改进数据率GSM服务(EDGE)技术分析(上)

     EDGE的英文全称为Enhanced Data rate for GSM Evolution，中文含义为改进数据率GSM服务。该技术主要在于能够使用宽带服务，能够让使用800，900，1800，1900MHz频段的网络提供第三代移动通信网络的部分功能，并且能大大改进目前在GSM和TDMA-136上提供的标准化服务。该技术可以提供384kb/s的广域数据通信服务和大约2Mb/s的局域数据通信服务，这样可以充分满足未来无线多媒体应用的带宽需求。

　　EDGE的概念是Ericsson公司于1997年第一次向ETSI提出的。尽管EDGE仍然使用了GSM载波带宽和时隙结构，但它也能够用于其他的蜂窝通信系统。EDGE可以被视为一个提供高比特率、促进蜂窝移动系统向第三代功能演进的有效的通用无线接口技术。在此基础上，统一无线通信论坛（UWCC）评估了用于TDMA/136的EDGE技术，并于1998年1月批准了该技术。

　　EDGE提供了一个从GPRS到第三代移动通信的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的无线网络设备，为用户提供个人多媒体通信业务。由于EDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，因此也有人称它为"2.5G"技术或"2.75G"技术。

一、EDGE的特点

　　EDGE在接入业务和网络建设方面具有以下特性：

1. 在接入业务性能方面的特点

　　（1）带宽得到明显提高,单点接入速率峰值为2Mb/s，单时隙信道的速率可达到48kb/s，从而使移动数据业务峰值速率达到384kb/s，可实现移动多媒体业务。

　　（2）更为精准的网络层，提供位置服务。

2. 网络建设方面的特点

　　（1）EDGE是一种调制编码技术，它改变了空中接口的速率。

　　（2）EDGE的空中信道分配方式、TDMA的帧结构等空中接口特性与GSM相同。

　　（3）EDGE不改变GSM或GPRS网的结构，也不引入新的网络单元，只是对BTS进行升级。

　　（4）核心网络采用3层模型：业务应用层、通信控制层和通信连接层，各层之间的接口是标准化的。采用层次化结构可以使呼叫控制与通信连接相对独立，这可充分发挥分组交换网络的优势，使业务量与带宽分配更紧密，尤其适应VoIP业务。

　　（5）引入了媒体网关(MGW)。MGW具有STP功能，可以在IP网中实现信令网的组建(需VPN支持)。此外，MGW既是GSM的电路交换业务与PSTN的接口，也是无线接入网与3G核心网的接口。

　　（6）EDGE的速率高，现有的GSM网络主要采用高斯最小移频键控（GMSK）调制技术，而EDGE采用了八相移相键控（8PSK）调制，在移动环境中可以稳定达到384kb/s，在静止环境中甚至可以达到2Mb/s,基本上能够满足各种无线应用的需求。

二、EDGE的承载业务

　　EDGE的承载业务包括分组业务(非实时业务)和电路交换业务(实时业务)。这些业务的承载者包括如下两种：

1. 分组交换业务承载者

　　EDGE支持的分组数据服务可以实现每时隙高达11.2～69.2kb/s的速率。EDGE需要定义新的QoS参数空间。如，对于移动速度为250km/h的移动台，最大码率为144kb/s，对移动速度为100km/h的移动台，其最大码率为384kb/s。此外，EDGE的平均比特率和延迟等级也与GPRS的不同。由于不同应用、不同用户的要求不同，因此EDGE必须能够支持更多的QoS。

2. 电路交换业务承载者

　　EDGE能提供透明增强型电路交换业务和非透明增强型电路交换业务。电路交换业务承载者的定义并不因EDGE的引入而改变，其比特率不变，不同的只是编码方式有所不同。例如，57.6kb/s的非透明业务在EDGE中可以用编码方式TCS-1通过占用2个时隙来实现。而同样的业务，标准GSM系统用TCH/F14.4需要占用4个时隙。

　　可见，EDGE的电路交换方式可以利用较少的时隙占用来实现较高速的数据业务，这可降低移动终端实现的复杂度。同时，由于各个用户占用的时隙数比标准GSM系统的少，从而可以增加系统的容量。

三、EDGE引入对GSM网络规划的影响

　　网络运营者能够逐步引入EDGE，在很大程度上取决于GSM网具备EDGE设施的先决条件。 为了减少网络运营者的费用和工作量，GSM网络的规划不应也不需做较大的修改。

1. 覆盖方面的规划

　　包括履行自动重传请求的非透明无线链路的协议，使较低的无线链路质量传输较低的比特率。因此，低信道干扰不会引起掉话，只会引起用户比特率的暂时降低。

2. 频率规划

　　EDGE支持多种复用模式，如采用链路质量控制手段。EDGE可以在现有的GSM频率规划中采用，并用它来支持在更紧凑的频率复用方案基础上形成的未来高容量的解决方案。

3. 信道管理

　　引入EDGE后，基站将有两种收发信机，即标准GSM收发信机和EDGE收发信机，每个物理信道(时隙)都可以看成是以下几种信道：
　　⊙GSM语音和电路交换数据(CSD)；
　　⊙GSM分组数据(GPRS)；
　　⊙GSM语音和电路交换数据(GSD和ECSE)；
　　⊙分组数据(GPRS和EGPRS)。

　　标准的GSM收发信机只支持上面前两种信道类型，而EDGE则支持所有四种信道。物理信道可以根据需要在基站动态定义，例如，如有许多语音用户正在通话，就需增加第一、三种信道的数量，但这会减少GPRS和EGPRS信道的数量。因此，信道的管理过程应该是自动的。如果将信道分成静态的组合的话，不但会严重降低信道的利用率，还会使网络运营商面对一个费时、费力的分组问题。

四、EDGE数据传输速率评估

　　由于EDGE是从GPRS网络演进而来，因此有时也被称为"E-GPRS"。EDGE不能单独部署，它必须基于现有的GPRS，也就是说运营商可以提供GSM/GPRS/EDGE但不能提供GSM/EDGE。与GPRS相同，EDGE将频谱分成"时隙"，但EDGE会将更多的数据压入各个时隙。每个GPRS时隙最多可以处理20kb/s的用户数据，当所有8个时隙同时被使用时其理论峰值速率为160kb/s。相比之下，一个EDGE时隙最多可以处理59.2kb/s，而当8个时隙全被使用时总处理能力可达473.6kb/s。

　　在实际网络中的GPRS和EDGE的数据速率，都要远远低于其理论值。其原因主要有以下几个因素：

　　第一、由于EDGE是一种与话音通道共享的数据技术，它对时隙占用的增加毫无疑问会影响网络中对话音通信的处理能力，所以不能将8个时隙全部分配给数据用户，而只能将其中的2个或4个分配给数据用户。因此，EDGE在现实中所能提供的峰值速率仅为其理论上的1/4左右。

　　第二、EDGE的数据速率还取决于手机或PC卡调制解调器的设计。到目前为止还没有商用的EDGE终端能够支持177kb/s以上的速率，这一点对EDGE高速率的实现也是一个很大的制约。

　　第三、从运营商角度来讲，并不愿意也不可能将4个以上的时隙分配给某个数据用户，更不用说8个时隙了，否则就会影响到其他用户；从移动终端来讲，由于受处理能力的限制，多时隙终端最多只能接受2个或3个时隙；另外，考虑到辐射等方面的限制，EDGE手机在上行链路将被限制在使用2个时隙。因此，获得理论峰值数据速率是不可能的。

　　第四、EDGE的实际数据速率与信号信噪比也是密切相关的，从理论上来讲，当信噪比高于15dB且有充足的系统容量的情况下，EDGE才能够达到比较高的传输速率。当信噪比为35dB时，就能够达到峰值速率。然而，测试结果表明：EDGE的实际传输速率和其宣称的理论数据相比就差得很远。

五、制约EDGE大规模投入商用的 主要因素

　　如果不考虑3G，用EDGE全面升级GSM网络，提高数据传输能力是一个很合理的选择，但有了3G这个大方向的存在，EDGE只能定位成一种过渡技术。从和3G战略结合的高度来看，在现阶段将EDGE大规模投入商用，存在如下的制约因素：

1．EDGE的升级成本

　　在GPRS基础上升级到EDGE不需要增加新的网络单元，也无需更改现有的无线网络规划；但由于EDGE对空中接口做了改动，需要更新BTS中TRX等设备，成本为原有网络累计成本的5%～20%。但运营商必须仔细考虑以下问题：

　　（1）EDGE的升级成本取决于BTS设备生产厂家以及设备版本，BTS对EDGE的支持能力的不同，导致部分设备只需要更换部分TRX和升级软件即可，而另一部分BTS设备则必须全部更换，成本不菲。

　　（2）EDGE只能对数据传输能力起到改善作用，不能从根本上解决GSM网络频谱利用率相对较低的问题，不能提高语音业务的系统容量。

　　（3）在将来准备开展WCDMA业务的地区部署EDGE，会形成重复投资。

2．EDGE的终端普及率

　　使用EDGE需要终端支持，虽然国内市场已经有两三家厂商推出数款支持EDGE的终端上市，但还远未成为市场的主流。从MMS终端的普及情况可以看出国内终端市场的几个特点：保有量大；整体而言用户更换手机周期长(全国平均水平为20个月左右)；新用户对价格敏感，主要关注中低端手机。3G系统升级之前有限的时间窗口能否使EDGE终端达到足够的渗透率是一个问题，这也是新业务发展的一大阻碍。

3．高速移动数据业务需求的地域差异

　　从目前国内的情况看：数据业务，特别是对MMS、移动视频等的需求，主要集中在经济发达的地区。这些地区高端用户集中，支持新功能的终端普及快，用户对新业务的接受程度高，是目前移动数据业务市场竞争最激烈的区域和未来3G发展最初的用户来源地。而从全国范围来看，中西部地区对高速数据业务的需求并不迫切。

　　综上所述，运营商出于成本、终端普及率和需求差异方面的考虑，会严格控制EDGE的商用范围，国内EDGE市场规模有限。（未完待续）