EDGE——增強型GSM演進(jìn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

北電網(wǎng)絡(luò)無線市場部　李曉鶯



　　隨著不斷推陳出新的移動新業(yè)務(wù)對帶寬要求的持續(xù)增長，頻譜利用率高的高速無線數(shù)據(jù)技術(shù)愈來愈成為移動領(lǐng)域關(guān)注的焦點。作為GPRS的增強型演進(jìn)技術(shù)，R99規(guī)范定義的EDGE在3G頻譜資源匱乏的地區(qū)或經(jīng)濟發(fā)展相對較慢的地區(qū)，可以作為第二代移動網(wǎng)絡(luò)向第三代移動網(wǎng)絡(luò)的過渡方案；EDGE可與UMTS共用核心網(wǎng)，將原有基站子系統(tǒng)BSS演變成GSM／EDGE無線接入網(wǎng)GERAN，與UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)UTRAN并存，能提供“類3G”的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在未來可能的二、三代網(wǎng)絡(luò)設(shè)施并存的時期內(nèi)為終端用戶提供實用、連續(xù)的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。


　　
調(diào)制技術(shù)的革命



　　以相同干擾受限傳播環(huán)境下、4＋1移動臺的MMS業(yè)務(wù)為例，傳送同樣一份125kBytes的包含文本、高清晰度圖像和MP3音頻的文件，EDGE只需15秒，GPRS需要50秒；而在1分鐘內(nèi)，EDGE足可以傳送一份480kBytes的包含文本和視頻錄像的文件。



　　EDGE的“高速數(shù)據(jù)吞吐率”主要得益于采用了8PSK（8相鍵控）調(diào)制技術(shù)（見圖1）。在2PI調(diào)制周期內(nèi)定義8個均分的不同相位來區(qū)分每個傳送符號，而8種不同相位則可表示3個比特的信息量（000－111），傳輸速率提高到GSM／GPRS系統(tǒng)采用的GMSK（高斯最小移頻鍵控，為兩相鍵控）的三倍；同時，結(jié)合不同糾、檢錯能力的信道編碼方案，EDGE可提供9種不同的“調(diào)制編碼方案——MCS”，較之使用單一調(diào)制技術(shù)的GPRS提供的四種“編碼方案——CS”，EDGE可以適應(yīng)更惡劣、更廣泛的無線傳播環(huán)境；在相同帶寬內(nèi)，EDGE最高可以提供6倍于GPRS的數(shù)據(jù)速率。



　　9種MCS根據(jù)相互之間的相關(guān)特性被分為3組，即Family A（MCS－3、MCS－6、MCS－8、MCS－9）、Family B（MCS－2、MCS－5、MCS－7）和Family C（MCS－1、MCS－4）。各組內(nèi)的幾種編碼方案的結(jié)構(gòu)之間具有相互包含或被包含的關(guān)系，更易于實現(xiàn)編碼速率的轉(zhuǎn)換。實際應(yīng)用中需要平衡有效信息的傳遞速率和有效的傳遞質(zhì)量兩項因素，傳送有效信息較少而包含較多的冗余糾錯比特的低速信道編碼方案更適用于傳輸質(zhì)量較差的環(huán)境，如在小區(qū)邊界更適宜使用速率偏低的GMSK調(diào)制方式下的MCS1－4以補償較差的鏈路質(zhì)量；在傳播條件較好的小區(qū)中心區(qū)域，可以采用信息速率較高的MCS。



　　然而，不同于GMSK方式下的恒定調(diào)制功率包絡(luò)，8PSK調(diào)制功率包絡(luò)是變化的，平均值小于峰值；而移動臺測量的網(wǎng)絡(luò)電平以平均功率為準(zhǔn)，降低的測量功率會縮減小區(qū)的有效業(yè)務(wù)半徑，從而影響系統(tǒng)的綜合容量。因此，為了保證網(wǎng)絡(luò)吞吐率達(dá)到理想水平，必須將功率放大器的峰值指標(biāo)提高至少3dB以抬高平均值。北電網(wǎng)絡(luò)獨有的具有業(yè)界領(lǐng)先線性性能的“8PSK特效功放”產(chǎn)品ePA和HePA不用一味地抬高峰值功率，前者可以在GMSK和8PSK兩種調(diào)制方式下均提供平均值30W的發(fā)射功率，后者可以提供GMSK 60W和8PSK 45W的平均發(fā)射功率，從而確保了小區(qū)的有效業(yè)務(wù)覆蓋范圍，系統(tǒng)有效利用率較之其他參與競爭企業(yè)的EDGE系統(tǒng)高42％。







數(shù)據(jù)重發(fā)機制的改進(jìn)



　　EDGE在數(shù)據(jù)發(fā)送和重發(fā)機制上采用了“鏈路適配”和“增量冗余”功能，數(shù)據(jù)重發(fā)成功率較之GPRS平均提高10％～20％。



　　鏈路適配功能在不同MCS之間，可根據(jù)實時的無線鏈路質(zhì)量及時調(diào)整最適合的MCS方案。在正確情況下，正常數(shù)據(jù)塊傳輸轉(zhuǎn)換可以在9種數(shù)據(jù)速率之間進(jìn)行以獲得傳輸質(zhì)量與吞吐率的最佳平衡。當(dāng)無線環(huán)境惡化而導(dǎo)致數(shù)據(jù)塊錯傳而須重傳時，編碼速率可以但只能在同一組內(nèi)的具有包含關(guān)系的幾種MCS之間互相轉(zhuǎn)換，前后數(shù)據(jù)塊所攜帶的冗余信息因此具有足夠的相關(guān)性以便于解調(diào)；而GPRS沒有鏈路狀況適配機制，且僅能按照前次CS重發(fā)，因此重發(fā)成功的概率完全被動地依賴于無線環(huán)境的變化，在多數(shù)情況下只會加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)、浪費網(wǎng)絡(luò)資源且無法改善傳輸質(zhì)量而導(dǎo)致不斷重發(fā)、系統(tǒng)效率急劇惡化。



　　“增量冗余”是EDGE在重發(fā)信息中加入更多的冗余信息從而提高接收端正確解調(diào)的概率。當(dāng)接收端檢測到故障幀時，GPRS會刪除收到的故障數(shù)據(jù)塊，并要求發(fā)送端再次重發(fā)相同的數(shù)據(jù)塊（使用相同的CS），即簡單的混合自動重發(fā)請求（HARQ）類型一。HARQ結(jié)合了簡單的前向糾錯機制FEC和接收端只檢錯的自動重發(fā)機制ARQ，類型一即前后信息伴隨的冗余比特之間沒有相關(guān)性。得益于同組MCS之間的包容性，EDGE采用的重發(fā)機制實際上就是全增量混合重發(fā)請求——HARQ類型二，即在前后相繼的若干個數(shù)據(jù)塊中加入的冗余糾錯比特具有部分相關(guān)性，因此EDGE會在接收端存儲故障數(shù)據(jù)塊而不是刪除，發(fā)送端重發(fā)一個使用同組內(nèi)不同MCS數(shù)據(jù)塊，接收端綜合前次故障數(shù)據(jù)塊中的信息比特、冗余信息，本次信息比特、冗余信息等多方信息進(jìn)行綜合糾、檢錯分析后作相關(guān)解調(diào)接收，以“冗余”的信息量提高接收成功率。



　　另外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒋翱诖笮∫彩怯绊憯?shù)據(jù)重發(fā)效率的一個重要因素。GPRS僅能提供最大值為64的RLC窗口，當(dāng)傳播環(huán)境急劇惡化時，如快速移動環(huán)境下，對于多時隙能力的MS便會出現(xiàn)窗口遲后效應(yīng)，導(dǎo)致大量的重發(fā)現(xiàn)象。EDGE可以提供基于不同時隙支持能力的MS所分配的時隙數(shù)而定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)重傳窗口大小，變化范圍從對應(yīng)于一個業(yè)務(wù)時隙的最大64個RLC塊到對應(yīng)于8個業(yè)務(wù)時隙的1024個RLC塊，弱化了快速移動時對數(shù)據(jù)吞吐速率的影響。


　　
網(wǎng)絡(luò)實施方面的考慮



　　GPRS向EDGE的平滑過渡



　　北電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的獨有的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道可以同時被EDGE和GPRS業(yè)務(wù)動態(tài)共享，允許實際網(wǎng)絡(luò)中MS滲透率從偏重GPRS平滑地逐步過渡到偏重EDGE，在不影響話音業(yè)務(wù)的前提下穩(wěn)步提高數(shù)據(jù)吞吐率。分組控制單元PCU通過識別終端的業(yè)務(wù)支持能力、小區(qū)配置、收發(fā)信機TRX支持EDGE與否，配合BSC結(jié)合當(dāng)前資源使用狀況合理分配分組無線信道，EDGEMS將被首選分配在支持EDGE的信道上；EDGEMS也可以根據(jù)當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的支持能力自動選擇工作在EGPRS或GPRS（無EDGE服務(wù)時）模式下。


　　
增加的數(shù)據(jù)速率對傳輸網(wǎng)絡(luò)的影響



　　如何高效率地調(diào)整陸地鏈路的時隙分配，也是支持EDGE引入更高數(shù)據(jù)速率的重要因素之一。高速的數(shù)據(jù)還要求網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)于空中接口速率的鏈路承載能力，EDGE需要更新Abis和Agprs（如北電網(wǎng)絡(luò)使用獨立PCU單元節(jié)點情況下）等陸地鏈路接口的時隙分配管理機制。話音或低速的GPRSCS1／2每TRX業(yè)務(wù)量最大可能映射到兩個64k的PCM時隙上傳輸；而EDGE每TRX業(yè)務(wù)量最大可能映射到8個64k的PCM時隙上傳輸。北電網(wǎng)絡(luò)的“動態(tài)Abis接口鏈路管理機制”中采用定義每基站動態(tài)公共時隙的辦法降低EDGE所帶來的增加的數(shù)據(jù)量對Abis接口鏈路配置的影響。另外，北電網(wǎng)絡(luò)“動態(tài)Agprs接口鏈路管理功能”以PCM為單位，將其所對應(yīng)的所有無線信道動態(tài)共享，將最大限度地降低GPRS／EDGE對Agprs鏈路配置的影響。綜合二者，將最大限度地提高陸地傳輸鏈路的利用率。


　　
設(shè)備支持能力



　　新的調(diào)制技術(shù)和先進(jìn)線性放大技術(shù)要求更換全新的基站收發(fā)信機設(shè)備。新的鏈路管理和無線資源分配機制需要更新BSC能力。EDGE的演進(jìn)雖然不涉及核心網(wǎng)，但配合智能化的核心網(wǎng)可以將EDGE的效能發(fā)揮到極致。



　　手機等移動終端設(shè)備也要支持EDGE，截至2004年上半年已有近二十種支持EDGE的終端設(shè)備面世。


　　
EDGE全球應(yīng)用現(xiàn)狀及展望



　　從過去及未來若干年的用戶發(fā)展分析及預(yù)測可以看到，數(shù)據(jù)用戶的增長速率是話音用戶增長速率的6～7倍。雖然即將到來的3G網(wǎng)絡(luò)的巨額投資可能會淡化GSM運營商對EDGE的接受程度，然而在恰當(dāng)?shù)纳虡I(yè)模式運作之下，EDGE可以為部分運營商以較低的成本投資換取高容量的寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)而與UMTS系統(tǒng)相輔相成。北美市場由于3G頻段缺乏的限制，促使EDGE成為連接2G（GSM／TDMA）和3G（UMTS）的橋梁；其主要的TDMA運營商已決定向GSM轉(zhuǎn)型并實施GSM／GPRS／EDGE。而在歐洲3G頻譜雖已具備，但EDGE可以在現(xiàn)有GSM／GPRS覆蓋的基礎(chǔ)上、UMTS全面鋪開之前為終端用戶提供質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)服務(wù)體驗，歐洲各主要運營商亦打算將EDGE作為UMTS的有效補充。至2004年5月中旬，53個國家的78個運營商已承諾將會開通EDGE，16個運營商已開通EDGE商用網(wǎng)。可以預(yù)見，EDGE將在全球范圍加快商用的步伐。





摘自　人民郵電報