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EDGE技术标准详解

作者:  发布:2008-6-15 人气:3746

GSM作为第二代数字移动蜂窝通信系统,在全世界范围内已经得到了广泛的应用。但随着移动通信技术的发展和业务的多样化,人们对数据业务的需求不断增加。为了满足人们的需求,以支持话音业务为主的GSM系统在其 PHASE2 和 PHASE2+规范中提出了两种高速数据业务的模型,即基于高速数据比特率和电路交换的HSCSD (高速电路交换数据)和基于分组交换路数据的GPRS(通用分组无线业务)。虽然HSCSD和GPRS采用了多时隙的操作模式,已在一定程度上提高了数据传输速率。

然而它们仍然是采用了GMSK(高斯最小频移键控)的调制方式,与第三代移动通信系统的384kbit/s数据速率的广域覆盖和大约2Mbit/s数据速率的局域覆盖还相去甚远,因此有必要采用更为先进的通信和信号处理技术,以进一步扩大GSM系统的容量。为此,ETSI(欧洲电信标准协会)已决定发展增强数据速率的GSM演进方案——EDGE(Enhanced Data Rates For GSM Evolution)作为GSM未来的演进方向。

从技术上讲,EDGE主要是作为对无线接口的放进。但从更普遍的意义上讲,它也可以看成是一种新的允许GSM和TDMA-136网络提供新业务的系统。

EDGE的主要无线接口参数

EDGE无线接口主要参数如下表所示。

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EDGE的目的是为了在现有蜂窝系统中提供更高的比特率。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,但其实现复杂度属于中等。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271kbps ,因此,每时隙的总比特率分别为22.8kbps(GMSK)和69.2kbps(8-PSK) 。8-PSK 用于用户的数据信道,GMSK调制用于GPRS的200kHz载波上的所有控制信道。

EDGE的物理层的许多参数与GSM相同。载波间隔为200kHz ,时隙结构也与GSM相同。在TDMA系统中,所有的数据都是以突发的形式发送的,因此也可以认为是一个个的小“数据包”。这些业务的特性由无线资源分配方式来决定,可以是分配给连续的使用,也可以是按需分配。显然,采用按需分配方式时无线资源利用率要高得多。然而,即使是连续分配加上不连续的TDMA发送方式,也能减少干扰。EDGE突发的格式也与GSM的相似,一个突发包括一个26比特的位于突发中部的训练序列,位于头、尾部的各3个尾比特,以及在最后的8.25个保护比特。每个突发包括2×58个数据比特。

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。

(1) 分组交换传输方式——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方式(或者说“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,其主要的改进是链路质量控制方式方面。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冗余度两个方面。

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。对付链路质量变化的另一种方式是逐步增加冗余度。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支持以上两种方式的组合。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,以免浪费。 (2) 电路交换传输方式——ECSD

EDGE中包括ECSD模式的目的是为了使现有GSM系统中的电路交换数据业务协议尽量保持不动。和GSM一样,一个数据帧在22个TDMA帧中进行交织,并且增加了三种新的信道编码方式,并采用8-PSK 调制。无线接口的数据率范围是每时隙3.6~38.8kbps 。对非透明业务,仍然采用GSM的无线链路协议。

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

GPRS网络能够提供从移动台到固定IP网的IP连接。对每个IP连接承载者,都定义了一个QoS参数空间,如:优先权、可靠性、延时、最大和平均比特率等等。由这些参数的不同组合就定义了不同的承载者,以满足不同应用的需要。

而对EDGE需要定义新的QoS参数空间。例如,对于速度为250km/h的移动台,最大码率为144kbps ,对移动速度为100km/h的移动台,其最大码率为384kbps 。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

现有的GSM系统能够支持透明和非透明业务。它定义了8种透明业务承载者,提供的比特率范围是9.6~64kbps。

非透明业务承载者用无线链路协议来保证无差错数据传输。对于这种情况,有8种承载者,能提供的比特率为4.8~57.6kbps 。实际的用户数据比特率随信道质量而变化。

电路交换业务承载者的定义并不因EDGE的引入而改变。比特率相同,不同的只是编码方式有所不同。

例如,57.6kbps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的电路交换方式使得可以占用较少的时隙来实现较高速数据业务,这能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。

EDGE技术特点

信息社会的到来对通信手段提出了越来越高的要求,EDGE技术是应运而生的提供了一种在现在的频段中提供第三代业务的演进方法。通过上面的分析我们可以得出,与以前通信系统相比EDGE有较多优点,主要概括为以下几方面:

1. 系统操作更加灵活

该技术采用了更加灵活的系统操作方式,具体包括为:支持基站间的异步操作;支持自适应天线阵技术与多用户检测的技术;支持非平衡频带下采用时分双工的模式,采用单信元频率复用等。

2. 数据传输方式多样

该技术可以同时支持分组交换和电路交换两种数据传输方式,EDGE支持的分组数据服务可以实现每时隙高达11.2kbps~69.2kbps的速率,EDGE可以用28.8kbps的速率支持电路交换服务。

3. 支持高速分组接入

该技术采用了八进制移相键控(8PSK)调制,在移动环境中可以稳定达到384kbps ,在静止环境中甚至可以达到2Mbps ,基本上能够满足各种无线应用的需求;该技术同时还支持一条连线上传输多条并行业务;支持高速率的分组接入。

4. 通信系统性能更好

该技术包括更大的系统容量和更大的覆盖区域,且可以从第二代系统逐步演进;EDGE中采用快速功率控制技术,使发射机的发射功率总是处于最小的水平,从而减少了多址干扰,增强了稳定性能。

5. 支持对称和非对称传输 该技术支持对称和非对称两种数据传输,这对于移动设备上网是非常重要的一个特性,比如在EDGE系统中,用户可以在下行链路中采用比上行链路更高的速率。

6. 有效降低运行和接入费用

由于EDGE提供了一种比较灵活的系统操作方式,因此相对其他技术来说,部署起来就容易迅速的多;我们可利用现有的GSM和IDMA-136的基础设施,并可以采用逐步引入的方法,这样,我们就能够有效地降低运行者和用户的费用。

 

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