EDGE技术的数据传输优化方案

EDGE是一种能够进一步提高移动数据业务传输速率和从GSM向3G过渡中的重要技术。它在接入业务和网络建设方面具有以下特性：

1.接入业务性能

（1）带宽得到明显提高，单点接入速率峰值为2Mbit/s，单时隙信道的速率可达到48kbit/s，从而使移动数据业务的传输速率在峰值可以达到384kbit/s，这为移动多媒体业务的实现提供了基础。

（2）为网络层提供精准的位置服务。

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，各层之间的接口应是标准化的。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（Media Gateway，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（Radio Access Network，RAN）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采用了八进制移相键控（8PSK）调制，在移动环境中可以稳定达到384kbit/s，在静止环境中甚至可以达到2Mbit/s，基本上能够满足各种无线应用的需求。

（7）EDGE同时支持分组交换和电路交换两种数据传输方式。它支持的分组数据服务可以实现每时隙高达11.2～69.2kbit/s的速率。EDGE可以用28.8kbit/s的速率支持电路交换服务，它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。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。

3.无线接口概览

EDGE无线接口的主要作用是使当前的蜂窝通信系统可以获得更高的数据通信速率。现有的GSM网络主要采用GMSK调制技术，为了增加无线接口的总速率，在EDGE中引入了一个能够提供高数据率的调制方案，即八进制移相键控（8PSK）调制。由于8PSK将GMSK的信号空间从2扩展到8，因此每个符号可以包括的信息是原来的4倍。8PSK的符号率保持在271kbit/s，每个时隙可以得到69.2kbit/s的总速率，并且仍然能够完成GSM频谱屏蔽。

EDGE规范的基本指导思想是尽可能多地利用现有的GSM数据服务类型，大大提高其数据通信速率。它定义了几个信道编码方案来确保各种信道环境的鲁棒性，使用了链路自适应技术以实现编码和调制方案之间的动态转换。通过再次利用GPRS结构，分组数据服务可以实现每时隙高达11.2～69.2kbit/s的无线通信速率。EDGE通过使用一个高速的每时隙为28.8kbit/s的无线接口速率来支持电路交换服务。

在EDGE方案中，支持所有服务的多时隙通信得到的速率是单时隙通信的8倍，用于分组数据服务的峰值无线通信速率可高达554kbit/s。

（1）对无线接口设备的影响

EDGE对GSM网络原有无线接口的修改将直接影响基站和移动终端的设计，人们必须采用新的终端和基站收发机才能收发使用EDGE调制的信息。

（2）对线性调制的影响

新的调制方案对功率放大器的线性提出了新的要求。与GMSK不同的是，8PSK并不具有一个固定的封装。事实上，EDGE面临的最大挑战是创建一个成本经济的发射机，同时完成GSM的频谱屏蔽。

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散热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，平均功率的降低在2～5dB之间。

如何设计低功率的收发机及微基站、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。

现有的GSM标准定义了多种移动终端，例如从具有低复杂性的单时隙设备到具有高比特性的8时隙设备等。

（3）对总速率的影响

接口总速率越高，技术就越复杂，EDGE接口的高速率无法通过最理想的均衡器结构来处理，而只能考虑次理想的均衡器设计。根据模拟测试的结果，用于8PSK的最好的均衡器设计将只比标准的GSM均衡器稍微复杂一点。

增强的比特率（与标准的GPRS相比）还减少了在时间分布和移动终端速率方面的鲁棒性。然而在绝大多数情况下，EDGE服务将被相对静止的用户使用，这意味着移动终端的高速移动和过度的时间分布是不可能的。另外，当移动速度和时间分布超出EDGE的能力时，还是需要使用GMSK调制的。增强的比特率（与标准的GPRS相比）还减少了在时间分布和移动终端速率方面的鲁棒性。然而在绝大多数情况下，EDGE服务将被相对静止的用户使用，这意味着移动终端的高速移动和过度的时间分布是不可能的。另外，当移动速度和时间分布超出EDGE的能力时，还是需要使用GMSK调制的。(www.xing528.com)

4.EDGE对网络结构的影响

无线数据通信速度的提高对现有GSM网络结构提出了新的要求。然而，EDGE系统对现有GSM核心网络的影响非常有限，并且由于GPRS节点、SGSN和网关GPRS支持节点（GGSN）或多或少地独立于用户数据通信速率，因此EDGE将不需要部署新的硬件。

一个明显的通信瓶颈是A-bis接口，它当前只能支持每信道时隙16kbit/s的速率。而对于EDGE，每个信道的速率将超过64kbit/s，这要求为每个通信信道分配多个A-bis时隙。不过，A-bis接口16kbit/s的速率限制可以通过引入两个GPRS编码方案（CS3和CS4）来突破，它能够提供每通信信道22.8kbit/s的速率。

对于基于GPRS的分组数据服务，其他的节点和接口已经能够处理每时隙更高的比特率。对于电路交换服务而言，A-bis接口可以处理每个用户64kbit/s的速率，因此在MSC中的修改将只会影响软件部分，而不会涉及原有的硬件设备。

（1）无线网络规划

一个决定EDGE能否取得成功的重要条件是应该能够允许网络运营商逐步引入EDGE。具有EDGE功能的收发机最早应该部署在最需要EDGE覆盖的地方，以补充现有的标准GSM收发机，因此在一个相同的频段，电路交换、GPRS和EDGE用户服务将同时存在。为了将运营商的投资和成本降到最低，与EDGE相关的实现不应该要求对现有无线网络规划做广泛修改，包括信元规划、频率规划、功率级和其他信元参数的设置等。

（2）覆盖范围规划

非透明无线链路协议（如包括ARQ的协议）的一个重要特点是较差的无线链路质量会导致更低的比特率。与语音通信不同的是，低载波噪声比并不会导致数据会话的丢失，而只会临时地降低用户通信速度。在GSM信元中不同的用户间存在的载波干扰，一个EDGE信元将同时包括具有不同通信速率的用户，在接近信元中心的地方通信速率高，在接近信元边界的地方通信速率限制在标准GPRS的范围内。

根据提供给国际标准化组织的测试结果，一个具有95%语音通信业务的EDGE系统将有30%的用户获得超过45kbit/s的每时隙通信速率，而全部用户的平均速率为34kbit/s。假设APD（Average Power Decrease，平均功率降低）是2dB，那么平均通信速率将减少到30kbit/s。

在覆盖范围的问题上，如果网络运营商能够接受在信元边界只具有标准GPRS数据通信速率，那么现有的GSM站点已经提供了EDGE足够使用的覆盖范围。对于一般需要持续比特率的透明数据服务来说，则必须使用链路自适应技术来分配满足比特率和错误比特率（BER）需求时的时隙数量。

（3）频率规划

在绝大多数成熟的GSM网络中，频率的平均再使用次数在9～12之间，未来的移动通信系统将向着更低的频率再使用方向发展。事实上，随着跳频技术的引进，频率多重复用（Multiple frequency Reuse Pattern，MRP）和非连续传输（DTX）将频率的再使用次数降到3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支持频率再使用的这种发展趋势。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中，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。

5.信道管理

引入EDGE以后，一个信元将包括两类收发机：标准GSM收发机和EDGE收发机。信元中的每个物理信道（时隙）一般至少具有四种信道类型：

1）GSM语音和GSM电路交换数据（CSD）；

2）GPRS分组数据；

3）电路交换数据、增强电路交换数据（Enhanced Circuit Switch Data，ECSD）和GSM语音；

4）EDGE分组数据，它允许同时为GPRS和EDGE用户提供服务。

虽然标准的GSM收发机只支持上述信道类型1和2，但EDGE收发机支持上述所有4种类型。EDGE系统中的物理信道将根据终端能力和信元需求动态定义。例如，如果几个语音用户都是活动的，那么1类信道的数量就会增加，同时减少GPRS和EDGE信道。显然，在EDGE系统中必须能够实现上述4种信道的自动管理，否则将大大削弱EDGE系统的效率。

6.链路自适应

所谓链路自适应就是能够自动选择调制和编码方案来适应无线链路质量的需求。EDGE标准支持的链路自适应动态选择算法包括对下行链路质量的测量和报告、为上行链路选择新的调制和编码方法等。链路自适应意味着实现调制和编码的完全自动化。

7.功率控制

当前的GSM系统使用动态功率控制来增加系统中的均等性，扩大移动终端电池的寿命。类似的策略将被用于GPRS，尽管它们实际的信令过程是不同的，但EDGE对功率控制的支持被专家们认为是GSM/GPRS很类似。因此，网络运营商在部署EDGE时只需要修改现有GSM/GPRS网络的参数设置即可。

需要补充的是，因EDGE用户可以从比标准GSM用户高得多的载波-干扰比中得到益处，因此EDGE的功率控制参数设置与GSM/GPRS将是不同的。