UMTS通信技术特性及其分析

一、UMTS定义

　　UM TS作为一个完整的3G移动通信技术标准，UMTS并不仅限于定义空中接口。除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外，UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术。

　　一种第三代(3G)移动电话技术[1]。它使用WCDMA作为底层标准，由 3GPP定型，代表欧洲对ITU IMT-2000 关于3G蜂窝无线系统需求的回应。 UMTS有时也叫3GSM，强调结合了3G技术而且是GSM标准的后续标准。UMTS 分组交换系统是由 GPRS 系统所演进而来，故系统的架构颇为相像。

　　绪言

　　本条目主要讨论围绕源于GSM网络基础结构和W-CDMA空中接口的UMTS标准的有关技术商业用途和其他方面的内容。任何仅仅和W-CDMA接口本身紧密相关的议题都在W-CDMA中更好地被阐述。

　　由于UMTS变化很快，本页面的信息可能会比实际状况滞后二到三个月的时间。强烈建议读者发表自己的观点和附加的独立研究;所有的发信都被鼓励追加到本页面以完善本条目。积极更新的读者请您附加上适当的修改时间以帮助其他读者建立他们的时间线，更好理解本条目内容。

　　二、UMTS特性

　　UMTS支持1920kbps的传输速率 (不是经常看到的2Mbps), 然而在现实高负载系统中典型的最高速率大约只有384Kbps。即使这样数据速度已经高出GSM纠错数据信道14.4kbps或者多个14.4 kbps组成的HSCSD信道, 真正能够实现价格可接受的移动WWW访问和MMS。 UMTS实现的前提是现在广泛使用GSM移动电话系统，属于2G技术。还有一个叫做GPRS的从2G演进的途径。(可以看

　　3GPP规范的演进情况作2.5G) GPRS支持更好的数据速率(理论上最大可以到140.8kbps，实际上能实现接近56Kbps)，数据封装好于面向连接。 GPRS已经在很多GSM网络部署。

　　中国联通的的UMTS网络升级成HSDPA,有时也叫3.5G。 它可以实现下行链路大于10Mbps的传输速度。

　　UMTS在市场运作上强调移动视频电话会议实现的可能性,尽管实际上这项很有潜力的服务还有很多没有经过测试验证。

　　UMTS其它可能的应用还有音乐下载和视频电话。

　　三、UMTS实际运营情况

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

　　3是一个从3G网络成长起来的原属于和记黄埔(现在是合作伙伴)的运营商。它很快就要在全球启动其他UMTS网络(2004年12月) 包括 澳大利亚, 奥地利, 丹麦, 香港, 以色列, 意大利, 葡萄牙, 爱尔兰共和国和瑞典. 大多数西欧GSM运营商打算未来升级到UMTS，因为它比较接近于GSM2G标准。

　　2003年12月, T-Mobile启动了他的奥地利UMTS网络，英国和德国的网络也在调试中。

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

　　非洲第一个UMTS网络于2004年11月在毛利求斯投入运行,由中国的华为提供全网设备，紧随其后Vodacom2004年12月在南非推出3G服务。

　　在NTT DoCoMo事先授权下, 美国 AMPS/TDMA/GSM 运营商 AT

 

　　UMTS网络的高级体系结构&T Wireless 2004年底以前必须在四个主要的城市建立和运营UMTS网络。CTIA 2004年会上, AT&T Wireless声明他们的UMTS网络在1900MHz频段独立运行，已经计划2004年底启动UMTS服务。 2004七月, AT&T Wireless (现在属于Cingular) 在 西雅图 (华盛顿), 旧金山 (加利福尼亚), 底特律 (密歇根), 菲尼科斯 (亚利桑那), 圣地亚哥 (加利福尼亚) and 达拉斯 (德克萨斯)成功启动UMTS服务。

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

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

　　T-Mobile USA计划到2007年开始部署UMTS。

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

　　注意: UMTS的许多技术特征是所有W-CDMA变种所共同具有的，更多信息请参看条目W-CDMA。以下仅讨论UMTS特有的一些技术特征，它们不适用于FOMA或其他W-CDMA变种。

　　简单的说，UMTS结合了W-CDMA的空中接口(移动电话和基站的空中通信协议)、GSM系统的移动应用核心部分(MAP,参见en:MAP)(此协议提供从用户或者到用户的呼叫路由功能)，以及GSM的语音编码算法例如自适应多速率(AMR)和加强全速率(EFR)(它们定义了将语音数字化、压缩、编码的方法)。换言之，W-CDMA(依照IMT-2000的定义)只是一个空中接口，而UMTS才是一个用于3G全球移动通讯的完整协议栈，可用来代替GSM。然而，实际上也经常将W-CDMA作为所有采用该空中接口的3G标准族的总称，包括UMTS，FOMA和J-Phone.

　　与其它W-CDMA变种一样，UMTS使用一对5 MHz信道，上行信道在1900 MHz附近，下行信道在2100 MHz附近。相比之下，CDMA2000则可在每个方向上使用一个或多个1.25 MHz信道，因此UMTS常因为它的高带宽需求而受到批评。

　　UMTS原先规定的频段为上行1885-2025 MHz，下行2110-2200 MHz。目前的频段分配可参见[1]。

　　对现有的GSM运营商有一个简单但比较昂贵的升级到UMTS的方案：大部分现有的基础设施可以维持原状，但是获得频段授权和在现有基站塔上完成UMTS覆盖的费用可能极其高昂。

　　UMTS与GSM的一个主要的差别是由无线接口等构成的通用无

 

　　基本的公用陆地移动网(PLMN)配置线接入网(GRAN)，它能够联入不同的骨干网络，如英特网、ISDN、GSM或者UMTS网络。GRAN包含OSI模型的低三层(物理层、数据链路层、网络层)。 网络层(OSI 3)协议包括RRM协议(RRM)，它负责管理移动设备与固定网络之间的承载信道，并完成切换功能。

　　互操作性和全球漫游

　　在空中接口层，UMTS兼容GSM。尽管市场上现在的UMTS手机都是UMTS/GSM双模手机但是他们都能在纯GSM的网络中很好的工作。如果一个UMTS用户漫游到没有UMTS覆盖的地方，他的手机会自动切换到GSM模式(要支付漫游费用)。如果用户在通话中漫游出了UMTS覆盖范围，那么电话将会切换到有GSM覆盖的区域去。普通GSM手机不能在UMTS网络使用。

　　沃达丰-日本 (前身 J-Phone) 有一个使用W-CDMA并兼容UMTS的3G网络。这使得UMTS成为真正的全球无线标准。当前的全球无线标准, GSM适用于除了日本和韩国以外多数国家。

　　NTT DoCoMo的3G网络, FOMA,同样使用W-CDMA, 但是不兼容UMTS。 然而NTT DoCoMo拥有AT&T无线实验室18的股份原来还持有3UK20的股份。 这些在国外的资本为未来的全球漫游解决方案提供一个测试平台. (到2004年12月)

　　所有UMTS/GSM双模电话都应当兼容现存GSM标准SIM卡. 有时你被允许在同一个运营商网络里使用SIM卡在UMTS网络漫游。

　　在美国, 由于现存的对频率使用的限制只是运营商AT&T无线的网络只能在1900MHz频段。 为美国市场设计的UMTS手机跟其他区域的有所区别，这也反映了当前美国的GSM手机和GSM网络使用不同与其他国家的状况。尽管联邦通讯委员会(FCC)已经决议允许附加2100MHz频段给UMTS，大多数获得UMTS授权的运营商好像打算放弃承担保证实现全球漫游的责任。

　　尽管欧亚手机可以实现漫游，但是到2004年12月在美国实现与欧亚漫游可能性还不大。

　　频谱分配

　　超过120份许可证已经颁发给全世界的运营商(截至2004年)，特别是基于GSM的无线访问技术W-CDMA。由于技术还在不断的完善中，所以政客过于仓促的卖出许可，成百上千亿美元的许可证费用流入公共预算。 仅仅在德国，许可证费用就高达508亿欧元。运营商被期望在2005年开始从这些许可盈利。

　　在北美ITU已经为UMTS分配了频段。 1900MHz范围应用于2G (PCS) 服务, 2100 MHz 范围用于卫星通讯。 尽管在北美UMTS将要不得不与现存2G服务共享1900MHz频段，但是国际上正试图为3G服务释放2100MHz频段。 2G GSM 服务因使用900MHz和1800MHz，因此不再共享任何UMTS服务的频段。

　　到为3G分配新的特定频段之前，北美还没有厂商回答UMTS使用那些频率。 AT&T Wireless 2004年底已经确定在美国 确定为UMTS服务启用了为2GPCS服务使用的1900 MHz频段。最初在加拿大展示的UMTS服务也使用1900MHz频段。

　　其他竞争标准

　　除UMTS还有其他的3G标准，例如CDMA2000和专有系统包括Arraycom的iBurst， Flarion and WCDMA-TDD (无线IP)。然而，人们还是比较期望3GSM/UMTS成为取代当前GSM标准的统治地位成为事实的3G。

　　CDMA2000和W-CDMA是ITU认可的IMT-20003G标准族成员 ,另外的还有EDEG和中国自有3G标准TD-SCDMA。

　　CDMA2000改良升级自CDMA1x,不需要新的频段分配，可以稳定运行在现有PCS频段。

　　大多数现有的GSM运营商因为高昂的频段和设备费用对UMTS持观望态度。

　　多数北美GSM运营商已接受EDGE作为暂定3G解决方案。 AT&T无线2003年本国范围内开始运行EDGE，Cingular 也在本国内运行，T-Mobile美国 计划全美范围提供EDGE。Rogers Wireless在2003年晚期开始在加拿大范围内投入运行EDGE服务。EDGE的好处是它有效利用现有GSM频段而且兼容现有GSM手机。EDGE为GSM运营商与CDMA2000竞争提供了一个短期的升级途经。

　　开源的 UMTS 项目　开源对于行行业业的影响是无需置疑的，对于 UMTS 也一样。开源软件无线电 GNU Radio 是免费的软件开发工具套件。它提供信号运行和处理模块，用它可以在易制作的低成本的射频(RF)硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业余爱好者，学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。 GNU Radio 的应用主要是用 Python 编程语言来编写的。但是其核心信号处理模块是C++在带浮点运算的微处理器上构建的。因此，开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。 尽管其主要功用不是仿真器，GNU Radio 在没有射频 RF 硬件部件的境况下支持对预先存储和(信号发生器)生成的数据进行信号处理的算法的研究。