通用移动通讯系统

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UMTS 網路架構

通用移动通讯系统Universal Mobile Telecommunications System,缩写:UMTS)是当前最广泛采用的一种第三代(3G移动电话技术。它的无线接口使用WCDMA技术,由3GPP定型,代表欧洲对ITU IMT-2000关于3G蜂窝无线系统需求的回应。

UMTS有时也叫3GSM,强调结合了3G技术而且是GSM标准的后续标准。UMTS封包交換系統是由GPRS系統所演進而來,故系統的架構頗為相像。

特性[编辑]

1997年7月,ETSI將UMTS TRA(Terrestrial Radio Access)的备选方案歸納為:WCDMAWTDMATDMACDMAOFDMAODMA五大類。1998年1月,ETSI用WCDMA技术作为UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)的空中无线接口技术。UMTS支持1920kbps的传输速率(不是经常看到的2Mbps),然而在现实高负载系统中典型的最高速率大约只有384Kbps。即使这样数据传输速率已经高出GSM纠错数据信道14.4kbps或者多个14.4 kbps组成的HSCSD信道,真正能够实现价格可接受的移动WWW访问和MMS

Releases99时的UTRAN 架構

UMTS实现的前提是现在广泛使用GSM移动电话系统,属于2G技术。还有一个叫做GPRS的从2G演进的途径。(可以看作2.5G)GPRS支持更好的数据速率(理论上最大可以到140.8kbps,实际上能实现接近56Kbps),数据封装好于面向连接。GPRS已经在很多GSM网络部署。

今天的UMTS网络未来可能升级成HSDPA,有时也叫3.5G。 它可以实现下行链路大于10Mbps的传输速度。

UMTS在市场运作上强调移动视频电话会议实现的可能性,尽管实际上这项很有潜力的服务还有很多没有经过测试验证。

UMTS其它可能的应用还有音乐下载和视频电话。

實際運營情況[编辑]

屋頂上的 UMTS 发射器管理组件

世界上第一個UMTS網路2001年在馬恩島Manx Telecom投入運營。下一個網路簡稱移動運營商3,2003年在英國啟動。

3是一個從3G網路成長起來的原屬於和記黃埔(現在是合作夥伴)的運營商。它很快就要在全球啟動其他UMTS網路(2004年12月)包括 澳大利亞奧地利丹麥香港以色列義大利葡萄牙愛爾蘭共和國瑞典。大多數西歐GSM運營商均升級到UMTS,因為它比較接近於GSM2G標準。

2003年12月,T-Mobile啟動了他的奧地利UMTS網路,英國德國的網路也在調試中。

2004年2月,沃達豐開始在包括英國德國荷蘭瑞典在內的幾個歐洲市場大範圍部署UMTS。在葡萄牙,UMTS已經先於Euro 2004運營。

非洲第一個UMTS網路於2004年11月在毛利求斯投入運行,由中國的華為提供全網設備,緊隨其後的Vodacom於2004年12月在南非推出3G服務。

NTT DoCoMo事先授權下,美國AMPSTDMAGSM運營商 AT&T Wireless在2004年底以前必須在四個主要的城市建立和運營UMTS網路。CTIA 2004年會上,AT&T Wireless聲明他們的UMTS網路在1900 MHz頻段獨立運行,已經計畫2004年底啟動UMTS服務。2004年7月,AT&T Wireless(現在屬於Cingular)在西雅圖華盛頓)、三藩市加利福尼亞州)、底特律密歇根州)、菲尼克斯亞里桑那州)、聖地牙哥 (加利福尼亞州)加利福尼亞州)和達拉斯(德克薩斯)成功啟動UMTS服務。

2005年第一季度德國移動運營商沃達豐D2,O2-de相繼推出UMTS服務。

與AT&T Wireless合併之後,Cingular已經聲明計畫2005年開始部署使用HSDPA技術的UMTS網路。 區別于AT&T開發的 UMTS, Cingular拓展了UMTS的頻率範圍到1900 MHz和850 MHz兩個頻段。

T-Mobile USA計畫到2007年開始部署UMTS。

2009年,中国联通于10月1日在国内285个城市正式提供UMTS服务,中国联通的网络将直接支持HSUPA。

在香港,CSL於2010年推出使用UMTS 900 MHz頻段的HSPA網路。

運營商開始銷售整合3G和Wi-Fi服務的移動互聯網產品。筆記本電腦用戶可以買到他們提供的UMTS Modem,還有用戶端軟體用於自動探測網路狀態,以便在有Wi-Fi信號時自動從3G網路切換。起初Wi-FI被認為是3G的一個競爭對手,但是現在不得不承認,運營商為了提供比單純UMTS更有競爭力的產品,他們必須擁有或者租用別人的Wi-Fi網路。

技术[编辑]

諾基亞推出的UMTS手機

注意:UMTS的许多技术特征是所有WCDMA变种所共同具有的,更多信息请参看条目WCDMA。以下仅讨论UMTS特有的一些技术特征,它们不适用于FOMA或其他W-CDMA变种。

简单的说,UMTS结合了WCDMA的空中接口(移动电话和基站的空中通信协议)、GSM系统的移动应用核心部分(MAP,参见Mobile Application Part)(此协议提供从用户或者到用户的呼叫路由功能),以及GSM的语音编码算法例如自适应多速率(AMR)和加强全速率(EFR)(它们定义了将语音数字化、压缩、编码的方法)。换言之,WCDMA(依照IMT-2000的定义)只是一个空中接口,而UMTS才是一个用于3G全球移动通讯的完整协议栈,可用来代替GSM。然而,实际上也经常将WCDMA作为所有采用该空中接口的3G标准族的总称,包括UMTS,FOMAJ-Phone

与其它WCDMA变种一样,UMTS使用一对5 MHz信道,上行信道在1900 MHz附近,下行信道在2100 MHz附近。相比之下,CDMA2000则可在每个方向上使用一个或多个1.25 MHz信道,因此UMTS常因为它的高带宽需求而受到批评。

UMTS原先规定的频段为上行1885-2025 MHz,下行2110-2200 MHz。目前的频段分配可参见[1]

对现有的GSM营運商有一个简单但比较昂贵的升级到UMTS的方案:大部分现有的基础设施可以维持原状,但是获得频段授权和在现有基站塔上完成UMTS覆盖的费用可能极其高昂。

UMTS与GSM的一个主要的差别是由无线接口等构成的通用无线接入网(GRAN),它能够联入不同的骨干网络,如英特网ISDN、GSM或者UMTS网络。GRAN包含OSI模型的低三层(物理层、数据链路层、网络层)。

网络层(OSI 3)协议包括RRM协议(RRM),它负责管理移动设备与固定网络之间的承载信道,并完成切换功能。

3G外置调制解调器[编辑]

使用一个3G路由器,PCMCIA卡或者USB卡,用户就可以享用3G波段的服务,而选择那一种类型的電腦(如桌上型電腦PDA)是没有关系的。调制解调器自己带有软件,所以在短时间内上网对操作者来讲没有任何技术上的要求。

目前有很多手机经具备了3G的能力,和蓝牙2.0技术结合起来,用户可以使用带蓝牙的筆記型電腦与手机相连,再连接到网络。这个时候手机就可以看作是一个路由器,不过和笔记本之间是通过蓝牙协议而不是TCP/IP协议。

互操作性和全球漫游[编辑]

在空中接口层,UMTS兼容GSM。尽管市场上现在的UMTS手机都是UMTS/GSM双模手机,但是他们都能在纯GSM的网络中很好的工作。如果一个UMTS用户漫游到没有UMTS覆盖的地方,他的手机会自动切换到GSM模式。如果用户在通话中漫游出了UMTS覆盖范围,那么电话将会切换到有GSM覆盖的区域去。普通GSM手机不能在UMTS网络使用。

沃达丰-日本(前身 J-Phone)有一个使用WCDMA并兼容UMTS的3G网络。这使得UMTS成为真正的全球无线标准。当前的全球无线标准,GSM适用于除了日本和韩国以外多数国家。

NTT DoCoMo的3G网络,FOMA,同样使用WCDMA。然而NTT DoCoMo拥有AT&T无线实验室18的股份原来还持有3UK20的股份。这些在国外的资本为未来的全球漫游解决方案提供一个测试平台。(到2004年12月)

所有UMTS/GSM双模电话都应当兼容现存GSM标准SIM卡。有时你被允许在同一个运营商网络里使用SIM卡在UMTS网络漫游。

美国,由于现存的对频率使用的限制只是运营商AT&T无线的网络只能在1900 MHz频段。 为美国市场设计的UMTS手机跟其他区域的有所区别,这也反映了当前美国的GSM手机和GSM网络使用不同与其他国家的状况。尽管联邦通讯委员会(FCC)已经决议允许附加2100 MHz频段给UMTS,大多数获得UMTS授权的运营商好像打算放弃承担保证实现全球漫游的责任。

尽管欧亚手机可以实现漫游,但是到2004年12月在美国实现与欧亚漫游可能性还不大。

频谱分配[编辑]

超过120份许可证已经颁发给全世界的运营商(截至2004年),特别是基于GSM的无线访问技术WCDMA。由于技术还在不断的完善中,所以政客过于仓促的卖出许可,成百上千亿美元的许可证费用流入公共预算。 仅仅在德国,许可证费用就高达508亿欧元。运营商被期望在2005年开始从这些许可盈利。

在北美ITU已经为UMTS分配了频段。1900 MHz范围应用于2GPCS)服务,2100 MHz范围用于卫星通讯。尽管在北美UMTS将要不得不与现存2G服务共享1900 MHz频段,但是国际上正试图为3G服务分配2100 MHz频段。2G GSM服务因使用900 MHz和1800 MHz,因此不再共享任何UMTS服务的频段。

到为3G分配新的特定频段之前,北美还没有厂商回答UMTS使用那些频率。AT&T Wireless 2004年底已经确定在美国确定为UMTS服务启用了为2GPCS服务使用的1900 MHz频段。最初在加拿大展示的UMTS服务也使用1900 MHz频段。

其他竞争标准[编辑]

除UMTS还有其他的3G标准,例如CDMA2000和专有系统包括Arraycom的iBurst, Flarion and WCDMA-TDD(无线IP)。

CDMA2000,WCDMA,EDGEWiMAX中国自有3G标准TD-SCDMA是ITU认可的IMT-20003G标准族成员。

CDMA2000改良升级自cdmaOne,不需要新的频段分配,可以稳定运行在现有PCS频段。

UMTS现在是全球使用率最高的3G移动通行标准。

多数北美GSM运营商已接受EDGE作为过渡至3G的临时解决方案。 AT&T无线2003年本国范围内开始运行EDGE,Cingular 也在本国内运行,T-Mobile美国 计划全美范围提供EDGE。Rogers Wireless在2003年晚期开始在加拿大范围内投入运行EDGE服务。EDGE的好处是它有效利用现有GSM频段而且兼容现有GSM手机,并提供相对于UMTS更好的信号覆盖能力,作为WCDMA网络的有益补充。EDGE为GSM运营商与CDMA2000竞争提供了一个短期的升级途经。

WiMAX是主要针对于数据业务,其最新的802.16m标准是未来4G标准的后选方案。

标准[编辑]

UMTS通过以3GPP发布releases的方式演进,每一个release都改进了现有的标准并引进了新的特性,详见3GPP

问题[编辑]

早期运营商面对的问题:

  • 由于3G手机耗电量大幅增加,使得电池增大,相较于2G手机重量增加较多,待机时间减短。
  • 若要完美实现UMTS的VOD功能,每100米要设立一个基站。在都市区域经济上可行,在人口较少的郊区和乡下不可行。
  • 来自Wi-Fi寬頻網路的竞争,未來可能有来自WiMAX早期版本的競爭。
  • 客户缺少对3G业务的需求。

手机耗电量随着新器件的开发得到缓解。而且随着越来越多用户的使用,已经能接受3G手机2天左右的待机时间,并且年轻人对于3G业务的需求增多,特别是在线视频等业务,客观上缓解了3G业务需求不足的冲击;反而是需要Wi-Fi來緩解3G頻寬供不應求的問題。由于UMTS升级到HSPA+或者将来的LTE业务,以及WIMAX向4G发展,早期版本的WIMAX业务(主要是IEEE 802.16e)在大多数区域并未对UMTS造成冲击。

参考[编辑]

外部链接[编辑]