UMTS

Universal Mobile Telecommunications System - en kort presentation
Jesper, Michael, Roger.

Tredje generationens mobilsystem - UMTS

Beskrivning:

Universal Mobile Telecommunications System, UMTS syftar på en standard (IMT-2000) för 3:e generationens mobilsystem som har utvecklats av den europeiska standardiseringsorganisationen ETSI. 3g är däremot en beskrivning av de olika tjänsterna som ska kunna erbjudas med det nya systemet t ex videokonferenser. Det finns även ett tredje namn för den nya generationens mobilsystem, WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) som är den teknik som används för att förmedla trafiken i nätet. Man bygger näten med samma typ av protokoll som för Internets IP-protokoll.

Varför ska vi ha/inte ha UMTS

Fördelar

Med UMTS kommer man att kunna erbjuda en hel del 3g-tjänster, som att tanka ner dokument, skicka presentationer och hålla videokonferenser med mobilen. Det kommer också att finnas mer tjänster som är riktade mot privatpersoner t ex lokaliseringstjänster till restauranger, hotell, klädbutiker eller se var bussen som du ska åka med befinner sig och beräknad tid tills den är på din station. Allt som du kan göra på Internet i dag kommer du att kunna göra med UMTS. En annan fördel är att alla operatörerna som söker licenserna till det nya systemet blir tvingade att bygga så att hela landet täcks och att det går hyfsat snabbt även tex. uppe i norrland som annars säkerligen skulle få vänta. Datat kommer också att skickas paketvis, vilket gör att man kan var uppkopplad hela tiden. I UMTS utnyttjas också frekvenserna på ett bättre sätt än i GSM som är "kretskopplat". UMTS är också bra för företag som t ex Ericsson som kan komma att tjäna pengar på att leverera hårdvaran till det nya systemet. Ett land som kommer att andvända Ericssons hårdvara är Tyskland.

Nackdelar

Somliga är skeptiska till UMTS. En person som är det heter Arto Karilla och enligt honom kommer UMTS redan nästa år att vara gammalt och alla funktioner som har utlovats till det nya systemet kommer att finnas i GSM. Det finns även en möjlighet att kombinera GPRS, EDGE och HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) och då lyckas få det gamla GSM-nätet att få en överföringshastighet av data på 450 kbit/s, vilket skulle göra att det gamla GSM-nätet skulle matcha många av de tjänster som UMTS kommer att tillhandahålla. För att få en snabb datatakt i UMTS krävs att man måste vara nära en basstation och ska operatörerna kunna hålla vad dom lovat när det gäller datatakten måste man sätta upp en massa nya basstationer vilket betyder stora kostnader som konsumenterna kommer att få betala. I länder där man har auktionerat ut licenserna har operatörerna ännu högre kostnader och uträkningar finns på att det kommer att ta ca 11 år att få tredje generationens mobilsystem att gå med vinst. Ett annat problem är att det tar cirka 3 år innan UMTS kommer att vara igång och under denna tid kommer man säkert att utveckla nya och bättre tekniker för mobilt Internet.

Antal bit/s

För att komma upp i de omtalade 2 Mbit/s så måste man befinna sig i antennens närhet (grovt uppskattat max 500 m från masten) och dessutom vara ensam i cellen! Hastigheten som kunderna erbjuds kommer att ligga kring 120-150 kbit/s utanför tätorterna och upp till 384 kbit/s på stadens gator. Fast som vanligt gäller detta under relativt gynnsamma förhållanden. Hastigheten sjunker snabbt om alla surfar och pratar samtidigt. 3GPP har definierat fyra klasser för Quality of Service (QoS) för datatransport över UMTS. De fyra klasserna är:

Conversational class
Interactive class
Streaming class
Background class

Type (class)	Service	Data Rate	Delay	Delay Variation	Reliability
Conversational/real time	Conversational voice	4-25 kbit/s	150 ms	1 ms	3% FER
	Videophone	32-384 kbit/s	150 ms		1% FER
	Telemetry (control)	28,8 kbit/s	250 ms		-0% FER
	Games	1 kbit/s	250 ms		3% FER
Interactive	Voice messaging	4-13 kbit/s	1 sec	1 ms	3% FER
	Web browsing		4 sec/page
	E-commmerce		4 sec		0% FER
Streaming	Streaming audio	32-384 kbit/s	10 sec	1 ms	1% FER
	Video	32-384 kbit/s	10 sec		1% FER
	Telemetry (monitoring)	28,8 kbit/s	10 sec		-0% FER

Background class är den lägsta klassen av dessa fyra och kan ses som "best-effort" lösning. Conversational class "rankas" som nr 1.

Antal antenner

Beroende på hur man räknar kommer man naturligtvis fram till olika siffror, men om man räknar med en celldiameter på 7 km och att Sveriges yta är 450 000 km2 och stoppar in dessa i formeln; 450 000 delat med p x r2 vilket ger 450 000/p*3.52 = 11 693 st. antenner. För att uppfylla Post- och Telestyrelsens krav vad gäller täckning måsta man räkna med en celldiameter på 3,5 till 7 km utanför tätorterna, vilket resulterar i upp till dubbelt så många antenner. Om UMTS-näten på glesbygden ska användas till att med hyfsad hastighet skicka datakommunikation, och inte bara vara ytterligare en samtalskanal, måste man minska avstånden mellan basstationerna och placera dit mindre celler. ännu fler antenner alltså! Ytterligare en aspekt är att det är fyra UMTS-operatörer på marknaden, och kan de inte samarbeta utan prompt måste ha egna UMTS-nät så ser vi snart inte skogen för alla antenner! Som Erik Mellgren skriver i NyTeknik 2000/48, citat: "Kanske hade den mest rationella lösningen varit ett statligt Bitverk (eller möjligen Megabitverk) som fått stå för den grundläggande infrastrukturen och låtit operatörerna hyra sin kapacitet. I väntan på det finns stora möjligheter till samarbete mellan de olika operatörerna. Post- och telestyrelsens minimikrav är dock att minst 30 procent av nätet byggs i egen regi."

Man skulle kunna komplettera nätet med repeatrar exempelvis utefter vägar. Dessa fungerar som namnet antyder, de fångar upp signalen från en basstaion och skickar den vidare till nästa basstaion. Då kan man skrota varannan basstation och plantera två repeterare där i stället. Kapaciteten i nätet höjs inte, däremot blir det bra täckning.

Noder

GSM:s BSC (Base Station Controller) ersätts hos UMTS av RNC (Radio Network Controller) som bl a har hand om handover, effektkontroll, upp- och nedkopplingen till BTS (Base Tranceiver System samt till och från mobilen. RNC:n kan serva flera BTS:er. Som transsportmetod mellan nätverksnoderna kommer ATM (Asynchronous Transfer Mode) som är paketförmedlat att användas.

Befintliga basstationer kan användas till UMTS men för att GSM 1800 inte ska ställa till det för UMTS måste man på basstationsantennerna för GSM 1800 bygga på ett filter. även kraftledningsstolpar kan användas. Svenska Kraftnät har 55 000 kraftledningsstolpar spridda över landet och de erbjuder nu 3G-operatörerna plats för basstationer i stolparna.

Licenser

I Sverige kom Post- och telestyrelsen att dela ut fyra licenser för UMTS. Dessa är gratis men ställer höga krav på operatörerna beträffande överföringshastigheter och täckningsgrad. Man anser att gratis licenser kan ge en snabbare utveckling och utbyggnadstakt av tredje generationens mobilsystem. För de fyra licenser som släpptes i Sverige fanns det 10 operatörer som ansökte för dessa.

Telia
Tenora Networks
Telenordia
Tele2
Reach Out Mobile
Orange Sverige
Mobility 4 Sweden
HI3G Access
Europolitan
Broadwave Consortium

Följande fyra fick licenser den 16 December:

Europolitan
Orange Sverige
Tele2
HI3G

Frekvenser

Frekvensspektrum för UMTS kommer att ligga mellan 1920-1980 MHz i Upplänk och 2110-2170 MHz i Nerlänk för IMT-2000 system med ett duplexavstånd (frekvensavstånd mellan upp- och nerlänk) på 190 megahertz. Denna frekvens har bokats upp internationellt (IMT-2000) för tredje generationens mobiltelefoni. IMT-2000 är en standard för 3G som definieras enligt följande: DSFDD (Direct Sequence Frequency Division Multiple Access), TDD (Time Division Duplex) samt Multi-Carrier. Moduleringsmetoderna för UMTS är i nerlänk QPSK och i upplänk BPSK. För att få fram denna standard, IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000) har man samarbetat med de flesta standardiseringsorgan inom radio och mobilsystem i världen som ETSI (Europa), T1 (USA), ARIB (Japan) mm.

ETSI - Står för European Telecommunications Standards Institute och är en icke vinstdrivande organisation. Man jobbar med att utveckla standards för telekommunikation som ITU. ETSI har för tillfället 3500 experter i 200 grupper som är uppdelade i två områden (teknisk och special).

ARIB - Står för Association of Radio Industries and Business och skapades i Japan för att stödja internationalisering för företag som utvecklar och använder radio kommunikation. På så sätt kunde man påverka och vara med i olika internationella standards inom detta område. Organisationen skapades 1995 av japans post och telestyrelse.

T1 - Står för Committee Telecommunication 1 och är ett standardiseringsorgan i USA. Denna organisation sponsras av ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions). T1 grundades 1984 för att utveckla standarder för den amerikanska telekommarknaden.

I Sverige är det PTS som ser till att reglerna följs med frekvenserna. Och till att börja med finns det två frekvensband "parade band" om vardera 60 megahertz till det fyra licenser som delas ut. Det betyder att varje operatör kommer att få 15 megahertz var. PTS har även avsatt 35 megahertz till de "oparade" band där man använder sig av tidsuppdelning i de olika riktningarna, denna teknik kallas även TDD - Time Division Duplex.

Så utöver de parade frekvensbanden kommer operatörerna även få tillgång till dessa frekvenser. Men fortfarande är en del av UMTS -frekvensen upptagen av militära kommunikationssystem.

Mobile IP

Som vi har nämnt tidigare så kommer UMTS att stödja protokollet IPv4 och om något år eller troligtvis några år kommer det även att stödja IPv6. Protokollet IP v6 är framtaget för att IP-adresserna i IPv4 ganska snart kommer att ta slut. Den nya versionen av IP kommer att i grundversionen för mobiltnätverk att bl a ha följande funktioner.

Inbyggd säkerhet och avsändarkontroll
Automatisk adresshantering
Lättare att bygga trafikfördelare (Routrar)
Trafikprioritering
Skalbarhet
Mobilitet

Men man vill ju vänta tills den nya versionen kommer innan man börjar köra UMTS så man har tagit fram ett nytt protokoll till den nuvarande versionen av IPv4 som heter Mobile IP och är specificerat av IETF (eg. RFC 2002 för IPv4). Problemet med Mobile IP (just nu i alla fall) är att dess "location tracking" syftar till terminalens IP-adress och inte till en specifik användare vilket resulterar i att man kommer att få lite problem med säkerheten och vem man ska fakturera. Detta lilla problem är ju inte så bra eftersom en viktig funktion med UMTS är att man ska kunna byta terminal (User Mobility) och det är alltid du som blir fakturerad och inte terminalen. Grabbarna med lite "skills" jobbar just nu med att lösa detta problem och man tror på en lösning där man använder ett smartcard där all användarinformation ligger, den informationen skickas sedan med när terminalen loggar på nätet. Protokollet mobile IP har även en hel del luckor i säkerheten i övrigt och därför håller IETF på att skriva specifikationerna för ett nytt protokoll; AAA (Authentication , Authorisation and Accounting) som ska lösa dessa problem.

Uppbyggnad

Uppbyggnaden av UMTS nätet kommer att ske stegvis från år 2001 till 2003. Så de större städerna kommer att byggas upp först och sedan vidare upp i landet. Men det kommer precis som med GSM -utvecklingen bli att man under de första åren bara få datahastigheter upp till 384 kbit/s innan volymer och komponentutveckling tillåter högre hastigheter för handportabla enheter.

Kostnader

Kostnaderna för uppbyggnad av UMTS -nätet beräknas till över 102 miljarder, för de fyra företag som har fåt licenser av PTS. UMTS kräver flera antenner än GSM om man skall hålla vad man lovar med täckning och överföringshastigheterna. Det är en av anledningarna varför UMTS blir så dyrt. Men man pratar redan om att samarbeta med platser för antenner och basstationer och det kommer att sänka kostnaderna för varje operatör.

Enlig beräkning kommer det att kosta c:a 10 miljarder att täcka de sista 40.000 invånare om man skulle ha 100 procents täckning. Men man har lovat att 2003 skall 99.98 procent av befolkningen kunna utnyttja UMTS -tjänsterna.