基本介紹
- 中文名：通用移動通訊系統
- 外文名：Universal Mobile Telecommunications System
- 縮寫：UMTS
- 屬於：行動電話技術
- 學科：通信工程
- 領域：通信工程
特性,技術,UMTS-FDD,誤解,UMTS-TDD,TD-CDMA,TD-SCDMA,3G外置數據機,互操作性和全球漫遊,頻譜分配,實際運營情況,其他競爭標準,與其他標準比較,標準,產品認證,問題,參考,
特性
1997年7月，ETSI將UMTS TRA（Terrestrial Radio Access）的備選歸納為：W-CDMA、TDMA/CDMA、OFDMA、ODMA類。1998年1月，ETSI用W-CDMA技術作為UTRA（UMTS Terrestrial Radio Access）的無線接口技術。UMTS支持1920kbps的傳輸速率，然而在現實高負載系統中典型的最高速率大約只有384Kbps。即使這樣數據傳輸速率已經高出GSM糾錯數據信道14.4kbps或者多個14.4 kbps組成的HSCSD信道，真正能夠實現價格可接受的移動WWW訪問和MMS。
Releases99時的UTRAN 架構
UMTS實現的前提是現在廣泛使用GSM行動電話系統，屬於3G技術。還有一個叫做GPRS的從2G演進的途徑。（可以看作2.5G）GPRS支持更好的數據速率（理論上最大可以到140.8kbps，實際上能實現接近56Kbps），數據封裝好於面向連線。GPRS已經在很多GSM網路部署。
今天的UMTS網路未來可能升級成HSDPA，有時也叫3.5G。 它可以實下行鏈路大於10Mbps的傳輸速度。
UMTS在市場運作上強調移動視頻電話會議實現的可能性，儘管實際上這項很有潛力的服務還有很多沒有經過測試驗證。
UMTS其它可能的套用還有音樂下載和視頻電話。
- 無線通信占用5M Hz頻寬
- 碼率是3.84M Chips
- 支持的復用模式：FDD、TDD
- 高速傳輸以支持多媒體業務
- 室內環境至少2Mbit/s
- 室外步行環境至少384Kbit/s
- 室外車輛環境至少144Kbit/s
技術
簡單的說，UMTS結合了W-CDMA的空中接口（行動電話和基站的空中通信協定）、GSM系統的移動套用核心部分（MAP，Mobile Application Part）（此協定提供從用戶或者到用戶的調用路由功能），以及GSM的語音編碼算法例如自適應多速率（AMR）和加強全速率（EFR）（它們定義了將語音數位化、壓縮、編碼的方法）。換言之，W-CDMA（依照IMT-2000的定義）只是一個空中接口，而UMTS才是一個用於3G全球移動通訊的完整協定棧，可用來代替GSM。然而，實際上也經常將W-CDMA作為所有採用該空中接口的3G標準族的總稱，包括UMTS，FOMA和J-Phone。
與其它W-CDMA變種一樣，UMTS使用一對5MHz信道，上行信道在1900MHz附近，下行信道在2100MHz附近。相比之下，CDMA2000則可在每個方向上使用一個或多個1.25MHz信道，因此UMTS常因為它的高頻寬需求而受到批評。
UMTS原先規定的頻段為上行1885-2025MHz，下行2110-2200MHz。目前的頻段分配可參見[1]。
對現有的GSM營運商有一個簡單但比較昂貴的升級到UMTS的方案：大部分現有的基礎設施可以維持原狀，但是獲得頻段授權和在現有基站塔上完成UMTS覆蓋的費用可能極其高昂。
UMTS與GSM的一個主要的差別是由無線接口等構成的通用無線接入網（GRAN），它能夠聯入不同的骨幹網路，如英特網、ISDN、GSM或者UMTS網路。GRAN包含OSI模型的低三層（物理層、數據鏈路層、網路層）。
網路層（OSI 3）協定包括RRM協定（RRM），它負責管理移動設備與固定網路之間的承載信道，並完成切換功能。
UMTS-FDD
UMTS-FDD、UTRA-FDD或稱寬頻碼分多址（英語：Wideband Code Division Multiple Access，常簡寫為W-CDMA或WCDMA）是一種3G蜂窩網路空中接口，使用的部分協定與2GGSM標準一致。具體一點來說，W-CDMA是一種利用碼分多址復用（或者CDMA通用復用技術，不是指CDMA標準）方法的寬頻擴頻3G移動通信空中接口。
歷史上，歐洲電信標準委員會（ETSI）在GSM之後就開始研究其3G標準，其中有幾種備選方案是基於直接序列擴頻碼分多任務的，而日本的第三代研究也是使用寬頻碼分多任務技術的，其後以二者為主導進行融合，在3GPP組織中發展成了第三代移動通信系統UMTS(或稱UTRA)，並提交給國際電信聯盟（ITU）。
國際電信聯盟最終接受UMTS作為IMT-2000 3G標準的一部分。
誤解
W-CDMA名字跟CDMA很相近，同時W-CDMA跟CDMA關係也很微妙。兩者都基於碼分多址技術，都使用了美國高通（Qualcomm）的部分專利技術。一般認為W-CDMA的提出是部分廠商為了繞開專利陷阱而開發的，其方案已經儘可能地避開高通專利。
在行動電話領域，術語CDMA指代屬於第二代行動電話的幾種相關技術，包括碼分多址擴頻復用技術，以及美國高通（Qualcomm）開發的包括cdmaOne（IS-95）和CDMA2000（IS-2000）的CDMA標準族。
在Qualcomm為IS-95協定使用它之前，CDMA復用技術已經存在了很長時間。然而，由於採用CDMA復用方法是IS-95協定區別於當時的GSM（採用TDMA）等其它協定的主要特徵，現在通常將該協定也稱為CDMA。
W-CDMA屬於第三代行動電話技術，它也使用CDMA的復用技術而且它跟Qualcomm的標準也很相似。但是W-CDMA不僅僅是復用標準。它是一個詳細的定義行動電話怎樣跟基站通訊，信號怎樣調製，數據幀怎么構建等的完整的規範集。
- 術語CDMA在移動通訊領域通常特指Qualcomm開發的CDMA標準族。它們定義了一組移動通訊協定。
- CDMA作為復用技術，既用於W-CDMA空中接口協定，也用於Qualcomm的CDMA協定。
- W-CDMA專指在IMT-2000中定義的移動通訊空中接口協定。
- W-CDMA協定與Qualcomm開發的CDMA無關。
- CDMA標準族（cdmaOne和CDMA2000）不兼容UMTS標準族。
UMTS-TDD
UMTS-TDD（Universal Mobile Telecommunications System - Time Division Duplexing）以UMTS 3G行動電話標準，使用TD-CDMA，TD-SCDMA，是美國德州San Bruno一家名為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），採用增量5MHz的頻譜，每slice分為10ms frame包含15 slot（1500每秒）。
TD-CDMA 是 IMT-2000 3G 的 air interface，歸納為 IMT-TD Time-Division，是由 3GPP UMTS定為 UTRA TDD-HCR.
部署
UMTS-TDD已部署的公共和/或私人網路在至少19個世界的各地國家，如澳大利亞、捷克共和國、法國、德國、日本、紐西蘭、南非、英國，和美國。
競爭的標準
各式各樣的網際網路接入服務系統的存在提供寬頻高速接入網路。這些措施包括WiMAX技術和 HiperMAN 。UMTS-TDD的的優點是能夠使用運營商的現有的UMTS/GSM基礎設施，如果它有一個，它包括的UMTS模式最佳化的電路交換應，例如，運營商希望提供電話服務。UMTS-TDD的表現也更加穩定。但是，UMTS-TDD的deployers往往監管問題，利用一些服務的UMTS兼容性提供。例如，UMTS-TDD的頻譜在英國不能用來提供電話服務，但監管機構OFCOM正在討論的可能性，從而使其在未來的某一時刻。少數經營者考慮的UMTS-TDD的已經現有的UMTS/GSM基礎設施。
TD-SCDMA
時分-同步碼分多址（英語：Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access，縮寫為：TD-SCDMA），融合後亦稱UMTS TDD LCR，是ITU（國際電信聯盟）批准的多個3G移動通信標準中的一個。相對於另兩個主要3G標準（W-CDMA和CDMA2000），它的起步較晚而且產業鏈薄弱（2008年中國大陸發放3G牌照時的情況），發展過程較為曲折。
該標準是中國大陸地區制定的3G標準。1998年6月29日，中國大陸地區原郵電部電信科學技術研究院（現大唐電信科技股份有限公司）以信威通信的SCDMA技術為基礎，向ITU提出了該標準，並且順利通過成為IMT2000 3G系統的一個標準。在3GPP R99之後的版本，TD-SCDMA實現了與原西門子所研究的TD-CDMA的高層融合，結合SCDMA的智慧型天線、上行同步、和軟體無線電（SDR, Software Defined Radio）等技術，成功克服了TD-CDMA技術不能用於宏蜂窩組網的缺陷，原因是通過GPS同步和特殊時隙，實現了全網同步解決了切換的問題，雖較TD-CDMA系統的特殊時隙配置固定化，卻獲得了宏網組網能力。
技術特點
TD-SCDMA在頻譜利用率、對業務支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面有獨特優勢。TD-SCDMA由於採用時分雙工，上行和下行信道特性基本一致，因此，基站根據接收信號估計上行和下行信道特性比較容易。因此，TD-SCDMA使用智慧型天線技術有先天的優勢，而智慧型天線技術的使用又引入了SDMA的優點，可以減少用戶間干擾，從而提高頻譜利用率。 TD-SCDMA還具有TDMA的優點，可以靈活設定上行和下行時隙的比例而調整上行和下行的數據速率的比例，特別適合網際網路業務中上行數據少而下行數據多的場合。但是這種上行下行轉換點的可變性給同頻組網增加了一定的複雜性。TD-SCDMA是時分雙工，不需要成對的頻帶。因此，和另外兩種頻分雙工的3G標準相比，在頻率資源的劃分上更加靈活。
一般認為，TD-SCDMA由於智慧型天線和同步CDMA技術的採用，可以大大簡化系統的複雜性，適合採用軟體無線電技術，因此，設備造價可望更低。
但是，由於時分雙工體制自身的缺點，TD-SCDMA被認為在終端允許移動速度和小區覆蓋半徑等方面落後於頻分雙工體制。同時由於其相對其他3G系統的窄頻寬，導致出現擾碼短，並且擾碼少，在網路側基本通過擾碼來識別小區成為了理論可能。現以僅僅只能通過9個頻點來做小區的區分，每個載波僅1.6M頻寬，導致空口速率遠低於W-CDMA和CDMA2000。根據實際測試，中國移動部署的TD-SCDMA網在網路速度、穩定性方面較W-CDMA網和CDMA2000網為差。
目前中國移動有以下頻段資源可用於TD-SCDMA網.
| 頻率（MHZ） | 頻寬 | TD-SCDMA頻段名 | 以前用過的TD-SCDMA頻段名 | LTE-TDD頻段名 | 備註 |
|---|---|---|---|---|---|
1880-1920 | 40 | F | A | 39 | |
2010-2025 | 15 | A | B | 34 | 目前TD-SCDMA的主要頻段，但有部分地區已開始頻段復用（Refarming）用於TD-LTE. |
2320-2370 | 50 | E | C | 屬於40 | 之前計畫用於TD-SCDMA，目前計畫用於TD-LTE. |
關鍵技術
網路試驗和商用概況
2006年，羅馬尼亞建成了TD-SCDMA試驗網。
2007年3月，中移動對8個城市建設TD－SCDMA商用網路進行招標，預計投資267億元。
2007年10月，日本電信運營商IP Mobile原本計畫建設並運營TD-SCDMA網路，但該公司最終受限於資金困境而破產。
2007年11月，重慶建成了全國第一個TD-SCDMA試驗網。
2008年1月，中國移動在中國北京、上海、天津、瀋陽、廣州、深圳、廈門、秦皇島市建成了TD-SCDMA試驗網；中國電信集團公司在中國保定市建成了TD-SCDMA試驗網；原中國網路通信集團公司（現中國聯合網路通信集團有限公司）在中國青島市建成了TD-SCDMA試驗網。
2008年4月1日，中國移動在中國北京、上海、天津、瀋陽、青島、廣州、深圳、廈門、秦皇島和保定等10個城市啟動TD-SCDMA社會化業務測試和試商用。截止2008年年末，在中國使用TD-SCDMA網路的3G手機用戶已達到41.9萬人。但是TD-SCDMA手機放號首日即出現諸多問題，如網路建設尚未完善、功能尚未全部開發等，因而不少手機用戶仍然持觀望態度。
2008年9月，中國普天信息產業集團公司為義大利的一家通信公司MYWAVE建設了TD-SCDMA試驗網，該網路於9月12日建成並開通；從建設工程僅為11天推算，應為小型企業網。
2009年1月7日，中國政府正式向中國移動頒發了TD-SCDMA業務的經營許可，中國移動也已經開始在中國的28個直轄市、省會城市和計畫單列市進行TD-SCDMA的二期網路建設，預計於2009年6月建成並投入商業化運營。該公司計畫到2011年，TD-SCDMA網路能夠覆蓋中國大陸100%的地市。
2013年3月，中移動在財報中透露其在TD網路投資超過1800億，終端補貼超過300億。
2016年初，多家媒體爆料，中國移動在多省大量關閉TD基站，但中國移動總公司並未承認。
政治支持
國務院，發改委，工信部等政府官員在產業論壇，國際會議等各種場合表達了政府對TD技術的支持願望.TD技術也被列為863項目，發改委“十五”產業化項目等各種政府項目中.同時中國政府為了扶植TD，打壓競爭標準，刻意推遲3G牌照發放.2003年期間，中國政府警告TD相關設備商，運營商在公開場合談論。2004年，中國政府向TD聯盟劃撥7億元專項資金.2006年，中國政府出手制止運營商的WCDMA建設，要求運營商"積極建設"TD網.在多個政府工作報告中, TD（"第三代移動通信"）被認作重大自主創新項目.2008年國務院同意發放3G牌照後，工信部立意對TD的產業化，套用進行"扶持".2009年2月多個部委發布了包括將TD產品納入《政府採購自主創新產品目錄》等“六大扶持政策”。2005年，溫家寶作出行政指示，督促政府發展TD。2009年，溫家寶在考察中興通訊時將TD技術評價為"創新"，並認為其給"中國企業和中國人民""贏得了尊嚴".2008年張德江表示"發展TD是國家意志"。2010年，張德江表示"要堅定不移地支持做大做強TD".2011年張德江在肯定中移動的TD實踐時，同時代表黨中央，國務院對TD的進一步發展做出期望.
3G外置數據機
使用一個3G路由器，PCMCIA卡或者USB卡，用戶就可以享用3G波段的服務，而選擇那一種類型的計算機（如台式機或PDA）是沒有關係的。數據機自己帶有軟體，所以在短時間內上網對操作者來講沒有任何技術上的要求。
目前有很多手機經具備了3G的能力，和藍牙2.0技術結合起來，用戶可以使用帶藍牙的筆記本電腦與手機相連，再連線到網路。這個時候手機就可以看作是一個路由器，不過和筆記本之間是通過藍牙協定而不是TCP/IP協定。
互操作性和全球漫遊
在空中接口層，UMTS兼容GSM。儘管市場上現在的UMTS手機都是UMTS/GSM雙模手機，但是他們都能在純GSM的網路中很好的工作。如果一個UMTS用戶漫遊到沒有UMTS覆蓋的地方，他的手機會自動切換到GSM模式。如果用戶在通話中漫遊出了UMTS覆蓋範圍，那么電話將會切換到有GSM覆蓋的區域去。普通GSM手機不能在UMTS網路使用。
NTT DoCoMo的3G網路，FOMA，同樣使用W-CDMA。然而NTT DoCoMo擁有AT&T無線實驗室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遊解決方案提供一個測試平台。（到2004年12月）
所有UMTS/GSM雙模電話都應當兼容現存GSM標準SIM卡。有時你可以在同一個運營商網路里使用SIM卡在UMTS網路漫遊。
在美國，由於現存的對頻率使用的限制只是運營商AT&T無線的網路只能在1900MHz頻段。 為美國市場設計的UMTS手機跟其他區域的有所區別，這也反映了當前美國的GSM手機和GSM網路使用不同與其他國家的狀況。儘管聯邦通訊委員會（FCC）已經決議允許附加2100MHz頻段給UMTS，但是大多數獲得UMTS授權的運營商好像打算放棄承擔保證實現全球漫遊的責任。
儘管歐亞手機可以實現漫遊，但是到2004年12月在美國實現與歐亞漫遊可能性還不大。
頻譜分配
超過120份許可證已經頒發給全世界的運營商（截至2004年），特別是基於GSM的無線訪問技術W-CDMA。由於技術還在不斷的完善中，所以政客過於倉促的賣出許可，成百上千億美元的許可證費用流入公共預算。 僅僅在德國，許可證費用就高達508億歐元。運營商被期望在2005年開始從這些許可盈利。
在北美ITU已經為UMTS分配了頻段。1900MHz範圍套用於2G（PCS）服務，2100MHz範圍用於衛星通訊。儘管在北美UMTS將要不得不與現存2G服務共享1900MHz頻段，但是國際上正試圖為3G服務分配2100MHz頻段。2G GSM服務因使用900MHz和1800MHz，因此不再共享任何UMTS服務的頻段。
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年底已經確定在美國確定為UMTS服務啟用了為2GPCS服務使用的1900MHz頻段。最初在加拿大展示的UMTS服務也使用1900MHz頻段。
實際運營情況
3是一個從3G網上成長起來的原屬於和記黃埔（現在是合作夥伴）的運營商。它很快就要在全球啟動其他UMTS網上（2004年12月）包括澳大利亞、奧地利、丹麥、香港、以色列、義大利、葡萄牙、愛爾蘭共和國和瑞典。大多數西歐GSM運營商均升級到UMTS，因為它比較接近於GSM2G標準。
2001年，日本NTT DoCoMo公司的FOMA是世界上第一個商業運營W-CDMA服務。J-Phone日本電話（現軟體銀行）已經繼推出基於W-CDMA服務後，聲稱“沃達豐全球標準”兼容UMTS（儘管2004年時還有爭議）。2003年初，和記黃埔逐步在全球運營他們的UMTS網路（簡稱3）。
2004年2月，沃達豐開始在包括英國德國荷蘭瑞典在內的幾個歐洲市場大範圍部署UMTS。在葡萄牙，UMTS已經先於Euro 2004運營。
在NTT DoCoMo事先授權下，美國AMPS/TDMA/GSM運營商AT&T Wireless在2004年底以前必須在四個主要的城市建立和運營UMTS網上。CTIA 2004年會上，AT&T Wireless聲明他們的UMTS網上在1900MHz頻段獨立運行，已經計畫2004年底啟動UMTS服務。2004年7月，AT&T Wireless（現在屬於Cingular）在西雅圖（華盛頓）、舊金山（加利福尼亞州）、底特律（密西根州）、菲尼克斯（亞里桑那州）、聖地牙哥 (加利福尼亞州)（加利福尼亞州）和達拉斯（德克薩斯）成功啟動UMTS服務。
與AT&T Wireless合併之後，Cingular已經聲明計畫2005年開始部署使用HSDPA技術的UMTS網上。 區別於AT&T開發的 UMTS, Cingular拓展了UMTS的頻率範圍到1900MHz和850MHz兩個頻段。
T-Mobile USA計畫到2007年開始部署UMTS。
2009年，中國聯通於10月1日在國內285個城市正式提供UMTS服務，中國聯通的網路將直接支持HSUPA。
在香港，CSL於2010年推出使用UMTS 900MHz頻段的HSPA網上。
運營商開始銷售集成3G和Wi-Fi服務的移動網際網路產品。筆記本計算機用戶可以買到他們提供的UMTS Modem，還有客戶端軟體用於自動探測網上狀態，以便在有Wi-Fi信號時自動從3G網上切換。起初Wi-FI被認為是3G的一個競爭對手，但是現在不得不承認，運營商為了提供比單純UMTS更有競爭力的產品，他們必須擁有或者租用別人的Wi-Fi網上。
其他競爭標準
除UMTS還有其他的3G標準，例如CDMA2000和專有系統包括Arraycom的iBurst， Flarion and W-CDMA-TDD（無線IP）。
UMTS現在是全球使用率最高的3G移動通信標準。
多數北美GSM運營商已接受EDGE作為過渡至3G的臨時解決方案。 AT&T無線2003年本國範圍內開始運行EDGE，Cingular 也在本國內運行，T-Mobile美國 計畫全美範圍提供EDGE。Rogers Wireless在2003年晚期開始在加拿大範圍內投入運行EDGE服務。EDGE的好處是它有效利用現有GSM頻段而且兼容現有GSM手機，並提供相對於UMTS更好的信號覆蓋能力，作為W-CDMA網路的有益補充。EDGE為GSM運營商與CDMA2000競爭提供了一個短期的升級途經。
WiMAX是主要針對於數據業務，其最新的802.16m標準是未來4G標準的後選方案。
與其他標準比較
- 最初CDMA2000計畫使用多個1.25MHz載波，但後來放棄了，而UMTS則使用單一5MHz頻寬載波。
標準
UMTS通過以3GPP發布releases的方式演進，每一個release都改進了現有的標準並引進了新的特性，詳見3GPP。
產品認證
問題
早期運營商面對的問題：
- 由於3G手機耗電量大幅增加，使得電池增大，相較於2G手機重量增加較多，待機時間減短。
- 來自Wi-Fi寬頻網上的競爭，未來可能有來自WiMAX早期版本的競爭。
- 客戶缺少對3G業務的需求。
手機耗電量隨著新器件的開發得到緩解。而且隨著越來越多用戶的使用，已經能接受3G手機2天左右的待機時間，並且年輕人對於3G業務的需求增多，特別是線上視頻等業務，客觀上緩解了3G業務需求不足的衝擊；反而是需要Wi-Fi來緩解3G頻寬供不應求的問題。由於UMTS升級到HSPA+或者將來的LTE業務，以及WIMAX向4G發展，早期版本的WIMAX業務（主要是IEEE 802.16e）在大多數區域並未對UMTS造成衝擊。
參考
| 標準 | 家族 | 一般用途 | 無線技術 | 下載 (Mbit/s) | 上傳 (Mbit/s) | 註記 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LTE | UMTS/4GSM | 移動網際網路 | 100 | 50 | 下一代的先進LTE預計可提供1Gbps的下行速度 | |
| 802.16e | 移動網際網路 | MIMO-SOFDMA | 128 | 56 | 下一代的802.16m預期可以提供1Gbps速度（固定定點）和100Mbps速度給移動用戶。 | |
| Flash-OFDM | Flash-OFDM | 移動網際網路 移動者速度可達350公里/小時 | Flash-OFDM | 5.3 10.6 15.9 | 1.8 3.6 5.4 | 服務範圍約30km 增長至55km |
| HIPERMAN | HIPERMAN | 移動網際網路 | 56.9 | 56.9 | ||
| WiBro | WiBro | 移動網際網路 | 50 | 50 | 服務範圍（900 m） | |
| iBurst | iBurst 802.20 | 移動網際網路 | 64 | 64 | 3–12 km | |
| EDGE演進 | 移動網際網路 | 1.9 | 0.9 | 3GPPR7標準 | ||
| UMTSW-CDMA HSDPA+HSUPA HSPA+ | UMTS/3GSM | 移動網際網路 | 0.384 14.4 42 | 0.384 5.76 11.5 | HSDPA已廣泛商用。典型下行速率為20 Mbit/s,上行速率為~18+ Mbit/s。 | |
| UMTS-TDD | UMTS/3GSM | 移動網際網路 | 16 | 16 | ||
| 1xRTT | 行動電話服務 | 0.144 | 0.144 | 下一步為EV-DO | ||
| EV-DO1xRev.0 EV-DO1xRev.A EV-DORev.B | CDMA2000 | 移動網際網路 | 2.45 3.1 4.9xN | 0.15 1.8 1.8xN | 關於Rev B: N是所用頻譜為1.25 MHz的倍數。尚未商用。 |
- 分時長期演進（LTE TDD，亦稱TD-LTE，獲得中國政府較多主流支持的第四代移動通信標準，與TD-SCDMA無繼承關係，僅僅沿用了TDSCDMA系統中用於克服TDD制式宏網組網問題且獲得TDSCDMA宏網實際驗證的關鍵技術）
- 2008年中國電信業重組
