EDGE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)詳解
GSM作為第二代數(shù)字移動蜂窩通信系統(tǒng)，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)的多樣化，人們對數(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(通用分組無線業(yè)務(wù))。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(shù)據(jù)傳輸速率。
然而它們?nèi)匀皇遣捎昧薌MSK(高斯最小頻移鍵控)的調(diào)制方式，與第三代移動通信系統(tǒng)的384kbit/s數(shù)據(jù)速率的廣域覆蓋和大約2Mbit/s數(shù)據(jù)速率的局域覆蓋還相去甚遠(yuǎn)，因此有必要采用更為先進(jìn)的通信和信號處理技術(shù)，以進(jìn)一步擴(kuò)大GSM系統(tǒng)的容量。為此，ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)已決定發(fā)展增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的GSM演進(jìn)方案——EDGE(Enhanced Data Rates For GSM Evolution)作為GSM未來的演進(jìn)方向。
從技術(shù)上講，EDGE主要是作為對無線接口的放進(jìn)。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(wǎng)絡(luò)提供新業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。
EDGE的主要無線接口參數(shù)
EDGE無線接口主要參數(shù)如下表所示。
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，但其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度屬于中等。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(shù)據(jù)信道，GMSK調(diào)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(shù)與GSM相同。載波間隔為200kHz ，時隙結(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)為是一個個的小“數(shù)據(jù)包”。這些業(yè)務(wù)的特性由無線資源分配方式來決定，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無線資源利用率要高得多。然而，即使是連續(xù)分配加上不連續(xù)的TDMA發(fā)送方式，也能減少干擾。EDGE突發(fā)的格式也與GSM的相似，一個突發(fā)包括一個26比特的位于突發(fā)中部的訓(xùn)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(hù)比特。每個突發(fā)包括2×58個數(shù)據(jù)比特。
無線協(xié)議的設(shè)計
EDGE無線協(xié)議設(shè)計的策略是盡可能地利用GSM/GPRS的現(xiàn)有協(xié)議，以減少對新協(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，必須對現(xiàn)有無線協(xié)議進(jìn)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(zhì)量相適應(yīng)的方式(或者說“自適應(yīng)編碼方式&rdquo，EDGE的無線鏈路控制(RLC)協(xié)議與GPRS的有些不同，其主要的改進(jìn)是鏈路質(zhì)量控制方式方面。由于信道質(zhì)量是時變的，為了增強(qiáng)鏈路的強(qiáng)健性，有必要進(jìn)行鏈路質(zhì)量控制。鏈路質(zhì)量控制技術(shù)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(zhì)量進(jìn)行估計，從而為下一個要傳輸?shù)膬?nèi)容選擇最合適的調(diào)制和編碼方式，以使用戶的數(shù)據(jù)比特率能達(dá)到最大。對付鏈路質(zhì)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(dǎo)致有效數(shù)據(jù)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(zhì)量的測量結(jié)果。如果鏈路質(zhì)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(fèi)。(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(xiàn)有GSM系統(tǒng)中的電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)協(xié)議盡量保持不動。和GSM一樣，一個數(shù)據(jù)幀在22個TDMA幀中進(jìn)行交織，并且增加了三種新的信道編碼方式，并采用8-PSK 調(diào)制。無線接口的數(shù)據(jù)率范圍是每時隙3.6~38.8kbps 。對非透明業(yè)務(wù)，仍然采用GSM的無線鏈路協(xié)議。
EDGE的承載業(yè)務(wù)
EDGE的承載業(yè)務(wù)包括分組業(yè)務(wù)(非實(shí)時業(yè)務(wù))和電路交換業(yè)務(wù)(實(shí)時業(yè)務(wù))。這些業(yè)務(wù)的承載者包括如下兩種：
(1) 分組交換業(yè)務(wù)承載者
GPRS網(wǎng)絡(luò)能夠提供從移動臺到固定IP網(wǎng)的IP連接。對每個IP連接承載者，都定義了一個QoS參數(shù)空間，如：優(yōu)先權(quán)、可靠性、延時、最大和平均比特率等等。由這些參數(shù)的不同組合就定義了不同的承載者，以滿足不同應(yīng)用的需要。
而對EDGE需要定義新的QoS參數(shù)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(yīng)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(yè)務(wù)承載者
現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)能夠支持透明和非透明業(yè)務(wù)。它定義了8種透明業(yè)務(wù)承載者，提供的比特率范圍是9.6~64kbps。
非透明業(yè)務(wù)承載者用無線鏈路協(xié)議來保證無差錯數(shù)據(jù)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(shí)際的用戶數(shù)據(jù)比特率隨信道質(zhì)量而變化。
電路交換業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)在EDGE中可以用編碼方式TCS-1通過占用2個時隙來實(shí)現(xiàn)。而同樣的業(yè)務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)GSM系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)較高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這能降低移動終端實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。同時，由于各個用戶占用的時隙數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)GSM系統(tǒng)的少，從而可以增加系統(tǒng)的容量。
EDGE技術(shù)特點(diǎn)
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(shù)是應(yīng)運(yùn)而生的提供了一種在現(xiàn)在的頻段中提供第三代業(yè)務(wù)的演進(jìn)方法。通過上面的分析我們可以得出，與以前通信系統(tǒng)相比EDGE有較多優(yōu)點(diǎn)，主要概括為以下幾方面：
1. 系統(tǒng)操作更加靈活
該技術(shù)采用了更加靈活的系統(tǒng)操作方式，具體包括為：支持基站間的異步操作；支持自適應(yīng)天線陣技術(shù)與多用戶檢測的技術(shù)；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(fù)用等。
2. 數(shù)據(jù)傳輸方式多樣
該技術(shù)可以同時支持分組交換和電路交換兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，EDGE支持的分組數(shù)據(jù)服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)每時隙高達(dá)11.2kbps~69.2kbps的速率，EDGE可以用28.8kbps的速率支持電路交換服務(wù)。
3. 支持高速分組接入
該技術(shù)采用了八進(jìn)制移相鍵控(8PSK)調(diào)制，在移動環(huán)境中可以穩(wěn)定達(dá)到384kbps ，在靜止環(huán)境中甚至可以達(dá)到2Mbps ，基本上能夠滿足各種無線應(yīng)用的需求；該技術(shù)同時還支持一條連線上傳輸多條并行業(yè)務(wù)；支持高速率的分組接入。
4. 通信系統(tǒng)性能更好
該技術(shù)包括更大的系統(tǒng)容量和更大的覆蓋區(qū)域，且可以從第二代系統(tǒng)逐步演進(jìn)；EDGE中采用快速功率控制技術(shù)，使發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率總是處于最小的水平，從而減少了多址干擾，增強(qiáng)了穩(wěn)定性能。
5. 支持對稱和非對稱傳輸該技術(shù)支持對稱和非對稱兩種數(shù)據(jù)傳輸，這對于移動設(shè)備上網(wǎng)是非常重要的一個特性，比如在EDGE系統(tǒng)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(yùn)行和接入費(fèi)用
由于EDGE提供了一種比較靈活的系統(tǒng)操作方式，因此相對其他技術(shù)來說，部署起來就容易迅速的多；我們可利用現(xiàn)有的GSM和IDMA-136的基礎(chǔ)設(shè)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(yùn)行者和用戶的費(fèi)用。
