Содержание
Задумываться о возможностях UMTS, что это такое в телефоне и чем отличается такая технология, приходилось не каждому владельцу мобильного устройства. Притом что это третье поколение связи, которое используется в любом современном смартфоне и большинстве кнопочных моделей вместе с более современными версиями HSPA и HSPA+.
История и распространение
Разработку UMTS начали в 1992 году для распространения в странах Европы. Предполагалась, что она будет использоваться только для передачи голоса, но позднее к её возможностям добавили передачу других видов информации.
Основные этапы развития можно представить в виде следующего списка:
- в 1998 году была представлена первая спецификация для одного из конкурентов UMTS – CDMA2000;
- в 1999 в Соединённых Штатах сделали первый звонок с помощью пока ещё опытной сети CDMA;
- в 2000 были получены первые лицензии на ввод изобретения;
- в 2001 UMTS впервые открыто протестировали и ввели в эксплуатацию;
- в конце 2001 года были сделаны первые роуминговые вызовы между Испанией и Токио – для них использовался телефон с процессором Qualcomm MSM5200;
- в 2003 число пользователей связи третьего поколения достигло 30 миллионов человек;
- в 2010 на 3G перешло 540 миллионов абонентов.
Суть технологии
Переход мобильных операторов на UMTS позволил улучшить скорость связи, повысить функциональность и количество услуг.
Для абонентов нововведение предоставило такие преимущества:
- Высокая скорость доступа к Интернету. В отличие от 2G, обеспечивающего прослушивание музыки, просмотр текста и изображений, новое поколение даёт возможность просмотра видео с разрешением 480p. Максимальная скорость соответствует требованиям для видео в формате HD (720p). Для просмотра FullHD понадобится выбирать уже более современные технологии.
- Улучшение качества сигнала. Вероятность того, что связь оборвётся, в несколько раз ниже, чем при использовании GSM.
- Повышенная безопасность. Риск перехвата данных меньше, чем у связи 2G – при прослушивании возможные злоумышленники услышать только шум.
- Снижение энергопотребления смартфонов и планшетов. Расстояние до передающей информацию вышки меньше, чем для GSM, поэтому мобильное устройство намного дольше работает на одном заряде аккумулятора.
Мобильным операторам связь UMTS позволила унифицировать разнообразные системы беспроводного доступа и увеличить ассортимент предложений для своих клиентов.
Недостатки здесь тоже есть. Несмотря на необходимость таких систем для большинства пользователей, зона покрытия UMTS значительно меньше по сравнению с 2G. Так, отправляясь в отдалённые от центра России регионы, можно попасть в такие районы, где отсутствует поддержка 3G при наличии 2G.
В Европе разницы практически нет – если не считать страны Скандинавского полуострова, покрытие 3G и 4G практически стопроцентное.
Основные возможности
В соответствии с требованиями международной организации ITU, 3G-технологии должны обеспечивать передачу информации и голоса. Средняя пропускная способность зависит от мобильности абонентов:
- при скоростном перемещении со скоростью до 120 км/ч – не меньше 144 Кбит/с (этот уровень состоит из «макросот», покрывающих городские и пригородные зоны радиусом до 300 км);
- при скорости на уровне пешехода – от 384 Кбит/с («микросоты», покрывающие локальные области типа зданий и целых групп построек радиусом до 20 км);
- для неподвижного абонента – 2 Мбит/с («пакосоты» радиусом несколько десятков метров для поэтажного покрытия).
Стандарт применялся и продолжает использоваться не только мобильными телефонами, но и планшетами, и модемами, которые можно подключать к ноутбуку или ПК для беспроводного соединения с Интернетом. Технология поддерживается и компьютерами, оборудованными модулем 3G.
Структура и оборудование
Система коммутации UMTS сначала практически не отличалась по структуре от предыдущего поколения 2G. Она включала коммутационные центры типа MSC (Mobile Switching Centre) для управления соединениями и тарификацией, а также регистры AUC, HLR и VLR, где хранились абонентские данные.
Более современная версия той же системы включала уже два типа устройств – MSC-Server и MGW. Первые отвечали за тарифы, аутентификацию и соединения, вторые представляли собой подчинённые серверам коммутационные поля.
Заметно изменилась в новой технологии подсистема базовых станций, благодаря которой сеть и получила такие преимущества, как высокая скорость передачи данных:
- Контроллеры RNC – центральные элементы системы, решающие множество задач, от контроля радиоресурсов и шифрования данных до распределения ресурсов между всеми абонентами и установления соединения через подсистему. Количество функций контроллеров заметно увеличилось по сравнению с технологией 2G.
- NodeB – базовые станции стандарта UMTS, в функции которых входит преобразование полученных от RNC сигналов в передаваемые отдельным телефонам широкополосные радиосигналы. Станции не принимают решений об изменении пропускной способности и выделении ресурсов, играя роль всего лишь мостов между контроллерами и абонентами.
- UE или User Equipment – абонентское оборудование (3G-модем, поддерживающий технологию телефон, компьютер или планшет).
Принципы работы
К основным преимуществам использования сетей 3G относят экологическую безопасность. Максимальная мощность излучения их передатчиков не больше 200 мВт, средняя не превышает 20-40 мВт.
Среди других особенностей стандарта – усиленная защита от прерывания сигнала при движении.
В результате от первого источника информации данных поступает всё меньше, от других, принимающих эстафету – всё больше. Постепенно информация начинает передаваться абоненту только от одной, ближайшей к нему станции.
Частотное и временное разделение каналов приводит к задержке передачи сведений и обрыву связи, после чего абоненту приходится заново подключаться к Интернету или перезванивать собеседнику.
Дополнительные параметры
Интерфейс системы UMTS состоит из каналов, ширина полосы которых для каждого соединения составляет 5 МГц. Это в 4 раза больше по сравнению с конкурирующим 3G-стандартом CDMA2000 с 1,25-мегагерцными полосами.
Это обеспечивает технологии ряд преимуществ по сравнению с W-CDMA – сетями, использующими спектр неэкономично.
Спектр частот, используемый стандартом UMTS:
- для передачи данных от мобильных терминалов до базовых станций – от 1885 МГц до 2025 МГц (Uplink);
- для того чтобы информация передавалась от станций к терминалам – частоты от 2110 до 2200 МГц (Downlink);
- для передачи данных в Соединённых Штатах – немного изменённые из-за особенностей местной связи частотные диапазоны 1710-1755 МГц и 2110-2155 МГц.
Существуют и нестандартные диапазоны, используемые в отдельных регионах и конкретными компаниями.
Например, американский оператор AT&T Mobility применяет полосы от 850 до 1900 МГц. Финские власти поддерживают стандарт UMTS900, достаточно редкий и использующий диапазон 900 МГц. В проекте по развитию технологии участвовали такие компании как Elisa и Nokia.
UMTS в 2021 году
UMTS обеспечивает высокую скорость передачи данных даже при движении. Использовать её можно для решения разных задач – но распространение стандарта практически прекращено из-за появления более современных версий.
Четвёртое поколение технологии (LTE или 4G) обеспечивает передачу информации при движении абонента на скорости до 100 Мбит/с, превышая показатели UMTS в 50 раз.
Пользователи, которые получают доступ, передвигаясь с небольшой скоростью или оставаясь неподвижными, могут рассчитывать на 1 Гбит/с – больше, чем способны передавать некоторые проводные маршрутизаторы.
Пятое поколение связи действует на базе телекоммуникационных стандартов, которые следуют за технологией 4G. Система пока ещё не до конца разработана и введена, а большинство мобильных устройств не комплектуется необходимыми модулями.
Предполагается, что такая связь повысит надёжность передачи данных, уменьшить энергопотребление и скорость доступа к Интернету.
Прогнозы развития современных сетей предполагают постепенный переход с 3G и 4G к пятому поколению. Инфраструктура 5G к 2030-м годам обеспечит больше 20 миллионов рабочих мест, повысив значимость Интернета вещей IoT.
Тестирование технологии уже началось в 2018 году. Предполагаемая скорость передачи данных первых версий системы – до 20 Гбит/с. Величина задержки при отправке информации – не больше 4 мс.
Эппл собирается создать свою систему, отличающуюся от аналогов длиной волны и частотой, а первые тесты начнутся во второй половине 2019 года. А если «правило 10 лет» окажется верным, к 2030 году можно ожидать и ещё одну сеть – 6G (10-30 Гбит/с, 1 мс задержки).
Также будет интересно: Частоты 5G в России