ซีดีมาวัน

CDMAOneซึ่งมักเรียกกันง่ายๆ ว่าCDMAเป็น เทคโนโลยีโทรศัพท์มือถือดิจิทัล 2Gเป็นชื่อทางการค้าของInterim Standard 95 ( IS-95 ) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาโดยQualcommและต่อมาได้รับการยอมรับเป็นมาตรฐานโดยTelecommunications Industry Association (TIA) ^{[ 1 ]}

ระบบ CDMA ( Code-Division Multiple Access ) ใช้ หลักการเข้าถึงแบบหลายผู้ใช้โดยการแบ่งรหัส ( CDMA) ซึ่งเป็น ระบบ การเข้าถึง แบบหลายผู้ใช้ สำหรับวิทยุดิจิทัลเพื่อส่งข้อมูลเสียง ข้อมูล และสัญญาณ (เช่น หมายเลขโทรศัพท์ที่กด) ระหว่างโทรศัพท์ มือถือ และสถานีฐาน CDMA ส่งข้อมูลเป็นกระแสบิต ( รหัส PN ) CDMA อนุญาตให้วิทยุหลายเครื่องใช้ความถี่เดียวกันได้ แตกต่างจาก ระบบ TDMA ( Time-Division Multiple Access ) ซึ่งเป็นระบบคู่แข่งที่ใช้ในGSM 2G วิทยุทุกเครื่องสามารถทำงานได้ตลอดเวลา เนื่องจากความจุของเครือข่ายไม่ได้จำกัดจำนวนวิทยุที่ใช้งานอยู่โดยตรง เนื่องจากสามารถให้บริการโทรศัพท์จำนวนมากขึ้นได้ด้วยสถานีฐานจำนวนน้อยลง มาตรฐานที่ใช้ CDMA จึงมีข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจอย่างมากเมื่อเทียบกับมาตรฐานที่ใช้ TDMA หรือมาตรฐานโทรศัพท์มือถือรุ่นเก่าที่ใช้การแบ่งความถี่แบบมัลติเพล็กซ์

ในอเมริกาเหนือ เทคโนโลยีนี้แข่งขันกับDigital AMPS (IS-136 ซึ่งมักเรียกกันง่ายๆ ว่า "TDMA") ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ใช้ TDMA เป็นพื้นฐาน รวมถึง GSM ซึ่งใช้ TDMA เป็นพื้นฐานเช่นกัน ต่อมาถูกแทนที่ด้วยIS-2000 (CDMA2000) ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ใช้ CDMA เป็นพื้นฐานในภายหลัง

ประวัติทางเทคนิคของ cdmaOne สะท้อนให้เห็นถึงจุดเริ่มต้นในฐานะโครงการภายในของ Qualcomm และโลกของมาตรฐานโทรศัพท์มือถือดิจิทัลที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ในขณะนั้น ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ใช้ในการพัฒนาคำว่า IS-95โดยทั่วไปหมายถึงชุดการแก้ไขโปรโตคอลรุ่นก่อนหน้า ได้แก่ P_REV หนึ่งถึงห้า

P_REV=1 ได้รับการพัฒนาภายใต้ กระบวนการมาตรฐาน ANSIโดยมีเอกสารอ้างอิงJ-STD-008 J-STD-008 ซึ่งเผยแพร่ในปี 1995 นั้น กำหนดไว้เฉพาะสำหรับย่านความถี่ PCS ของอเมริกาเหนือ (Band Class 1, 1900 MHz) เท่านั้น คำว่าIS-95 นั้น หมายถึง P_REV=1 ที่พัฒนาขึ้นภายใต้ กระบวนการมาตรฐานของ สมาคมอุตสาหกรรมโทรคมนาคม (TIA) สำหรับย่านความถี่เซลลูลาร์ของอเมริกาเหนือ (Band Class 0, 800 MHz) ในช่วงเวลาเดียวกัน IS-95 นำเสนอการทำงานร่วมกัน (รวมถึงการส่งต่อสัญญาณ) กับเครือข่ายเซลลูลาร์แบบอนาล็อก สำหรับการใช้งานแบบดิจิทัล IS-95 และ J-STD-008 มีรายละเอียดทางเทคนิคส่วนใหญ่ที่เหมือนกัน รูปแบบและโครงสร้างที่ไม่สมบูรณ์ของเอกสารทั้งสองฉบับสะท้อนให้เห็นถึง "การกำหนดมาตรฐาน" ของโครงการภายในของ Qualcomm อย่างชัดเจน

P_REV=2 เรียกว่ามาตรฐานชั่วคราว 95A (IS-95A) IS-95A ได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับ Band Class 0 เท่านั้น เพื่อเป็นการปรับปรุงเพิ่มเติมจาก IS-95 ในกระบวนการกำหนดมาตรฐานของ TIA

P_REV=3 เรียกว่าTechnical Services Bulletin 74 (TSB-74) TSB-74 เป็นการปรับปรุงเพิ่มเติมครั้งถัดไปจาก IS-95A ในกระบวนการกำหนดมาตรฐานของ TIA

P_REV=4 เรียกว่ามาตรฐานชั่วคราว 95B (IS-95B) ระยะที่ 1และ P_REV=5 เรียกว่ามาตรฐานชั่วคราว 95B (IS-95B) ระยะที่ 2มาตรฐาน IS-95B เป็นการรวมมาตรฐาน TIA และ ANSI เข้าด้วยกันภายใต้ TIA และเป็นเอกสารฉบับแรกที่รองรับการทำงานร่วมกันของโทรศัพท์มือถือ IS-95 ในทั้งสองย่านความถี่ (การทำงานแบบดูอัลแบนด์) P_REV=4 เป็นเวอร์ชันของ IS-95 ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ในขณะที่ P_REV=5 มีการใช้งานน้อยมากในเกาหลีใต้

เอกสาร IS-2000 ตั้งแต่เวอร์ชัน P_REV=6 ขึ้นไป อยู่ภายใต้ มาตรฐาน CDMA2000นอกจากมีการปรับปรุงทางเทคนิคแล้ว เอกสาร IS-2000 ยังมีความสมบูรณ์มากขึ้นในแง่ของรูปแบบและเนื้อหา อีกทั้งยังรองรับการใช้งานร่วมกับมาตรฐาน IS-95 ได้ด้วย

มาตรฐาน IS-95 อธิบายถึงอินเทอร์เฟซทางอากาศ [ ^{2 ] ซึ่ง}เป็นชุดโปรโตคอลที่ใช้ระหว่างหน่วยเคลื่อนที่และเครือข่าย IS-95 ได้รับการอธิบายอย่างกว้างขวางว่าเป็นสแต็กสามชั้น โดย L1 สอดคล้องกับชั้นกายภาพ ( PHY ) L2 หมายถึง ซับเลเยอร์ การควบคุมการเข้าถึงสื่อ (MAC) และการควบคุมการเข้าถึงลิงก์ (LAC) และ L3 หมายถึงเครื่องสถานะการประมวลผลการโทร

มาตรฐาน IS-95 กำหนดการส่งสัญญาณทั้งในทิศทางไปข้างหน้า (จากเครือข่ายไปยังอุปกรณ์เคลื่อนที่) และ ทิศทาง ย้อนกลับ (จากอุปกรณ์เคลื่อนที่ไปยังเครือข่าย)

ในทิศทางการส่งสัญญาณไปข้างหน้า สัญญาณวิทยุจะถูกส่งโดยสถานีฐาน (BTS) แต่ละสถานีฐานจะซิงโครไนซ์กับ ตัวรับสัญญาณ GPSดังนั้นการส่งสัญญาณจึงถูกควบคุมอย่างแม่นยำในเรื่องเวลา การส่งสัญญาณไปข้างหน้าทั้งหมดใช้โปรโตคอล QPSKด้วยอัตราการส่งชิป 1,228,800 ครั้งต่อวินาที แต่ละสัญญาณจะถูกกระจายด้วยรหัส Walshที่มีความยาว 64 และ รหัสสัญญาณ รบกวนแบบสุ่มเทียม ( รหัส PN ) ที่มีความยาว^2¹⁵ทำให้ได้ช่วงเวลาการวนรอบของรหัส PN เท่ากับมิลลิ วินาที${\displaystyle {\frac {80}{3}}}$

สำหรับการส่งสัญญาณในทิศทางตรงกันข้าม สัญญาณวิทยุจะถูกส่งโดยอุปกรณ์เคลื่อนที่ การส่งสัญญาณแบบย้อนกลับใช้โปรโตคอล OQPSKเพื่อให้ทำงานได้ในช่วงกำลังขยายสัญญาณของอุปกรณ์เคลื่อนที่อย่างเหมาะสม เช่นเดียวกับการส่งสัญญาณไปข้างหน้า อัตราการส่งชิปอยู่ที่ 1,228,800 ชิปต่อวินาที และสัญญาณจะถูกกระจายด้วยรหัส Walshและ รหัสสัญญาณ รบกวนแบบสุ่มเทียมซึ่งเรียกอีกอย่างว่ารหัสสั้น (Short Code)

สถานีฐานแต่ละแห่งจะจัดสรรกำลังส่งจำนวนมากให้กับช่องสัญญาณนำร่องซึ่งเป็นลำดับ PN ที่ไม่มีการมอดูเลต (กล่าวคือ กระจายสัญญาณด้วยรหัส Walsh 0) แต่ละภาคส่วนของสถานีฐานในเครือข่ายจะได้รับค่าชดเชย PN เป็นขั้นๆ ละ 64 ชิป ไม่มีข้อมูลใดๆ ถูกส่งผ่านช่องสัญญาณนำร่องขาไป ด้วย ฟังก์ชัน การหาความสัมพันธ์อัตโนมัติ ที่แข็งแกร่ง ช่องสัญญาณนำร่องขาไปช่วยให้โทรศัพท์มือถือสามารถกำหนดเวลาของระบบและแยกแยะสถานีฐานต่างๆ เพื่อการส่งต่อสัญญาณได้

เมื่อโทรศัพท์มือถือ "กำลังค้นหา" มันจะพยายามค้นหาสัญญาณนำร่องบนเครือข่ายโดยการปรับไปที่ความถี่วิทยุเฉพาะ และทำการเปรียบเทียบค่าต่างๆ ของเฟส PN ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ผลลัพธ์ที่มีค่าความสัมพันธ์สูงจะบ่งชี้ว่าอยู่ใกล้สถานีฐาน (BTS)

ช่องสัญญาณส่งต่ออื่นๆ ที่ถูกเลือกโดยรหัส Walsh จะส่งข้อมูลจากเครือข่ายไปยังอุปกรณ์เคลื่อนที่ ข้อมูลประกอบด้วยสัญญาณเครือข่ายและการรับส่งข้อมูลของผู้ใช้ โดยทั่วไป ข้อมูลที่จะส่งจะถูกแบ่งออกเป็นเฟรมของบิต เฟรมของบิตจะถูกส่งผ่านตัวเข้ารหัสแบบคอนโวลูชัน ซึ่งจะเพิ่มความซ้ำซ้อนในการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบส่งต่อ ทำให้เกิดเฟรมของสัญลักษณ์ จากนั้นสัญลักษณ์เหล่านี้จะถูกกระจายด้วยลำดับ Walsh และ PN แล้วจึงส่งไป

สถานีฐาน (BTS) ส่งสัญญาณซิงค์แชนแนลแบบสเปรดด้วยรหัสวอลช์ 32 เฟรมซิงค์แชนแนลมีความยาว มิลลิวินาที และขอบเขตเฟรมจะตรงกับสัญญาณนำร่อง ซิงค์แชนแนลจะส่งข้อความเดียวอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเรียกว่า ข้อความซิงค์แชนแนล (Sync Channel Message) โดยมีความยาวและเนื้อหาขึ้นอยู่กับ P_REV ข้อความนี้ถูกส่ง 32 บิตต่อเฟรม เข้ารหัสเป็น 128 สัญลักษณ์ ทำให้ได้อัตรา 1200 บิต/วินาที ข้อความซิงค์แชนแนลประกอบด้วยข้อมูลเกี่ยวกับเครือข่าย รวมถึงค่าชดเชย PN ที่ใช้โดยเซกเตอร์ของ BTS ${\displaystyle {\frac {80}{3}}}$

เมื่อโทรศัพท์มือถือพบช่องสัญญาณนำร่องที่เสถียรแล้ว มันจะรับฟังช่องสัญญาณซิงค์และถอดรหัสข้อความช่องสัญญาณซิงค์เพื่อสร้างการซิงโครไนซ์ที่แม่นยำสูงกับเวลาของระบบ ณ จุดนี้ โทรศัพท์มือถือจะทราบว่ากำลังอยู่ในโหมดโรมมิ่งหรือไม่ และ "อยู่ในสถานะให้บริการ"

สถานีฐาน (BTS) ส่งสัญญาณ เพจจิ้งอย่างน้อยหนึ่งช่อง และมากถึงเจ็ดช่องโดยเริ่มต้นด้วยรหัสวอลช์ (Walsh code) 1 เวลาของเฟรมสัญญาณเพจจิ้งคือ 20 มิลลิวินาที และปรับเวลาให้ตรงกับระบบ IS-95 (เช่น GPS) ที่มีการวนรอบ 2 วินาที มีอัตราการส่งข้อมูลสองแบบที่ใช้ในช่องสัญญาณเพจจิ้ง คือ 4800 บิต/วินาที หรือ 9600 บิต/วินาที ทั้งสองอัตราถูกเข้ารหัสเป็น 19200 สัญลักษณ์ต่อวินาที

ช่องสัญญาณเพจจิ้งประกอบด้วยข้อความส่งสัญญาณที่ส่งจากเครือข่ายไปยังโทรศัพท์มือถือที่ว่างอยู่ทั้งหมด ชุดข้อความจะสื่อสารรายละเอียดค่าใช้จ่ายของเครือข่ายไปยังโทรศัพท์มือถือ โดยจะหมุนเวียนข้อมูลนี้ในขณะที่ช่องสัญญาณเพจจิ้งว่างอยู่ นอกจากนี้ ช่องสัญญาณเพจจิ้งยังส่งข้อความที่มีลำดับความสำคัญสูงกว่าซึ่งใช้สำหรับการตั้งค่าการโทรเข้าและโทรออกไปยังโทรศัพท์มือถือด้วย

เมื่อโทรศัพท์มือถืออยู่ในสถานะไม่ได้ใช้งาน ส่วนใหญ่แล้วจะรับฟังช่องสัญญาณเพจจิ้ง เมื่อโทรศัพท์มือถือประมวลผลข้อมูลโอเวอร์เฮดของเครือข่ายเสร็จแล้ว ก็จะลงทะเบียนกับเครือข่าย จากนั้นอาจเข้าสู่โหมดสล็อต (slotted-mode ) ซึ่งกระบวนการทั้งสองนี้จะอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

พื้นที่ Walsh ที่ไม่ได้จัดสรรไว้สำหรับช่องสัญญาณออกอากาศในภาค BTS นั้น สามารถใช้สำหรับช่องสัญญาณจราจรได้ ช่องสัญญาณเหล่านี้รองรับการโทรด้วยเสียงและข้อมูลแต่ละรายการตามมาตรฐาน IS-95 เช่นเดียวกับช่องสัญญาณเพจจิ้ง ช่องสัญญาณจราจรมีเวลาเฟรม 20 มิลลิวินาที

เนื่องจากข้อมูลเสียงและข้อมูลผู้ใช้เป็นแบบไม่ต่อเนื่อง ช่องทางการรับส่งข้อมูลจึงรองรับการทำงานแบบอัตราแปรผัน เฟรมทุก 20 มิลลิวินาทีอาจถูกส่งด้วยอัตราที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับบริการที่ใช้งานอยู่ (เสียงหรือข้อมูล) P_REV=1 และ P_REV=2 รองรับชุดอัตราที่ 1ซึ่งให้ความเร็ว 1200, 2400, 4800 หรือ 9600 บิต/วินาที ส่วน P_REV=3 ขึ้นไปจะรองรับชุดอัตราที่ 2 ด้วย ซึ่งให้ความเร็ว 1800, 3600, 7200 หรือ 14400 บิต/วินาที

สำหรับการโทรด้วยเสียง ช่องสัญญาณรับส่งข้อมูลจะส่งเฟรมข้อมูลจากตัวแปลงสัญญาณเสียง (vocoder ) มาตรฐาน IS-95 ได้กำหนดตัวแปลงสัญญาณเสียงหลายประเภท โดยตัวแปลงสัญญาณเสียงรุ่นแรกๆ นั้นจำกัดอยู่ที่อัตราความถี่ชุดที่ 1 และเป็นสาเหตุให้ผู้ใช้บางรายร้องเรียนเรื่องคุณภาพเสียงที่ไม่ดี ตัวแปลงสัญญาณเสียงที่ทันสมัยกว่า ซึ่งใช้ประโยชน์จาก DSP รุ่นใหม่และอัตราความถี่ชุดที่ 2 ได้แก้ไขปัญหาคุณภาพเสียงดังกล่าว และยังคงใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปี 2548

อุปกรณ์เคลื่อนที่ที่รับเฟรมข้อมูลแบบอัตราแปรผันจะไม่ทราบอัตราที่เฟรมนั้นถูกส่งมา โดยทั่วไป เฟรมจะถูกถอดรหัสที่อัตราที่เป็นไปได้แต่ละอัตรา และใช้เกณฑ์คุณภาพของตัวถอดรหัส Viterbiเพื่อเลือกผลลัพธ์ที่ถูกต้อง

ช่องสัญญาณจราจรอาจรองรับการโทรข้อมูลแบบสวิตช์วงจรในระบบ IS-95 ได้เช่นกัน เฟรมจราจรแบบอัตราแปรผันจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้โปรโตคอลการเชื่อมต่อวิทยุ IS-95 (RLP) RLP เป็นกลไกที่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของการเชื่อมต่อไร้สายสำหรับข้อมูล ในขณะที่การโทรด้วยเสียงอาจยอมรับการตกหล่นของเฟรม 20 มิลลิวินาทีเป็นครั้งคราวได้ แต่การโทรข้อมูลจะมีประสิทธิภาพที่ยอมรับไม่ได้หากไม่มี RLP

ภายใต้มาตรฐาน IS-95B P_REV=5 ผู้ใช้สามารถใช้ช่องสัญญาณ "รหัส" (ทราฟฟิก) เสริมได้มากถึงเจ็ดช่องพร้อมกัน เพื่อเพิ่มปริมาณการรับส่งข้อมูลของการโทร อย่างไรก็ตาม มีโทรศัพท์มือถือหรือเครือข่ายเพียงไม่กี่รายที่ให้บริการคุณสมบัตินี้ ซึ่งในทางทฤษฎีแล้วสามารถให้ความเร็วสูงสุดถึง 115200 บิต/วินาทีแก่ผู้ใช้ได้

หลังจากเข้ารหัสแบบคอนโวลูชันและการทำซ้ำแล้ว สัญลักษณ์จะถูกส่งไปยังตัวสลับบล็อกขนาด 20 มิลลิวินาที ซึ่งเป็นอาร์เรย์ขนาด 24 x 16

ระบบ IS-95 และการใช้เทคนิค CDMA เช่นเดียวกับระบบสื่อสารอื่นๆ มีขีดจำกัดปริมาณข้อมูลตามทฤษฎีของแชน นอน ดังนั้น ความจุจึงเพิ่มขึ้นตามอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) และแบนด์วิดท์ ระบบ IS-95 มีแบนด์วิดท์คงที่ แต่ทำงานได้ดีในโลกดิจิทัลเพราะมีการดำเนินการอย่างจริงจังเพื่อปรับปรุง SNR

ในระบบ CDMA สัญญาณที่ไม่สัมพันธ์กับช่องสัญญาณที่สนใจ (เช่น ค่าชดเชย PN อื่นๆ จากสถานีฐานเซลลูลาร์ที่อยู่ใกล้เคียง) จะปรากฏเป็นสัญญาณรบกวน และสัญญาณที่ส่งผ่านรหัส Walsh อื่นๆ (ที่จัดเรียงเวลาอย่างถูกต้อง) จะถูกกำจัดออกไปในกระบวนการกระจายสัญญาณ ลักษณะอัตราแปรผันของช่องสัญญาณรับส่งข้อมูลทำให้สามารถส่งเฟรมที่มีอัตราต่ำกว่าด้วยกำลังส่งที่ต่ำกว่า ส่งผลให้มีสัญญาณรบกวนน้อยลงสำหรับสัญญาณอื่นๆ ที่ยังคงได้รับการรับอย่างถูกต้อง ปัจจัยเหล่านี้ทำให้ระดับสัญญาณรบกวนต่ำกว่าเทคโนโลยีเซลลูลาร์อื่นๆ อย่างเห็นได้ชัด ทำให้เครือข่าย IS-95 สามารถรองรับผู้ใช้ได้มากขึ้นในคลื่นความถี่วิทยุเดียวกัน

การควบคุมกำลังส่งแบบแอคทีฟ (ช้า) ยังถูกนำมาใช้ในช่องสัญญาณรับส่งข้อมูลขาออกด้วย โดยในระหว่างการโทร โทรศัพท์มือถือจะส่งข้อความสัญญาณไปยังเครือข่ายเพื่อระบุคุณภาพของสัญญาณ เครือข่ายจะควบคุมกำลังส่งของช่องสัญญาณรับส่งข้อมูลเพื่อรักษาระดับคุณภาพสัญญาณให้ดีพอ ทำให้ระดับเสียงรบกวนที่ผู้ใช้รายอื่นได้รับนั้นอยู่ในระดับต่ำที่สุด

ตัวรับสัญญาณยังใช้เทคนิคของตัวรับสัญญาณแบบ Rakeเพื่อปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) และทำการHandoff แบบนุ่มนวล อีก ด้วย

เมื่อการเชื่อมต่อสายสำเร็จแล้ว โทรศัพท์มือถือจะถูกจำกัดให้ใช้เฉพาะช่องสัญญาณรับส่งข้อมูลเท่านั้น รูปแบบเฟรมจะถูกกำหนดไว้ใน MAC สำหรับช่องสัญญาณรับส่งข้อมูล ซึ่งอนุญาตให้บิตเสียงปกติ (vocoder) หรือข้อมูล (RLP) ถูกมัลติเพล็กซ์กับส่วนย่อยของข้อความสัญญาณ ส่วนย่อยของข้อความสัญญาณจะถูกประกอบเข้าด้วยกันใน LAC ซึ่งข้อความสัญญาณที่สมบูรณ์จะถูกส่งต่อไปยังเลเยอร์ 3

cdmaOne ถูกนำไปใช้ในพื้นที่ต่อไปนี้:

• อเมริกาเหนือ
• ญี่ปุ่นและเกาหลีใต้ (ระบบ 2G GSM ไม่สามารถใช้งานได้ในสองประเทศนี้)
• ฮ่องกง (ให้บริการโดยHutchison Telecomผู้ให้บริการรายอื่น ๆ และ Hutchison Telecom เองก็ให้บริการ GSM ด้วย)

• รหัส PN
• การเปรียบเทียบมาตรฐานโทรศัพท์มือถือ
• ประสิทธิภาพเชิงสเปกตรัมของ CDMA
• TDMA (Time Division Multiple Access) มาตรฐานสำหรับโทรศัพท์มือถือ

• คณะกรรมการวิศวกรรม TR-45กลุ่มพัฒนามาตรฐาน CDMA