UMTS演進過程

kinpoagilent

80年代第1代行動電話技術問世迄今已逾20年，隨科技進步，今日已進入第3代行動電話時代；而在20多年來發展過程中，行動電話技術更趨成熟並更高度整合。
常見的第1代行動電話技術，包括了在美洲、台灣、韓國、香港、澳洲...等地區使用的AMPS(American Mobile Phone System)，英國、愛爾蘭、西班牙、意大利...等地採用的TACS(Total Access Communication System)，及北歐各國、瑞士、法國、比利時...等國採用的NMT(Nordic Mobile Telephone system)。

這些技術雖提供使用者語音服務，但它們各自獨立發展及各自使用不同頻帶，卻致使這些技術無法彼此相容，也造成使用者出國時的不便；尤其是對歐陸不同國家的使用者而言，跨國漫遊當時卻是令人頭疼的問題。此外，使用者移動時，特別是在多重路徑環境下的雜訊及干擾下，使用中常會聽到令人不悅的剌耳噪音。為解決這些問題，業界開始制定第2代行動電話系統(2nd Generation；2G)。

不同於第1代行動電話系統的類比式通訊，第2代行動電話系統改採數位方式傳送，換句話說，手機與網路端改以位元形式交換語音訊號。數位系統讓網路業者得以將有限的頻寬資源，提供更多使用者、更多樣化服務。除改善上一代行動電話通話品質外，第2代行動電話系統，亦開始提供數據傳輸服務；透過此項服務，可使用如WAP(Wireless Application Protocol，無線應用協定)。另為回應全球化需求，更高度相容的技術規格被提出：最主要的2個技術規格分別是一般所稱美規系統IS-95(Interim Standard 95)及歐規的GSM(Global System for Mobile Communications)。

前身為Pan-European digital cellular system的GSM，採TDMA(Time Division Multiple Access)技術，允許更多使用者共用同1個頻道；同時蜂巢式系統下的每1個細胞使用1個頻率，代表著1個頻道，相鄰的細胞則可使用不同頻率/頻道，減少彼此間的干擾。新增在不同國家和網路間漫遊的能力，亦提升使用便利性。

GSM中CSD(Circuit-Switched Data)和改良後的HSCSD(High Speed Circuit-Switched Data)，加上常被稱為2.5G的GPRS(General Packet Radio Service)以及2.75G的Edge(Enhanced Data rates for the GSM Evolution)，讓手機在語音通話外，還可以提供傳輸數據功能。除了上述語音及數據傳輸，GSM亦提供許多附加服務(Supplementary Service)，包括來電轉接(Call Forwarding)、通話限制(Call Barring)、來電待接(Call Waiting)...等服務。

數據傳輸方面，HSCSD理論最高傳輸速率為14.4 kbps；GPRS最高理論值為114 kbps；而Edge則可達236.8 kbps。實際上因網路環境及資源共用限制，實際傳輸速率遠小於上述理論值；這樣的傳輸速率阻礙手機數據傳輸的應用。因此，人們開始思考：如何改善現有技術並且提高傳輸速率？1個以CDMA(Code Division Multiple Access)技術為基礎的無線通訊，在這時被制定出來，也就是WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)以及UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)。

UMTS架構

UMTS即為一般所稱的歐規第3代行動電話技術(3rd Generation，或簡稱3G)。包括WCDMA及GSM/GPRS的空中介面協定。UMTS的網路架構主要包括3個部分：
UMTS網路架構圖
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1、使用者設備(User Equipment)
1個完整的使用者設備，是1台帶有USIM(Universal Subscriber Identity Module)的ME(Mobile Equipment，即手機)。其中用戶資料都存在USIM中，USIM可以放到不同的手機使用。

2、存取網路(Access Network)
存取網路可能是舊有GSM/GPRS為基礎的GERAN(GSM/Edge Radio Access Network)，或新增以WCDMA為基礎的UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)。它們包括所有網路端手機，對網路存取所需的設備。



3、核心網路(Core Network)
核心網路包含所有交換(switching)以及路由(routing)功能；它可分為CS Domain(Circuit-switched Domain)和PS Domain (Packet-Switched Domain)。它的後端則接了PSTN(Public Switch Telephone Network)或是PDN(Packet Data Network)，如網際網路。



將網路分為存取網路及核心網路主要目的在於，儘可能地減少後端核心網路的變動。不管無線電存取技術及空中介面有多大改變，如以TDMA為基礎的GSM/GPRS，到以CDMA為基礎的WCDMA，核心網路不需要太多改變，硬體設備方面更是幾乎不變。

由於核心網路沒有大變動，所以UMTS繼承GSM/GPRS使用的上層通訊協定，即手機與核心網路交換訊息的協定層：NAS(Non-Access Stratum)；另一方面，底層技術以及通訊協定上，即手機與存取網路交換訊息的協定層：AS(Access Stratum)，WCDMA與GSM/GPRS有著天壤之別。

不同於前一代行動電話通訊協定使用的TDMA ，WCDMA使用DS-CDMA(Direct Sequence Code Division Multiple Access)大幅地提升頻譜使用效率。另CDMA技術讓手機更容易做到在CS和PS同時通話；換句話說，使用者可利用手機同時和朋友聊天及傳輸數據。

接下來看看UMTS演進過程，以及每個發佈版本能支援的最高傳輸速率，與新增服務。



UMTS的演進



在WCDMA Release 99中，理論最高封包傳輸速率可達1.92 Mbps；在實際的網路佈建上，一般而言，最高的封包傳輸速率亦有384 Kbps。比起GSM、GPRS和Edge，它的傳輸速率有著顯著的提升。同時 Release 99亦支援影像通話(Video Telephony)，與其他新應用。

UMTS演進
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Release 5規格提出了All-IP Service，和HSDPA(High Speed Downlink Packet Access，高速下行封包處理)。除網路端的All-IP Service外，對手機而言，最重要的改變就是HSDPA。HSDPA允許下行速率最高達14.4 Mbps，在目前在實際網路運行中，最高已有7.2Mbps。藉由AMC(Adaptive Modulation and Coding)、HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)以及多碼(Multi-Code)運作...等技術，HSDPA大幅提升下行資料傳輸速率，從384kps躍進至14.4 Mbps。

大幅改善下行速度後，UMTS規格又進一步想辦法增加上行速度。Release 6規格中，HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)將上行資料傳輸速率，從原本384 kbps改進，最高可達5.76 Mbps。如同HSDPA，HSUPA也應用HARQ和多碼運作，以提高傳輸速率。

另外，為加強手機上即時服務(Real-time Service)，如VoIP(Voice over IP)，Release 6規格對通訊協定做若干修改。同時這個版本規格也開始對廣播(Broadcast)和多點傳播（Multicast)有所著墨，即MBMS(Multimedia Broadcast/Multicast Service)。

下個版本的規格，也就是Release 7，新推出更強大的HSPA+(High Speed Packet Access Plus)。HSPA+主要在原來的HSDPA和HSUPA上再加入MIMO(Multi Input Multi Output)，以及使用更高階調變...等技術，實現最高11Mbps上行傳輸速率和下行最高28.8 Mbps速率；其後Release 8的HSPA+ Phase 2下行傳輸速率，甚至可高達42Mbps。[upload=jpg]UploadFile/2008-12/081229@52RD_83702-1-PTJCE.jpg[/upload]
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dpx4086

thank you...

yms0201

thanks for sharing

dada5059

很好，辛苦了

Hardyywang

辛苦了，谢谢