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Was ist 3G UMTS: WCDMA Tutorial

Was ist 3G UMTS: WCDMA Tutorial

UMTS - Universal Mobile Telecommunications System, ist der 3G-Nachfolger der GSM-Standardfamilie, einschließlich GPRS und EDGE.

3G UMTS verwendet eine völlig andere Funkschnittstelle, die auf der Verwendung von Direct Sequence Spread Spectrum als CDMA oder Code Division Multiple Access basiert.

Obwohl 3G UMTS einen völlig anderen Funkzugangsstandard verwendet, ist das Kernnetz das gleiche wie das, das für GPRS und EDGE verwendet wird, um getrennte leitungsvermittelte Sprach- und Paketdaten zu übertragen.

UMTS verwendet eine Breitbandversion von CDMA, die einen 5 MHz breiten Kanal belegt. Das Modulationsschema war breiter als seine Konkurrenz CDMA2000, die nur einen 1,25-MHz-Kanal verwendete, und wurde als Breitband-CDMA oder WCDMA / W-CDMA bezeichnet. Dieser Name wurde oft verwendet, um sich auf das gesamte System zu beziehen.

3GPP UMTS-Spezifikationen und -Verwaltung

Um ein so kompliziertes System wie UMTS oder WCDMA zu erstellen und zu verwalten, muss eine große Anzahl von Dokumenten und Spezifikationen entwickelt und verwaltet werden. Für UMTS oder WCDMA werden diese jetzt von einer Gruppe verwaltet, die als 3GPP bekannt ist - dem Partnerschaftsprogramm der dritten Generation. Dies ist eine globale Zusammenarbeit zwischen sechs Organisationspartnern - ARIB, CCSA, ETSI, ATIS, TTA und TTC.

Der Anwendungsbereich von 3GPP bestand darin, global anwendbare technische Spezifikationen und technische Berichte für ein mobiles Telekommunikationssystem der 3. Generation zu erstellen. Dies würde auf den GSM-Kernnetzen und den Funkzugangstechnologien basieren, die sie unterstützen (d. H. Universal Terrestrial Radio Access (UTRA), sowohl Frequenzduplex (FDD) als auch Zeitduplex (TDD)).

Seit seiner Gründung hat 3GPP auch die Verantwortung für die GSM-Standards übernommen und sich mit zukünftigen Entwicklungen wie LTE (Long Term Evolution) und der als LTE Advanced bekannten 4G-Technologie befasst.

Hinweis zur Geschichte der Mobiltelefontechnologie:

Die Mobiltelefontechnologie hat sich jedes Jahr weiterentwickelt. Von der ersten Einführung von Mobiltelefonsystemen in den 1980er Jahren bis heute hat die Entwicklung neuer Technologien die verfügbaren Systeme stetig verbessert. Beginnend mit den analogen Systemen der ersten Generation wurden neue digitale 2G-Systeme eingeführt, die weiterentwickelt wurden, sodass jetzt die 5G-Technologie entwickelt wird.

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Zusammenfassung der UMTS WCDMA-Spezifikationen

Das UMTS-WCDMA-System bot eine signifikante Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber den vorherigen 2G-Diensten.

3G UMTS-Spezifikationszusammenfassung
ParameterSpezifikation
Maximale DatenrateNiedrige Reichweite von 2048 kbps
384 kbps in der Stadt und im Freien
HF-Kanalbandbreite5 MHz
MehrfachzugriffsschemaCDMA
Duplex-SchemataFDD und auch TDD

3G UMTS-Funktionen

UMTS verwendet Breitband-CDMA - WCDMA - als Funkübertragungsstandard. Es verwendet eine Kanalbandbreite von 5 MHz. Mit dieser Bandbreite können über 100 Sprachanrufe gleichzeitig übertragen werden, oder es können Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 Mbit / s im Originalformat übertragen werden. Mit den späteren Verbesserungen von HSDPA und HSUPA (beschrieben in anderen Artikeln, auf die über die Menüseite für zellulare Telekommunikation zugegriffen werden kann), die in späteren Versionen des Standards enthalten sind, wurden die Datenübertragungsgeschwindigkeiten auf 14,4 Mbit / s erhöht.

Viele der Ideen, die in GSM integriert wurden, wurden für UMTS übernommen und verbessert. Elemente wie die SIM wurden in ein weitaus leistungsfähigeres USIM (Universal SIM) umgewandelt. Darüber hinaus wurde das Netzwerk so konzipiert, dass die für GPRS und EDGE verwendeten Verbesserungen für UMTS verwendet werden können. Auf diese Weise wird der Investitionsaufwand auf ein Minimum reduziert.

Eine neue Einführung für UMTS ist, dass es Spezifikationen gibt, die sowohl den Frequenzduplex- (FDD) als auch den Zeitduplex- (TDD) Modus ermöglichen. Die ersten Modi, die verwendet werden, sind FDD-Modi, bei denen die Aufwärts- und Abwärtsverbindung auf unterschiedlichen Frequenzen liegen. Der Abstand zwischen ihnen beträgt 190 MHz für Band 1-Netze, die derzeit verwendet und ausgerollt werden.

Der TDD-Modus, in dem die Aufwärtsverbindung und die Abwärtsverbindung zeitlich mit den Basisstationen aufgeteilt werden und dann die Mobiltelefone abwechselnd auf derselben Frequenz senden, ist jedoch für eine Vielzahl von Anwendungen besonders geeignet. Offensichtlich sind dort, wo das Spektrum begrenzt ist und gepaarte Bänder mit angemessenem Abstand vorhanden sind, nicht verfügbar. Es funktioniert auch gut, wenn kleine Zellen verwendet werden sollen. Da zwischen Senden und Empfangen eine Schutzzeit erforderlich ist, ist diese kürzer, wenn die Transitzeiten aufgrund der kürzeren zurückgelegten Entfernungen kürzer sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass durch Surfen im Internet, Video-Downloads und dergleichen weitaus mehr Daten im Downlink übertragen werden. Dies bedeutet, dass es oft besser ist, dem Downlink mehr Kapazität zuzuweisen. Wenn ein gepaartes Spektrum verwendet wird, ist dies nicht möglich. Wenn jedoch ein TDD-System verwendet wird, ist es möglich, das Gleichgewicht zwischen Downlink- und Uplink-Übertragungen zu ändern, um dieses Ungleichgewicht auszugleichen und dadurch die Effizienz zu verbessern. Auf diese Weise können TDD-Systeme hocheffizient sein, wenn sie in Picozellen zum Übertragen von Internetdaten verwendet werden. Die TDD-Systeme sind nicht weit verbreitet, dies kann jedoch in Zukunft häufiger vorkommen. Aufgrund seines Charakters wird es oft als TD-CDMA (Time Division CDMA) bezeichnet.

3G UMTS / WCDMA-Technologien

Es gibt mehrere Schlüsselbereiche von 3G UMTS / WCDMA. Innerhalb dieser gibt es mehrere Schlüsseltechnologien, die eingesetzt wurden, um UMTS / WCDMA einen Leistungssprung gegenüber seinen 2G-Vorgängern zu ermöglichen.

Einige dieser Schlüsselbereiche umfassen:

  • Funkschnittstelle: Die UMTS-Funkschnittstelle liefert die grundlegende Definition des Funksignals. W-CDMA belegt 5-MHz-Kanäle und hat definierte Formate für Elemente wie Synchronisation, Leistungssteuerung und dergleichen
  • CDMA-Technologie: 3G UMTS basiert auf einem Schema, das als CDMA oder Code Divison Multiple Access bekannt ist, um mehreren Mobilteilen oder Benutzergeräten den Zugriff auf die Basisstation zu ermöglichen. Unter Verwendung eines Schemas, das als direktes Sequenzspreizspektrum bekannt ist, haben verschiedene UEs unterschiedliche Codes und können alle mit der Basisstation sprechen, obwohl sie alle auf derselben Frequenz liegen
  • UMTS-Netzwerkarchitektur: Die Architektur für ein UMTS-Netzwerk wurde so konzipiert, dass Paketdaten über das Netzwerk übertragen werden können, während weiterhin leitungsvermittelte Sprache unterstützt wird. Alle üblichen Funktionen, die den Zugriff auf das Netzwerk, Roaming und dergleichen ermöglichen, werden ebenfalls unterstützt.
  • UMTS-Modulationsschemata: Innerhalb des CDMA-Signalformats werden verschiedene Modulationsformen verwendet. Dies sind typischerweise Formen der Phasenumtastung.
  • UMTS-Kanäle: Wie bei jedem zellularen System sind unterschiedliche Datenkanäle erforderlich, um Nutzdaten sowie Steuerinformationen weiterzuleiten und die Zuweisung der erforderlichen Ressourcen zu ermöglichen. Eine Vielzahl unterschiedlicher Datenkanäle wird verwendet, um diese Einrichtungen zu ermöglichen.
  • UMTS TDD: Es gibt zwei Methoden zur Bereitstellung von Duplex für 3G UMTS. Eines ist das, was als Frequenzduplex, FDD, bezeichnet wird. Dies verwendet zwei Kanäle, die ausreichend voneinander beabstandet sind, so dass der Empfänger empfangen kann, während der Sender ebenfalls arbeitet. Eine andere Methode ist die Verwendung von Time Vision Duplex (TDD), bei der Übertragungen in beide Richtungen kurze Zeitblöcke zugewiesen werden. Bei dieser Methode ist nur ein einziger Kanal erforderlich
  • Aushändigen: Ein Schlüsselbereich eines zellularen Telekommunikationssystems ist die Übergabe (Handoff) von einer Zelle zur nächsten. Bei Verwendung von CDMA gibt es verschiedene Arten der Übergabe, die im System implementiert sind.

3G UMTS-Verbesserungen

Das grundlegende 3G UMTS-Mobilfunksystem ermöglichte das Erreichen von Datenraten von bis zu 2048 kbit / s. Da die Verwendung von Daten jedoch rasch zunahm, reichten diese Zahlen nicht mehr aus und weitere Erhöhungen der Datenrate waren erforderlich.

Zunächst wurde ein als HSDPA-Hochgeschwindigkeitspaket-Downloadzugriff bekanntes Schema eingeführt, um die Downlink-Geschwindigkeit zu erhöhen. Darauf folgte HSUPA, und es wurde ein Hochgeschwindigkeitspaket-Uplink-Zugriff eingeführt. Die kombinierte Suite wurde damals als HSPA-Hochgeschwindigkeitspaketzugriff bezeichnet.

Das grundlegende 3G-UMTS konnte die Datenleistung gegenüber GPRS und EDGE deutlich steigern, obwohl die erwartete Verwendung von Video bei der Einführung der grundlegenden Form von UMTS nicht auftrat. Es war zu langsam, besonders wenn viele Benutzer verbunden waren. Die Verbesserungen in Bezug auf HSPA trugen jedoch dazu bei, die Leistung zu steigern und die Datennutzung viel schneller zu steigern.

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