Uniwersalny system telefonii komórkowej

Uniwersalny System Telekomunikacji Ruchomej (UMTS) jest jednym z trzeciej generacji (3G) telefonii komórkowej technologii . Opiera się na technologii W-CDMA , znormalizowanej przez 3GPP i stanowi dominującą, pochodzącą z Europy, implementację specyfikacji ITU IMT-2000 dla komórkowych systemów radiowych 3G .

UMTS jest czasami nazywany 3GSM, co podkreśla powiązanie, które zostało zapewnione między UMTS a standardem GSM, któremu się udaje. Jest również nazywany 3G, dla trzeciej generacji.

Zobacz także tabelę podsumowującą różne generacje technologii telefonii komórkowej na dole strony .

Początki

Wdrożenie UMTS, pierwotnie planowane na początek pierwszej dekady XXI wieku, zostało odłożone ze względu na jego koszt i złe warunki ekonomiczne w świecie telekomunikacji po pęknięciu bańki internetowej .

We Francji

Pierwszym operatorem sieci komórkowej, który uruchomił swoją ofertę handlową we Francji, był SFR , the10 listopada 2004, A następnie pomarańczowy na9 grudnia 2004. Bouygues Telecom początkowo wolał skupić się na technologii EDGE w 2005 r., Aby oferować te same rodzaje usług (z wyjątkiem telefonii wideo) przy niższych nakładach inwestycyjnych; niemniej jednak Bouygues Telecom posiada licencję UMTS i na mocy zobowiązań wobec Arcep był zobowiązany do komercyjnego otwarcia swojej sieci na początku 2007 roku . Suez połączył siły z hiszpańskim operatorem Telefónica, aby zaproponować ofertę w ramach konkursu ogłoszonego przez Arcep w 2003 r. Pod nazwą „ST3G”, ale ostatecznie nie złożył wniosku, porzucając wniosek. Projekt na kilka dni przed upływem terminu za składanie ofert.

To jest 18 grudnia 2009Po wielu przygodach i kunktatorstwo, że ARCEP utrzymuje kandydata na wolne telefonów (grupa Iliada ) dla 4 th  koncesji UMTS. Jest oficjalnie przyznawany w dniu13 stycznia 2010.

W Europie

Plik 1 st grudzień 2002, norweski operator sieci komórkowej Telenor ogłosił uruchomienie pierwszej komercyjnej sieci UMTS. Austriacki operator Mobilkom Austria uruchomił pierwszą komercyjną usługę UMTS25 września 2002.

Technologia i częstotliwości

Technologia

UMTS to technologia telefonii komórkowej , której część radiowa ( UTRAN ) jest oparta na technice wielodostępu W-CDMA , tak zwanej technice widma rozproszonego, podczas gdy wielokrotny dostęp dla GSM jest realizowany przez połączenie multipleksowania z podziałem czasu TDMA i multipleksowania częstotliwości FDMA .

Istotną poprawą UMTS w stosunku do GSM jest, dzięki nowej technice kodowania, możliwość ponownego wykorzystania tych samych częstotliwości w sąsiednich komórkach radiowych, a co za tym idzie przydzielenia każdej komórce większej szerokości widmowej (5  MHz ), podczas gdy w GSM sąsiednie komórki radiowe muszą używać różnych pasm częstotliwości (współczynnik ponownego wykorzystania waha się od 1/3 do 1/7), co oznacza (w GSM) podział i dystrybucję częstotliwości przydzielonych operatorowi między kilka komórek radiowych .

Zniknięcie tego ograniczenia umożliwia UMTS posiadanie większej przepustowości, a tym samym większej przepustowości (lub większej liczby aktywnych abonentów) w każdej komórce.

Częstotliwości przydzielone do UMTS

Podczas WARC 1992 zorganizowanego przez ITU w Torremolinos ( prowincja Malaga w Hiszpanii) wybrano następujące pasma radiowe dla systemów 3G IMT-2000 (eksploatowanych we Francji z technologią UMTS):

Inne pasma częstotliwości zostały później przydzielone UMTS, w szczególności częstotliwości w paśmie 900  MHz, które mogą być współdzielone między GSM i UMTS w Europie i Francji oraz niektóre częstotliwości w zakresie 700  MHz i 1700  MHz w Ameryce Północnej i Azji.

Pasmo częstotliwości ( nośna ) przypisane do każdej komórki radiowej wynosi 5  MHz z rzeczywistą szerokością widmową 4,685  MHz . Od przybycia HSPA standardem w 2008 kilka 5 MHz nośniki  mogą być łączone w celu zwiększenia wydajności.

Przydział częstotliwości we Francji

Obciążenia

Teoretyczne natężenia przepływu

UMTS w swojej pierwotnej wersji „3GPP R99” (znormalizowany w 1999 r. I ukończony w 2001 r.) Pozwalał na teoretyczną maksymalną prędkość pobierania danych (pobieranie) na poziomie 1,920  Mb / s . Szybkość ta jest znacznie wyższa niż początkowa prędkość GSM, która wynosiła 9,6  kb / s i jest wyższa niż prędkości maksymalne oferowane przez warianty GSM zoptymalizowane pod kątem przesyłania danych ( GPRS i EDGE ): 384  kb / s dla „EDGE”.

Prędkości UMTS różnią się w zależności od miejsca użytkowania i szybkości poruszania się użytkownika. W przypadku pierwszej generacji UMTS (tej dostępnej we Francji w latach 2005-2009) maksymalne prędkości pobierania (pobierania) wynosiły:

Wersje 7 i 8 (rel-8 3GPP), zwane HSPA + lub (3.75G), definiowały dalsze ulepszenia standardu UMTS (patrz artykuł HSPA +), umożliwiając osiągnięcie dla wariantu FDD używanego w Europie w 2013 r., szczytowe prędkości pobierania 21  Mb / s , 42  Mb / sw trybie „Dual Carrier”, a w przyszłości nawet 84  Mb / sw trybie wieloantenowym MIMO . Pik wskaźnik połączenia ładującego jest ograniczona do 5,8 Mb / s lub 11,5 Mb / s w zależności od rodzaju terminala (nie trybie „podwójnej komórka”, nie 64 QAM kodowania w łączu w dół).

Wdrożenie wykonane we francuskich sieciach 3G w 2014 r. I obsługiwane przez najnowsze terminale ( smartfony i tablety) odpowiada tak zwanemu wariantowi „DC-HSPA +”, który polega na jednoczesnym wykorzystaniu dwóch komórek radiowych (dwa pasma sąsiednich częstotliwości UMTS 5  MHz ); umożliwia maksymalną prędkość pobierania 42  Mb / s .

Uwaga: Te teoretyczne szczytowe prędkości zakładają stacjonarny terminal, umieszczony w doskonałych warunkach odbioru radiowego i, w praktyce, posiadający tylko jeden aktywny terminal w danym czasie w komórce radiowej (obszar pokrywany przez antenę (y) Węzła B ).

Rzeczywiste natężenia przepływu

Rzeczywista szybkość transmisji danych terminala UMTS jest najczęściej znacznie niższa niż teoretyczne szybkości transmisji obiecane przez standardy UMTS. Główne czynniki wpływające na rzeczywiste prędkości obserwowane przez abonenta to:

Aplikacje i usługi

Dzięki zwiększonej szybkości transmisji danych UMTS otwiera drzwi do nowych aplikacji i usług. W szczególności UMTS umożliwia przesyłanie treści multimedialnych, takich jak obrazy, dźwięk i wideo w czasie rzeczywistym.

Początkowo nowe usługi były głównie do zastosowań wideo dotyczą: wideo telefonia , MMS wideo, wideo na żądanie , telewizja. Ale w rzeczywistości 3G był w rzeczywistości najpierw skolonizowany przez zastosowania takie jak dostęp do Internetu, głównie od czasu eksplozji rynku smartfonów i sieci społecznościowych , pojawiły się aplikacje wideo ( Youtube , replayTV ...). Rozwinęły się w drugim etapie wraz ze wzrostem w ilości danych zawartych w subskrypcjach.

Wdrożenie komercyjne na całym świecie

Na koniec 2010 r. Ponad pięćset sieci 3G miało dostęp do ponad dwóch miliardów użytkowników, z różnicami w zależności od kontynentu: 82% populacji Europy Zachodniej, ale 12% populacji regionu Azji i Pacyfiku, podczas gdy pod koniec 2006 r. UMTS usługi były oferowane tylko przez 155 operatorów na całym świecie dla 80 milionów użytkowników.

W połowie 2015 r. Na całym świecie było blisko 2 miliardy abonentów sieci UMTS / WCDMA.

Zasięg we Francji

UMTS narzucił wprowadzenie nowej fizycznej sieci anten przekaźnikowych i konieczne jest zainstalowanie wielu stacji radiowych ( Węzeł B ) w celu zapewnienia odpowiedniego zasięgu. Tak więc w 2007 roku Orange France nadal obejmował tylko 65% populacji z 6500 lokalizacjami, a na koniec 2009 roku 87% populacji z 11 000 miejscami.

Podczas kontroli przeprowadzonych pod koniec 2011 r. ARCEP zauważył, że wskaźnik zasięgu sieci 3G Orange France i SFR obejmuje obecnie ponad 98% populacji Francji, a sieć Bouygues Telecom osiągnęła w tym samym dniu zasięg więcej niż 93% populacji. Aby zapewnić dobry zasięg na obszarach słabo zaludnionych ( obszary białe ), powszechną praktyką jest łączenie tam sieci, co robią SFR, Orange i Bouygues Telecom.

Pod koniec 2012 r. Firma Arcep potwierdziła wskaźniki pokrycia z at 1 st lipca 2012, wskaźnik pokrycia 3G ponad 98% dla Orange i SFR oraz ponad 94% dla Bouygues Telecom (dostępność usług poza budynkami, w sytuacji statycznej).

Dochód

We Francji operatorzy potrzebowali trochę czasu, aby uzyskać dodatkowe dochody ze swojej sieci 3G, ale w obliczu konkurencji konieczne stało się oferowanie szybkiego dostępu do Internetu niezbędnego dla smartfonów , oprócz usług. Klasyczne telefony komórkowe GSM  : głos, SMS i dźwięk oddzwaniania . Aplikacje możliwe dzięki 3G: MMS , telewizja, muzyka, wideo na żądanie , dostęp do Internetu, gry, zostały dodane do zastosowań głosowych i SMS-ów, niekoniecznie zwiększając średni przychód na abonenta ( ARPU ).

Bezpośredni skok z 2G na 4G?

W obliczu powolnego zwrotu z inwestycji oraz szybkiego rozwoju technik, amerykański operator Sprint Nextel zdecydował w 2006 r. O bezpośredniej inwestycji prawie 3 miliardów dolarów, aby pokryć Stany Zjednoczone 4G WiMAX ; Następnie pod koniec 2011 roku zdecydował się na technologię LTE (zamiast WiMAX) dla swojej sieci 4G. AT&T , która jest w 100% właścicielem Cingular Wireless (obecnie znanej jako AT&T Mobility ), wybrała również technologię 4G LTE. W 2006 roku około 250 operatorów ogłosiło, że rozważają lub chcą wdrożyć WiMAX lub LTE w swojej sieci i ogłosili, że chcą pominąć etap 3G , wdrażając sieci oparte na technologiach mobilnych 4G całkowicie opartych na IP , które są bardziej wydajne i mniej kosztowny.

Wśród technologii 4G były dwie niekompatybilne szkoły: mobilne WiMAX wykorzystujące technologię MIMO i standaryzowane przez IEEE ( standard IEEE 802.16e ) oraz LTE ( Long Term Evolution „  System Architecture Evolution  ”), które jest inicjatywą wspieraną przez partnerstwo trzeciej generacji Organ normalizacyjny projektu zgodnie z UMTS. Kilku operatorów w różnych krajach (Stany Zjednoczone, Japonia, Korea, Rosja) rozpoczęło w 2009 r. Testowanie mobilnego WiMAX, podczas gdy pierwsze komercyjne wdrożenia LTE rozpoczęły się dopiero w 2011 r. (Stany Zjednoczone i Szwecja) oraz w 2012 r. W Azji i pozostałych krajach Europy. . Od 2015 roku LTE dominuje w sieciach komórkowych 4G (ponad 750 milionów abonentów w połowie 2015 roku na całym świecie), a mobilne WiMAX jest w trakcie odchodzenia.

Inne uzupełniające lub alternatywne rozwiązanie dla UMTS pozwala na mniejsze inwestycje niż te niezbędne w przypadku UMTS: operatorzy sieci GSM mogą aktualizować istniejące urządzenia sieciowe 2G za pomocą „  Evolved EDGE  ”, ewolucji technologii GPRS EDGE zdolnej do obsługi prędkości od 450 do 500  Kbit / s , zanim utworzenie sieci 4G . Sieci EDGE mają tę zaletę, że mają już dobry zasięg, ponieważ anteny przekaźnikowe i używane pasma częstotliwości są takie same, jak w przypadku GSM.

Planowanie

Planowanie lokalizacji radiowych ma na celu przezwyciężenie 4 podstawowych problemów:

Aby prawidłowo rozmieścić sieć , konieczna jest dobra konfiguracja anten sektorowych lub anten RF, aby mieć dobrą wydajność i dobre dostosowanie przepustowości. Zasięg radiowy jest podstawowym kryterium i musi być skuteczny i wystarczający, a następnie dostosowuje się do potrzeb w zakresie przepustowości w każdym regionie i musi być elastyczny, aby dostosować się do przyszłego wzrostu wielkości sieci PLMN i demografii populacji. Abonenci bez trzeba zmienić istniejące witryny. Rozmiar komórek w WCDMA / UMTS nie może być traktowany jako wymiar stały ze względu na zjawisko oddychania lub efektu oddychania, w którym promień komórki zmienia się w zależności od liczby aktywnych abonentów; jest to spowodowane modulacją rozproszenia pasma. Na ścieżce w górę, jeśli liczba abonentów na danym obszarze wzrasta, powoduje to wzrost poziomu szumów w węźle B  ; Aby przezwyciężyć hałas, sprzęt mobilny musi zwiększyć swoją moc transmisji, aby umożliwić drugiemu końcowi łącza radiowego odtworzenie danych, co prowadzi do zmniejszenia obszaru pokrycia. To samo dzieje się w kierunku łącza w dół i możemy oszacować poziom szumów, który mógłby powstać na danym obszarze, obliczając zakłócenia na każdym terminalu , używanym terminem jest „RSCP”: Moc kodu odebranego sygnału lub „siła kodu odebranego sygnału ”. Idealny przypadek reprezentuje obszar pokryty przez pojedynczą komórkę, stosunek sygnału do szumu lub Ec / No staje się optymalny. Krótko mówiąc, kluczowe punkty, które należy wziąć pod uwagę podczas planowania, to:

Uwagi i odniesienia

  1. "  UMTS Mobilny Internet działa zanim zaistnieje  " , L'Humanité ,1 st lutego 2001
  2. „  Czwarta licencja wzbudza fale  ” , L'Humanité ,4 sierpnia 2009
  3. [PDF] Decyzje nr 2008-0228 i nr 2008-0229 Arcep w sprawie ponownego wykorzystania częstotliwości GSM dla UMTS Astrid-online - Arcep, komunikaty prasowe z 26 lutego 2008 r.
  4. [PDF] Sprawozdanie z zakresu i jakości usług telefonii komórkowej we Francji kontynentalnej - str.12 do 15, a str.20, Zmienność wydajności sieci komórkowych Arcep.fr, listopad 2012
  5. 3GPP, aspekty radiowe, patrz wersje rel-8, aw szczególności normy FDD i HSPA 25101, 25104, 25306, 25321 i 25825 3gpp.org
  6. (w) [PDF] UMTS - Radio Access EU, wydanie 8, 5.1g patrz tabela kategorie 6 i 7, prędkości łącza uplink etsi .org / 3GPP.org, dostęp: lipiec 2014
  7. (in) [PDF] HSPA +, slajdy 5 i 16: 11,5 Mb / s HSPA + uplink w tu-ilmenau.de, dostęp: sierpień 2014
  8. Miejsce anteny przekaźnikowej UMTS (makrokomórki) jest zwykle wyposażone w trzy anteny, z których każda emituje w sektorze 120 ° , strefa granicząca z dwoma płatami emisyjnymi 120 ° jest strefą interferencji, jeśli dwie komórki używają tego samego pasma częstotliwości radiowej
  9. (en) Ian Mansfield, „  Two Billion Covered by 3G and LTE / WiMAX Data Services  ” , cellular-news,29 listopada 2010
  10. (in) 450 LTE 755 mln abonentów LTE w połowie 2015 r., 1,99 mld abonentów WCDMA gsacom.com, 10 września 2015 r.
  11. pokrycia francuskich operatorów na koniec 2011 r. Arcep, komunikat prasowy z dnia 28 lutego 2012 r
  12. [PDF] Sprawozdanie z zakresu i jakości usług telefonii komórkowej we Francji - str.77, zasięg 3G we Francji na 1 st lipca 2012 Arcep.fr, listopad 2012
  13. „  4G: Sprint Nextel wybiera mobilny WiMax  ” , Dziennik „Neteco”,9 sierpnia 2006.

Zobacz też

Powiązane artykuły

Bibliografia

Link zewnętrzny