EDGE引入對移動運營商及GSM網(wǎng)絡影響

中京郵電通信設計院 刁兆坤



　　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)得到了廣泛的應用。但隨著移動通信技術的發(fā)展和業(yè)務的多樣化，人們對數(shù)據(jù)業(yè)務的需求不斷增加。為了滿足人們的需求，以支持話音業(yè)務為主的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)。EDGE是介于2.5G網(wǎng)絡GPRS與3G網(wǎng)絡之間的一種技術，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)務在許多市場被延遲，EDGE也受到越來越多的關注，眾多的GSM運營商已將EDGE技術的應用列到自己的議事日程上來。



　　EDGE是英文EnhancedDataRatefor GSM Evolution 的縮寫，即增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進技術。EDGE是一種從GSM到3G的過渡技術，它主要是在GSM系統(tǒng)中采用了一種新的調制方法，即最先進的多時隙操作和8PSK調制技術。由于8PSK可將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡采用的GMSK調制技術的信號空間從2擴展到8，從而使每個符號所包含的信息是原來的4倍。



　　一、EDGE無線接口參數(shù)分析



　　EDGE無線接口主要參數(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，引入了多電平調制方式（8-PSK調制）。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271kbit/s，因此，每時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)，一種調制指數(shù)的特殊頻率鍵控形式。GMSK的調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于2PSK，而且它的同步恢復也比較方便，因此，MSK方式得到了廣泛重視和應用。對于EDGE，采用了頻譜利用率更高的8－PSK調擇方式，8－PSK頻譜利用率為2PSK的3倍，其移相鍵控信號矢量與2PSK、4PSK的對比如圖2所示：







　　8-PSK的調制方式不同于GMSK（恒定的）調制方式。從網(wǎng)絡運營的角度看，具備EDGE功能的收發(fā)信機必須與標準的收發(fā)信機相一致，即EDGE收發(fā)信機的性能應該滿足發(fā)送頻譜和熱耗的要求，當高功率的EDGE收發(fā)信機在發(fā)送一8-PSK的信號時，必須降低其平均發(fā)射功率，即比采用GMSK調制方式時的平均功率降低2dB～5dB。



　　EDGE的物理層的許多參數(shù)與GSM相同。載波間隔為200kHz，時隙結構也與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，因此也可以認為是一個個的小“數(shù)據(jù)包”。這些業(yè)務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。



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



　　二、EDGE引入給移動運營商運營帶來的影響分析



　　近一段時間以來，業(yè)界有關EDGE技術的討論急速升溫。作為3GSM技術領域的一個發(fā)展階段，EDGE有一段時間已經(jīng)被業(yè)界淡忘，但是自從2003年以來，一度備受冷落的EDGE成為移動通信市場的亮點，先后有美國的CingularWireless和AT＆TWireless、智利的TelefonicaMoviles、我國香港特區(qū)的CSL和泰國的AIS開通了基于EDGE的服務。



　　現(xiàn)在全球越來越多的運營商開始重視EDGE技術，如意大利運營商TIM就同時采用了EDGE和WCDMA這兩種技術同時建網(wǎng)。對于中國來講，我們可以采用EDGE把網(wǎng)絡速度提升到120kbit/s。以這樣的網(wǎng)絡速度，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，如流媒體業(yè)務。還有很重要的一點，3G是我們將來的發(fā)展方向。在它到來之前，如果我們先開展一些移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務，可以對終端用戶進行培養(yǎng)和開發(fā)，等到3GWCDMA真正到來時，更有利于運營商開展業(yè)務。



　　一個決定EDGE能否取得成功的重要條件是能否允許網(wǎng)絡運營商逐步引入EDGE。具有EDGE功能的收發(fā)機應最早部署在最需要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。為了減少運營商的投資和成本，EDGE的實現(xiàn)不應該要求對現(xiàn)有無線網(wǎng)絡規(guī)劃做廣泛修改。而在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)中部署EDGE，必然會對原有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提供了一個從GPRS到第三代移動通信的過渡性方案，從而使現(xiàn)有的網(wǎng)絡運營商可以最大限度地利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡設備，在第三代移動網(wǎng)絡商業(yè)化之前提前為用戶提供個人多媒體通信業(yè)務。EDGE的主要優(yōu)勢之一是它可以完全利用現(xiàn)網(wǎng)的設備，需要的投資很少而且風險很小。EDGE將非常高效地利用現(xiàn)有2G基礎設施：無線網(wǎng)絡規(guī)劃不會受到很大影響；它將能夠重復利用現(xiàn)有的基站；GPRS分組交換節(jié)點不會受到影響（因為它們的運行獨立于用戶比特率）；對交換節(jié)點的所有修改只限于軟件升級。



　　支持EDGE的信道將同樣適用于標準的2G業(yè)務，而且EDGE、GPRS和GSM業(yè)務之間不需要固定的信道分配。從運營商角度看，這將使他們能夠無縫地推出新的EDGE業(yè)務，支持EDGE的基站硬件的部署可以成為普通的網(wǎng)絡擴展和提高容量的一部分。



　　三、EDGE引入對移動運營商現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡的調整



　　不斷增加的EDGE比特率對GSM網(wǎng)絡結構提出了新的要求。從表面上看A-bit接口是一個瓶頸，因為這個接口目前能支持的每業(yè)務信道速率為16kbit/s，而引入EDGE后，每個業(yè)務信道能支持的每業(yè)務信道速率能達到了64kbit/s，因而需要給每個業(yè)務信道指配多個A-bis接口時隙。然而，16kbit/s這個極限早在GPRS引入兩種編碼方式（CS3和CS4）時就被突破了，即最大碼率可達到22.8kbit/s。因此，受A-bis限制的問題已經(jīng)解決了，這是一個與GPRS有關，而與EDGE無關的修正方法。



　　對基于GPRS的分組業(yè)務，由于其它節(jié)點的接口都能夠處理更高的比特率了，因此也不會受到影響。但對基于電路交換的業(yè)務，A接口可以處理每用戶64kbit/s的業(yè)務，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終端的設計，要使新開發(fā)的基站和移動終端必須支持8-PSK的調制方式。



　　EDGE無線協(xié)議設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)議進行必要的修改。



　　四、EDGE引入對移動運營商GSM網(wǎng)絡規(guī)劃的影響



　　網(wǎng)絡運營者能夠逐步引入EDGE，在很大程度上取決于GSM網(wǎng)具備EDGE設施的先決條件。為了減少網(wǎng)絡運營者的費用和工作量，GSM網(wǎng)絡的規(guī)劃不應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)劃包括履行自動重傳請求的非透明無線鏈路的協(xié)議，使較低的無線鏈路質量傳輸較低的比特率。因此，低信道干擾不會引起掉話，只會引起用戶比特率的暫時降低。



　　2．頻率規(guī)劃。EDGE支持多種復用模式，如采用鏈路質量控制手段，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，并用它來支持在更緊湊的頻率復用方案基礎上形成的未來高容量的解決方案。



　　3．信道管理。引入EDGE后，基站將有兩種收發(fā)信機，即標準GSM收發(fā)信機和EDGE收發(fā)信機，每個物理信道（時隙）都可以看成是以下幾種信道：a.GSM語音和電路交換數(shù)據(jù)（CSD）；b.GSM分組數(shù)據(jù)（GPRS）；c.GSM語音和電路交換數(shù)據(jù)（GSD和ECSE）；d. 分組數(shù)據(jù)（GPRS和EGPRS）。



　　標準的GSM收發(fā)信機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)需要在基站動態(tài)定義，例如，如有許多語音用戶正在通話，就需增加第一、三種信道的數(shù)量，但這會減少GPRS和EGPRS信道的數(shù)量。因此要強調的是，為了避免把信道分成靜態(tài)組合，信道的管理過程應該是自動的。如果將信道分成靜態(tài)的組合的話，不但會嚴重降低信道的利用率，還會使網(wǎng)絡運營商同對一個費時、費力的分組問題。



　　五、EDGE在全球范圍內(nèi)的應用



　　EDGE最早被加拿大和美國的運營商所使用，隨后亞太和拉丁美洲也積極參與其中，目前EDGE基礎設施正在全球范圍內(nèi)部署展開。對高速數(shù)據(jù)業(yè)務有潛在需求但3G牌照還沒有發(fā)放的地區(qū)，當?shù)厥袌龅囊苿舆\營商只好紛紛通過EDGE來滿足本地區(qū)日益增長的數(shù)據(jù)需求。而在已發(fā)放3G牌照的地區(qū)，對EDGE的商業(yè)部署起著關鍵因素的將是3G牌照中諸多的約束條件，如網(wǎng)絡覆蓋率等，因為這些約束條件有可能會延遲3G部署的進程，EDGE隨之也會有迫切出現(xiàn)的需求。當前在西歐，雖然絕大多數(shù)的運營商還未表示要使用EDGE技術，但也有少數(shù)的運營商宣稱公司正在測試EDGE技術，其中Telia、Sonera、TIM已明確表明要使用EDGE技術。



　　EDGE的商業(yè)部署正成為一項全球性的活動，迄今為止已在全球6個國家所使用，經(jīng)營服務的有7家運營商。此外，全球還有其他50多家運營商也表示要部署EDGE技術。




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