【作者】许国平：工程师，博士，主要从事3G、B3G移动通信系统信号处理技术的研究和GSM/WCDMA网络优化相关工作
【作者单位】中讯邮电咨询设计院有限公司
关于中国联通扩大EDGE业务覆盖的考量
关键词： GSM；EDGE；频率规划；链路自适应
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3043（2012）07-0088-05
摘要：基于EDGE技术原理的分析，通过调研中国联通EDGE业务在现网中的覆盖情况，从业务启动条件、系统升级需求、覆盖区域设计、频率规划等方面详细介绍了网络建设中的典型问题。此外，还分析了业务启动后对网络的影响，最后进一步阐述了EDGE业务的开展建议。
1 概述
EDGE是一种从GSM到3G的过渡技术，它于2000年7月被3GPP组织正式收录为移动通信标准，成GSM /GPRS/EDGE/WCDMA标准体系中的一部分。
EDGE理论自1997年由Ericsson正式提出以来，其发展分别经历了3个阶段。
第一个是标准成熟阶段，即理论提出至标准被认可；
第二个是市场推广阶段，自 2000年至2003年Cingular Wireless首次将EDGE投入商用；
第三个是2003年至今，EDGE进入了实际的市场运营阶段，全球范围内包括美国AT&T、意大利MIT、荷兰Telia Sonera在内的多家移动运营商都分别开通了 EDGE服务。
EDGE的中心思想是利用现存GSM和GPRS网络节点，在GSM系统中采用新的调制和编码方式提高数据传输速率。GPRS向EDGE的演进称为EGPRS，对于 EGPRS来说，基于电路交换和分组交换访问的应用和接口并没有不良影响，通过移动交换中心（MSC）和服务GPRS支持节点（SGSN）可以保留使用现有的网络接口；由于引入了全新的无线调制方式，影响最大的接口是无线接口，其无线接口的主要参数如表1所示。
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从表1可以看到，EDGE技术采用的调制方式有 GMSK和8PSK，分别对应于GSM系统和TDMA系统。由于8PSK可将现有GSM网络采用的GMSK调制技术的信号空间从2扩展到8，从而使每个符号所包含的信息是原来的3倍，因此理论上EDGE技术单时隙提供的数据速率是GPRS的3倍。如果捆绑使用8个时隙，理论用户峰值速率最终可达473kbit/s。
本文将从EDGE的技术特点、中国联通EDGE业务现状、EDGE业务质量和启动条件、建网中的典型问题、建网后存在的问题、EDGE业务开展建议6个方面，针对中国联通扩大EDGE业务覆盖的问题进行详细介绍。
2 EDGE技术特点
EDGE相比GSM的技术优势主要体现在8PSK调制方式、增强型的AMR编码方式、MCS1~9信道调制编码方式、链路自适应（LA）、递增冗余传输（IR）、RLC窗口大小自动调整等方面。
3 中国联通EDGE业务现状
目前，中国联通在广东、广西、浙江、四川、山东等较多省份的重点及非重点城市开通了EDGE服务。这些城市开设EDGE服务后的业务量主要集中在密集城区、大中学校和商业区场景。以上海为例，EDGE业务量主要集中在市区外环内所有1800M小区及部分VIP 客户较多的900M小区，外环内60%的微蜂窝（重点为密集商务区、旅游景点、重要商业区、交通枢纽、轨道交通等），以及外环外覆盖各大学校区（松江大学城、南汇大学城、闵行交大校区）的1800M频段和900M频段的小区。
从终端调研情况看，目前市场上中、高档GSM、 WCDMA移动终端均已支持EDGE功能，一些较早上市和主打低端市场的终端不支持EDGE，在广州开通 EDGE功能的11个BSC下测得支持EDGE的终端占全部终端的比例平均在35%左右。
4 EDGE业务质量和启动条件
4.1 现网质量
受连续覆盖情况、无线信道配置、Abis资源等差别化因素制约，EDGE业务在现网中的数传性能差别较大，但在保证资源充足的情况下测试得到：DT下载速率可维持在100kbit/s左右，而CQT下载速率则可达到 180kbit/s，甚至200kbit/s。
4.2 启动条件
由于EDGE是通过减少数据校验来提高吞吐量， EDGE较高速率的编码方式的抗干扰能力必然降低，因此它的高吞吐量性能也只能适用于干扰较低的无线环境中。对于GSM系统而言，C/I是衡量抗干扰性能的主要指标，也是EDGE启动的主要参考条件。国外网络测试结果说明：速率和载干比的变化成正比，载干比越好，无线接口的速率越高。理论研究证明，为获得较好的性能，至少能达到MCS5编码速率，通常要求有 15dB以上的载干比。国际测试的经验也得出以下结论，当载干比高于15dB且有充足的系统容量的情况下，EDGE才能够达到比较高的传输速率。当信噪比为35dB时，就能够达到峰值速率。图1展示了理论上 EDGE业务信号载干比和吞吐量的关系。
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MCS的选择是LA算法的一部分，与C/I有直接关联，而C/I也受到频率资源和频率规划的直接影响，所以全网的C/I分布直接影响到EDGE的速率性能。图2 仿真了配置2时限条件下，EDGE速率与电平值、C/I的关系。
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5 EDGE建网中的典型问题
5.1 EDGE开通的系统需求
综合各设备提供商的情况，基站硬件和SGSN等主要网元均已支持开通EDGE业务，只需进行License 管理，升级软件版本同时考虑一些单元的容量问题，如 PCU，PAPU；个别BSC需提升GP配置。
开通EDGE时，主要的系统升级体现在Abis资源需求方面。由于开启EDGE后对BTS的传输有要求，根据各种编码方式的GCH（GrantChannel）开销映射在 Abis上的时隙开销，网络开通EDGE功能后，单条 PDCH的吞吐量最高达到了59.2kbit/s，此时1条PDCH 需要增加4条16kbit/s的Abis时隙以配合PDCH吞吐量的增加。增加16kbit/s时隙的数量与支持最高编码方式的对应关系如表2所示。
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5.2 EDGE的覆盖区域设计
EDGE网络与GPRS网络基于同一个GSM网络平台，但EDGE与GPRS相比在应用场合上不一样：GPRS 提供的是中低速率的服务，适合对数据速率要求不高的地区；EDGE提供的是中高速率的服务，适合对数据速率要求较高或数据吞吐量较大的地区。就EDGE的数据业务的市场发展和网络演进策略而言，从网络规划角度看，除了考虑原有GPRS用户的增长情况外，还要留意的是EDGE引入后对网络变化的影响，并结合实际情况对未来1～3年的GPRS网络覆盖有通盘考虑。
在EDGE网络建设的初期，着重考虑有潜在EDGE 业务需求的地区，例如城市市区、大中型企业、高校、机场、热点基站小区等；在建设中期，可以根据各个地区数据业务发展情况，做统计分析，逐步由中心向周边扩展。具体而言，对EDGE的覆盖区域设计策略可以作两点考虑。一是在人口密集的区域实现覆盖；二是实现EDGE与WCDMA互补覆盖，也就是在乡村用EDGE 实现覆盖，在城市或高需求的郊区用WCDMA覆盖。这种模式的优势在于EDGE与WCDMA一同部署，以实现覆盖最大化，充分降低运营商的设备投资成本和运营成本。由于乡村和城市对于移动网络数据能力的需求不同，所以建设全新的WCDMA网络对于乡村来说实际上是不合算的，即便最后WCDMA的设备价格能够降到最低，也还需要考虑运营商存在使既有设备投资利用最大化的需求。另外，从频谱资源的角度考虑，分配给2G的有30MHz（900和1800MHz），而3G只有10MHz，如果不充分利用现有的2G频谱资源，无疑将造成巨大的浪费。如果考虑为了不浪费2G的频谱资源，采用GPRS和WCDMA互补覆盖则会在数据速率方面造成巨大落差，EDGE的出现正好解决了上述所有问题。
总结而言，对于扩大中国联通EDGE覆盖区域有如下几点建议。
a）如果已经有良好的WCDMA网络覆盖，且容量满足用户要求，不建议再增加EDGE覆盖。
b）从补充WCDMA网的角度出发，EDGE应考虑 WCDMA覆盖的边缘区域，城市延伸出去的交通线路、景点，以及单独的GSM网的室内覆盖点。
c）从考虑GSM网用户体验的角度出发，发展重点为密集商务区、校园区、旅游景点、重要商业区、交通枢纽、轨道交通等。
d）从EDGE终端比例分布、实际的客户需求来说，偏远农村可采取低配置EDGE覆盖。
5.3 EDGE的频率规划
EDGE的技术特点决定了EDGE只有在干扰较小的无线环境里，才能支持高速率的数据传输，充分发挥 EDGE的优势，因此对频率规划质量的要求更高。 EDGE网络基于GSM网络平台，与GSM的语音业务、 GPRS数据业务共用现有GSM频率资源。EDGE网络载干比直接决定数据传输速率，而无线网络频率使用是最直接决定载干比的因素，频率使用中最重要的方面就是频率复用的选择。EDGE数据业务比GSM语音业务需要更宽松的频率复用以确保无线网络的载干比。因此，在EDGE网络中，应针对语音业务和数据业务提供不同频率复用度。网络的无线频率资源复用及跳频，功率控制等无线链路控制选择的应用都有必要进行特别的处理。否则，会对EDGE无线网络环境造成不利的影响。
在做频率规划时,需坚持如下原则。
a）不影响现有的GSM网络基本语音业务。
b）尽量减少网内频率干扰。
c）与GSM网络频率规划综合考虑。
d）若使用GSM网频点分配中的BCCH频点，需要和不使用比较孰优孰劣。
e）在允许的情况下，开通EDGE的小区不单独分配一个频点，而与语音业务共用频点。
如上所述，关于EDGE频率规划给出的建议是：城市环境下，鉴于联通1800M频率资源（50个频点）更丰富，相对于900M频段（30个频点）无线环境更好，应考虑在1800M频段配置更多的数据业务信道。而对于农村地区EDGE覆盖，则建议选择900M，因为在地形复杂区域，1800M绕射性能不佳，容易产生盲区，在平原开阔区域，1800M路径损耗大于900M，同样是900M 覆盖较好。
5.4 EDGE时隙配置
在时隙配置方面，现网既要考虑能提供较高质量的GPRS业务，保持GPRS业务的良好增长，还要考虑在开启EDGE之后会进一步增加静态信道数。
根据EDGE建设的不同阶段，分别有以下建议。
a）建网初期不建议配置EDGE绝对专用信道，建议EDGE和GPRS混合进行承载。
b）考虑到主流EDGE终端为4时隙手机，如果小区信道配置小于4个，EDGE主流终端不可能达到最大支持能力，影响用户感受。一般配置一个EDGE载频，最小配置4时隙，在数据业务量要求较大区域可考虑配置8个EDGE时隙；特殊覆盖区域可考虑配置2个 EDGE载频。
c）在4个EDGE时隙配置状态下，当该小区拥塞率低于2％时，建议主要配置EDGE动态信道，即可采用设置1个静态EDGE信道、3个动态EDGE信道的方式。当小区拥塞率超过2％时，建议重点配置静态信道，静态信道数目应当不少于2个。
d）建议将EDGE信道配置在该小区内C/I较高的载频上。BCCH上可用信道较少，因此不建议优先分配在BCCH上。
e）由于多数小区仅开通了1个支持EDGE的载频，因此不建议全网开启EDGE载频的跳频。但是对于在数据业务量比较大，而且该小区内开启跳频的各个频率的C/I均较高的局部地区使用跳频。
6 EDGE建网后存在的主要问题分析
6.1 EDGE开启对核心网的影响
在EDGE开启前后，PDP激活和RAB指派等方面对于核心网无影响。无线开通EDGE，用户的上网速率会提高，那么Gb接口流量必然随之增长很多，对已有的系统带宽有要求，SGSN的SGBP和SGSP单板，Gn 接口带宽需要根据话务模型计算扩容，GGSN一般都是GE接口，扩容根据实际计算情况确定。
6.2 EDGE开启对业务的影响
由于WAPGW是工作在Gi口IP层之上的应用层，升级为EDGE后对WAPGW在功能上没有影响， WAPGW能支持。升级为EDGE后，由于网络速度提高，用户访问量增加，访问行为也会有变化，对WAP GW的性能要求会更高，比如TPS、带宽、新建会话数、并发会话数等都需要根据升级后的情况进行评估。
6.3 EDGE开启对网络后期建设和网络维护的影响
随着EDGE数据业务的增加，必然会增加静态 PDCH的配置，保证EDGE业务的正常使用，这样会减少动态PDCH的配置比例，而静态PDCH不能转化为 TCH，会引起语音业务信道减少，造成一些小区拥塞，可能到时需要扩容。当手机位置更新时，对于EDGE 手机需要增加EDGE重新附着，必然会占用BCCH和 SDCCH信道，会相应增加信道负荷，有可能引起拥塞，到时根据情况需要调整信道的配置。
在城市区域，随着后期EDGE用户业务的增加，对于目前话务量较大的基站，可能需要扩容，以满足 EDGE业务的发展。
7 EDGE业务开展总结与展望
要发挥EDGE的数据业务培育功能还需要对 EDGE能够提供的业务具备清晰的认识。比如，对大流量的视频类业务，EDGE的支持就无法令人满意。这主要由于：首先，EDGE能够提供的速率难以满足视频类业务的需求；其次，EDGE同样属于GSM技术，而 GSM技术小区切换会影响视频业务的流畅性；此外，从联通网络现状考虑，也不足以支持大规模业务的开展。
EDGE比较适合承载小流量业务，可以胜任一般网络浏览、信息邮件、即时通信、在线棋牌与社交网络业务、WAP图铃下载、彩信，但不适合承载视频播放、大文件、大邮件附件上传下载、对时延敏感的网络游戏等业务。图3、图4所示为某城市的EDGE网络流量和用户数占比分析。
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从图3和图4可以看出：浏览类的业务流量占比最大，达到了63.25%，其对应的用户数占比也最大，达到 38.06%。彩信的业务流量占比相对较小，仅为2.60%，其对应的用户数占比位据第二，达到17.26%。
因此，运营商在业务设计时必须考虑EDGE的技术特点，分众化、小流量、高收益成为EDGE业务追求的方向，而这对运营商前后端协调机制也提出了更高的要求。
参考文献：
［1］Timo Halonen，Javier Romero，Juan Melero.GSM、GPRS和EDGE系统及其关键技术——向3G/UMTS系统演化 ［M］ . 北京：中国铁道出版社，2004.
［2］赵绍刚.增强数据速率的GSM演进技术：EDGE网络[M].北京：电子工业出版社，2009.
［3］文志成.GPRS网络技术［M］.北京：电子工业出版社，2005.
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