調制技術的革命GPRS向EDGE的平滑過渡

2019-11-05 02:52:33

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　　隨著不斷推陳出新的移動新業務對帶寬要求的持續增長，頻譜利用率高的高速無線數據技術愈來愈成為移動領域關注的焦點。作為GPRS的增強型演進技術，R99規范定義的EDGE在3G頻譜資源匱乏的地區或經濟發展相對較慢的地區，可以作為第二代移動網絡向第三代移動網絡的過渡方案；EDGE可與UMTS共用核心網，將原有基站子系統BSS演變成GSM／EDGE無線接入網GERAN，與UMTS陸地無線接入網UTRAN并存，能提供“類3G”的高速數據業務，在未來可能的二、三代網絡設施并存的時期內為終端用戶提供實用、連續的高速數據業務。
　　
　　調制技術的革命
　　以相同干擾受限傳播環境下、4＋1移動臺的MMS業務為例，傳送同樣一份125kBytes的包含文本、高清楚度圖像和mp3音頻的文件，EDGE只需15秒，GPRS需要50秒；而在1分鐘內，EDGE足可以傳送一份480kBytes的包含文本和視頻錄像的文件。
　　
　　EDGE的“高速數據吞吐率”主要得益于采用了8PSK(8相鍵控)調制技術(見圖1)。在2PI調制周期內定義8個均分的不同相位來區分每個傳送符號，而8種不同相位則可表示3個比特的信息量(000-111)，傳輸速率提高到GSM／GPRS系統采用的GMSK(高斯最小移頻鍵控，為兩相鍵控)的三倍；同時，結合不同糾、檢錯能力的信道編碼方案，EDGE可提供9種不同的“調制編碼方案――MCS”，較之使用單一調制技術的GPRS提供的四種“編碼方案――CS”，EDGE可以適應更惡劣、更廣泛的無線傳播環境；在相同帶寬內，EDGE最高可以提供6倍于GPRS的數據速率。
　　
　　9種MCS根據相互之間的相關特性被分為3組，即Family A(MCS-3、MCS-6、MCS-8、MCS-9)、Family B(MCS-2、MCS-5、MCS-7)和Family C(MCS-1、MCS-4)。各組內的幾種編碼方案的結構之間具有相互包含或被包含的關系，更易于實現編碼速率的轉換。實際應用中需要平衡有效信息的傳遞速率和有效的傳遞質量兩項因素，傳送有效信息較少而包含較多的冗余糾錯比特的低速信道編碼方案更適用于傳輸質量較差的環境，如在小區邊界更適宜使用速率偏低的GMSK調制方式下的MCS1-4以補償較差的鏈路質量；在傳播條件較好的小區中心區域，可以采用信息速率較高的MCS。
　　
　　然而，不同于GMSK方式下的恒定調制功率包絡，8PSK調制功率包絡是變化的，平均值小于峰值；而移動臺測量的網絡電平以平均功率為準，降低的測量功率會縮減小區的有效業務半徑，從而影響系統的綜合容量。因此，為了保證網絡吞吐率達到理想水平，必須將功率放大器的峰值指標提高至少3dB以抬高平均值。北電網絡獨有的具有業界領先線性性能的“8PSK特效功放”產品ePA和HePA不用一味地抬高峰值功率，前者可以在GMSK和8PSK兩種調制方式下均提供平均值30W的發射功率，后者可以提供GMSK 60W和8PSK 45W的平均發射功率，從而確保了小區的有效業務覆蓋范圍，系統有效利用率較之其他參與競爭企業的EDGE系統高42%。
　　
　　數據重發機制的改進
　　EDGE在數據發送和重發機制上采用了“鏈路適配”和“增量冗余”功能，數據重發成功率較之GPRS平均提高10%～20%。
　　
　　鏈路適配功能在不同MCS之間，可根據實時的無線鏈路質量及時調整最適合的MCS方案。在正確情況下，正常數據塊傳輸轉換可以在9種數據速率之間進行以獲得傳輸質量與吞吐率的最佳平衡。當無線環境惡化而導致數據塊錯傳而須重傳時，編碼速率可以但只能在同一組內的具有包含關系的幾種MCS之間互相轉換，前后數據塊所攜帶的冗余信息因此具有足夠的相關性以便于解調；而GPRS沒有鏈路狀況適配機制，且僅能按照前次CS重發，因此重發成功的概率完全被動地依靠于無線環境的變化，在多數情況下只會加重網絡的負擔、浪費網絡資源且無法改善傳輸質量而導致不斷重發、系統效率急劇惡化。
　　
　　“增量冗余”是EDGE在重發信息中加入更多的冗余信息從而提高接收端正確解調的概率。當接收端檢測到故障幀時，GPRS會刪除收到的故障數據塊，并要求發送端再次重發相同的數據塊(使用相同的CS)，即簡單的混合自動重發請求(HARQ)類型一。HARQ結合了簡單的前向糾錯機制FEC和接收端只檢錯的自動重發機制ARQ，類型一即前后信息伴隨的冗余比特之間沒有相關性。得益于同組MCS之間的包容性，EDGE采用的重發機制實際上就是全增量混合重發請求――HARQ類型二，即在前后相繼的若干個數據塊中加入的冗余糾錯比特具有部分相關性，因此EDGE會在接收端存儲故障數據塊而不是刪除，發送端重發一個使用同組內不同MCS數據塊，接收端綜合前次故障數據塊中的信息比特、冗余信息，本次信息比特、冗余信息等多方信息進行綜合糾、檢錯分析后作相關解調接收，以“冗余”的信息量提高接收成功率。
　　
　　另外，數據傳輸的信息窗口大小也是影響數據重發效率的一個重要因素。GPRS僅能提供最大值為64的RLC窗口，當傳播環境急劇惡化時，如快速移動環境下，對于多時隙能力的MS便會出現窗口遲后效應，導致大量的重發現象。EDGE可以提供基于不同時隙支持能力的MS所分配的時隙數而定義相應的數據重傳窗口大小，變化范圍從對應于一個業務時隙的最大64個RLC塊到對應于8個業務時隙的1024個RLC塊，弱化了快速移動時對數據吞吐速率的影響。
　　
　　網絡實施方面的考慮
　　GPRS向EDGE的平滑過渡
　　北電網絡設計的獨有的分組數據業務信道可以同時被EDGE和GPRS業務動態共享，答應實際網絡中MS滲透率從偏重GPRS平滑地逐步過渡到偏重EDGE，在不影響話音業務的前提下穩步提高數據吞吐率。分組控制單元PCU通過識別終端的業務支持能力、小區配置、收發信機TRX支持EDGE與否，配合BSC結合當前資源使用狀況合理分配分組無線信道，EDGEMS將被首選分配在支持EDGE的信道上；EDGEMS也可以根據當前服務小區的支持能力自動選擇工作在EGPRS或GPRS(無EDGE服務時)模式下。
　　
　　增加的數據速率對傳輸網絡的影響
　　如何高效率地調整陸地鏈路的時隙分配，也是支持EDGE引入更高數據速率的重要因素之一。高速的數據還要求網絡提供相應于空中接口速率的鏈路承載能力，EDGE需要更新Abis和Agprs(如北電網絡使用獨立PCU單元節點情況下)等陸地鏈路接口的時隙分配治理機制。話音或低速的GPRSCS1／2每TRX業務量最大可能映射到兩個64k的PCM時隙上傳輸；而EDGE每TRX業務量最大可能映射到8個64k的PCM時隙上傳輸。北電網絡的“動態Abis接口鏈路治理機制”中采用定義每基站動態公共時隙的辦法降低EDGE所帶來的增加的數據量對Abis接口鏈路配置的影響。另外，北電網絡“動態Agprs接口鏈路治理功能”以PCM為單位，將其所對應的所有無線信道動態共享，將最大限度地降低GPRS／EDGE對Agprs鏈路配置的影響。綜合二者，將最大限度地提高陸地傳輸鏈路的利用率。
　　
　　設備支持能力
　　新的調制技術和先進線性放大技術要求更換全新的基站收發信機設備。新的鏈路治理和無線資源分配機制需要更新BSC能力。EDGE的演進雖然不涉及核心網，但配合智能化的核心網可以將EDGE的效能發揮到極致。
　　
　　手機等移動終端設備也要支持EDGE，截至2004年上半年已有近二十種支持EDGE的終端設備面世。
　　
　　EDGE全球應用現狀及展望
　　從過去及未來若干年的用戶發展分析及猜測可以看到，數據用戶的增長速率是話音用戶增長速率的6～7倍。雖然即將到來的3G網絡的巨額投資可能會淡化GSM運營商對EDGE的接受程度，然而在恰當的商業模式運作之下，EDGE可以為部分運營商以較低的成本投資換取高容量的寬帶數據服務而與UMTS系統相輔相成。北美市場由于3G頻段缺乏的限制，促使EDGE成為連接2G(GSM／TDMA)和3G(UMTS)的橋梁；其主要的TDMA運營商已決定向GSM轉型并實施GSM／GPRS／EDGE。而在歐洲3G頻譜雖已具備，但EDGE可以在現有GSM／GPRS覆蓋的基礎上、UMTS全面鋪開之前為終端用戶提供質量較好的數據服務體驗，歐洲各主要運營商亦打算將EDGE作為UMTS的有效補充。至2004年5月中旬，53個國家的78個運營商已承諾將會開通EDGE，16個運營商已開通EDGE商用網?？梢灶A見，EDGE將在全球范圍加快商用的步伐。

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