Универсальная система мобильной связи ( UMTS ) — это система мобильной сотовой связи третьего поколения для сетей, основанных на стандарте GSM . UMTS , разработанная и поддерживаемая 3GPP (Проект партнерства третьего поколения), является компонентом стандартного набора IMT-2000 Международного союза электросвязи и сравнима со стандартным набором CDMA2000 для сетей, основанных на конкурирующей технологии cdmaOne . UMTS использует технологию широкополосного множественного доступа с кодовым разделением каналов ( W-CDMA ), чтобы предложить операторам мобильных сетей большую спектральную эффективность и пропускную способность.
UMTS определяет полную сетевую систему, которая включает в себя сеть радиодоступа ( наземная сеть радиодоступа UMTS или UTRAN), базовую сеть ( часть мобильного приложения или MAP) и аутентификацию пользователей через SIM-карты ( модуль идентификации абонента ).
Технологию, описанную в UMTS, иногда также называют свободой мобильного мультимедийного доступа (FOMA) [1] или 3GSM.
В отличие от EDGE (IMT с одной несущей, на основе GSM) и CDMA2000 (IMT с несколькими несущими), UMTS требует новых базовых станций и нового распределения частот.
UMTS поддерживает теоретическую максимальную скорость передачи данных 42 Мбит/с , когда в сети реализован усовершенствованный HSPA (HSPA+). [2] Пользователи в развернутых сетях могут рассчитывать на скорость передачи данных до 384 кбит/с для телефонов выпуска '99 (R99) (исходная версия UMTS) и 7,2 Мбит/с для телефонов с высокоскоростным пакетным доступом по нисходящей линии связи (HSDPA). в нисходящем соединении. Эти скорости значительно выше, чем 9,6 кбит/с одного канала данных GSM с коммутацией каналов с коррекцией ошибок, нескольких каналов 9,6 кбит/с в высокоскоростной передаче данных с коммутацией каналов (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 известного как 3.5G . В настоящее время HSDPA обеспечивает скорость передачи данных по нисходящей линии связи до 21 Мбит/с. Также ведется работа по улучшению скорости передачи данных по восходящей линии связи с помощью высокоскоростного пакетного доступа по восходящей линии связи (HSUPA). Стандарт 3GPP LTE пришел на смену UMTS и первоначально обеспечивал скорость 4G 100 Мбит/с вниз и 50 Мбит/с вверх с масштабируемостью до 3 Гбит/с, используя технологию радиоинтерфейса следующего поколения, основанную на мультиплексировании с ортогональным частотным разделением каналов .
Первые национальные потребительские сети UMTS были запущены в 2002 году с упором на мобильные приложения, предоставляемые телекоммуникационными компаниями, такие как мобильное телевидение и видеосвязь . 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 популярность аудио/видео контента, предоставляемого телекоммуникационными компаниями, снизилась в пользу высокоскоростных доступ во Всемирную паутину – либо прямо на телефоне, либо подключенный к компьютеру через Wi-Fi , Bluetooth или USB . [ нужна цитата ]
UMTS сочетает в себе три различных наземных радиоинтерфейса , ядро Mobile Application Part (MAP) GSM и семейство речевых кодеков GSM .
Воздушные интерфейсы называются наземным радиодоступом UMTS (UTRA). [3] Все варианты радиоинтерфейса являются частью IMT -2000 МСЭ . В наиболее популярном в настоящее время варианте сотовых мобильных телефонов используется W-CDMA (IMT Direct Spread). Его также называют «интерфейсом Uu», поскольку он связывает пользовательское оборудование с сетью наземного радиодоступа UMTS.
Обратите внимание, что термины W-CDMA , TD-CDMA и TD-SCDMA вводят в заблуждение. Хотя они предлагают охватить только метод доступа к каналу (а именно вариант CDMA ), на самом деле это общие названия для всех стандартов радиоинтерфейса. [4]
W-CDMA (WCDMA; широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов ), наряду с UMTS-FDD, UTRA-FDD или IMT-2000 CDMA Direct Spread, представляет собой стандарт радиоинтерфейса, используемый в сетях мобильной связи 3G . Он поддерживает обычные услуги сотовой связи, текстовые сообщения и MMS , 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 1,25 МГц для каждого направления связи. Системы W-CDMA широко критикуются за широкое использование спектра, что задерживает развертывание в странах, которые относительно медленно распределяли новые частоты специально для услуг 3G (например, в США).
Конкретные диапазоны частот, первоначально определенные стандартом UMTS, составляют 1885–2025 МГц для линии «мобильная станция-база» (восходящая линия связи) и 2110–2200 МГц для линии «база-мобильная станция» (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 в некоторых странах используют диапазоны 850 МГц (900 МГц в Европе) и/или 1900 МГц (независимо, что означает, что восходящая и нисходящая линии связи находятся в одной полосе), особенно в в США — AT&T Mobility , в Новой Зеландии — Telecom New Zealand в сети XT Mobile и в Австралии — Telstra в сети Next G. Некоторые операторы связи, 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 Telecommunication System (UMTS) — дуплексная связь с частотным разделением каналов (FDD) и стандартизированная 3GPP версия сетей UMTS, в которой используется дуплексная связь с частотным разделением каналов для дуплексной связи в эфире наземного радиодоступа UMTS ( UTRA ). интерфейс. [7]
W-CDMA является основой службы FOMA японской компании NTT DoCoMo и наиболее часто используемым членом семейства универсальных систем мобильной связи (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 использовавшихся схем множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и дуплексной связи с временным разделением каналов (TDD).
Хотя это и не является эволюционным обновлением на воздушной стороне, оно использует ту же базовую сеть , что и сети 2G GSM, развернутые по всему миру, что обеспечивает двухрежимную мобильную работу наряду с GSM/ EDGE ; функция, которую он разделяет с другими членами семейства UMTS.
В конце 1990-х годов W-CDMA был разработан компанией NTT DoCoMo в качестве радиоинтерфейса для их сети 3G FOMA . Позже NTT DoCoMo представила спецификацию Международному союзу электросвязи (ITU) в качестве кандидата на международный стандарт 3G, известный как IMT-2000. В конечном итоге ITU принял W-CDMA как часть семейства стандартов 3G IMT-2000 в качестве альтернативы CDMA2000, EDGE и системе DECT ближнего действия . Позже в качестве радиоинтерфейса для UMTS был выбран W-CDMA .
Поскольку NTT DoCoMo не дождалась завершения спецификации 3G Release 99, их сеть изначально была несовместима с UMTS. [9] Однако эта проблема была решена благодаря обновлению сети NTT DoCoMo.
Сети связи множественного доступа с кодовым разделением каналов разрабатывались рядом компаний на протяжении многих лет, но в разработке сетей сотовой связи на основе CDMA (до W-CDMA) доминировала компания Qualcomm , первая компания, добившаяся успеха в разработке практического и экономически эффективная реализация CDMA для потребительских сотовых телефонов, а его ранний стандарт радиоинтерфейса IS-95 превратился в текущий стандарт CDMA2000 (IS-856/IS-2000). Компания Qualcomm создала экспериментальную широкополосную систему CDMA под названием CDMA2000 3x, которая объединила сетевые технологии W-CDMA ( 3GPP ) и CDMA2000 ( 3GPP2 ) в единую конструкцию для стандартного радиоинтерфейса мирового стандарта. Совместимость с CDMA2000 позволила бы использовать роуминг в существующих сетях за пределами Японии, поскольку сети Qualcomm CDMA2000 широко распространены, особенно в Северной и Южной Америке, с покрытием в 58 странах по состоянию на 2006 год [обновлять]. Однако расходящиеся требования привели к тому, что стандарт W-CDMA был сохранен и развернут во всем мире. W-CDMA затем стал доминирующей технологией в 457 коммерческих сетях в 178 странах по состоянию на апрель 2012 года. [10] Некоторые операторы CDMA2000 даже преобразовали свои сети в W-CDMA для совместимости с международным роумингом и плавного перехода на LTE .
Несмотря на несовместимость с существующими стандартами радиоинтерфейса, позднее внедрение и высокую стоимость модернизации, связанную с внедрением совершенно новой технологии передатчика, W-CDMA стал доминирующим стандартом.
W-CDMA передает по паре радиоканалов шириной 5 МГц, а CDMA2000 передает по одной или нескольким парам радиоканалов шириной 1,25 МГц. Хотя W-CDMA использует метод передачи CDMA с прямой последовательностью, такой как CDMA2000, W-CDMA не является просто широкополосной версией CDMA2000 и во многих аспектах отличается от CDMA2000. С инженерной точки зрения , W-CDMA обеспечивает другой баланс компромиссов между стоимостью, емкостью, производительностью и плотностью . он также обещает добиться снижения стоимости трубок видеотелефонов. W-CDMA также может лучше подходить для развертывания в густонаселенных городах Европы и Азии. Однако препятствия остаются, и перекрестное лицензирование патентов между поставщиками Qualcomm и W-CDMA не устранило возможные проблемы с патентами, связанные с особенностями W-CDMA, которые по-прежнему покрываются патентами 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 дейтаграммы, а также указаны системные интерфейсы, обеспечивающие 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 развертывания W-CDMA обычно продаются под брендом UMTS.
W-CDMA также был адаптирован для использования в спутниковой связи в системе Mobile User Objective System США с использованием геосинхронных спутников вместо вышек сотовой связи.
J-Phone Japan (ранее Vodafone, а теперь SoftBank Mobile ) вскоре запустила собственную услугу на базе W-CDMA, первоначально называвшуюся «Vodafone Global Standard» и заявляющую о совместимости с UMTS. В декабре 2004 года название услуги было изменено на «Vodafone 3G» (теперь «SoftBank 3G»).
Начиная с 2003 года, Hutchison Whampoa постепенно запустила свои новые сети UMTS.
Большинство стран, с тех пор как МСЭ одобрил услугу мобильной связи 3G, либо «продали» радиочастоты на аукционе компании, готовой заплатить больше всего, либо провели «конкурс красоты», прося различные компании представить то, что они намерены взять на себя. если будут выданы лицензии. Эту стратегию критиковали за то, что она направлена на то, чтобы довести денежные средства операторов до грани банкротства, чтобы выполнить их заявки или предложения. У большинства из них есть ограничения по времени для развертывания услуги: определенный «охват» должен быть достигнут в течение определенной даты, иначе лицензия будет отозвана.
Vodafone запустила несколько сетей UMTS в Европе в феврале 2004 года. MobileOne из Сингапура коммерчески запустила свои услуги 3G (W-CDMA) в феврале 2005 года. Новая Зеландия - в августе 2005 года и Австралия - в октябре 2005 года.
AT&T Mobility использовала сеть UMTS с HSPA+ с 2005 года до ее закрытия в феврале 2022 года.
Роджерс в Канаде в марте 2007 года запустил HSDPA в районе Золотой Подковы Торонто на W-CDMA на частоте 850/1900 МГц и планирует запуск коммерческой услуги в 25 крупнейших городах в октябре 2007 года.
TeliaSonera открыла услугу W-CDMA в Финляндии 13 октября 2004 года со скоростью до 384 кбит/с. Доступно только в крупных городах. Цена составляет ок. 2 евро/МБ. [ нужна цитата ]
SK Telecom и KTF , два крупнейших оператора 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 практически не оказала влияния на рынок мобильных телефонов. Корейский рынок, на котором доминировал CDMA2000. К октябрю 2006 года обе компании охватывают более 90 городов, а SK Telecom объявила, что обеспечит общенациональное покрытие своей сети WCDMA, чтобы к первой половине 2007 года предложить телефоны SBSM (однодиапазонный одномодовый режим). KT Freecel будет таким образом сократила финансирование развития своей сети CDMA2000 до минимума.
В Норвегии Telenor представила W-CDMA в крупных городах к концу 2004 года, а их конкурент NetCom последовал этому примеру несколько месяцев спустя. Оба оператора имеют 98% национального покрытия по EDGE, но у Telenor есть параллельные роуминговые сети WLAN в GSM, где услуга UMTS конкурирует с этим. По этой причине Telenor прекращает поддержку своей услуги WLAN в Австрии (2006 г.).
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 Telecommunication System (UMTS) – дуплексная связь с временным разделением (TDD), представляет собой стандартизированную 3GPP версию сетей UMTS, в которых используется UTRA-TDD. [7] UTRA-TDD — это UTRA, который использует дуплексную связь 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, в которых может использоваться WiMAX . [ нужна цитата ] UMTS-TDD не совместим напрямую с UMTS-FDD: устройство, разработанное для использования одного стандарта, не может, если специально не предназначено, работать с другим, из-за разницы в технологиях радиоинтерфейса и используемых частотах. [ нужна цитация ] Более формально это IMT-2000 CDMA-TDD или IMT 2000 Time-Division (IMT-TD). [12] [13]
Двумя радиоинтерфейсами UMTS (UTRA) для UMTS-TDD являются 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 CDMA. распространение кодов. Эти радиоинтерфейсы классифицируются как TDD, поскольку временные интервалы могут быть выделены как для восходящего, так и для нисходящего трафика.
TD-CDMA , аббревиатура от множественного доступа с временным разделением кода и разделением каналов, представляет собой метод доступа к каналу, основанный на использовании множественного доступа с расширенным спектром (CDMA) в нескольких временных интервалах ( TDMA ). TD-CDMA — это метод доступа к каналу для UTRA-TDD HCR, который является аббревиатурой от UMTS наземного радиодоступа с дуплексным разделением по времени и высокой скоростью передачи чипов. [12]
Радиоинтерфейсы UMTS-TDD, использующие метод доступа к каналу TD-CDMA, стандартизированы как UTRA-TDD HCR, который использует приращения спектра в 5 МГц , каждый фрагмент разделен на кадры по 10 мс, содержащие пятнадцать временных интервалов (1500 в секунду). [12] Временные интервалы (TS) распределяются в фиксированном процентном соотношении для нисходящей и восходящей линии связи. TD-CDMA используется для мультиплексирования потоков от нескольких приемопередатчиков или к ним. В отличие от W-CDMA, ему не нужны отдельные полосы частот для восходящего и нисходящего потоков, что позволяет использовать его в узких полосах частот . [14]
TD-CDMA является частью IMT-2000, определяемой как IMT-TD с временным разделением (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 обеспечивает те же типы каналов, где это возможно. Усовершенствования HSDPA/HSUPA UMTS также реализованы в рамках TD-CDMA. [15]
В Соединенных Штатах эта технология использовалась в целях общественной безопасности и правительства в Нью-Йорке и некоторых других районах. [ нужно обновить ] [16] В Японии компания IPMobile планировала предоставить услугу TD-CDMA в 2006 году, но она была отложена, заменена на TD-SCDMA и обанкротилась до официального запуска услуги.
Множественный доступ с синхронным кодовым разделением каналов с временным разделением каналов (TD-SCDMA) или UTRA TDD с низкой скоростью передачи чипов 1,28 Мбит/с (UTRA-TDD LCR) [13] [4] — это радиоинтерфейс [13] , встречающийся в сетях мобильной связи UMTS в Китае как альтернатива W-CDMA.
TD-SCDMA использует метод доступа к каналу TDMA в сочетании с адаптивным синхронным компонентом CDMA [13] на участках спектра 1,6 МГц, 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 стандарта, разработанного в Китае, 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 версии 4 спецификации.
Как и TD-CDMA, TD-SCDMA известен как IMT CDMA TDD в рамках IMT-2000.
Термин «TD-SCDMA» вводит в заблуждение. Хотя здесь предлагается охватить 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. Вероятно, это связано прежде всего с практическими соображениями, 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, тогда как TD-CDMA лучше всего использовать в сценариях с низкой мобильностью в микро- или пикосотах. [13]
TD-SCDMA основан на технологии расширения спектра, поэтому маловероятно, что он сможет полностью избежать уплаты лицензионных сборов западным патентообладателям. Запуск национальной сети TD-SCDMA первоначально планировался к 2005 году [17], но крупномасштабные коммерческие испытания с 60 000 пользователей в восьми городах прошли только в 2008 году. [18]
7 января 2009 года Китай предоставил компании China Mobile лицензию TD-SCDMA 3G . [19]
21 сентября 2009 г. China Mobile официально объявила, что по состоянию на конец августа 2009 г. 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 . Динамически регулируя количество временных интервалов, используемых для нисходящей и восходящей линии связи , система может легче обрабатывать асимметричный трафик с разными требованиями к скорости передачи данных по нисходящей и восходящей линии связи, чем схемы FDD. Поскольку не требуется парный спектр для нисходящей и восходящей линии связи, гибкость распределения спектра также увеличивается. 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 канале нисходящей линии связи из оценок канала восходящей линии связи, что полезно для применения методов формирования диаграммы направленности .
TD-SCDMA также использует TDMA в дополнение к CDMA, используемому в WCDMA. Это уменьшает количество пользователей в каждом временном интервале, что снижает сложность реализации многопользовательских схем обнаружения и формирования диаграммы направленности, 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 .
Буква «S» в TD-SCDMA означает «синхронный», что означает, что сигналы восходящей линии связи синхронизируются в приемнике базовой станции, что достигается путем непрерывной регулировки времени. Это уменьшает помехи между пользователями одного и того же временного интервала, использующими разные коды, за счет улучшения ортогональности между кодами и, следовательно, увеличения пропускной способности системы за счет некоторой аппаратной сложности при достижении синхронизации восходящей линии связи.
20 января 2006 г. Министерство информационной промышленности Китайской Народной Республики официально объявило, что TD-SCDMA является национальным стандартом мобильной связи 3G. 15 февраля 2006 г. был объявлен график развертывания сети в Китае, в котором говорилось, что предкоммерческие испытания начнутся после завершения ряда тестовых сетей в некоторых городах. Эти испытания продолжались с марта по октябрь 2006 г., но результаты оказались явно неудовлетворительными. В начале 2007 года китайское правительство поручило доминирующему оператору сотовой связи China Mobile построить пробные коммерческие сети в восьми городах, а двум операторам фиксированной связи China Telecom и China Netcom построить по одной в двух других городах. Строительство этих пробных сетей планировалось завершить в четвертом квартале 2007 года, но из-за задержек строительство было завершено только в начале 2008 года.
Стандарт был принят 3GPP начиная с версии 4 и известен как «Опция UTRA TDD 1,28 Мбит/с». [13]
28 марта 2008 г. China Mobile Group объявила о «коммерческих испытаниях» TD-SCDMA для 60 000 тестовых пользователей в восьми городах с 1 апреля 2008 г. Сети, использующие другие стандарты 3G (WCDMA и CDMA2000 EV/DO), 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 (MIIT) Китая предприняло необычный шаг, выдав лицензии на три различных стандарта мобильных телефонов третьего поколения трем операторам связи. Это долгожданный шаг, который, как ожидается, потребует расходов в размере 41 миллиарда долларов. на новом оборудовании. Разработанный в Китае стандарт TD-SCDMA был передан абонентами China Mobile, крупнейшему в мире оператору связи. Похоже, это была попытка убедиться, что новая система имеет финансовую и техническую поддержку для успеха. Лицензии на два существующих стандарта 3G, W-CDMA и CDMA2000 1xEV-DO , были переданы компаниям China Unicom и China Telecom соответственно. Технология третьего поколения, или 3G, поддерживает веб-серфинг, беспроводное видео и другие услуги, и ожидается, что запуск этой услуги будет стимулировать новый рост доходов.
Технический раскол MIIT затруднил работу China Mobile на рынке 3G, причем как пользователи, так и инженеры China Mobile указывали на отсутствие подходящих телефонов для использования в сети. [21] Развертывание базовых станций также происходит медленно, что приводит к отсутствию улучшения обслуживания пользователей. [22] Само сетевое соединение всегда было медленнее, чем у двух других операторов связи, что привело к резкому сокращению 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 приводится список сетей мобильной связи , использующих технологию TD-SCDMA/UMTS-TDD (LCR) третьего поколения.
В Европе CEPT выделил диапазон 2010–2020 МГц для варианта UMTS-TDD, предназначенного для нелицензированного самостоятельного использования. [28] Некоторые телекоммуникационные группы и юрисдикции предложили отказаться от этой услуги в пользу лицензированного UMTS-TDD, [29] из-за отсутствия спроса и отсутствия разработки технологии радиоинтерфейса UMTS TDD, подходящей для развертывания в этом диапазоне.
Обычная UMTS использует UTRA-FDD в качестве радиоинтерфейса и известна как UMTS-FDD . UMTS-FDD использует W-CDMA для множественного доступа и дуплекс с частотным разделением каналов для дуплексирования, что означает, что восходящая и нисходящая линии связи передают на разных частотах. UMTS обычно передается на частотах, отведенных для услуг мобильной телефонной связи 1G , 2G или 3G в странах эксплуатации.
UMTS-TDD использует дуплексную связь с временным разделением, позволяя восходящему и нисходящему каналу использовать один и тот же спектр. Это позволяет оператору более гибко распределять использование доступного спектра в зависимости от структуры трафика. Для обычной телефонной связи можно ожидать, что восходящий и нисходящий канал будут передавать примерно равные объемы данных (поскольку каждый телефонный звонок требует передачи голоса в любом направлении), но трафик, ориентированный на Интернет, чаще всего является односторонним. Например, при просмотре веб-сайта пользователь будет отправлять на сервер короткие команды, но сервер отправит в ответ целые файлы, которые обычно больше, чем эти команды.
UMTS-TDD, как правило, выделяет частоту, предназначенную для услуг мобильного/беспроводного Интернета, а не используется на существующих частотах сотовой связи. Частично это связано с тем, что дуплексная связь TDD обычно не допускается на частотах сотовой связи , PCS /PCN и 3G. Технологии TDD открывают возможность использования оставшегося непарного спектра.
По всей Европе предусмотрено несколько полос либо специально для UMTS-TDD, либо для аналогичных технологий. Это 1900 МГц и 1920 МГц и 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, в некоторых странах, в частности в Великобритании, в технологически нейтральной среде был выделен спектр в диапазоне 3,5 ГГц. В Чехии UTMS-TDD также используется в диапазоне частот около 872 МГц. [30]
UMTS-TDD был развернут в публичных и/или частных сетях как минимум в девятнадцати странах мира, с действующими системами, в частности, в Австралии, Чехии, Франции, Германии, Японии, Новой Зеландии, Ботсване, Южной Африке, Великобритании и США.
Развертывание в США до сих пор было ограничено. Он был выбран для сети поддержки общественной безопасности, используемой службами экстренного реагирования в Нью-Йорке, [31] но за пределами некоторых экспериментальных систем, в частности системы Nextel , на данный момент стандарт WiMAX, по-видимому, получил большее распространение в качестве общего мобильного доступа в Интернет. система.
Существует множество систем доступа в Интернет, которые обеспечивают высокоскоростной широкополосный доступ к сети. К ним относятся WiMAX и HIPERMAN . UMTS-TDD имеет преимущества, заключающиеся в возможности использовать существующую инфраструктуру UMTS/GSM оператора, если она у него есть, и в том, что она включает режимы UMTS, оптимизированные для коммутации каналов, если, например, оператор захочет предложить телефонные услуги. Производительность UMTS-TDD также более стабильна. Однако у разработчиков UMTS-TDD часто возникают нормативные проблемы с использованием некоторых услуг, предоставляемых совместимостью UMTS. Например, спектр UMTS-TDD в Великобритании не может использоваться для предоставления телефонных услуг, хотя регулятор OFCOM обсуждает возможность разрешить это в какой-то момент в будущем. Лишь немногие операторы, рассматривающие возможность использования UMTS-TDD, имеют существующую инфраструктуру UMTS/GSM.
Кроме того, системы WiMAX и HIPERMAN обеспечивают значительно большую пропускную способность, когда мобильная станция находится рядом с вышкой.
Как и большинство систем мобильного доступа в Интернет, многие пользователи, которые в противном случае могли бы выбрать UMTS-TDD, обнаружат, что их потребности удовлетворяются специальной совокупностью неподключенных точек доступа Wi-Fi во многих ресторанах и транспортных узлах и/или доступом в Интернет, уже предоставляемым их оператор мобильной связи. Для сравнения, UMTS-TDD (и такие системы, как WiMAX) предлагают мобильный и более последовательный доступ, чем первый, и, как правило, более быстрый доступ, чем второй.
UMTS также определяет универсальную наземную сеть радиодоступа (UTRAN), которая состоит из нескольких базовых станций, возможно, использующих разные 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. По этой причине сети радиодоступа UMTS и GSM/EDGE иногда вместе называют UTRAN/GERAN.
Сети UMTS часто объединяются с сетями GSM/EDGE, последний из которых также является частью IMT-2000.
Интерфейс UE ( пользовательского оборудования ) RAN (сети радиодоступа) в основном состоит из протоколов RRC (управление радиоресурсами), PDCP (протокол конвергенции пакетных данных), RLC (управление радиоканалом) и MAC (управление доступом к среде передачи). Протокол RRC управляет установлением соединения, измерениями, службами радиоканала, безопасностью и решениями о передаче обслуживания. Протокол RLC в основном делится на три режима: прозрачный режим (TM), режим неподтверждения (UM), режим подтверждения (AM). Функциональность объекта AM напоминает операцию TCP, тогда как операция UM напоминает операцию UDP. В режиме TM данные будут отправляться на нижние уровни без добавления заголовка в 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 Radio Bearer (RB). Этот набор свойств определяет максимально допустимый объем данных в TTI (интервал времени передачи). RB включает в себя информацию RLC и отображение RB. Отображение RB определяет сопоставление между RB<->логический канал<->транспортный канал. Сообщения сигнализации отправляются по радиоканалам сигнализации (SRB), а пакеты данных (CS или PS) отправляются по блокам данных RB. Сообщения RRC и NAS передаются 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 по радиоинтерфейсу. И целостность, и шифрование применяются для SRB, тогда как для блоков данных применяется только шифрование.
Что касается части мобильных приложений, UMTS использует тот же стандарт базовой сети, что и GSM/EDGE. Это обеспечивает простую миграцию для существующих операторов GSM. Однако путь перехода на UMTS по-прежнему является дорогостоящим: хотя большая часть базовой инфраструктуры используется совместно с GSM, стоимость получения новых лицензий на использование спектра и наложения UMTS на существующие вышки высока.
CN может быть подключен к различным магистральным сетям , таким как Интернет или телефонная сеть цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN). UMTS (и GERAN) включают три нижних уровня модели OSI . Сетевой уровень (OSI 3) включает в себя протокол управления радиоресурсами (RRM), который управляет несущими каналами между мобильными терминалами и фиксированной сетью, включая передачи обслуживания.
UARFCN ( аббревиатура от UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number, где UTRA означает наземный радиодоступ UMTS) используется для идентификации частоты в полосах частот UMTS .
Обычно номер канала получается из частоты в МГц по формуле Номер канала = Частота * 5. Однако это может представлять только каналы, центр которых кратен 200 кГц, что не соответствует лицензированию в Северной Америке. 3GPP добавил несколько специальных значений для распространенных каналов Северной Америки.
Операторам по всему миру уже выдано более 130 лицензий (по состоянию на декабрь 2004 г.), определяющих технологию радиодоступа W-CDMA, основанную на GSM. В Европе процесс лицензирования произошел на закате технологического пузыря, а аукционные механизмы распределения, созданные в некоторых странах, привели к тому, что за первоначальные лицензии на 2100 МГц были уплачены чрезвычайно высокие цены, особенно в Великобритании и Германии. В Германии участники торгов заплатили в общей сложности 50,8 млрд евро за шесть лицензий, от двух из которых впоследствии отказались и списали их покупатели (Mobilcom и консорциум Sonera / Telefónica ). Было высказано предположение, что эти огромные лицензионные сборы имеют характер очень большого налога, уплачиваемого на будущие доходы, ожидаемые через много лет. В любом случае, высокие цены поставили некоторых европейских операторов связи на грань банкротства (особенно KPN ). За последние несколько лет некоторые операторы списали часть или всю стоимость лицензий. В период с 2007 по 2009 год все три финских оператора связи начали использовать UMTS 900 МГц совместно с окружающими их базовыми станциями 2G GSM для покрытия сельской местности, и ожидается, что эта тенденция распространится на Европу в ближайшие 1–3 года. [ нужно обновить ]
Полоса 2100 МГц (около 2100 МГц на линии вниз и около 1900 МГц на линии вверх), выделенная 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 регуляторные органы освободили часть диапазона 2100 МГц для услуг 3G, а также другой диапазон около 1700 МГц для восходящей линии связи. [ нужно обновить ]
AT&T Wireless запустила услуги UMTS в США 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 [32] в некоторых городах сеть UMTS на частоте 850 МГц для расширения существующей сети UMTS на частоте 1900 МГц и теперь предлагает абонентам ряд двухдиапазонных телефонов UMTS 850/1900.
Развертывание UMTS компанией T-Mobile в США изначально было сосредоточено на диапазоне 1700 МГц. Однако T-Mobile переводит пользователей с 1700 МГц на 1900 МГц (PCS), чтобы перераспределить спектр для услуг 4G LTE . [33]
В Канаде покрытие UMTS обеспечивается в диапазонах 850 МГц и 1900 МГц в сетях Rogers и Bell-Telus. Bell и Telus делят 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 национальной сетью 3G на базе UMTS под торговой маркой NextG , работающей в диапазоне 850 МГц. Telstra в настоящее время предоставляет услуги UMTS в этой сети, а также в сети UMTS 2100 МГц, являясь совладельцем компании-владельца и администратора 3GIS. Совладельцем этой компании также является Hutchison 3G Australia , и это основная сеть, используемая их клиентами. В настоящее время Optus развертывает сеть 3G, работающую в диапазоне 2100 МГц в городах и большинстве крупных городов и в диапазоне 900 МГц в регионах. Vodafone также строит сеть 3G в диапазоне 900 МГц.
В Индии BSNL начала предоставлять услуги 3G с октября 2009 года, начиная с крупных городов, а затем распространив их на более мелкие города. Полосы 850 МГц и 900 МГц обеспечивают большее покрытие по сравнению с эквивалентными сетями 1700/1900/2100 МГц и лучше всего подходят для региональных регионов, где базовую станцию и абонента разделяют большие расстояния.
Операторы связи в Южной Америке теперь также развертывают сети 850 МГц.
Телефоны UMTS (и карты данных) очень портативны – они предназначены 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 зоны покрытия UMTS во время вызова, вызов может быть прозрачно перенаправлен в доступное покрытие GSM. Плата за роуминг обычно значительно выше, чем плата за обычное использование.
Большинство лицензиатов UMTS считают повсеместный и прозрачный глобальный роуминг важной проблемой. Чтобы обеспечить высокую степень совместимости, телефоны UMTS обычно поддерживают несколько разных частот в дополнение к резервному GSM. Разные страны поддерживают разные диапазоны частот UMTS: Европа изначально использовала 2100 МГц, тогда как большинство операторов связи в США используют 850 МГц и 1900 МГц. T-Mobile запустила сеть в США, работающую на частотах 1700 МГц (восходящий канал)/2100 МГц (нисходящий канал), и эти диапазоны также были приняты в других местах в США, Канаде и Латинской Америке. Для совместной работы телефон и сеть UMTS должны поддерживать общую частоту. 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, ранее использовавшиеся 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-карту в телефоне. Соглашения о роуминге между сетями позволяют перенаправлять звонки клиентам во время роуминга и определять услуги (и цены), доступные пользователю. Помимо информации о пользователе-абоненте и информации аутентификации, (U)SIM обеспечивает место для хранения контактов телефонной книги. Телефоны могут хранить свои данные в собственной памяти или на (U)SIM-карте (контактная информация в телефонной книге которой обычно более ограничена). (U)SIM можно переместить на другой телефон UMTS или GSM, и телефон примет на себя данные пользователя (U)SIM, то есть именно (U)SIM (а не телефон) определяет номер телефона телефон и тарификация звонков, совершенных с телефона.
Япония была первой страной, принявшей технологии 3G, и, поскольку они раньше не использовали GSM, у них не было необходимости встраивать совместимость с GSM в свои телефоны, а их телефоны 3G были меньше, чем те, которые доступны в других странах. В 2002 году сеть FOMA 3G компании NTT DoCoMo стала первой коммерческой сетью UMTS – с использованием предварительной спецификации [34] она изначально была несовместима со стандартом UMTS на уровне радиосвязи, но использовала стандартные карты USIM, что означало возможность роуминга на основе карт USIM. (перенос USIM-карты в телефон UMTS или GSM во время путешествия). И NTT DoCoMo, и SoftBank Mobile (запустивший 3G в декабре 2002 года) теперь используют стандарт UMTS.
Все основные производители телефонов 2G (которые все еще работают) сейчас являются производителями телефонов 3G. Первые телефоны и модемы 3G имели определенные частоты, необходимые в их стране, а это означало, что они могли перемещаться в другие страны только на той же частоте 3G (хотя они могут вернуться к более старому стандарту GSM). Канада и США имеют общую долю частот, как и большинство европейских стран. Статья «Полосы частот UMTS» представляет собой обзор частот сети UMTS по всему миру.
Используя сотовый маршрутизатор , карту PCMCIA или USB, клиенты могут получить доступ к услугам широкополосной связи 3G независимо от выбора компьютера (например, планшетного ПК или КПК ). Некоторое программное обеспечение устанавливается само с модема, так что в некоторых случаях для мгновенного выхода в Интернет не требуется совершенно никаких знаний в области технологий . С помощью телефона, поддерживающего 3G и Bluetooth 2.0, к Интернету можно подключить несколько ноутбуков с поддержкой Bluetooth. Некоторые смартфоны также могут выступать в качестве точки доступа мобильной WLAN .
Существует очень мало телефонов или модемов 3G, поддерживающих все частоты 3G (UMTS850/900/1700/1900/2100 МГц). В 2010 году Nokia выпустила линейку 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 набор микросхем, 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 представляет собой эволюционную модернизацию существующего стандарта 2G cdmaOne и может работать в тех же пределах распределения частот. Это, а также более узкие требования к полосе пропускания CDMA2000 упрощают развертывание в существующих спектрах. В некоторых, но не во всех случаях, существующие операторы GSM имеют достаточный спектр только для реализации либо UMTS, либо GSM, но не того и другого. Например, в блоках спектра US D, E и F PCS объем доступного спектра составляет 5 МГц в каждом направлении. Стандартная система UMTS могла бы насытить этот спектр. Там, где используется CDMA2000, он обычно сосуществует с UMTS. Однако на многих рынках вопрос сосуществования не имеет большого значения, поскольку существуют законодательные препятствия для совместного развертывания двух стандартов в одном лицензируемом участке спектра.
Еще одним конкурентом UMTS является EDGE (IMT-SC), который представляет собой эволюционную модернизацию системы 2G GSM, использующую существующие спектры GSM. Для операторов беспроводной связи также гораздо проще, быстрее и значительно дешевле «прикрепить» функциональность EDGE, модернизировав существующее оборудование передачи GSM для поддержки EDGE, вместо того, чтобы устанавливать почти все совершенно новое оборудование для доставки UMTS. Однако, будучи разработанным 3GPP, как и UMTS, EDGE не является настоящим конкурентом. Вместо этого он используется в качестве временного решения перед развертыванием UMTS или в качестве дополнения для сельской местности. Этому способствует тот факт, что спецификации GSM/EDGE и UMTS разрабатываются совместно и основаны на одной и той же базовой сети, что обеспечивает двухрежимную работу, включая вертикальную передачу обслуживания .
Китайский стандарт TD-SCDMA также часто рассматривается как конкурент. TD-SCDMA был добавлен в версию 4 UMTS как UTRA-TDD 1,28 Мбит/с с низкой скоростью передачи чипов (UTRA-TDD LCR). В отличие от TD-CDMA (UTRA-TDD 3,84 МГц, высокая скорость передачи чипов, UTRA-TDD HCR), который дополняет W-CDMA (UTRA-FDD), он подходит как для микро-, так и для макросот. Однако отсутствие поддержки со стороны производителей не позволяет ему стать настоящим 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 ITU как часть семейства стандартов 3G IMT-2000 наряду с UMTS-FDD.
Что касается доступа в Интернет, конкурирующие системы включают WiMAX и Flash-OFDM .
В сети GSM/GPRS можно повторно использовать следующие элементы сети:
В радиосети связи GSM/GPRS нельзя повторно использовать следующие элементы:
Они могут оставаться в сети и использоваться в режиме двойной сети, где сети 2G и 3G сосуществуют, в то время как миграция сети и новые терминалы 3G становятся доступными для использования в сети.
В сети UMTS представлены новые сетевые элементы, которые функционируют в соответствии с требованиями 3GPP:
Функционал MSC меняется при переходе на UMTS. В системе GSM MSC обрабатывает все операции коммутации каналов, такие как подключение абонентов A и B через сеть. В UMTS медиашлюз (MGW) обеспечивает передачу данных в сетях с коммутацией каналов. MSC контролирует операции MGW.
Некоторые страны, в том числе США, распределили спектр иначе, чем в рекомендациях МСЭ , поэтому стандартные полосы, наиболее часто используемые для UMTS (UMTS-2100), были недоступны. [ нужна ссылка ] В этих странах используются альтернативные диапазоны частот, что предотвращает совместимость существующего оборудования UMTS-2100 и требует разработки и производства различного оборудования для использования на этих рынках. Как обстоит дело 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 мобильных телефонов, как GSM, поскольку многие телефоны UMTS являются многодиапазонными как в режимах UMTS, так и в 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 обычным явлением. [35]
В первые дни [ когда? ] , у UMTS были проблемы во многих странах: первыми на рынке, очень чувствительном к весу и форм-фактору, появились телефоны с избыточным весом и плохим временем автономной работы. [ нужна цитата ] Motorola A830, дебютный телефон в сети Hutchison 3, весил более 200 граммов и даже имел съемную камеру для уменьшения веса телефона. Другая существенная проблема заключалась в надежности связи, связанной с проблемами переключения с UMTS на GSM. Клиенты обнаружили, что их соединения прерывались, поскольку передача обслуживания была возможна только в одном направлении (UMTS → GSM), а телефон переключался обратно на UMTS только после того, как положил 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 , необходимо было устанавливать одну базовую станцию каждые 1–1,5 км (0,62–0,93 мили). Так было, когда использовался только диапазон 2100 МГц, однако с ростом использования более низких частотных диапазонов (таких как 850 и 900 МГц) это уже не так. Это привело к увеличению развертывания операторами сетей нижнего диапазона с 2006 года .
Даже при использовании современных технологий и низкочастотной UMTS телефония и передача данных через UMTS требуют больше энергии, чем в сопоставимых сетях GSM. Apple Inc. назвала [36] энергопотребление UMTS причиной того, что iPhone первого поколения поддерживал только EDGE. В выпуске iPhone 3G указано, что время разговора по UMTS составляет половину времени, доступного, когда телефон настроен на использование GSM. Другие производители также указывают разное время автономной работы для режима UMTS и режима GSM. По мере совершенствования аккумуляторных и сетевых технологий эта проблема уменьшается.
Еще в 2008 году было известно, что сети операторов связи можно использовать для тайного сбора информации о местоположении пользователей. [37] В августе 2014 года газета Washington Post сообщила о широко распространенном маркетинге систем наблюдения, использующих протоколы системы сигнализации № 7 (SS7) для определения местоположения звонящих в любой точке мира. [37]
В декабре 2014 года появились новости о том, что из-за слабой безопасности собственные функции SS7 могут быть перепрофилированы для наблюдения, чтобы прослушивать звонки в реальном времени или записывать зашифрованные звонки и тексты для последующего расшифрования или обманывать пользователей и операторов сотовой связи. . [38]
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 общесистемного телекоммуникационного решения. [39]
Развитие UMTS происходит согласно запланированным выпускам. Каждый выпуск предназначен для добавления новых функций и улучшения существующих.
{{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}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )