Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) rozwiąże problem transmisji danych w sieciach komórkowych.

Działające współcześnie sieci komórkowe wykorzystują stworzoną jeszcze w latach 80. technologię GSM, dedykowaną przede wszystkim dla usług głosowych. Tymczasem z roku na rok udział transmisji danych w całym ruchu rośnie. Wbudowane w GSM usługi transmisji danych, oparte na komutacji kanałów o przepustowości 9,6-14,4 Kb/s, przestają wystarczać. Problem ten ma rozwiązać, stworzony pod egidą ITU (International Telecommunications Union), standard telefonii komórkowej trzeciej generacji (3G) - UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Uwzględnione w nim rozwiązania pozwalają na znaczne zwiększenie pojemności sieci komórkowych, podwyższają szybkość transmisji danych, a także tworzą ramy do oferowania usług nie znanych dotychczas w sieciach drugiej generacji. Pierwsze komercyjne sieci UMTS powstaną w Japonii i Europie w II połowie 2001 r.

Droga przez nakładkę

Potrzeba szybkiej transmisji danych daje się zauważyć już dziś, dlatego operatorzy są skłonni inwestować w rozwiązania przejściowe, będące swego rodzaju nakładkami na istniejącą sieć GSM, np. GPRS i HSCSD. Istnieje przy tym duże prawdopodobieństwo, że usługi tego typu nie zanikną wraz z pojawieniem się telefonii 3G. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) jest pierwszym rozwiązaniem, powodującym przyspieszenie transmisji danych w sieciach GSM. Problem jednak w tym, że jest to technologia komutowana. Na potrzeby transmisji są rezerwowane kanały, z których inni użytkownicy sieci nie mogą skorzystać. Wzrost prędkości jest uzyskiwany przez przyznanie użytkownikowi nie jednego, lecz kilku głosowych kanałów łączności, stąd duże prawdopodobieństwo "zatkania" sieci. Technologia HSCSD umożliwia transmisję na poziomie 38,4-57,6 Kb/s w przypadku 4 kanałów. Jednak w praktyce będą stosowane rozwiązania 2- lub 3-kanałowe.

Kolejną technologią transmisji danych w sieciach GSM jest GPRS (General Packet Radio Service). GPRS jest technologią pakietową, a transmisja nie wymaga rezerwowania kanałów na stałe, jak w przypadku HSCSD. Pasmo jest zajmowane tylko w momencie wymiany danych. Nie ogranicza więc pojemności sieci. Maksymalna prędkość przesyłania danych z użyciem GPRS wynosi ok. 170 Kb/s, jednak w praktyce prawdopodobnie nie przekroczy ok. 115 Kb/s. Istnieje także szybsza wersja GPRS, tzw. EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution), umożliwiająca transmisję z teoretyczną prędkością 384 Kb/s. Jednak i w tym przypadku faktyczna prędkość będzie prawdopodobnie niższa. Przewaga EDGE w porównaniu z GPRS tkwi w ulepszonym algorytmie modulacji fal radiowych. Uruchomienie usług GPRS/EDGE będzie wymagało jednak sporych inwestycji. Oprócz wymiany aparatów konieczna będzie modyfikacja stacji bazowych oraz zainstalowanie w nich routerów i przełączników tworzących sieć IP.

Zasięg ograniczony

Koncepcja telefonii UMTS, podobnie jak w przypadku dzisiejszej telefonii GSM, oparta jest na hierarchii komórek o różnym zasięgu. Będą więc istnieć pikokomórki, obejmujące jeden budynek, mikrokomórki osiedlowe, a także makrokomórki mające zasięg na całe miasto czy kraj (satelitarne). UMTS nie wymaga unikalnej numeracji w obrębie całej sieci, toteż możliwe będzie budowanie prywatnych sieci UMTS, np. w ramach jednego budynku czy osiedla, które nie będą wymagały opłat na rzecz operatora.

UMTS umożliwi także szybką transmisję danych z prędkością do 2 Mb/s, ale jedynie w najbliższej okolicy stacji bazowych (tzw. wysp). Stacje bazowe sieci UMTS mają być - ze względu na opłacalność inwestycji - budowane przede wszystkim w dużych miastach. Podobnie działa dzisiaj sieć DCS 1800. Wynika to z tego, że w przypadku dużych przepustowości potrzebne są: szerokie pasmo i stosunkowo duża moc sygnału, czyli duża liczba gęsto upakowanych komórek.

Poza wyspami, transmisja będzie re- alizowana z maksymalną prędkoś- cią 384 Kb/s poprzez stacje UMTS lub za pośrednictwem technologii przejściowych, np. GPRS/ EDGE. Na obszarach słabo zalud-nionych będą używane istniejące obecnie komutowane technologie GSM i transmisja satelitarna.

Nowe radio

Wprowadzenie telefonii UMTS wiąże się z większym niż dotychczas pasmem częstotliwości. Według UMTS Forum, każdy z przyszłych operatorów będzie musiał dysponować pasmem o szero- kości dwa razy po 20 MHz (transmisja do i z telefonu). UMTS Forum zakłada też, że w każdym kraju będzie działać 3 lub więcej operatorów usług trzeciej generacji, co daje łączne zapotrzebowanie na pasmo rzędu 120 -160 MHz do 2005 r. Do roku 2010 zapotrzebowanie na pasmo może wzrosnąć do 300-500 MHz.

Wraz z UMTS pojawi się nowy interfejs radiowy na linii aparat - stacja bazowa - UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). Na terenach podmiejskich UTRA będzie działać podobnie jak znana dziś tech- nologia WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access). Na obszarach o dużej gęstości zaludnienia podział kodowy zostanie wzbogacony o podział czasowy znany z technologii TDMA (Time Division Multiple Access). W każdym paśmie nośnym zostaną utworzone okna czasowe. W systemach GSM, opartych na technologii TDMA, jest 8 okien czasowych, UTRA natomiast oferuje ich aż 16. Duża ich liczba daje efektywniejsze wykorzystanie pasma i zwiększa pojemność całej sieci.

Lepsze wykorzystanie pasma przez UMTS będzie się także wiązało z opracowaniem wydajniejszych technologii do kodowania mowy. Sieci naziemne wymagają do tego celu pasma o szerokości 64 Kb/s. W przypadku współczesnych sieci komórkowych GSM wystarczy pasmo 13 Kb/s. W telefonii UMTS efektywne kodowanie mowy będzie się wiązało z zastosowaniem pasma o szerokości jedynie 8 Kb/s. Tak efektywne kodowanie pozwoli na zmieszczenie nawet 100 kanałów na jednym paśmie nośnym.

Aparat z niespodzianką

Różnice między terminalami UMTS będą takie, jak w przypadku dzisiejszych telefonów komórkowych. Na rynku znajdą się zarówno tanie urządzenia umożliwiające przesyłanie głosu i poczty elektronicznej, jak i "przenośne biura", na których będą działać zaawansowane aplikacje z graficznym interfejsem użytkownika. Telefony UMTS zostaną wyposażone w środowisko wykonywania aplikacji o nazwie MEXE (Mobile station application EXecution Environment).

Istniejący obecnie standard WAP pozwala jedynie na prezentację treści w postaci tekstu i grafiki oraz wykonywanie prostych skryptów, podobnie jak HTML. MEXE jest pełnowartościowym środowiskiem wykonywania aplikacji, zawierającym wirtualną maszynę Javy i mechanizmy bezpieczeństwa. Działające w aparacie środowisko MEXE będzie informować serwer MEXE po stronie operatora o swoich możliwościach, aby ten mógł dostarczyć usługi nie przekraczające możliwości jego przetwarzania. MEXE będzie współpracować z nowymi standardami GSM, w tym GPRS/EDGE.