Digital AMPS - Digital AMPS
IS-54 och IS-136 är andra generationens ( 2G ) mobiltelefonsystem, känd som Digital AMPS ( D-AMPS ), och en vidareutveckling av det nordamerikanska 1G- mobilsystemet Advanced Mobile Phone System (AMPS). Det var en gång vanligt i hela Amerika , särskilt i USA och Kanada sedan det första kommersiella nätverket utplacerades 1993. D-AMPS betraktas som uttjänt och befintliga nätverk har oftast ersatts av GSM / GPRS- eller CDMA2000- teknik. .
Detta system kallas oftast TDMA . Det namnet är baserat på förkortningen för tidsdelad multipelaccess , en vanlig multipelaccessteknik som används i de flesta 2G-standarder, inklusive GSM, liksom i IS-54 och IS-136. D-AMPS tävlade mot GSM och system baserat på CDMA ( code-division multiple access ).
D-AMPS använder befintliga AMPS- kanaler och möjliggör smidig övergång mellan digitala och analoga system i samma område. Kapaciteten ökades under den föregående analoga designen genom att dela upp varje 30 kHz kanalpar i tre tidsluckor (därmed tidsdelning ) och komprimera röstdata digitalt, vilket gav tre gånger samtalskapaciteten i en enda cell. Ett digitalt system gjorde också samtal säkrare i början, eftersom analoga skannrar inte kunde komma åt digitala signaler. Samtal krypterades med CMEA , som senare befanns vara svag.
IS-136 lade till ett antal funktioner i den ursprungliga IS-54-specifikationen, inklusive textmeddelanden , kretskopplad data (CSD) och ett förbättrat komprimeringsprotokoll. SMS och CSD var båda tillgängliga som en del av GSM-protokollet, och IS-136 implementerade dem på ett nästan identiskt sätt.
Tidigare stora IS-136-nät, inklusive AT&T i USA, och Rogers Wireless i Kanada, har uppgraderat sina befintliga IS-136-nät till GSM / GPRS. Rogers Wireless tog bort alla 1900 MHz IS-136 2003 och har gjort detsamma med sitt 800 MHz-spektrum när utrustningen misslyckades. Rogers avaktiverade sitt IS-136-nätverk (tillsammans med AMPS) den 31 maj 2007. AT&T följde snart upp i februari 2008 och stängde av både TDMA och AMPS.
Alltel , som huvudsakligen använder CDMA2000- teknik men förvärvat ett TDMA-nätverk från Western Wireless , stängde av sina TDMA- och AMPS-nät i september 2008. US Cellular , som nu också huvudsakligen använder CDMA2000- teknik, stängde av sitt TDMA-nätverk i februari 2009.
IS-54 är det första mobilkommunikationssystemet som tillhandahöll säkerhet och det första som använde TDMA-teknik.
Historia
Utvecklingen av mobilkommunikation började i tre olika geografiska regioner: Nordamerika , Europa och Japan . Standarderna i dessa regioner var helt oberoende av varandra.
De tidigaste mobil- eller trådlösa teknologierna som implementerades var helt analoga och kallas kollektivt 1G- teknik ( 1G ). I Japan var 1G-standarderna: Nippon Telegraph and Telephone (NTT) och den höga kapacitetsversionen av den ( Hicap ). De tidiga systemen som användes i hela Europa var inte kompatibla med varandra, vilket innebar att den senare tanken på en gemensam "EU-syn" / teknisk standard saknades just nu.
De olika 1G-standarderna som används i Europa inkluderade C-Netz (i Tyskland och Österrike), Comviq (i Sverige), Nordiska mobiltelefoner / 450 (NMT450) och NMT900 (båda i Norden), NMT-F (fransk version av NMT900 ), TMA-450 (spansk version av NMT450), Radiocom 2000 (RC2000) (i Frankrike), TACS (Total Access Communication System) (i Storbritannien , Italien och Irland ) och TMA-900 (spansk version av TACS) . Nordamerikanska standarder var Advanced Mobile Phone System (AMPS) och Narrow-band AMPS (N-AMPS).
Av 1G-standarderna var AMPS-systemet det mest framgångsrika. Trots de nordiska ländernas samarbete delades det europeiska ingenjörsarbetet mellan de olika standarderna och de japanska standarderna fick inte mycket uppmärksamhet. AMPS utvecklades av Bell Labs på 1970-talet och användes först kommersiellt i USA 1983. AMPS arbetar i 800 MHz- bandet i USA och är den mest distribuerade analoga cellulära standarden. (1900 MHz PCS- bandet, som grundades 1994, är endast för digital drift.) Framgången med AMPS startade mobilåldern i Nordamerika.
Marknaden visade en ökande efterfrågan eftersom den hade högre kapacitet och rörlighet än de dåvarande befintliga mobilkommunikationsstandarderna kunde hantera. Till exempel kunde Bell Labs-systemet på 1970-talet bara bära 12 samtal åt gången i hela New York City . AMPS använde FDMA ( Frequency Division Multiple Access ) som gjorde det möjligt för varje cellplats att sända på olika frekvenser, vilket gjorde att många cellplatser kunde byggas nära varandra.
AMPS hade också många nackdelar. Primärt hade den inte förmågan att stödja den ständigt ökande efterfrågan på mobilkommunikationsanvändning. Varje cellplats hade inte mycket kapacitet att bära högre antal samtal. AMPS hade också ett dåligt säkerhetssystem som gjorde det möjligt för människor att stjäla en telefons serienummer för att ringa olagliga samtal. Alla dessa utlöste sökandet efter ett mer kapabelt system.
Uppdraget resulterade i IS-54 , den första amerikanska 2G-standarden. I mars 1990 införde det nordamerikanska mobilnätet IS-54B-standarden, den första nordamerikanska digitala cellulära standardnormen. Denna standard vann Motorolas Narrowband AMPS eller N-AMPS, ett analogt schema som ökade kapaciteten genom att skära ner röstkanaler från 30 kHz till 10 kHz. IS-54, å andra sidan, ökade kapaciteten med digitala medel med hjälp av TDMA- protokoll. Den här metoden separerar samtal efter tid och placerar delar av enskilda konversationer på samma frekvens, efter varandra. TDMA tredubblade samtalskapaciteten.
Med hjälp av IS-54 kan en mobiloperatör konvertera vilken som helst av systemets analoga röstkanaler till digitala . En telefon med dubbla lägen använder digitala kanaler där det är tillgängligt och standardinställningarna är vanliga där de inte är. IS-54 var bakåtkompatibel med analoga mobiltelefoner och existerade faktiskt på samma radiokanaler som AMPS. Inga analoga kunder blev kvar; de kunde helt enkelt inte komma åt IS-54s nya funktioner. IS-54 stödde också autentisering , en hjälp för att förhindra bedrägerier.
Tekniska specifikationer
IS-54 använder samma 30 kHz kanalavstånd och frekvensband (824-849 och 869-894 MHz) som AMPS. Kapaciteten ökades under den föregående analoga designen genom att dela upp varje 30 kHz kanalpar i tre tidsluckor och komprimera röstdata digitalt, vilket gav tre gånger samtalskapaciteten i en enda cell. Ett digitalt system gjorde också samtal säkrare eftersom analoga skannrar inte kunde komma åt digitala signaler.
IS-54-standarden specificerar 84 styrkanaler, varav 42 delas med AMPS. För att upprätthålla kompatibilitet med det befintliga AMPS-mobiltelefonsystemet använder de primära framåt- och bakåtstyrkanalerna i IS-54-cellulära system samma signaleringsmetoder och moduleringsschema (binär FSK) som AMPS. En AMPS / IS-54-infrastruktur kan stödja antingen analoga AMPS-telefoner eller D-AMPS-telefoner.
Åtkomstmetoden som används för IS-54 är Time Division Multiple Access (TDMA), som var den första amerikanska digitala standarden som utvecklades. Det antogs av TIA 1992. TDMA delar upp var och en av de 30 kHz AMPS-kanalerna i tre TDMA-kanaler med full hastighet, som var och en kan stödja ett enda röstsamtal. Senare delades var och en av dessa fullhastighetskanaler ytterligare in i två halvhastighetskanaler, var och en, med nödvändig kodning och komprimering, också kunde stödja ett röstsamtal. Således kunde TDMA tillhandahålla tre till sex gånger kapaciteten för AMPS-trafikkanaler. TDMA definierades ursprungligen av IS-54-standarden och specificeras nu i IS-13x-serien av specifikationer för EIA / TIA.
Kanaltransmissionsbithastigheten för digital modulering av bäraren är 48,6 kbit / s. Varje ram har sex tidsluckor med en varaktighet på 6,67 ms. Varje tidslucka har 324 bitar av information, varav 260 bitar är för 13-kbit / s full trafikdata. De andra 64 bitarna är overhead; 28 av dessa är för synkronisering och de innehåller en specifik bitsekvens som är känd av alla mottagare för att upprätta raminriktning. Liksom med GSM fungerar också den kända sekvensen som ett träningsmönster för att initiera en adaptiv equalizer.
IS-54-systemet har olika synkroniseringssekvenser för var och en av de sex tidsluckorna som bildar ramen, varigenom varje mottagare kan synkronisera till sina egna förutbestämda tidsluckor. Ytterligare 12 bitar i varje tidslucka är för SACCH (dvs. systemstyrinformation). Den digitala verifieringsfärgkoden (DVCC) motsvarar den övervakande ljudtonen som används i AMPS-systemet. Det finns 256 olika 8-bitars färgkoder, som skyddas av en (12, 8, 3) Hamming-kod. Varje basstation har sin egen förutbestämda färgkod, så att inkommande störande signaler från avlägsna celler kan ignoreras.
Moduleringsschemat för IS-54 är 7C / 4 differentiell kvartär fasförskjutning (DQPSK), annars känd som differentiell 7t / 4 4-PSK eller π / 4 DQPSK. Denna teknik tillåter en bithastighet på 48,6 kbit / s med 30 kHz kanalavstånd för att ge en bandbreddseffektivitet på 1,62 bit / s / Hz. Detta värde är 20% bättre än GSM. Den största nackdelen med denna typ av linjär moduleringsmetod är effektineffektiviteten, vilket översätts till en tyngre handhållen bärbar och, ännu mer obekväm, en kortare tid mellan batteriladdningar.
Samtalsbehandling
En konversations databitar utgör DATA-fältet. Sex kortplatser utgör en komplett IS-54-ram. DATA i kortplats 1 och 4, 2 och 5 och 3 och 6 utgör en röstkrets. DVCC står för digital verifieringskod, arcane terminologi för ett unikt 8-bitars kodvärde tilldelat varje cell. G betyder vakttid, perioden mellan varje tidslucka. RSVD står för reserverad. SYNC representerar synkronisering, ett kritiskt TDMA-datafält. Varje kortplats i varje ram måste synkroniseras mot alla andra och en huvudklocka för att allt ska fungera.
Tidsluckor för mobil-till-bas-riktningen är konstruerade annorlunda än bas-till-mobil-riktningen. De har i huvudsak samma information men är ordnade annorlunda. Observera att mobil-till-bas-riktningen har en 6-bitars ramptid för att möjliggöra för sändartiden för att få upp till full effekt och ett 6-bitars skyddsband under vilket ingenting sänds. Dessa 12 extra bitar i riktning från bas till mobil är reserverade för framtida användning.
När ett samtal kommer in växlar mobilen till ett annat frekvenspar; en röstradiokanal som systembäraren har gjort analog eller digital. Detta par bär samtalet. Om en IS-54-signal detekteras tilldelas den en digital trafikkanal om en är tillgänglig. Den snabbt associerade kanalen eller FACCH utför handoffs under samtalet, utan att mobilen behöver gå tillbaka till kontrollkanalen. Vid högt brus FACCH, inbäddat i den digitala trafikkanalen, åsidosätter röstnyttolasten och försämrar talkvaliteten för att förmedla kontrollinformation. Syftet är att upprätthålla anslutning. Den långsamt associerade styrkanalen eller SACCH utför inte överlämningar utan förmedlar saker som signalstyrkainformation till basstationen.
IS-54-talkodaren använder tekniken som kallas VSELP-kodning ( vector sum excited linear prediction ). Detta är en speciell typ av talkodare inom en stor klass som kallas kodelaterad linjär förutsägelse (CELP) kodare. Talkodningshastigheten på 7,95 kbit / s uppnår en rekonstruerad talkvalitet som liknar den för det analoga AMPS-systemet med frekvensmodulering. 7,95 kbit / s-signalen skickas sedan genom en kanalkodare som laddar bithastigheten upp till 13 kbit / s. Den nya kodningsstandarden för halv hastighet minskar den totala bithastigheten för varje samtal till 6,5 kbit / s och bör ge jämförbar kvalitet med 13 kbit / s-hastigheten. Denna halva hastighet ger en kanalkapacitet sex gånger den för analog AMPS.
Systemexempel
Diskussionen om ett kommunikationssystem kommer inte att vara komplett utan förklaringen av ett systemexempel. En mobiltelefon med dubbla lägen enligt IS-54-standarden förklaras. En telefon med dubbla lägen kan fungera i en cell som endast är analog eller i en dubbelläge. Både sändaren och mottagaren stöder både analoga FM- och digitala tidsdelningsprogram (TDMA). Digital överföring föredras, så när ett cellulärt system har digital kapacitet tilldelas mobilenheten först en digital kanal. Om inga digitala kanaler är tillgängliga kommer det mobila systemet att tilldela en analog kanal. Sändaren omvandlar ljudsignalen till en radiofrekvens (RF) och mottagaren omvandlar en RF-signal till en ljudsignal. Antennen fokuserar och omvandlar RF-energi för mottagning och överföring till fritt utrymme. Kontrollpanelen fungerar som en in / ut-mekanism för slutanvändaren; den stöder en knappsats, en skärm, en mikrofon och en högtalare. Samordnaren synkroniserar överföringen och tar emot funktioner från mobilenheten. En mobiltelefon med dubbla lägen består av följande:
- Sändare
- Antennenhet
- Mottagare
- Kontrollpanel
- Samordnare
Efterföljande tekniker
År 1993 var den amerikanska mobilnationen åter tom för kapacitet, trots en bred rörelse till IS-54. Den amerikanska mobilbranschen fortsatte att blomstra. Abonnenterna växte från en och en halv miljon kunder 1988 till mer än tretton miljoner abonnenter 1993. Det fanns utrymme för andra tekniker för att tillgodose den växande marknaden. Teknologierna som följde IS-54 höll fast vid den digitala ryggraden som den fastställde.
IS-136
En pragmatisk insats lanserades för att förbättra IS-54 som så småningom tillförde en extra kanal till IS-54-hybriddesignen. Till skillnad från IS-54 använder IS-136 tidsdelningsmultiplexering för både röst- och kontrollkanalsändningar. Den digitala styrkanalen möjliggör täckning för bostäder och byggnader, dramatiskt ökad standbytid för batteriet, flera meddelandeapplikationer, över luftaktivering och utökade dataprogram. IS-136-system behövs för att stödja miljontals AMPS-telefoner, varav de flesta designades och tillverkades innan IS-54 och IS-136 övervägdes. IS-136 lade till ett antal funktioner i den ursprungliga IS-54-specifikationen, inklusive textmeddelanden, kretskopplad data (CSD) och ett förbättrat komprimeringsprotokoll. IS-136 TDMA-trafikkanaler använder π / 4-DQPSK-modulering med en kanalhastighet på 24,3 kilobaud och ger en effektiv datahastighet på 48,6 kbit / s över de sex tidsluckorna som innefattar en ram i 30 kHz-kanalen.
Solnedgång för D-AMPS i USA och Kanada
AT&T Mobility , den största amerikanska operatören som stöder D-AMPS (som den kallar "TDMA"), hade avvisat sitt befintliga nätverk för att släppa spektrumet till sina GSM- och UMTS- plattformar på 19 trådlösa marknader, som startade i maj 30, 2007, med andra områden som följde i juni och juli. TDMA-nätverket på dessa marknader fungerade på 1900 MHz-frekvensen och samexisterade inte med ett AMPS-nätverk. Tjänsten på de återstående 850 MHz TDMA-marknaderna avbröts tillsammans med AMPS-tjänsten den 18 februari 2008, förutom i områden där tjänsten tillhandahölls av Dobson Communications . Dobson TDMA och AMPS-nätverket stängdes av den 1 mars 2008.
Den 31 maj 2007 avvecklade Rogers Wireless sina D-AMPS- och AMPS-nätverk och flyttade de återstående kunderna på dessa äldre nätverk till sitt GSM-nätverk.
Alltel avslutade sin avstängning av sina D-AMPS- och AMPS-nätverk i september 2008. Den sista operatören i USA som drev ett D-AMPS-nätverk var US Cellular , som stängde av sitt D-AMPS-nätverk i februari 2009.
