未来高速通信技术EDGE

hszhangtao

因特网的出现标志着人类社会开始进入到了一个崭新的时代--信息化时代，在这个时代网络技术与通信技术的融合成为大势所趋，数据通信、分组交换、IP交换无所不入。十几年来以话音为主的移动通信也受到了巨大的影响和冲击，无线数据通信、移动办公开始更多地吸引人们的注意力。以提供丰富的数据业务为主旨的未来高速通信技术--EDGE就在这样的环境下应运而生了，该技术将给未来的通信提供更快速的数据传输速率。EDGE将是通向3G的一个重要里程碑那么到底什么是EDGE呢？它有什么优点？它的发展前景又将是怎样的呢？为此，笔者的下述浅见，将对这些内容进行详细地先容。

　　一、什么是EDGE
　　EDGE的英文全称为EnhancedDataratefor 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384kbps的广域数据通信服务和大约2Mbps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企业于1997年第一次向ETSI提出的，同年，ETSI批准了EDGE的可行性研究，这对以后EDGE的发展铺平了道路。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、并且因此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，并且于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，在第三代移动网络商业化之前提前为用户提供个人多媒体通信业务。由于GDGE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“二代半”技术。EDGE同样充分利用了现有的GSM资源，保护了对GSM作出的投资，目前已有的大部分设备都可以继续在EDGE中使用。EDGE能提供三组业务：EGPRS业务：最大速率≥384kbps48kbps/BP；T-ECSD业务：透明增强型电路交换业务，最高速率≥32kpbs/Bp；NT-ECSD：非透明增强型电路交换业务，最高速率≥28.8kbps。

　　二、EDGE有哪些特点
　　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，与以前通信系统相比有较多的优点，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：支撑基站间的异步操作；支撑自适应天线阵技术与多用户检测的技术；支撑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。该技术可以同时支撑分组交换和电路交换两种数据传输方式，EDGE支撑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的速率支撑电路交换服务；
　　3、支撑高速分组接入。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；该技术同时还支撑一条连线上传输多条并行业务；支撑高速率的分组接入；
　　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、支撑对称和非对称传输。该技术支撑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得多；大家可利用现有的GSM和IDMA-136的基础设施，并可以采用逐步引入的方法，这样，大家就能够有效地降低运行者和用户的费用。

　　三、EDGE有哪些核心内容
　　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。当然，尽管EDGE使用了GSM的载频带宽和时隙结构，但并不意味着它仅限于用在GSM系统中。相反，它是一个通用的空中接口，可以高效地提供高速数据业务，使得现有蜂窝系统朝第三代的演进更容易实现。
　　为了最大限度地利用现有的GSM网络，EDGE收发机必须装在一个为标准收发机设计的基站舱中，并且EDGE收发机必须在发射频谱和热分散方面可以被人们所接受。一般地，高性能的EDGE收发机在发射8PSK时可能需要减少它的平均发射功率，与GMSK相比，平均功率降低（SPD）在2-5dB之间。如何设计低功率的收发机即微基站、室内或微微基站(picobase)和移动终端会带来进一步的挑战，比如在EDGE系统中就不能再使用针对非线性调制优化的发射机结构。在连接移动终端的地方可以采取两种调制方式。第一种是将GMSK传输用于上行链路，将8PSK用于下行链路。这样上行链路的速率将限制在GPRS的范围内，而EDGE的高速率将提供给下行链路使用。因为绝大多数服务对下行链路的速率要求都要比上行链路高，这种方案可以用一种最经济的方式满足移动终端的服务需求。第二种方式就是在上行链路和下行链路中都采取8PSK方式进行传输，该方式可以提高数据发送比特率。
　　然而，由于EDGE收发机发射比特率更高，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")，因此大家必须对EDGE的无线链路控制(RLC)协议进行改进，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。现有GSM系统中，频率利用系数一般为9，未来的移动通信系统将向着更低的频率再使用方向发展。通过运用跳频和多种频率再用图样，以及不连续发射技术(DTX)，频率再用系数小于3也是可行的，这就是说每3个基站就会发生频率被重新使用的情况。EDGE支撑许多种再用图样。实际上，通过采用链路质量控制手段，EDGE可以在任意的频率规划中引入。事实上，由于采用了链路自适应技术，EDGE可以被引入到任何频率计划，包括EDGE可以被引入到现有的GSM频率规划中，为未来更高速率的数据通信打下良好的基础。
　　在信道管理方面，标准的GSM收发机只支撑“GSM语音和GSM电路交换数据信道”和“GSM分组数据信道”。一旦引入EDGE技术后，基站将有两种收发信机：标准GSM收发信机和EDGE收发信机，而EDGE收发信机将同时支撑“GSM语音和电路交换数据信道”、“GSM分组数据信道”、“GSM语音和电路交换数据信道”、“分组数据信道”，对于这四种数据信道，EDGE收发信机能够对它们进行自动管理，以便提高数据通信的效率。
　　现有的GSM系统能够支撑透明和非透明业务。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。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。此外，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必须能够支撑更多的QoS。

　　四、结束语
　　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过渡性数据通信技术，引进EDGE技术必然会对现有的网络结构和移动通信设备带来影响，虽然EDGE技术能够提高现有GSM网络的数据服务速率，但要使EDGE易于被网络运营商接受和推广，EDGE必须将它现有的网络结构的影响降到最低，并且EDGE系统应该允许运营商再次利用现有的基站设备。此外，使用EDGE，运营商应该不需要修改它们的无线网络规划，而且EDGE的引入也不能影响移动通信的质量。