Универсальная система мобильной связи ( UMTS ) — это система мобильной сотовой связи 3G для сетей на основе стандарта GSM . Разработанная и поддерживаемая 3GPP (Проект партнерства третьего поколения), UMTS является компонентом набора стандартов Международного союза электросвязи IMT-2000 и сопоставима со стандартом CDMA2000 для сетей на основе конкурирующей технологии cdmaOne . UMTS использует технологию широкополосного кодового разделения множественного доступа ( W-CDMA ) для предоставления операторам мобильных сетей большей спектральной эффективности и пропускной способности.
UMTS определяет полную сетевую систему, которая включает в себя сеть радиодоступа ( UMTS Terrestrial Radio Access Network , или UTRAN), базовую сеть ( Mobile Application Part , или MAP) и аутентификацию пользователей с помощью SIM- карт ( модуль идентификации абонента ).
Технология, описанная в UMTS, иногда также называется « Свобода мобильного доступа к мультимедиа» (FOMA) [1] или 3GSM.
В отличие от EDGE (IMT Single-Carrier, на основе GSM) и CDMA2000 (IMT Multi-Carrier), UMTS требует новых базовых станций и новых распределений частот.
UMTS поддерживает теоретически максимальную скорость передачи данных 42 Мбит/с , когда в сети реализован Evolved HSPA (HSPA+). [2] Пользователи в развернутых сетях могут ожидать скорость передачи данных до 384 кбит/с для телефонов Release '99 (R99) (исходный выпуск UMTS) и 7,2 Мбит/с для телефонов High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) в нисходящем соединении. Эти скорости значительно выше, чем 9,6 кбит/с одного канала данных GSM с исправлением ошибок коммутации каналов, нескольких каналов 9,6 кбит/с в высокоскоростной коммутации каналов данных (HSCSD) и 14,4 кбит/с для каналов CDMAOne.
С 2006 года сети UMTS во многих странах были или находятся в процессе модернизации с помощью высокоскоростного пакетного доступа по нисходящей линии связи (HSDPA), иногда называемого 3.5G . В настоящее время HSDPA обеспечивает скорость передачи по нисходящей линии связи до 21 Мбит/с. Работа также продолжается по улучшению скорости передачи по восходящей линии связи с помощью высокоскоростного пакетного доступа по восходящей линии связи (HSUPA). Стандарт 3GPP LTE приходит на смену UMTS и изначально обеспечивал скорости 4G 100 Мбит/с вниз и 50 Мбит/с вверх с масштабируемостью до 3 Гбит/с, используя технологию радиоинтерфейса следующего поколения, основанную на ортогональном частотном мультиплексировании .
Первые национальные потребительские сети UMTS были запущены в 2002 году с упором на мобильные приложения, предоставляемые телекоммуникационными компаниями, такие как мобильное телевидение и видеозвонки . Высокие скорости передачи данных UMTS в настоящее время чаще всего используются для доступа в Интернет: опыт Японии и других стран показал, что спрос пользователей на видеозвонки невелик, а аудио- и видеоконтент, предоставляемый телекоммуникационными компаниями, утратил популярность в пользу высокоскоростного доступа к Всемирной паутине — либо непосредственно на телефоне, либо через подключение к компьютеру через Wi-Fi , Bluetooth или USB . [ требуется цитата ]
UMTS объединяет три различных наземных радиоинтерфейса , ядро GSM Mobile Application Part (MAP) и семейство речевых кодеков GSM .
Радиоинтерфейсы называются UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). [3] Все варианты радиоинтерфейсов являются частью ITU IMT -2000 . В наиболее популярном в настоящее время варианте для сотовых мобильных телефонов используется W-CDMA (IMT Direct Spread). Его также называют «Uu-интерфейсом», поскольку он связывает пользовательское оборудование с сетью UMTS Terrestrial Radio Access.
Обратите внимание, что термины W-CDMA , TD-CDMA и TD-SCDMA вводят в заблуждение. Хотя они подразумевают только метод доступа к каналу (а именно вариант CDMA ), на самом деле они являются общими названиями для всех стандартов радиоинтерфейса. [4]
W-CDMA (WCDMA; широкополосный кодово-разделенный множественный доступ ), наряду с UMTS-FDD, UTRA-FDD или IMT-2000 CDMA Direct Spread — это стандарт радиоинтерфейса, используемый в сетях мобильной связи 3G . Он поддерживает обычные услуги сотовой связи, голосовые, текстовые и MMS- услуги, но также может передавать данные на высоких скоростях, что позволяет операторам мобильной связи предоставлять приложения с более высокой пропускной способностью, включая потоковую передачу и широкополосный доступ в Интернет. [5]
W-CDMA использует метод доступа к каналу DS-CDMA с парой каналов шириной 5 МГц. Напротив, конкурирующая система CDMA2000 использует один или несколько доступных каналов шириной 1,25 МГц для каждого направления связи. Системы W-CDMA широко критикуются за их большое использование спектра, что задерживало развертывание в странах, которые действовали относительно медленно при выделении новых частот специально для услуг 3G (например, в США).
Конкретные диапазоны частот, изначально определенные стандартом UMTS, составляют 1885–2025 МГц для мобильной связи с базовой станцией (восходящая линия связи) и 2110–2200 МГц для базовой связи с мобильной связью (нисходящая линия связи). В США вместо этого используются 1710–1755 МГц и 2110–2155 МГц, поскольку диапазон 1900 МГц уже использовался. [6] Хотя UMTS2100 является наиболее широко используемым диапазоном UMTS, операторы UMTS некоторых стран используют диапазоны 850 МГц (900 МГц в Европе) и/или 1900 МГц (независимо, то есть восходящая и нисходящая линии связи находятся в одном диапазоне), в частности, в США это делает AT&T Mobility , в Новой Зеландии — Telecom New Zealand в сети XT Mobile Network и в Австралии — Telstra в сети Next G. Некоторые операторы, такие как T-Mobile, используют номера диапазонов для идентификации частот UMTS. Например, диапазон I (2100 МГц), диапазон IV (1700/2100 МГц) и диапазон V (850 МГц).
UMTS-FDD — это аббревиатура от Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) — дуплексная связь с частотным разделением (FDD) и стандартизированная версия сетей UMTS, которая использует дуплексную связь с частотным разделением для дуплексной связи через радиоинтерфейс UMTS Terrestrial Radio Access ( UTRA ). [7]
W-CDMA является основой службы FOMA японской компании NTT DoCoMo и наиболее часто используемым членом семейства Универсальной мобильной телекоммуникационной системы (UMTS), а иногда используется как синоним UMTS. [8] Он использует метод доступа к каналу DS-CDMA и метод дуплексной связи FDD для достижения более высоких скоростей и поддержки большего количества пользователей по сравнению с большинством ранее используемых схем множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и дуплексной связи с временным разделением каналов (TDD).
Хотя это и не эволюционное обновление с точки зрения воздушной среды, оно использует ту же базовую сеть , что и сети 2G GSM, развернутые по всему миру, что позволяет работать в двух режимах мобильной связи вместе с GSM/ EDGE ; эта функция характерна и для других представителей семейства UMTS.
В конце 1990-х годов W-CDMA был разработан NTT DoCoMo в качестве радиоинтерфейса для своей сети 3G FOMA . Позже NTT DoCoMo представила спецификацию в Международный союз электросвязи (МСЭ) в качестве кандидата на международный стандарт 3G, известный как IMT-2000. В конечном итоге МСЭ принял W-CDMA как часть семейства стандартов 3G IMT-2000, как альтернативу CDMA2000, EDGE и системе DECT малого радиуса действия . Позже W-CDMA был выбран в качестве радиоинтерфейса для UMTS .
Поскольку NTT DoCoMo не стала дожидаться завершения спецификации 3G Release 99, их сеть изначально была несовместима с UMTS. [9] Однако эта проблема была решена путем обновления сети NTT DoCoMo.
Коммуникационные сети с кодовым разделением каналов (CDMA) разрабатывались рядом компаний на протяжении многих лет, но разработка сетей сотовой связи на основе CDMA (до W-CDMA) доминировала Qualcomm , первой компании, которая преуспела в разработке практичной и экономически эффективной реализации CDMA для потребительских сотовых телефонов, и ее ранний стандарт радиоинтерфейса IS-95 превратился в текущий стандарт CDMA2000 (IS-856/IS-2000). Qualcomm создала экспериментальную широкополосную систему CDMA под названием CDMA2000 3x, которая объединила сетевые технологии W-CDMA ( 3GPP ) и CDMA2000 ( 3GPP2 ) в единый дизайн для всемирного стандартного радиоинтерфейса. Совместимость с CDMA2000 могла бы выгодно обеспечить роуминг в существующих сетях за пределами Японии, поскольку сети Qualcomm CDMA2000 широко развернуты, особенно в Америке, с покрытием в 58 странах по состоянию на 2006 год [update]. Однако расхождения в требованиях привели к тому, что стандарт W-CDMA был сохранен и развернут по всему миру. Затем W-CDMA стал доминирующей технологией с 457 коммерческими сетями в 178 странах по состоянию на апрель 2012 года. [10] Несколько операторов CDMA2000 даже перевели свои сети на W-CDMA для обеспечения совместимости с международным роумингом и плавного перехода на LTE .
Несмотря на несовместимость с существующими стандартами радиоинтерфейса, позднее внедрение и высокую стоимость модернизации при развертывании совершенно новой технологии передатчика, W-CDMA стал доминирующим стандартом.
W-CDMA передает по паре радиоканалов шириной 5 МГц, в то время как CDMA2000 передает по одной или нескольким парам радиоканалов шириной 1,25 МГц. Хотя W-CDMA использует технологию передачи CDMA с прямой последовательностью, как и CDMA2000, W-CDMA — это не просто широкополосная версия CDMA2000, а во многих аспектах отличается от CDMA2000. С инженерной точки зрения W-CDMA обеспечивает другой баланс компромиссов между стоимостью, емкостью, производительностью и плотностью [ требуется ссылка ] ; он также обещает достичь преимущества в виде снижения стоимости для видеотелефонных трубок. W-CDMA также может лучше подходить для развертывания в очень густонаселенных городах Европы и Азии. Однако препятствия остаются, и перекрестное лицензирование патентов между поставщиками Qualcomm и W-CDMA не устранило возможные патентные проблемы из-за особенностей W-CDMA, которые остаются под защитой патентов Qualcomm. [11]
W-CDMA был разработан в виде полного набора спецификаций, подробного протокола, который определяет, как мобильный телефон взаимодействует с вышкой, как модулируются сигналы, как структурируются датаграммы и специфицируются системные интерфейсы, что позволяет проводить свободную конкуренцию по технологическим элементам.
Первая в мире коммерческая услуга W-CDMA, FOMA, была запущена компанией NTT DoCoMo в Японии в 2001 году.
В других странах развертывание сетей W-CDMA обычно реализуется под брендом UMTS.
W-CDMA также был адаптирован для использования в спутниковой связи в системе US Mobile User Objective System с использованием геосинхронных спутников вместо вышек сотовой связи.
J-Phone Japan (когда-то Vodafone , а теперь SoftBank Mobile ) вскоре запустили собственную службу на базе W-CDMA, изначально названную «Vodafone Global Standard» и заявляющую о совместимости с UMTS. Название службы было изменено на «Vodafone 3G» (теперь «SoftBank 3G») в декабре 2004 года.
Начиная с 2003 года компания Hutchison Whampoa постепенно запускала свои новые сети UMTS.
Большинство стран, с тех пор как МСЭ одобрило мобильную услугу 3G, либо «выставили на аукцион» радиочастоты компании, готовой заплатить больше всего, либо провели «конкурс красоты» — попросили различные компании представить, какие обязательства они намерены взять на себя в случае получения лицензий. Эту стратегию критиковали за то, что она направлена на то, чтобы осушить операторов до грани банкротства, чтобы выполнить их заявки или предложения. У большинства из них есть временные ограничения на развертывание услуги — когда определенное «покрытие» должно быть достигнуто в течение определенной даты, иначе лицензия будет отозвана.
Vodafone запустил несколько сетей UMTS в Европе в феврале 2004 года. Сингапурская компания MobileOne запустила коммерческие услуги 3G (W-CDMA) в феврале 2005 года. Новая Зеландия — в августе 2005 года, а Австралия — в октябре 2005 года.
Компания AT&T Mobility использовала сеть UMTS с HSPA+ с 2005 года до ее закрытия в феврале 2022 года.
В марте 2007 года компания Rogers в Канаде запустила HSDPA в районе Golden Horseshoe в Торонто на W-CDMA на частотах 850/1900 МГц и планирует запустить коммерческий запуск услуги в 25 крупнейших городах в октябре 2007 года.
TeliaSonera открыла W-CDMA-сервис в Финляндии 13 октября 2004 года со скоростью до 384 кбит/с. Доступно только в крупных городах. Стоимость составляет около 2 евро/МБ. [ необходима цитата ]
SK Telecom и KTF , два крупнейших поставщика услуг мобильной связи в Южной Корее , начали предлагать услугу W-CDMA в декабре 2003 года. Из-за плохого покрытия и отсутствия выбора портативных устройств услуга W-CDMA едва ли пробила брешь на корейском рынке, где доминировал CDMA2000. К октябрю 2006 года обе компании охватывали более 90 городов, в то время как SK Telecom объявила, что обеспечит общенациональное покрытие для своей сети WCDMA, чтобы предложить мобильные телефоны SBSM (Single Band Single Mode) к первой половине 2007 года. Таким образом, KT Freecel сократит финансирование развития своей сети CDMA2000 до минимума.
В Норвегии Telenor представил W-CDMA в крупных городах к концу 2004 года, а их конкурент NetCom последовал его примеру несколько месяцев спустя. Оба оператора имеют 98 % национального покрытия на EDGE, но Telenor имеет параллельные сети роуминга WLAN на GSM, где с ней конкурирует услуга UMTS. По этой причине Telenor прекращает поддержку своей услуги WLAN в Австрии (2006).
Maxis Communications и Celcom , два оператора мобильной связи в Малайзии , начали предлагать услуги W-CDMA в 2005 году.
В Швеции Telia представила W-CDMA в марте 2004 года .
UMTS-TDD, аббревиатура от Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) — дуплекс с временным разделением (TDD), — это стандартизированная 3GPP версия сетей UMTS, использующая дуплекс с временным разделением. [7] UTRA-TDD — это UTRA, которая использует дуплекс с временным разделением для дуплексной связи. [7] Хотя это полная реализация UMTS, она в основном используется для предоставления доступа в Интернет в обстоятельствах, аналогичных тем, где может использоваться WiMAX . [ требуется ссылка ] UMTS-TDD напрямую не совместим с UMTS-FDD: устройство, разработанное для использования одного стандарта, не может, если специально не разработано, работать с другим из-за разницы в технологиях радиоинтерфейса и используемых частотах. [ требуется ссылка ] Более формально это IMT-2000 CDMA-TDD или IMT 2000 Time-Division (IMT-TD). [12] [13]
Два радиоинтерфейса UMTS (UTRA) для UMTS-TDD — это TD-CDMA и TD-SCDMA. Оба радиоинтерфейса используют комбинацию двух методов доступа к каналу, множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) и множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA): полоса частот делится на временные интервалы (TDMA), которые далее делятся на каналы с использованием кодов расширения CDMA. Эти радиоинтерфейсы классифицируются как TDD, поскольку временные интервалы могут быть выделены как для восходящего, так и для нисходящего трафика.
TD-CDMA , аббревиатура от Time-Division -Code-Division Multiple Access , представляет собой метод доступа к каналу, основанный на использовании множественного доступа с расширенным спектром (CDMA) по нескольким временным интервалам ( TDMA ). TD-CDMA — это метод доступа к каналу для UTRA-TDD HCR, что является аббревиатурой от UMTS Terrestrial Radio Access-Time Division Duplex High Chip Rate. [12]
Радиоинтерфейсы UMTS-TDD, использующие технику доступа к каналу TD-CDMA, стандартизированы как UTRA-TDD HCR, которая использует приращения спектра в 5 МГц , каждый срез разделен на кадры по 10 мс, содержащие пятнадцать временных интервалов (1500 в секунду). [12] Временные интервалы (TS) выделяются в фиксированном процентном соотношении для нисходящего и восходящего каналов. TD-CDMA используется для мультиплексирования потоков от или к нескольким трансиверам. В отличие от W-CDMA, ему не нужны отдельные полосы частот для восходящего и нисходящего каналов, что позволяет развертывать его в узких полосах частот . [14]
TD-CDMA является частью IMT-2000, определяемой как IMT-TD Time-Division (IMT CDMA TDD), и является одним из трех радиоинтерфейсов UMTS (UTRA), стандартизированных 3GPP в UTRA-TDD HCR. UTRA-TDD HCR тесно связан с W-CDMA и предоставляет те же типы каналов, где это возможно. Улучшения HSDPA/HSUPA UMTS также реализованы в TD-CDMA. [15]
В Соединенных Штатах эта технология использовалась для обеспечения общественной безопасности и государственного использования в Нью-Йорке и некоторых других районах. [ требуется обновление ] [16] В Японии IPMobile планировала предоставить услугу TD-CDMA в 2006 году, но она была отложена, изменена на TD-SCDMA и обанкротилась до официального запуска услуги.
Синхронный множественный доступ с кодовым разделением по времени (TD-SCDMA) или UTRA TDD 1,28 Мбит/с с низкой скоростью передачи чипов (UTRA-TDD LCR) [13] [4] — это радиоинтерфейс [13], используемый в сетях мобильной связи UMTS в Китае в качестве альтернативы W-CDMA.
TD-SCDMA использует метод доступа к каналу TDMA в сочетании с адаптивным синхронным компонентом CDMA [13] на 1,6 МГц-частях спектра, что позволяет развертывать его в еще более узких полосах частот, чем TD-CDMA. Он стандартизирован 3GPP и также называется «UTRA-TDD LCR». Однако основным стимулом для разработки этого разработанного в Китае стандарта было избежание или снижение лицензионных сборов, которые необходимо платить некитайским владельцам патентов. В отличие от других радиоинтерфейсов, TD-SCDMA не был частью UMTS с самого начала, но был добавлен в релизе 4 спецификации.
Как и TD-CDMA, TD-SCDMA известен как IMT CDMA TDD в рамках IMT-2000.
Термин «TD-SCDMA» вводит в заблуждение. Хотя он предполагает, что охватывает только метод доступа к каналу, на самом деле это общее название для всей спецификации радиоинтерфейса. [4]
Сети TD-SCDMA/UMTS-TDD (LCR) несовместимы с сетями W-CDMA/UMTS-FDD и TD-CDMA/UMTS-TDD (HCR).
TD-SCDMA был разработан в Китайской Народной Республике Китайской академией телекоммуникационных технологий (CATT), Datang Telecom и Siemens AG в попытке избежать зависимости от западных технологий. Это, вероятно, в первую очередь по практическим причинам, поскольку другие форматы 3G требуют уплаты патентных пошлин большому числу западных патентообладателей.
Сторонники TD-SCDMA также утверждают, что он лучше подходит для густонаселенных районов. [13] Кроме того, предполагается, что он охватывает все сценарии использования, тогда как W-CDMA оптимизирован для симметричного трафика и макросот, в то время как TD-CDMA лучше всего использовать в сценариях с низкой мобильностью в микро- или пикосотах. [13]
TD-SCDMA основан на технологии расширенного спектра, что делает маловероятным, что он сможет полностью избежать уплаты лицензионных сборов западным патентообладателям. Запуск национальной сети TD-SCDMA изначально планировался на 2005 год [17], но достиг масштабных коммерческих испытаний с 60 000 пользователей в восьми городах только в 2008 году. [18]
7 января 2009 года Китай предоставил China Mobile лицензию TD-SCDMA 3G . [19]
21 сентября 2009 года China Mobile официально объявила, что по состоянию на конец августа 2009 года у нее было 1 327 000 абонентов TD-SCDMA.
TD-SCDMA обычно не используется за пределами Китая. [20]
TD-SCDMA использует TDD, в отличие от схемы FDD, используемой W-CDMA . Благодаря динамической настройке количества временных интервалов, используемых для нисходящей и восходящей линии связи , система может легче размещать асимметричный трафик с различными требованиями к скорости передачи данных на нисходящей и восходящей линии связи, чем схемы FDD. Поскольку для нисходящей и восходящей линии связи не требуется парный спектр, также увеличивается гибкость распределения спектра. Использование одной и той же несущей частоты для восходящей и нисходящей линии связи также означает, что состояние канала одинаково в обоих направлениях, и базовая станция может вывести информацию о нисходящем канале из оценок восходящего канала, что полезно для применения методов формирования луча .
TD-SCDMA также использует TDMA в дополнение к CDMA, используемому в WCDMA. Это уменьшает количество пользователей в каждом таймслоте, что снижает сложность реализации многопользовательских схем обнаружения и формирования луча, но прерывистая передача также снижает покрытие (из-за более высокой необходимой пиковой мощности), мобильность (из-за более низкой частоты управления мощностью ) и усложняет алгоритмы управления радиоресурсами .
«S» в TD-SCDMA означает «синхронный», что означает, что сигналы восходящей линии связи синхронизируются на приемнике базовой станции, что достигается путем непрерывной корректировки времени. Это уменьшает помехи между пользователями одного и того же временного интервала, использующими разные коды, путем улучшения ортогональности между кодами, тем самым увеличивая емкость системы, за счет некоторой аппаратной сложности в достижении синхронизации восходящей линии связи.
20 января 2006 года Министерство информационной промышленности Китайской Народной Республики официально объявило, что TD-SCDMA является стандартом мобильной связи 3G в стране. 15 февраля 2006 года был объявлен график развертывания сети в Китае, в котором говорилось, что предварительные коммерческие испытания начнутся после завершения ряда тестовых сетей в выбранных городах. Эти испытания проходили с марта по октябрь 2006 года, но результаты оказались явно неудовлетворительными. В начале 2007 года китайское правительство поручило доминирующему оператору сотовой связи China Mobile построить коммерческие тестовые сети в восьми городах, а двум операторам фиксированной связи China Telecom и China Netcom — построить по одной в двух других городах. Строительство этих тестовых сетей планировалось завершить в четвертом квартале 2007 года, но задержки привели к тому, что строительство не было завершено до начала 2008 года.
Стандарт был принят 3GPP начиная с версии 4 и известен как «UTRA TDD 1.28 Mbps Option». [13]
28 марта 2008 года China Mobile Group объявила о «коммерческих испытаниях» TD-SCDMA для 60 000 тестовых пользователей в восьми городах с 1 апреля 2008 года. Сети, использующие другие стандарты 3G (WCDMA и CDMA2000 EV/DO), все еще не были запущены в Китае, поскольку они были отложены до тех пор, пока TD-SCDMA не будет готов к коммерческому запуску.
В январе 2009 года Министерство промышленности и информационных технологий Китая (MIIT) предприняло необычный шаг, выдав лицензии на 3 различных стандарта мобильной связи третьего поколения трем операторам связи в долгожданном шаге, который, как ожидается, повлечет за собой расходы в размере 41 миллиарда долларов на новое оборудование. Разработанный в Китае стандарт TD-SCDMA был назначен China Mobile, крупнейшему в мире оператору телефонной связи по количеству абонентов. Это, по-видимому, было попыткой убедиться, что новая система имеет финансовую и техническую поддержку для успеха. Лицензии на два существующих стандарта 3G, W-CDMA и CDMA2000 1xEV-DO , были назначены China Unicom и China Telecom соответственно. Технология третьего поколения, или 3G, поддерживает веб-серфинг, беспроводное видео и другие услуги, и начало обслуживания, как ожидается, подстегнет новый рост доходов.
Технический раскол MIIT затруднил работу China Mobile на рынке 3G, поскольку пользователи и инженеры China Mobile в равной степени указывали на отсутствие подходящих телефонов для использования в сети. [21] Развертывание базовых станций также было медленным, что привело к отсутствию улучшения обслуживания пользователей. [22] Само сетевое соединение постоянно было медленнее, чем у двух других операторов, что привело к резкому снижению доли рынка. К 2011 году China Mobile уже переключила свое внимание на TD-LTE. [23] [24] Постепенное закрытие станций TD-SCDMA началось в 2016 году. [25] [26]
Ниже приведен список сетей мобильной связи, использующих технологию третьего поколения TD-SCDMA/UMTS-TDD (LCR).
В Европе CEPT выделила диапазон 2010–2020 МГц для варианта UMTS-TDD, предназначенного для нелицензируемого, самостоятельного использования. [29] Некоторые телекоммуникационные группы и юрисдикции предложили отказаться от этой услуги в пользу лицензированной UMTS-TDD [30] из-за отсутствия спроса и отсутствия разработки технологии радиоинтерфейса UMTS TDD, подходящей для развертывания в этом диапазоне.
Обычная UMTS использует UTRA-FDD в качестве воздушного интерфейса и известна как UMTS-FDD . UMTS-FDD использует W-CDMA для множественного доступа и частотно-разделенный дуплекс для дуплексной связи, что означает, что восходящая и нисходящая линии связи передают данные на разных частотах. UMTS обычно передается на частотах, назначенных для мобильной телефонной связи 1G , 2G или 3G в странах эксплуатации.
UMTS-TDD использует дуплекс с временным разделением, что позволяет восходящему и нисходящему каналам использовать один и тот же спектр. Это позволяет оператору более гибко разделять использование доступного спектра в соответствии с моделями трафика. Для обычного телефонного обслуживания можно было бы ожидать, что восходящий и нисходящий каналы будут передавать примерно равные объемы данных (потому что каждый телефонный звонок требует передачи голоса в любом направлении), но интернет-ориентированный трафик чаще всего является односторонним. Например, при просмотре веб-сайта пользователь будет отправлять на сервер короткие команды, но сервер будет отправлять в ответ целые файлы, которые обычно больше этих команд.
UMTS-TDD имеет тенденцию выделять частоту, предназначенную для мобильных/беспроводных интернет-услуг, а не использовать ее на существующих сотовых частотах. Это отчасти связано с тем, что дуплекс TDD обычно не допускается на сотовых , PCS /PCN и 3G частотах. Технологии TDD открывают возможность использования оставшегося непарного спектра.
По всей Европе несколько диапазонов выделены либо специально для UMTS-TDD, либо для аналогичных технологий. Это 1900 МГц и 1920 МГц, а также между 2010 МГц и 2025 МГц. В нескольких странах диапазон 2500–2690 МГц (также известный как MMDS в США) использовался для развертывания UMTS-TDD. Кроме того, спектр вокруг диапазона 3,5 ГГц был выделен в некоторых странах, в частности в Великобритании, в технологически нейтральной среде. В Чешской Республике UTMS-TDD также используется в диапазоне частот около 872 МГц. [31]
Технология UMTS-TDD была развернута в государственных и/или частных сетях по меньшей мере в девятнадцати странах мира, а действующие системы действуют, в частности, в Австралии, Чешской Республике, Франции, Германии, Японии, Новой Зеландии, Ботсване, Южной Африке, Великобритании и США.
Развертывания в США до сих пор были ограничены. Он был выбран для сети поддержки общественной безопасности, используемой спасателями в Нью-Йорке, [32] но за пределами некоторых экспериментальных систем, в частности, от Nextel , до сих пор стандарт WiMAX, по-видимому, получил большую поддержку в качестве общей системы мобильного доступа в Интернет.
Существует множество систем доступа в Интернет, которые обеспечивают широкополосный скоростной доступ к сети. К ним относятся WiMAX и HIPERMAN . UMTS-TDD имеет преимущества в том, что может использовать существующую инфраструктуру UMTS/GSM оператора, если она у него есть, и что он включает режимы UMTS, оптимизированные для коммутации каналов, если, например, оператор захочет предложить телефонную услугу. Производительность UMTS-TDD также более стабильна. Однако у разработчиков UMTS-TDD часто возникают проблемы с регулированием при использовании некоторых услуг, которые предоставляет совместимость с UMTS. Например, спектр UMTS-TDD в Великобритании не может использоваться для предоставления телефонной услуги, хотя регулятор OFCOM обсуждает возможность его разрешения в какой-то момент в будущем. Немногие операторы, рассматривающие UMTS-TDD, имеют существующую инфраструктуру UMTS/GSM.
Кроме того, системы WiMAX и HIPERMAN обеспечивают значительно большую пропускную способность, когда мобильная станция находится вблизи вышки.
Как и большинство систем мобильного доступа в Интернет, многие пользователи, которые в противном случае выбрали бы UMTS-TDD, найдут свои потребности покрытыми специальным набором неподключенных точек доступа Wi-Fi во многих ресторанах и транспортных узлах, и/или доступом в Интернет, уже предоставленным их оператором мобильной связи. Для сравнения, UMTS-TDD (и такие системы, как WiMAX) предлагает мобильный и более последовательный доступ, чем первый, и, как правило, более быстрый доступ, чем последний.
UMTS также определяет Универсальную наземную сеть радиодоступа (UTRAN), которая состоит из нескольких базовых станций, возможно, использующих различные стандарты наземного радиоинтерфейса и диапазоны частот.
UMTS и GSM/EDGE могут совместно использовать базовую сеть (CN), что делает UTRAN альтернативной сетью радиодоступа для GERAN (GSM/EDGE RAN) и позволяет (в основном) прозрачное переключение между RAN в соответствии с доступным покрытием и потребностями в обслуживании. Из-за этого сети радиодоступа UMTS и GSM/EDGE иногда совместно называются UTRAN/GERAN.
Сети UMTS часто объединяются с GSM/EDGE, последний из которых также является частью IMT-2000.
Интерфейс UE ( User Equipment ) сети радиодоступа ( RAN ) в основном состоит из протоколов RRC (Radio Resource Control), PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RLC (Radio Link Control) и MAC (Media Access Control). Протокол RRC управляет установлением соединения, измерениями, службами радиоканала, безопасностью и принятием решений о передаче обслуживания. Протокол RLC в основном делится на три режима — прозрачный режим (TM), режим неподтверждения (UM), режим подтверждения (AM). Функциональность сущности AM напоминает работу TCP, тогда как работа UM напоминает работу UDP. В режиме TM данные будут отправляться на нижние уровни без добавления заголовка к SDU более высоких уровней. MAC управляет планированием данных на радиоинтерфейсе в зависимости от настроенных параметров более высокого уровня (RRC).
Набор свойств, связанных с передачей данных, называется радиоканалом (RB). Этот набор свойств определяет максимально допустимый объем данных в TTI (интервал времени передачи). RB включает информацию RLC и сопоставление RB. Сопоставление RB определяет сопоставление между RB<->логическим каналом<->транспортным каналом. Сигнальные сообщения отправляются по сигнальным радиоканалам (SRB), а пакеты данных (CS или PS) отправляются по RB данных. Сообщения RRC и NAS отправляются по SRB.
Безопасность включает в себя две процедуры: целостность и шифрование. Целостность проверяет ресурс сообщений, а также гарантирует, что никто (третья/неизвестная сторона) на радиоинтерфейсе не изменил сообщения. Шифрование гарантирует, что никто не прослушивает ваши данные на радиоинтерфейсе. И целостность, и шифрование применяются к SRB, тогда как к RB данных применяется только шифрование.
С Mobile Application Part UMTS использует тот же стандарт базовой сети, что и GSM/EDGE. Это обеспечивает простую миграцию для существующих операторов GSM. Однако путь миграции к UMTS по-прежнему дорог: хотя большая часть базовой инфраструктуры используется совместно с GSM, стоимость получения новых лицензий на спектр и наложения UMTS на существующие вышки высока.
CN может быть подключен к различным магистральным сетям , таким как Интернет или телефонная сеть ISDN ( Integrated Services Digital Network ). UMTS (и GERAN) включают три нижних уровня модели OSI . Сетевой уровень (OSI 3) включает протокол управления радиоресурсами (RRM), который управляет каналами передачи данных между мобильными терминалами и фиксированной сетью, включая хэндоверы.
UARFCN ( аббревиатура от UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number, где UTRA означает UMTS Terrestrial Radio Access) используется для идентификации частоты в диапазонах частот UMTS .
Обычно номер канала выводится из частоты в МГц по формуле Номер канала = Частота * 5. Однако это может представлять только каналы, центрированные на частоте, кратной 200 кГц, что не соответствует лицензированию в Северной Америке. 3GPP добавил несколько специальных значений для общих североамериканских каналов.
Более 130 лицензий уже были выданы операторам по всему миру (по состоянию на декабрь 2004 года), указав технологию радиодоступа W-CDMA, которая основана на GSM. В Европе процесс лицензирования произошел в конце технологического пузыря, и аукционные механизмы распределения, установленные в некоторых странах, привели к тому, что за первоначальные лицензии на 2100 МГц были заплачены чрезвычайно высокие цены, особенно в Великобритании и Германии. В Германии участники торгов заплатили в общей сложности 50,8 млрд евро за шесть лицензий, две из которых впоследствии были отменены и списаны их покупателями (Mobilcom и консорциум Sonera / Telefónica ). Было высказано предположение, что эти огромные лицензионные сборы носят характер очень большого налога, уплачиваемого на будущие доходы, ожидаемые через много лет. В любом случае, высокие уплаченные цены поставили некоторых европейских операторов связи на грань банкротства (в первую очередь KPN ). За последние несколько лет некоторые операторы списали часть или все расходы на лицензии. В период с 2007 по 2009 год все три финских оператора начали использовать UMTS 900 МГц совместно с окружающими базовыми станциями 2G GSM для покрытия сельской местности. Ожидается, что эта тенденция распространится по всей Европе в течение следующих 1–3 лет. [ требуется обновление ]
Диапазон 2100 МГц (нисходящая линия связи около 2100 МГц и восходящая линия связи около 1900 МГц), выделенный для UMTS в Европе и большей части Азии, уже используется в Северной Америке. Диапазон 1900 МГц используется для услуг 2G ( PCS ), а диапазон 2100 МГц используется для спутниковой связи. Однако регуляторы освободили часть диапазона 2100 МГц для услуг 3G, а также другой диапазон около 1700 МГц для восходящей линии связи. [ требуется обновление ]
AT&T Wireless запустила услуги UMTS в Соединенных Штатах к концу 2004 года, строго используя существующий спектр 1900 МГц, выделенный для услуг 2G PCS. Cingular приобрела AT&T Wireless в 2004 году и с тех пор запустила UMTS в некоторых городах США. Cingular переименовала себя в AT&T Mobility и развернула [33] в некоторых городах сеть UMTS на частоте 850 МГц, чтобы улучшить свою существующую сеть UMTS на частоте 1900 МГц, и теперь предлагает абонентам ряд двухдиапазонных телефонов UMTS 850/1900.
Первоначально развертывание T-Mobile UMTS в США было сосредоточено на диапазоне 1700 МГц. Однако T-Mobile переводит пользователей с 1700 МГц на 1900 МГц (PCS) с целью перераспределения спектра для услуг 4G LTE . [34]
В Канаде покрытие UMTS предоставляется на диапазонах 850 МГц и 1900 МГц в сетях Rogers и Bell-Telus. Bell и Telus совместно используют сеть. Недавно новые провайдеры Wind Mobile , Mobilicity и Videotron начали работу в диапазоне 1700 МГц.
В 2008 году австралийская телекоммуникационная компания Telstra заменила свою существующую сеть CDMA на национальную сеть 3G на базе UMTS, названную NextG , работающую в диапазоне 850 МГц. В настоящее время Telstra предоставляет услуги UMTS в этой сети, а также в сети UMTS на 2100 МГц через совместное владение владеющей и управляющей компанией 3GIS. Эта компания также является совладельцем Hutchison 3G Australia , и это основная сеть, используемая их клиентами. Optus в настоящее время разворачивает сеть 3G, работающую в диапазоне 2100 МГц в городах и большинстве крупных поселков, и в диапазоне 900 МГц в региональных областях. Vodafone также строит сеть 3G, используя диапазон 900 МГц.
В Индии BSNL запустила свои услуги 3G с октября 2009 года, начав с крупных городов, а затем расширив их на более мелкие города. Диапазоны 850 МГц и 900 МГц обеспечивают большее покрытие по сравнению с эквивалентными сетями 1700/1900/2100 МГц и лучше всего подходят для региональных зон, где базовая станция и абонент находятся на больших расстояниях.
Операторы связи в Южной Америке теперь также развертывают сети на частоте 850 МГц.
Телефоны UMTS (и карты данных) очень портативны — они были разработаны для легкого роуминга в других сетях UMTS (если у провайдеров есть соглашения о роуминге). Кроме того, почти все телефоны UMTS являются двухрежимными устройствами UMTS/GSM, поэтому если телефон UMTS выходит за пределы покрытия UMTS во время звонка, звонок может быть прозрачно перенаправлен в доступное покрытие GSM. Плата за роуминг обычно значительно выше, чем плата за обычное использование.
Большинство владельцев лицензий UMTS считают повсеместный, прозрачный глобальный роуминг важной проблемой. Для обеспечения высокой степени совместимости телефоны UMTS обычно поддерживают несколько различных частот в дополнение к резервному диапазону GSM. Разные страны поддерживают различные диапазоны частот UMTS — Европа изначально использовала 2100 МГц, в то время как большинство операторов в США используют 850 МГц и 1900 МГц. T-Mobile запустила сеть в США, работающую на частотах 1700 МГц (восходящая линия связи) / 2100 МГц (нисходящая линия связи), и эти диапазоны также были приняты в других местах в США, Канаде и Латинской Америке. Телефон и сеть UMTS должны поддерживать общую частоту для совместной работы. Из-за используемых частот ранние модели телефонов UMTS, предназначенные для США, скорее всего, не будут работать в других местах, и наоборот. В настоящее время в мире используется 11 различных комбинаций частот, включая частоты, которые ранее использовались исключительно для услуг 2G.
Телефоны UMTS могут использовать универсальный модуль идентификации абонента , USIM (на основе SIM-карты GSM ), а также работать (включая услуги UMTS) с SIM-картами GSM. Это глобальный стандарт идентификации, который позволяет сети идентифицировать и аутентифицировать (U)SIM в телефоне. Соглашения о роуминге между сетями позволяют перенаправлять звонки клиенту во время роуминга и определять услуги (и цены), доступные пользователю. В дополнение к информации об абоненте пользователя и информации об аутентификации (U)SIM предоставляет место для хранения контактов телефонной книги. Телефоны могут хранить свои данные в собственной памяти или на (U)SIM-карте (которая обычно более ограничена в контактной информации телефонной книги). (U)SIM можно переместить в другой телефон UMTS или GSM, и телефон примет данные пользователя (U)SIM, то есть именно (U)SIM (а не телефон) определяет номер телефона и выставление счетов за звонки, сделанные с телефона.
Япония была первой страной, принявшей технологии 3G, и поскольку они ранее не использовали GSM, у них не было необходимости встраивать совместимость GSM в свои телефоны, а их телефоны 3G были меньше, чем те, что были доступны в других местах. В 2002 году сеть FOMA 3G компании NTT DoCoMo стала первой коммерческой сетью UMTS — используя предварительную спецификацию, [35] она изначально была несовместима со стандартом UMTS на уровне радио, но использовала стандартные карты USIM, что означало возможность роуминга на основе карт USIM (перенос карты USIM в телефон UMTS или GSM во время путешествия). И NTT DoCoMo, и SoftBank Mobile (который запустил 3G в декабре 2002 года) теперь используют стандарт UMTS.
Все основные производители телефонов 2G (которые все еще в бизнесе) теперь являются производителями телефонов 3G. Ранние телефоны и модемы 3G были привязаны к частотам, требуемым в их стране, что означало, что они могли перемещаться в другие страны только на той же частоте 3G (хотя они могли вернуться к старому стандарту GSM). Канада и США имеют общую долю частот, как и большинство европейских стран. Статья Диапазоны частот UMTS представляет собой обзор частот сетей UMTS по всему миру.
Используя сотовый маршрутизатор , PCMCIA или USB-карту, клиенты могут получить доступ к широкополосным услугам 3G, независимо от выбора компьютера (например, планшетного ПК или КПК ). Некоторое программное обеспечение устанавливается само с модема, так что в некоторых случаях не требуется абсолютно никаких знаний о технологиях, чтобы выйти в сеть за считанные минуты. Используя телефон, поддерживающий 3G и Bluetooth 2.0, можно подключить к Интернету несколько ноутбуков с поддержкой Bluetooth. Некоторые смартфоны также могут выступать в качестве мобильной точки доступа WLAN .
Существует очень мало 3G-телефонов или модемов, поддерживающих все частоты 3G (UMTS850/900/1700/1900/2100 МГц). В 2010 году Nokia выпустила ряд телефонов с покрытием Pentaband 3G, включая N8 и E7 . Многие другие телефоны предлагают более одного диапазона, что по-прежнему обеспечивает обширный роуминг. Например, iPhone 4 от Apple содержит четырехдиапазонный чипсет, работающий на частотах 850/900/1900/2100 МГц, что позволяет использовать его в большинстве стран, где развернут UMTS-FDD.
Основным конкурентом UMTS является CDMA2000 (IMT-MC), разработанный 3GPP2 . В отличие от UMTS, CDMA2000 является эволюционным обновлением существующего стандарта 2G, cdmaOne, и может работать в тех же частотных диапазонах. Это и более узкие требования к полосе пропускания CDMA2000 облегчают его развертывание в существующих спектрах. В некоторых, но не во всех, случаях существующие операторы GSM имеют достаточно спектра только для внедрения либо UMTS, либо GSM, но не обоих. Например, в блоках спектра PCS США D, E и F объем доступного спектра составляет 5 МГц в каждом направлении. Стандартная система UMTS насытит этот спектр. Там, где развернут CDMA2000, он обычно сосуществует с UMTS. Однако на многих рынках проблема сосуществования не имеет большого значения, поскольку существуют законодательные препятствия для совместного развертывания двух стандартов в одном и том же лицензированном секторе спектра.
Другим конкурентом UMTS является EDGE (IMT-SC), который является эволюционным обновлением системы 2G GSM, использующей существующие спектры GSM. Для операторов беспроводной связи также намного проще, быстрее и значительно дешевле «прикрутить» функциональность EDGE, обновив свое существующее оборудование передачи GSM для поддержки EDGE, вместо того, чтобы устанавливать почти все новое оборудование для предоставления UMTS. Однако, будучи разработанным 3GPP так же, как UMTS, EDGE не является настоящим конкурентом. Вместо этого он используется как временное решение, предшествующее развертыванию UMTS, или как дополнение для сельских районов. Этому способствует тот факт, что спецификации GSM/EDGE и UMTS разрабатываются совместно и опираются на одну и ту же базовую сеть, что позволяет работать в двух режимах, включая вертикальные передачи .
Китайский стандарт TD-SCDMA также часто рассматривается как конкурент. TD-SCDMA был добавлен в UMTS Release 4 как UTRA-TDD 1.28 Mcps Low Chip Rate (UTRA-TDD LCR). В отличие от TD-CDMA (UTRA-TDD 3.84 Mcps High Chip Rate, UTRA-TDD HCR), который дополняет W-CDMA (UTRA-FDD), он подходит как для микросот, так и для макросот. Однако отсутствие поддержки со стороны поставщиков не позволяет ему стать реальным конкурентом.
Хотя DECT технически способен конкурировать с UMTS и другими сотовыми сетями в густонаселенных городских районах, он применяется только для домашних беспроводных телефонов и частных внутренних сетей.
Все эти конкуренты были приняты МСЭ как часть семейства стандартов 3G IMT-2000 наряду с UMTS-FDD.
Что касается доступа в Интернет, то к конкурирующим системам относятся WiMAX и Flash-OFDM .
Из сети GSM/GPRS можно повторно использовать следующие сетевые элементы:
Из радиосети связи GSM/GPRS нельзя повторно использовать следующие элементы:
Они могут оставаться в сети и использоваться в режиме двойной сетевой работы, когда сети 2G и 3G сосуществуют, в то время как миграция сети и новые терминалы 3G становятся доступными для использования в сети.
Сеть UMTS представляет новые сетевые элементы, которые функционируют в соответствии с требованиями 3GPP:
Функциональность MSC меняется при переходе на UMTS. В системе GSM MSC обрабатывает все операции с коммутацией каналов, такие как соединение абонентов A и B через сеть. В UMTS медиа-шлюз (MGW) отвечает за передачу данных в сетях с коммутацией каналов. MSC управляет операциями MGW.
Некоторые страны, включая США, распределили спектр иначе, чем рекомендовано МСЭ , так что стандартные диапазоны, наиболее часто используемые для UMTS (UMTS-2100), были недоступны. [ требуется ссылка ] В этих странах используются альтернативные диапазоны, что препятствует взаимодействию существующего оборудования UMTS-2100 и требует разработки и производства другого оборудования для использования на этих рынках. Как и в случае с GSM900 сегодня [ когда? ] , стандартное оборудование UMTS 2100 МГц не будет работать на этих рынках. Однако, похоже, что UMTS не так сильно страдает от проблем совместимости диапазонов телефонов, как GSM, поскольку многие телефоны UMTS являются многодиапазонными как в режимах UMTS, так и в режимах GSM. Пятидиапазонные (диапазоны 850, 900, 1700, 2100 и 1900 МГц), четырехдиапазонные GSM (диапазоны 850, 900, 1800 и 1900 МГц) и трехдиапазонные UMTS (диапазоны 850, 1900 и 2100 МГц) телефоны становятся все более распространенными. [36]
В первые дни [ когда? ] у UMTS были проблемы во многих странах: на рынке, крайне чувствительном к весу и форм-фактору, первыми появились тяжелые телефоны с плохим временем работы от батареи. [ нужна цитата ] Motorola A830, дебютный телефон в сети Hutchison 3, весил более 200 граммов и даже имел съемную камеру для уменьшения веса телефона. Еще одна значительная проблема касалась надежности вызовов, связанной с проблемами переключения с UMTS на GSM. Клиенты обнаружили, что их соединения прерывались, поскольку переключение было возможно только в одном направлении (UMTS → GSM), а телефон переключался обратно на UMTS только после того, как повесил трубку. В большинстве сетей по всему миру это больше не является проблемой. [ нужна цитата ]
По сравнению с GSM, сети UMTS изначально требовали более высокой плотности базовых станций . Для полноценной UMTS, включающей функции видео по запросу , одну базовую станцию необходимо было устанавливать каждые 1–1,5 км (0,62–0,93 мили). Так было, когда использовался только диапазон 2100 МГц, однако с ростом использования диапазонов более низких частот (таких как 850 и 900 МГц) это уже не так. Это привело к увеличению развертывания сетей более низких частот операторами с 2006 года. [ необходима цитата ]
Даже при современных технологиях и низкочастотном UMTS телефония и передача данных по UMTS требуют больше энергии, чем в сопоставимых сетях GSM. Apple Inc. указала [37] энергопотребление UMTS как причину того, что первое поколение iPhone поддерживало только EDGE. При выпуске iPhone 3G время разговора по UMTS составляло половину от доступного, когда телефон был настроен на использование GSM. Другие производители также указывают разное время работы батареи для режима UMTS по сравнению с режимом GSM. По мере совершенствования технологий батареи и сети эта проблема уменьшается.
Еще в 2008 году стало известно, что сети операторов могут использоваться для тайного сбора информации о местоположении пользователя. [38] В августе 2014 года газета Washington Post сообщила о широко распространенном маркетинге систем наблюдения, использующих протоколы Системы сигнализации № 7 (SS7) для определения местонахождения звонящих в любой точке мира. [38]
В декабре 2014 года появились новости о том, что собственные функции SS7 могут быть перепрофилированы для слежки из-за ее слабой безопасности, чтобы прослушивать звонки в реальном времени или записывать зашифрованные звонки и текстовые сообщения для последующей расшифровки, или обманывать пользователей и операторов сотовой связи. [39]
Deutsche Telekom и Vodafone в тот же день заявили, что они устранили пробелы в своих сетях, но проблема носит глобальный характер и может быть устранена только с помощью решения, охватывающего всю телекоммуникационную систему. [40]
Развитие UMTS происходит согласно запланированным выпускам. Каждый выпуск призван представить новые функции и улучшить существующие.
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )