Wikipedia

EDGE (skrót od ang. Enhanced Data rates for GSM Evolution) – technologia używana w sieciach GSM do przesyłania danych.

Jest ona rozszerzeniem dla technologii GPRS (oprócz nazwy EDGE używa się też terminu EGPRS - Enhanced GPRS), poprawiony został w niej interfejs radiowy, dzięki czemu uzyskano około trzykrotne polepszenie przepływności (w większości obecnych systemów teoretycznie do 236.8 kbit/s) oraz możliwość dynamicznej zmiany szybkości nadawania pakietów w zależności od warunków transmisji.

Specyfikacja technologii EDGE jest rozwijana przez konsorcjum standaryzacyjne 3GPP, które odpowiedzialne jest za rozwój standardów GSM i UMTS. EDGE nazywana jest czasami technologią 2.5G, ponieważ stając się częścią możliwości oferowanych przez GSM, jest elementem ewolucji pomiędzy tymi dwoma standardami. Okazuje się jednak, że może być stosowana także w innych sieciach, w których dostęp radiowy bazuje na technologii TDMA, przykładem mogą być tutaj sieci IS-136, popularne w USA.

edytuj Usługi oferowane dzięki EDGE

EDGE jest technologią związaną z przesyłaniem danych i jako taka nie oferuje konkretnych usług, ale możliwości dla ich dostarczania. Dzięki znacznemu zwiększeniu szybkości transferu danych (w porównaniu z poprzednikiem - GPRS), wiele usług dostępnych wcześniej, może być dostarczane z lepszą jakością, mogą pojawić się też nowe, zarezerwowane do tej pory dla systemów UMTS.

Przykładowymi usługami są: dostęp do Internetu, firmowych sieci LAN, usług bankowych, korzystanie z transmisji strumieniowych (muzyka, filmy, programy sportowe i informacyjne, relacje z koncertów itp.), połączenia audio-video, gry on-line, Instant Messaging i wiele innych.

edytuj Technologia EDGE na tle światowego rynku telekomunikacyjnego

Telefonia komórkowa jest najszybciej rozwijającym się segmentem rynku telekomunikacyjnego. W latach 90. XX wieku działało kilka niekompatybilnych systemów drugiej generacji, a International Telecommunication Union (ITU) opracowywała założenia dla IMT-2000, wspólnej platformy na której miały być oparte systemy 3G. Rekomendacje ITU nie zaowocowały jednym, wspólnym system ponieważ ewolucja w telekomunikacji bazuje na istniejących niekompatybilnych rozwiązaniach i uwarunkowaniach prawnych, różniących się w zależności od obszaru świata. Założenia IMT-2000 nie są więc obecnie zbiorem specyfikacji dla konkretnej platformy, ale rekomendacjami dla "rodziny systemów", które umożliwiają rozwój telefonii 3G i współistnienie (kooperację) pomiędzy sieciami budowanymi na bazie różnych standardów. Przedmiotem rekomendacji jest też prędkość transmisji danych: np. 144 kbit/s dla szybko poruszających się abonentów, szybkość 384 kbit/s na obszarach zurbanizowanych, do 2 Mbit/s w specjalnych komórkach (ang. cells) w centrach konferencyjnych lub biurach. W tak określone wymagania bardzo dobrze wpisuje się EDGE, które obecnie umożliwia maksymalną teoretyczną przepływność na poziomie ok. 250 kbit/s, a trwające prace nad nowymi specyfikacjami przesuną tę granicę do około 1 Mbit/s.

Implementacja tej technologii w systemach GSM (najpopularniejszym standardzie sieci komórkowych drugiej generacji) bazuje na istniejącej sieci radiowej i szkieletowej (wykorzystywane są stacje bazowe i częstotliwości używane do transmisji głosu, oraz elementy sieci pakietowej wspomagające klasyczną transmisję GPRS), co znacznie upraszcza proces wprowadzania nowej technologii (z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia). Wielu operatorów, którzy na bazie istniejących sieci budują systemy 3G, oferuje usługi dzięki technologii WCDMA w miastach, oraz usługi opierające się na technologii EDGE na terenach słabiej zurbanizowanych (oferowane abonentom urządzenia potrafią pracować w obu systemach), może więc pokryć usługą mobilnego dostępu do internetu cały kraj przy jednoczesnej optymalizacji kosztów. EDGE okazał się elementem ewolucji pomiędzy systemami 2G i 3G nie tylko dla standardu GSM, ale także dla sieci IS-136 popularnych w USA i Kanadzie.

Na początku roku 2007, według Global mobile Suppliers Association^[1], 196 sieci w 105 krajach oferowało usługi oparte na technologii EDGE na bazie sieci GSM/GPRS. 69 operatorów oferowało dostęp do sieci dzięki standardom EDGE/WCDMA. Abonenci sieci umożliwiających transmisję EDGE mogą korzystać z niej także będąc w roamingu w obcej sieci. Umowy roamingowe pomiędzy operatorami dla tego rodzaju transmisji, opierają się na umowach dla transmisji GPRS.

edytuj EDGE w Polsce

Obecnie w Polsce, trzech operatorów zaimplementowało technologię EDGE w swoich sieciach (Play Mobile korzysta z sieci nadajników Plusa). We wszystkich przypadkach, jest ona częścią usługi mobilnego dostępu do Internetu, która wykorzystuje różne metody dostępu:

• w dużych miastach operatorzy starajÄ… siÄ™ rozbudowywać sieci WCDMA/HSDPA
• w pozostaÅ‚ych miejscach, wszÄ™dzie tam, gdzie ma to uzasadnienie ekonomiczne istniejÄ…ca sieć GSM przystosowywana jest do transmisji w technologii EDGE.
• na terenach sÅ‚abo zurbanizowanych, dostÄ™p do Internetu możliwy jest za pomocÄ… klasycznego GPRS.

Będące w ofercie modemy na kartach PCMCIA umożliwiają transmisję we wszystkich wspomnianych technologiach i łatwe przełączanie się pomiędzy nimi, gdy któraś z nich nie jest w danym momencie dostępna.

edytuj Kwestie techniczne

edytuj Budowa sieci wspomagajÄ…cej transmisjÄ™ w technologii EDGE

Technologia EDGE bazuje na infrastrukturze telekomunikacyjnej używanej w sieci GSM/GPRS. Do obsługi ruchu pakietowego wewnątrz sieci używana jest sieć szkieletowa (ang. Core Network) zbudowana dla potrzeb transmisji GPRS.

Poniższy opis jest uproszczony i ogranicza się do nakreślenia ogólnej struktury sieci wspomagającej transmisję EDGE. W celu zapoznania się ze szczegółami implementacji/integracji z siecią GSM, oraz z poszczególnymi scenariuszami związanymi z obsługą ruchu pakietowego zobacz rozdział Architektura sieci GPRS w haśle GPRS.

• Stacja bazowa - do transmisji EDGE używane sÄ… stacje bazowe wykorzystywane w klasycznej sieci GSM/GPRS. Należy tylko dokonać aktualizacji oprogramowania stacji bazowej (zwykle robi siÄ™ to zdalnie z poziomu Kontrolera Stacji Bazowych) oraz zainstalować dodatkowy hardware (obsÅ‚ugiwany jest nowy rodzaj modulacji - 8-PSK).
• BSC - Base Station Controller (Kontroler Stacji Bazowych) to element sieci GSM kontrolujÄ…cy zazwyczaj od kilkudziesiÄ™ciu do kilkuset stacji bazowych. Podczas wdrażania technologii EDGE, dokonuje siÄ™ aktualizacji software oraz konfiguracji samych kontrolerów i obsÅ‚ugujÄ…cych ten rodzaj transmisji stacji bazowych.
• PCU - Packet Control Unit jest odpowiedzialny za prawidÅ‚owÄ… obsÅ‚ugÄ™ ruchu pakietowego w radiowej części sieci. Przydziela terminalom EDGE kanaÅ‚y radiowe, buforuje dane przesÅ‚ane przez SGSN, forwarduje je do odpowiedniej stacji bazowej dodajÄ…c informacjÄ™, która umożliwi terminalowi zidentyfikowanie 'swoich' danych. PCU może być (w zależnoÅ›ci od dostawcy) zaimplementowany jako dodatkowy hardware w BSC bÄ…dź jako niezależny element sieci obsÅ‚ugujÄ…cy jedno lub wiÄ™cej BSC.
• SGSN- Serving GPRS Support Node jest elementem sieci GPRS/EDGE odpowiedzialnym za zarzÄ…dzanie terminalami bÄ™dÄ…cymi na kontrolowanym przez siebie terenie. Teren ten podzielony jest na Routing Area. JeÅ›li terminal zmieni poÅ‚ożenie i znajdzie siÄ™ w innym Routing Area, fakt ten zostanie odnotowany w SGSN. Element ten jest też odpowiedzialny za uwierzytelnianie terminala wÅ‚Ä…czajÄ…cego siÄ™ do sieci. Podczas transmisji uczestniczy w przesyÅ‚aniu pakietów (w obie strony) pomiÄ™dzy terminalem a sieciÄ… GPRS/EDGE. Liczba SGSN w sieci zależy od ruchu pakietowego generowanego przez abonentów.
• GGSN - GPRS Gateway Support Node jest elementem sieci dziaÅ‚ajÄ…cym jak router Å‚Ä…czÄ…cy sieć GPRS/EDGE i zewnÄ™trznÄ… sieć (np. Internet lub sieć LAN użytkownika). Gdy użytkownik terminala chce skorzystać z zasobów zewnÄ™trznej sieci, GGSN przydziela mu adres IP (z wÅ‚asnej puli numerów lub dostarczony przez serwer z zewnÄ™trznej sieci), dodatkowo na czas sesji aktywuje tzw. PDP context^[2], który zawiera numer IMSI terminala, przydzielony mu adres IP oraz adres IP SGSN, które kontroluje obszar, na którym znajduje siÄ™ użytkownik. PDP context bÄ™dzie przydatny podczas routowania pakietów przychodzÄ…cych z zewnÄ™trznej sieci.

edytuj Interfejs radiowy

edytuj Idea kanałów radiowych w sieci GSM/EDGE

Idea szczelin czasowych w GSM

Do transmisji w technologii EDGE wykorzystuje się stacje bazowe używane w GSM do przesyłania głosu. Każda ze stacji nadaje i odbiera na kilku (kilkunastu) częstotliwościach (zawsze mamy do czynienia z parami częstotliwości: w każdej parze na jednej częstotliwości nadają telefony komórkowe, a na drugiej stacja bazowa).

Na każdej z częstotliwości cyfrowa transmisja odbywa się w 8 cyklicznie powtarzających się szczelinach czasowych. W GSM każdej rozmowie przyporządkowana jest jedna szczelina czasowa. W pierwszej szczelinie czasowej przez około 0,577 ms przesyłane są bity związane z pierwszą rozmową, w drugiej szczelinie z drugą rozmową, ... , w ósmej szczelinie z ósmą rozmową. Potem znowu następuje transmisja związana z pierwszą rozmową, itd.

Teoretycznie, w przypadku przesyłania danych za pomocą technologii EDGE, dla jednego terminala, Package Control Unit (zobacz rozdział Budowa sieci wspomagającej transmisję w technologii EDGE) może przeznaczyć do ośmiu szczelin czasowych (wszystkie muszą znajdować się na tej samej częstotliwości) do transmisji w obu kierunkach, obecnie większość systemów GSM/EDGE umożliwiają jednak zaalokowanie tylko do 4 kanałów dla wysyłania i odbierania danych przez stację bazową w obrębie jednej transmisji (najnowsze rozwiązania oferują 5 szczelin czasowych dla transmisji w stronę terminala). Każdy z kanałów może być współdzielony przez wielu użytkowników, ponieważ rzadko zdarza się tak, że wszyscy nagle odbierają/wysyłają pakiety danych w tej samej chwili.

Jeśli jednak dojdzie do takiej sytuacji, że użytkownicy korzystający z tych samych zasobów sieciowych będą używać je w tym samym momencie, szybkość transmisji spadnie.

edytuj Transmisja radiowa za pomocÄ… technologii EDGE

Schemat transmisji radiowej w technologii EDGE

Transmisja w technologii EDGE pomiÄ™dzy stacjÄ… bazowÄ… a terminalem, może być przedstawiona na podstawie trzech warstw^[3] :

• Radio Link Control (RLC) - warstwa, w której sprawdzana jest poprawność transmisji oraz inicjowana retransmisja w przypadku bÅ‚Ä™dów w analizowanych blokach danych.
• Media Access Control (MAC) - z tÄ… warstwÄ… zwiÄ…zane sÄ… procedury synchronizujÄ…ce korzystanie wielu terminali z tych samych kanałów radiowych, oraz umożliwiajÄ…ce terminalowi nadawanie i odbieranie w kilku kanaÅ‚ach.
• warstwy fizycznej
  • dane kodowane sÄ… przed wysÅ‚aniem, metoda kodowania zależy od wyboru jednego z dziewiÄ™ciu schematów modulacji i kodowania (MCS-1 - MCS-9).
  • dane przesyÅ‚ane sÄ… dziÄ™ki modulacji fali noÅ›nej

W klasycznej sieci GSM do transmisji głosu i danych (technologie CSD i HSCSD) stosuje się modulację GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Tą samą modulację stosuje się dla technologii GPRS.

W przypadku EDGE, modulacja GMSK również jest stosowana (wtedy w jednym kanale radiowym mogą być przesyłane pakiety dla abonentów korzystających zarówno z GPRS jak i EDGE), dodana została także nowa modulacja 8-PSK (8 Phase Shift Keying), oferująca większą przepływność, ale kosztem większej wrażliwości na warunki transmisji.

System wybierając dla konkretnej transmisji sposób modulacji i kodowania, może użyć jeden z 9 schematów, tzw. Modulation and Coding Scheme: MCS-1 - MCS-9.

Każdy z nich charakteryzuje się inną szybkością transmisji danych, kosztem odpornością na zakłócenia. Np. MCS-1 charakteryzuje się tzw. code rate = 0.53 (co oznacza, że 47% przesyłanych danych jest redundantnych, co może mieć znaczenie podczas naprawy błędnie odebranej ramki i w konsekwencji może zapobiec konieczności retransmisji). W dodatku użyta modulacja GMSK jest prostsza i bardziej odporna na zakłócenia. Wadą tego rozwiązania jest niska przepływność - 8.8 kbit/s w jednym kanale radiowym. Dla MCS-9, code rate = 1, co oznacza, że redundantne dane w ogóle nie są przesyłane, a w dodatku wybrana jest modulacja 8-PSK. Osiągana przepływność wynosi w tym przypadku 59.2 kbit/s dla jednego kanału radiowego.

Wszystkie schematy modulacji i kodowania podzielone są na trzy rodziny: A, B i C. Kiedy warunki dla połączenia zainicjowanego za pomocą jakiegoś schematu zmieniają się, może zostać wybrany inny schemat w obrębie tej samej rodziny, w konsekwencji przepływność danych w kanale radiowym dostosowywana jest dynamicznie do jakości transmisji.

edytuj Szybkość transferu danych w technologii EDGE

Obecnie większość sieci radiowych GSM umożliwia wykorzystanie maksymalnie 4 kanałów radiowych do transmisji w stronę terminala lub stacji bazowej.

W idealnych warunkach:

• terminalowi zostajÄ… przydzielone do transmisji 4 kanaÅ‚y radiowe
• brak innych terminali wysyÅ‚ajÄ…cych/odbierajÄ…cych pakiety na tych kanaÅ‚ach
• bardzo dobra jakość transferu umożliwiajÄ…ca wykorzystanie schematu MCS-9

przepływność danych może osiągnąć 4*59.2 kbit/s = 236.8 kbit/s. Najnowsze rozwiązania oferują 5 kanałów radiowych dla transmisji w stronę terminala, z czego wynika maksymalna teoretyczna przepływność 296 kbit/s (5*59.2).

W rzeczywistych warunkach, kanały radiowe mogą być współdzielone z innymi użytkownikami, dodatkowo jakość transmisji (a w konsekwencji wybór metody kodowania i związana z nią szybkość transmisji) ograniczana jest przez warunki propagacji sygnału (warunki atmosferyczne, ukształtowanie terenu, zakłócenia związane z wysoką zabudową, odległość od stacji bazowej, a nawet szybkość poruszania się abonenta - np. korzystanie z EDGE w szybko poruszającym się pociągu).

edytuj Przyszłość technologii EDGE

3GPP w swoich najnowszych specyfikacjach (Release 7) uwzględnia nowe sposoby wykorzystania interfejsu radiowego (EDGE Evolution).

• Do transmisji w każdÄ… ze stron (do stacji bazowej i do terminala) bÄ™dÄ… mogÅ‚y być użyte dwie czÄ™stotliwoÅ›ci, na każdej z nich maksymalnie 5 szczelin czasowych (razem 10 szczelin w każdÄ… ze stron).
• Wprowadzone zostanÄ… nowe rodzaje modulacji - 16QAM i 32QAM, oraz bazujÄ…ce na nich nowe schematy modulacji i kodowania MCS10 - MCS12. Maksymalny transfer w jednej szczelinie czasowej wzroÅ›nie do ok. 100 kbit/s.
• W urzÄ…dzeniach koÅ„cowych zostanÄ… wprowadzone podwojone ukÅ‚ady odbiorcze (ang. dual-antena terminals), na wzór rozwiÄ…zaÅ„ stosowanych w stacjach bazowych. SygnaÅ‚ kombinowany, odebrany na bazie dwóch anten bÄ™dzie sie charakteryzowaÅ‚ lepszÄ… jakoÅ›ciÄ… w zwiÄ…zku z wytÅ‚umieniem niektórych niekorzystnych czynników, takich jak interferencje z innymi transmisjami.

Te rozwiązania mają zwiększyć szybkość transferu danych do ok. 1 Mbit/s.

edytuj Terminale

Obecnie, na rynku dostępnych jest coraz więcej urządzeń (telefony komórkowe i modemy na kartach PCMCIA), które umożliwiają abonentom korzystanie z transmisji w technologii EDGE. Specyfikacja 3GPP^[4] definiuje trzy klasy terminali GPRS/EDGE.

• Klasa A - terminal może jednoczeÅ›nie obsÅ‚ugiwać transmisje zwiÄ…zane z komutacjÄ… Å‚Ä…czy (transmisja gÅ‚osu, SMS - usÅ‚ugi oferowane w klasycznej sieci GSM), jak i z komutacjÄ… pakietów (czyli transmisjÄ… EDGE) - tzw. Dual Transfer Mode (DTM). W roku 2006 na rynku pojawiÅ‚y siÄ™ pierwsze takie telefony, np. Nokia N93.
• Klasa B - terminal może wÅ‚Ä…czyć siÄ™ do sieci jako użytkownik obu rodzajów transmisji (klasycznej GSM i GPRS/EDGE) oraz nasÅ‚uchiwać na odpowiednim kanale radiowym zgÅ‚oszenia zwiÄ…zanego z rozpoczÄ™ciem rozmowy, oczekujÄ…cym SMS (klasyczne usÅ‚ugi GSM) lub rozpoczÄ™ciem nadawania pakietów (usÅ‚uga GPRS). W momencie, gdy zostanie zestawiony jeden z rodzajów transmisji, możliwoÅ›ci zwiÄ…zane z obsÅ‚ugÄ… drugiego rodzaju stajÄ… siÄ™ nieaktywne (aż do przerwania transmisji). Do klasy B należy wiÄ™kszość oferowanych obecnie telefonów komórkowych.
• Klasa C - terminal może obsÅ‚ugiwać tylko transmisjÄ™ GPRS/EDGE lub oba rodzaje (klasyczne usÅ‚ugi GSM i GPRS), ale w tym drugim przypadku podczas wÅ‚Ä…czania do sieci automatycznie lub manualnie jest ustawiany w tryb zwiÄ…zany z obsÅ‚ugÄ… tylko jednego rodzaju transmisji. Czyli np. wÅ‚Ä…cza siÄ™ tylko do sieci GPRS i umożliwia tylko ten rodzaj transmisji. Do tej klasy terminali należą na przykÅ‚ad modemy GPRS na kartach PCMCIA używanych w laptopach.

Innym parametrem charakteryzującym możliwości urządzenia nadającego i odbierającego pakiety w technologii EDGE jest tzw. EDGE multislot class, czyli maksymalna ilość kanałów radiowych, które urządzenia może zaalokować dla potrzeb jednej transmisji.^[5]

Większość urządzeń obsługujących transmisję EDGE, pracuje w trybach 10-12. Zdarzają się także urządzenia umożliwiające transmisję w trybie 32 (np. Nokia N93), ale obecnie niewiele sieci może zaoferować taki rodzaj transmisji (większość umożliwia wykorzystanie maksymalnie 4 kanałów radiowych dla przesyłania danych w stronę stacji bazowej lub terminala).

edytuj Przypisy

1. ↑ EDGE Fact Sheet. January 31, 2007.
2. ↑ 3GPP TS 23.060 v.5.13.0 GPRS; Service description; Technical Realization. Rozdział 13 (Information storage)
3. ↑ Specyfikacja 3GPP TS 43.064 v5.13.0 GPRS. Overall description of the GPRS radio interface; Stage 2
4. ↑ Specyfikacja 3GPP TS 22.060 v3.5.0 GPRS. Service description; Overview
5. ↑ Specyfikacja 3GPP TS 45.02 v5.13.0 GPRS. Multiplexing and multiple access on the radio path, Annex B (MS classes for multislot capability)

edytuj Bibliografia

• GSM, GPRS and EDGE performace. Evoluton towards 3G/UMTS. Timo Halonen. Javier Romero. Juan Melero.
• Ericsson White Paper. The Evolution of EDGE. February 2007.
• Specyfikacja 3GPP TS 22.60 v5.3.0 GPRS; Service description; Overview
• Specyfikacja 3GPP TS 23.60 v.5.13.0 GPRS; Service description; Technical Realization
• Specyfikacja 3GPP TS 43.64 v.5.3.0 GPRS; Overall description of the GPRS radio interface; Stage 2

edytuj Zobacz też

• Inne standardy przesyÅ‚ania danych w sieci GSM: CSD, HSCSD, GPRS
• Access Point Name - nazwa wskazujÄ…ca na zewnÄ™trznÄ… sieć pakietowÄ…, używana podczas konfiguracji usÅ‚ugi GPRS/EDGE w telefonie komórkowym

edytuj Linki zewnętrzne

• Strona domowa 3GPP, instytutu standaryzacyjnego, rozwijajÄ…cego specyfikacjÄ™ zwiÄ…zanÄ… z GPRS/EDGE

Niektóre specyfikacje 3GPP (Release 5) używane podczas implementacji EDGE w sieciach GSM.

• Specyfikacja 3GPP TS 22.60 GPRS; Service description; Overview
• Specyfikacja 3GPP TS 23.60 GPRS; Service description; Technical Realization
• Specyfikacja 3GPP TS 43.64 GPRS; Overall description of the GPRS radio interface; Stage 2
• Specyfikacja 3GPP TS 45.02 GPRS; GPRS. Multiplexing and multiple access on the radio path