Федеральноеагентство по образованию
Российской Федерации
Тверской государственныйтехнический университет
СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ
Гл. специалист предприятия Зав.кафедройЭВМ
(для которого выполнена
реальная работа)
_____________________ ________
подпись, инициалы, фамилия подпись, инициалы, фамилия
"___"___________200__г. "___"__________2006г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту (работе) по
Сети ЭВМ___________________________________
наименование учебнойдисциплины
на тему ___”Технология EDGE”______________________
Автор проекта (работы)__________
подпись, инициалы, фамилия
Специальность _____2201, ВМКСС____________________________
номер, наименование
Обозначение курсового проекта (работы) _______
Руководитель проекта ______________ _____
подпись, дата инициалы, фамилия
Проект (работа) защищен (а) ___________ Оценка__________
Члены комиссии:
____________ ________________
подпись, дата инициалы, фамилия
____________ ________________
подпись, дата инициалы, фамилия
____________ ________________
подпись, дата инициалы, фамилия
_Тверь, 2006_
город,год защиты
Содержание:
TOC o «1-3» h z u ВведениеPAGEREF _Toc137590664 h 4
Введение вобласть_ PAGEREF _Toc137590665 h 4
Актуальность_ PAGEREF _Toc137590666 h 5
Цели и задачи_ PAGEREF _Toc137590667 h 5
1.Обзортехнологии EDGE_ PAGEREF _Toc137590668 h 7
1.1Характеристики базовой станции EDGE.PAGEREF _Toc137590669 h 7
1.2Модуляционная схема EDGE.PAGEREF _Toc137590670 h 9
1.3Кодирование.PAGEREF _Toc137590671 h 10
1.4 Обработкапакетов.PAGEREF _Toc137590672 h 12
1.4.1 Окноадресации (addressing window).PAGEREF _Toc137590673 h 13
1.4.2Точность измерения.PAGEREF _Toc137590674 h 13
1.4.3Контроль за скоростью соединения в EGPRS.PAGEREF _Toc137590675 h 14
1.5Интеграция EGPRS в существующие GSM/GPRS сети — UMTS.PAGEREF _Toc137590676 h 14
2. Стратегиявывода технологии EDGEна рынок_ PAGEREF _Toc137590677 h 17
2.1Характеристики услуги EGPRS.PAGEREF _Toc137590678 h 17
2.2 Основныедоводы в пользу внедрения систем EDGE.PAGEREF _Toc137590679 h 18
2.3 Шаг 1:Внедрение услуги GPRS.PAGEREF _Toc137590680 h 19
2.4 Шаг 2:Миграция от GPRS к EDGE (EGPRS) / UMTS_ PAGEREF _Toc137590681 h 21
3.Предлагаемое решение по внедрению технологии EDGE от SiemensPAGEREF _Toc137590682 h 24
3.1 РешениеEDGE от Siemens.PAGEREF _Toc137590683 h 24
3.2 Влияниена подсистему базовых станций (BSS).PAGEREF _Toc137590684 h 25
3.2.1Контроллер базовых станций (BSC).PAGEREF _Toc137590685 h 25
3.2.2 Базоваяприемо-передающая станция (BTS).PAGEREF _Toc137590686 h 26
4.Абонентские устройства_ PAGEREF _Toc137590687 h 28
ЗаключениеPAGEREF _Toc137590688 h 31
Списоклитературы:PAGEREF _Toc137590689 h 33
ВведениеВведение в область
Решая проблемы передачиданных в сети GSM, операторы обратили внимание на технологию EDGE, EnhancedData for Global Evolution (E-GPRS) онжеUWC-136 (Universal Wireless Communications — 136). EDGE позволяет во-многом снять ограничения по скорости изапустить целый ряд принципиально новых услуг, таких как мобильное телевидение,загрузка больших объемов информации на телефон, системы видеонаблюдения.
EDGE (Enhanced Data forGlobal Evolution) представляет собой современную технологию, обеспечивающуюпередачу больших объемов информации в сети мобильной связи. Технология EDGEподдерживает скорость передачи данных в среднем в три раза выше, чем GPRS,кроме того, обеспечивается более эффективное использование частотных ресурсов иулучшение покрытия сети по сравнению с обычной сетью GSM. Максимальнодостижимая (в теории) скорость передачи информации в сети EDGE — 474.6 кбит/c.
Это означает, чтотехнология EDGE открывает для оператора мобильной связи возможностьпредоставить абонентам услуги по передаче данных в существующем частотномспектре GSM со скоростями, характерными для сетей третьего поколения мобильнойсвязи.
Впервые EDGE была представлена ESTI(Европейский институт стандартизации электросвязи) в начале 1997 года вкачестве эволюции существующего стандарта GSM.
Основноеэволюционное изменение при переходе от классической технологии GSM к EDGEзаключается в применении нового метода модуляции и кодирования, которыйзначительно расширяет возможности радио-интерфейса. Таким образом, технологиюEDGE следует рассматривать как эволюционный шаг на пути к более высокимскоростям передачи данных при одновременном сохранении наиболее важных свойстврадиоинтерфейса GSM, таких как, например, ширина полосы частот канала в 200 кГци структура пакета (битовых последовательностей).Актуальность
Основноеприменение EDGE– этовысокоскоростной доступ в Интеренет, организация мобильного офиса – незаменимаявещь для деловых людей. А также, такие возможности как: обмен картинками,фотографиями и другой информацией посредством того же Интернет, просмотрпотокового видео, Интернет-радио, пересылка факсов, почты, и много-много другихинтересных вещей. Исходя из его достоинств, можно сказать, что технология EDGEрассчитана на 2 разных класса населения: на бизнесменов, для которых важно бытьвсегда в курсе последних событий, и на подростков/тинэйджеров для которыхИнтернет – стиль жизни.
На вопрос что лучше GPRSили EDGE так же нельзя дать однозначный ответ, хотя на текущий моментиспользование GPRS более оправдано, нежели использование EDGE. В основном этосвязано с тем, что GPRS распространен повсеместно, а EDGE только начинаетраспространяться на территории России. Но у EDGE, в отличие от GPRS соединение которогоочень нестабильно, а скорость в редких случаях поднимается выше 56 Кбит/с, естьдва несравнимых преимущества: высокая скорость и качество связи. Поэтому,технология EDGE имеет все шансы прийти на смену морально устаревшей технологииGPRS.Цели и задачи
Цельюданной работы является рассмотрение технологии EDGE, ее преимуществ по сравнению сдругими технологиями и перспективы дальнейшего развития в мире и нашей стране.
Дляэтого нам необходимо решить следующие задачи:
- Рассмотреть сущность технологии EDGE
- Изучить различные варианты внедрения технологии
- Рассмотреть аппаратные средства иабонентские устройства
- Разобрать готовые решения отпроизводителей
- Оценить перспективы развитиятехнологии
1.Обзор технологии EDGE1.1 Характеристикибазовой станции EDGE.
Технология EDGE можетвнедряться двумя разными способами: как расширение GPRS, в этом случае ееследует называть EGPRS (enhanced GPRS) или как расширение CSD (ECSD). Учитывая,что GPRS распространена намного шире, чем HSCSD, остановимся на рассмотренииEGPRS.
EDGE не является новымстандартом сотовой связи. Однако, EDGE подразумевает дополнительный физическийуровень, который может быть использован для увеличения пропускной способностисервисов GPRS или HSCSD. При этом, сами сервисы предоставляются точно так же,как и раньше. Теоретически, сервис GPRS способен обеспечивать пропускную способностьдо 160 Кбит/с (на физическом уровне, на практике же поддерживающие GPRS Class 10 или4+1/3+2 аппараты обеспечивают лишь до 38-42 Кбит/с и то, еслипозволяет загруженность сети сотовой связи), а EGPRS — до 384-473,6 Кбит/с. Дляэтого необходимо использование новой модуляционной схемы, новых методовкодирования каналов и коррекции ошибок.
EDGE, по сути, является«надстройкой» (вернее, подстройкой, если считать, что физический уровеньнаходится ниже остальных) к GPRS и не может существовать отдельно от GPRS.EDGE, как уже было сказано выше, подразумевает использование иных модуляционныхи кодовых схем, сохраняя совместимость с CSD-сервисом голосовой связи.
BTS
Базовая станция
PCU
Блок управления пакетами
EGPRS
Усовершенствованный GPRS
SGSN
Обслуживающий узел поддержки GPRS
GGSN
Шлюзовый узел поддержки GPRS
TRU
Передающий модуль (трансивер)
MS
Мобильная станция
Рисунок1. Схема изменения инфраструктуры базовой станции при переходе от GPRSк EGPRS.
Таким образом, с точкизрения клиентского терминала, с внедрением EDGE не должно измениться ничего.Однако, инфраструктура базовой станции претерпит некоторые изменения (см. рис.1), хотя и не такие уж серьезные. Помимо увеличения пропускной способности дляпередачи данных, внедрение EDGE увеличивает емкость сети сотовой связи: в одини тот же тайм-слот можно теперь «упаковать» большее количество пользователей,соответственно, можно надеяться не получать сообщение «сеть занята» в самыенеподходящие моменты.
GPRS
EDGE
Модуляционная схема
GMSK
8-PSK/GMSK
Скорость передачи символов
270 тыс. в секунду
270 тыс. в секунду
Пропускная способность
270 Кбит/с
810 Кбит/с
Пропускная способность на тайм-слот
22,8 Кбит/с
69,2 Кбит/с
Скорость передачи данных на тайм-слот
20 Кбит/с (CS4)
59,2 Кбит/с (MCS9)
Скорость передачи данных с использованием 8 тайм-слотов
160 (182,4) Кбит/с
473,6 (553,6) Кбит/с/s
Таблица 1. Сравнительныехарактеристики EDGE и GPRS
Таблица 1 иллюстрируетразные технические характеристики EDGE и GPRS. Хотя и в EDGE, и в GPRS вединицу времени отправляется одинаковой число символов, благодаря использованиюдругой модуляционной схемы, число бит данных в EDGE втрое больше. Сразуоговоримся здесь, что приведенные в таблице значения пропускной способности искорости передачи данных отличаются друг от друга из-за того, что в первойтакже учитываются заголовки пакетов, пользователю ненужные. Ну, а максимальнаяскорость передачи данных в 384 Кбит/с (требуемая для соответствия спецификациямIMT-2000) получается в том случае, если используется восемь тайм-слотов, тоесть, на каждый тайм-слот приходится по 48 Кбит/с.1.2 Модуляционная схема EDGE.
В стандарте GSMприменяется модуляционная схема GMSK (Gaussian minimum shift keying,кодирование по сдвигу Гауссового минимума), являющейся разновидностью фазовоймодуляции сигнала. Для пояснения принципа схемы GMSK рассмотрим фазовуюдиаграмму рис. 2, на которой изображена действительная (I) и мнимая (Q) частькомплексного сигнала. Фаза передаваемых логических «0» и «1» отличаются друг отдруга фазой p. Каждый передаваемый в единицу времени символсоответствует одному биту.
Рисунок 2. Разные модуляционные схемы вGPRS и EDGE.
В технологии EDGEприменяется модуляционная схема 8PSK (8-phase shift keying, сдвиг фазы, каквидно из рисунка, равен p/4), используя все те же спецификацииструктуры частотных каналов, кодирования и ширины полос, как в GSM/GPRS.Соответственно, соседние частотные каналы создают ровно те же взаимные помехи,как и в GSM/GPRS. Меньший сдвиг фазы между символами, в которые теперькодируется не один бит, а три (символы соответствует комбинациям 000, 001, 010,011, 100, 101, 110 и 111), делает задачу детектирования сложнее, особенно еслиуровень сигнала невысок. Впрочем, в условиях хорошего уровня сигнала истабильного приема, дискриминировать каждый символ не составляет большоготруда.1.3 Кодирование.
В GPRS возможноприменение четырех разных схем кодирования: CS1, CS2, CS3 и CS4, в каждой изкоторых используется свой алгоритм коррекции ошибок. Для EGPRS разработанодевять схем кодирования, MCS1..MCS9, соответственно, назначение которых также вобеспечении коррекции ошибок. Причем в «младших» MSC1..MSC4 используетсямодуляционная схема GMSK, в «старших» MSC5..MSC9 — модуляционная схема 8PSK. Нарисунке 3 представлена зависимость скорости передачи данных от использованияразных модуляционных схем вкупе с разными схемами кодирования (скоростьпередачи данных меняется в зависимости от того, как много требуемой для работыалгоритмов коррекции ошибок избыточной информации закладывается в каждыйкодируемый пакет). Нетрудно догадаться, что чем хуже условия приема (отношениесигнал/шум), тем больше приходится закладывать избыточной информации в каждыйпакет, а значит, тем меньше скорость передачи данных. Небольшое отличие вскорости передачи данных, наблюдаемое между CS1 и MCS1, CS2 и MCS2, и т. д.,связано с разницей в величине заголовков пакетов.
Рисунок 3. Разные кодовые схемы в GPRS иEDGE.
Впрочем, если соотношениесигнал/шум невелико, не все потеряно: в старших модуляционно-кодовых схемахEGPRS MCS7, MCS8, MCS9 предусмотрена процедура «наложения»: так как стандартспособен отправлять группы пакетов на разных несущих (внутри частотногодиапазона), для каждой из которых условия (и прежде всего — «зашумленность»)могут быть разными, в этом случае повторной передачи всего блока можноизбежать, если знать, в какой группе произошел сбой и повторно транслироватьименно эту группу. В отличие от старшей кодовой схемы GPRS CS4, где неиспользуется аналогичный алгоритм коррекции ошибок, в EGPRS MCS7, MCS8, MCS9разные блоки данных «накладываются» друг на друга, поэтому при сбое в одной из групп(как показано на рисунке), повторной пересылке подлежит лишь половина пакетов(см. рис. 4).
Рисунок 4. Использование наложения групппакетов в EDGE.
1.4 Обработка пакетов.
Если по каким-то причинампакет, отправленный с использованием «старших» схем кодирования, не былкорректно принят, EGPRS позволяет его ретранслировать заново с использованием«пониженной» кодировочной схемы. В GPRS такой возможности, названной«ресегментацией» (resegmentation), предусмотрено не было: некорректно принятыйпакет отправляется вновь по той же модуляционно-кодировочной схеме, что и впредыдущий раз.1.4.1 Окно адресации (addressing window).
Прежде чемпоследовательность кодированных (то есть, в которые закодированы «слова»,состоящие из нескольких бит) пакетов (фрейм) может быть передана порадиочастотному интерфейсу, передатчик присваивает пакетам идентификационныйномер, включенный в заголовок каждого пакета. Номера пакетов в GPRS составляютот 1 до 128. После того, как последовательность пакетов (например, 10 штук)отправлена адресату, передатчик ждет от приемника подтверждения того, что онибыли приняты. В отчете, который приемник отправляет обратно передатчику,содержатся номера пакетов, которые были успешно декодированы, и которыеполучатель декодировать не смог. Важный нюанс: номера пакетов принимаютзначения от 1 до 128, а ширина адресного окна — всего 64, вследствие чего вновьпередаваемый пакет может получить такой же номер, как в предыдущем фрейме. Вэтом случае протокол вынужден повторно отправлять весь текущий фрейм, чтоотрицательно сказывается на скорости передачи данных в целом. Для сниженияриска возникновения такой ситуации в EGPRS номер пакета может приниматьзначения от 1 до 2048, а адресное окно увеличено до 1024.1.4.2 Точность измерения.
Для обеспечениякорректного функционирования технологии GPRS в среде GSM приходится постоянноизмерять радиоусловия: уровень сигнал/шум в канале, частоту появления ошибок ит. п. Эти измерения никак не сказываются на качестве голосовой связи, гдедостаточно постоянно использовать одну и ту же кодировочную схему. При передачеданных в GPRS измерение радиоусловий возможно лишь в «паузах» — дважды запериод 240 мс. Для того, чтобы не ждать каждые 120 мс, EGPRS определяет такойпараметр, как вероятность возникновения ошибки на бит (BEP, bit errorprobability), в каждом фрейме. На величину BEP влияет как отношение сигнал/шум,так и временная дисперсия сигнала и скорость перемещения терминала. ИзменениеBEP от фрейма к фрейму позволяет оценить скорость терминала и «дрожание»частоты, но для более точной оценки используется среднее значение вероятностиошибки на бит на каждые четыре фрейма и его выборочное стандартное отклонение.Благодаря этому, EGPRS быстрее реагирует на изменения условий: увеличиваетскорость передачи данных при снижении BEP и наоборот.1.4.3 Контроль за скоростью соединения в EGPRS.
В EGPRS используетсякомбинация двух подходов: подстройки скорости соединения и инкрементнойизбыточности. Подстройка скорости соединения, измеряемой либо мобильнымтерминалом по количеству принимаемых в единицу времени данных, либо базовойстанцией по количеству, соответственно, передаваемых данных, позволяет выбратьоптимальную модуляционно-кодовую схему для последующих объемов данных. Обычно,использование новой модуляционно-кодовой схемы может быть назначено припередаче нового блока (по четыре группы) данных.
Инкрементная избыточностьизначально применяется для самой старшей модуляционно-кодовой схемы, MCS9, снезначительным вниманием к коррекции ошибок и без учета условий радиосвязи.Если информация декодируется адресатом некорректно, по каналу связи передаютсяне сами данные, а некий контрольный код, который «добавляется» (используетсядля преобразования) к уже загруженным данным до тех пор, пока данные не будутдекодированы успешно. Каждый такой «инкрементный кусочек» дополнительного кодаувеличивает вероятность успешной расшифровки переданных данных — в этом изаключается избыточность. Главным преимуществом этого подхода является то, чтоздесь нет необходимости следить за качеством радиосвязи, поэтому инкрементнаяизбыточность является обязательной в стандарте EGPRS для мобильных терминалов.1.5 Интеграция EGPRS в существующие GSM/GPRS сети — UMTS.
Как уже было сказановыше, главное различие между GPRS и EGPRS— в использовании иной модуляционнойсхемы на физическом уровне. Поэтому дляподдержки EGPRS достаточно установки на базовой станции поддерживающего новыемодуляционные схемы трансивера и программного обеспечения для обработкипакетов. Для обеспечения совместимости с не поддерживающими EDGE мобильнымителефонами, в стандарте прописано следующее:
- Поддерживающие и не поддерживающиеEDGE мобильные терминалы должны быть способны использовать один и тот жетайм-слот
- Поддерживающие и не поддерживающиеEDGE трансиверы должны использовать один и тот же частотный диапазон
- Возможна частичная поддержка EDGE
Для облегчения процессавнедрения на рынок новых мобильных телефонов было решено подразделитьEDGE-совместимые терминалы на два класса:
- Поддерживающие модуляционную схему8PSK только в приемном потоке данных (downlink) и
- Поддерживающие 8PSK как в приемном,так и в передающем (uplink) потоке данных
Внедрение EGPRS, как ужеговорилось выше, позволяет достичь пропускной способности, примерно втроебольше, чем в технологии GPRS. При этом используется в точности такие жепрофили QoS (quality of service, качество сервиса), как в GPRS, но с учетомувеличившейся пропускной способности. Помимо необходимости установки трансиверана базовой станции, для поддержки EGPRS требуется обновление программногообеспечения, которое должно будет обрабатывать измененный протокол передачипакетов.
Следующим эволюционнымшагом на пути систем сотовой связи GSM/EDGE к «полноценным» сетям третьегопоколения будет дальнейшее улучшение сервисов пересылки пакетов (данных) дляобеспечения их совместимости с UMTS/UTRAN (UMTS terrestrial radio accessnetwork). Эти улучшения в настоящее время проходят рассмотрение и, скореевсего, будут включены в будущий вариант спецификаций 3GPP (3G PartnershipProject). Главное отличие GERAN(сеть радио доступа GSM/EDGE) от внедряемой в настоящий моменттехнологии EDGE будет поддержка QoS для интерактивных, фоновых, потоковых ипереговорных классов. Поддержка этих QoS-классов уже есть в UMTS, благодарячему в сетях UMTS (скажем, W-CDMA 2100 или 1900 МГц) наличествует возможность,например, видеосвязи. Кроме этого, в будущем поколении EDGE планируетсяобеспечить одновременную параллельную обработку потоков данных с разнымприоритетом QoS.
2. Стратегия вывода технологии EDGEнарынок2.1 Характеристики услуги EGPRS.
Расширенная услуга GPRS(EGPRS) помимо гауссовской модуляции использует новый метод модуляции (8-PSK) иобеспечивает пакетно-ориентированную передачу данных на скоростях до 474 кбит/с(при многослотовом (8 таймслотов) режиме передачи). Услуга EGPRS полностью
совместима с GPRS, при этом такойрежим обеспечивает дополнительное одновременное уплотнение пользователей GPRS иEGPRS в одних и тех же временных интервалах (слотах).
Поскольку скоростипередачи данных EGPRS значительно выше, чем в системе GPRS, EGPRS обеспечиваетабонентам более удобный доступ к мобильному Интернету. Если в GPRS максимальнаяскорость передачи данных на один временной интервал на радиоинтерфейсесоставляет 21.4 кбит/с (CS4), то в EGPRS максимальная скорость передачи данныхдостигает 59.2 кбит/с (MCS9) на выделенный радио-слот. В то же время, внедрение
технологии EDGE не только обеспечиваетрасширение сервисов существующего набора услуг GPRS, таких как, поиск(блуждание) в сети Интернет или электронная почта, но и открывает дорогу новымуслугам, требующим большей ширины полосы пропускания, как, например,
мобильная видеоконференцсвязь или загрузкамузыкальных файлов формата MP3. Возможности канала передачи данных взначительной степени зависят
от качества радио-интерфейса. Пиковыескорости передачи данных для EGPRS в значительной мере зависят от условийокружения и скорости перемещения пользователя. В таблице 1 приведены ожидаемыепиковые скорости для различных условий распространения
радиосигнала.
EGPRS
Внутри помещения/малая
зона действия вне
помещения
Город/пригород вне
помещения
Сельская местность вне
помещения
EGPRS
384 кбит/с(48 Кбитс/врем.
интервал)
384 kbps (48 Кбитс/врем.
интервал)
144 kbps (18 Кбитс/врем.
интервал)
Скорость передвижения
абонента
до 10 км/ч
до 100 км/ч
до 250 км/ч
Условия
распространения
сигнала
Внутри помещения, TU3
TU50
HT100