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UMTS通信技术特性及技术分析

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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

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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。

来源:21IC电子网

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