3G je třetí generace mobilních telekomunikačních technologií standardizovaná organizací 3GPP, která zavádí paketově přepínaná data pro mobilní širokopásmový přístup a multimediální služby vedle okruhově přepínané hlasové služby.

Popis

Systém 3G, standardizovaný organizací 3GPP od Release 99, představuje komplexní architekturu mobilních telekomunikací navrženou pro poskytování vylepšených hlasových služeb a paketového přenosu dat. V jádru zavedl technologii přístupu k rádiovému rozhraní Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA), pracující v 5 MHz kanálech, aby poskytl vyšší datové rychlosti a lepší spektrální účinnost ve srovnání s předchozími technologiemi 2G. Architektura systému odděluje základnovou síť (Core Network, CN) od rádiové přístupové sítě (Radio Access Network, RAN), přičemž Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) spravuje rádiové zdroje a funkce mobility.

Základnová síť 3G se vyvinula z architektury GSM/GPRS, zachovávajíc zpětnou kompatibilitu a zároveň zavádějíc nové schopnosti. Skládá se z okruhově přepínaných domén pro tradiční hlasové služby a paketově přepínaných domén pro datové služby. Klíčové síťové prvky zahrnují Mobile Switching Center (MSC) pro okruhově přepínané služby, Serving GPRS Support Node (SGSN) pro správu mobility v paketově přepínané doméně a Gateway GPRS Support Node (GGSN) pro připojení k internetu. Home Location Register (HLR) a Visitor Location Register (VLR) nadále spravují údaje o účastnících a informace o poloze.

Rádiové rozhraní využívá technologii CDMA s proměnnými rozprostíracími faktory pro podporu různých datových rychlostí a požadavků na kvalitu služby. Fyzické kanály zahrnují vyhrazené kanály (Dedicated Channels, DCH) pro uživatelská data, společné kanály pro řídicí informace a sdílené kanály pro paketová data. Systém podporuje jak režim Frequency Division Duplex (FDD), tak Time Division Duplex (TDD), přičemž FDD je převažujícím způsobem nasazení. Řízení výkonu, mechanismy předávání hovoru a algoritmy správy rádiových zdrojů zajišťují efektivní využití spektra a udržují kontinuitu služby během mobility.

Mechanismy kvality služby (Quality of Service, QoS) v 3G umožňují diferencované zacházení s různými typy provozu, podporují čtyři třídy QoS: konverzační, streamovací, interaktivní a na pozadí. To operátorům umožňuje upřednostňovat aplikace v reálném čase, jako je hlas a video, a zároveň efektivně zpracovávat datový provoz typu best-effort. Bezpečnostní prvky zahrnují vzájemné ověřování mezi sítí a mobilním zařízením, šifrování uživatelských dat a signalizace a ochranu integrity řídicích zpráv.

Systém 3G zavedl několik klíčových schopností včetně simultánních hlasových a datových relací, vylepšených datových rychlostí prostřednictvím technologií jako High-Speed Packet Access (HSPA) a podpory globálního roamingu. Položil základy pro mobilní širokopásmové služby a umožnil vývoj chytrých telefonů a mobilních aplikací, které změnily způsob, jakým lidé komunikují a přistupují k informacím.

K čemu slouží

3G byla vyvinuta, aby řešila omezení systémů 2G, především jejich omezené datové schopnosti a neschopnost podporovat multimediální aplikace. Zatímco sítě 2G vynikaly v hlasových službách a základních SMS, nabízely pouze pomalá okruhově přepínaná datová připojení (typicky 9,6–14,4 kbps), která byla nedostatečná pro vznikající internetové aplikace. Iniciativa IMT-2000 Mezinárodní telekomunikační unie definovala požadavky na systémy 3G, stanovující minimální datové rychlosti 144 kbps pro pohyb v vozidlech, 384 kbps pro pěší pohyb a 2 Mbps pro stacionární uživatele.

Primární motivací pro vývoj 3G byla konvergence mobilní komunikace a internetu. Jak využívání internetu exponenciálně rostlo na konci 90. let, byla zjevná poptávka po mobilním přístupu k webovým službám, emailu a nakonec multimediálnímu obsahu. 3G si kladla za cíl vytvořit jednotný globální standard, který by umožnil celosvětový roaming a úspory z rozsahu, a řešila tak problémy fragmentace, které sužovaly dřívější mobilní generace. Technologie musela podporovat rozmanité aplikace včetně videotelefonie, funkcí mobilní kanceláře, služeb založených na poloze a zábavních aplikací.

Technicky 3G řešila výzvy spektrální účinnosti prostřednictvím technologie CDMA, která nabízela lepší kapacitu a správu rušení než přístupy TDMA používané v 2G. Také zavedla paketově přepínanou architekturu pro data, což znamenalo odklon od neefektivního okruhově přepínaného modelu, který vyhrazoval vyhrazené zdroje bez ohledu na skutečný přenos dat. Tento architektonický posun umožnil trvalé připojení a efektivnější využití síťových zdrojů, snížil náklady operátorů a zlepšil uživatelský zážitek z datových služeb.

Klíčové vlastnosti

• Rádiové rozhraní WCDMA s šířkou pásma kanálu 5 MHz
• Simultánní okruhově přepínaný hlas a paketově přepínaná data
• Paketově přepínaná základnová síť s architekturou SGSN/GGSN
• Podpora multimediálních služeb včetně videotelefonie
• Schopnosti globálního roamingu prostřednictvím standardizovaných rozhraní
• Vylepšená bezpečnost s vzájemným ověřováním a šifrováním

Související pojmy

• HSPA – High Speed Packet Access
• IMT-2000 – International Mobile Telecommunications 2000

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TS 22.242 (Rel-19) — DRM Service Requirements
• TS 23.107 (Rel-19) — UMTS QoS Framework
• TS 23.207 (Rel-19) — End-to-End QoS Framework for GPRS
• TS 25.820 (Rel-8) — 3G Home NodeB Study Report
• TR 25.914 (Rel-19) — 3G UE Radio Performance Test Methods
• TS 31.121 (Rel-18) — UICC-terminal interface test specification
• TR 31.900 (Rel-19) — 3GPP TS 31.900: Security Interworking Guidance
• TS 32.102 (Rel-19) — Telecom Management Physical Architecture Framework
• TS 32.140 (Rel-19) — Subscription Management (SuM) requirements
• TS 32.141 (Rel-19) — Subscription Management (SuM) Architecture
• TS 32.240 (Rel-19) — Charging Management Architecture & Principles
• TS 32.250 (Rel-19) — Circuit Switched Offline Charging
• TS 32.251 (Rel-19) — PS Domain Charging Management
• TS 32.270 (Rel-19) — MMS Charging Management Specification
• … a dalších 21 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: 3G na 3GPP Explorer