[科普中國]-通用移動(dòng)通信系統(tǒng)

通用移動(dòng)通信系統(tǒng)，簡稱UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)，UMTS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)。它使用WCDMA作為底層標(biāo)準(zhǔn)，由3GPP定型，代表歐洲對(duì)ITUIMT-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。

版本演進(jìn)R99：UMTS的第一個(gè)版本為R99（在1999年完成發(fā)布），其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與GSM類似，也包括終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，如圖1所示。

R4：R4標(biāo)準(zhǔn)在空中接口（Uu）上增加了TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。在核心網(wǎng)側(cè)的電路域部分，使用移動(dòng)軟交換架構(gòu)，如圖2所示。

R5：R5的變化堪稱經(jīng)典，主要包括三個(gè)部分。

在空中接口（Uu）引入HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分組接入），使下行峰值速率達(dá)到14.4 Mbit/s。成為真正意義上的寬帶。

在接入網(wǎng)中引入IP承載，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)IP的傳輸，即全I(xiàn)P。

引入IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）。

R6：R6在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上基本沒有變化，引入了HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分組接入）和MBMS（Multimedia Broadcast/Multicast Service，多媒體廣播多播業(yè)務(wù)）技術(shù)。在這之后，3GPP還提出了R7、R8、R9等，繼續(xù)為提高速率而努力。只要需求不斷，演進(jìn)就會(huì)繼續(xù)下去！

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。1

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（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&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 （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)競爭對(duì)手，但是不得不承認(rèn)，運(yùn)營商為了提供比單純UMTS更有競爭力的產(chǎn)品，他們必須或者擁有或者租用別人的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。

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。

技術(shù)

簡單的說，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。頻段分配可參見[1]。

對(duì)現(xiàn)有的GSM運(yùn)營商有一個(gè)簡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

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。盡管市場上的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)，F(xiàn)OMA，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。

其他競爭標(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年該國范圍內(nèi)開始運(yùn)行EDGE，Cingular 也在該國內(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競爭提供了一個(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。2

問題運(yùn)營商首先面對(duì)的問題

超重的手機(jī)只有可憐的待機(jī)時(shí)間；

若要實(shí)現(xiàn)UMTS的VOD功能，每100米要設(shè)立一個(gè)基站。在都市區(qū)域經(jīng)濟(jì)上可行，在人口較少的郊區(qū)和鄉(xiāng)下不可行。

來自Wi-Fi寬帶網(wǎng)絡(luò)的競爭

客戶缺少對(duì)3G重要的需求

通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（UMTS）是第三代（3G）移動(dòng)電話技術(shù)。它使用的W -作為基礎(chǔ)的CDMA系統(tǒng)，是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)化，并代表歐洲/日本的答案國際電聯(lián)IMT - 2000的要求3G蜂窩無線電系統(tǒng)。

以區(qū)別于競爭的UMTS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，UMTS是有時(shí)也叫3GSM大會(huì)上，強(qiáng)調(diào)了該技術(shù)的3G的性質(zhì)和GSM標(biāo)準(zhǔn)，其目的是成功的組合。3

通用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)通用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供了一種連接，為移動(dòng)用戶提供高速無線數(shù)據(jù)接入服務(wù)，是以蜂窩移動(dòng)通信為組網(wǎng)方式的移動(dòng)無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟(jì)大學(xué)