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通用流動通訊系統

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UMTS 網絡架構

通用流動通訊系統Universal Mobile Telecommunications System,縮寫:UMTS)是當前最廣泛採用的一種第三代(3G流動電話技術。它的無線介面使用W-CDMA技術,由3GPP定型,代表歐洲對ITU IMT-2000關於3G蜂窩無線系統需求的回應。

UMTS有時也叫3GSM,強調結合了3G技術而且是GSM標準的後續標準。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[編輯]

1997年7月,ETSI將UMTS TRA(Terrestrial Radio Access)的備選歸納為:W-CDMA、TDMACDMAOFDMAODMA類。1998年1月,ETSI用W-CDMA技術作為UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)的無線介面技術。UMTS支持1920kbps的傳輸速率,然而在現實高負載系統中典型的最高速率大約只有384Kbps。即使這樣數據傳輸速率已經高出GSM糾錯數據頻道14.4kbps或者多個14.4 kbps組成的HSCSD頻道,真正能夠實現價格可接受的流動WWW存取和MMS

Releases99時的UTRAN 架構

UMTS實現的前提是現在廣泛使用GSM流動電話系統,屬於4G技術。還有一個叫做GPRS的從2G演進的途徑。(可以看作3.5G)GPRS支持更好的數據速率(理論上最大可以到140.8kbps,實際上能實現接近56Kbps),數據封裝好於面向連線。GPRS已經在很多GSM網絡部署。

今天的UMTS網絡未來可能升級成HSDPA,有時也叫3.5G。 它可以實下行鏈路大於10Mbps的傳輸速度。

UMTS在市場運作上強調流動影片電話會議實現的可能性,儘管實際上這項很有潛力的服務還有很多沒有經過測試驗證。

UMTS其它可能的應用還有音樂下載和影片電話。


無線通訊佔用5M Hz頻寬

  • 碼率是3.84M Chips
  • 支持的復用模式:FDD、TDD
  • 高速傳輸以支持多媒體業務
  • 室內環境至少2Mbit/s
  • 室外步行環境至少384Kbit/s
  • 室外車輛環境至少144Kbit/s

實際運營情況[編輯]

屋頂上的 UMTS 發射器管理元件

世界上第一個UMTS網絡2001年在馬恩島Manx Telecom投入運營。下一個網絡簡稱流動營辦商3,2003年在英國啟動。

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

2001年,日本NTT DoCoMo公司的FOMA是世界上第一個商業運營W-CDMA服務。J-Phone日本電話(現軟件銀行)已經繼推出基於W-CDMA服務後,聲稱「沃達豐全球標準」相容UMTS(儘管2004年時還有爭議)。2003年初,和記黃埔逐步在全球運營他們的UMTS網絡(簡稱3)。

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

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。

TeliaSonera於2004年10月13日開始在芬蘭提供384kbps速率的W-CDMA服務。服務只是在主要城市可用。通訊費率大約2美元每兆位元組[1]

大多數歐洲GSM營辦商計劃未來某個時間推出UMTS服務,儘管有幾個已經把此服務提到日程上來,有一些甚至從2003年底就開始運營UMTS網絡。沃達豐於2004年2月在歐洲多個UMTS網絡投入執行。沃達豐還打算在其他國家(包括澳洲新西蘭)建設UMTS網絡。AT&T無線(現被Cingular收購,並沿用AT&T品牌)在一些城市開通了UMTS。儘管因為公司兼併使得網絡建設進度被延遲,但Cingular已宣佈計劃在2005年與HSDPA一起部署W-CDMA。

非洲第一個UMTS網絡於2004年11月在毛里裘斯投入運行,由中國的華為提供全網裝置,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營辦商AT&T Wireless英語AT&T Wireless Services在2004年底以前必須在四個主要的城市建立和運營UMTS網絡。CTIA 2004年會上,AT&T Wireless聲明他們的UMTS網絡在1900 MHz頻段獨立運行,已經計劃2004年底啟動UMTS服務。2004年7月,AT&T Wireless(現在屬於Cingular英語Cingular Wireless)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年第一季度德國流動營辦商沃達豐D2,O2-de相繼推出UMTS服務。

與AT&T Wireless合併之後,Cingular已經聲明計劃2005年開始部署使用HSDPA技術的UMTS網絡。 區別於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計劃到2007年開始部署UMTS。

台灣的3G服務從2005年第四季開始,除了亞太電信採用CDMA2000外,中華電信台灣大哥大遠傳電信威寶電信均使用UMTS系統。

2009年,中國聯通於10月1日在國內285個城市正式提供UMTS服務,中國聯通的網絡將直接支持HSUPA。

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

營辦商開始銷售整合3G和Wi-Fi服務的流動互聯網產品。筆記本電腦用戶可以買到他們提供的UMTS Modem,還有用戶端軟件用於自動探測網絡狀態,以便在有Wi-Fi訊號時自動從3G網絡切換。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,營辦商為了提供比單純UMTS更有競爭力的產品,他們必須擁有或者租用別人的Wi-Fi網絡。

技術[編輯]

諾基亞推出的UMTS手機

注意:UMTS的許多技術特徵是所有W-CDMA變種所共同具有的,更多資訊請參看條目W-CDMA。以下僅討論UMTS特有的一些技術特徵,它們不適用於FOMA或其他W-CDMA變種。

簡單的說,UMTS結合了W-CDMA的空中介面(流動電話和基站的空中通訊協定)、GSM系統的流動應用核心部分(MAP,Mobile Application Part英語Mobile Application Part)(此協定提供從用戶或者到用戶的呼叫路由功能),以及GSM的語音編碼演算法例如自適應多速率(AMR)和加強全速率(EFR)(它們定義了將語音數碼化、壓縮、編碼的方法)。換言之,W-CDMA(依照IMT-2000的定義)只是一個空中介面,而UMTS才是一個用於3G全球流動通訊的完整協定棧,可用來代替GSM。然而,實際上也經常將W-CDMA作為所有採用該空中介面的3G標準族的總稱,包括UMTS,FOMAJ-Phone

與其它W-CDMA變種一樣,UMTS使用一對5 MHz頻道,上行頻道在1900 MHz附近,下行頻道在2100 MHz附近。相比之下,CDMA2000則可在每個方向上使用一個或多個1.25 MHz頻道,因此UMTS常因為它的高頻寬需求而受到批評。

UMTS原先規定的頻段為上行1885-2025 MHz,下行2110-2200 MHz。目前的頻段分配可參見[1]

對現有的GSM營運商有一個簡單但比較昂貴的升級到UMTS的方案:大部分現有的基礎設施可以維持原狀,但是獲得頻段授權和在現有基站塔上完成UMTS覆蓋的費用可能極其高昂。

UMTS與GSM的一個主要的差別是由無線介面等構成的通用無線接入網(GRAN),它能夠聯入不同的骨幹網絡,如互聯網ISDN、GSM或者UMTS網絡。GRAN包含OSI模型的低三層(實體層、數據鏈路層、網絡層)。

網絡層(OSI 3)協定包括RRM協定(RRM),它負責管理流動裝置與固定網絡之間的承載頻道,並完成切換功能。

寬頻碼分多工[編輯]

寬頻碼分多址(英語:Wideband Code Division Multiple Access,常簡寫為W-CDMA)是一種3G蜂巢式網絡空中介面,使用的部分協定與2G GSM標準一致。具體一點來說,W-CDMA是一種利用碼分多址復用(或者CDMA通用復用技術,不是指CDMA標準)方法的寬頻展頻3G流動通訊空中介面。

歷史上,歐洲電信標準委員會(ETSI)在GSM之後就開始研究其3G標準,其中有幾種備選方案是基於直接序列展頻碼分多工的,而日本的第三代研究也是使用寬頻碼分多工技術的,其後以二者為主導進行融合,在3GPP組織中發展成了第三代流動通訊系統UMTS(或稱UTRA),並提交給國際電信聯盟ITU)。

國際電信聯盟最終接受UMTS作為IMT-2000 3G標準的一部分。

誤解[編輯]

W-CDMA名字跟CDMA很相近,同時W-CDMA跟CDMA關係也很微妙。兩者都基於碼分多址技術,都使用了美國高通(Qualcomm)的部分專利技術。一般認為W-CDMA的提出是部分廠商為了繞開專利陷阱而開發的,其方案已經儘可能地避開高通專利。

在流動電話領域,術語CDMA指代屬於第二代流動電話的幾種相關技術,包括碼分多址展頻復用技術,以及美國高通(Qualcomm)開發的包括cdmaOne(IS-95)和CDMA2000(IS-2000)的CDMA標準族。

在Qualcomm為IS-95協定使用它之前,CDMA復用技術已經存在了很長時間。然而,由於採用CDMA復用方法是IS-95協定區別於當時的GSM(採用TDMA)等其它協定的主要特徵,現在通常將該協定也稱為CDMA

W-CDMA屬於第三代流動電話技術,它也使用CDMA的復用技術而且它跟Qualcomm的標準也很相似。但是W-CDMA不僅僅是復用標準。它是一個詳細的定義流動電話怎樣跟基站通訊,訊號怎樣調制,數據幀怎麼構建等的完整的規範集。

W-CDMA可以使用非成對或者成對頻段,雖然所有當前W-CDMA裝置(例如FOMA and UMTS)使用兩個5MHz頻段,一個用於上行一個用於下行。更多資訊請參看展頻

  • 術語CDMA在流動通訊領域通常特指Qualcomm開發的CDMA標準族。它們定義了一組流動通訊協定。
  • CDMA作為復用技術,既用於W-CDMA空中介面協定,也用於Qualcomm的CDMA協定。
  • W-CDMA專指在IMT-2000中定義的流動通訊空中介面協定。
  • W-CDMA協定與Qualcomm開發的CDMA無關。
  • CDMA標準族(cdmaOne和CDMA2000)不相容UMTS標準族。

3G外置數據機[編輯]

使用一個3G路由器,PCMCIA卡或者USB卡,用戶就可以享用3G波段的服務,而選擇那一種類型的電腦(如桌上電腦PDA)是沒有關係的。數據機自己帶有軟件,所以在短時間內上網對操作者來講沒有任何技術上的要求。

目前有很多手機經具備了3G的能力,和藍牙2.0技術結合起來,用戶可以使用帶藍牙的手提電腦與手機相連,再連線到網絡。這個時候手機就可以看作是一個路由器,不過和筆記本之間是通過藍牙協定而不是TCP/IP協定。

互操作性和全球漫遊[編輯]

在空中介面層,UMTS相容GSM。儘管市場上現在的UMTS手機都是UMTS/GSM雙模手機,但是他們都能在純GSM的網絡中很好的工作。如果一個UMTS用戶漫遊到沒有UMTS覆蓋的地方,他的手機會自動切換到GSM模式。如果用戶在通話中漫遊出了UMTS覆蓋範圍,那麼電話將會切換到有GSM覆蓋的區域去。普通GSM手機不能在UMTS網絡使用。

沃達豐-日本(前身 J-Phone)有一個使用W-CDMA併兼容UMTS的3G網絡。這使得UMTS成為真正的全球無線標準。當前的全球無線標準,GSM適用於除了日本和韓國以外多數國家。

NTT DoCoMo的3G網絡,FOMA,同樣使用W-CDMA。然而NTT DoCoMo擁有AT&T無線實驗室18的股份原來還持有3UK20的股份。這些在國外的資本為未來的全球漫遊解決方案提供一個測試平台。(到2004年12月)

所有UMTS/GSM雙模電話都應當相容現存GSM標準SIM卡。有時你可以在同一個營辦商網絡里使用SIM卡在UMTS網絡漫遊。

美國,由於現存的對頻率使用的限制只是營辦商AT&T無線的網絡只能在1900 MHz頻段。 為美國市場設計的UMTS手機跟其他區域的有所區別,這也反映了當前美國的GSM手機和GSM網絡使用不同與其他國家的狀況。儘管聯邦通訊委員會(FCC)已經決議允許附加2100 MHz頻段給UMTS,但是大多數獲得UMTS授權的營辦商好像打算放棄承擔保證實現全球漫遊的責任。

儘管歐亞手機可以實現漫遊,但是到2004年12月在美國實現與歐亞漫遊可能性還不大。

頻譜分配[編輯]

超過120份許可證已經頒發給全世界的營辦商(截至2004年),特別是基於GSM的無線存取技術W-CDMA。由於技術還在不斷的完善中,所以政客過於倉促的賣出許可,成百上千億美元的許可證費用流入公共預算。 僅僅在德國,許可證費用就高達508億歐元。營辦商被期望在2005年開始從這些許可盈利。

在北美ITU已經為UMTS分配了頻段。1900 MHz範圍應用於2GPCS)服務,2100 MHz範圍用於衛星通訊。儘管在北美UMTS將要不得不與現存2G服務共享1900 MHz頻段,但是國際上正試圖為3G服務分配2100 MHz頻段。2G GSM服務因使用900 MHz和1800 MHz,因此不再共享任何UMTS服務的頻段。

到為3G分配新的特定頻段之前,北美還沒有廠商回答UMTS使用那些頻率。AT&T Wireless 2004年底已經確定在美國確定為UMTS服務啟用了為2GPCS服務使用的1900 MHz頻段。最初在加拿大展示的UMTS服務也使用1900 MHz頻段。

其他競爭標準[編輯]

除UMTS還有其他的3G標準,例如CDMA2000和專有系統包括Arraycom的iBurst, Flarion and W-CDMA-TDD(無線IP)。

CDMA2000,W-CDMA,EDGE,WiMAX中國自有3G標準TD-SCDMA是ITU認可的IMT-20003G標準族成員。

CDMA2000改良升級自cdmaOne,不需要新的頻段分配,可以穩定執行在現有PCS頻段。

UMTS現在是全球使用率最高的3G流動通訊標準。

多數北美GSM營辦商已接受EDGE作為過渡至3G的臨時解決方案。 AT&T無線2003年本國範圍內開始執行EDGE,Cingular 也在本國內執行,T-Mobile美國 計劃全美範圍提供EDGE。Rogers Wireless在2003年晚期開始在加拿大範圍內投入執行EDGE服務。EDGE的好處是它有效利用現有GSM頻段而且相容現有GSM手機,並提供相對於UMTS更好的訊號覆蓋能力,作為W-CDMA網絡的有益補充。EDGE為GSM營辦商與CDMA2000競爭提供了一個短期的升級途經。

WiMAX是主要針對於數據業務,其最新的802.16m標準是未來4G標準的後選方案。

與其他標準比較[編輯]

  • 最初CDMA2000計劃使用多個1.25MHz載波,但後來放棄了,而UMTS則使用單一5MHz頻寬載波。
  • ITUIMT-2000標準中,W-CDMA被看作CDMA直接序列展頻,而CDMA2000被稱作"多載波CDMA"。
  • UMTS標準族(例如FOMAUMTS-TDD)與CDMA標準族(例如cdmaOneCDMA2000)不一致。

標準[編輯]

UMTS通過以3GPP發佈releases的方式演進,每一個release都改進了現有的標準並引進了新的特性,詳見3GPP

產品認證[編輯]

  • GCF(Global Certification Forum):現時是世界主要的2G3G認證機構。
  • PTCRB:在北美GSM流動裝置(ME)類型認證提供框架。

問題[編輯]

早期營辦商面對的問題:

  • 由於3G手機耗電量大幅增加,使得電池增大,相較於2G手機重量增加較多,待機時間減短。
  • 若要完美實現UMTS的VOD功能,每100米要設立一個基站。在都市區域經濟上可行,在人口較少的郊區和鄉下不可行。
  • 來自Wi-Fi寬頻網絡的競爭,未來可能有來自WiMAX早期版本的競爭。
  • 客戶缺少對3G業務的需求。

手機耗電量隨着新器件的開發得到緩解。而且隨着越來越多用戶的使用,已經能接受3G手機2天左右的待機時間,並且年輕人對於3G業務的需求增多,特別是線上影片等業務,客觀上緩解了3G業務需求不足的衝擊;反而是需要Wi-Fi來緩解3G頻寬供不應求的問題。由於UMTS升級到HSPA+或者將來的LTE業務,以及WIMAX向4G發展,早期版本的WIMAX業務(主要是IEEE 802.16e)在大多數區域並未對UMTS造成衝擊。

參考[編輯]

外部連結[編輯]

  1. ^ 新聞稿