Система мобильной связи третьего поколения UMTS

UMTS (3G): стандарт мобильной связи третьего поколения на базе GSM. WCDMA, UTRAN, MAP, SIM-карты. Спектральная эффективность и высокая пропускная способность.

30 мин чтения

100%

Источник: UMTS — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Система мобильной связи третьего поколения

Универсальная система мобильных телекоммуникаций (UMTS) — это система мобильной сотовой связи третьего поколения для сетей, основанных на стандарте GSM. Разработанная и поддерживаемая 3GPP (Проект партнерства по технологиям третьего поколения), UMTS является компонентом набора стандартов Международного союза электросвязи IMT-2000 и сопоставима с набором стандартов CDMA2000 для сетей, основанных на конкурирующей технологии cdmaOne. UMTS использует технологию радиодоступа с широкополосным кодовым разделением каналов (WCDMA) для обеспечения 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 (модуля идентификации абонента). Технология, описанная в UMTS, иногда также называется Freedom of Mobile Multimedia Access (FOMA) или 3GSM. В отличие от EDGE (IMT Single Carrier, основанного на GSM) и CDMA2000 (IMT Multi Carrier), UMTS требует установки новых базовых станций и выделения новых частотных диапазонов.

Особенности

UMTS поддерживает теоретические максимальные скорости передачи данных 42 Мбит/с при реализации Evolved HSPA (HSPA+) в сети. Пользователи в развернутых сетях могут рассчитывать на скорость передачи до 384 кбит/с для устройств Release '99 (R99) (первоначальная версия UMTS) и 7,2 Мбит/с для устройств High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) в нисходящем канале связи. Эти скорости значительно выше, чем 9,6 кбит/с для одного GSM-канала передачи данных с коррекцией ошибок, нескольких каналов 9,6 кбит/с в High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) и 14,4 кбит/с для каналов CDMAOne. С 2006 года сети UMTS во многих странах были модернизированы или находятся в процессе модернизации с использованием High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), также известного как 3.5G. В настоящее время HSDPA обеспечивает скорость передачи данных в нисходящем канале до 21 Мбит/с. Ведутся работы по повышению скорости передачи данных в восходящем канале с помощью High Speed Uplink Packet Access (HSUPA). Стандарт 3GPP LTE является преемником UMTS и изначально обеспечивал скорость 4G – 100 Мбит/с для нисходящего канала и 50 Мбит/с для восходящего, с возможностью масштабирования до 3 Гбит/с, используя технологию воздушного интерфейса нового поколения на основе ортогонального частотного мультиплексирования. Первые национальные сети UMTS для потребителей были запущены в 2002 году с упором на мобильные приложения, предоставляемые операторами связи, такие как мобильное телевидение и видеозвонки. Высокие скорости передачи данных UMTS в настоящее время чаще всего используются для доступа в Интернет: опыт, полученный в Японии и других странах, показал, что спрос пользователей на видеозвонки невелик, а популярность аудио- и видеоконтента, предоставляемого операторами связи, снизилась в пользу высокоскоростного доступа к Всемирной паутине непосредственно на мобильном устройстве или через Wi-Fi, Bluetooth или USB к компьютеру.

Воздушные интерфейсы

UMTS объединяет три различных наземных воздушных интерфейса, ядро GSM Mobile Application Part (MAP) и семейство речевых кодеков GSM. Эти воздушные интерфейсы называются UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). Все варианты воздушных интерфейсов входят в состав IMT-2000 ITU. В наиболее распространенном на сегодняшний день варианте для сотовых мобильных телефонов используется WCDMA (IMT Direct Spread). Он также известен как "интерфейс Uu", поскольку обеспечивает связь между пользовательским оборудованием и сетью наземного радиодоступа UMTS. Следует отметить, что термины WCDMA, TDCDMA и TDSCDMA могут вводить в заблуждение. Несмотря на то, что они кажутся относящимися только к методу доступа к каналу (а именно к варианту CDMA), на самом деле они являются общепринятыми названиями для целых стандартов воздушного интерфейса.

W-CDMA (UTRA-FDD)

W CDMA (WCDMA; Wideband Code Division Multiple Access), наряду с UMTS FDD, UTRA FDD или IMT 2000 CDMA Direct Spread, является стандартом воздушного интерфейса, используемым в сетях мобильной телекоммуникации 3G. Он поддерживает стандартные услуги сотовой связи – голосовую связь, текстовые сообщения и MMS, но также способен передавать данные на высоких скоростях, что позволяет операторам мобильной связи предоставлять приложения с повышенной пропускной способностью, включая потоковое видео и широкополосный доступ в Интернет. W CDMA использует метод доступа к каналу DS CDMA с использованием пары каналов шириной 5 МГц. В отличие от конкурирующей системы CDMA2000, которая использует один или несколько доступных каналов шириной 1,25 МГц для каждого направления связи. Системы W CDMA часто подвергаются критике за широкое использование спектра, что замедлило их внедрение в странах, которые не решали достаточно быстро вопрос о выделении новых частот специально для услуг 3G (например, в Соединенных Штатах). Частотные диапазоны, изначально определенные стандартом UMTS, составляют 1885–2025 МГц для связи от мобильного устройства к базовой станции (восходящий канал) и 2110–2200 МГц для связи от базовой станции к мобильному устройству (нисходящий канал). В США вместо этого используются диапазоны 1710–1755 МГц и 2110–2155 МГц, поскольку диапазон 1900 МГц уже был занят. 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, то есть восходящий и нисходящий каналы находятся в пределах одной и той же полосы), в частности, в США оператор AT&T Mobility, в Новой Зеландии оператор Telecom New Zealand в сети XT Mobile Network и в Австралии оператор 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) frequency division duplexing (FDD) и стандартизированная 3GPP версия сетей UMTS, использующая частотное разделение дуплексирования для организации двунаправленной связи по воздушному интерфейсу UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). W CDMA является основой японской службы NTT DoCoMo FOMA и наиболее распространенным членом семейства Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), а иногда используется как синоним UMTS. Он использует метод доступа к каналу DS CDMA и метод дуплексирования FDD для достижения более высоких скоростей и поддержки большего числа пользователей по сравнению с большинством ранее использовавшихся схем множественного доступа с временным разделением (TDMA) и дуплексирования с временным разделением (TDD). Несмотря на то, что это не эволюционное обновление воздушного интерфейса, он использует ту же основную сеть, что и сети 2G GSM, развернутые по всему миру, обеспечивая возможность работы в двух режимах – GSM/EDGE; эта особенность характерна и для других членов семейства UMTS.

W CDMA (WCDMA; Wideband Code Division Multiple Access), along with UMTS FDD, UTRA FDD, or IMT 2000 CDMA Direct Spread is an air interface standard found in 3G mobile telecommunications networks. It supports conventional cellular voice, text and MMS services, but can also carry data at high speeds, allowing mobile operators to deliver higher bandwidth applications including streaming and broadband Internet access. W CDMA uses the DS CDMA channel access method with a pair of 5 MHz wide channels. In contrast, the competing CDMA2000 system uses one or more available 1.25 MHz channels for each direction of communication. W CDMA systems are widely criticized for their large spectrum usage, which delayed deployment in countries that acted relatively slowly in allocating new frequencies specifically for 3G services (such as the United States). The specific frequency bands originally defined by the UMTS standard are 1885–2025 MHz for the mobile to base (uplink) and 2110–2200 MHz for the base to mobile (downlink). In the US, 1710–1755 MHz and 2110–2155 MHz are used instead, as the 1900 MHz band was already used. While UMTS2100 is the most widely deployed UMTS band, some countries' UMTS operators use the 850 MHz (900 MHz in Europe) and/or 1900 MHz bands (independently, meaning uplink and downlink are within the same band), notably in the US by AT&T Mobility, New Zealand by Telecom New Zealand on the XT Mobile Network and in Australia by Telstra on the Next G network. Some carriers such as T Mobile use band numbers to identify the UMTS frequencies. For example, Band I (2100 MHz), Band IV (1700/2100 MHz), and Band V (850 MHz). UMTS FDD is an acronym for Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) frequency division duplexing (FDD) and a 3GPP standardized version of UMTS networks that makes use of frequency division duplexing for duplexing over an UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) air interface. W CDMA is the basis of Japan's NTT DoCoMo's FOMA service and the most commonly used member of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) family and sometimes used as a synonym for UMTS. It uses the DS CDMA channel access method and the FDD duplexing method to achieve higher speeds and support more users compared to most previously used time division multiple access (TDMA) and time division duplex (TDD) schemes. While not an evolutionary upgrade on the airside, it uses the same core network as the 2G GSM networks deployed worldwide, allowing dual mode mobile operation along with GSM/EDGE; a feature it shares with other members of the UMTS family.

Разработка

В конце 1990-х годов W-CDMA был разработан компанией NTT DoCoMo в качестве воздушного интерфейса для их сети 3G FOMA. Позже NTT DoCoMo представила спецификацию в Международный союз электросвязи (ITU) в качестве кандидата на международный стандарт 3G, известный как IMT-2000. В конечном итоге ITU приняла W-CDMA как часть семейства стандартов 3G IMT-2000, в качестве альтернативы CDMA2000, EDGE и системе DECT ближнего действия. Впоследствии W-CDMA был выбран в качестве воздушного интерфейса для UMTS. Поскольку NTT DoCoMo не дождалась завершения спецификации 3G Release 99, их сеть изначально была несовместима с UMTS. Однако эта проблема была решена путем обновления сети NTT DoCoMo. Сети связи с кодовым разделением каналов разрабатывались рядом компаний на протяжении многих лет, но развитие сетей сотовой связи на основе CDMA (до W-CDMA) доминировала компания Qualcomm, которая первой добилась успеха в разработке практичной и экономически эффективной реализации CDMA для потребительских сотовых телефонов. Ее ранний стандарт интерфейса IS-95 эволюционировал 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 единую конструкцию для создания глобального стандартного воздушного интерфейса. Совместимость с CDMA2000 позволила бы осуществлять роуминг в существующих сетях за пределами Японии, поскольку сети Qualcomm CDMA2000 широко распространены, особенно в Америке, и по состоянию на 2006 год обеспечивали покрытие в 58 странах. Однако, из-за различных требований, стандарт W-CDMA был сохранен и внедрен во всем мире. Впоследствии W-CDMA стала доминирующей технологией, насчитывающей 457 коммерческих сетей в 178 странах по состоянию на апрель 2012 года. Некоторые операторы CDMA2000 даже перевели свои сети на W-CDMA для обеспечения совместимости международного роуминга и плавного перехода к LTE. Несмотря на несовместимость с существующими стандартами воздушного интерфейса, позднее внедрение и высокую стоимость модернизации для развертывания совершенно новой технологии передачи, W-CDMA стал доминирующим стандартом.

In the late 1990s, W CDMA was developed by NTT DoCoMo as the air interface for their 3G network FOMA. Later NTT DoCoMo submitted the specification to the International Telecommunication Union (ITU) as a candidate for the international 3G standard known as IMT 2000. The ITU eventually accepted W CDMA as part of the IMT 2000 family of 3G standards, as an alternative to CDMA2000, EDGE, and the short range DECT system. Later, W CDMA was selected as an air interface for UMTS. As NTT DoCoMo did not wait for the finalisation of the 3G Release 99 specification, their network was initially incompatible with UMTS. However, this has been resolved by NTT DoCoMo updating their network. Code Division Multiple Access communication networks have been developed by a number of companies over the years, but development of cell phone networks based on CDMA (prior to W CDMA) was dominated by Qualcomm, the first company to succeed in developing a practical and cost effective CDMA implementation for consumer cell phones and its early IS 95 air interface standard has evolved into the current CDMA2000 (IS 856/IS 2000) standard. Qualcomm created an experimental wideband CDMA system called CDMA2000 3x which unified the W CDMA (3GPP) and CDMA2000 (3GPP2) network technologies into a single design for a worldwide standard air interface. Compatibility with CDMA2000 would have beneficially enabled roaming on existing networks beyond Japan, since Qualcomm CDMA2000 networks are widely deployed, especially in the Americas, with coverage in 58 countries as of 2006. However, divergent requirements resulted in the W CDMA standard being retained and deployed globally. W CDMA has then become the dominant technology with 457 commercial networks in 178 countries as of April 2012. Several CDMA2000 operators have even converted their networks to W CDMA for international roaming compatibility and smooth upgrade path to LTE. Despite incompatibility with existing air interface standards, late introduction and the high upgrade cost of deploying an all new transmitter technology, W CDMA has become the dominant standard.

Обоснование W-CDMA

WCDMA передает по паре радиоканалов шириной 5 МГц, в то время как CDMA2000 передает по одному или нескольким парам радиоканалов шириной 1,25 МГц. Хотя WCDMA использует метод прямой последовательности CDMA, как и CDMA2000, WCDMA не является просто широкополосной версией CDMA2000 и во многих аспектах отличается от него. С инженерной точки зрения, WCDMA обеспечивает иной баланс между стоимостью, пропускной способностью, производительностью и плотностью; он также обещает снизить стоимость видеотелефонных аппаратов. WCDMA может также лучше подходить для развертывания в густонаселенных городах Европы и Азии. Однако остаются препятствия, и перекрестное лицензирование патентов между Qualcomm и поставщиками WCDMA не исключило возможных патентных споров из-за особенностей WCDMA, которые по-прежнему защищены патентами Qualcomm. WCDMA был разработан в виде полного набора спецификаций – детального протокола, определяющего взаимодействие мобильного телефона с базовой станцией, модуляцию сигналов, структуру датаграмм и системные интерфейсы, обеспечивающие свободную конкуренцию в области технологических компонентов.

Развертывание

Первый в мире коммерческий сервис W-CDMA, FOMA, был запущен NTT DoCoMo в Японии в 2001 году. В других странах развертывания W-CDMA обычно продаются под брендом UMTS. W-CDMA также была адаптирована для использования в спутниковой связи в системе U.S. Mobile User Objective System с использованием геосинхронных спутников вместо базовых станций сотовой связи. J-Phone Japan (ранее Vodafone, а теперь SoftBank Mobile) вскоре последовали за ними, запустив собственный сервис на базе W-CDMA, первоначально брендированный как "Vodafone Global Standard" и заявлявший о совместимости с UMTS. Название сервиса было изменено на "Vodafone 3G" (ныне "SoftBank 3G") в декабре 2004 года. Начиная с 2003 года, Hutchison Whampoa постепенно запускала свои новые сети UMTS. После того, как МСЭ одобрил мобильную связь 3G, большинство стран либо "продали с аукциона" радиочастоты компании, готовой заплатить наибольшую сумму, либо провели "конкурс проектов", предложив различным компаниям представить свои обязательства в случае получения лицензий. Эта стратегия подверглась критике за стремление довести операторов до грани банкротства, чтобы те могли выполнить свои заявки или предложения. Большинство из них имеют ограничения по времени для запуска сервиса, при которых определенное "покрытие" должно быть достигнуто к определенной дате, иначе лицензия будет аннулирована. 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, затем 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 отключения в феврале 2022 года. Rogers в Канаде в марте 2007 года запустила HSDPA в районе Торонто Golden Horseshoe на W-CDMA на частотах 850/1900 МГц и планировала коммерческий запуск сервиса в 25 крупнейших городах в октябре 2007 года. TeliaSonera открыла сервис W-CDMA в Финляндии 13 октября 2004 года со скоростью до 384 кбит/с. Доступность ограничена основными городами. Цена приблизительно €2/МБ. SK Telecom и KTF, два крупнейших оператора мобильной связи в Южной Корее, начали предлагать услуги W-CDMA в декабре 2003 года. Из-за плохого покрытия и ограниченного выбора мобильных устройств сервис W-CDMA практически не оказал влияния на корейский рынок, где доминировал CDMA2000. К октябрю 2006 года обе компании обеспечивали покрытие более чем в 90 городах, при этом SK Telecom объявила о предоставлении общенационального покрытия своей сети WCDMA для предложения телефонов SBSM (Single Band Single Mode) к первой половине 2007 года. KT Freecel, таким образом, сократит финансирование разработки сети CDMA2000 до минимума. В Норвегии Telenor внедрила W-CDMA в крупных городах к концу 2004 года, а ее конкурент NetCom последовал за ней через несколько месяцев. Оба оператора имеют 98% национального покрытия EDGE, но у Telenor есть параллельные сети роуминга WLAN на базе GSM, где сервис UMTS конкурирует с ними. По этой причине Telenor прекращает поддержку своего WLAN-сервиса 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.

The world's first commercial W CDMA service, FOMA, was launched by NTT DoCoMo in Japan in 2001. Elsewhere, W CDMA deployments are usually marketed under the UMTS brand. W CDMA has also been adapted for use in satellite communications on the U. S. Mobile User Objective System using geosynchronous satellites in place of cell towers. J Phone Japan (once Vodafone and now SoftBank Mobile) soon followed by launching their own W CDMA based service, originally branded "Vodafone Global Standard" and claiming UMTS compatibility. The name of the service was changed to "Vodafone 3G" (now "SoftBank 3G") in December 2004. Beginning in 2003, Hutchison Whampoa gradually launched their upstart UMTS networks. Most countries have, since the ITU approved of the 3G mobile service, either "auctioned" the radio frequencies to the company willing to pay the most, or conducted a "beauty contest" asking the various companies to present what they intend to commit to if awarded the licences. This strategy has been criticised for aiming to drain the cash of operators to the brink of bankruptcy in order to honour their bids or proposals. Most of them have a time constraint for the rollout of the service where a certain "coverage" must be achieved within a given date or the licence will be revoked. Vodafone launched several UMTS networks in Europe in February 2004. MobileOne of Singapore commercially launched its 3G (W CDMA) services in February 2005. New Zealand in August 2005 and Australia in October 2005. AT&T Mobility utilized a UMTS network, with HSPA+, from 2005 until its shutdown in February 2022. Rogers in Canada March 2007 has launched HSDPA in the Toronto Golden Horseshoe district on W CDMA at 850/1900 MHz and plan the launch the service commercial in the top 25 cities October, 2007. TeliaSonera opened W CDMA service in Finland October 13, 2004, with speeds up to 384 kbit/s. Availability only in main cities. Pricing is approx. €2/MB. SK Telecom and KTF, two largest mobile phone service providers in South Korea, have each started offering W CDMA service in December 2003. Due to poor coverage and lack of choice in handhelds, the W CDMA service has barely made a dent in the Korean market which was dominated by CDMA2000. By October 2006 both companies are covering more than 90 cities while SK Telecom has announced that it will provide nationwide coverage for its WCDMA network in order for it to offer SBSM (Single Band Single Mode) handsets by the first half of 2007. KT Freecel will thus cut funding to its CDMA2000 network development to the minimum. In Norway, Telenor introduced W CDMA in major cities by the end of 2004, while their competitor, NetCom, followed suit a few months later. Both operators have 98% national coverage on EDGE, but Telenor has parallel WLAN roaming networks on GSM, where the UMTS service is competing with this. For this reason Telenor is dropping support of their WLAN service in Austria (2006). Maxis Communications and Celcom, two mobile phone service providers in Malaysia, started offering W CDMA services in 2005. In Sweden, Telia introduced W CDMA in March 2004.

UTRA-TDD

UMTS TDD, аббревиатура от Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) с использованием технологии Time Division Duplexing (TDD), – это версия сетей UMTS, стандартизированная 3GPP, использующая UTRA TDD. TD CDMA является частью IMT 2000 и определяется как IMT TD Time Division (IMT CDMA TDD), являясь одним из трех воздушных интерфейсов UMTS (UTRA), стандартизированных 3GPP в спецификации UTRA TDD HCR. UTRA TDD HCR тесно связан с W CDMA и обеспечивает, где это возможно, те же типы каналов. Улучшения HSDPA/HSUPA для UMTS также реализуются в TD CDMA. В США эта технология использовалась для обеспечения общественной безопасности и государственных нужд в Нью-Йорке и нескольких других регионах. В Японии компания IPMobile планировала предоставить услугу TD CDMA в 2006 году, но запуск был отложен, технология была изменена на TD SCDMA, и компания обанкротилась до официального начала предоставления услуг.

TD-SCDMA (UTRA-TDD 1,28 мкпс низкая скорость чипа (LCR))

Временное разделение синхронного кодового множественного доступа (TD SCDMA) или UTRA TDD 1,28 МГц с низкой скоростью распространения сигнала (UTRA TDD LCR), однако широкомасштабные коммерческие испытания с участием 60 000 пользователей в восьми городах были проведены только в 2008 году. 7 января 2009 года Китай выдал China Mobile лицензию 3G на TD SCDMA. 21 сентября 2009 года China Mobile официально объявила о 1 327 000 абонентах TD SCDMA по состоянию на конец августа 2009 года. TD SCDMA не получил широкого распространения за пределами Китая.

Технические особенности

TD-SCDMA использует TDD, в отличие от схемы FDD, применяемой в WCDMA. Благодаря динамической регулировке количества временных слотов, выделяемых для нисходящего и восходящего каналов, система легче адаптируется к асимметричному трафику с различными требованиями к скорости передачи данных в обоих направлениях, чем схемы FDD. Поскольку для нисходящего и восходящего каналов не требуется парный спектр, повышается гибкость распределения спектра. Использование одной и той же несущей частоты для восходящего и нисходящего каналов означает, что условия распространения сигнала одинаковы в обоих направлениях, и базовая станция может выводить информацию о нисходящем канале на основе оценок восходящего канала, что полезно при применении методов формирования диаграммы направленности. TD-SCDMA также использует TDMA в дополнение к CDMA, применяемому в WCDMA. Это уменьшает количество пользователей в каждом временном слоте, что упрощает реализацию схем многопользовательского обнаружения и формирования диаграммы направленности, однако прерывистая передача снижает зону покрытия (из-за необходимости большей пиковой мощности), мобильность (из-за меньшей частоты управления мощностью) и усложняет алгоритмы управления радиоресурсами. Буква "S" в TD-SCDMA означает "синхронный", что указывает на синхронизацию восходящих сигналов на приемнике базовой станции, достигаемую посредством непрерывной коррекции времени. Это снижает взаимные помехи между пользователями одного временного слота, использующими различные коды, за счет повышения ортогональности кодов, тем самым увеличивая емкость системы, но требует некоторой аппаратной сложности для обеспечения синхронизации восходящего канала.

Сравнение с UMTS-FDD

Обычный UMTS использует UTRA FDD в качестве воздушного интерфейса и известен как UMTS FDD. UMTS FDD использует W-CDMA для множественного доступа и частотное дуплексирование для организации дуплексной связи, что означает, что восходящий и нисходящий каналы передают данные на разных частотах. UMTS обычно работает на частотах, выделенных для мобильной телефонной связи 1G, 2G или 3G в странах эксплуатации. UMTS TDD использует временное дуплексирование, позволяя восходящему и нисходящему каналам совместно использовать один и тот же спектр. Это дает оператору возможность более гибко распределять использование доступного спектра в зависимости от характера трафика. Для обычной голосовой связи можно ожидать, что восходящий и нисходящий каналы передают примерно одинаковый объем данных (поскольку для каждого телефонного звонка требуется передача голоса в обоих направлениях), но интернет-трафик чаще всего однонаправленный. Например, при просмотре веб-сайта пользователь отправляет короткие команды на сервер, а сервер в ответ отправляет целые файлы, которые обычно больше этих команд. UMTS TDD, как правило, выделяется для частот, предназначенных для мобильных/беспроводных интернет-сервисов, а не используется на существующих частотах сотовой связи. Это частично связано с тем, что частотное дуплексирование TDD обычно не разрешено на частотах сотовой связи, PCS/PCN и 3G. Технологии TDD открывают возможность использования непарного спектра, оставшегося невостребованным. В Европе несколько диапазонов предоставляются специально для UMTS TDD или для аналогичных технологий. Это 1900 и 1920 МГц, а также диапазоны от 2010 до 2025 МГц. В ряде стран диапазон 2500–2690 МГц (также известный как MMDS в США) используется для развертывания UMTS TDD. Кроме того, в некоторых странах, в частности в Великобритании, в технологически нейтральной среде выделен спектр в диапазоне 3,5 ГГц. В Чешской Республике UMTS TDD также используется в диапазоне частот около 872 МГц.

Развертывание

UMTS TDD был развернут в общественных и/или частных сетях как минимум в девятнадцати странах мира, с действующими системами в Австралии, Чехии, Франции, Германии, Японии, Новой Зеландии, Ботсване, Южной Африке, Великобритании и США, среди прочих. Развертывания в США на данный момент были ограничены. Он был выбран для сети поддержки общественной безопасности, используемой службами экстренного реагирования в Нью-Йорке, но за пределами некоторых экспериментальных систем, в частности, разработанной Nextel, на данный момент стандарт WiMAX, похоже, получил большее распространение как общая система мобильного доступа в Интернет.

Конкурирующие стандарты

Существует множество систем доступа в Интернет, обеспечивающих высокоскоростной доступ в сеть. К ним относятся WiMAX и HIPERMAN. UMTS TDD имеет преимущество в возможности использования существующей инфраструктуры UMTS/GSM оператора, если таковая имеется, а также включает режимы UMTS, оптимизированные для коммутации каналов, что может быть полезно, например, если оператор планирует предоставлять услуги телефонной связи. Производительность UMTS TDD также более стабильна. Однако операторы, внедряющие UMTS TDD, часто сталкиваются с регуляторными проблемами при использовании некоторых сервисов, обеспечиваемых совместимостью с UMTS. Например, спектр UMTS TDD в Великобритании в настоящее время нельзя использовать для предоставления телефонных услуг, хотя регулятор OFCOM рассматривает возможность разрешения этого в будущем. Лишь немногие операторы, рассматривающие возможность внедрения UMTS TDD, располагают существующей инфраструктурой UMTS/GSM. Кроме того, системы WiMAX и HIPERMAN обеспечивают значительно большую пропускную способность, когда мобильная станция находится вблизи базовой станции. Как и в случае большинства систем мобильного доступа в Интернет, многие пользователи, которые в противном случае могли бы выбрать UMTS TDD, удовлетворяют свои потребности благодаря случайному набору несвязанных точек доступа Wi-Fi в ресторанах и транспортных узлах, и/или доступом в Интернет, уже предоставляемым их оператором мобильной связи. По сравнению с этим, UMTS TDD (и системы, такие как WiMAX) обеспечивают мобильный и более стабильный доступ, чем первые, и, как правило, более быстрый доступ, чем вторые.

Сеть радиодоступа

UMTS также определяет универсальную наземную сеть радиодоступа (UTRAN), которая состоит из нескольких базовых станций, возможно, использующих различные стандарты наземного воздушного интерфейса и полосы частот. UMTS и GSM/EDGE могут совместно использовать базовую сеть (CN), что делает UTRAN альтернативной сетью радиодоступа по отношению к GERAN (GSM/EDGE RAN) и обеспечивает (в основном) прозрачное переключение между сетями радиодоступа в зависимости от доступного покрытия и потребностей в обслуживании. В связи с этим сети UMTS и GSM/EDGE иногда коллективно называют UTRAN/GERAN. Сети UMTS часто комбинируются с GSM/EDGE, последняя 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 отвечает за установление соединения, измерения, услуги радиоканала, безопасность и принятие решений о передаче. Протокол RLC в основном подразделяется на три режима: прозрачный режим (TM), режим без подтверждения (UM) и режим с подтверждением (AM). Функциональность сущности AM аналогична работе TCP, а UM – UDP. В режиме TM данные передаются на нижние уровни без добавления каких-либо заголовков к SDU верхних уровней. MAC осуществляет планирование данных на воздушном интерфейсе в зависимости от параметров, сконфигурированных на верхнем уровне (RRC). Набор характеристик, связанных с передачей данных, называется радиоканалом (RB). Этот набор характеристик определяет максимальный объем данных, допустимый в течение TTI (интервала времени передачи). RB включает информацию RLC и отображение RB. Отображение RB определяет соответствие между RB, логическим каналом и транспортным каналом. Сигнальные сообщения передаются по сигнальным радиоканалам (SRB), а пакеты данных (CS или PS) – по каналам данных RB. Сообщения RRC и NAS передаются по SRB. Безопасность включает в себя две процедуры: обеспечение целостности и шифрование. Обеспечение целостности подтверждает источник сообщений и гарантирует, что никто (третья сторона или неизвестный субъект) на радиоинтерфейсе не изменял сообщения. Шифрование гарантирует, что никто не сможет прослушивать ваши данные на воздушном интерфейсе. Для SRB применяются как обеспечение целостности, так и шифрование, в то время как для каналов данных RB применяется только шифрование.

UMTS also specifies the Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN), which is composed of multiple base stations, possibly using different terrestrial air interface standards and frequency bands. UMTS and GSM/EDGE can share a Core Network (CN), making UTRAN an alternative radio access network to GERAN (GSM/EDGE RAN), and allowing (mostly) transparent switching between the RANs according to available coverage and service needs. Because of that, UMTS's and GSM/EDGE's radio access networks are sometimes collectively referred to as UTRAN/GERAN. UMTS networks are often combined with GSM/EDGE, the latter of which is also a part of IMT 2000. The UE (User Equipment) interface of the RAN (Radio Access Network) primarily consists of RRC (Radio Resource Control), PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RLC (Radio Link Control) and MAC (Media Access Control) protocols. RRC protocol handles connection establishment, measurements, radio bearer services, security and handover decisions. RLC protocol primarily divides into three ModesTransparent Mode (TM), Unacknowledge Mode (UM), Acknowledge Mode (AM). The functionality of AM entity resembles TCP operation whereas UM operation resembles UDP operation. In TM mode, data will be sent to lower layers without adding any header to SDU of higher layers. MAC handles the scheduling of data on air interface depending on higher layer (RRC) configured parameters. The set of properties related to data transmission is called Radio Bearer (RB). This set of properties decides the maximum allowed data in a TTI (Transmission Time Interval). RB includes RLC information and RB mapping. RB mapping decides the mapping between RB< >logical channel< >transport channel. Signaling messages are sent on Signaling Radio Bearers (SRBs) and data packets (either CS or PS) are sent on data RBs. RRC and NAS messages go on SRBs. Security includes two procedures: integrity and ciphering. Integrity validates the resource of messages and also makes sure that no one (third/unknown party) on the radio interface has modified the messages. Ciphering ensures that no one listens to your data on the air interface. Both integrity and ciphering are applied for SRBs whereas only ciphering is applied for data RBs.

Основная сеть

В части мобильных приложений UMTS использует тот же стандарт основной сети, что и GSM/EDGE. Это обеспечивает простую миграцию для существующих операторов GSM. Однако переход на UMTS все еще требует значительных затрат: хотя большая часть основной инфраструктуры используется совместно с GSM, стоимость получения новых лицензий на спектр и установки оборудования UMTS на существующих вышках связи высока. Основная сеть (КН) может быть подключена к различным магистральным сетям, таким как Интернет или телефонная сеть Integrated Services Digital Network (ISDN). UMTS (и GERAN) включают три нижних уровня модели OSI. Сетевой уровень (OSI 3) включает протокол управления радиоресурсами (RRM), который управляет каналами-носителями между мобильными терминалами и стационарной сетью, включая процедуры передачи обслуживания.

UARFCN

UARFCN (сокращение 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 рассчитывается на основе частоты в МГц по формуле: номер канала = частота * 5. Однако это позволяет представить только каналы, центрированные на значениях, кратных 200 кГц, что не соответствует схемам лицензирования в Северной Америке. 3GPP добавила несколько специальных значений для часто используемых каналов в Северной Америке.

Распределение спектра

Более 130 лицензий уже выдано операторам по всему миру (по состоянию на декабрь 2004 года), определяющих технологию радиодоступа WCDMA, основанную на GSM. В Европе процесс лицензирования пришелся на закат технологического бума, и механизмы аукционов по распределению, созданные в некоторых странах, привели к тому, что за первоначальные лицензии на частоту 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, две из которых впоследствии были отклонены и списаны их покупателями (Mobilcom и консорциум Sonera/Telefónica). Предполагалось, что эти огромные лицензионные сборы представляют собой своего рода крупный налог, уплачиваемый с будущих доходов, ожидаемых через много лет. В любом случае, высокие цены, которые были уплачены, поставили некоторых европейских операторов связи на грань банкротства (в частности, KPN). За последние несколько лет некоторые операторы списали часть или всю стоимость лицензий. В период с 2007 по 2009 год все три финских оператора начали использовать UMTS на частоте 900 МГц в совместной схеме с окружающими базовыми станциями 2G GSM для обеспечения покрытия сельской местности, тенденция, которая, как ожидается, распространится по Европе в течение следующих 1–3 лет. Диапазон 2100 МГц (по нисходящей линии около 2100 МГц и по восходящей линии 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 – для спутниковой связи. Однако регулирующие органы освободили часть диапазона 2100 МГц для услуг 3G, а также другой диапазон около 1700 МГц для восходящей линии связи. AT&T Wireless запустила услуги UMTS в Соединенных Штатах к концу 2004 года, используя исключительно 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 внедрила в некоторых городах сеть UMTS на частоте 850 МГц для улучшения существующей сети UMTS на частоте 1900 МГц и теперь предлагает абонентам ряд двухдиапазонных телефонов UMTS 850/1900. Развертывание UMTS в США компанией T-Mobile изначально было сосредоточено на диапазоне 1700 МГц. Однако T-Mobile перевела пользователей с 1700 МГц на 1900 МГц (PCS) для перераспределения спектра на услуги 4G LTE. В Канаде покрытие UMTS предоставляется в диапазонах 850 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 национальной сетью 3G на основе UMTS, получившей название NextG и работающей в диапазоне 850 МГц. В настоящее время Telstra предоставляет услуги UMTS в этой сети, а также в сети UMTS 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 развертывает сеть 3G, работающую в диапазоне 2100 МГц в городах и большинстве крупных населенных пунктов, а также в диапазоне 900 МГц в регионах. Vodafone также строит сеть 3G, используя диапазон 900 МГц. В Индии BSNL начала предоставлять услуги 3G с октября 2009 года, начиная с крупных городов, а затем расширяя их на небольшие города. Диапазоны 850 и 900 МГц обеспечивают большее покрытие по сравнению с эквивалентными сетями 1700/1900/2100 МГц и лучше всего подходят для регионов, где большие расстояния разделяют базовую станцию и абонента. Операторы связи в Южной Америке также развертывают сети 850 МГц.

Over 130 licenses have already been awarded to operators worldwide (as of December 2004), specifying W CDMA radio access technology that builds on GSM. In Europe, the license process occurred at the tail end of the technology bubble, and the auction mechanisms for allocation set up in some countries resulted in some extremely high prices being paid for the original 2100 MHz licenses, notably in the UK and Germany. In Germany, bidders paid a total €50.8 billion for six licenses, two of which were subsequently abandoned and written off by their purchasers (Mobilcom and the Sonera/Telefónica consortium). It has been suggested that these huge license fees have the character of a very large tax paid on future income expected many years down the road. In any event, the high prices paid put some European telecom operators close to bankruptcy (most notably KPN). Over the last few years some operators have written off some or all of the license costs. Between 2007 and 2009, all three Finnish carriers began to use 900 MHz UMTS in a shared arrangement with its surrounding 2G GSM base stations for rural area coverage, a trend that is expected to expand over Europe in the next 1–3 years. The 2100 MHz band (downlink around 2100 MHz and uplink around 1900 MHz) allocated for UMTS in Europe and most of Asia is already used in North America. The 1900 MHz range is used for 2G (PCS) services, and 2100 MHz range is used for satellite communications. Regulators have, however, freed up some of the 2100 MHz range for 3G services, together with a different range around 1700 MHz for the uplink. AT&T Wireless launched UMTS services in the United States by the end of 2004 strictly using the existing 1900 MHz spectrum allocated for 2G PCS services. Cingular acquired AT&T Wireless in 2004 and has since then launched UMTS in select US cities. Cingular renamed itself AT&T Mobility and rolled out some cities with a UMTS network at 850 MHz to enhance its existing UMTS network at 1900 MHz and now offers subscribers a number of dual band UMTS 850/1900 phones. T Mobile's rollout of UMTS in the US was originally focused on the 1700 MHz band. However, T Mobile has been moving users from 1700 MHz to 1900 MHz (PCS) in order to reallocate the spectrum to 4G LTE services. In Canada, UMTS coverage is being provided on the 850 MHz and 1900 MHz bands on the Rogers and Bell Telus networks. Bell and Telus share the network. Recently, new providers Wind Mobile, Mobilicity and Videotron have begun operations in the 1700 MHz band. In 2008, Australian telco Telstra replaced its existing CDMA network with a national UMTS based 3G network, branded as NextG, operating in the 850 MHz band. Telstra currently provides UMTS service on this network, and also on the 2100 MHz UMTS network, through a co ownership of the owning and administrating company 3GIS. This company is also co owned by Hutchison 3G Australia, and this is the primary network used by their customers. Optus is currently rolling out a 3G network operating on the 2100 MHz band in cities and most large towns, and the 900 MHz band in regional areas. Vodafone is also building a 3G network using the 900 MHz band. In India, BSNL has started its 3G services since October 2009, beginning with the larger cities and then expanding over to smaller cities. The 850 MHz and 900 MHz bands provide greater coverage compared to equivalent 1700/1900/2100 MHz networks, and are best suited to regional areas where greater distances separate base station and subscriber. Carriers in South America are now also rolling out 850 MHz networks.

Взаимодействия и глобальный роуминг

UMTS телефоны (и карты данных) отличаются высокой портативностью, они разработаны для удобного роуминга в другие сети UMTS (при наличии соответствующих соглашений о роуминге между операторами). Кроме того, почти все телефоны UMTS являются устройствами с поддержкой двух режимов – UMTS/GSM, поэтому во время звонка, если телефон UMTS окажется вне зоны действия сети UMTS, вызов может быть автоматически переключен на доступную сеть GSM. Плата за роуминг обычно значительно выше, чем обычные тарифы. Большинство операторов сетей UMTS считают обеспечение повсеместного и прозрачного глобального роуминга важной задачей. Для обеспечения высокой степени совместимости телефоны UMTS обычно поддерживают несколько различных частотных диапазонов в дополнение к возможности работы в сетях GSM. Разные страны используют разные частотные диапазоны UMTS: в Европе изначально использовалась частота 2100 МГц, в то время как большинство операторов в США используют 850 МГц и 1900 МГц. T-Mobile запустила сеть в США, работающую на частоте 1700 МГц (восходящий канал) / 2100 МГц (нисходящий канал), и эти диапазоны также были приняты в других регионах США, а также в Канаде и Латинской Америке. Для обеспечения совместимости телефон UMTS и сеть должны поддерживать общую частоту. Из-за используемых частот ранние модели телефонов UMTS, предназначенные для Соединенных Штатов, скорее всего, не будут работать в других странах, 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), основанный на SIM-карте GSM, и также работать (включая услуги UMTS) с SIM-картами GSM. Это глобальный стандарт идентификации, позволяющий сети идентифицировать и аутентифицировать (U)SIM-карту в телефоне. Соглашения о роуминге между сетями позволяют перенаправлять вызовы клиенту, находящемуся в роуминге, и определять доступные для пользователя услуги (и цены). Помимо информации об абоненте и аутентификационных данных, (U)SIM-карта предоставляет место для хранения контактов телефонной книги. Устройства могут хранить свои данные в собственной памяти или на (U)SIM-карте (которая обычно имеет ограниченный объем памяти для контактов). (U)SIM-карту можно перенести в другой телефон UMTS или GSM, и телефон примет данные пользователя с (U)SIM-карты, то есть именно (U)SIM-карта (а не телефон) определяет номер телефона и тарификацию звонков. Япония стала первой страной, внедрившей технологии 3G, и поскольку ранее она не использовала GSM, ей не потребовалось обеспечивать совместимость с GSM в своих телефонах, что позволило сделать их 3G-телефоны меньше, чем аналоги, доступные в других странах. В 2002 году сеть FOMA 3G компании NTT DoCoMo стала первой коммерческой сетью UMTS, использующей предварительную спецификацию. Она изначально была несовместима со стандартом UMTS на радиоуровне, но использовала стандартные карты USIM, что позволяло осуществлять роуминг на основе карт USIM (путем переноса карты USIM в телефон UMTS или GSM во время поездки). В настоящее время и NTT DoCoMo, и SoftBank Mobile (запустившая 3G в декабре 2002 года) используют стандарт UMTS.

UMTS phones (and data cards) are highly portable they have been designed to roam easily onto other UMTS networks (if the providers have roaming agreements in place). In addition, almost all UMTS phones are UMTS/GSM dual mode devices, so if a UMTS phone travels outside of UMTS coverage during a call the call may be transparently handed off to available GSM coverage. Roaming charges are usually significantly higher than regular usage charges. Most UMTS licensees consider ubiquitous, transparent global roaming an important issue. To enable a high degree of interoperability, UMTS phones usually support several different frequencies in addition to their GSM fallback. Different countries support different UMTS frequency bandsEurope initially used 2100 MHz while the most carriers in the USA use 850 MHz and 1900 MHz. T Mobile has launched a network in the US operating at 1700 MHz (uplink) /2100 MHz (downlink), and these bands also have been adopted elsewhere in the US and in Canada and Latin America. A UMTS phone and network must support a common frequency to work together. Because of the frequencies used, early models of UMTS phones designated for the United States will likely not be operable elsewhere and vice versa. There are now 11 different frequency combinations used around the world including frequencies formerly used solely for 2G services. UMTS phones can use a Universal Subscriber Identity Module, USIM (based on GSM's SIM card) and also work (including UMTS services) with GSM SIM cards. This is a global standard of identification, and enables a network to identify and authenticate the (U)SIM in the phone. Roaming agreements between networks allow for calls to a customer to be redirected to them while roaming and determine the services (and prices) available to the user. In addition to user subscriber information and authentication information, the (U)SIM provides storage space for phone book contact. Handsets can store their data on their own memory or on the (U)SIM card (which is usually more limited in its phone book contact information). A (U)SIM can be moved to another UMTS or GSM phone, and the phone will take on the user details of the (U)SIM, meaning it is the (U)SIM (not the phone) which determines the phone number of the phone and the billing for calls made from the phone. Japan was the first country to adopt 3G technologies, and since they had not used GSM previously they had no need to build GSM compatibility into their handsets and their 3G handsets were smaller than those available elsewhere. In 2002, NTT DoCoMo's FOMA 3G network was the first commercial UMTS networkusing a pre release specification, it was initially incompatible with the UMTS standard at the radio level but used standard USIM cards, meaning USIM card based roaming was possible (transferring the USIM card into a UMTS or GSM phone when travelling). Both NTT DoCoMo and SoftBank Mobile (which launched 3G in December 2002) now use standard UMTS.

Модемы и телефоны

Все крупные производители телефонов 2G (которые до сих пор существуют) теперь выпускают телефоны 3G. Первые 3G-телефоны и модемы были настроены на частоты, используемые в конкретной стране, что ограничивало возможность роуминга только странами с той же частотой 3G (хотя они могли переключаться на более старый стандарт GSM). Канада и США используют общие частоты, как и большинство стран Европы. Статья «Диапазоны частот UMTS» содержит обзор частот сетей UMTS по всему миру. С помощью сотового маршрутизатора, карты PCMCIA или USB-карты пользователи могут получить доступ к широкополосному 3G-интернету, независимо от используемого компьютера (например, планшета или КПК). В некоторых случаях программное обеспечение устанавливается автоматически с модема, что позволяет подключиться к интернету мгновенно без каких-либо специальных знаний. Используя телефон с поддержкой 3G и Bluetooth 2.0, можно подключить несколько ноутбуков с поддержкой Bluetooth к интернету. Некоторые смартфоны также могут работать как мобильная точка доступа WLAN. На рынке представлено очень мало 3G-телефонов или модемов, поддерживающих все частоты 3G (UMTS850/900/1700/1900/2100 МГц). В 2010 году компания Nokia выпустила линейку телефонов с поддержкой пяти частотных диапазонов 3G, включая модели N8 и E7. Многие другие телефоны поддерживают несколько диапазонов, что обеспечивает широкие возможности роуминга. Например, iPhone 4 от Apple оснащен четырехдиапазонным чипсетом, работающим на частотах 850/900/1900/2100 МГц, что позволяет использовать его в большинстве стран, где развернута технология UMTS FDD.

Другие конкурирующие стандарты

Основным конкурентом UMTS является CDMA2000 (IMT MC), разработанный 3GPP2. В отличие от UMTS, CDMA2000 представляет собой эволюционное обновление существующего стандарта 2G, cdmaOne, и способен работать в тех же частотных диапазонах. Это, а также более скромные требования CDMA2000 к полосе пропускания, упрощают его развертывание в существующих спектрах. В некоторых, но не во всех случаях, у существующих операторов GSM достаточно спектра для внедрения либо UMTS, либо GSM, но не обоих. Например, в блоках спектра PCS D, E и F в США доступно по 5 МГц спектра в каждом направлении. Стандартная система UMTS полностью заполнит этот спектр. Там, где развернут CDMA2000, он обычно сосуществует с UMTS. Однако на многих рынках вопрос сосуществования не имеет большого значения из-за законодательных ограничений на одновременное развертывание двух стандартов в одном лицензируемом сегменте спектра. Другим конкурентом UMTS является EDGE (IMT SC), эволюционное обновление 2G-системы GSM, использующее существующие спектры GSM. Операторам беспроводной связи гораздо проще, быстрее и значительно дешевле добавить функциональность EDGE, модернизировав существующее оборудование для передачи GSM для поддержки EDGE, чем устанавливать практически все новое оборудование для обеспечения работы UMTS. Однако, поскольку EDGE разрабатывается 3GPP, как и UMTS, он не является полноценным конкурентом. Вместо этого он используется как временное решение перед внедрением UMTS или как дополнение для сельской местности. Этому способствует то, что спецификации GSM/EDGE и UMTS разрабатываются совместно и опираются на одну и ту же основную сеть, что обеспечивает работу в двух режимах, включая вертикальную передачу. Китайский стандарт TD SCDMA также часто рассматривается как конкурент. TD SCDMA был добавлен в Release 4 UMTS 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 микро-, так и для макроячеек. Однако отсутствие поддержки производителей препятствует его становлению реальным конкурентом. Хотя DECT технически способен конкурировать с UMTS и другими сотовыми сетями в густонаселенных городских районах, он был развернут только для беспроводных домашних телефонов и частных внутридомовых сетей. Все эти конкуренты были приняты МСЭ в качестве части семейства стандартов IMT 2000 3G, наряду с UMTS FDD. Что касается доступа в Интернет, то конкурирующие системы включают WiMAX и Flash OFDM.

The main competitor to UMTS is CDMA2000 (IMT MC), which is developed by the 3GPP2. Unlike UMTS, CDMA2000 is an evolutionary upgrade to an existing 2G standard, cdmaOne, and is able to operate within the same frequency allocations. This and CDMA2000's narrower bandwidth requirements make it easier to deploy in existing spectra. In some, but not all, cases, existing GSM operators only have enough spectrum to implement either UMTS or GSM, not both. For example, in the US D, E, and F PCS spectrum blocks, the amount of spectrum available is 5 MHz in each direction. A standard UMTS system would saturate that spectrum. Where CDMA2000 is deployed, it usually co exists with UMTS. In many markets however, the co existence issue is of little relevance, as legislative hurdles exist to co deploying two standards in the same licensed slice of spectrum. Another competitor to UMTS is EDGE (IMT SC), which is an evolutionary upgrade to the 2G GSM system, leveraging existing GSM spectrums. It is also much easier, quicker, and considerably cheaper for wireless carriers to "bolt on" EDGE functionality by upgrading their existing GSM transmission hardware to support EDGE rather than having to install almost all brand new equipment to deliver UMTS. However, being developed by 3GPP just as UMTS, EDGE is not a true competitor. Instead, it is used as a temporary solution preceding UMTS roll out or as a complement for rural areas. This is facilitated by the fact that GSM/EDGE and UMTS specifications are jointly developed and rely on the same core network, allowing dual mode operation including vertical handovers. China's TD SCDMA standard is often seen as a competitor, too. TD SCDMA has been added to UMTS' Release 4 as UTRA TDD 1.28 Mcps Low Chip Rate (UTRA TDD LCR). Unlike TD CDMA (UTRA TDD 3.84 Mcps High Chip Rate, UTRA TDD HCR) which complements W CDMA (UTRA FDD), it is suitable for both micro and macrocells. However, the lack of vendors' support is preventing it from being a real competitor. While DECT is technically capable of competing with UMTS and other cellular networks in densely populated, urban areas, it has only been deployed for domestic cordless phones and private in house networks. All of these competitors have been accepted by ITU as part of the IMT 2000 family of 3G standards, along with UMTS FDD. On the Internet access side, competing systems include WiMAX and Flash OFDM.

Проблемы и вопросы

Некоторые страны, включая Соединенные Штаты, выделили спектр иным образом, чем рекомендовано МСЭ, в результате чего стандартные частотные диапазоны, наиболее часто используемые для UMTS (UMTS 2100), оказались недоступны. В этих странах используются альтернативные диапазоны, что препятствует взаимодействию существующего оборудования UMTS 2100 и требует разработки и производства различного оборудования для использования на этих рынках. Как и в случае с GSM900 сегодня, стандартное оборудование UMTS 2100 МГц не будет работать на этих рынках. Однако, похоже, что UMTS в меньшей степени страдает от проблем совместимости частотных диапазонов, чем GSM, поскольку многие телефоны UMTS являются многодиапазонными как в режимах UMTS, так и GSM. Телефоны с поддержкой пяти диапазонов (850, 900, 1700, 2100 и 1900 МГц), четырехдиапазонные GSM (850, 900, 1800 и 1900 МГц) и трехдиапазонные UMTS (850, 1900 и 2100 МГц) становятся все более распространенными. На заре развития UMTS существовали проблемы во многих странах: первыми на рынок, чувствительный к весу и форм-фактору, вышли громоздкие телефоны с малым временем автономной работы. Motorola A830, первый телефон в сети Hutchison 3, весил более 200 граммов и даже оснащался съемной камерой для уменьшения веса устройства. Еще одной серьезной проблемой была надежность связи, связанная с проблемами при переключении между UMTS и GSM. Пользователи сталкивались с обрывами соединения, поскольку переключение было возможно только в одном направлении (UMTS → GSM), а телефон возвращался в сеть UMTS только после завершения вызова. В большинстве сетей мира эта проблема больше не актуальна. По сравнению с GSM, сети UMTS изначально требовали более высокой плотности базовых станций. Для полноценной UMTS с функциями видео по запросу требовалось устанавливать одну базовую станцию на каждые 1–1,5 км. Это было справедливо, 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 сетей нижнего диапазона операторами с 2006 года. Даже с использованием современных технологий и низкочастотного UMTS, телефония и передача данных по UMTS требуют больше энергии, чем в сопоставимых сетях GSM. Компания Apple Inc. назвала энергопотребление UMTS причиной того, что iPhone первого поколения поддерживал только EDGE. В описании iPhone 3G указано, что время разговора в сети UMTS вдвое меньше, чем при использовании GSM. Другие производители также указывают на разное время автономной работы в режиме UMTS по сравнению с режимом GSM. По мере совершенствования технологий аккумуляторов и сетей эта проблема становится менее выраженной.

Some countries, including the United States, have allocated spectrum differently from the ITU recommendations, so that the standard bands most commonly used for UMTS (UMTS 2100) have not been available. In those countries, alternative bands are used, preventing the interoperability of existing UMTS 2100 equipment, and requiring the design and manufacture of different equipment for the use in these markets. As is the case with GSM900 today, standard UMTS 2100 MHz equipment will not work in those markets. However, it appears as though UMTS is not suffering as much from handset band compatibility issues as GSM did, as many UMTS handsets are multi band in both UMTS and GSM modes. Penta band (850, 900, 1700, 2100, and 1900 MHz bands), quad band GSM (850, 900, 1800, and 1900 MHz bands) and tri band UMTS (850, 1900, and 2100 MHz bands) handsets are becoming more commonplace. In its early days, UMTS had problems in many countries: Overweight handsets with poor battery life were first to arrive on a market highly sensitive to weight and form factor. The Motorola A830, a debut handset on Hutchison's 3 network, weighed more than 200 grams and even featured a detachable camera to reduce handset weight. Another significant issue involved call reliability, related to problems with handover from UMTS to GSM. Customers found their connections being dropped as handovers were possible only in one direction (UMTS → GSM), with the handset only changing back to UMTS after hanging up. In most networks around the world this is no longer an issue. Compared to GSM, UMTS networks initially required a higher base station density. For fully fledged UMTS incorporating video on demand features, one base station needed to be set up every 1–1.5 km (0.62–0.93 mi). This was the case when only the 2100 MHz band was being used, however with the growing use of lower frequency bands (such as 850 and 900 MHz) this is no longer so. This has led to increasing rollout of the lower band networks by operators since 2006. Even with current technologies and low band UMTS, telephony and data over UMTS requires more power than on comparable GSM networks. Apple Inc. cited UMTS power consumption as the reason that the first generation iPhone only supported EDGE. Their release of the iPhone 3G quotes talk time on UMTS as half that available when the handset is set to use GSM. Other manufacturers indicate different battery lifetime for UMTS mode compared to GSM mode as well. As battery and network technology improve, this issue is diminishing.

Вопросы безопасности

Еще в 2008 году было известно, что сети сотовой связи могут использоваться для тайного сбора информации о местоположении пользователей. В августе 2014 года газета Washington Post сообщила о широкой продаже систем слежки, использующих протоколы Сигнализационной системы №7 (SS7) для определения местонахождения абонентов в любой точке мира. Deutsche Telekom и Vodafone заявили в тот же день, что устранили уязвимости в своих сетях, но проблема носит глобальный характер и может быть решена только комплексным решением для всей телекоммуникационной отрасли.

Релизы

Развитие UMTS происходит в соответствии с запланированными релизами. Каждый релиз разработан для внедрения новых функций и улучшения существующих.