IS-95

2. 역사적 배경

PDC나 GSM에 비해 더 새로운 방식인 cdmaOne(IS-95)은 기술 발전을 통해 높은 통화 음질과 고속 데이터 통신을 제공할 수 있었다. W-CDMA와 CDMA2000은 CDMA 방식을 이용한다는 점에서 cdmaOne과 공통점을 가지며, 이 때문에 cdmaOne은 '''2.5세대'''라고도 불린다.

cdmaOne은 미국, 일본, 한국, 홍콩 외에도, 캐나다, 멕시코, 이스라엘, 베네수엘라 등에서 널리 사용되었다. 일본에서는 IDO와 DDI 셀룰러 그룹(현 au(KDDI・오키나와 셀룰러 전화 연합))가 도입했으며, 이후 후속 기술인 CDMA 1X(CDMA2000 1x)로 전환되었다.

2. 1. 프로토콜 개정 (Protocol Revisions)

• P_REV=1은 ANSI 표준 절차에 따라 개발되었으며, 문서 참조는 ''J-STD-008''이다. 1995년에 발행된 J-STD-008은 당시 새롭게 등장한 북미 PCS 대역(대역 클래스 1, 1900MHz)에 대해서만 정의되었다.^[1] ''IS-95''라는 용어는 대략 같은 시기에 TIA 표준 절차에 따라 북미 셀룰러 대역(대역 클래스 0, 800MHz)을 위해 개발된 P_REV=1을 정확하게 지칭한다.^[1]

• P_REV=2는 ''임시 표준 95A(IS-95A)''로 불린다. IS-95A는 TIA 표준 절차에서 IS-95의 점진적인 개선으로, 대역 클래스 0에 대해서만 개발되었다.^[1]

• P_REV=3은 ''기술 서비스 게시판 74(TSB-74)''로 불린다. TSB-74는 TIA 표준 절차에서 IS-95A의 다음 점진적인 개선 사항이었다.^[1]

• P_REV=4는 ''임시 표준 95B(IS-95B) 1단계''로 불리며, P_REV=5는 ''임시 표준 95B(IS-95B) 2단계''로 불린다. IS-95B 표준 트랙은 TIA 하에서 TIA 및 ANSI 표준 트랙의 병합을 제공했으며, 두 대역 클래스에서 IS-95 휴대폰의 상호 운용을 제공하는 최초의 문서였다(듀얼 밴드 작동). P_REV=4는 IS-95의 가장 인기 있는 변종이었으며, P_REV=5는 대한민국에서 최소한의 채택만 이루어졌다.^[1]

• P_REV=6 이상은 CDMA2000 범주에 속한다. 기술적 개선 외에도 IS-2000 문서는 레이아웃과 내용 측면에서 훨씬 더 성숙했다. 또한 IS-95와의 하위 호환성을 제공한다.^[1]

4. 프로토콜 상세 (Protocol Details)

IS-95 표준은 이동 통신 기지국과 네트워크 간에 사용되는 프로토콜 집합인 ''무선 인터페이스''를 설명한다.^[1] IS-95는 일반적으로 3계층 스택으로 묘사되며, 여기서 L1은 물리 계층 (PHY), L2는 MAC 및 링크-접근 제어 (LAC) 하위 계층, L3는 호출 처리 상태 머신을 나타낸다.

IS-95 (Interim Standard 95, TIA) 규격상의 용어는 다음과 같다.

용어	설명
P_REV (프로토콜 개정판)	프로토콜의 버전
P_REV = 1	ANSI J-STD-008 (1995년 발행). 북미 PCS 대역(대역 클래스 1, 1900 MHz) 정의.
P_REV = 2	IS-95A. TIA 표준 절차에서 IS-95의 점진적인 개선, 대역 클래스 0에 대해서만 개발.
P_REV = 3	TSB-74 (Technical Services Bulletin 74). TIA 표준 절차에서 IS-95A의 다음 점진적인 개선 사항.
P_REV = 4	IS-95B (Interim Standard 95B) Phase I. TIA 및 ANSI 표준 트랙의 병합을 제공, 두 대역 클래스에서 IS-95 휴대폰의 상호 운용을 제공하는 최초의 문서 (듀얼 밴드 작동).
P_REV = 5	IS-95B (Interim Standard 95B) Phase II. 대한민국에서 최소한의 채택만 이루어짐.
P_REV = 6	CDMA2000. IS-95와의 하위 호환성을 제공.

통화가 설정되면 이동 통신 장치는 트래픽 채널 사용으로 제한된다. MAC에서는 정규 음성(보코더) 또는 데이터(RLP) 비트를 신호 메시지 조각과 다중화할 수 있도록 트래픽 채널에 대한 프레임 형식이 정의되어 있다.^[1] 신호 메시지 조각은 링크-접근 제어(LAC)에서 조립되며, 여기서 완전한 신호 메시지가 계층 3으로 전달된다.

4. 1. 물리 계층 (Physical Layer)

IS-95는 순방향(네트워크→이동국) 및 역방향(이동국→네트워크) 신호 전송을 정의한다.

순방향에서는 기지국(BTS)에서 무선 신호를 전송하며, 모든 순방향 전송은 초당 1,228,800칩의 속도를 갖는 QPSK를 사용한다. 각 신호는 길이 64의 Walsh 코드와 길이 2¹⁵의 PN 코드로 확산된다. 역방향의 경우, 무선 신호는 이동국에서 전송되며, OQPSK를 사용한다. 순방향 링크와 마찬가지로 칩 속도는 초당 1,228,800이며 신호는 Walsh 코드와 단축 코드로 확산된다.
순방향 방송 채널 (Forward Broadcast Channels)

• 파일럿 채널: 각 기지국(BTS)은 상당한 양의 출력 전력을 변조되지 않은 PN 시퀀스(Walsh 코드 0으로 확산됨)인 ''파일럿 채널''에 할당한다.^[1] 네트워크의 각 BTS 섹터에는 64칩 단위로 PN 오프셋이 할당되며, 순방향 파일럿에는 데이터가 전달되지 않는다.^[1] 강력한 자기상관 함수를 가진 순방향 파일럿은 이동 통신 기기가 시스템 타이밍을 결정하고 핸드오프를 위해 서로 다른 BTS를 구별할 수 있게 한다.^[1]
• 동기 채널: BTS는 Walsh 코드 32로 확산된 ''동기 채널''을 전송한다. 동기 채널 프레임은 $\backslash frac\{80\}\{3\}$ ms이고 프레임 경계는 파일럿에 맞춰져 있다. 동기 채널은 ''동기 채널 메시지''를 지속적으로 전송하며, 메시지는 프레임당 32비트, 128심볼로 인코딩되어 1200 bit/s의 속도로 전송된다. 동기 채널 메시지에는 BTS 섹터에서 사용되는 PN 오프셋을 포함한 네트워크에 대한 정보가 포함되어 있다.
• 페이징 채널: BTS는 Walsh 코드 1로 시작하여 최소 하나에서 최대 7개의 ''페이징 채널''을 전송한다. 페이징 채널 프레임 시간은 20ms이며 IS-95 시스템(GPS) 2초 롤오버에 맞춰져 있다. 페이징 채널에서 사용되는 속도는 4800 bit/s 또는 9600 bit/s의 두 가지가 있으며, 두 속도 모두 초당 19200개의 심볼로 인코딩된다. 페이징 채널에는 네트워크에서 모든 유휴 이동 통신 기기로 전송되는 신호 메시지가 포함되어 있다.

순방향 트래픽 채널 (Forward Traffic Channels)기지국(BTS) 섹터에서 방송 채널에 할당되지 않은 Walsh 공간은 ''트래픽 채널''에 사용될 수 있다. 이러한 채널은 IS-95에서 지원하는 개별 음성 및 데이터 통화를 전송한다. 페이징 채널과 마찬가지로 트래픽 채널은 20ms의 프레임 시간을 갖는다.

음성 및 사용자 데이터는 간헐적으로 전송되므로 트래픽 채널은 가변 속도 작동을 지원한다. 20ms 프레임은 사용 중인 서비스(음성 또는 데이터)에 따라 서로 다른 속도로 전송될 수 있다. P_REV=1 및 P_REV=2는 1200, 2400, 4800 또는 9600 bit/s의 속도를 제공하는 ''속도 세트 1''을 지원했다. P_REV=3 이상에서는 1800, 3600, 7200 또는 14400 bit/s의 속도를 제공하는 ''속도 세트 2''도 제공되었다.

음성 통화의 경우, 트래픽 채널은 ''보코더'' 데이터 프레임을 전송한다. 가변 속도 트래픽 프레임을 수신하는 이동 통신 장치는 프레임이 전송된 속도를 알지 못한다. 일반적으로 각 가능한 속도로 프레임을 디코딩하고, 비터비 디코더의 품질 지표를 사용하여 올바른 결과를 선택한다.

트래픽 채널은 IS-95에서 회선 교환 데이터 통화를 전송할 수도 있다. 가변 속도 트래픽 프레임은 IS-95 ''RLP''을 사용하여 생성된다. RLP는 데이터의 무선 링크 성능을 개선하는 메커니즘을 제공한다.
블록 인터리버 (Block Interleaver)컨볼루션 부호화와 반복 이후, 기호들은 24x16 배열인 20ms 블록 인터리버로 전송된다.

4. 2. 용량 (Capacity)

IS-95와 CDMA 기술의 사용은 섀넌의 정리에 따라 처리량이 제한된다. 따라서 용량은 신호 대 잡음비(SNR)와 대역폭에 따라 향상된다. IS-95는 고정된 대역폭을 가지지만 SNR을 개선하기 위한 적극적인 조치를 취하기 때문에 디지털 환경에서 좋은 성능을 보인다.^[1]

CDMA에서 관심 채널과 상관관계가 없는 신호(예: 인접한 기지국의 다른 PN 오프셋)는 잡음으로 나타나고, 적절하게 시간 정렬된 다른 월시 코드에서 전송되는 신호는 확산 제거 과정에서 본질적으로 제거된다. 트래픽 채널의 가변 속도 특성은 저전력으로 전송되는 낮은 속도 프레임을 제공하여 다른 신호가 여전히 올바르게 수신될 수 있도록 더 적은 잡음을 유발한다. 이러한 요인들은 다른 셀룰러 기술보다 낮은 잡음 수준을 제공하여 IS-95 네트워크가 동일한 무선 스펙트럼에 더 많은 사용자를 수용할 수 있게 한다.^[1]

순방향 트래픽 채널에서는 능동적인(느린) 전력 제어도 사용된다. 통화 중 모바일은 신호 품질을 나타내는 신호 메시지를 네트워크로 보낸다. 네트워크는 트래픽 채널의 전송 전력을 제어하여 신호 품질을 충분히 좋게 유지하여 다른 모든 사용자가 감지하는 잡음 수준을 최소화한다.^[1]

4. 3. 계층 2 (Layer 2)

통화가 설정되면 이동 통신 장치는 트래픽 채널 사용으로 제한된다. MAC에서는 정규 음성(보코더) 또는 데이터(RLP) 비트를 신호 메시지 조각과 다중화할 수 있도록 트래픽 채널에 대한 프레임 형식이 정의되어 있다.^[1] 신호 메시지 조각은 링크-접근 제어(LAC)에서 조립되며, 여기서 완전한 신호 메시지가 계층 3으로 전달된다.