EDGE技術標準詳解

2019-11-03 10:21:01

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供稿：網友

潘尤　　GSM作為第二代數字移動蜂窩通信系統，在全世界范圍內已經得到了廣泛的應用。但隨著移動通信技術的發展和業務的多樣化，人們對數據業務的需求不斷增加。為了滿足人們的需求，以支持話音業務為主的GSM系統在其 PHASE2 和 PHASE2+規范中提出了兩種高速數據業務的模型，即基于高速數據比特率和電路交換的HSCSD (高速電路交換數據)和基于分組交換路數據的GPRS(通用分組無線業務)。雖然HSCSD和GPRS采用了多時隙的操作模式，已在一定程度上提高了數據傳輸速率。

　　然而它們仍然是采用了GMSK(高斯最小頻移鍵控)的調制方式，與第三代移動通信系統的384kbit/s數據速率的廣域覆蓋和大約2Mbit/s數據速率的局域覆蓋還相去甚遠，因此有必要采用更為先進的通信和信號處理技術，以進一步擴大GSM系統的容量。為此，ETSI(歐洲電信標準協會)已決定發展增強數據速率的GSM演進方案———EDGE(Enhanced Data Rates For GSM Evolution)作為GSM未來的演進方向。

　　從技術上講，EDGE主要是作為對無線接口的放進。但從更普遍的意義上講，它也可以看成是一種新的允許GSM和TDMA-136網絡提供新業務的系統。

EDGE的主要無線接口參數

EDGE無線接口主要參數如下表所示。

　　EDGE的目的是為了在現有蜂窩系統中提供更高的比特率。為了提高總的比特率，引入了多電平調制方式———8-PSK 調制。它能提供更高的比特率和頻譜效率，但其實現復雜度屬于中等。GSM系統中使用的GMSK的調制方式也是EDGE的調制方式的一部分。兩種調制方式的符號率都是271kbps ，因此，每時隙的總比特率分別為22.8kbps(GMSK)和69.2kbps(8-PSK) 。8-PSK 用于用戶的數據信道，GMSK調制用于GPRS的200kHz載波上的所有控制信道。

　　EDGE的物理層的許多參數與GSM相同。載波間隔為200kHz ，時隙結構也與GSM相同。在TDMA系統中，所有的數據都是以突發的形式發送的，因此也可以認為是一個個的小“數據包”。這些業務的特性由無線資源分配方式來決定，可以是分配給連續的使用，也可以是按需分配。顯然，采用按需分配方式時無線資源利用率要高得多。然而，即使是連續分配加上不連續的TDMA發送方式，也能減少干擾。EDGE突發的格式也與GSM的相似，一個突發包括一個26比特的位于突發中部的訓練序列，位于頭、尾部的各3個尾比特，以及在最后的8.25個保護比特。每個突發包括2×58個數據比特。

無線協議的設計

　　EDGE無線協議設計的策略是盡可能地利用GSM/GPRS的現有協議，以減少對新協議的需要。然而，由于它需要支持更高的比特率，為了優化性能，必須對現有無線協議進行必要的修改。EDGE包括一個分組模式EGPRS和一個電路交換模式ECSD。

(1)分組交換傳輸方式———EGPRS 。

　　由于比特率更高，并且采用了使糾錯編碼與信道質量相適應的方式(或者說“自適應編碼方式”)，EDGE的無線鏈路控制(RLC)協議與GPRS的有些不同，其主要的改進是鏈路質量控制方式方面。由于信道質量是時變的，為了增強鏈路的強健性，有必要進行鏈路質量控制。鏈路質量控制技術包括鏈路匹配和逐步增加冗余度兩個方面。

　　在鏈路匹配方式中，需要周期性地對鏈路質量進行估計，從而為下一個要傳輸的內容選擇最合適的調制和編碼方式，以使用戶的數據比特率能達到最大。對付鏈路質量變化的另一種方式是逐步增加冗余度。在這種方式中，信息剛開始傳輸時，采用糾錯能力較低的編碼方式，如果接收端解碼正確，則能得到比較高的信息碼率；反之，如果解碼失敗，則需要增加編碼冗余量，直到解碼正確為止。顯然，編碼冗余度的增加必將導致有效數據速率的降低和延時的增加。

　　EGPRS支持以上兩種方式的組合。此時，對逐步增加編碼冗余度的方式，初始編碼速率的選取取決于鏈路質量的測量結果。如果鏈路質量較差，則引入較多的編碼冗余度；反之，引入較少的編碼冗余度，以免浪費。

(2)電路交換傳輸方式———ECSD。

　　EDGE中包括ECSD模式的目的是為了使現有GSM系統中的電路交換數據業務協議盡量保持不動。和GSM一樣，一個數據幀在22個TDMA幀中進行交織，并且增加了三種新的信道編碼方式，并采用8-PSK 調制。無線接口的數據率范圍是每時隙3.6-38.8kbps 。對非透明業務，仍然采用GSM的無線鏈路協議。

EDGE的承載業務

　　EDGE的承載業務包括分組業務(非實時業務)和電路交換業務(實時業務)。這些業務的承載者包括如下兩種：

(1)分組交換業務承載者。

　　GPRS網絡能夠提供從移動臺到固定ip網的IP連接。對每個IP連接承載者，都定義了一個QoS參數空間，如：優先權、可靠性、延時、最大和平均比特率等等。由這些參數的不同組合就定義了不同的承載者，以滿足不同應用的需要。

　　而對EDGE需要定義新的QoS參數空間。例如，對于速度為250km/h的移動臺，最大碼率為144kbps ，對移動速度為100km/h的移動臺，其最大碼率為384kbps 。平均比特率和延遲等級也與GPRS的不同。由于不同應用、不同用戶的要求不同，因此EDGE必須能夠支持更多的QoS。

(2)電路交換業務承載者。

　　現有的GSM系統能夠支持透明和非透明業務。它定義了8種透明業務承載者，提供的比特率范圍是9.6-64kbps 。

　　非透明業務承載者用無線鏈路協議來保證無差錯數據傳輸。對于這種情況，有8種承載者，能提供的比特率為4.8-57.6kbps 。實際的用戶數據比特率隨信道質量而變化。

　　電路交換業務承載者的定義并不因EDGE的引入而改變。比特率相同，不同的只是編碼方式有所不同。

　　例如，57.6kbps的非透明業務在EDGE中可以用編碼方式TCS-1通過占用2個時隙來實現。而同樣的業務，標準GSM系統用TCH/F14.4需要占用4個時隙。

　　可見，EDGE的電路交換方式使得可以占用較少的時隙來實現較高速數據業務，這能降低移動終端實現的復雜度。同時，由于各個用戶占用的時隙數比標準GSM系統的少，從而可以增加系統的容量。

EDGE技術特點

　　信息社會的到來對通信手段提出了越來越高的要求，EDGE技術是應運而生的提供了一種在現在的頻段中提供第三代業務的演進方法。通過上面的分析我們可以得出，與以前通信系統相比EDGE有較多優點，主要概括為以下幾方面：

1.系統操作更加靈活。

　　該技術采用了更加靈活的系統操作方式，具體包括為：支持基站間的異步操作；支持自適應天線陣技術與多用戶檢測的技術；支持非平衡頻帶下采用時分雙工的模式，采用單信元頻率復用等。

2.數據傳輸方式多樣。

　　該技術可以同時支持分組交換和電路交換兩種數據傳輸方式，EDGE支持的分組數據服務可以實現每時隙高達11.2 kbps ～69.2 kbps的速率，EDGE可以用28.8 kbps 的速率支持電路交換服務。

3.支持高速分組接入。

　　該技術采用了八進制移相鍵控(8PSK)調制，在移動環境中可以穩定達到384 kbps ，在靜止環境中甚至可以達到2 Mbps ，基本上能夠滿足各種無線應用的需求；該技術同時還支持一條連線上傳輸多條并行業務；支持高速率的分組接入。

4.通信系統性能更好。

　　該技術包括更大的系統容量和更大的覆蓋區域，且可以從第二代系統逐步演進；EDGE中采用快速功率控制技術，使發射機的發射功率總是處于最小的水平，從而減少了多址干擾，增強了穩定性能。

5.支持對稱和非對稱傳輸。

　　該技術支持對稱和非對稱兩種數據傳輸，這對于移動設備上網是非常重要的一個特性，比如在EDGE系統中，用戶可以在下行鏈路中采用比上行鏈路更高的速率。

6.有效降低運行和接入費用。

　　由于EDGE提供了一種比較靈活的系統操作方式，因此相對其他技術來說，部署起來就容易迅速的多；我們可利用現有的GSM和IDMA-136的基礎設施，并可以采用逐步引入的方法，這樣，我們就能夠有效地降低運行者和用戶的費用。

----《通信產業報》