(UMTS Terrestrial Radio Access Network - síť pozemního rádiového přístupu do UMTS)
UTRAN se skládá ze subsystémů rádiové sítě, RNS, což jsou ekvivalenty GSM BSS. Každý RNS obsahuje jeden RNC (ekvivalent GSM BSC - base station controller), který by měl být připojený jen k jedné základní síti a to přes Iu rozhraní (včetně PS i CS složky). Každý RNC ovládá několik B-uzlů (Node-B, ekvivalent GSM BTS - base transceiver station). B-uzly jsou k RNC připojené přes Iub rozhraní. Rádiové rozhraní mezi B-uzlem a UE je označené jako Uu. Novým prvkem, který v GSM nefiguroval je rozhraní Iur mezi jednotlivými RNC. Toto rozhraní slouží na zabezpečení handover bez přerušení i při vysokých přenosových rychlostech, na přenos paketů ze zásobníku předešlého RNC do druhého RNC v případě, že uživatel už byl přehozený a zásobník předešlého RNC ještě obsahuje pakety, které nestihnul poslat uživatelovi. Za pomoci Iur rozhraní je možné i sdílení zdrojů jednotlivých RNC navzájem. Při komunikaci UE a CN je RNC, který obsahuje dané UE označený jako SRNC (Serving RNC). V některých případech (např. při handover) může být UE obsluhované dvěma RNC, potom se druhý RNC označuje jako DRNC (Drift RNC). Za komunikaci a přenos dat směrem k CN je však vždy zodpovědný SRNC.
Rádiové rozhraní UMTS
Při návrhu rádiového rozhraní pro UMTS se nepožadovala zpětná kompatibilita s GSM, ale radši se hledalo optimální řešení. Jisté plus pro spolupráci GSM a UMTS je, že rastr pro umísťování UMTS kanálů do spektra je 200kHz, což je šířka kanálu v GSM. Za techniku mnohonásobného přístupu bylo zvoleno WCDMA, protože šířka jednoho kanálu je 5MHz. Obsahuje dvě komponenty:
- FDD pro párované spektrum (uplink a downlink jsou frekvenčně oddělené a na jeden obousměrný komunikační kanál je potřebná šířka pásma 10MHz) a symetrický přenosový kanál.
-TDD pro nepárované spektrum (UL a DL jsou přenášené na stejné frekvenci, ale v různém čase, což vyžaduje jen 5MHz šířku kanálu) a asymetrický přenosový kanál. Asymetrii je možné regulovat poměrem doby trvání UL a DL.
To umožňuje efektivně využívat spektrum, pokud je v některé oblasti větší poptávka po přenosu dat jedním směrem (typicky prohlížení internetu). Pro takové oblasti budou použité piko a mikrobuňky na bázi UTRA TDD.
UTRA FDD
UTRA FDD složka je založená na DS-CDMA s čipovou rychlostí rozprostírací postupnosti 3,84Mchip/s. Jako modulace je použitá QPSK, přičemž ještě před modulací se vysílaná posloupnost upraví RRC (root raised cosine) filtrem na tvarování impulsů. Tak vznikne přenosový kanál se šířkou okolo 5MHz. V technice CDMA jsou rozprostření a modulace úzce spjaté. V UTRA FDD je na rozprostření signálu použitých více druhů posloupností:
- na oddělení přenosových kanálů z jednoho zdroje (channelization) jsou použité OVSF kódy (orthogonal variable spreading factor codes).
- na oddělení jednotlivých buněk navzájem (scramblovací kódy) jsou použité tzv. Gold kódy s periodou 10 ms, s čipovou rychlostí 3,84Mchips/s (38400 čipů na periodu).
- na oddělení jednotlivých uživatelů dané buňky (scramblovací kódy) se používají také Gold kódy s periodou 10ms - 38400 čipů (dlouhé kódy) nebo S(2) kódy s periodou 256 čipů (krátké kódy), přičemž tyto kódy nejsou shodné pro UL a DL.
- kódy o délce 4096 čipů odvozené z dlouhých Gold kódů používané v kanálech pro náhodný přístup.
Délka trvání jednoho rámce je 10ms - 38400 čipů (3,84Mchips/s). Každý rámec obsahuje 15 slotů - 2560 čipů.
UTRA TDD
UTRA TDD rámec má podobnou strukturu jako FDD (15 časových slotů), avšak obsahuje i TDMA složku, proto se někdy označuje jako TDMA/CDMA. Je tu možnost implementovat asymetrii do přenosového kanálu tak, že některé sloty jsou použité pro UL a jiné pro DL (je možné měnit jejich poměr). Také používá QPSK modulaci. Čipová rychlost rozprostírací posloupnosti může být buď 3,84Mchips/s, nebo 1,28Mchips/s. Uživatelé jsou multiplexovaní do různých časových slotů (TDMA) a navíc mohou sdílet i stejné časové sloty, při použití různých OVSF kódů na datové části (CDMA) a různých oddělovacích složek. OVSF kódy mají dva úkoly:
- oddělit navzájem uživatele používající stejný časový slot,
- oddělit navzájem kanály jednoho uživatele.
V TDMA může být SF (tady označovaný jako Q) v rozsahu 1 až 16 (Q=2k, k =1, 2, 3, 4). Fyzický kanál v TDMA/CDMA je shluk (burst), který je vysílaný v určitém časovém slotě buď kontinuálně, v každém rámci, nebo diskontinuálně, jen v každém n-tém rámci. Shluk se skládá z datové části, oddělovací-středové části (midamble - trénovací posloupnost na odhad impulsové odezvy kanály) a ochranné složky (GP - guard period). Existují dva druhy středových složek:
- dlouhá - 512 čipů/slot,
- krátká - 256 čipů/slot.
Podobně existují i dva druhy shluků:
Specifika rádiového rozhraní UMTS
Prvním specifikem, které se váže na CDMA je tzv. near-far problem (signál od MS - mobile station - blízko BS by bez kontroly a řízení vysílacího výkonu byl silnější než signál od vzdálených MS). souvisí do se způsobem demodulace CDMA signálu. Ten vyžaduje, aby signály všech uživatelů na vstupu demodulátoru měli stejnou úroveň. To se realizuje řízením výkonu vysílacího výkonu MS. V UMTS existuje mnoho mechanizmů na řízení a kontrolu vysílacího výkonu. Nejzákladnější periodou řízení vysílacího výkonu je jeden rámec.
Dalším specifikem je hierarchická struktura buněk. Sousedící buňky na stejné úrovni jsou oddělené pomocí různých scramblovacích kódů. Sousedící nebo navzájem se překrývající se buňky, které jsou na různých úrovních, jsou zase oddělené použitím různých frekvencí. Pokud uvažujeme tři základní úrovně buněk - piko, mikro a makro (megabuňky a domácí buňky nespadají do spektra pro operátory pozemních systémů UMTS), potom v oblastech, kde budou použité všechny tři úrovně musí mít operátor k dispozici minimálně 3x10MHz (FDD potřebuje dva kanály, pro UL a DL). Když k tomu přidáme ještě spektrum pro TDD komponentu (5, 10 nebo 15MHz, podle toho, zda bude i TDD používat HCS- Hierarchical Cell Structure), dostaneme minimální šířku spektra, kterou by měl mít operátor k dispozici.
Co se týče kanálového kódování, počítá se s použitím konvolučních kódů a turbo kódů.
Při návrhu UMTS se počítalo i s využitím diverzity vysílače v downlinku na straně základní stanice. UMTS dovoluje aplikovat více druhů diverzit:
- ortogonální diverzita vysílače (OTD - orthogonal transmit diversity). spočívá v tom, že data se rozprostřou dvěma nebo více různými ortogonálními kódy a vysílají se najednou přes dvě nebo více antén (přes každou data s jiným rozprostíracím kódem). Tato metoda je velmi výhodná, protože nevyžaduje velké změny na BS ani na MS.
- diverzita vysílače s časovým dělením - má dva módy:
-
- diverzita vysílání s časovým přepínáním (TSTD - time switched transmission diversity), fyzický kanál se vysílá se vysílá střídavě jednou a druhou anténou (je možno rozšířit systém na víc antén), přičemž perioda přepínání může být jeden slot nebo několik slotů.
- diverzita vysílače výběrem (vhodné antény, STD - selection transmit diversity), vysílací anténa je dynamicky vybíraná v vektoru antén podle toho, ze které antény má MS lepší příjem. komunikaci mezi MS a BS zabezpečuje rychlá uzavřená řídící smyčka podobná té na řízení vysílacího výkonu.