La rete UMTS utilizza la stessa architettura già impiegata da tutti i sistemi di seconda generazione e da alcuni di prima generazione. Dal punto di vista funzionale gli elementi di rete sono raggruppabili nell’UTRAN, che gestisce tutte le funzionalità radio, e nella Core Network (CN) responsabile della commutazione e dell’instradamento delle chiamate e delle connessioni con le reti esterne.

Per completare la panoramica dei sistemi occorre considerare gli apparati d’utente (User Equipment – UE) che s’interfacciano tra l’utente e la rete d’accesso. Dal punto di vista delle specifiche e degli standard, sia gli apparati d’utente sia la rete UTRAN implementano protocolli assolutamente nuovi, progettati sulla tecnologia d’accesso radio UMTS; al contrario, la definizione ed i protocolli della CN sono in gran parte mutuati dal GSM. Questa caratteristica consente ai sistemi dotati delle nuove interfacce radio di poter essere integrati con una tecnologia di CN già matura, conosciuta e consolidata, favorendo la rapidità d’introduzione delle nuove tecnologie e il roaming globale. L’UE si suddivide in due parti:

-         Il Mobile Equipment (ME) è il terminale utilizzato per le comunicazioni radio sull’interfaccia Uu.

-         L’UMTS Subscriber Identity Module (USIM) è la smartcard che immagazzina e gestisce l’identità del sottoscrittore, esegue gli algoritmi d’autenticazione, memorizza le chiavi d’autenticazione e crittografia ed altre specifiche funzionalità necessarie al normale funzionamento del terminale.

L’UTRAN è formata dai seguenti nodi di rete:

-         Il Nodo B, che converte il flusso di dati tra le interfacce Iub e Uu e coopera nella gestione delle risorse radio (il termine Nodo B ha significato analogo al termine più generico Stazione Radio Base - SRB).

-         Il Radio Network Controller (RNC), che gestisce e controlla le risorse radio del proprio dominio (i Nodi B si connettono a quest’elemento); il nodo RNC costituisce il punto d’accesso di tutti i servizi che l’UTRAN fornisce alla CN come, ad esempio, la connessione ai terminali d’utente (UE). S’interfaccia con la CN (di solito con un MSC e un SGSN) e termina il protocollo RRC (Radio Resource Control) che definisce i messaggi e le procedure tra il terminale mobile e la rete UTRAN. Corrisponde, logicamente, al nodo BSC del GSM.

L’insieme di un Radio Network Controller (RNC) e più Nodi B forma il Radio Network Sub-System (RNS), come mostrato in figura 1.1.

I principali elementi della CN GSM sono i seguenti (figura 2.1):

-         HLR (Home Location Register): base dati installata presso la rete home che memorizza i profili di servizio degli utenti. Il profilo d’utente è creato nel momento in cui il nuovo cliente sottoscrive il servizio e rimane memorizzato finché la sottoscrizione è attiva. Per supportare l’instradamento verso il mobile dei servizi da esso terminati (chiamate entranti o messaggi)  l’HLR memorizza anche la posizione dell’UE a livello di MSC/VLR e/o SGSN dal quale il terminale è servito.

-         MSC/VLR (Mobile Services Switching Centre / Visitor Location Register): sono, rispettivamente, la centrale di commutazione (MSC) e la base dati (VLR) che supportano l’UE, nella sua attuale posizione, per i servizi a commutazione di circuito (Circuit Switched – CS). La funzionalità principale dell’MSC è di commutare le chiamate mentre il VLR memorizza i profili d’utente dei sottoscrittori ospiti (ovvero sotto la copertura radio servita dal MSC/VLR) e informazioni più precise quali la posizione dell’utente all’interno della copertura radio. La parte di rete alla quale si accede tramite MSC/VLR è definita spesso come “Dominio a Commutazione di Circuito” o CS (Circuit Switched).

-         GMSC (Gateway MSC): è il nodo di commutazione che interfaccia la PLMN (Public Land Mobile Network) UMTS con le altre reti esterne a commutazione di circuito. Tutte le connessioni, entranti e uscenti, di tipo CS passano attraverso il GMSC.

-         SGSN (serving GPRS Support Node):  funzionalmente simile all’MSC/VLR ma utilizzato per servizi a commutazione di pacchetto (Packet Switched – PS).

-         GGSN (Gateway GPRS Support Node): funzionalmente simile al GMSC ma utilizzato per i servizi PS.

Si osservi, inoltre, che reti esterne di tipo CS possono essere la rete ISDN (Integated Service Digital Network) o la rete PSTN (Public Switched Telephone Network), mentre reti PS possono essere reti come internet. Gli standard UMTS sono strutturati in modo che le funzionalità interne degli elementi di rete non siano specificate in dettaglio, mentre lo sono le interfacce tra gli elementi logici di rete. Le interfacce aperte specificate dallo standard per la rete d’accesso sono le seguenti:

-         Interfaccia Cu. Interfaccia elettrica tra la smartcard USIM ed il ME, realizzato conformemente agli standard per smartcard.

-         Interfaccia Uu. E’ l’interfaccia radio W-CDMA attraverso la quale il terminale d’utente accede alla parte fissa dell’architettura di rete. Si tratta dell’interfaccia aperta più importante dell’UMTS.

-         Interfaccia Iu. Connette l’UTRAN alla CN. Questa interfaccia aperta permette agli operatori di acquistare UTRAN e CN da manifatturiere diverse. E’ basata su trasporto ATM (Asynchronous Transfer Mode). Il livello fisico di questa interfaccia è realizzato in fibra ottica, collegamento radio o cavo in rame.

-         Interfaccia Iur. Questa interfaccia aperta consente il soft handover tra gli RNC di diverse manifatturiere ed è, quindi, complementare rispetto all’interfaccia Iu. Anche questa interfaccia è basata su un livello di trasporto ATM.

-         Interfaccia Iub. Connette i Nodi B all’RNC. L’UMTS è il primo sistema radiomobile commerciale dotato d’interfaccia completamente aperta tra il nodo di controllo e le stazioni radio base. Questo per permettere maggiore competizione tra le diverse manifatturiere impegnate nella realizzazione di Nodi B. Come l’interfaccia Iur anche la Iub implementa un livello di trasporto su ATM.

Particolare caratteristica della rete UTRAN è quella relativa alle funzionalità logiche del nodo RNC. L’RNC che controlla il Nodo B (ovvero che termina l’interfaccia Iub proveniente dal Nodo B) è detto Controlling RNC (CRNC) del Nodo B. Il CRNC è responsabile della gestione del traffico e delle situazioni di congestione delle proprie celle. Nel caso in cui una connessione mobile - UTRAN utilizzi le risorse appartenenti a più di un RNC (condizione di Soft Handover Inter RNC) gli RNC coinvolti hanno due ruoli distinti:

-         Serving RNC. L’SRNC di un terminale mobile è l’RNC che termina il collegamento Iu per il trasporto dei dati utente e la corrispondente segnalazione verso la CN. Un UE può avere sempre un solo SRNC.