UMTS, cos'è e come funziona

L'UMTS (acronimo di Universal Mobile Telecommunication System, “sistema universale per la telecomunicazione mobile” in italiano) è un sistema di telefonia mobile di terza generazione per reti basate sullo standard GSM. Ideato, sviluppato e mantenuto dal consorzio 3GPP (Third generation partnership project, “Partnership per il progetto di terza generazione” in italiano), l'UMTS è componente fondamentale degli standard IMT-2000 dell'International Telecommunications Union e concorrente diretto del CDMA2000, standard facente parte della famiglia “rivale” CDMAOne technology.

L'UMTS utilizza la tecnologia W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), che permette una migliore efficienza spettrale e assicura una banda di trasmissione più ampia: ciò si traduce in maggiore velocità per l'Internet mobile.

A volte chiamata Freedom of Mobile Multimedia Access (FOMA) o 3GSM, la tecnologia UMTS racchiude un cosiddetto “sistema completo” composto dai dispositivi mobili (cellulari, smartphone e quant'altro possa utilizzare questa tecnologia di comunicazione wireless), dall'infrastruttura radio necessaria a fornire il segnale per le chiamate e Internet mobile (le stazioni a radiofrequenza dette anche UMTS terrestrial radio access network o UTRAN), dal core network (o rete di trasporto) necessario a trasportare chiamate e dati in transito tra le varie stazioni, dall'autenticazione degli utenti per mezzo delle SIM, dal sistema di fatturazione e dai sistemi di sicurezza.

Le prime reti UMTS, lanciate con grande enfasi nel 2002, sono inizialmente pensate per videochiamate e per la trasmissione di programmi televisivi su dispositivi mobili. La larghezza di banda garantita dalla tecnologia, però, è oggi utilizzata dagli utenti in maniera differente: Internet mobile anziché TV mobile.

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I protocolli supportati

L’UMTS supporta una velocità massima teorica di trasferimento dati di 42 megabit al secondo per le reti che hanno già implementato il protocollo HSPA+ (High-Speed Packet Access). Nelle reti ancora legate al protocollo UMTS '99 (la prima release della tecnologia) la velocità massima si riduce a 384 kilobit al secondo (comunque di gran lunga superiore ai 9,6 kilobit assicurati dalla rete GSM e ai 14.4 kilobit dei canali della tecnologia CDMAOne), mentre prende sempre più piede il protocollo HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access, detto anche standard 3.5G) che garantisce velocità massime teoriche di trasferimento dati di 21 megabit al secondo. Nel medio-lungo periodo, il 3GPPP prevede di sostituire la tecnologia UMTS con la tecnologia LTE (long term evolution o 4G), che assicura velocità dell'Internet mobile sino a 100 megabit in download e 50 megabit in upload.

La tecnologia

• Rete di trasporto. Il core network è un'altra parte fondamentale delle specifiche UMTS. Per facilitare la migrazione dal GSM/EDGE alla tecnologia 3G, gli operatori decisero di utilizzare la stessa rete di trasporto già in uso nelle tecnologie che la precedettero: la trasmissione delle chiamate e dei pacchetti dati è quindi affidata al protocollo MAP (Mobile Part Application).

• W-CDMA. L'UMTS utilizza diverse interfacce aeree (air interface nell'originale inglese) per lo scambio dei dati tra le stazioni di radiotrasmissione e i dispositivi mobili. Chiamate UMTS Terrestrial Radio Access (abbreviato in UTRA), fanno tutte parte della famiglia di standard IMT-2000. Tra queste, la più utilizzata nel ramo della telefonia mobile è la W-CDMA. La Wideband Code Division Multiple Access utilizza la tecnologia di trasmissione DS-CDMA (basata a sua volta sulla DSSS) ed è stata ampiamente criticata per l'ampio utilizzo dello spettro di frequenza che utilizza. Lo standard UMTS originale (la release UMTS '99) utilizzava la banda tra i 1.885 e i 2.025 Megahertz per le connessioni da dispositivo a base (mobile-to-base, uplink) e la banda tra i 2.110 e i 2.200 Megahertz per le connessioni da base terrestre a dispositivo mobile (base-to-mobile, downlink). Pur essendo, ad oggi, le bande di trasmissione più utilizzate per l'UMTS, alcuni Paesi (come gli Stati Uniti) utilizzano bande differenti perché quelle previste dal W-DCDMA sono già utilizzate per altri scopi

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• Infrastruttura radio. La tecnologia UMTS specifica anche come deve essere composta la UTRAN (UMTS Terrestral Radio Access Network), la rete di stazioni base terrestri che consentono la copertura del territorio e la fornitura del segnale radio. Queste stazioni, solitamente, utilizzano differenti interfacce aeree e differenti bande di frequenza, così da limitare al minimo le interferenze. L'interfaccia UE (User Equipment) del RAN (Radio Access Network) si compone dei protocolli RRC (Radio Resource Control), RLC (Radio Link Control) and MAC (Media Access Control). Il primo, l’RCC, si occupa di stabilire la connessione tra i dispositivi, di trasportare il segnale e della sicurezza. Il secondo, l’RLC, si divide in Transparent Mode (TM), Unacknowledge Mode (UM) e Acknowledge Mode (AM): le funzionalità AM e UM hanno lo stesso compito e le stesse funzioni (rispettivamente) dei protocolli di rete TCP e UDP, mentre in modalità TM i pacchetti dati verranno inviati senza l'aggiunta di header o altre parti, in maniera continua. La modalità TM è utile per il trasporto delle comunicazioni vocali mentre le altre due vengono usate per il trasporto dati. Il terzo protocollo UE citato, il MAC, si occupa, infine, della programmazione dell'invio dei dati rispetto all'interfaccia aerea tenendo conto dei protocolli gerarchicamente superiori