Minulý týden jsme se podívali na historii UMTS FDD. Nyní se trochu blíže podíváme na jeho technickou stránku, výhody oproti GSM, jeho slabiny a také to, co vlastně UMTS reálně přináší.
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) je mezinárodní standard vyžívající standardně frekvenční spektrum od 1885 MHz do 2025 MHz nebo od 2110 MHz do 2200 MHz. Jeden kanál má přesně definovanou šířku 5 MHz. UMTS se někdy také nazývá WCDMA (Wideband CDMA). Je to v základu totéž, ale toto označení zahrnuje i japonskou síť FOMA společnosti NTT DoCoMo, která s UMTS kompatibilní není. My se tedy přidržíme názvu UMTS.
UMTS se dělí na dva základní typy a to podle způsobu řešení duplexního provozu. Prvním, významně rozšířenějším typem je FDD (Frequency Division Duplex), kde je pro uplink a downlink použit odlišný kanál. Druhý je pak TDD (Time Division Duplex), kde uplink a downlink používá jeden kanál, ve kterém se oba směry střídají v čase. UMTS, které naleznete ve svých telefonech a které nabízí již řada zahraničních operátorů je UMTS FDD a o tom dnes také bude v našem článku řeč.
UMTS coby doplněk pro GSM
Sítě UMTS mají velmi podobnou strukturu jako sítě GSM. Základnová stanice v UMTS se stále může nazývat BTS nebo BS (Base Station), nicméně obecně používané pojmenování je Node B. Každý Node B je pak připojen k RNC (Radio Network Controller), což je obdoba BSC (Base Station Controller) v sítích GSM. Několik Node B a jedno RNC pak dohromady vytváří RNS (Radio Network System) neboli radiovou část sítě UMTS.
Zde ale narážíme na jeden zásadní rozdíl oproti sítím GSM – zatímco GSM sítě mají pokrývat obvykle celé území daného státu, tak sítě UMTS budou budovány formou malých ostrůvků, které budou pokrývat místa, kde je o UMTS zájem - tedy velká města. Tyto ostrůvky ale nebudou - alespoň zpočátku - mezi sebou propojeny a pokrytí UMTS tedy nebude spojité.
Uživatel UMTS, který vyjede z oblasti obsluhované daným RNS bude moci dále využívat některé (popravdě, chybět bude asi jen videotelefonie) ze služeb operátora, a to v jeho GSM síti. Každý tento ostrůvek je tedy obsluhován jedním RNS. Všechny RNS dané UMTS sítě pak dohromady tvoří radiové rozhraní sítě UMTS – UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).
Jak vypadá propojení GSM a UTRAN
Existují dvě základní varianty, jak propojit UTRAN se stávající GSM sítí. První z nich říká, že každé RNC se propojí s původními SGSN (Serving GPRS Support Node – zařízení obsluhující GPRS provoz v GSM sítích) a MSC (Mobile Switching Centre – obdoba telefonní ústředny v sítích GSM), na kterých se provede příslušný upgrade. Problém tohoto řešení ale spočívá v tom, že operátor riskuje, že upgrade příslušných síťových prvků neproběhne takříkajíc "bez ztráty kytičky" a případnou chybu pocítí uživatelé stávající GSM sítě, která může být tím pádem částečně nefunkční i několik hodin nebo dokonce dnů.
Varianta číslo dvě počítá s částečným překrytím jádra obou sítí. K UTRAN části se připojí MGW (Media Gateway – název je závislý na výrobci, funkce je ale stejná), což je jakási neplnohodnotná obdoba MSC v sítích UMTS. MGW je pak schopné propojit se se stávajícím MSC a SGSN bez nutnosti upgradovat tato zařízení a nebo dokonce může použít SGSN a GGSN (Gateway GPRS Support Node – brána mezi GPRS sítí a Internetem) vlastní.
Někteří UMTS operátoři také často vyzdvihují fakt, že jejich síť má a nebo bude mít IMS (IP Multimedia Subsystem) a toto IMS prohlašují za jeden z velkých přínosů UMTS. Faktem zůstává, že IMS je ve skutečnosti jakýsi server použitelný i v sítích GSM/GPRS, CDMA2000 1xEV-DO, ale také v xDSL sítích apod., který může síť rozšířit o několik zajímavých služeb jako Push to talk, IP telefonii apod. (konkrétní schopnosti jsou v zásadě omezené pouze možnostmi IP protokolu, invencí dodavatele a movitostí operátora).
Co UMTS nabízí?
UMTS FDD má naprosto geniální vlastnosti, co se zacházení s hlasovými hovory týče. Má významně větší kapacitu než GSM, umí dynamicky měnit velikost buňky a nabízí i o něco lepší kvalitu hovoru. Nicméně kvůli tomu si UMTS pořizují operátoři jen zřídka (nicméně za zmínku stojí Velká Británie, kde byl velký problém s kapacitami GSM sítí a některé průmyslové oblasti Německa). Ostatně právě ve Velké Británii se některé ceny za hlasová volání v UMTS právě z těchto důvodů dostaly dokonce pod úroveň cen za volání v GSM.
Další službou, kterou v našich končinách nabízí pouze UMTS, je videotelefonie. Použitelnost této služby je poněkud sporná, protože při jejím využívání pochopitelně nemůžete držet telefon u ucha. To znamená, že zároveň potřebujete buď hlasité handsfree, které ale můžete použít jen v tichém prostředí nebo náhlavní soupravu, kterou zase obvykle moc lidí s sebou nenosí.
Poslední z nabízených služeb jsou samozřejmě paketové datové přenosy, které jsou, aspoň teoreticky, o něco rychlejší než v sítích GSM/GPRS/EDGE. Přenosová rychlost se ale u UMTS velmi podstatně liší v závislosti na rychlosti pohybu. I když zde je poměrně důležité rozlišovat UMTS R99 (tedy první UMTS standard) a jeho upravenou variantu UMTS R4. U obou ale platí premisa, že pomalu se pohybující objekty mohou využívat rychlost maximálně 384 kbps a rychle se pohybující objekty (nad 120 km/h) mohou dosahovat rychlosti maximálně 144 kbps.
UMTS vyřeší problémy s občasným přetížením
Jednou z velkých výhod UMTS je možnost handoveru (tj. předání probíhajícího hovoru) mezi GSM/GPRS/EDGE a UMTS částí sítě. V ideálních podmínkách tak budete v místech pokrytých signálem UMTS připojeni k internetu přes UMTS a v místech, kde UMTS není, budete používat pomalejší GPRS.
UMTS dělá z hlediska běžného uživatele zajímavý také fakt, že v okamžiku, kdy si chcete zavolat a GSM síť je přetížená, může vás automaticky přemístit do UMTS, kam se vejde více hovorů a kde se také dá s kapacitou ještě trochu "kouzlit". Problémy s odesíláním SMS a s voláním na Štědrý večer a Silvestra tak může UMTS poměrně elegantně vyřešit (za předpokladu, že v jádru sítě a na páteřních spojích je dostatečná kapacita).
Zdroj: Ericsson
Jak je to s rychlostmi?
Mezi výše zmíněnými verzemi UMTS – tedy R99 a R4 poměrně propastný rozdíl. UMTS R99 pracuje s downlinkem o rychlosti 384 kbps (reálně do 200 kbps) a uplinkem 64 kbps. UMTS R4 ale pracuje s downlinkem o rychlosti 384 kbps (reálně okolo 300 kbps) a uplinkem také 384 kbps (reálně to záleží dost na použitém přístroji a kvalitě signálu, teoreticky lze dosahovat i na uplinku těch 300 kbps). Rozdíl mezi R99 a R4 je ovšem také v latencích, zatímco R99 je na úrovni lepšího GPRS – tedy okolo 400 až 500 ms, tak R4 se pohybuje okolo 200 ms, tedy na o něco horších hodnotách než CDMA2000 1xEV-DO.
Když se podíváte na rychlosti a latence CDMA2000 1xEV-DO (2457 kbps/153,6 kbps/170 ms) a rychlosti a latence UMTS TDD (teoretické hodnoty jsou 4750 kbps/1100 kbps/50 ms), asi dospějete k názoru, že UMTS FDD není tou správnou volbou pro čistě mobilní datovou síť. Pravdou je, že za posledních 6 let se řada firem snažila s tím něco dělat.
Možná jste zaznamenali, že UMTS FDD kdysi slibovalo rychlost 2 Mbps. Realita je taková, že již UMTS R5 (tj. doplněné o HSDPA R1) bude moci na downlinku dosahovat maximálně 1,8 Mbps. Ani po šesti letech tak nebude možné v reálném provozu s komerčně dostupnými zařízeními slibované 2 Mbps dosáhnout. Nicméně tím, co se povedlo za ty roky vymyslet pro záchranu UMTS, je právě HSDPA a HSUPA. Podrobnosti o těchto technologiích, včetně menšího překvapení, se dozvíte v dalším díle našeho o UMTS přesně za týden.
