UMTS - Universal Mobile Telecommunications System

Universal Mobile Telecommunications System - Sieć trzeciej generacji (3G), nowy standard cyfrowej telefonii komórkowej. Oferuje dużą szybkość przesyłania danych (do 1920 kbit/s), dzięki czemu możliwe jest przesyłanie obrazu, prowadzenie rozmów video, telekonferencji i szybki dostęp do Internetu. Jednakże w obecnie istniejących sieciach tego typu, maksymalna osiągana prędkość przesyłu danych wynosi 384 kbit/s. UMTS bazuje na technologiach GSM do obsługi logiki sieci oraz WCDMA jako transportu radiowego. Większość działających już sieci wykorzystuje parę kanałów radiowych o szerokości 5 MHz, jeden na częstotliwości 1900 MHz (uplink) i drugi na częstotliwośco 2100 MHz (downlink). Z tego względu UMTS jest często krytykowany za dużą zajętość pasma radiowego w stosunku do innych technologii np. CDMA2000.

Migracja z sieci GSM do UMTS dla istniejących operatorów jest technicznie stosunkowo prosta, ale bardzo kosztowna ze względu na konieczność uzyskania nowych licencji na pasma radiowe oraz wymianę sprzętu w stacjach bazowych.

UMTS dla użytkownika końcowego jest niekompatybilny z GSM. Oznacza to, że normalne telefony GSM nie mogą pracować w sieci UMTS i odwrotnie. Z tego względu sprzedawane w Europie telefony UMTS są "dwu-systemowe" UMTS/GSM.

Najważniejsze problemy przeszkadzające w szybkim rozwoju sieci UMTS to:

Interfejs radiowy UTRAN

Zasoby

Interfejs radiowy UMTS w literaturze określany jako UTRAN (ang. UMTS Terrestial Radio Access Network) oparty jest na technologii szerokopasmowego wielodostępu do kanału w dziedzinie kodu (WCDMA). Z tego faktu wynika fundamentalne ograniczenie dostępnych zasobów radiowych i, co się z tym wiąże, pojemności tego interfejsu. Tymi zasobami są (z punktu widzenia stacji bazowej, czyli node'a-B):

W obu przypadkach można wykazać, że minimalny poziom jakości sygnału odbieranego jest zależny od stosunku mocy sygnału odbieranego do mocy zakłóceń. Po uwzględnieniu cech specyficznych interfejsu UTRAN (np. nieidealnej ortogonalności sygnałów wysyłanych do różnych użytkowników) to pierwotne założenie można przekształcić do postaci łączącej poziom zakłóceń (lub moc nadajnika) w komórce UMTS z ilością użytkowników systemu (parametrami ich usług i dla kierunku "w dół" ich położeniem), a więc z poziomem obciążenia interfejsu. W obu przypadkach przyrost zasobów jest nieliniowy (typu f(x)=a/(1-x)) i dla pewnego poziomu obciążenia osiąga nieskończoność. Ten poziom (różny dla obu kierunków) określa maksymalną pojemność komórki UMTS. Trzeba pamiętać, że przedstawiony model zakłada istnienie idealnych warunków. Jeśli uwzględni się ograniczenia techniczne (np. ograniczoną moc nadajnika w terminalu użytkownika), wówczas pojemność interfejsu UTRAN jest niższa. Charakterystyczną cechą interfejsu UTRAN jest uzależnienie zasięgu komórki od natężenia ruchu w komórce zjawisko to jest znane jako oddychanie komórek.

Zapewnienie mobilności

W sieci UMTS potrzeba dokonania handoveru wynika z konieczności zapewnienia użytkownikowi systemu mobilności. Dokonuje się to, poprzez utrzymywanie kilku najlepszych połączeń radiowych (ang.radio link), tj. połączeń radiowych z tymi komórkami node'a B, których sygnał odebrany przez terminal jest najlepszy. Maksymalna liczba połączeń radiowych, zwana również rozmiarem Active Set'u, najczęściej wynosi 3. Kryteria brane pod uwagę w procesie podejmowana decyzji o handoverze to: jakość sygnału kanału pilota (Ec/N0) i poziom sygnału kanału pilota (RSCP).

Sieć UMTS umożliwia wykonanie handoverów typu: hard i soft. W hard rozróżnia się interfrequency handover - zmiana kanału częstotliwościowego w UMTS - może być pomiędzy node'ami B, jak również w obrębie node'a B; intersystem - zmiana technologii dostępu radiowego (ang. RAT - radio access technology) np. z UMTS na GSM. Są 3 odmiany soft handoveru: soft - stan, w którym terminal komunikuje się jednocześnie zwięcej niż jedną komórką UMTS i komórki te należą do różnych node'ów B; softer- stan, w którym terminal komunikuje się jednocześnie zwięcej niż jedną komórką UMTS i komórki te należą do tego samego node'a B; soft-softer- gdy oba powyższe warunki są spełnione.

Sterowanie mocą

Generalna idea przyświecająca sterowaniu mocą polega na utrzymaniu mocy emitowanej tuż powyżej wartości, która zapewnia że połączenie realizowane jest z odopowiednią jakością obsługi (QoS). W odróżnieniu od systemów FDMA, które działają poprawnie gdy emisje użytkowników są ograniczona pasmowo, CDMA działa należycie gdy ograniczone są interferencje między emisjami użytkowników. Nadawanie ze zbyt dużą mocą zmniejsza zatem pojemność systemu. Sterowanie mocą pomaga zmniejszyć interferencje między użytkownikami a tym samym maksymalnie wykorzystać pojemność systemu. W UMTS steruje się mocą kanałów zarówno w górę jak i w dół.

Sterowanie mocą odbywa się przy pomocy trzech mechanizmów: