《電子技術(shù)應(yīng)用》
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UMTS通信技術(shù)特性及技術(shù)分析
21IC電子網(wǎng)
摘要: 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,。
Abstract:
Key words :
      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(wú)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(lái),,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(yè)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(yè)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?jī)?nèi)容,。

      二,、UMTS特性

      UMTS支持1920kbps的傳輸速率 (不是經(jīng)常看到的2Mbps), 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(wèn)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(guó)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(méi)有經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證,。

      UMTS其它可能的應(yīng)用還有音樂(lè)下載和視頻電話。

      三,、UMTS實(shí)際運(yùn)營(yíng)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(yíng),。下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商3 2003年在英國(guó)啟動(dòng)。.

      3是一個(gè)從3G網(wǎng)絡(luò)成長(zhǎng)起來(lái)的原屬于和記黃埔(現(xiàn)在是合作伙伴)的運(yùn)營(yíng)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(ài)爾蘭共和國(guó)和瑞典. 大多數(shù)西歐GSM運(yùn)營(yíng)商打算未來(lái)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(guó)和德國(guó)的網(wǎng)絡(luò)也在調(diào)試中,。

      2004年2月,沃達(dá)豐開(kāi)始在包括英國(guó)德國(guó)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(yíng),。

      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(guó)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(guó) AMPS/TDMA/GSM 運(yùn)營(yíng)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(yíng)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(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)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(kāi)始部署使用HSDPA技術(shù)的UMTS網(wǎng)絡(luò),。 區(qū)別于AT&T開(kāi)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(kāi)始部署UMTS。

      運(yùn)營(yíng)商開(kāi)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(mǎi)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(kāi)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(yíng)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(shuō),,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(jiàn)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(yǔ)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(yǔ)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(lái)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(jiàn)[1],。
  對(duì)現(xiàn)有的GSM運(yùn)營(yíng)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(wú)線接口等構(gòu)成的通用無(wú)

  

       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(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前的全球無(wú)線標(biāo)準(zhǔn), GSM適用于除了日本和韓國(guó)以外多數(shù)國(guó)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(wú)線實(shí)驗(yàn)室18的股份原來(lái)還持有3UK20的股份。 這些在國(guó)外的資本為未來(lái)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(yíng)商網(wǎng)絡(luò)里使用SIM卡在UMTS網(wǎng)絡(luò)漫游,。
  在美國(guó), 由于現(xiàn)存的對(duì)頻率使用的限制只是運(yùn)營(yíng)商AT&T無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)只能在1900MHz頻段,。
為美國(guó)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(guó)的GSM手機(jī)和GSM網(wǎng)絡(luò)使用不同與其他國(guó)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(yíng)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(guó)實(shí)現(xiàn)與歐亞漫游可能性還不大,。
  頻譜分配
  超過(guò)120份許可證已經(jīng)頒發(fā)給全世界的運(yùn)營(yíng)商(截至2004年),特別是基于GSM的無(wú)線訪問(wèn)技術(shù)W-CDMA,。由于技術(shù)還在不斷的完善中,所以政客過(guò)于倉(cāng)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(guó),許可證費(fèi)用就高達(dá)508億歐元,。運(yùn)營(yíng)商被期望在2005年開(kāi)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(guó)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(méi)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(guó)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(wú)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(guó)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(yíng)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(yíng)商已接受EDGE作為暫定3G解決方案。 AT&T無(wú)線2003年本國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)始運(yùn)行EDGE,,Cingular 也在本國(guó)內(nèi)運(yùn)行,,T-Mobile美國(guó) 計(jì)劃全美范圍提供EDGE。Rogers Wireless在2003年晚期開(kāi)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(yíng)商與CDMA2000競(jìng)爭(zhēng)提供了一個(gè)短期的升級(jí)途經(jīng)。
  開(kāi)源的 UMTS 項(xiàng)目 開(kāi)源對(duì)于行行業(yè)業(yè)的影響是無(wú)需置疑的,,對(duì)于 UMTS 也一樣,。開(kāi)源軟件無(wú)線電 GNU Radio 是免費(fèi)的軟件開(kāi)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(wú)線電,。這套套件廣泛用于業(yè)余愛(ài)好者,學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)機(jī)構(gòu)用來(lái)研究和構(gòu)建無(wú)線通信系統(tǒng),。
        GNU Radio 的應(yīng)用主要是用 Python 編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)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(kāi)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(wú)線通信系統(tǒng)。 
        盡管其主要功用不是仿真器,,GNU Radio 在沒(méi)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,。

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