Na rozdíl od techniky rádiového přístupu (WCDMA), která je úplně odlišná od přístupové techniky v systémech druhé generace, ostatní prvky systémů třetí generace jsou vyvíjené v návaznosti na systémy druhé generace a jsou jejich evolucí. To nebrání operátorům budovat sítě třetí generace na nových platformách, které určuje standard. Evoluce ze sítí druhé generace je však výhodná hlavně kvůli nízkým počátečním nákladům. Z toho důvodu se ETSI rozhodla definovat standardy v ročních etapách, tzv. releasech.
Evoluce GSM na UMTS
Cílem této evoluce je transformovat okruhově přepojované GSM na univerzální síť UMTS založenou na IP. Tento vývoj se rozděluje to těchto fází:
- přípravná fáze, GSM 2+ s vylepšeními, hlavně GPRS. GPRS zprostředkuje paralelní síť k základní okruhově přepojované GSM síti na principu paketové sítě (IP). Úkolem GPRS je zprostředkovat přístup založený na IP od mobilního terminálu k ISP nebo do společné sítě na hranici mobilní sítě přes tzv. tunely nebo roury. Bude použité existující rádiové rozhraní GSM, takže mobilní terminály s GPRS jsou kompatibilní s mobilními terminály bez GPRS.
- první fáze standardu UMTS, označuje se jako UMTS release 99. Uvádí do provozu nové rádiové rozhraní UTRA, namísto rádiového rozhraní GSM. Struktura základní sítě se nebude příliš lišit od struktury v systému GSM2+ s GPRS. Podpora existence více telefonním hovorů není v této fázi pro operátory povinná.
- UMTS release 4 přidá do release 99 malé obohacení funkčnosti, ale nejsou podstatné změny.
- UMTS release 5, známé taky jako release 2000. Základní síť se změní na jedinou síť založenou na IP. Síť by měla v tomto releasu využívat na poskytování podpory multimediálních služeb na bázi IP PS doménu (UE - User Equipment, UTRAN - UTRA Network, SGSN, GGSN) a IM (IP multimedia) doménu. PS doména by měla zprostředkovat přenos IP provozu a IM doména by měla poskytovat řízení volání a procesy konverze médií. IM doména má být připojená k PS doméně přes GGSN.
Release 5 zahrnuje dva principiální požadavky:
- musí dovolovat operátorům podporovat i CS terminály používané v releasu 99,
- musí umožňovat paralelní existenci IP a CS domény, takže operátor může využívat CS doménu z vydání 99 a IP doménu z releasu 5.
UMTS release 99
Základní rozdíl mezi GSM a UMTS v první fázi spočívá v podpoře nosné služby s vysokými přenosovými rychlostmi a náznaky QoS charakteristik. Fáze 1 UMTS by měla efektivním způsobem podporovat přenos shlukového a asymetrického charakteru provozu. To má zabezpečit, aby UMTS fáze 1 bylo schopné zprostředkovat jedno- a multimediální N-ISDN (Narrowband integrated service digital network) aplikace a jedno- a multimediální IP aplikace. Definice UMTS fáze 1 musí umožnit operátorům zavádění nových technologií jako IP, ATM apod. UMTS síť je logicky rozdělená na síť rádiového přístupu (RAN - Radio access network) a na základní síť. Základní síť je z funkčního hlediska dále rozdělená na doménu paketově spojovaných služeb a doménu okruhově spojovaných služeb. Přesto mohou mít terminály a sítě jen PS nebo CS doménu, nebo obě dvě, v závislosti na volbě operátora. Jediná nyní definovaná přístupová síť do UMTS je UTRAN (včetně všech UTRA módů - zatím jenom UTRA FDD a TDD). UMTS fáze 1 by měla být vyvinutá tak, aby podporovala kompatibilitu s existujícími sítěmi GSM z hlediska roamingu a handover. Toho má být dosaženo zmíněnou evolucí GSM.
Pokud se podíváme na blokové schéma UMTS první fáze, vidíme, že kromě UTRAN jsou ostatní prvky shodné s GPRS/GSM2+ sítí. Přidáním nové přístupové sítě UTRAN bylo nutné definovat i nové rozhraní mezi základnou a přístupovou sítí. UTRAN využívá na komunikaci se základní sítí rozhraní Iu. Toto rozhraní je jedním z nejdůležitějších rozhraní v UMTS, protože spojuje dva odlišné funkční celky. Při úvahách o způsobu vývoje UMTS se rozhodlo, že systém musí být navržený tak, aby dovoloval oddělený vývoj přístupové a základní sítě, a to musí zabezpečit vhodné a dostatečně flexibilní rozhraní Iu. UTRAN se skládá z více složek, tzv. RNS (Radio network subsystem). Je to UMTS ekvivalent GSM BSS (Base station subsystem).
Základní síť UMTS v první fázi
Nejdůležitějším přínosem na cestě k UMTS je GPRS, které dovoluje přenášet PS data přes CN a umožňuje tak přímý přístup mobilních terminálů do paketových sítí. GPRS umožňuje při přístupu přes GSM BSS přenášet data rychlostí až 115kbit/s. Tato hodnota je ale značně závislá na kvalitě signálu (vzdálenosti přístroje a BSS) a od počtu právě volných kanálů (časových slotů) v dané buňce. Také všechny terminály nemusí podporovat tuto rychlost. Důležité je to, že GPRS připravuje CN na přenos PS dat rychlostmi až 2Mbit/s a to dovoluje stavět UMTS CN na tomto základě. CN UMTS se logicky dělí na dvě části, CS doménu a PS doménu. PS doménu tvoří rozšíření GSM standardu, GPRS přizpůsobené požadavkům UMTS. Tato doména obsahuje SGSN a GGSN, což jsou analogie VMSC a GMSC. Na obrázku jsou SGSN a GGSN označené jako 2G/3G SGSN a GGSN, což znamená, že kromě GSM GPRS komunikace je tato síť schopná podporovat i PS služby UMTS první fáze. Úkolem SGSN je směřování paketů k uživatelovi (routing). Tyto PS data mohou mít původ v dané PLMN, nebo v externí PDN (Packet data network). V druhém případě jsou data nejprve směřovaná z externí PDN do GGSN, který plní funkci rozhraní dané PLMN s těmito PDN a odtud se všechny data přenáší do SGSN, kde jsou nasměrované přímo k uživatelovi podle jeho aktuální polohy (mobility management). Z toho je vidět, že podobně jako MSC i SGSN spolupracuje s HLR a jemu přidruženými funkčními jednotkami (Authentification centre, Equipment identity register). Nejvýraznější změnou základní sítě UMTS oproti GSM je uvedení ATM jako prioritní přenosové technologie, namísto ISDN technologie používané v GSM (druhá vrstva v OSI modelu). Dalším krokem k univerzálnosti sítě je použití IP protokolu při komunikaci (třetí vrstva - síťová), ať už uvnitř základní sítě nebo mezi jednotlivými PLMN. Tento byl zvolený jednak pro svojí univerzálnost i pro veliké rozšíření tohoto protokolu, což usnadní komunikaci s jinými PDN, hlavně s internetem. Použití IP v internetu bylo taktéž důvodem, argumentem bylo to, že velká část služeb, aplikací a dat bude mít původ právě v této síti.
ATM síť se skládá z uzlů a linek. Uzly tvoří jednotlivé funkční bloky jako SGSN, GGSN, RNC (Radio network controller) a podobně. Data jsou rozdělena do ATM buněk a vysílané po jednotlivých linkách. Na zabezpečení přenosu různých typů služeb s odlišnými vlastnostmi (přenosová rychlost, její kolísání, zpoždění) a informací jsou použité různé AAL (ATM adaptation layer). V případě UMTS jsou použité dvě AAL:
- AAL-2, pomocí tohoto přenosového módu jsou zpracovávané spojově orientovaná data s proměnlivou rychlostí a s minimálním zpožděním. Je vhodná zejména na přenos služeb s variabilní přenosovou rychlostí v reálném čase - video, zvuk. AAL-2 je použitá jen na přenos uživatelských dat.
- AAL-5 se v UMTS používá na přenos signalizace a paketově orientovaných dat.
Na základní síť UMTS první fáze jsou kladené určité minimální požadavky, aby se zabezpečila spolupráce UMTS sítí různých operátorů. Jsou uvedené jen požadavky nad rámec GSM:
- síť musí podporovat službu okruhově spojovaných dat s maximální přenosovou rychlostí aspoň 64kbit/s na uživatele. To by nemělo bránit uživatelovi vybrat si službu s nižší rychlostí.
- základní síť by měla podporovat službu paketově spojovaných dat s maximální přenosovou rychlostí 2Mbit/s na uživatele. Taktéž to však nesmí bránit možnosti vybrat si nižší rychlost.
- základní síť musí být schopná sestavit, přehodnotit (re-negotiate - přizpůsobit parametry spojení při změně parametrů uživatelské informace, nebo oznámit, že požadované parametry není možné akceptovat) a zrušit spojení při množství provozních parametrů. Přehodnocování parametrů QoS v průběhu spojení patří do této skupiny, přičemž může být vykonávané aplikací nebo uživatelem pomocí aplikace.
- ty stejné vlastnosti musí mít základní síť i při přenose nespojově orientovaných dat.
- rozsah provozních a přenosových charakteristik podporovaných základnou musí být aspoň na úrovni GPRS.
- už existující spojení nesmí bránit sestavení nového spojení, které může být PS nebo CS. Očekává se, že terminály a možnosti sítí budou klást nějaká omezení na počet současně aktivních spojení. Je však potřeba, aby každé spojení mělo vlastní nezávislé přenosové a provozní charakteristiky.
- v případě, že během přenosu vznikne požadavek autentifikace, nesmí tento proces degradovat kvalitu služby.
- musí zabezpečit spolupráci se sítěmi PSTN (public switched telephone network), N-ISDN, GSM, X.25 a IP.
- pro UMTS terminály by mělo být možné podporovat rádiové rozhraní GSM BSS i UTRAN na zabezpečení roamingu v síti GSM a využívání jejich služeb.
UMTS release 5
Je jisté, e vývoj směřuje ke sjednocení základní sítě pro spojově i nespojově orientované služby. Existuje více kandidátů, jako například základní síť na bázi ATM, IP přes ATM, nebo jen na bázi IP (All IP). Většina se přiklání k poslední možnosti, má to několik důvodů. Hlavním důvodem je velká rozšířenost internetu po celém světě a to, že velké množství aplikací bude generováno internetovými službami a aplikacemi. Tím by se umožnilo přenášet i obyčejné hovory pomocí paketů (Voice over IP). Možný princip takové sítě je na následujícím obrázku:
