UMTS通信技術(shù)特性及其分析

一、UMTS定義

　　UM TS作為一個(gè)完整的3G移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，UMTS并不僅限于定義空中接口。除WCDMA作為首選空中接口技術(shù)獲得不斷完善外，UMTS還相繼引入了TD-SCDMA和HSDPA技術(shù)。

　　一種第三代(3G)移動(dòng)電話技術(shù)[1]。它使用WCDMA作為底層標(biāo)準(zhǔn)，由 3GPP定型，代表歐洲對(duì)ITU IMT-2000 關(guān)于3G蜂窩無線系統(tǒng)需求的回應(yīng)。 UMTS有時(shí)也叫3GSM，強(qiáng)調(diào)結(jié)合了3G技術(shù)而且是GSM標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)。UMTS 分組交換系統(tǒng)是由 GPRS 系統(tǒng)所演進(jìn)而來，故系統(tǒng)的架構(gòu)頗為相像。

　　緒言

　　本條目主要討論圍繞源于GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和W-CDMA空中接口的UMTS標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)技術(shù)商業(yè)用途和其他方面的內(nèi)容。任何僅僅和W-CDMA接口本身緊密相關(guān)的議題都在W-CDMA中更好地被闡述。

　　由于UMTS變化很快，本頁面的信息可能會(huì)比實(shí)際狀況滯后二到三個(gè)月的時(shí)間。強(qiáng)烈建議讀者發(fā)表自己的觀點(diǎn)和附加的獨(dú)立研究;所有的發(fā)信都被鼓勵(lì)追加到本頁面以完善本條目。積極更新的讀者請(qǐng)您附加上適當(dāng)?shù)男薷臅r(shí)間以幫助其他讀者建立他們的時(shí)間線，更好理解本條目內(nèi)容。

　　二、UMTS特性

　　UMTS支持1920kbps的傳輸速率 (不是經(jīng)?？吹降?Mbps), 然而在現(xiàn)實(shí)高負(fù)載系統(tǒng)中典型的最高速率大約只有384Kbps。即使這樣數(shù)據(jù)速度已經(jīng)高出GSM糾錯(cuò)數(shù)據(jù)信道14.4kbps或者多個(gè)14.4 kbps組成的HSCSD信道, 真正能夠?qū)崿F(xiàn)價(jià)格可接受的移動(dòng)WWW訪問和MMS。 UMTS實(shí)現(xiàn)的前提是現(xiàn)在廣泛使用GSM移動(dòng)電話系統(tǒng)，屬于2G技術(shù)。還有一個(gè)叫做GPRS的從2G演進(jìn)的途徑。(可以看

　　3GPP規(guī)范的演進(jìn)情況作2.5G) GPRS支持更好的數(shù)據(jù)速率(理論上最大可以到140.8kbps，實(shí)際上能實(shí)現(xiàn)接近56Kbps)，數(shù)據(jù)封裝好于面向連接。 GPRS已經(jīng)在很多GSM網(wǎng)絡(luò)部署。

　　中國聯(lián)通的的UMTS網(wǎng)絡(luò)升級(jí)成HSDPA,有時(shí)也叫3.5G。 它可以實(shí)現(xiàn)下行鏈路大于10Mbps的傳輸速度。

　　UMTS在市場(chǎng)運(yùn)作上強(qiáng)調(diào)移動(dòng)視頻電話會(huì)議實(shí)現(xiàn)的可能性,盡管實(shí)際上這項(xiàng)很有潛力的服務(wù)還有很多沒有經(jīng)過測(cè)試驗(yàn)證。

　　UMTS其它可能的應(yīng)用還有音樂下載和視頻電話。

　　三、UMTS實(shí)際運(yùn)營情況

　　世界上第一個(gè)UMTS網(wǎng)絡(luò)2001年在馬恩島由Manx Telecom投入運(yùn)營。下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱移動(dòng)運(yùn)營商3 2003年在英國啟動(dòng)。.

　　3是一個(gè)從3G網(wǎng)絡(luò)成長起來的原屬于和記黃埔(現(xiàn)在是合作伙伴)的運(yùn)營商。它很快就要在全球啟動(dòng)其他UMTS網(wǎng)絡(luò)(2004年12月) 包括 澳大利亞, 奧地利, 丹麥, 香港, 以色列, 意大利, 葡萄牙, 愛爾蘭共和國和瑞典. 大多數(shù)西歐GSM運(yùn)營商打算未來升級(jí)到UMTS，因?yàn)樗容^接近于GSM2G標(biāo)準(zhǔn)。

　　2003年12月, T-Mobile啟動(dòng)了他的奧地利UMTS網(wǎng)絡(luò)，英國和德國的網(wǎng)絡(luò)也在調(diào)試中。

　　2004年2月，沃達(dá)豐開始在包括英國德國荷蘭瑞典在內(nèi)的幾個(gè)歐洲市場(chǎng)大范圍部署UMTS。在葡萄牙，UMTS已經(jīng)先于Euro 2004運(yùn)營。

　　非洲第一個(gè)UMTS網(wǎng)絡(luò)于2004年11月在毛利求斯投入運(yùn)行,由中國的華為提供全網(wǎng)設(shè)備，緊隨其后Vodacom2004年12月在南非推出3G服務(wù)。

　　在NTT DoCoMo事先授權(quán)下, 美國 AMPS/TDMA/GSM 運(yùn)營商 AT

　　UMTS網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)體系結(jié)構(gòu)&T Wireless 2004年底以前必須在四個(gè)主要的城市建立和運(yùn)營UMTS網(wǎng)絡(luò)。CTIA 2004年會(huì)上, AT&T Wireless聲明他們的UMTS網(wǎng)絡(luò)在1900MHz頻段獨(dú)立運(yùn)行，已經(jīng)計(jì)劃2004年底啟動(dòng)UMTS服務(wù)。 2004七月, AT&T Wireless (現(xiàn)在屬于Cingular) 在 西雅圖 (華盛頓), 舊金山 (加利福尼亞), 底特律 (密歇根), 菲尼科斯 (亞利桑那), 圣地亞哥 (加利福尼亞) and 達(dá)拉斯 (德克薩斯)成功啟動(dòng)UMTS服務(wù)。

　　2005年第一季度德國移動(dòng)運(yùn)營商沃達(dá)豐D2，O2-de相繼推出UMTS服務(wù)。

　　與AT&T Wireless合并之后, Cingular已經(jīng)聲明計(jì)劃2005年開始部署使用HSDPA技術(shù)的UMTS網(wǎng)絡(luò)。 區(qū)別于AT&T開發(fā)的 UMTS, Cingular拓展了UMTS的頻率范圍到1900MHz和850MHz兩個(gè)頻段。

　　T-Mobile USA計(jì)劃到2007年開始部署UMTS。

　　運(yùn)營商開始銷售整合3G和Wi-Fi服務(wù)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。筆記本電腦用戶可以買到他們提供的UMTS Modem，還有客戶端軟件用于自動(dòng)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，以便在有Wi-Fi信號(hào)時(shí)自動(dòng)從3G網(wǎng)絡(luò)切換。開始Wi-FI被認(rèn)為是3G的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但是現(xiàn)在不得不承認(rèn)，運(yùn)營商為了提供比單純UMTS更有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，他們必須或者擁有或者租用別人的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。
四、UMTS技術(shù)

　　注意: UMTS的許多技術(shù)特征是所有W-CDMA變種所共同具有的，更多信息請(qǐng)參看條目W-CDMA。以下僅討論UMTS特有的一些技術(shù)特征，它們不適用于FOMA或其他W-CDMA變種。

　　簡(jiǎn)單的說，UMTS結(jié)合了W-CDMA的空中接口(移動(dòng)電話和基站的空中通信協(xié)議)、GSM系統(tǒng)的移動(dòng)應(yīng)用核心部分(MAP,參見en:MAP)(此協(xié)議提供從用戶或者到用戶的呼叫路由功能)，以及GSM的語音編碼算法例如自適應(yīng)多速率(AMR)和加強(qiáng)全速率(EFR)(它們定義了將語音數(shù)字化、壓縮、編碼的方法)。換言之，W-CDMA(依照IMT-2000的定義)只是一個(gè)空中接口，而UMTS才是一個(gè)用于3G全球移動(dòng)通訊的完整協(xié)議棧，可用來代替GSM。然而，實(shí)際上也經(jīng)常將W-CDMA作為所有采用該空中接口的3G標(biāo)準(zhǔn)族的總稱，包括UMTS，F(xiàn)OMA和J-Phone.

　　與其它W-CDMA變種一樣，UMTS使用一對(duì)5 MHz信道，上行信道在1900 MHz附近，下行信道在2100 MHz附近。相比之下，CDMA2000則可在每個(gè)方向上使用一個(gè)或多個(gè)1.25 MHz信道，因此UMTS常因?yàn)樗母邘捫枨蠖艿脚u(píng)。

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

　　對(duì)現(xiàn)有的GSM運(yùn)營商有一個(gè)簡(jiǎn)單但比較昂貴的升級(jí)到UMTS的方案：大部分現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施可以維持原狀，但是獲得頻段授權(quán)和在現(xiàn)有基站塔上完成UMTS覆蓋的費(fèi)用可能極其高昂。

　　UMTS與GSM的一個(gè)主要的差別是由無線接口等構(gòu)成的通用無

　　基本的公用陸地移動(dòng)網(wǎng)(PLMN)配置線接入網(wǎng)(GRAN)，它能夠聯(lián)入不同的骨干網(wǎng)絡(luò)，如英特網(wǎng)、ISDN、GSM或者UMTS網(wǎng)絡(luò)。GRAN包含OSI模型的低三層(物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層)。 網(wǎng)絡(luò)層(OSI 3)協(xié)議包括RRM協(xié)議(RRM)，它負(fù)責(zé)管理移動(dòng)設(shè)備與固定網(wǎng)絡(luò)之間的承載信道，并完成切換功能。

　　互操作性和全球漫游

　　在空中接口層，UMTS兼容GSM。盡管市場(chǎng)上現(xiàn)在的UMTS手機(jī)都是UMTS/GSM雙模手機(jī)但是他們都能在純GSM的網(wǎng)絡(luò)中很好的工作。如果一個(gè)UMTS用戶漫游到?jīng)]有UMTS覆蓋的地方，他的手機(jī)會(huì)自動(dòng)切換到GSM模式(要支付漫游費(fèi)用)。如果用戶在通話中漫游出了UMTS覆蓋范圍，那么電話將會(huì)切換到有GSM覆蓋的區(qū)域去。普通GSM手機(jī)不能在UMTS網(wǎng)絡(luò)使用。

　　沃達(dá)豐-日本 (前身 J-Phone) 有一個(gè)使用W-CDMA并兼容UMTS的3G網(wǎng)絡(luò)。這使得UMTS成為真正的全球無線標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前的全球無線標(biāo)準(zhǔn), GSM適用于除了日本和韓國以外多數(shù)國家。

　　NTT DoCoMo的3G網(wǎng)絡(luò), FOMA,同樣使用W-CDMA, 但是不兼容UMTS。 然而NTT DoCoMo擁有AT&T無線實(shí)驗(yàn)室18的股份原來還持有3UK20的股份。 這些在國外的資本為未來的全球漫游解決方案提供一個(gè)測(cè)試平臺(tái). (到2004年12月)

　　所有UMTS/GSM雙模電話都應(yīng)當(dāng)兼容現(xiàn)存GSM標(biāo)準(zhǔn)SIM卡. 有時(shí)你被允許在同一個(gè)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)里使用SIM卡在UMTS網(wǎng)絡(luò)漫游。

　　在美國, 由于現(xiàn)存的對(duì)頻率使用的限制只是運(yùn)營商AT&T無線的網(wǎng)絡(luò)只能在1900MHz頻段。 為美國市場(chǎng)設(shè)計(jì)的UMTS手機(jī)跟其他區(qū)域的有所區(qū)別，這也反映了當(dāng)前美國的GSM手機(jī)和GSM網(wǎng)絡(luò)使用不同與其他國家的狀況。盡管聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)已經(jīng)決議允許附加2100MHz頻段給UMTS，大多數(shù)獲得UMTS授權(quán)的運(yùn)營商好像打算放棄承擔(dān)保證實(shí)現(xiàn)全球漫游的責(zé)任。

　　盡管歐亞手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)漫游，但是到2004年12月在美國實(shí)現(xiàn)與歐亞漫游可能性還不大。

　　頻譜分配

　　超過120份許可證已經(jīng)頒發(fā)給全世界的運(yùn)營商(截至2004年)，特別是基于GSM的無線訪問技術(shù)W-CDMA。由于技術(shù)還在不斷的完善中，所以政客過于倉促的賣出許可，成百上千億美元的許可證費(fèi)用流入公共預(yù)算。 僅僅在德國，許可證費(fèi)用就高達(dá)508億歐元。運(yùn)營商被期望在2005年開始從這些許可盈利。

　　在北美ITU已經(jīng)為UMTS分配了頻段。 1900MHz范圍應(yīng)用于2G (PCS) 服務(wù), 2100 MHz 范圍用于衛(wèi)星通訊。 盡管在北美UMTS將要不得不與現(xiàn)存2G服務(wù)共享1900MHz頻段，但是國際上正試圖為3G服務(wù)釋放2100MHz頻段。 2G GSM 服務(wù)因使用900MHz和1800MHz，因此不再共享任何UMTS服務(wù)的頻段。

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

　　其他競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)

　　除UMTS還有其他的3G標(biāo)準(zhǔn)，例如CDMA2000和專有系統(tǒng)包括Arraycom的iBurst， Flarion and WCDMA-TDD (無線IP)。然而，人們還是比較期望3GSM/UMTS成為取代當(dāng)前GSM標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)治地位成為事實(shí)的3G。

　　CDMA2000和W-CDMA是ITU認(rèn)可的IMT-20003G標(biāo)準(zhǔn)族成員 ,另外的還有EDEG和中國自有3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA。

　　CDMA2000改良升級(jí)自CDMA1x,不需要新的頻段分配，可以穩(wěn)定運(yùn)行在現(xiàn)有PCS頻段。

　　大多數(shù)現(xiàn)有的GSM運(yùn)營商因?yàn)楦甙旱念l段和設(shè)備費(fèi)用對(duì)UMTS持觀望態(tài)度。

　　多數(shù)北美GSM運(yùn)營商已接受EDGE作為暫定3G解決方案。 AT&T無線2003年本國范圍內(nèi)開始運(yùn)行EDGE，Cingular 也在本國內(nèi)運(yùn)行，T-Mobile美國 計(jì)劃全美范圍提供EDGE。Rogers Wireless在2003年晚期開始在加拿大范圍內(nèi)投入運(yùn)行EDGE服務(wù)。EDGE的好處是它有效利用現(xiàn)有GSM頻段而且兼容現(xiàn)有GSM手機(jī)。EDGE為GSM運(yùn)營商與CDMA2000競(jìng)爭(zhēng)提供了一個(gè)短期的升級(jí)途經(jīng)。

　　開源的 UMTS 項(xiàng)目　開源對(duì)于行行業(yè)業(yè)的影響是無需置疑的，對(duì)于 UMTS 也一樣。開源軟件無線電 GNU Radio 是免費(fèi)的軟件開發(fā)工具套件。它提供信號(hào)運(yùn)行和處理模塊，用它可以在易制作的低成本的射頻(RF)硬件和通用微處理器上實(shí)現(xiàn)軟件定義無線電。這套套件廣泛用于業(yè)余愛好者，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)機(jī)構(gòu)用來研究和構(gòu)建無線通信系統(tǒng)。 GNU Radio 的應(yīng)用主要是用 Python 編程語言來編寫的。但是其核心信號(hào)處理模塊是C++在帶浮點(diǎn)運(yùn)算的微處理器上構(gòu)建的。因此，開發(fā)者能夠簡(jiǎn)單快速的構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)、高容量的無線通信系統(tǒng)。 盡管其主要功用不是仿真器，GNU Radio 在沒有射頻 RF 硬件部件的境況下支持對(duì)預(yù)先存儲(chǔ)和(信號(hào)發(fā)生器)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理的算法的研究。