret til sine GSM- og UMTS- plattformer i 19 trådløse markeder, som startet i mai 30. 2007, med andre områder som fulgte i juni og juli. TDMA-nettverket i disse markedene opererte på 1900 MHz-frekvensen og eksisterte ikke sammen med et AMPS-nettverk. Tjenesten på de resterende 850 MHz TDMA-markedene ble avviklet sammen med AMPS-tjenesten 18. februar 2008, bortsett fra i områder der tjenesten ble levert av Dobson Communications . Dobson TDMA og AMPS-nettverket ble stengt 1. mars 2008.
31. mai 2007 avviklet Rogers Wireless sine D-AMPS- og AMPS-nettverk og flyttet de gjenværende kundene på disse eldre nettverkene til GSM-nettverket.
Alltel fullførte nedleggelsen av D-AMPS- og AMPS-nettverket i september 2008. Den siste operatøren i USA som drev et D-AMPS-nettverk var US Cellular , som stengte D-AMPS-nettverket i februar 2009.