EDGE引入对移动运营商及GSM网络影响

  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)。EDGE是介于2.5G网络GPRS与3G网络之间的一种技术,通常也被称为2.75G,可支持3倍于GPRS的数据速率。目前随着3G业务在许多市场被延迟,EDGE也受到越来越多的关注,众多的GSM运营商已将EDGE技术的应用列到自己的议事日程上来。
  
  EDGE是英文EnhancedDataRatefor GSM Evolution 的缩写,即增强型数据速率GSM演进技术。EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术,它主要是在GSM系统中采用了一种新的调制方法,即最先进的多时隙操作和8PSK调制技术。由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8,从而使每个符号所包含的信息是原来的4倍。
  
  一、EDGE无线接口参数分析
  EDGE无线接口主要参数如图1所示:
  

 

  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。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271kbit/s,因此,每时隙的总比特率分别为22.8kbit/s(GMSK)和69.6 kbit/s (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。
  
  最小移频键控(MSK)是保持相位连续,一种调制指数的特殊频率键控形式。GMSK的调制方式是高斯最小移频键控,是在最小移频键控(MSK)之前加了高斯滤波器的一种调制方式。由于MSK频带利用优于FSK,也稍优于2PSK,它的抗噪声性能相当于2PSK,而且它的同步恢复也比较方便,因此,MSK方式得到了广泛重视和应用。对于EDGE,采用了频谱利用率更高的8-PSK调择方式,8-PSK频谱利用率为2PSK的3倍,其移相键控信号矢量与2PSK、4PSK的对比如图2所示:
  

  
图2EDGE移相键控信号矢量与2PSK、4PSK的对比图

  8-PSK的调制方式不同于GMSK(恒定的)调制方式。从网络运营的角度看,具备EDGE功能的收发信机必须与标准的收发信机相一致,即EDGE收发信机的性能应该满足发送频谱和热耗的要求,当高功率的EDGE收发信机在发送一8-PSK的信号时,必须降低其平均发射功率,即比采用GMSK调制方式时的平均功率降低2dB~5dB。
  
  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。
  
  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,使得现有蜂窝系统向第三代的演进更容易实现。
  
  二、EDGE引入给移动运营商运营带来的影响分析
  近一段时间以来,业界有关EDGE技术的讨论急速升温。作为3GSM技术领域的一个发展阶段,EDGE有一段时间已经被业界淡忘,但是自从2003年以来,一度备受冷落的EDGE成为移动通信市场的亮点,先后有美国的CingularWireless和AT&TWireless、智利的TelefonicaMoviles、我国香港特区的CSL和泰国的AIS开通了基于EDGE的服务。
  
  现在全球越来越多的运营商开始重视EDGE技术,如意大利运营商TIM就同时采用了EDGE和WCDMA这两种技术同时建网。对于中国来讲,我们可以采用EDGE把网络速度提升到120kbit/s。以这样的网络速度,就可以推广许多在现有GSM网上不能很好推广的视频业务,如流媒体业务。还有很重要的一点,3G是我们将来的发展方向。在它到来之前,如果我们先开展一些移动宽带数据业务,可以对终端用户进行培养和开发,等到3GWCDMA真正到来时,更有利于运营商开展业务。
  
  一个决定EDGE能否取得成功的重要条件是能否允许网络运营商逐步引入EDGE。具有EDGE功能的收发机应最早部署在最需要EDGE覆盖的地方。因而,电路交换、GPRS和EDGE用户将在同一频段内共存。为了减少运营商的投资和成本,EDGE的实现不应该要求对现有无线网络规划做广泛修改。而在现有GSM系统中部署EDGE,必然会对原有GSM系统造成一些影响,这些影响也往往是决定EDGE发展的必要因素。
  
  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。EDGE的主要优势之一是它可以完全利用现网的设备,需要的投资很少而且风险很小。EDGE将非常高效地利用现有2G基础设施:无线网络规划不会受到很大影响;它将能够重复利用现有的基站;GPRS分组交换节点不会受到影响(因为它们的运行独立于用户比特率);对交换节点的所有修改只限于软件升级。
  
  支持EDGE的信道将同样适用于标准的2G业务,而且EDGE、GPRS和GSM业务之间不需要固定的信道分配。从运营商角度看,这将使他们能够无缝地推出新的EDGE业务,支持EDGE的基站硬件的部署可以成为普通的网络扩展和提高容量的一部分。
  
  三、EDGE引入对移动运营商现有GSM网络的调整
  不断增加的EDGE比特率对GSM网络结构提出了新的要求。从表面上看A-bit接口是一个瓶颈,因为这个接口目前能支持的每业务信道速率为16kbit/s,而引入EDGE后,每个业务信道能支持的每业务信道速率能达到了64kbit/s,因而需要给每个业务信道指配多个A-bis接口时隙。然而,16kbit/s这个极限早在GPRS引入两种编码方式(CS3和CS4)时就被突破了,即最大码率可达到22.8kbit/s。因此,受A-bis限制的问题已经解决了,这是一个与GPRS有关,而与EDGE无关的修正方法。
  
  对基于GPRS的分组业务,由于其它节点的接口都能够处理更高的比特率了,因此也不会受到影响。但对基于电路交换的业务,A接口可以处理每用户64kbit/s的业务,EDGE电路交换的承载者是不能超越的。
  
  EDGE的引入使得空中接口必须变更,因而直接影响了基站和移动终端的设计,要使新开发的基站和移动终端必须支持8-PSK的调制方式。
  
  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。
  
  四、EDGE引入对移动运营商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。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是可以在灵活的频率规划中引入的。所以,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:a.GSM语音和电路交换数据(CSD);b.GSM分组数据(GPRS);c.GSM语音和电路交换数据(GSD和ECSE);d. 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。因此要强调的是,为了避免把信道分成静态组合,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,还会使网络运营商同对一个费时、费力的分组问题。
  
  五、EDGE在全球范围内的应用
  EDGE最早被加拿大和美国的运营商所使用,随后亚太和拉丁美洲也积极参与其中,目前EDGE基础设施正在全球范围内部署展开。对高速数据业务有潜在需求但3G牌照还没有发放的地区,当地市场的移动运营商只好纷纷通过EDGE来满足本地区日益增长的数据需求。而在已发放3G牌照的地区,对EDGE的商业部署起着关键因素的将是3G牌照中诸多的约束条件,如网络覆盖率等,因为这些约束条件有可能会延迟3G部署的进程,EDGE随之也会有迫切出现的需求。当前在西欧,虽然绝大多数的运营商还未表示要使用EDGE技术,但也有少数的运营商宣称公司正在测试EDGE技术,其中Telia、Sonera、TIM已明确表明要使用EDGE技术。
  
  EDGE的商业部署正成为一项全球性的活动,迄今为止已在全球6个国家所使用,经营服务的有7家运营商。此外,全球还有其他50多家运营商也表示要部署EDGE技术。