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EDGE技术的测试和研究
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摘要 对EDGE技术进行了介绍，并对EDGE技术的现网测试进行了说明，对于EDGE技术的功能特点及现网应用的模型、性能指标进行了研究和探讨。
0、前言
EDGE是一种有效提高GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，提供最高450 kbit/s的数据传输速率，可以在CS3/4基础上进一步提高GPRS网络的数据承载能力，满足无线多媒体应用的带宽需求。EDGE采用TDMA技术，其帧结构与GSM相同，每一载波带宽200 kHz。它采用GMSK和8-PSK调制，使每时隙最高吞吐量可以达到59.2 kbit/s，如集中8个时隙，数据传输率可达到450 kbit/s，从而提供完善的无线数据服务。EDGE是对现有网络的增强，其更强调利用现有的网络构架和资源，需要系统和终端的支持。
目前，EDGE主要在北美一些没有3G执照的新GSM运营商（Cingular、Rogers、AT&T等）进行部署。但随着3G业务在许多市场被延迟，GSM主流运营商开始对EDGE是否能够作为一个费用相对较低的现网升级方案并和UMTS互补进行研究。
1、EDGE技术的特点
1.1 技术标准
从技术上讲，EDGE主要是对无线接口的演进。但从更普遍的意义上讲，它也可以看成是基于GSM/GPRS标准的增强型数据业务系统。
EDGE的目的是在现有蜂窝系统中提供更高的数据比特率。为了提高总的比特率，引入了多电平调制方式——8-PSK调制。它能提供更高的比特率和频谱效率，而现有的GSM系统中使用的GMSK的调制方式也是EDGE的调制方式的一部分。两种调制方式的符号率都是271 kbit/s，因此，每时隙的总比特率分别为22.8 kbit/s（GMSK）和69.2 kbit/s（8-PSK）。在实际应用中，8-PSK调制用于用户的数据信道，GMSK调制可以用于GPRS的200 kHz载波上的所有信道。
1.2 无线协议的设计
EDGE无线协议设计的策略是尽可能地利用GSM/GPRS的现有协议，以减少对新协议的需要。然而，由于它需要支持更高的比特率，为了优化性能。必须对现有无线协议进行必要的修改。EDGE包括一个分组模式EGPRS和一个电路交换模式ECSD。目前EDGE主要实现的是分组模式EGPRS。
由于比特率更高，并且采用了使纠错编码与信道质量相适应的自适应编码方式，EDGE的无线链路控制（RLC）协议与GPRS的有些不同，其主要改进了链路质量控制方式。由于信道质量是时变的，为了增强链路的强健性，有必要进行链路质量控制。链路质量控制技术包括链路匹配和逐步增加编码冗余度2种方式。
a）在链路匹配方式中，需要周期性地对链路质量进行估计，从而为下一个要传输的内容选择最合适的调制和编码方式，以使用户的数据比特率能达到最大。
b）通过逐步增加编码冗余度来应对链路质量变化。在这种方式中，信息刚开始传输时，采用纠错能力较低的编码方式，如果接收端解码正确，则能得到比较高的信息码率；反之，如果解码失败，则需要增加编码冗余量，直到解码正确为止。显然，编码冗余度的增加必将导致有效数据速率的降低和延时的增加。
EGPRS支持以上2种方式的组合。此时。对逐步增加编码冗余度的方式，初始编码速率的选取取决于链路质量的测量结果。如果链路质量较差。则引入较多的编码冗余度；反之，引入较少的编码冗余度，以提高编码效率。
2、EDGE现网测试
2.1 内容及方法
本次测试使用的无线通信网络、系统软件及硬件设备均支持EDGE功能。选择了4个基站作为实验基站，基站频段为900 MHz。开通GPRS CS3/4及EDGE功能，共有14个小区参与本次EDGE测试。采用Motorola A780、Nokia 6230等多部测试手机进行测试。
主要测试内容有PING时延测试、下载文件测试、DT测试和多用户测试等。
测试方法主要包括定点测试和车载测试。
2.2 现网测试数据分析
2.2.1 FTP定点测试数据分析
1）不同小区单用户测试
通过对不同配置的4个小区进行大量测试后，将结果汇总（见图1）。
图1 单用户DL测试结果
测试时采用在每个小区从中心到边缘多次采样的方式，可以看到在现网条件下，系统平均每时隙吞吐量为45.23 kbit/s，每时隙最大吞吐量可以提升到51 kbit/s以上。在测试中，Motorola A780的最大吞吐量一直保持在140-155 kbit/s，这一带宽已经足够支持一般基于手机的多媒体应用。测试时，通过电脑连接手机访问网站的视频链接的播放结果也是非常平滑的。另一个方面，测试的吞吐能力平均值与最大值的平均差异约为15%，说明现网环境完全有条件达到EDGE最大的吞吐能力。
同时，在测试现场对GPRS CS3/4进行测试，结果表明每时隙吞吐量在16 kbit/s左右。EDGE与GPRS系统相比，在单时隙时带来的吞吐量增加是非常显著的，其平均每时隙吞吐量增长将近2倍。GPRS CS1/2到CS3/4的增幅仅为0.5倍。两者存在质的变化。测试结果如图2所示。
图2 GPRS CS3/4测试结果
2）多用户争抢条件下测试
通过对小区时隙的限制，在只有1个和2个时隙的情况下，对多用户时隙共享进行了相关的测试。结果表明，系统能够支持多用户同时进行数据下载。图3为时隙用户比为2、1、0.67、0.5的平均单时隙下载速率，结果表明，随着时隙用户比的减小，也就是随着共享用户数量的增加，单时隙的平均下载速率呈现下降趋势。这主要是因为对于固定数量的时隙，共享用户数量越多，资源管理所占用的系统开销也就越大，系统承载的用户数据速率也就相应降低。
图3 多用户测试结果
3）时延测试数据分析
实时业务和非实时关键业务（如VoIP），对网络传输时延、延时抖动特性较为敏感，当网络上有突发性高的FTP或者含有图像文件的HTTP等业务时，实时业务就会受到很大影响。对于基于TCP的应用而言，时延和时延抖动过大将引发长时间等停过程和滑动窗口的不断重新调整，使用户端的传输率远远低于实际的网路带宽。
EDGE技术对于时延问题的改善效果也是明显的（见图4），从测试数据分析，EDGE系统比GPRS系统时延有所减少。平均减少幅度为27%，并且没有发现任何丢包现象。
图4 PING时延测试（平均值）
这体现了由于网络带宽的增加，使网络的响应速度变得更快，也体现了EDGE对数据传输更强的支持能力，能更加发挥移动数据应用的优势，尤其提升了对时延敏感型应用的支持。
2.2.2 车载测试（DT-FTP）数据分析
车载测试主要在EDGE覆盖区域内的公路上进行。测试时车速基本上保持在40 km/h。
图5是FTP速率分布。从图5可知，在测试环境下FTP速率主要集中在100 kbit/s左右。大于100 kbit/s的测试结果占66%，小于100 kbit/s的测试结果占34%。DT的平均下载速度为99.44 kbit/s。
图5 FTP速率分布
与GPRS的对比测试是采用EDGE手机（Moto A780 3DL+1UL）与GPRS手机（索爱T68 4DL+IUL）同时下载相同大小文件的方法。
如图6所示。在相同环境的DT测试中无论是时间上，还是每时隙吞吐量上，EDGE比GPRS都有3-4倍的提高。
图6 EDGE和GPRS每时隙吞吐量比较（平均值）
2.2.3 测试数据综合分析
1）无线环境对EDGE速率的影响
针对不同无线环境对EDGE速率的影响，采用定点测试的方式，在不同电平和C/I的地点进行FTP。从测试结果分析，当C/I达到20以上，电平大于-70 dBm时，FTP吞吐量可以达到47.3 kbit/s：当C/I达到25以上，电平大于-58 dBm时。FTP吞吐量可以达到49.5 kbit/s，两者相比，只有5%的下降。而当C/I达到17，电平大于-82 dBm时，FTP吞吐量可以达到42 kbit/s的水平，采用4时隙手机仍然可以达到168 kbit/s的速率。由此可见在现网的情况下。EDGE的采用必然对系统速率实现巨大的提升。图7为吞吐量、C/I和电平的测试结果。
图7 吞吐量、C/I和电平的关系图
2）几种上网技术的FTP效果的比较
在对几种无线上网技术的FTP效果比较（见图8）后可以发现，EDGE在以目前手机最大处理能力的条件下，对数据业务的支持能力优于除了UMTS外的所有现有技术。以4时隙手机EDGE测试结果为参照点可以发现，在系统承载能力方面EDGE比GPRS CS3/4提高2倍，比CS1/2提高4倍以上。
图8 DL测试
3、总结
EDGE作为介于现有第二代移动通信系统与第三代移动通信系统之间的一种增强型数据通信技术，它的引进必然会对现有的GSM网络带来正面的增益并为第三代移动通信系统的实施进行一定的铺垫和准备。整个测试过程中统计和分析数据表明：网络吞吐量和网络时延都有大幅度的改善，其中在FTP应用的吞吐量测试中，系统的性能提高了2倍；PING时延测试平均减少了27%；FTP的DT测试结果增长了3-4倍；在多用户争抢条件下每时隙数据吞吐量保持在30 kbit/s以上。此外，使用EDGE技术的运营商不需要修改原有的无线网络规划，而且EDGE的引入也不影响现有的网络构架和通信质量。但值得注意的是EDGE的使用效果与无线环境有着密切的关系，只有通过不断地对系统进行优化和修正，不断提高无线质量、覆盖和有效信道数，才能使得EDGE在现网中更好地发挥效果。
未来的移动数据业务主要集中在多媒体下载、VoIP和可视电话。EDGE的引入无疑是以一种最简单、有效的方式使应用更平滑、使用更快捷，从而促进移动通信技术的进一步发展。
作者：石建 吴国桥 来源：邮电设计技术
0、前言
EDGE是一种有效提高GPRS信道编码效率的高速移动数据标准，提供最高450 kbit/s的数据传输速率，可以在CS3/4基础上进一步提高GPRS网络的数据承载能力，满足无线多媒体应用的带宽需求。EDGE采用TDMA技术，其帧结构与GSM相同，每一载波带宽200 kHz。它采用GMSK和8-PSK调制，使每时隙最高吞吐量可以达到59.2 kbit/s，如集中8个时隙，数据传输率可达到450 kbit/s，从而提供完善的无线数据服务。EDGE是对现有网络的增强，其更强调利用现有的网络构架和资源，需要系统和终端的支持。
目前，EDGE主要在北美一些没有3G执照的新GSM运营商（Cingular、Rogers、AT&T等）进行部署。但随着3G业务在许多市场被延迟，GSM主流运营商开始对EDGE是否能够作为一个费用相对较低的现网升级方案并和UMTS互补进行研究。
1、EDGE技术的特点
1.1 技术标准
从技术上讲，EDGE主要是对无线接口的演进。但从更普遍的意义上讲，它也可以看成是基于GSM/GPRS标准的增强型数据业务系统。
EDGE的目的是在现有蜂窝系统中提供更高的数据比特率。为了提高总的比特率，引入了多电平调制方式——8-PSK调制。它能提供更高的比特率和频谱效率，而现有的GSM系统中使用的GMSK的调制方式也是EDGE的调制方式的一部分。两种调制方式的符号率都是271 kbit/s，因此，每时隙的总比特率分别为22.8 kbit/s（GMSK）和69.2 kbit/s（8-PSK）。在实际应用中，8-PSK调制用于用户的数据信道，GMSK调制可以用于GPRS的200 kHz载波上的所有信道。
1.2 无线协议的设计
EDGE无线协议设计的策略是尽可能地利用GSM/GPRS的现有协议，以减少对新协议的需要。然而，由于它需要支持更高的比特率，为了优化性能。必须对现有无线协议进行必要的修改。EDGE包括一个分组模式EGPRS和一个电路交换模式ECSD。目前EDGE主要实现的是分组模式EGPRS。
由于比特率更高，并且采用了使纠错编码与信道质量相适应的自适应编码方式，EDGE的无线链路控制（RLC）协议与GPRS的有些不同，其主要改进了链路质量控制方式。由于信道质量是时变的，为了增强链路的强健性，有必要进行链路质量控制。链路质量控制技术包括链路匹配和逐步增加编码冗余度2种方式。
a）在链路匹配方式中，需要周期性地对链路质量进行估计，从而为下一个要传输的内容选择最合适的调制和编码方式，以使用户的数据比特率能达到最大。
b）通过逐步增加编码冗余度来应对链路质量变化。在这种方式中，信息刚开始传输时，采用纠错能力较低的编码方式，如果接收端解码正确，则能得到比较高的信息码率；反之，如果解码失败，则需要增加编码冗余量，直到解码正确为止。显然，编码冗余度的增加必将导致有效数据速率的降低和延时的增加。
EGPRS支持以上2种方式的组合。此时。对逐步增加编码冗余度的方式，初始编码速率的选取取决于链路质量的测量结果。如果链路质量较差。则引入较多的编码冗余度；反之，引入较少的编码冗余度，以提高编码效率。
2、EDGE现网测试
2.1 内容及方法
本次测试使用的无线通信网络、系统软件及硬件设备均支持EDGE功能。选择了4个基站作为实验基站，基站频段为900 MHz。开通GPRS CS3/4及EDGE功能，共有14个小区参与本次EDGE测试。采用Motorola A780、Nokia 6230等多部测试手机进行测试。
主要测试内容有PING时延测试、下载文件测试、DT测试和多用户测试等。
测试方法主要包括定点测试和车载测试。
2.2 现网测试数据分析
2.2.1 FTP定点测试数据分析
1）不同小区单用户测试
通过对不同配置的4个小区进行大量测试后，将结果汇总（见图1）。
图1 单用户DL测试结果
测试时采用在每个小区从中心到边缘多次采样的方式，可以看到在现网条件下，系统平均每时隙吞吐量为45.23 kbit/s，每时隙最大吞吐量可以提升到51 kbit/s以上。在测试中，Motorola A780的最大吞吐量一直保持在140-155 kbit/s，这一带宽已经足够支持一般基于手机的多媒体应用。测试时，通过电脑连接手机访问网站的视频链接的播放结果也是非常平滑的。另一个方面，测试的吞吐能力平均值与最大值的平均差异约为15%，说明现网环境完全有条件达到EDGE最大的吞吐能力。
同时，在测试现场对GPRS CS3/4进行测试，结果表明每时隙吞吐量在16 kbit/s左右。EDGE与GPRS系统相比，在单时隙时带来的吞吐量增加是非常显著的，其平均每时隙吞吐量增长将近2倍。GPRS CS1/2到CS3/4的增幅仅为0.5倍。两者存在质的变化。测试结果如图2所示。
2）多用户争抢条件下测试
通过对小区时隙的限制，在只有1个和2个时隙的情况下，对多用户时隙共享进行了相关的测试。结果表明，系统能够支持多用户同时进行数据下载。图3为时隙用户比为2、1、0.67、0.5的平均单时隙下载速率，结果表明，随着时隙用户比的减小，也就是随着共享用户数量的增加，单时隙的平均下载速率呈现下降趋势。这主要是因为对于固定数量的时隙，共享用户数量越多，资源管理所占用的系统开销也就越大，系统承载的用户数据速率也就相应降低。
3）时延测试数据分析
实时业务和非实时关键业务（如VoIP），对网络传输时延、延时抖动特性较为敏感，当网络上有突发性高的FTP或者含有图像文件的HTTP等业务时，实时业务就会受到很大影响。对于基于TCP的应用而言，时延和时延抖动过大将引发长时间等停过程和滑动窗口的不断重新调整，使用户端的传输率远远低于实际的网路带宽。
EDGE技术对于时延问题的改善效果也是明显的（见图4），从测试数据分析，EDGE系统比GPRS系统时延有所减少。平均减少幅度为27%，并且没有发现任何丢包现象。
这体现了由于网络带宽的增加，使网络的响应速度变得更快，也体现了EDGE对数据传输更强的支持能力，能更加发挥移动数据应用的优势，尤其提升了对时延敏感型应用的支持。
2.2.2 车载测试（DT-FTP）数据分析
车载测试主要在EDGE覆盖区域内的公路上进行。测试时车速基本上保持在40 km/h。
图5是FTP速率分布。从图5可知，在测试环境下FTP速率主要集中在100 kbit/s左右。大于100 kbit/s的测试结果占66%，小于100 kbit/s的测试结果占34%。DT的平均下载速度为99.44 kbit/s。
与GPRS的对比测试是采用EDGE手机（Moto A780 3DL+1UL）与GPRS手机（索爱T68 4DL+IUL）同时下载相同大小文件的方法。
如图6所示。在相同环境的DT测试中无论是时间上，还是每时隙吞吐量上，EDGE比GPRS都有3-4倍的提高。
2.2.3 测试数据综合分析
1）无线环境对EDGE速率的影响
针对不同无线环境对EDGE速率的影响，采用定点测试的方式，在不同电平和C/I的地点进行FTP。从测试结果分析，当C/I达到20以上，电平大于-70 dBm时，FTP吞吐量可以达到47.3 kbit/s：当C/I达到25以上，电平大于-58 dBm时。FTP吞吐量可以达到49.5 kbit/s，两者相比，只有5%的下降。而当C/I达到17，电平大于-82 dBm时，FTP吞吐量可以达到42 kbit/s的水平，采用4时隙手机仍然可以达到168 kbit/s的速率。由此可见在现网的情况下。EDGE的采用必然对系统速率实现巨大的提升。图7为吞吐量、C/I和电平的测试结果。
2）几种上网技术的FTP效果的比较
在对几种无线上网技术的FTP效果比较（见图8）后可以发现，EDGE在以目前手机最大处理能力的条件下，对数据业务的支持能力优于除了UMTS外的所有现有技术。以4时隙手机EDGE测试结果为参照点可以发现，在系统承载能力方面EDGE比GPRS CS3/4提高2倍，比CS1/2提高4倍以上。
3、总结
EDGE作为介于现有第二代移动通信系统与第三代移动通信系统之间的一种增强型数据通信技术，它的引进必然会对现有的GSM网络带来正面的增益并为第三代移动通信系统的实施进行一定的铺垫和准备。整个测试过程中统计和分析数据表明：网络吞吐量和网络时延都有大幅度的改善，其中在FTP应用的吞吐量测试中，系统的性能提高了2倍；PING时延测试平均减少了27%；FTP的DT测试结果增长了3-4倍；在多用户争抢条件下每时隙数据吞吐量保持在30 kbit/s以上。此外，使用EDGE技术的运营商不需要修改原有的无线网络规划，而且EDGE的引入也不影响现有的网络构架和通信质量。但值得注意的是EDGE的使用效果与无线环境有着密切的关系，只有通过不断地对系统进行优化和修正，不断提高无线质量、覆盖和有效信道数，才能使得EDGE在现网中更好地发挥效果。
未来的移动数据业务主要集中在多媒体下载、VoIP和可视电话。EDGE的引入无疑是以一种最简单、有效的方式使应用更平滑、使用更快捷，从而促进移动通信技术的进一步发展。
作者：石建 吴国桥 来源：邮电设计技术
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