Стандартите играят важна роля в телекомуникациите като:

• осигуряват възможност за свързване и взаимна работа на продукти на различни доставчици;

• улесняват нововъведенията чрез създаване на големи пазари за нови продукти.

Процесът на създаване на стандарти изисква коопериране на много нива, както на национално, така и на международно ниво.

Основната цел на един стандарт за безжични комуникации е да се опише начина, по който се обработват повикванията на мобилни телефони от мобилната мрежа. Например, стандартът включва спецификация на следното:

• сигналите, които се предават и приемат от мобилния телефон;

• формата на тези сигнали;

• взаимодействието межди възлите на мрежата;

• основните услуги на мрежата, които трябва да са налични за мобилните абонати;

• основната структура на мрежата (например клетки и т.н.).

Най-важните стандартизационни усилия в областта на мобилните телекомуникационни системи са направени от Международния Съюз по Телекомуникации ITU (International Telecommunication Institute), който е публикувал голям брой препоръки за безжични комуникации. Тези препоръки осигуряват еднакви изисквания по отношение на различните дефиниции, архитектурата и услугите, свързани с обществените мобилни клетъчни мрежи. Препоръките разглеждат и други много важни области от съвременните комуникации като: номерационен план, качество на обслужване, сигнализация и взаимодействие между мрежи. Дадени са препоръки за използването на радиочестотния спектър – ограничения естествен ресурс, необходим за работа на мобилните клетъчни мрежи.

Друга стандартизираща организация, които е оказала и оказва много голямо влияние в областта на безжичните комуникации е Европейският институт за стандарти в телекомуникациите ETSI (European Telecommunications Standard Institute). Организацията ETSI е разработила спецификации за Global System for Mobile Communications - GSM и е специфицирала цифровата система за безжична телефония - Digital Enhanced Cordless Telephony - DECT и системата за търсене, наречена European Radio Message System –ERMES.

Важни стандартизиращи организации с голямо влияние в ITU са японската RCR и североамериканските ANSI, EIA и TIA.

Поради оскъдния обхват на налични честотни ленти всички мобилни телекомуникационни системи използват някаква хибридна форма на кодиране, която дава възможност скоростта на предаване на полезната информация да се намали до скорост далеч под 64 kb/s. Това се постига чрез специални методи на така нареченото цифрово кодиране. Съгласно препоръките на ITU всички мобилни телекомуникационни системи използват кодиране на отделни блокове (отрязъци) на речта, вместо досега познатото чисто кодиране на формата на аналоговия сигнал.

Човешката реч започва в гласовите струни, които вибрират и създават звуци с различна честота. Звукът се изменя, когато преминава през органите на речта, които функционират като честотен филтър. Целта на кодирането на речта в GSM системите е да се изпрати само информация за оргиналния звук и за филтъра.

При процеса на кодиране на речта се анализират дискретитете на речта и се извеждат параметрите на това, от което речта е съставена: тон (честота), височина (амплитуда), продължителност и т.н. Параметрите се предават по мрежата към другата мобилна станция (термин в GSM за мобилен телефон), която генерира речта на базата на тези параметри.

Накратко процесът на кодиране на речта в GSM (фиг.2.1) може да се опише по следния начин:

Сегментиране: Имайки предвид, че органите на речта са относително бавни при адаптиране към промени, параметрите на филтъра, представящи органите на речта, са горе-долу постоянни за време от 20 милисекунди. Ето защо, когато се кодира речта в GSM, един блок от 20 милисекунди се кодира с една група от битове.

Кодиране на речта: Вместо да се използват 13 бита за дискрет, както в при аналогово-цифровото преобразуване, кодирането на речта в GSM използва 260 бита. Тъй като в една секунда се вземат 50 дискрета, скоростта на предаване на информацията се изчислява като 50 х 260 = 13 kb/s. Това осигурява качество на речта, което е допустимо за мобилната телефония и сравнимо с безжичните телефони на обществените телефонни мрежи.

Фиг.2.1 Сегментиране и кодиране на речта

Различните типове мобилни мрежи се различават една от друга по следните свойства:

• по метода, използван за радиодостъп – TDMA, FDMA или CDMA по разпределянето на функционалността между мрежата и мобилния телефон (например дали мрежата или мобилният телефон са отговорни за избора на канал);

• по проектирането на мрежата за достъп (в някои мобилни мрежи функциите за управление на достъпа до мрежовите ресурси и управление на въздушния интерфейс се намират в мрежата за достъп – в други мрежи тези функции се намират в мобилната централа).

Понастоящем има седем различни мобилни клетъчни стандарта: три аналогови и четири цифрови (табл.2.1).

Табл.2.1 Основни мобилни клетъчни стандарти

Аналоговите мобилни мрежи се характеризират с факта, че каналите за контрол и трафичните канали са аналогови. И речта (обикновено до 3kHz), и данните се модулират в носещата честота (честотата, с която се предават). Съвременните стандарти за аналогови мрежи са:

• NMT – Nordic Mobile Telephony;
• AMPS – Advanced (American) Mobile Phone System;
• TACS – Total Access Communication System.

Стандартът NMT е специфициран от Скандинавската телекомуникационна администрация и е основа за първата работеща обществена мобилна мрежа, предложена на пазара (1981 г.). Съществуват два варианта: NMT 450 и NMT 900. Номерата са свързани с използваните честотни ленти. Системата NMT 900 е въведена през 1986 г. като резултат от факта, че броят на каналите на NMT е бил недостатъчен. Тя предлага и допълнителна функционалност, свързана с международния роуминг. Системата NMT е реализирана в Европа, Средния изток и Азия.

Стандартът AMPS е специфициран от американския консорциум TIA/EIA/ANSI. Експлоатацията на първата AMPS мрежа започва в началото на 1984 г. в САЩ, а през 1988 г. стандартът е разширен, за да обхване по-широка честотна лента.

Стандартът TACS е модифициран вариант на AMPS – неговата честотна лента е малко по-висока. Изменението е направено с цел да се увеличи конкуренцията между мобилните оператори във Великобритания, където стандартът става операционен през 1985 г. Стандартът TACS също е получил по-широка честотна лента през 1988 г. и разширението е известно като Е-TACS. От тогава насам TACS се използва в много страни по света.

Цифровите мобилни мрежи се характеризират главно с цифровите си трафични канали (каналите, по които се пренася потребителската реч и данни). Това означава, че речта или данните, които пренасят, са кодирани. Те може да включват и аналогови, и цифрови канали за контрол (каналите, по които се предават сигнали за управление).

Най-разпространените цифрови мобилни стандарти са:

• GSM – Global System for Mobile Communications;
• PSC – Personal Communication Services (IS-95, IS-136 и др.);
• D-AMPS - Digital AMPS;
• PDC – Personal (Pacific) Digital Cellular.

И трафичните канали, и каналите за контрол на системата GSM са цифрови. Стандартът GSM е специфициран от ETSI и експлоатацията на първата GSM система започва в началото на 1992 г. Първоначално съкращението GSM е произлязло от наименованието Special Group Mobile – групата на ETSI, на която през 1982 г. е била поставена задача за специфициране на цифрова мобилна система, която да включва международен роуминг, отворени интерфейси между елементите на мрежата, по-добро качество на речта и ISDN функционалност.

За GSM системите са предоставени три различни честотни ленти – 900, 1800 и 1900 MHz. Съответните стандарти (GSM 900, GSM 1800 и GSM 1900) следват една и съща спецификация. Системите GSM 1800/1900 са предназначени главно за области с голяма гъстота на мобилния трафик и са един от многото начини за използване на ограничената честотна област, налична за мобилната телефония. Ето защо, в тези GSM системи се използват микроклетки в клетки-чадър (виж т.6.2.1), в които изходната мощност и на телефона, и на базовата станция е малка.

Понастоящем GSM мрежи се експлоатират по цял свят.

Стандартът D-AMPS е версия на AMPS, която е разширена за използване на цифрови трафични канали. Благодарение на използвания метод на достъп (TDMA, три времеинтервала), един канал от 30 kHz има капацитет за три канала при пълноскоростно кодиране. Разширеният стандарт IS-54, дава възможност на D-AMPS да използва и аналогови, и цифрови трафични канали в една и съща мрежа, даже в една и съща клетка. Потребителите на такава мобилна мрежа получават най-доброто качество на обслужване, ако техните мобилни телефони имат възможности за прехвърляне между аналогови и цифрови трафични канали, даже по време на хендоувър. Първата D-AMPS мрежа влиза е експлоатация през 1992 г.

Разширението на D-AMPS за включване на цифрови канали за контрол е специфицирано като IS-136. По начин, подобен на този в GSM, логическите канали за контрол се проектират върху един времеинтервал. (виж т.4.3.8). Новият стандарт включва и двата по-стари стандарта. Следователно, мрежата D-AMPS може да съдържа и цифрови, и аналогови канали за контрол. Следващото разширение на системата е свързано със спецификации за работа в честотната лента на 1900 MHz. Мобилни телефони, които използват лентата от 1900 MHz, не е необходимо да боравят с аналогови канали, но те трябва да могат да използват и двете честотни ленти – 800 и 1900 MHz.

Стандартът PCS е отворен и специфицира главно интерфейса на услугите. Системата PCS може да бъде или аналогова, или цифрова, използвайки клетъчни или безжични методи. Цифровият достъп може да се базира или на TDMA, или на CDMA (IS-95).

Стандартът PDC е разработен в Япония, отразявайки споразумения между 11 производителя, три от които не са японски. Системата излиза на пазара през 1993-1994 г. Въздушният интерфейс е отворен и е подобен на този на D-AMPS, докато архитектурата на мрежата и услугите наподобяват тези на GSM. За сега PDC е разпространен само в Азия.

Клетъчните системи не са единственото средство за осигуряване на мобилна телефония. Друга голяма група, която трябва да се спомене в тази връзка, са безжичните (cordless) системи. За сега те не са сe развили до такава степен, че да изградят всеобхватна комуникационна мрежа, а се използват главно в частни (корпоративни) мрежи и като метод за достъп до обществените телефонни мрежи. Наименованието безжични произхожда от метода, който дава възможност на абонатите в такива мрежи да свързват своите телефони към малки базови станции. По този начин се поддържа ограничена степен на мобилност (в радиус от няколко километра). Означението CT-1 се използва за бeзжична технология (Cordless Technology) от първо поколение.

Системите СТ-3 са свързани с въвеждането на радиоцентрала, която има връзки към учрежденска или към крайна централа. Множество базови станции, свързани към радиоцентралата, ще осигуряват разширени възможности за пълна мобилност в област, покрита от централата. Система СТ-3 може да бъде базирана на стандарта DECT, който използва за радиодостъп TDMA. Системата не изисква планиране на клетки.

Капацитетът на мобилните системи за предаване на данни е ограничен – 9.6 kb/s. Съвременното експлозивно нарастване на комуникациите за предаване на данни (като достъп до Интернет) поставя изисквания за значително по-високи скорости. Във връзка с тези изисквания в системата GSM се използват различни методи:

• Увеличаване на капацитета на физическия канал от 9.6 до 14.4 kb/s като резултат от по-добри методи за кодиране на канала;

• Компресиране на предаваните данни. Този метод е особено полезен и ефективен, когато се предават текстови файлове;

• Обединяване на времеинтервали по един канал (до 8 времеинтервала). Този метод може да се използва за скорости на предаване на данни от порядъка на n x 9.6 kb/s или n х 14.4 kb/s (n Ј 8). Методът на свързване се разглежда като високоскоростно предаване на данни с комутация на канали (High Speed Circuit Switched Data - HSCSD) и може да се използва за предаване на видеоизображения (фиг.2.2).

Фиг. 2.2 Обединяване на времеинтервали при предаване на данни в GSM

• Пакетиране на данни в комбинация с инсталиране на така наречения пакетен комутатор (фиг.2.3). Методът е наречен обща пакетна радио услуга (система) (General Packet Radio Service (System) - GPRS). Данните се изпращат в пакети с еднакъв размер. При услугата GPRS радиоресурсите се използват, само когато се предават данни. Когато не се предават данни, радиоресурсите може да се използват за друг пакетен или комутируем трафик. Комбинацията от GPRS и HSCSD може да осигури скорости до 115 kb/s. Това се постига в GPRS чрез използване на до 8 времеинтервала

Фиг.2.3 Пакетиране на данни в GSM

Както беше споменато по-горе, организацията ETSI е стандартизирала системата ERMES за търсене на подвижни абонати в големи области (Wide Area Paging - WAP). Първата WAP мрежа - ERMES е въведена в експлоатация през 1993 г. Системата ERMES използва 16 различни носещи честоти със скорост на данни, равна на 6.25 kb/s и включва международен роуминг между различни WAP мрежи. Приемащият повикване в мрежата ERMES може като отговор и да предаде съобщение.

От няколко години ITU ръководи проект, насочен към установяване на бъдещи мобилни стандарти за системите от третото поколение: FPLMTS – Future Public Land Mobile Telecommunication System. Днес проектът е наречен IMT-2000 и адресира мобилни системи със широколентови характеристики.

Техническите изисквания към мобилните системи от третото поколение включват съвместимост със системите от второто поколение. Една от характеристиките на услугите и приложенията на третото поколение са възможностите за предоставяне на няколко услуги паралелно за всеки краен потребител/терминал.

В Европа за мобилна система от трето поколение е прието означение UMTS – Universal Mobile Telecommunication System. Системата UMTS трябва да се разглежда като разширение на GSM, а не като заместваща система.

GSM/UMTS е структурирана в мрежа за достъп и основна мрежа. Мрежата за достъп обхваща базовите приемо-предавателни станции и техните контролери, а основната мрежа включва мобилната централа и възлите с бази данни. Мрежата GSM/UMTS има две различни системи за радиодостъп – GSM радиодостъп и UMTS радиодостъп, и обща основна мрежа. Работейки и в двете честотни ленти, мобилните телефони ще могат да се адаптират към GSM, UMTS или към двете.

Някои от основните планирани услуги на UMTS включват:

• предаване на реч/висококачествен звук;

• високоскоростно предаване на данни, включително и изображения;

• предаване на електронни пощенски картички в комбинация с цифрови изображения;

• видеоконференция и мултимедия.

Фиг. 2.4 Архитектура на GSM/UMTS мрежа