Dual Mode
Bitrate und Modulation
IS-54 Zeitschlitze
Synchronisation
Kontrollkanal

Amerikanischer digitaler TDMA Standard

Das amerikanische AMPS-System stieß Anfang der neunziger Jahre an seine Kapazitätsgrenzen. Außerdem war AMPS nicht sehr sicher. Nicht nur bezüglich der Abhörsicherheit, sondern auch bezüglich der Authentifizierung. Auch hier brauchte man somit Verbesserungen durch digitale Übertragung. 

Wie in Europa die ETSI, so gründete sich auch in den Vereinigten Staaten 1988 eine Organisation zur Standardisierung von Kommunikationssystemen, die Telecommunications Industry Association, TIA. Eine der ersten Aufgaben der TIA war die Standardisierung eines digitalen Mobilfunkstandards. Dieser sollte auf dem vorhandenen und erfolgreich implementierten AMPS-Standard aufsetzen.

Das Resultat war der IS-54 Standard, auch bekannt als digital AMPS. 

IS-54 Luftschnittstelle

Dual Mode

IS-54 war kein komplett neuer Standard wie GSM, sondern basiert zu 100% auf analoges AMPS. Es ist ein Standard der parallel das analoge AMPS als auch das neue digitale AMPS auf den gleichen Frequenzbändern um 800 MHz zulässt. Man definierte nicht neue Kanäle, sondern behielt die 30 kHz Kanäle von AMPS bei. Es gab durch IS-54 die Option, einen analogen Kanal in einen digitalen Kanal umzuwandeln. Der Kapazitätsgewinn entsteht durch eine aufgeprägte TDMA Struktur.

Bitrate und Modulation

Da die Bandbreite von AMPS mit 30 kHz fest lag musste die Bitrate deutlich geringer sein als bei GSM. Eigentlich um einen Faktor von 7. Allerdings entschied man sich bei AMPS eine andere Modulationsart als bei GSM nämlich das Pi/4 DQPSK (Differential Quaternary Phase Shift Keying). Im Gegensatz von QPSK welche wir unter Digitale Modulation besprochen haben wird hier die Information nicht in der aktuellen Phase kodiert, sondern in den Phasensprüngen. Das macht das System weniger abhängig von einer exakten Frequenzsynchronisation zwischen Sender und Empfänger, führt aber dazu, dass das Verfahren Fehleranfälliger ist. 

Durch seine komplexere Modulation hatte IS-54 von vornherein eine höhere Bitrate als GSM

Da mit Pi/4 DQPSK immer zwei bits pro Sekunde kodiert werden können kann man trotz geringer Bandbreite eine Bitrate von 48,6 kbit/s erreichen. Im Vergleich zu GSM sind die Symbole dadurch sehr lang. Daher ist eine Intersymbol Interferenz sehr unwahrscheinlich und macht den Einsatz eines Equalizers überflüssig.

IS-54 Zeitschlitze

Ein AMPS Kanal wurde Anfangs in drei Zeitschlitze eingeteilt. Auch bei IS-54 wurde ein 13 kbit/s Sprachkodierer eingesetzt. Als im Laufe der Zeit die Sprachkodierer verbessert wurden konnte auch ein 7,5 kbit/s Kodierer, ein sogenannter Halbraten Kodierer eingesetzt werden welche eine Einteilung in 6 Zeitschlitze erlaubte.

Ein Zeitschlitz beinhaltet bei IS-54 260 bit Daten. Dies sind wie bei GSM Nutzdaten, welche mit einem Faltungskodierer geschützt sind. Ebenfalls enthalten sind 12 bit für einen langsamen zugehörigen Kontrollkanal (zur Vorbereitung von Handover etc.) und ein Coded Digital Verification Color Code Channel. Dieser CDVCC entspricht dem analogen SAT-Ton, welcher die Basisstation identifiziert mit welcher die Mobilstation verbunden ist. Es gibt 256 verschieden CDVCC welche durch einen Hammingcode geschützt sind. Der Hammingcode erzeugt dabei 12 bit um die 8 bit für die CDVCC zu schützen. 

Synchronisation

Jeder Zeitschlitz hat eine Synchronisationssequenz von 28 bit. Für jeden der drei bzw. sechs Zeitschlitze gibt es eine andere Sequenz. Dadurch ist ein Endgerät in der Lage zwischen den verschiedenen Zeitschlitzen zu unterscheiden.

Kontrollkanal

IS-54 hat nicht wie GSM neue spezielle Kontrollkanäle. Stattdessen wird der etablierte FOCC, Forward Control Channel und RECC Reverse Control Channel genutzt. Dadurch ist gewährleistet, dass analoge und digitale Telefon parallel arbeiten können. Beim Einbuchen kann das Netz erkennen, ob der Teilnehmer analog oder digital arbeiten kann. Somit kann er gegebenenfalls statt eines analogen Kanals einen digitalen Kanal zuweisen, also einen Kanal und eine Zeitschlitznummer.