UMTS - Telefonia trzeciej generacji (3G)

UMTS - Telefonia trzeciej generacji (3G) od strony technicznej
UMTS
Universal Mobile Telecommunications System. W Polsce nazywamy go technologią
komórkową trzeciej generacji o charakterze globalnym lub po prostu UMTS. UMTS to
integracja wszelkich, dotychczasowych systemów komunikacji ruchomej (komórkowych,
satelitarnych, przywoławczych).
Telefonia UMTS umożliwi stały, szybki dostęp do sieci (o przepływności od 144 kb/s do 2
Mb/s) co pozwoli korzystać z usług o nowej, multimedialnej jakości. Standard UMTS określa
norma dotycząca technologii trzeciej generacji IMT-2000 (International Mobile
Telecommunication 2000) przyjęta przez międzynarodową organizację ITU.
Usługi sieci UMTS:
- Wideotelefon, wideokonferencje,
- Poczta elektroniczna, strony www,
- Telewizja, radio, muzyka, wideo,
- Nawigacja i lokalizacja: aktywne mapy, systemy namierzania.
Europejski Komitet Radiokomunikacji zdecydował, że na wprowadzenie nowej technologii
będą przeznaczone pasma częstotliwości od 1900 do 1980 MHz, od 2010 do 2025 MHz i od
2110 do 2170 MHz dla zastosowań naziemnych, dla zastosowań satelitarnych 1980-2010
MHz oraz 2170-2200 MHz. W ciągu kilku lat może zajść potrzeba zapewnienia dodatkowego
zakresu częstotliwości.
Architektura systemu
System UMTS będzie charakteryzował się hierarchiczną architekturą, tzn. że na obszarach o
dużym ruchu, w budynkach komórki będą miały wielkość kilkudziesiąciu metrów (tzw.
pikokomórki), w centrach miast komórki będą kilkusetmetrowe - podobnie jak GSM 1800
(tzw. mikrokomórki), natomiast na pozostałych obszarach przewiduje się komórki o średnicy
30-40 km, czyli porównywalne z GSM 900 (tzw. makrokomórki). W rejonach świata o
małym zaludnieniu, tam gdzie nie została rozwinięta klasyczna sieć łączności połaczenia będą
zapewniać systemy satelitarne.
8
Nie znaczy to wcale, że użytkownik będzie zmuszony posiadać kilka komórek. Będzie to
jedna komórka, która będzie miała możliwość automatycznego przestawiania się tak aby
zapewnić jak najlepsze parametry transmisji.
Ogólna architektura systemu UMTS
Ogólna architektura systemu UMTS przedstawiona została na rys 1 gdzie wydzielono trzy
główne części:
 Sieć rdzeniową CN (Core Network)
 Sieć dostępu radiowego UTRAN (UMTS Terrestial Radio Access Network)
 Wyposażenie użytkownika UE (User Equipment)
rys 1 Ogólna architektura systemu UMTS
Współpraca pomiędzy siecią dostępu radiowego
UTRAN a wyposażeniem użytkownika UE
odbywa się przy użyciu interfejsu radiowego,
wyspecyfikowanego w dokumentacji
standaryzacyjnej pod nazwą Uu. Interfejs
sieciowy o nazwie lu zapewnia współpraca
pomiędzy obu wymienionymi powyżej sieciami.
Sieć dostępu radiowego UTRAN jest
odpowiedzialna za realizację bezpośrednich
połączeń do terminali ruchomych
użytkowników końcowych. System dba o
efektywne wykorzystanie zasobów radiowych oraz o kontrolę mobilności abonentów.
Natomiast sieć rdzeniowa CN będzie realizowała funkcje połączeniowe zachodzące zarówno
w jej obrębie, jak również z sieciami zewnętrznymi. Ponadto będzie ona wykonywała
9
procedury związane z usługami telekomunikacyjnymi, wraz z nadzorem użytkownika
systemu UMTS.
Architekturę systemu UMTS można rozpatrywać z punktu widzenia fizycznego lub
funkcjonalnego. W pierwszym przypadku system ten jest opisany przy użyciu koncepcji
domen (damain), w drugim zaś przy użyciu warstw (stratum). przy tym pod pojęciem domeny
rozumie się zbiór powiązanych ze sobą fizycznych elementów sieci. Natomiast pod pojęciem
warstwy rozumie się zbiór funkcji służących do realizacji przekazu informacji pomiędzy
domenami.
Struktura domenowa systemu UMTS
Struktura domenowa systemu UMTS w najbardziej ogólnym ujęciu dzieli się na dwie części:


wyposażenia użytkownika (User Equipment Damain)
stałej infrastruktury systemu (Infrastructure Damain).
Wyposażenie użytkownika zawiera część radiową (Mobile Equipment Damain),
przeznaczoną do realizacji transmisji radiowej oraz kartę USIM (User Services Identity
Module), przeznaczoną do autoryzacji dostępu do systemu. Karta ta jest odpowiednikiem
karty SIM stosowanej w GSM. Natomiast stała infrastruktura systemu w pierwszym rzędzie
dzieli się na:


domenę dostępową (Access Network Damain)
domenę rdzeniową (Core Network Domain).
Do funkcji domeny rdzeniowej należy spełnienie następujących zadań:




lokalizowanie użytkowników.
realizowanie funkcji sygnalizacyjnych i sterujących,
kontrolowanie transferu strumienia danych,
generowanie informacji o stanie systemu.
W świetle powyższych zadań domena rdzeniowa dzieli się na:



domenę usługową (Serving Network Domain), która jest odpowiedzialna za
kierowanie wywołania do użytkownika oraz za przesyłanie informacji systemowych i
danych, ze źródła do miejsca przeznaczenia,
domenę tranzytową (Transit Nefwork Domain), która w trakcie wywołania
pośredniczy pomiędzy użytkownikiem i domeną usługową, w sytuacji gdy
użytkownik znajduje się poza domeną rdzeniową,
domenę macierzystą (Home Nefwork Domain), współpracującą bezpośrednio z kartą
USIM, w której są przechowywane dane o użytkowniku i jego aktualna pozycja.
10
Rys 2 Struktura domenowa systemu UMTS. Oznaczenia: Cu, Uu, lu, Zn, Yn –
wyspecyfikowane nazwy Interfejsów pomiędzy poszczególnymi domenami.
Współpraca pomiędzy poszczególnymi domenami będzie odbywać się za pomocą
odpowiednich standaryzowanych interfejsów radiowych lub sieciowych. wyspecyfikowanych
pod skrótowymi nazwami Cu, Uu, lu, Zu oraz Yu. Ich lokalizację w systemie UMTS
pokazano na rys 2. gdzie przedstawiono strukturę domenową tego systemu.
Struktura warstwowa systemu UMTS
Przesyłanie informacji w systemie UMTS dokonuje się przy użyciu następujących warstw:
 aplikacji (Application Stratum),
 uwierzytelnienia (Home Stratum),
 usługowej (Serving Stratum),
 transportowej (Transport Stratum),
 dostępowej (Access Stratum), która wchodzi w skład warstwy transportowej. co
przedstawiono na rys, na którym zilustrowano obszary przepływu informacji, w
odniesieniu do elementów struktury domenowej omawianego systemu.
Warstwa aplikacji zawiera tzw. protokoły end-to-end. realizowane w obrębie oraz na
zewnątrz sieci. przy czym każda realizowana funkcja przechodzi proces autoryzacji. W
warstwie uwierzytelnienia są gromadzone dane o dostępnych w sieci usługach oraz dane o
użytkowniku. a także dokonuje się jego autoryzacji. Warstwa ta zawiera protokoły
koordynujące wymianę informacji o użytkowniku. pomiędzy kartą USIM i domeną
macierzystą. Warstwa usługowa zawiera protokoły komunikacyjne oraz odpowiednie funkcje
opisujące zasady doboru tras (raute functions), przeznaczonych do transmisji danych lub
informacji sterujących ze źródła do miejsca przeznaczenia.
11
Rys 3 Struktura
warstwowa systemu
UMTS. Oznaczenia:
TE - urządzenia
terminalu (Terminal
Equipment), TM terminal ruchomy
(Mobile Terminal
Należy mieć na uwadze. że źródło lub odbiornik informacji mogą znajdować się w obrębie
systemu UMTS lub też poza nim. Ponadto warstwa ta zawiera funkcje umożliwiające
realizację usług telekomunikacyjnych oraz protokoły wspomagające uwierzytelnianie
użytkownika. Warstwa transportowa jest odpowiedzialna za przesyłanie danych użytkownika
oraz informacji sterujących pomiędzy poszczególnymi warstwami systemu. Ponadto jest ona
przeznaczona do realizacji następujących zadań:
 korekcji błędów i ewentualnych retransmisji,
 szyfracji w łączu radiowym. jak również pomiędzy poszczególnymi warstwami
(opcjonalnie),
 adaptacji szybkości strumienia danych (opcjonalnie).
 transkodowania. w celu poprawy efektywności transmisji danych w kanale radiowym
(opcjonalnie).
Terminale UMTS
Konieczność współpracy z GSM i systemami satelitarnymi będzie wymagała opracowania
terminali hybrydowych (dwupasmowych GSM/UMTS oraz terminali
naziemnych/satelitarnych).
SyncML - czyli uniwersalny protokół synchronizacji danych Całkiem niedawno przyjęto że
SyncML będzie obowiązywał w telefonii trzeciej generacji. Dzięki niemu będzie możliwa
kompatybilność między wszystkimi usługami i urządzeniami, które będą pracowały w tym
systemie. Każdy będzie mógł aktualizować swoje dane korzystając z np. internetowych
12
kalendarzy i innych usług udostępnianych w ramach SyncML. Nie trzeba przypominać, że
dzięki temu, terminale mogą się stać jeszcze bardziej uniwersalnymi urządzeniami. Tylko
czekać na to, aż wszyją je nam pod skórę.
Komercyjne uruchomienie pierwszych sieci UMTS planowane jest na koniec 2001 roku a
szerokie rozpowszechnienie tej technologii oczekiwane jest do roku 2005.
W Polsce UMTS ma zacząć działać w 2003 roku.
UMTS dzisiaj - technologia trzeciej generacji dostępna już w Polsce
Dzięki uruchomieniu przez PTC sieci telefonii 3G, Polska dołączyła do elitarnego klubu
około 20 państw świata, w których można korzystać z sieci UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System). Wydarzenie to jest prawdziwym przełomem w polskiej
telekomunikacji i potwierdza, że PTC sukcesywnie wyznacza nowe standardy na rynku
komunikacji i łączności
Prędkość transmisji w systemie UMTS osiąga 384 Kbit/s., co zapewnia nową jakość, m.in.,
poprzez ofertę nowych usług multimedialnych, czy dostęp do Internetu i sieci
korporacyjnych. UMTS w przyszłości pozwoli także na transmisję sygnału telewizyjnego,
video konferencje oraz rozmowy przez video telefony.
13
W pierwszej fazie w testach bierze udział ponad 1000 klientów korporacyjnych i
indywidualnych. Testy mają na celu zbadanie satysfakcji i realnych potrzeb użytkowników
tak, aby umożliwić zaoferowanie najwyższego poziomu w momencie komercyjnego
uruchomienia usługi. Polska Telefonia Cyfrowa jest liderem w wyznaczaniu nowych
kierunków rozwoju na rynku zaawansowanych technologii mobilnych. Gotowe rozwiązanie
3G operator zaprezentował już 3 lata temu. We wrześniu 2001, podczas Krajowego
Sympozjum Telekomunikacyjnego (KST) w Bydgoszczy, PTC przeprowadziła jako pierwsza
na polskim rynku rozmowę poprzez sieć komórkową trzeciej generacji UMTS. Od jesieni
2001 roku do 2002 roku sieć Era realizowała testy technologiczne systemów UMTS, które
wypadły pomyślnie i pozwoliły na podjęcie kolejnych działań. We wrześniu 2002, podczas
kolejnego KST, przeprowadzono pomiędzy Poznaniem a Bydgoszczą pierwsze w Polsce
video połączenie wykorzystując do tego technologię UMTS.
W styczniu 2004 roku podpisano porozumienie z firmą Siemens, na mocy którego firma ta
zobowiązała się do dostarczenia operatorowi rozwiązania do budowy sieci UMTS w
Warszawie i okolicach.
Warszawa jest pierwszym etapem w tworzeniu sieci UMTS przez PTC. Przyznana w
grudniu 2002 koncesja UMTS przewiduje, że do końca 2007 roku sieć ta powinna objąć
swym zasięgiem co najmniej 20% mieszkańców Polski. Inwestycje w budowę sieci UMTS
zapewniają nie tylko postęp technologiczny i dostęp do najnowocześniejszych technologii, ale
tworzą też wiele nowych miejsc pracy dla wysoko wykwalifikowanych specjalistów.
Dodatkowo, są niezbędnym warunkiem
w procesie edukacyjnym oraz w tworzeniu nowoczesnego społeczeństwa informacyjnego.
14
ZASTOSOWANIE:
W porównaniu do technologii 2G (GMS) i 2,5G (GPRS, EDGE), dopiero UMTS
odpowiada na potrzeby prawdziwie mobilnych abonentów. Poniższa tabela pokazuje różnice
w parametrach użytkowych sieci opartych na różnych technologiach dostępu radiowego.
GSM
Przesłanie pliku tekstowego: (300
4 minuty, 16
KB)
sekund
1 godzina, 12
Przesłanie pliku muzycznego (5MB)
minut
Ściągniecie duzego filmu wideo (15 3 godziny, 38
MB):
minut
GPRS
UMTS
21 sekund
1,2 sekundy
6 minut
20 sekund
18 minut
60 sekund
UMTS jest uważany za jedną z
najważniejszych technologii
przełomu wieków, która
wprowadza nową jakość Mobilny Internet, połączenie
interaktywności i personalizacji
ze swobodą mobilności dla
użytkownika.
Zapotrzebowanie na usługi mobilnego Internetu jest faktem - już dziś miliony
abonentów wykorzystują telefony komórkowe do przesyłania pierwszych plików
multimedialnych i łączenia się z sieciami danych. Według obecnych prognoz, w ciągu 3 lat
liczba użytkowników mobilnego Internetu przewyższy liczbę abonentów łączących się z
Siecią za pośrednictwem komputera.
15
Tak przełomowe zmiany w technice przenośnej telefonii otwierają przed użytkownikami sieci
Trzeciej Generacji obszary zupełnie nowych usług:
Informacja i rozrywka w "komórce"
To coś innego niż "interaktywne media". UMTS zapewnia możliwość dostosowania
formatu i trybu odbierania informacji do zainteresowań, potrzeb i stylu życia użytkownika.
Najwyższej jakości aplikacje informacyjne i rozrywkowe są dostępne tam, gdzie abonent
znajduje się w danej chwili, dzięki niespotykanym dotąd standardom transmisji danych i
nowoczesnym, multimedialnym terminalom.



spersonalizowane usługi informacyjne i edukacyjne,
m-portale,
przesyłanie plików tekstowych, graficznych i wideo między abonentami,


mobilna rozrywka (muzyka i wideo na żądanie),
przeszukiwanie stron www.
Mobilne biuro
Dostęp do firmowych zasobów informacyjnych nieograniczony okablowaniem biura.
Mobilna poczta elektroniczna, wideo-konferencje, przesyłanie danych i prezentacji - każda z
tych podstawowych usług w nowoczesnej firmie może być dostępna pracownikom "w ruchu".




mobilny e-mail
mobilne wideo-konferencje
wirtualne sieci wydzielone (multimedialna komunikacja w firmie wg taryf lokalnych,
niezależnie od miejsca przebywania pracownika)
mobilne aplikacje specjalistyczne - dla pracowników serwisu/sprzedaży/obsługi
klienta
Bezprzewodowy dom
Wykorzystanie sieci i terminali UMTS do transmisji danych oznacza również
stworzenie nowego, inteligentnego środowiska w miejscu zamieszkania. Obsługa i monitoring
domowych urządzeń elektronicznych nie zawsze będzie już wymagać obecności i
bezpośredniej interwencji człowieka.
Samochód w łączności ze światem
Mobilny Internet to nie tylko stały dostęp dla abonenta. Również Twój pojazd nie traci
kontaktu ze światem. Kierowca korzysta dzięki temu z zasobów informacji dostosowanych do
potrzeb zmotoryzowanego użytkownika – z danych geograficznych, informacji
meteorologicznych, stale aktualizowanych wiadomości o sytuacji na drodze. Szeroki dostęp
do informacji i zoptymalizowany interfejs dla komunikacji z elektronicznymi systemami
pojazdu mogą służyć bezpieczniejszej i sprawniejszej nawigacji.
16
Aplikacje biznesowe
Dzięki dostępnym w technologii Mobilnego Internetu standardom bezpieczeństwa,
personalizacji, precyzji dotarcia i szybkości przesyłu danych, przed firmami otwiera się
zupełnie nowa perspektywa rywalizacji o umysły i portfele konsumentów. Na każdym etapie od kreowania marki i dotarcia do konsumenta z przekazem reklamowym, aż po dokonanie
płatności za transakcję - Trzecia Generacja zapowiada rewolucyjne zmiany w relacji z
konsumentem.
Do najważniejszych w biznesie obszarów wykorzystania Mobilnego Internetu należą:
 usługi lokalizacyjne,
 dynamiczna selekcja i definiowanie profilu usług,
 zdalne zamawianie produktów i usług,
 m-banking (usługi finansowe realizowane za pomocą przenośnych terminali),
 "mikropłatności".
UMTS też szkodzi:
Wydawać by sie mogło, że skoro "tradycyjne" komórki - zdaniem niektórych
naukowców - szkodzą zdrowiu, to w aparatach "trzeciej generacji", które dopierio
wchodzą na rynek - problemy te powinny zostać wyeliminowane. Być moze tak się
dzieje, niemniej pojawiają się nowe informacje. Jak wykazały badania przeprowadzone
w Holandii, sygnały radiowe emitowane przez sprzęt telekomunikacyjny trzeciej
generacji mogą powodować nudności i bóle głowy.
Badania przeprowadził instytut TNO na wniosek trzech holenderskich ministerstw:
gospodarki, zdrowia i telekomunikacji. Po raz pierwszy porównano skutki promieniowania
stacji bazowych używanych w istniejących obecnie sieciach ze skutkami promieniowania
stacji bazowymi trzeciej generacji. I po raz pierwszy wyniki badań są jednoznacznie: komórki
3G szkodzą.
Osobom wystawionym na działanie stacji 3G pogorszyło się samopoczucie - odczuwały
mrowienie, bolała ich głowa i robiło im się niedobrze. Natomiast nie zanotowano
negatywnego wpływu obecnego promieniowania. Co ciekawe, oba rodzaje stacji powodowały
u badanych większą czujność - wzmacniała się pamięć i skracał czas reakcji.
Badania przeprowadzone przez TNO różnią się od wcześniejszych testów. Do tej pory
skupiano się wyłącznie na skutkach używania telefonów komórkowych - sprawdzano
działanie radiacji aparatu trzymanego tuż przy uchu. Tym razem skupiono się na stacjach
bazowych: obniżono poziom promieniowania tak, by odzwierciedlał średnie wartości
dozwolone w komercyjnych sieciach 3G. Ponadto uczestnicy testów nie wiedzieli czy i kiedy
są poddawani promieniowaniu.
Przedstawiciele ministerstw uczestniczących w badaniach zapowiedzieli, że badania będą
kontynuowane, a ich wyniki zostaną omówione przez Komisję Europejską.
Informacje zaczerpnięte z:
www.ericsson.com
www.telefon.gsm.pl
www.mobile.net.pl
http://home.elka.pw.edu.pl
17
18