EDGE

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GSM增強數據率演進(Enhanced Data rates for GSM Evolution,EDGE)

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什麼是EDGE

  EDGE全稱GSM增強數據率演進(Enhanced Data rates for GSM Evolution,EDGE)又稱為EGPRS,是一種數字行動電話技術,作為一個2G和2.5G(GPRS)的延伸,有時被稱為2.75G。這項技術工作在TDMA和GSM網路中。EDGE是GPRS的擴展,可以工作在任何已經部署GPRS的網路上。

EDGE的典型特征

  EDGE(或EGPRS)是GPRS的直接演進。它重用GPRS的相同概念並基於GPRS的相同架構,所以EDGE的引入不會影響GPRS核心網,主要的變動都位於無線介面。

  EDGE主要是為了實現比GPRS更高的數據傳輸速率。它基本上是依靠新的調製方式和新CS機制並根據無線傳播環境來優化數據吞吐量。協議中定義了9種調製和編碼機制(MCS,ModulationandCodingScheme)用於增強分組數據的傳輸。EDGE可以提供的凈RLC數據傳輸速率從8.8kbps(最惡劣無線條件下每時隙傳輸速率的最小值)到59.2kbps(最好無線條件下每時隙傳輸速率的最大值)。當數據傳輸速率超過17.6kbps時候,空中介面上必須採用8PSK調製來代替通常的GMSK調製。表列出了與各種MCS相關的吞吐量

  表 與調製編碼機制相關的吞吐量

調製編碼方式調試方式最大吞吐量(kbps)
MCS-98PSK59.2
MCS-88PSK54.4
MCS-78PSK44.8
MCS-68PSK29.6
MCS-58PSK22.4
MCS-4GPSK17.6
MCS-3GPSK14.8
MCS-2GPSK11.2
MCS-1GPSK8.8

  在GPRS業務基礎上,由於有更高的數據傳輸速率,因此EDGE還提供了更多新業務。更重要的是,它可以提供兩倍於GPRS網路的容量。儘管8PSK調製方式的比特速率是GMSK調製方式比特速率的3倍,但是由於網路載頻干擾率(C/I,Carrier.to—Interferenceratio)的變化,使得EDGE的網路容量達不到GPRS容量的3倍。因為MS的位置不同,因此需要增加或多或少的通道編碼以優化傳輸,這將導致平均吞吐量要遠低於最大值。

  EDGE可以在現存的GPRS頻譜上為3G業務提供一種非常節約成本的實現方式。它允許運營商通過升級現存的GSM/GPRS無線網路結構來傳送新的3G業務。硬體的變動僅限於在每個小區中添加新EDGE收發單元。這些單元可以作為現存設備的補充來進行添加。EGPRS可以支持數據和多媒體業務以及GPRS無法支持的業務。這樣通過無線電話就可以進行音頻和視頻廣播了。

EDGEDE的發展

  EDGE是一種基於無線的高速移動數據標準,它可以引入到GSM/GPRS和IS-136(數字高級行動電話系統(DAMPS,Digital Advanced Mobile Phone System)的分組模式)中。在分組模式下,EDGE可以支持高達384kbps的多媒體業務。EDGE使用的頻段與現存的GSM頻帶是一致的:800/900/1800/1900MHz。

  EDGE的中心思想就是利用現存GSM和GPRS網路節點,在200kHz的GSM無線載頻上通過改變調製類型來增加數據傳輸速率。EDGE中引入的新的調製方式是八進位移相鍵控(8PSK,Eight-State Phase-Shift Keying),這是為了使對核心網的影響達到最小。

  EDGE在歐洲被看做是從2G到3G過渡的2.5代標準,而在我國則被看做是2.75代標準。由於EDGE使用現存的頻譜,不需要新的頻率許可,因此對於想通過GSM/GPRS網路來提供多媒體業務的運營商來說,EDGE是一種低成本但比較有效的解決方案。在一些國家,如美國,由於沒有UMTS許可,所以可以通過EDGE來實現那些GPRS無法提供的多媒體業務。EDGE是一種低成本的解決方案,因此對於已經有GPRS網路和UMTS許可的運營商來說,可以在沒有UMTS覆蓋的區域通過EDGE來提供3G多媒體應用。

  EDGE可以看做是電路交換網路GSM、分組交換網路GPRS和D.AMPS網路的演進,因為在上述網路基礎上都可以引入EDGE技術,如圖所示。

  Image:不同蜂窝网络标准向EDGE网络的演进.jpg

  在高速電路交換數據(HSCSD,High-Speed Circuit Switched Data)上引入EDGE是為了在電路交換模式下在多個時隙進行數據傳輸。該業務的演進稱為增強的電路交換數據業務(ECSD,Enhanced Circuit Switched Data)。ECSD支持當前GSM的數據傳輸速率(2.4/4.8/9.6/14.4kbps),由於新的調製方式和CS機制的引入,其數據傳輸速率每時隙可達28.8/32.0/43.2kbps。這樣對於支持4時隙的ECSD用戶來說,其數據傳輸速率最高可達172.8kbps。ECSD使用動態鏈路自適應技術來適應無線環境。GPRS向EDGE的演進稱為EGPRS,有時也稱為經典EDGE或典型EDGE。增強GPRS(EGPRS,Enhanced GPRS)是基於與GPRS相同的網路架構。對於支持8時隙的終端,EGPRS可以支持高達475kbps的數據傳輸速率。對於EGPRS來說,影響最大的介面就是無線介面,因為該介面引入了新的無線調製方式。它主要影響位於網路的BSS部分和MS部分。

  EDGE也可以從IS一136標準演進。美國運營商已經商用了D-AMPS網路,很多運營商想引入2.5G或3G業務。這些運營商想通過與D-AMPS相同的頻段(800MHz)引入EDGE業務。但是該頻段已被劃分成了多個用於語音業務的30kHz無線頻帶。EDGE的引入需要釋放多個30kHz的頻帶以組成必需的200kHz頻帶。這些載頻一旦分配給EDGE,將無法再提供語音業務(GSM/EDGE並不是這樣)。為了使整個網路的語音容量不受到很大影響,只需將800MHz頻譜的一小部分釋放即可,這就需要對EGPRS版本的頻譜效率進行標準化。它必須支持384kbps的數據業務,但是只需最小的頻譜釋放,這對於那些頻譜資源有限的運營商是非常有利的。該概念稱為緊湊型EDGE,這是EGPRS的一種自適應。緊湊型EDGE僅限於分組交換模式,它不涉及電路交換模式。

  D-AMPS和EDGE的共存需要在GSM標準中引入新的無線需求。由於以前EDGE表示增強數據傳輸速率的GSM演進業務(Enhanced Data Ratesfor GSM Evolution),但是由於不同途徑的演進,所以EDGE更加廣義的定義應該是增強數據傳輸速率的全球演進業務(Enhanced Date Rates for Global Evolution)。緊湊型EDGE標準由通用無線通信公司(UwCC,Universal Wireless Communications Corporation)、ETSI和3GPP共同進行標準化。但是,從美國多數運營商來看,那些採用了緊湊型EDGE技術的運營商很多都決定利用GSM/GPRS/EDGE技術來代替他們的D-AMPS網路。這就是緊湊型EDGE模式不被廣泛應用的原因。

  EDGE現在是“Enhanced Data Ratesfor Global Evolution”的英文縮寫。但在推廣之初,EDGE是指“Enhanced Data Rates for GSM Evolution”,一字之差,也暗示了EDGE在全球移動市場中發展的軌跡。最初EDGE市場的目標客戶是全球的GSM運營商,但真正熱衷於EDGE的大部分運營商卻是來自美洲地區(包括南、北美洲和拉美地區)的TDMA運營商和模擬運營商。然後,隨著3G(WCDMA)在全球商用的進一步延遲,EDGE才逐漸進入美洲以外地區GSM運營商和3G運營商的視野,並引起了廣泛的關註。因此“Global Evolution”顯得更加貼切,同時也預示了EDGE具有更為廣闊的生存空間。EDGE的概念最早是由Ericsson於1997年向ETSI提出的,同年ETSI批准了EDGE的可行性研究,這為EDGE以後的發展鋪平了道路。此後,EDGE標準先後受到ITU、ETSI、GSM協會、3GPP、GSA和3GAmericas等國際組織的認可。其中以GSA和3GAmericas在推動EDGE市場化過程中最為積極主動。GSA組織全稱是“Globalmobile Suppliers Association”,這是一個由GSM技術及設備提供商組成的團體,主要成員包括NokiaEricssonAlcatelSiemens朗訊;而3GAmericas則是一個以推動美洲GSM系列標準的區域性組織,由泛美的運營商和設備商構成,主要成員包括Cable & WirelessCingular WirelessT-MobileNokia、Ericsson、北電網路等。受此影響,在EDGE的發展過程中顯現了兩個突出的特征:一是以設備商為主要的推動力量;二是以美洲為基地最先開始繁榮。

EDGE的技術優勢

  EDGE之所以能夠逐漸受到運營商的重視,與其本身所具有的技術優勢是密切相關的,特別是因為它能夠彌補GPRS的不足。雖然GPRS的理論峰值速率可以達到171.2kbps,但是在實際環境中卻只有35~45kbps,而CDMA2000lx在實際環境中能夠達到50~70kbps,顯然要優於GPRS。前面也提到EDGE的理論最高速率為473kbps,所以它的出現使GSM標準系列在100kbps的數量級上具有了和CDMA2000標準系列相抗衡並取得優勢的籌碼。從基本的結構來看,從GPRS升級到EDGE不需要對網路結構進行大規模的調整,從下圖所示EDGE網路升級示意圖可以看出改變的部分僅涉及接入網和終端部分,只要將GPRS忉、議轉換成為EDGE的協議即可,EDGE可以繼續使用GSM/GPRS的頻譜及規劃。

  Image:EDGE网络升级示意图.jpg

  協議轉化的核心是改變信號調製的方式。GSM/GPRS使用的是GMSK的調製方式,但是EDGE還使用了多電平調製方式(8PSK調製方式),因此它能夠提供更高的比特率和頻譜效率。因為8PSK可以將GMSK的信號空間從2擴展到8,所以每個符號可以包括的信息含量是原來的3倍。GMSK和8PSK這兩種調製方式的符號率都是171ksps,每時隙的總比特率分別為22.8kbps(GMSK)和59.2kbps(8PSK)。GPRS中3個用於數據傳輸的時隙所攜帶的數據才相當於EDGE中1個時隙所攜帶的數據。所以理論上來說,如果運營商不改變網路配置,繼續使用3個時隙來傳輸數據,則EDGE的數據傳輸能力約是GPRS的3倍。EDGE的理論用戶峰值速率最終能夠達到473.6kbps,平均速率一般為80~130kbps。來自CingularWireless的情況顯示,EDGE網路在運營中支持的峰值速率達到了170kbps,實際的平均速率在75~135kbps。而根據AT&TWireless室外測試的結果,每時隙平均數據傳輸速率為34kbps,如果配置3個時隙來傳輸數據,則EDGE的網路速率能夠輕鬆達到100kbps的水平。

  除了數據傳輸速率得到大大提升以外,EDGE在服務質量(QoS,QualityofService)機制上也有進一步的加強,能夠保證用戶在獲得各種業務的同時得到不同的帶寬。QoS對於先進的數據業務,如流媒體服務來說十分重要,因此EDGE的引入有利於開通一些新的對QoS有較高要求的移動數據服務。同時,EDGE還具有“永遠線上”的能力。就像DSL和有線寬頻,EDGE能夠提供持續的互聯網鏈接。此外,EDGE還具有數據通信和語音通信同時進行的功能,這是其與GSM技術進行區別的重要特征。

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