EDGE引入對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商及GSM網(wǎng)絡(luò)影響

2019-11-03 09:20:16

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供稿：網(wǎng)友

中京郵電通信設(shè)計(jì)院刁兆坤

　　GSM作為第二代數(shù)字移動(dòng)蜂窩通信系統(tǒng)，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)的多樣化，人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求不斷增加。為了滿足人們的需求，以支持話音業(yè)務(wù)為主的GSM系統(tǒng)在其PHASE2和PHASE2+規(guī)范中提出了兩種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的模型，即基于高速數(shù)據(jù)比特率和電路交換的HSCSD (高速電路交換數(shù)據(jù))和基于分組交換路數(shù)據(jù)的GPRS(通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))。EDGE是介于2.5G網(wǎng)絡(luò)GPRS與3G網(wǎng)絡(luò)之間的一種技術(shù)，通常也被稱為2.75G，可支持3倍于GPRS的數(shù)據(jù)速率。目前隨著3G業(yè)務(wù)在許多市場(chǎng)被延遲，EDGE也受到越來(lái)越多的關(guān)注，眾多的GSM運(yùn)營(yíng)商已將EDGE技術(shù)的應(yīng)用列到自己的議事日程上來(lái)。

　　EDGE是英文EnhancedDataRatefor GSM Evolution 的縮寫，即增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)。EDGE是一種從GSM到3G的過(guò)渡技術(shù)，它主要是在GSM系統(tǒng)中采用了一種新的調(diào)制方法，即最先進(jìn)的多時(shí)隙操作和8PSK調(diào)制技術(shù)。由于8PSK可將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)采用的GMSK調(diào)制技術(shù)的信號(hào)空間從2擴(kuò)展到8，從而使每個(gè)符號(hào)所包含的信息是原來(lái)的4倍。

　　一、EDGE無(wú)線接口參數(shù)分析

　　EDGE無(wú)線接口主要參數(shù)如圖1所示：

　　EDGE的目的是為了在現(xiàn)有蜂窩系統(tǒng)中提供更高的比特率。為了提高總的比特率，引入了多電平調(diào)制方式（8-PSK調(diào)制）。它能提供更高的比特率和頻譜效率。GSM系統(tǒng)中使用的GMSK的調(diào)制方式也是EDGE的調(diào)制方式的一部分。兩種調(diào)制方式的符號(hào)率都是271kbit/s，因此，每時(shí)隙的總比特率分別為22.8kbit/s(GMSK)和69.6 kbit/s (8-PSK) 。8-PSK 用于用戶的數(shù)據(jù)信道，GMSK調(diào)制用于GPRS的200kHz載波上的所有控制信道。

　　最小移頻鍵控（MSK）是保持相位連續(xù)，一種調(diào)制指數(shù)的特殊頻率鍵控形式。GMSK的調(diào)制方式是高斯最小移頻鍵控，是在最小移頻鍵控（MSK）之前加了高斯濾波器的一種調(diào)制方式。由于MSK頻帶利用優(yōu)于FSK，也稍優(yōu)于2PSK，它的抗噪聲性能相當(dāng)于2PSK，而且它的同步恢復(fù)也比較方便，因此，MSK方式得到了廣泛重視和應(yīng)用。對(duì)于EDGE，采用了頻譜利用率更高的8－PSK調(diào)擇方式，8－PSK頻譜利用率為2PSK的3倍，其移相鍵控信號(hào)矢量與2PSK、4PSK的對(duì)比如圖2所示：

圖2EDGE移相鍵控信號(hào)矢量與2PSK、4PSK的對(duì)比圖

　　8-PSK的調(diào)制方式不同于GMSK（恒定的）調(diào)制方式。從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的角度看，具備EDGE功能的收發(fā)信機(jī)必須與標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)信機(jī)相一致，即EDGE收發(fā)信機(jī)的性能應(yīng)該滿足發(fā)送頻譜和熱耗的要求，當(dāng)高功率的EDGE收發(fā)信機(jī)在發(fā)送一8-PSK的信號(hào)時(shí)，必須降低其平均發(fā)射功率，即比采用GMSK調(diào)制方式時(shí)的平均功率降低2dB～5dB。

　　EDGE的物理層的許多參數(shù)與GSM相同。載波間隔為200kHz，時(shí)隙結(jié)構(gòu)也與GSM相同。在TDMA系統(tǒng)中，所有的數(shù)據(jù)都是以突發(fā)的形式發(fā)送的，因此也可以認(rèn)為是一個(gè)個(gè)的小“數(shù)據(jù)包”。這些業(yè)務(wù)的特性由無(wú)線資源分配方式來(lái)決定，可以是分配給連續(xù)的使用，也可以是按需分配。顯然，采用按需分配方式時(shí)無(wú)線資源利用率要高得多。

　　當(dāng)然，盡管EDGE使用了GSM的載頻帶寬和時(shí)隙結(jié)構(gòu)，但并不意味著它僅限于用在GSM系統(tǒng)中。相反，它是一個(gè)通用的空中接口，可以高效地提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使得現(xiàn)有蜂窩系統(tǒng)向第三代的演進(jìn)更容易實(shí)現(xiàn)。

　　二、EDGE引入給移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的影響分析

　　近一段時(shí)間以來(lái)，業(yè)界有關(guān)EDGE技術(shù)的討論急速升溫。作為3GSM技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展階段，EDGE有一段時(shí)間已經(jīng)被業(yè)界淡忘，但是自從2003年以來(lái)，一度備受冷落的EDGE成為移動(dòng)通信市場(chǎng)的亮點(diǎn)，先后有美國(guó)的CingularWireless和AT＆TWireless、智利的TelefonicaMoviles、我國(guó)香港特區(qū)的CSL和泰國(guó)的AIS開通了基于EDGE的服務(wù)。

　　現(xiàn)在全球越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商開始重視EDGE技術(shù)，如意大利運(yùn)營(yíng)商TIM就同時(shí)采用了EDGE和WCDMA這兩種技術(shù)同時(shí)建網(wǎng)。對(duì)于中國(guó)來(lái)講，我們可以采用EDGE把網(wǎng)絡(luò)速度提升到120kbit/s。以這樣的網(wǎng)絡(luò)速度，就可以推廣許多在現(xiàn)有GSM網(wǎng)上不能很好推廣的視頻業(yè)務(wù)，如流媒體業(yè)務(wù)。還有很重要的一點(diǎn)，3G是我們將來(lái)的發(fā)展方向。在它到來(lái)之前，如果我們先開展一些移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以對(duì)終端用戶進(jìn)行培養(yǎng)和開發(fā)，等到3GWCDMA真正到來(lái)時(shí)，更有利于運(yùn)營(yíng)商開展業(yè)務(wù)。

　　一個(gè)決定EDGE能否取得成功的重要條件是能否允許網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商逐步引入EDGE。具有EDGE功能的收發(fā)機(jī)應(yīng)最早部署在最需要EDGE覆蓋的地方。因而，電路交換、GPRS和EDGE用戶將在同一頻段內(nèi)共存。為了減少運(yùn)營(yíng)商的投資和成本，EDGE的實(shí)現(xiàn)不應(yīng)該要求對(duì)現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃做廣泛修改。而在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)中部署EDGE，必然會(huì)對(duì)原有GSM系統(tǒng)造成一些影響，這些影響也往往是決定EDGE發(fā)展的必要因素。

　　EDGE提供了一個(gè)從GPRS到第三代移動(dòng)通信的過(guò)渡性方案，從而使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以最大限度地利用現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在第三代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化之前提前為用戶提供個(gè)人多媒體通信業(yè)務(wù)。EDGE的主要優(yōu)勢(shì)之一是它可以完全利用現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備，需要的投資很少而且風(fēng)險(xiǎn)很小。EDGE將非常高效地利用現(xiàn)有2G基礎(chǔ)設(shè)施：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不會(huì)受到很大影響；它將能夠重復(fù)利用現(xiàn)有的基站；GPRS分組交換節(jié)點(diǎn)不會(huì)受到影響（因?yàn)樗鼈兊倪\(yùn)行獨(dú)立于用戶比特率）；對(duì)交換節(jié)點(diǎn)的所有修改只限于軟件升級(jí)。

　　支持EDGE的信道將同樣適用于標(biāo)準(zhǔn)的2G業(yè)務(wù)，而且EDGE、GPRS和GSM業(yè)務(wù)之間不需要固定的信道分配。從運(yùn)營(yíng)商角度看，這將使他們能夠無(wú)縫地推出新的EDGE業(yè)務(wù)，支持EDGE的基站硬件的部署可以成為普通的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和提高容量的一部分。

　　三、EDGE引入對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整

　　不斷增加的EDGE比特率對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提出了新的要求。從表面上看A-bit接口是一個(gè)瓶頸，因?yàn)檫@個(gè)接口目前能支持的每業(yè)務(wù)信道速率為16kbit/s，而引入EDGE后，每個(gè)業(yè)務(wù)信道能支持的每業(yè)務(wù)信道速率能達(dá)到了64kbit/s，因而需要給每個(gè)業(yè)務(wù)信道指配多個(gè)A-bis接口時(shí)隙。然而，16kbit/s這個(gè)極限早在GPRS引入兩種編碼方式（CS3和CS4）時(shí)就被突破了，即最大碼率可達(dá)到22.8kbit/s。因此，受A-bis限制的問(wèn)題已經(jīng)解決了，這是一個(gè)與GPRS有關(guān)，而與EDGE無(wú)關(guān)的修正方法。

　　對(duì)基于GPRS的分組業(yè)務(wù)，由于其它節(jié)點(diǎn)的接口都能夠處理更高的比特率了，因此也不會(huì)受到影響。但對(duì)基于電路交換的業(yè)務(wù)，A接口可以處理每用戶64kbit/s的業(yè)務(wù)，EDGE電路交換的承載者是不能超越的。

　　EDGE的引入使得空中接口必須變更，因而直接影響了基站和移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)，要使新開發(fā)的基站和移動(dòng)終端必須支持8-PSK的調(diào)制方式。

　　EDGE無(wú)線協(xié)議設(shè)計(jì)的策略是盡可能地利用GSM/GPRS的現(xiàn)有協(xié)議，以減少對(duì)新協(xié)議的需要。然而，由于它需要支持更高的比特率，為了優(yōu)化性能，必須對(duì)現(xiàn)有無(wú)線協(xié)議進(jìn)行必要的修改。

　　四、EDGE引入對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的影響

　　網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者能夠逐步引入EDGE，在很大程度上取決于GSM網(wǎng)具備EDGE設(shè)施的先決條件。為了減少網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者的費(fèi)用和工作量，GSM網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃不應(yīng)也不需做較大的修改。

　　1．覆蓋方面的規(guī)劃。覆蓋方面的規(guī)劃包括履行自動(dòng)重傳請(qǐng)求的非透明無(wú)線鏈路的協(xié)議，使較低的無(wú)線鏈路質(zhì)量傳輸較低的比特率。因此，低信道干擾不會(huì)引起掉話，只會(huì)引起用戶比特率的暫時(shí)降低。

　　2．頻率規(guī)劃。EDGE支持多種復(fù)用模式，如采用鏈路質(zhì)量控制手段，EDGE是可以在靈活的頻率規(guī)劃中引入的。所以，EDGE可以在現(xiàn)有的GSM頻率規(guī)劃中采用，并用它來(lái)支持在更緊湊的頻率復(fù)用方案基礎(chǔ)上形成的未來(lái)高容量的解決方案。

　　3．信道管理。引入EDGE后，基站將有兩種收發(fā)信機(jī)，即標(biāo)準(zhǔn)GSM收發(fā)信機(jī)和EDGE收發(fā)信機(jī)，每個(gè)物理信道（時(shí)隙）都可以看成是以下幾種信道：a.GSM語(yǔ)音和電路交換數(shù)據(jù)（CSD）；b.GSM分組數(shù)據(jù)（GPRS）；c.GSM語(yǔ)音和電路交換數(shù)據(jù)（GSD和ECSE）；d. 分組數(shù)據(jù)（GPRS和EGPRS）。

　　標(biāo)準(zhǔn)的GSM收發(fā)信機(jī)只支持上面前兩種信道類型，而EDGE則支持所有四種信道。物理信道可以根據(jù)需要在基站動(dòng)態(tài)定義，例如，如有許多語(yǔ)音用戶正在通話，就需增加第一、三種信道的數(shù)量，但這會(huì)減少GPRS和EGPRS信道的數(shù)量。因此要強(qiáng)調(diào)的是，為了避免把信道分成靜態(tài)組合，信道的管理過(guò)程應(yīng)該是自動(dòng)的。如果將信道分成靜態(tài)的組合的話，不但會(huì)嚴(yán)重降低信道的利用率，還會(huì)使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商同對(duì)一個(gè)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的分組問(wèn)題。

　　五、EDGE在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用

　　EDGE最早被加拿大和美國(guó)的運(yùn)營(yíng)商所使用，隨后亞太和拉丁美洲也積極參與其中，目前EDGE基礎(chǔ)設(shè)施正在全球范圍內(nèi)部署展開。對(duì)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有潛在需求但3G牌照還沒(méi)有發(fā)放的地區(qū)，當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商只好紛紛通過(guò)EDGE來(lái)滿足本地區(qū)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求。而在已發(fā)放3G牌照的地區(qū)，對(duì)EDGE的商業(yè)部署起著關(guān)鍵因素的將是3G牌照中諸多的約束條件，如網(wǎng)絡(luò)覆蓋率等，因?yàn)檫@些約束條件有可能會(huì)延遲3G部署的進(jìn)程，EDGE隨之也會(huì)有迫切出現(xiàn)的需求。當(dāng)前在西歐，雖然絕大多數(shù)的運(yùn)營(yíng)商還未表示要使用EDGE技術(shù)，但也有少數(shù)的運(yùn)營(yíng)商宣稱公司正在測(cè)試EDGE技術(shù)，其中Telia、Sonera、TIM已明確表明要使用EDGE技術(shù)。

　　EDGE的商業(yè)部署正成為一項(xiàng)全球性的活動(dòng)，迄今為止已在全球6個(gè)國(guó)家所使用，經(jīng)營(yíng)服務(wù)的有7家運(yùn)營(yíng)商。此外，全球還有其他50多家運(yùn)營(yíng)商也表示要部署EDGE技術(shù)。

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