Prenosové rýchlosti v štandarde EDGE

Prenosové rýchlosti v štandarde EDGE 249 PRENOSOVÉ RÝCHLOSTI V ŠTANDARDE EDGE DATA RATES IN EDGE STANDARD Vladimír Hollý T-Mobile a.s. Tomíkova 1/2144, 149 00 Praha 4, tel.: +420 603 402 325, mail: [email protected] Vladimír Wieser Katedra telekomunikácií, Elektrotechnická fakulta ŽU v Žiline Veký diel, 010 26 Žilina, tel.: +421 41 513 2260, mail: wi[email protected].sk Abstrakt lánok pojednáva o využití rôznych režimov kódovania a modulácie na dosiahnutie efektívnejšieho využitia rádiových zdrojov v sieti EDGE. Súasne objasuje vplyv vzájomných interferencii základových staníc a premenlivej kvality rádiového kanála na použitú kódovaciu schému a prenosovú rýchlos. Summary Several modulations and coding schemes are used to reach the effective radio resources usage in EDGE networks. The review describes these methods together with base stations interference and variable quality of signal impact to data rate and used coding scheme. 1. ÚVOD S nástupom technológie EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution) dosiahli mobilné komunikácie alší krok na ceste k rýchlym a spoahlivým dátovým prenosom. EDGE je technológia, ktorá využíva frekvenné spektrum 850, 900, 1800 a 1900 MHz. Pri prechode z predchádzajúceho systému GPRS (General Packet Radio Service) nebolo potrebné budova novú mobilnú sie, ale len upravi sie existujúcu. Hlavné úpravy nastali v rádiovom rozhraní (Um). Ostatné asti siete ostali nezmenené a pre prechod na systém EDGE bolo potrebné len softvérové rozšírenie v ovládai základových staníc BSC (Base Station Controller), uzle SGSN (Service GPRS Support Node) a GGSN (Gateway GPRS Support Node). Samozrejme, oakávané zvýšenie prenosovej rýchlosti muselo by dostatone zabezpeené zvýšením kapacity prenosových spojov pre A a Abis rozhranie GSM siete. GPRS sie, ktorá používa rádiové rozhranie EDGE, nesie technický názov Enhanced GPRS (EGPRS) [3]. Úprava rádiového rozhrania zaha tri faktory, vaka ktorým dosahuje systém EDGE trojnásobne vyššiu prenosovú rýchlos ako systém GPRS. 2. KÓDOVACIE SCHÉMY Systém EDGE využíva modulanú schému 8-PSK. Táto modulácia umožuje prenáša 3 bity/symbol, zatia o modulácia GMSK použitá pre GPRS len 1 bit/symbol [1]. Tab. 1. Porovnanie kódovacích schém pre GPRS a EDGE. Tab. 1. Comparison of GPRS and EDGE coding schemes. Štandard Kódovacia schéma Modulácia Prenosová rýchlos (kbit/s) Kódový pomer Užitoné bity Skupina CS – 1 GMSK 9,05 0,5 181 - CS – 2 GMSK 13,4 ~ 2/3 268 - CS – 3 GMSK 15,6 ~ 3/4 312 - GPRS CS – 4 GMSK 21,4 1,0 428 - MCS – 1 GMSK 8,8 0,53 176 C MCS – 2 GMSK 11,2 0,66 224 B MCS – 3 GMSK 14,8 0,80 296 A MCS – 4 GMSK 17,6 1,0 352 C MCS – 5 8 - PSK 22,4 0,37 448 B MCS – 6 8 – PSK 29,6 0,49 592 A MCS – 7 8 – PSK 44,8 0,76 2x448 B MCS – 8 8 – PSK 54,4 0,92 2x544 A EDGE MCS – 9 8 – PSK 59,2 1 2x592 A Druhým faktorom podieajúcim sa na zvýšení prenosovej rýchlosti a optimálnom využití podmienok prenosu v rádiovom kanáli je použitie nových kódovacích schém. Pä nových kódovacích schém používa moduláciu 8-PSK a štyri kódovacie schémy využívajú moduláciu GMSK. Jednotlivé kódovacie schémy sú vyberané dynamicky, v závislosti od kvality rádiového kanála. Tento Advances in Electrical and Electronic Engineering 250 proces je oznaovaný ako adaptácia spoja (Link Adaptation) (tab. 1). alšia technická vlastnos je nazývaná prírastok redundancie (Incremental Redundancy). V prípade, že je blok dát prenesený chybne, je prenos opakovaný s inou kódovacou schémou. Následne sú nové prenesené bloky dát skombinované s už prijatými dátami. V systéme GPRS sa musela celá informácia prenáša znova, o znamenalo opätovné prepoítavanie všetkých blokov dát poda inej kódovacej schémy a ich prenos. Výber novej kódovacej schémy závisí od kvalitatívnych podmienok pre rádiový prenos. Aby bola dosiahnutá o najvyššia prenosová rýchlos aj v prípade zníženej kvality rádiového kanála a prenosu dátových blokov s využitím rôznych kódovacích schém, sú kódovacie schémy rozdelené na skupiny A, B, C. V každej skupine je prenášané iné množstvo užitoných dát. To umožuje opätovnú segmentáciu pre opakované vysielanie, o znamená, že pri zhoršenej kvalite rádiového kanála sa už zakódovaný blok dát rozdelí na dve asti a prenesie sa nižšou kódovacou schémou tej istej skupiny. 0 10 20 30 40 50 60 prenosová rýchlos (kb/s) MCS1 MCS2 MCS3 MCS4 MCS5 MCS6 MCS7 MCS8 MCS9 GPRS EDGE Obr. 1. Schémy kanálového kódovania v GPRS a EDGE. Fig. 1. Channel coding schemes in GPRS and EDGE . Obr. 1 znázoruje rozdelenie kódovacích schém technológie EDGE do jednotlivých skupín a prenosovú rýchlos, ktorú je možné v jednotlivých kódovacích schémach dosiahnu. Pre porovnanie sú v obrázku znázornené aj kódovacie schémy použité pre prenos dát v systéme GPRS. Zabezpeenie dátového prenosu voi interferenciám popisuje obr. 2. Pre dosiahnutie vyšších rýchlosti je v prenášanom dátovom bloku potrebné zväši kódový pomer užitoných bitov a zabezpeovacích bitov. Prenosové rýchlosti v štandarde EDGE 251 MCS - 1 MCS - 8 MCS - 7 MCS - 6 MCS - 5 MCS - 2 MCS - 9 MCS - 4 MCS - 3 9 kbit/s 59kbit/s Obr. 2. Prenosová rýchlos versus spoahlivos pre rôzne kódovacie schémy [2]. Fig. 2. Data rate versus reliability for different coding schemes [2]. 3. ADAPTÁCIA SPOJA V závislosti od kvality rádiového kanála je použitá odlišná kódovacia schéma pre prenos blokov dát. Proces výberu vhodnej kódovacej schémy je založený na meraniach chybovosti prenesených bitov (bitovej chybovosti BER, alebo blokovej chybovosti BLER). Tieto merania sú poskytované základovej stanici, v ktorej prebieha rozhodovací proces. V prípade zmeny kódovacej schémy je mobilná stanica informovaná o zmene. Systém GPRS používal štyri rôzne kódovacie schémy (CS1 až CS4). Kódovacie schémy požité pre EDGE poskytujú dostaujúcu kvalitu a prenosovú rýchlos aj v prípade zníženej rádiovej kvality. Prenosová rýchlos v jednom asovom okne pri použití EDGE môže dosahova hodnoty 8,8 kb/s až 59,2 kb/s (poda dosiahnutej hodnoty pomeru signál interferencia - SIR). Obr. 3 znázoruje hraniné úrovne pomeru SIR pre jednotlivé kódovacie schémy. Obr. 3. Vplyv hodnoty SIR na prenosovú rýchlos v štandarde EDGE. Fig. 3. SIR influence on data rate in EDGE. Vyššia prenosová rýchlos teda znane závisí od kvality prenosových podmienok. Zhoršené prenosové podmienky však môžu by spôsobené nielen vplyvom vzájomných interferencií medzi základovými stanicami, ale dôležitú rolu hrá aj vzdialenos mobilnej stanice od základovej stanice. Závislos prenosovej rýchlosti od vzdialenosti terminálu od základovej stanice popisuje obr. 4 [1]. Adaptácia spoja SIR Prenosová rýchlos (kbit/s) Advances in Electrical and Electronic Engineering 252 Obr. 4. Vplyv tlmenia signálu na prenosovú rýchlos v EDGE [1]. Fig. 4. Path loss influence to data rate in EDGE [1]. 4. ZÁVER Systém EDGE znane rozširuje a zefektívuje využitie rádiového spektra. Použitie nových metód, ako je modulácia 8-PSK, 9 nových kódovacích schém, adaptácia spoja a prírastok redundancie trojnásobne zvyšuje prenosovú rýchlos oproti GPRS. Prechod na EDGE nevyžaduje veké zásahy do infraštruktúry mobilnej komunikanej siete a je možný v rámci štandardného rozširovania infraštruktúry existujúcej siete GSM [4]. LITERATÚRA [1] Ryšavy P.: Technology Capabilities. In: Data capabilities: GPRS to HSDPA, September 2004, pp. 8-17. [2] Siemens AG: Enhanced data rates for GSM evolution (EDGE). In: BR 7.0 Features, 2003, pp. 117-230. [3] Wieser, V. - Doboš, L. - Dúha, J. - Marchevský, S.: Mobilné rádiové siete. EDIS, vydavatestvo ŽU, Žilina 2002, s. 111-151. [4] Bettstetter, C. - Vögel, H. - Eberspächer, J.: GSM Phase 2+ General packet radio service GPRS: Architecture, protocols and air interface. In: IEEE Communication Magazine, Vo2, No.3, Third Quarter 1999, pp. 2-14.