UMTS

UMTS (, suom. ’maailmanlaajuinen liikkuvan televiestinnän järjestelmä’) on GSM:n seuraajaksi suunniteltu kolmannen sukupolven eli (3G) matkapuhelinteknologia. UMTS otettiin käyttöön Suomessa vuonna 2004 ja  muualla vuoden 2005 alussa. 

UMTS on alusta asti ajateltu myös datasiirtoon. Datasiirrossa 2G:ssä ovat käytössä GSM-data (2G), GPRS (2.5G) ja EDGE (2.75G), jotka ovat kaikki hitaampia kuin UMTSin perusdata Rel99, joka tarjoaa 384 kb/s latausnopeuden. UMTS-verkko tarjoaa nykyään aiempaa nopeampia datapalveluita. HSDPA (3.5G) ja HSUPA (3.75G) tarjoavat lisää siirtonopeutta lataukseen ja myös verkkoon päin. Yleensä 3.75 tarkoittaa sekä HSDPAa että HSUPAa, jolloin sitä kutsutaan lyhyemmin HSPA:ksi. Jos sekä verkko että päätelaite osaavat HSDPA- tai HSPA-tekniikan ja siirtotarve ylittää verkkoon asetetun kynnyksen ja signaalivoimakkuus on riittävä, siirtyy datayhteys näille tekniikoille ja nopeuden kasvun lisäksi RTT () pienenee murto-osaan Rel99-yhteyden RTTstä. Kun dataa ei siirretä, myös HSPA-kelpoiset laitteet pudotetaan perus-UMTSille ja siellä edelleen hitaalle kanavalle antamaan tilaa muille käyttäjille.

W-CDMA on UMTS:ssä käytettävä radiotekniikka. IMS tarjoaa Internet-pohjaisia multimediapalveluita, kuten pikapuhe, IP-puhe, saatavuuspalvelu ja pikaviestit.

Historia 
YK:n alaisuudessa toimiva ITU (International Telecommunication Union) käynnisti 1990-luvun lopulla FPLMTS-projektin (Future Public Land Mobile Telephony System). Projektin tavoitteena oli  laatia ratkaisumalleja 3G-puhelinjärjestelmää varten. Myöhemmin projektin nimeksi muutettiin IMT-2000 (International Mobile Telecommunication 2000). Ratkaisumalleja oli aluksi useita mutta pääasiassa viime aikoina on päädytty hyödyntämään CDMA2000- ja W-CDMA-tekniikoita.

Maailman ensimmäinen kaupalliseen käyttöön lanseerattu 3G-verkko avattiin Japanissa vuonna 2001, se perustuu FOMA-tekniikkaan, joka ei ole yhteensopiva Suomessa käytössä olevien W-CDMA-verkkojen kanssa. UMTS-verkot tulivat yleiseen käyttöön vuoden 2005 alussa. Monet valtiot, esimerkiksi Saksa, hankkivat isot rahat huutokauppaamalla maansa UMTS-toimiluvat; vastavuoroisesti monet lupia ostaneet operaattorit, muun muassa Suomen Sonera, ajautuivat konkurssin partaalle, kun tekniikka ei ottanutkaan tuulta siipiensä alle odotusten mukaisessa aikataulussa. 3G-huutokaupat on nähty osasyynä teleteollisuuden maailmanlaajuiseen lamaan vuosina 2001–2003.

UMTS-verkot Suomessa 
UMTS otettiin Suomessa käyttöön vuonna 2004. Toimiluvat UMTS-verkkojen rakentamiseen Suomessa on TeliaSoneran lisäksi Elisalla ja DNA:lla. Vuonna 2014 TeliaSoneran 2 100 MHz:n verkko kattoi pääkaupunkiseudun lisäksi suurimmat kaupungit ympäristöineen ja 900 MHz:n verkko suurimman osan Suomesta. Elisan 2 100 MHz:n verkko oli puolestaan suurimmissa kaupungeissa, lähes koko muu Suomi on katettu 900 MHz:n verkolla. DNA:n 2 100 MHz:n verkko kattoi suurimmat kaupungit ja useita pienempiä taajamia. DNA:n 900 MHz:n verkko kattaa lähes koko maan lukuun ottamatta muutamia Kainuun ja Etelä-Lapin alueita. Kaikilla kolmella operaattorilla on Lapin ja Koillismaan erämaa-alueilla laajoja alueita vailla minkäänlaista 3G-peittoa. Vuonna 2014 perustettu Suomen Yhteisverkko Oy rakentaa jatkossa yhteistyössä TeliaSoneran ja DNA:n matkapuhelinverkot Itä-Suomen ja Lapin alueille, jolloin kummankin operaattorin kuuluvuusalueet ovat niissä yhtenevät.

UMTS-verkko 

UMTS-verkon tavoitteina oli suunnitteluvaiheessa mm. saada äänen laatu ja palvelut samalle tasolle kuin ne ovat kiinteässä verkossa. Lisäksi tuki sekä piiri- että pakettikytkentäiselle tiedonsiirrolle ja radiokaistan mahdollisimman tehokas käyttö olivat eräitä tavoitteita. Tiedonsiirtokapasiteetin suhteen tavoite oli, että paikallaan olevan laitteen siirtonopeus voisi olla jopa 2 Mbps.

GSM-verkosta eroten UMTS-verkko ei ole yksitasoinen vaan hierarkkinen. Tasot ovat pienimmästä suurimpaan:

 Kotisolu
 Pikosolu
 Mikrosolu
 Makrosolu
 Globaali satelliittijärjestelmä

UMTS-solun koko määräytyy aktiivisten käyttäjien lukumäärän mukaan.

UMTS:n perusversion tiedonsiirtonopeus on signaalin laadusta, verkon ruuhkasta ja muista tekijöistä riippuen parhaimmillaan 384 kbps. Käytännössä nopeudet jäävät kuitenkin selvästi teoreettisen tiedonsiirtonopeuden alle eli noin 100–250 kilobittiin sekunnissa. UMTSissa vasteaika on noin 200 millisekuntia, kun taas sitä edeltäneissä GPRS:ssä ja EDGE:ssä viive vaihteli 500 millisekunnista kolmeen sekuntiin.

Nykyään UMTS-verkko on päivitetty HSDPA-tekniikalla tukemaan moninkertaisesti nopeampaa tiedonsiirtoa. Aluksi HSDPA:n maksiminopeus oli 1–2 megabittiä sekunnissa, nyt teoriassa 7–21 Mbps, Dual Carrier-tekniikalla jopa 42 Mbps. HSUPA taas moninkertaistaa nopeuden päätelaitteelta verkkoon päin. Sekä HSDPA että HSUPA myös pienentävät osaltaan vasteaikaa merkittävästi. Päätelaitteelta vaaditaan tuki tekniikalle, käytännössä kaikki uudet puhelimet tukevat HSDPA:ta ja PC-datakortit myös HSUPA:ta.

UMTS-verkon radio-osan nimi on UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Toisin kuin muissa järjestelmissä UMTS-verkon päätelaitteen lyhenne on UE (User Equipment) ja tukiasemasta käytetään termiä Node B. USIM-termiä (Universal Subscriber Identity Module) puolestaan käytetään UMTS-ympäristössä olevasta SIM-kortista.

UMTS-verkon tietoturvarakenteet muistuttavat hyvin paljon GSM-verkossa käytettäviä ratkaisuja. Toisaalta GSM-verkosta poiketen UMTS-verkon päätelaite voi autentikoida myös verkon eikä ainoastaan toisin päin.

UMTS:ssa puhelinoperaattorin ja palvelun tarjoajan välillä on selkeä ero, sillä puhelinoperaattori keskittyy lähinnä tiedonsiirrosta huolehtimiseen. UMTS tarjoaa kunkin palvelun tai sovelluksen tarpeen mukaista tiedonsiirtonopeutta. Palveluiden kattavuus vaihtelee kuitenkin esimerkiksi Suomessa suuresti, koska maa on harvaan asuttu ja alun perin 2 100 megahertsin taajuudella toiminut radioliikenne on tarvinnut hyvin tiheän tukiasemaverkoston.

Taajuusalueet 

UMTS-taajuusalueista on Euroopassa ja Japanissa käytössä 2 100 MHz alue (band I), joka on tuetuin nykyisissä päätelaitteissa. Joissakin Euroopan maissa, kuten Suomessa, on otettu käyttöön myös 900 MHz alue (band VIII), mikä mahdollistaa verkon laajentamisen edullisemmin, koska lähes koko maan kattavaa 900 MHz GSM-verkkoa varten on jo rakennettu mastopaikat. Matalampi taajuus pidentää signaalin kantamaa, jolloin tukiasemia ei tarvitse rakentaa yhtä tiheään kuin 2 100 MHz alueella. Elisa avasi maailman ensimmäisen kaupallisen 900 MHz taajuudella toimivan 3G-verkon Suomessa marraskuussa 2007. Yhdysvalloissa UMTS-verkkoja on olemassa myös 1 900 MHz (band II) ja 850 MHz (band V) taajuuskaistoille. Monet päätelaitteet tukevat 850 MHz aluetta, mutta vain osa uusista laitteista (vuonna 2009) tuki 900 MHz aluetta.

Puhelimet 
Kun UMTS otettiin Suomessa käyttöön vuonna 2004, puhelinmalleja oli tarjolla vain muutama, kun vuotta myöhemmin niitä oli tarjolla jo yli kymmenen erilaista mallia. Puhelimia valmistivat mm. Nokia, Samsung ja Motorola. UMTS-puhelimien haluttavuutta alensi alkuun UMTS-verkkojen huono kattavuus Suomessa, joten loppukäyttäjälle ei ollut käytännössä hyötyä 3G-puhelimesta. Kysyntää lisäsi mobiilidatan hinnoittelu kuluttajaystävällisempään suuntaan. Lisäksi haastavuutta puhelimien kehittämiseen toi se, että puhelimien tulee olla kooltaan pieniä ja kevyitä, sekä niiden tulee olla helppokäyttöisiä ja vähän virtaa kuluttavia. Lähinnä aasialaiset valmistajat hallitsivat aluksi 3G-puhelimien markkinoita. Nokia kuitenkin onnistui valtaamaan noin 40 prosentin markkinaosuuden vuoteen 2008 mennessä, sen sijaan Motorolan ja Sony Ericssonin myynti kääntyi laskuun. Sittemmin Nokia luopui kokonaan puhelimien valmistuksesta itse myydessään matkapuhelinosastonsa Microsoftille. Vuonna 2007 3G-puhelimien hinnat kytkyliittymissä olivat valmistajasta riippuen pääsääntöisesti 200–800 euroa, käteiskaupalla ilman kytkyliittymää noin 15 % kalliimpia.

Katso myös 
1G
2G
5G

Lisätietoja 
 Kaj Granlund: Langaton tiedonsiirto (Docendo, 2001)

Lähteet

Aiheesta muualla 

Langaton viestintä
Matkapuhelinverkot
Seulonnan keskeiset artikkelit