Najbardziej znaczącym postępem w UMTS było przyjęcie nowego interfejsu radiowego o nazwie Wielodostęp Szerokopasmowy z Podziałem Kodowym (WCDMA). Było to radykalne odejście od schematu FDMA/TDMA używanego w GSM.

• Szerokie Kanały: W przeciwieństwie do wąskich kanałów GSM o szerokości $200 \text{ kHz}$, WCDMA wykorzystuje znacznie szersze pasmo kanału wynoszące $5 \text{ MHz}$.
• Jednoczesna Transmisja: W WCDMA wszyscy użytkownicy w komórce nadają w tym samym czasie i na tym samym kanale częstotliwości $5 \text{ MHz}$.
• Magia Kodów: System zapobiega wzajemnemu zakłócaniu się tych jednoczesnych transmisji, przypisując każdemu użytkownikowi unikalny "kod rozpraszający". Kod ten jest używany do "rozproszenia" danych użytkownika na całym kanale $5 \text{ MHz}$. Odbiornik, znając unikalny kod użytkownika, może "odkodować" jego sygnał, podczas gdy sygnały wszystkich innych użytkowników jawią się jedynie jako szum tła. Technologia ta oferowała większą wydajność widmową, lepszą odporność na zaniki wielodrogowe oraz umożliwiała funkcję miękkiego przełączania (soft handover), gdzie telefon mógł połączyć się z nową komórką przed rozłączeniem ze starą, co czyniło przejścia połączeń jeszcze płynniejszymi.

Chociaż UMTS zachował ścieżkę komutowaną obwodowo do obsługi tradycyjnych połączeń głosowych dla zapewnienia wstecznej kompatybilności, jego architektura została zaprojektowana z natywną, solidną domeną komutowaną pakietowospecjalnie dla usług danych. Oznaczało to, że w przypadku dostępu do internetu zasoby były wykorzystywane znacznie wydajniej. Ustanawiałeś połączenie i mogłeś pozostać "zawsze włączony", a sieć zużywała zasoby tylko wtedy, gdy aktywnie wysyłałeś lub odbierałeś pakiety. Ta zmiana z rozliczania opartego na czasie (jak w CSD) na rozliczanie oparte na objętości (płacenie za zużyte dane) uczyniła mobilny internet znacznie bardziej dostępnym i przystępnym cenowo.

UMTS dostarczył wzrostu prędkości, na który czekał świat mobilny. Początkowa wersja standardu (Release '99) oferowała szczytowe teoretyczne prędkości transmisji danych do $2 \text{ Mbit/s}$ dla użytkowników stacjonarnych i bardziej typowe $384 \text{ kbit/s}$ dla użytkowników mobilnych. W porównaniu z ~$50 \text{ kbit/s}$ GPRS czy ~$200 \text{ kbit/s}$ EDGE, był to przełomowy wzrost. Ten nowy poziom wydajności odblokował całą nową kategorię aplikacji mobilnych, które wcześniej były niepraktyczne:

• Mobilne rozmowy wideo i streaming.
• Bogate, graficzne przeglądanie stron internetowych.
• Pobieranie i streaming muzyki.
• Usługi oparte na lokalizacji z dokładnymi mapami.

UMTS wyciągnął wnioski z odkrytych słabości modelu bezpieczeństwa GSM i wprowadził znaczące ulepszenia.

• Wzajemne Uwierzytelnianie: Najważniejszym ulepszeniem bezpieczeństwa było wprowadzenie wzajemnego uwierzytelniania. Nie tylko sieć uwierzytelniała kartę SIM użytkownika, ale teraz karta SIM uwierzytelniała również sieć. Zamknęło to krytyczną lukę, która pozwalała na ataki z użyciem łapaczy IMSI, ponieważ telefon UMTS odmawiał połączenia z fałszywą lub złośliwą stacją bazową.
• Silniejsze Algorytmy: UMTS zaimplementował nowy, bardziej solidny zestaw algorytmów kryptograficznych (np. KASUMI) z dłuższymi, 128-bitowymi kluczami zarówno do uwierzytelniania, jak i szyfrowania, co czyniło je znacznie trudniejszymi do złamania.
• Ochrona Integralności: UMTS wyszedł poza samą poufność. Wprowadził ochronę integralności dla komunikatów sygnalizacyjnych, która używa specjalnego kodu, aby zapewnić, że komunikaty kontrolne między telefonem a siecią nie zostały zmienione w trakcie przesyłania przez atakującego.

Uznając, że różne aplikacje mają różne potrzeby, UMTS wprowadził zaawansowaną strukturę Jakości Usług. Sieć mogła klasyfikować ruch do czterech odrębnych klas:

• Klasa Konwersacyjna: Dla usług dwukierunkowych w czasie rzeczywistym, takich jak rozmowy głosowe i wideo, które są bardzo wrażliwe na opóźnienia.
• Klasa Strumieniowa: Dla jednokierunkowych usług w czasie rzeczywistym, takich jak streaming wideo lub audio, gdzie taktowanie jest ważne, ale pewne opóźnienie jest dopuszczalne.
• Klasa Interaktywna: Dla ruchu typu "żądanie-odpowiedź", takiego jak przeglądanie stron internetowych, gdzie zachowanie integralności danych jest ważniejsze niż idealnie stałe opóźnienie.
• Klasa Tła: Dla ruchu niewrażliwego na czas, takiego jak pobieranie e-maili czy transfer plików, który może tolerować dłuższe opóźnienia.

Ta zdolność QoS pozwoliła operatorom na inteligentne zarządzanie zasobami sieciowymi, priorytetyzując ruch krytyczny w celu zapewnienia wysokiej jakości doświadczeń użytkownika we wszystkich rodzajach usług.