cdmaOne

暫定標準 95 ( IS-95 ) は、コード分割多重接続(CDMA)を使用した最初のデジタル セルラー テクノロジでした。これはQualcommによって開発され、後に 1995 年に公開された TIA/EIA/IS-95 リリースで電気通信業界協会によって標準として採用されました。IS -95 の独自名はcdmaOneです。

これは、デジタル無線の多重アクセス方式である CDMA を使用して、携帯電話とセル サイト間で音声、データ、およびシグナリング データ (ダイヤルした電話番号など) を送信する2Gモバイル通信規格です。CDMA はビットストリーム( PN コード)を送信します。CDMA では、複数の無線が同じ周波数を共有できます。2G GSMで使用されている競合システムである時分割多重アクセス(TDMA) とは異なり、アクティブな無線の数をネットワーク容量が直接制限することはないため、すべての無線を常にアクティブにすることができます。より少ない数のセル サイトによって多数の電話に対応できるため、CDMA ベースの規格は、TDMA ベースの規格^{[要出典]や}周波数分割多重を使用した最も古い携帯電話規格に比べて経済的な利点が大きくあります。

北米では、この技術は、TDMA ベースの標準であるDigital AMPS (IS-136) や、TDMA ベースの GSM と競合していました。その後、CDMA ベースの標準であるIS-2000 (CDMA2000) に取って代わられました。

cdmaOne の技術的歴史は、Qualcomm の社内プロジェクトとしての誕生と、それが開発された当時は実証されていない競合するデジタル携帯電話規格の世界の両方を反映しています。IS -95 という用語は、一般的に、初期のプロトコル改訂セット、つまり P_REV 1 から 5 に適用されます。

P_REV=1 は、文書参照J-STD-008を伴うANSI標準化プロセスの下で開発されました。1995 年に発行された J-STD-008 は、当時新しい北米 PCS バンド (バンド クラス 1、1900 MHz) に対してのみ定義されていました。IS -95という用語は、正確には、ほぼ同じ時期に北米セルラー バンド (バンド クラス 0、800 MHz) 向けに電気通信業界協会(TIA) 標準化プロセスの下で開発された P_REV=1 を指します。IS-95 は、アナログ セルラー ネットワークとの相互運用 (ハンドオフを含む) を提供しました。デジタル操作に関しては、IS-95 と J-STD-008 はほとんどの技術的詳細を共有しています。両方の文書の未熟なスタイルと構造は、Qualcomm の社内プロジェクトの「標準化」を強く反映しています。

P_REV=2 は暫定標準 95A (IS-95A)と呼ばれます。IS-95A は、TIA 標準化プロセスにおける IS-95 の段階的な改善として、バンド クラス 0 のみを対象に開発されました。

P_REV=3 は、テクニカル サービス速報 74 (TSB-74)と呼ばれます。TSB-74 は、TIA 標準プロセスにおける IS-95A の次の段階的な改善でした。

P_REV=4 は暫定規格 95B (IS-95B) フェーズ Iと呼ばれ、 P_REV=5 は暫定規格 95B (IS-95B) フェーズ IIと呼ばれます。IS-95B 規格トラックは、TIA の下で TIA と ANSI 規格トラックを統合し、両方のバンド クラス (デュアル バンド操作) での IS-95 モバイル ハンドセットの相互運用を規定した最初のドキュメントでした。P_REV=4 は、IS-95 の最も人気のあるバリアントであり、P_REV=5 は韓国でわずかに採用されただけです。

P_REV=6 以降はCDMA2000 の傘下にあります。技術的な改善に加えて、IS-2000 ドキュメントはレイアウトとコンテンツの面ではるかに成熟しています。また、IS-95 との下位互換性も提供します。

IS-95規格は、移動体とネットワーク間で使用されるプロトコルのセットである無線インターフェース^{[1]について規定しています。IS-95は、L1が物理層（} PHY ）に相当し、L2がメディアアクセス制御（MAC）およびリンクアクセス制御（LAC）サブレイヤー、L3がコール処理ステートマシンに相当する3層スタックとして広く説明されています。

IS-95 は、順方向(ネットワークからモバイル) と逆方向(モバイルからネットワーク) の両方向での信号の送信を定義します。

順方向では、無線信号は基地局 (BTS) によって送信されます。すべての BTS はGPS受信機と同期されているため、送信は時間的に厳密に制御されます。順方向送信はすべてQPSKで、チップ レートは 1,228,800/秒です。各信号は長さ 64 のウォルシュ コードと長さ 2 ^15の疑似ランダム ノイズコード ( PN コード)で拡散され、PN ロールオーバー期間はms になります。 ${\displaystyle {\frac {80}{3}}}$

逆方向では、無線信号はモバイルによって送信されます。リバース リンク送信は、モバイルのパワー アンプの最適範囲で動作するためにOQPSKです。フォワード リンクと同様に、チップ レートは 1,228,800/秒で、信号はウォルシュ コードと疑似ランダム ノイズコード (ショート コードとも呼ばれます) で拡散されます。

各 BTS は、パイロット チャネルに相当な量の出力電力を割り当てます。パイロット チャネルは、変調されていない PN シーケンス (つまり、Walsh コード 0 で拡散) です。ネットワーク内の各 BTS セクターには、64 チップ単位で PN オフセットが割り当てられます。フォワード パイロットではデータは伝送されません。フォワード パイロットは強力な自己相関機能を備えているため、モバイルはシステム タイミングを決定し、ハンドオフするさまざまな BTS を区別できます。

モバイルが「検索」しているとき、特定の無線周波数にチューニングし、すべての可能な PN フェーズにわたって相互相関を実行することで、ネットワーク上のパイロット信号を見つけようとします。相関ピークの結果が強い場合は、BTS が近いことを示します。

ウォルシュ コードによって選択されたその他の順方向チャネルは、ネットワークからモバイルにデータを伝送します。データは、ネットワーク シグナリングとユーザー トラフィックで構成されます。通常、送信されるデータはビットのフレームに分割されます。ビットのフレームは畳み込みエンコーダーを通過し、順方向エラー訂正冗長性が追加され、シンボルのフレームが生成されます。これらのシンボルは、ウォルシュ シーケンスと PN シーケンスで拡散され、送信されます。

BTS は、ウォルシュ コード 32 で拡散された同期チャネルを送信します。同期チャネル フレームの長さは ms で、フレーム境界はパイロットに揃えられています。同期チャネルは、長さと内容が P_REV に依存する単一のメッセージ、同期チャネル メッセージを継続的に送信します。メッセージはフレームごとに 32 ビットで送信され、128 シンボルにエンコードされ、1200 ビット/秒のレートになります。同期チャネル メッセージには、BTS セクターで使用される PN オフセットなど、ネットワークに関する情報が含まれています。 ${\displaystyle {\frac {80}{3}}}$

モバイルが強力なパイロット チャネルを見つけると、同期チャネルをリッスンし、同期チャネル メッセージをデコードして、システム時間への高精度な同期を確立します。この時点で、モバイルはローミング中であるかどうか、および「サービス中」であるかどうかを認識します。

BTS は、ウォルシュ コード 1 から始まるページング チャネルを少なくとも 1 つ、最大 7 つ送信します。ページング チャネルのフレーム時間は 20 ミリ秒で、IS-95 システム (GPS など) の 2 秒ロールオーバーに合わせて時間調整されます。ページング チャネルで使用されるレートは、4800 ビット/秒または 9600 ビット/秒の 2 種類です。どちらのレートも 1 秒あたり 19200 シンボルにエンコードされます。

ページング チャネルには、ネットワークからすべてのアイドル状態のモバイルに送信されるシグナリング メッセージが含まれます。一連のメッセージは、モバイルに詳細なネットワーク オーバーヘッドを伝え、ページング チャネルが空いている間にこの情報を循環させます。ページング チャネルは、モバイルとの間の通話を設定するための、優先度の高いメッセージも伝送します。

モバイルがアイドル状態のときは、主にページング チャネルをリッスンしています。モバイルがすべてのネットワーク オーバーヘッド情報を解析すると、ネットワークに登録され、オプションでスロット モードに入ります。これらのプロセスについては、以下で詳しく説明します。

BTS セクターのブロードキャスト チャネル専用ではない Walsh スペースは、トラフィック チャネルに使用できます。これらのチャネルは、IS-95 でサポートされている個別の音声およびデータ通話を伝送します。ページング チャネルと同様に、トラフィック チャネルのフレーム時間は 20 ミリ秒です。

音声とユーザー データは断続的であるため、トラフィック チャネルは可変レート操作をサポートします。20 ミリ秒ごとに、使用中のサービス (音声またはデータ) によって決まる異なるレートでフレームが送信されることがあります。P_REV=1 および P_REV=2 はレート セット 1をサポートし、1200、2400、4800、または 9600 ビット/秒のレートを提供します。P_REV=3 以上はレート セット 2も提供し、1800、3600、7200、または 14400 ビット/秒のレートを提供します。

音声通話の場合、トラフィック チャネルはボコーダデータのフレームを伝送します。IS-95 ではさまざまなボコーダが定義されていますが、初期のボコーダはレート セット 1 に制限されており、音声品質が悪いというユーザーからの苦情の原因となっていました。最新の DSP とレート セット 2 を活用したより高度なボコーダにより、音声品質の状況が改善され、2005 年現在でも広く使用されています。

可変レート トラフィック フレームを受信するモバイルは、フレームが送信されたレートを認識しません。通常、フレームは可能な各レートでデコードされ、Viterbi デコーダの品質メトリックを使用して正しい結果が選択されます。

トラフィック チャネルは、IS-95 の回線交換データ コールを伝送することもできます。可変レート トラフィック フレームは、IS-95無線リンク プロトコル (RLP)を使用して生成されます。RLP は、データ用のワイヤレス リンクのパフォーマンスを向上させるメカニズムを提供します。音声コールでは、20 ミリ秒のフレームが時々ドロップされても許容できるかもしれませんが、データ コールでは、RLP なしでは許容できないパフォーマンスになります。

IS-95B P_REV=5 では、ユーザーは最大 7 つの補助「コード」(トラフィック) チャネルを同時に使用して、データ通話のスループットを向上させることができました。理論上はユーザーに 115200 ビット/秒を提供できるこの機能を提供しているモバイルやネットワークはほとんどありませんでした。

畳み込み符号化と繰り返しの後、シンボルは 24 x 16 配列の 20 ms ブロック インターリーバに送信されます。

IS-95 とその CDMA 技術の使用は、他の通信システムと同様に、シャノンの定理に従ってスループットが制限されます。したがって、容量は SNR と帯域幅とともに向上します。IS-95 は帯域幅が固定されていますが、SNR を向上させるための積極的な措置を講じているため、デジタルの世界でうまく機能します。

CDMA では、対象のチャネルと相関関係のない信号 (隣接するセルラー ベース ステーションからのその他の PN オフセットなど) はノイズとして表示され、その他の Walsh コードで伝送される信号 (適切に時間調整されている) は、拡散解除プロセスで基本的に削除されます。トラフィック チャネルの可変レートの性質により、低レートのフレームが低電力で送信されるため、他の信号が正しく受信される際のノイズが少なくなります。これらの要素により、他のセルラー テクノロジよりもノイズ レベルが本質的に低くなり、IS-95 ネットワークでは、より多くのユーザーを同じ無線スペクトルに詰め込むことができます。

アクティブ (低速) 電力制御は、通話中にモバイルが信号の品質を示すシグナリング メッセージをネットワークに送信するフォワード トラフィック チャネルでも使用されます。ネットワークはトラフィック チャネルの送信電力を制御して十分な信号品質を維持し、他のすべてのユーザーが感じるノイズ レベルを最小限に抑えます。

受信機は、SNR を向上させるとともにソフト ハンドオフを実行するために、 Rake 受信機の技術も使用します。

通話が確立されると、モバイルはトラフィック チャネルの使用に制限されます。トラフィック チャネルのフレーム フォーマットは MAC で定義され、通常の音声 (ボコーダ) またはデータ (RLP) ビットをシグナリング メッセージ フラグメントと多重化できます。シグナリング メッセージ フラグメントは LAC でまとめられ、完全なシグナリング メッセージがレイヤー 3 に渡されます。

cdmaOne は次の分野で使用されていました。

• 北米
• 日本と韓国（この2か国では2G GSMは利用できません）
• 香港（ハチソンテレコム、その他の通信事業者、ハチソンテレコム自体もGSMを提供）

• PNコード
• 携帯電話規格の比較
• CDMAスペクトル効率

• TR-45 エンジニアリング委員会 CDMA 標準開発グループ