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通用移动通讯系统

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UMTS 网络架构

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W-CDMA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分组交换系统是由GPRS系统所演进而来,故系统的架构颇为相像。

特性[编辑]

1997年7月,ETSI将UMTS TRA(Terrestrial Radio Access)的备选归纳为:W-CDMA、TDMACDMAOFDMAODMA类。1998年1月,ETSI用W-CDMA技术作为UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)的无线接口技术。UMTS支持1920kbps的传输速率,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 架构

UMTS实现的前提是现在广泛使用GSM移动电话系统,属于4G技术。还有一个叫做GPRS的从2G演进的途径。(可以看作3.5G)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。


无线通信占用5M Hz带宽

  • 码率是3.84M Chips
  • 支持的复用模式:FDD、TDD
  • 高速传输以支持多媒体业务
  • 室内环境至少2Mbit/s
  • 室外步行环境至少384Kbit/s
  • 室外车辆环境至少144Kbit/s

实际运营情况[编辑]

屋顶上的 UMTS 发射器管理组件

世界上第一个UMTS网络2001年在马恩岛Manx Telecom投入运营。下一个网络简称移动运营商3,2003年在英国引导。

3是一个从3G网络成长起来的原属于和记黄埔(现在是合作伙伴)的运营商。它很快就要在全球引导其他UMTS网络(2004年12月)包括 澳大利亚奥地利丹麦香港以色列意大利葡萄牙爱尔兰共和国瑞典。大多数西欧GSM运营商均升级到UMTS,因为它比较接近于GSM2G标准。

2001年,日本NTT DoCoMo公司的FOMA是世界上第一个商业运营W-CDMA服务。J-Phone日本电话(现软件银行)已经继推出基于W-CDMA服务后,声称“沃达丰全球标准”兼容UMTS(尽管2004年时还有争议)。2003年初,和记黄埔逐步在全球运营他们的UMTS网络(简称3)。

2003年12月,T-Mobile引导了他的奥地利UMTS网络,英国德国的网络也在调试中。

2004年2月,沃达丰开始在包括英国德国荷兰瑞典在内的几个欧洲市场大范围部署UMTS。在葡萄牙,UMTS已经先于Euro 2004运营。

TeliaSonera于2004年10月13日开始在芬兰提供384kbps速率的W-CDMA服务。服务只是在主要城市可用。通讯费率大约2美元每兆字节[1]

大多数欧洲GSM运营商计划未来某个时间推出UMTS服务,尽管有几个已经把此服务提到日程上来,有一些甚至从2003年底就开始运营UMTS网络。沃达丰于2004年2月在欧洲多个UMTS网络投入运行。沃达丰还打算在其他国家(包括澳大利亚新西兰)建设UMTS网络。AT&T无线(现被Cingular收购,并沿用AT&T品牌)在一些城市开通了UMTS。尽管因为公司兼并使得网络建设进度被延迟,但Cingular已宣布计划在2005年与HSDPA一起部署W-CDMA。

非洲第一个UMTS网络于2004年11月在毛里求斯投入运行,由中国的华为提供全网设备,紧随其后的Vodacom于2004年12月在南非推出3G服务。

NTT DoCoMo事先授权下,美国AMPSTDMAGSM运营商AT&T Wireless英语AT&T Wireless Services在2004年底以前必须在四个主要的城市建立和运营UMTS网络。CTIA 2004年会上,AT&T Wireless声明他们的UMTS网络在1900 MHz频段独立运行,已经计划2004年底引导UMTS服务。2004年7月,AT&T Wireless(现在属于Cingular英语Cingular Wireless)在西雅图华盛顿)、旧金山加利福尼亚州)、底特律密歇根州)、菲尼克斯亚里桑那州)、圣地牙哥 (加利福尼亚州)加利福尼亚州)和达拉斯(德克萨斯)成功引导UMTS服务。

2005年第一季度德国移动运营商沃达丰D2,O2-de相继推出UMTS服务。

与AT&T Wireless合并之后,Cingular已经声明计划2005年开始部署使用HSDPA技术的UMTS网络。 区别于AT&T开发的 UMTS, Cingular拓展了UMTS的频率范围到1900 MHz和850 MHz两个频段。

T-Mobile USA计划到2007年开始部署UMTS。

台湾的3G服务从2005年第四季开始,除了亚太电信采用CDMA2000外,中华电信台湾大哥大远传电信威宝电信均使用UMTS系统。

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于2010年推出使用UMTS 900 MHz频段的HSPA网络。

运营商开始销售集成3G和Wi-Fi服务的移动互联网产品。笔记本电脑用户可以买到他们提供的UMTS Modem,还有客户端软件用于自动探测网络状态,以便在有Wi-Fi信号时自动从3G网络切换。起初Wi-FI被认为是3G的一个竞争对手,但是现在不得不承认,运营商为了提供比单纯UMTS更有竞争力的产品,他们必须拥有或者租用别人的Wi-Fi网络。

技术[编辑]

诺基亚推出的UMTS手机

注意:UMTS的许多技术特征是所有W-CDMA变种所共同具有的,更多信息请参看条目W-CDMA。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W-CDMA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,Mobile Application Part英语Mobile Application Part)(此协议提供从用户或者到用户的调用路由功能),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,W-CDMA(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W-CDMA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W-CDMA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营运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。

宽带码分多任务[编辑]

宽频码分多址(英语:Wideband Code Division Multiple Access,常简写为W-CDMA)是一种3G蜂窝网络空中接口,使用的部分协议与2G GSM标准一致。具体一点来说,W-CDMA是一种利用码分多址复用(或者CDMA通用复用技术,不是指CDMA标准)方法的宽带扩频3G移动通信空中接口。

历史上,欧洲电信标准委员会(ETSI)在GSM之后就开始研究其3G标准,其中有几种备选方案是基于直接序列扩频码分多任务的,而日本的第三代研究也是使用宽带码分多任务技术的,其后以二者为主导进行融合,在3GPP组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS(或称UTRA),并提交给国际电信联盟ITU)。

国际电信联盟最终接受UMTS作为IMT-2000 3G标准的一部分。

误解[编辑]

W-CDMA名字跟CDMA很相近,同时W-CDMA跟CDMA关系也很微妙。两者都基于码分多址技术,都使用了美国高通(Qualcomm)的部分专利技术。一般认为W-CDMA的提出是部分厂商为了绕开专利陷阱而开发的,其方案已经尽可能地避开高通专利。

在移动电话领域,术语CDMA指代属于第二代移动电话的几种相关技术,包括码分多址扩频复用技术,以及美国高通(Qualcomm)开发的包括cdmaOne(IS-95)和CDMA2000(IS-2000)的CDMA标准族。

在Qualcomm为IS-95协议使用它之前,CDMA复用技术已经存在了很长时间。然而,由于采用CDMA复用方法是IS-95协议区别于当时的GSM(采用TDMA)等其它协议的主要特征,现在通常将该协议也称为CDMA

W-CDMA属于第三代移动电话技术,它也使用CDMA的复用技术而且它跟Qualcomm的标准也很相似。但是W-CDMA不仅仅是复用标准。它是一个详细的定义移动电话怎样跟基站通讯,信号怎样调制,数据帧怎么构建等的完整的规范集。

W-CDMA可以使用非成对或者成对频段,虽然所有当前W-CDMA设备(例如FOMA and UMTS)使用两个5MHz频段,一个用于上行一个用于下行。更多信息请参看扩频

  • 术语CDMA在移动通讯领域通常特指Qualcomm开发的CDMA标准族。它们定义了一组移动通讯协议。
  • CDMA作为复用技术,既用于W-CDMA空中接口协议,也用于Qualcomm的CDMA协议。
  • W-CDMA专指在IMT-2000中定义的移动通讯空中接口协议。
  • W-CDMA协议与Qualcomm开发的CDMA无关。
  • CDMA标准族(cdmaOne和CDMA2000)不兼容UMTS标准族。

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电脑(如台式机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笔记本电脑与手机相连,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W-CDMA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W-CDMA。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。有时你可以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,但是大多数获得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W-CDMA。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 W-CDMA-TDD(无线IP)。

CDMA2000,W-CDMA,EDGE,WiMAX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移动通信标准。

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W-CDMA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。

与其他标准比较[编辑]

  • 最初CDMA2000计划使用多个1.25MHz载波,但后来放弃了,而UMTS则使用单一5MHz带宽载波。
  • ITUIMT-2000标准中,W-CDMA被看作CDMA直接序列扩频,而CDMA2000被称作"多载波CDMA"。
  • UMTS标准族(例如FOMAUMTS-TDD)与CDMA标准族(例如cdmaOneCDMA2000)不一致。

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

产品认证[编辑]

  • GCF(Global Certification Forum):现时是世界主要的2G3G认证机构。
  • PTCRB:在北美GSM移动设备(ME)类型认证提供框架。

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宽带网络的竞争,未来可能有来自WiMAX早期版本的竞争。
  • 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来缓解3G带宽供不应求的问题。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]

  1. ^ 新闻稿