UMTS 是什么

zifan 问答 2019-08-08 20:40:06 阅读(...)

通用移动通讯系统(Universal Mobile Telecommunications System,缩写:UMTS)是一种第三代(3G)移动电话技术。 它的无线接口使用 W-CDMA 技术,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

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。

特性

1997 年 7 月,ETSI 将 UMTS TRA(Terrestrial Radio Access)的备选归纳为:W-CDMA、TDMA/CDMA、OFDMA、ODMA 类。1998 年 1 月,ETSI 用 W-CDMA 技术作为 UTRA(UMTS Terrestrial Radio Access)的无线接口技术。UMTS 支持 1920kbps 的传输速率,然而在现实高负载系统中典型的最高速率大约只有 384Kbps。即使这样数据传输速率已经高出 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 3G 技术。还有一个叫做 GPRS 的从 2G 演进的途径。(可以看作 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。

今天的 UMTS 网络未来可能升级成 HSDPA,有时也叫 3.5G。 它可以实下行链路大于 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。

  • 无线通信占用 5M Hz 带宽
  • 码率是 3.84M Chips
  • 支持的复用模式:FDD、TDD
  • 高速传输以支持多媒体业务
  • 室内环境至少 2Mbit/s
  • 室外步行环境至少 384Kbit/s
  • 室外车辆环境至少 144Kbit/s

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。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,Mobile Application Part)(此协议提供从用户或者到用户的调用路由功能),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。。

对现有的 GSM 营运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。

UMTS-FDD

UMTS-FDD、UTRA-FDD 或称宽频码分多址(英语:Wideband Code Division Multiple Access,常简写为 W-CDMA 或 WCDMA)是一种 3G 蜂窝网络空中接口,使用的部分协议与 2G GSM 标准一致。具体一点来说,W-CDMA 是一种利用码分多址复用(或者 CDMA 通用复用技术,不是指 CDMA 标准)方法的宽带扩频 3G 移动通信空中接口。

历史上,欧洲电信标准委员会(ETSI)在 GSM 之后就开始研究其 3G 标准,其中有几种备选方案是基于直接串行扩频码分多任务的,而日本的第三代研究也是使用宽带码分多任务技术的,其后以二者为主导进行融合,在 3GPP 组织中发展成了第三代移动通信系统 UMTS(或称 UTRA),并提交给国际电信联盟(ITU)。

国际电信联盟最终接受 UMTS 作为 IMT-2000 3G 标准的一部分。

误解

W-CDMA 名字跟 CDMA 很相近,同时 W-CDMA 跟 CDMA 关系也很微妙。两者都基于码分多址技术,都使用了美国高通(Qualcomm)的部分专利技术。一般认为 W-CDMA 的提出是部分厂商为了绕开专利陷阱而开发的,其方案已经尽可能地避开高通专利。

在移动电话领域,术语 CDMA 指代属于第二代移动电话的几种相关技术,包括码分多址扩频复用技术,以及美国高通(Qualcomm)开发的包括 cdmaOne(IS-95)和 CDMA2000(IS-2000)的 CDMA 标准族。

在 Qualcomm 为 IS-95 协议使用它之前,CDMA 复用技术已经存在了很长时间。然而,由于采用 CDMA 复用方法是 IS-95 协议区别于当时的 GSM(采用 TDMA)等其它协议的主要特征,现在通常将该协议也称为 CDMA。

W-CDMA 属于第三代移动电话技术,它也使用 CDMA 的复用技术而且它跟 Qualcomm 的标准也很相似。但是 W-CDMA 不仅仅是复用标准。它是一个详细的定义移动电话怎样跟基站通讯,信号怎样调制,数据帧怎么构建等的完整的规范集。

W-CDMA 可以使用非成对或者成对频段,虽然所有当前 W-CDMA 设备(例如 FOMA and UMTS)使用两个 5MHz 频段,一个用于上行一个用于下行。

  • 术语 CDMA 在移动通讯领域通常特指 Qualcomm 开发的 CDMA 标准族。它们定义了一组移动通讯协议。
  • CDMA 作为复用技术,既用于 W-CDMA 空中接口协议,也用于 Qualcomm 的 CDMA 协议。
  • W-CDMA 专指在 IMT-2000 中定义的移动通讯空中接口协议。
  • W-CDMA 协议与 Qualcomm 开发的 CDMA 无关。
  • CDMA 标准族(cdmaOne 和 CDMA2000)不兼容 UMTS 标准族。

UMTS-TDD

UMTS-TDD(Universal Mobile Telecommunications System – Time Division Duplexing)以 UMTS 3G 移动电话标准,使用 TD-CDMA,TD-SCDMA,是美国德州 San Bruno 一家名为 IPWireless 的公司所提出。

TD-CDMA

TD-CDMA 是 UMTS-TDD 主要使用的空中接口(air interface),采用增量 5MHz 的频谱,每 slice 分为 10ms frame 包含 15 slot(1500 每秒)。

TD-CDMA 是 IMT-2000 3G 的 air interface,归纳为 IMT-TD Time-Division,是由 3GPP UMTS 定为 UTRA TDD-HCR.

部署

UMTS-TDD 已部署的公共和/或私人网络在至少 19 个世界的各地国家,如澳大利亚、捷克共和国、法国、德国、日本、新西兰、南非、英国,和美国[1]。

竞争的标准

各式各样的互联网接入服务系统的存在提供宽带高速接入网络。这些措施包括 WiMAX 技术和 HiperMAN 。UMTS-TDD 的的优点是能够使用运营商的现有的 UMTS/GSM 基础设施,如果它有一个,它包括的 UMTS 模式优化的电路交换应,例如,运营商希望提供电话服务。UMTS-TDD 的表现也更加稳定。但是,UMTS-TDD 的 deployers 往往监管问题,利用一些服务的 UMTS 兼容性提供。例如,UMTS-TDD 的频谱在英国不能用来提供电话服务,但监管机构 OFCOM 正在讨论的可能性,从而使其在未来的某一时刻。少数经营者考虑的 UMTS-TDD 的已经现有的 UMTS/GSM 基础设施。

TD-SCDMA

时分-同步码分多址(英语:Time Division – Synchronous Code Division Multiple Access,缩写为:TD-SCDMA),融合后亦称 UMTS TDD LCR,是 ITU(国际电信联盟)批准的多个 3G 移动通信标准中的一个。相对于另两个主要 3G 标准(W-CDMA 和 CDMA2000),它的起步较晚而且产业链薄弱(2008 年中国大陆发放 3G 牌照时的情况),发展过程较为曲折[2]。

该标准是中国大陆地区制定的 3G 标准。1998 年 6 月 29 日,中国大陆地区原邮电部电信科学技术研究院(现大唐电信科技股份有限公司)以信威通信的 SCDMA 技术为基础,向 ITU 提出了该标准,并且顺利通过成为 IMT2000 3G 系统的一个标准。在 3GPP R99 之后的版本,TD-SCDMA 实现了与原西门子所研究的 TD-CDMA 的高层融合,结合 SCDMA 的智能天线、上行同步、和软件无线电(SDR, Software Defined Radio)等技术,成功克服了 TD-CDMA 技术不能用于宏蜂窝组网的缺陷,原因是通过 GPS 同步和特殊时隙,实现了全网同步解决了切换的问题,虽较 TD-CDMA 系统的特殊时隙配置固定化,却获得了宏网组网能力。

技术特点

TD-SCDMA 在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面有独特优势。TD-SCDMA 由于采用时分双工,上行和下行信道特性基本一致,因此,基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。因此,TD-SCDMA 使用智能天线技术有先天的优势,而智能天线技术的使用又引入了 SDMA 的优点,可以减少用户间干扰,从而提高频谱利用率。 TD-SCDMA 还具有 TDMA 的优点,可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例,特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。但是这种上行下行转换点的可变性给同频组网增加了一定的复杂性。TD-SCDMA 是时分双工,不需要成对的频带。因此,和另外两种频分双工的 3G 标准相比,在频率资源的划分上更加灵活。

一般认为,TD-SCDMA 由于智能天线和同步 CDMA 技术的采用,可以大大简化系统的复杂性,适合采用软件无线电技术,因此,设备造价可望更低。

但是,由于时分双工体制自身的缺点,TD-SCDMA 被认为在终端允许移动速度和小区覆盖半径等方面落后于频分双工体制。同时由于其相对其他 3G 系统的窄带宽,导致出现扰码短,并且扰码少,在网络侧基本通过扰码来识别小区成为了理论可能。现以仅仅只能通过 9 个频点来做小区的区分,每个载波仅 1.6M 带宽,导致空口速率远低于 W-CDMA 和 CDMA2000。根据实际测试,中国移动部署的 TD-SCDMA 网在网络速度、稳定性方面较 W-CDMA 网和 CDMA2000 网为差。[3]

当前中国移动有以下频段资源可用于 TD-SCDMA 网。

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