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摘要：EDGE是GSM網(wǎng)絡的擴展方案，可充分利用現(xiàn)有的資源，稍做小的改動，并最終向第三代系統(tǒng)平滑過渡。本文介紹了EDGE的要領和發(fā)展過程，從無線接口參數(shù)、無線協(xié)議方面分析了EDGE的技術標準，提出了在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡中部署EDGE對原有系統(tǒng)可能的影響以及改進辦法。
關鍵詞：移動通信 EDGE GEPRS ECSD GSM 第三代
1 概述
GSM和TDMA-136是現(xiàn)在全球通用的第二代蜂窩移動通信標準。由于用戶數(shù)量巨大，增長快速，運營商不可能拋棄現(xiàn)有網(wǎng)絡而建立起全新的第三代移動通信系統(tǒng)。因此只有采取逐步演進的方式，而EDGE就是很好的解決方案。
現(xiàn)有GSM系統(tǒng)，一般僅能夠提供9.6kbit/s的電路型數(shù)據(jù)業(yè)務，這樣低的數(shù)據(jù)通信速率顯然無法滿足移動多媒體數(shù)據(jù)通信的需求，因此，廠家們紛紛在開發(fā)新的、速率更快的移動數(shù)據(jù)通信技術，其中最典型的就是GPRS（通用分組無線服務）和HCSD（高速率電路交換數(shù)據(jù)）。HCSD的最高速率可達57.6kbit/s。GPRS在核心網(wǎng)絡首次引入了分級交換的方式，成為GSM向第三代網(wǎng)絡演進的必經(jīng)之路，可向用戶提供最高速率為171kbit/s的鏈路，一般只為108kbit/s。HCSD（或原GSM系統(tǒng)）和GPRS系統(tǒng)都可以采用一種新的高電平調制方式的EDGE（增強數(shù)據(jù)速率業(yè)務）來提高調制的有效性，它能使得用戶數(shù)據(jù)速率達到384kbit/s。這種基于第二代的無線接入技術EDGE，為GSM和TDMA-136在現(xiàn)有頻段（800、900、1800和平共處900MHz）上發(fā)展第三代業(yè)務提供了可能。
本文主要介紹EDGE的技術標準，以及在GSM網(wǎng)絡中部署EDGE時對原有系統(tǒng)的影響。
2 EDGE的技術標準
2.1 EDGE的主要無線接口參數(shù)
EDGE主要是對無線接口的改進，使當前的蜂窩移動通信系統(tǒng)可以獲得更高的數(shù)據(jù)通信速率。現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡主要采用GMSK調制技術，為增加無線接口的總速率，在EDGE中引入了一個能夠提供高數(shù)據(jù)速率的調制方案，即八進制移相鍵控（8PSK）調制。由于8PSK和GMSK的信號空間從2個擴展到8個，因此每個符號包含的信息都是原來的4倍。8PSK的符合速率保持在271kbit/s，每個時隙可以得到69.2kbit/s的總速率，并且仍然能夠完成GSM頻譜屏蔽，EDGE無線接口主要參數(shù)見表1。
表1 EDGE無線接口主要參數(shù)
載波間隔 200kHz
符合速率 270.1 kilosymbols
幀長度 4.615ms
每幀時隙數(shù) 8
調制方式 GMSK 8-PSK
每個突發(fā)的有效載荷 符號數(shù) 116 116
比特數(shù) 116 348
無線接口的數(shù)據(jù)率 每時隙 22.8 kbit/s 69.6 kbit/s
每幀 182.4 kbit/s 556.8 kbit/s
EDGE通過多時隙操作（Multislot Connection）來實現(xiàn)更高的比特率，并通過鏈路自適應（Link Adaptation）和逐步增加冗余（Incremental Redundancy）來控制鏈路質量。
所謂鏈路自適應就是能夠自動選擇調制和編碼方案來適應無線鏈路質量的需求。鏈路自適應意味著實現(xiàn)調制和編碼的完全自動化，不需要網(wǎng)絡運營者額外管理。但在現(xiàn)實情況下，各種調制和編碼方案之間進行動態(tài)切換并不容易，它需要在接收端進行精確的SNR測量并作迅速反饋。另外，理想的交換點是移動速率的函數(shù)，這樣當干擾特性、信道特性和延遲等發(fā)生改變時，就會造成收發(fā)端來不及進行響應而引起理想交換點的偏移。為了避免這種危險性，引出了逐步增加冗余傳輸?shù)母拍睢?
2.2 無線協(xié)議的修改
EDGE包括一個分組交換傳輸模式（EGPRS）和一個電路交換傳輸模式（ECSD）。由于要支持更高的比特率和優(yōu)化性能，因此必須對現(xiàn)有無線協(xié)議進行必要的修改。
（1）分組交換傳輸方式（EGPRS）
EGPRS定義了9種調制編碼方案，共分A、B、C 3類，見表2。每一類各有一個基本的有效負荷單元，分別為37、28和22字節(jié)，每一類中又通過在每個無線分組上傳送不同數(shù)目的有效負荷單元來獲得不同的編碼速率。對于類別A和B，每個無線分組可傳送1、2或4個有效負荷單元；對于類別C，每個無線分組僅可傳送1或2個有效負荷單元。當一次傳送4個有效負荷單元（MCS-7、MCS-8、MCS-9）時，這4個有效負荷單元被分成2個RL分組。對于MCS-7，在4個突發(fā)上進行交織；對于MCS-8和MCS-9，這些分組在2個突發(fā)上進行交織，所有其他攜帶一個RLC分組（但可能由1或2個有效負荷單元組成）的MCS都是在4個突發(fā)上進行交織。
表2 EGPRS的調制編碼方案
方案 編碼速率 調制方式樣 一個無線分 類別 頭部編 數(shù)據(jù)率
組包括的 碼速率 (kbit/s)
RLC分組數(shù)
MCS-1 0.53 GMSK 1 C 0.51 8.8
MCS-2 0.66 GMSK 1 C 0.51 11.2
MCS-3 0.85 GMSK 1 C 0.51 14.8
MCS-4 1.0 GMSK 1 C 0.51 17.6
MCS-5 0.37 8-PSK 1 C 1/3 22.4
MCS-6 0.49 8-PSK 1 C 1/3 29.6
MCS-7 0.76 8-PSK 2 C 0.36 44.8
MCS-8 0.92 8-PSK 2 C 0.36 56.4
MCS-9 1.0 8-PSK 2 C 0.36 59.2
為了增強無線分組頭部保護能力，無線分組的頭部與數(shù)據(jù)部分是分開進行編碼的。由頭部計算出的8比特CRC用于錯誤檢測，接下來進行1/3速率的卷積編碼（并進行收縮）用于錯誤糾正。頭部共有3種格式：一種是MCS-7、MSC-8和MCS-9使用的；一種是MCS-5和MCS-6使用的；還有一種MCS-1到MCS-4使用的；前兩種采用8-PSK，第3種采用GMSK。
（2）電路交換傳輸方式（ECSD）
ECSD是基于HCSD的傳輸和信令機制，所以對當前規(guī)范修改較少。ECSD支持透明（T）業(yè)務和非透明（NT）業(yè)務。在第1階段的規(guī)范中，數(shù)據(jù)速率限制在64kbit/s，這意味著與現(xiàn)有的GSM相比，最大數(shù)據(jù)速率并沒有增加，但是同樣的業(yè)務可用更少的時隙數(shù)和相對簡單的移動臺來實現(xiàn)，同時，由于各個用戶占用的時隙數(shù)比標準GSM系統(tǒng)時要少，從而可以增加系統(tǒng)的容量。
GSM中可達到的電路交換型無線接口速率和ECSD中可達到的無線接口速率見表3，ECSD無線接口速率分別是29.0kbit/s、32.0kbit/s和43.5kbit/s，對應的單時隙用戶速率分別為28.8kbit/s、32.0kbit/s和43.2kbit/s其中，28.8kbit/s的數(shù)據(jù)速率可用于透明業(yè)務和非透明業(yè)務（通過單時隙或多時隙配置）；32.0kbit/s僅用于提供64kbit/s ECSD透明業(yè)務（通過2個時隙配置）；43.2kbit/s僅用于ECSD非透明業(yè)務。
表3 ECSD的調制編碼方案
信 道 編碼速率(kbit/s) 調制方式 無線接口速率(kbit/s)
TCH/F2.4 0.16 GMSK 3.6
TCH/F4.8 0.26 GMSK 6.0
TCH/F9.6 0.53 GMSK 12.0
TCH/F14.4 0.64 GMSK 14.5
e-TCH/F28.8(NT+T) 0.419 8-PSK 29.0
E-TCH/F32(T) 0.462 8-PSK 32.0
E-TCH/F43.2(NT) 0.629 8-PSK 43.5
3 EDGE在GSM網(wǎng)絡中的部署問題及改進辦法
3.1 網(wǎng)絡結構
無線數(shù)據(jù)通信速率的提高對現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡結構提出了新的要求，但由于GPRS節(jié)點、SGSN和網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點（GGSN）或多或少地獨立于用戶數(shù)據(jù)通信速率，因此EDGE將不需要部署新的硬件。GSM/GPRS體系結構如圖1所示。
一個明顯的通信瓶頸是A-bis接口，它當前只能支持每信道時隙為16kbit/s的速率。而對于EDGE，每個信道的速率將超過64kbit/s，這要求為每個通信信道分配多個A-bis時隙。不過，A-bis接16kbit/s的限制可以通過引入兩個GPRS編碼方案（CS3和CS4）來突破，它能夠提供的最大碼率為22.8kbit/s。
3.2 無線接口設備
EDGE對GSM網(wǎng)絡原有無線接口的修改將直接影響基站和移動終端的設計，人們必須采用新的終端和基站收發(fā)機才能收發(fā)使用EDGE調制的信息。
與GMSK不同，8PSK不是恒包絡調制，并不具有一個固定的封裝，這種新的調制方案對功率放大器的線性提出了新的要求。設計上面臨的一個挑戰(zhàn)是實現(xiàn)一個低成本、同時完成GSM的頻譜屏蔽的發(fā)射機，為了最大限度地利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡，EDGE收發(fā)現(xiàn)一般裝在一個為標準收發(fā)機設計的基站艙中，并且在發(fā)射頻譜和散熱方面可以被接受。一般地，高性能的EDGE收發(fā)機在發(fā)射8PSK時可能需要減少它的平均發(fā)射功率，與GMSK相比，平均功率降低2-5dB。如何設計低功率的收發(fā)機和移動終端將會帶來進一步的挑戰(zhàn)，比如在EDGE系統(tǒng)中就不能再使用針對非線性調制優(yōu)化的發(fā)射機結構。
3.3 總速率
接口總速率越高，技術就越復雜，EDGE接口的高速率無法通過最理想的均衡器結構來處理，而只能考慮較理想的均衡器設計。從模擬測試的結果來看，用于8PSK的最理想的均衡器設計將只比標準的GSM均衡器稍微復雜一點。在絕大多數(shù)情況下，EDGE服務將被相對靜止的用戶使用，這意味著移動終端的高速移動和過渡的時間分布是不可能的。另外，當移動速度和時間分布超出EDGE的能力時，還是需要使用GMSK調制的。
3.4 無線網(wǎng)絡規(guī)劃
一個決定EDGE能否取得成功的重要條件是能夠允許網(wǎng)絡運營商逐步引入EDGE。具有EDGE功能的收發(fā)機最早應該部署在最需要EDGE覆蓋的地方，以補充現(xiàn)有的標準GSM收發(fā)機，因此在一個相同的頻段，電路交換、GPRS和EDGE用戶將同時存在。為了將運營商的投資和成本降到最低，與EDGE相關的實現(xiàn)不能對現(xiàn)有無線網(wǎng)絡規(guī)劃做大的修改。
（1）覆蓋規(guī)劃
非透明無線鏈路協(xié)議的一個重要特點是較差的無線鏈路質量會導致更低的比特率，低信噪比不會引起掉話，但會引起暫時的用戶比特率的降低。一個EDGE信元將同時包括具有不同通信速率的用戶，在接近信元中心的地方通信速率高，在接近信元邊界的地方通信速率限制在標準GPRS的范圍內。
在覆蓋范圍的問題上，如果網(wǎng)絡運營商能夠接受在信元邊界只具有標準GPRS數(shù)據(jù)通信速率，那么現(xiàn)有的GSM站點已經(jīng)提供了EDGE足夠使用的覆蓋范圍。對于一般需要持續(xù)比特率的透明數(shù)據(jù)服務來說，則必須使用鏈路自適應技術來動態(tài)指配時隙數(shù)。
（2）頻率規(guī)劃
現(xiàn)有GSM系統(tǒng)中，頻率利用系數(shù)一般在9-12之間。未來的移動通信系統(tǒng)將向著更低頻率再使用方向發(fā)展。通過運用跳頻和多重再使用方式（MPR）以及不連續(xù)發(fā)射技術（DTX），頻率再用系數(shù)<3也是可行的，即每3個基站就會發(fā)生頻率被重新使用的情況。EDGE支持頻率再使用，事實上，通過采用鏈路自適應技術，EDGE可以在任意的頻率規(guī)劃中被引入，包括可以在現(xiàn)有的GSM頻率規(guī)劃中被采用。
（3）信道管理
引入EDGE以后，一個信元將包括兩類收發(fā)機：標準GSM收發(fā)機和EDGE收發(fā)機。信元中的每個物理信道（時隙）一般至少具有4種信道類型：GSM語音和GSM電路交換數(shù)據(jù)（CSD）；GPRS分組數(shù)據(jù)；電路交換數(shù)據(jù)、增強電路交換數(shù)據(jù)（ECSD）和GSM語音；EDGE分組數(shù)據(jù)（EGPRS），它允許同時為GPRS和EDGE用戶提供服務。
標準GSM收發(fā)信機只支持以上信道的前面兩種信道類型，而EDGE則支持所有4種信道類型，并且物理信道可以根據(jù)需要在基站動態(tài)定義。顯然，在EDGE系統(tǒng)中必須能夠實現(xiàn)上述4種信道的自動管理，否則將大大削弱EDGE系統(tǒng)的效率。
4 結束語
EDGE估計于2002年投入商業(yè)運營，由于GSM和TDMA-136系統(tǒng)的用戶數(shù)較大，徹底革新?lián)Q代是不可能的，而EDGE能在現(xiàn)有網(wǎng)絡中逐步引入，改動也很小，較好地照顧了運營商和用戶的利益。另外，通過修改調制方式，EDGE最終能平滑過渡到UMTS（第三代）。估計在不久的將來，EDGE將給我們帶來更多的無線應用，如無線多媒體、無線E-mail、Web休息和無線視頻會議。
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