Datové přenosy GPRS, EDGE - rozšíření GSM

Podobné dokumenty
Datové přenosy GPRS, EDGE

21. DIGITÁLNÍ SÍŤ GSM

Semestrální práce-mobilní komunikace 2004/2005

Sítě GSM, datové přenosy GPRS, HSCSD, EDGE

Mobilní sítě. Počítačové sítě a systémy. _ 3. a 4. ročník SŠ technické. Ing. Fales Alexandr Software: SMART Notebook

Bezdrátový přenos dat

5. GSM/UMTS RÁDIOVÉ ROZHRANÍ, DATOVÉ PŘENOSY

Rádiové rozhraní GSM fáze 1

Identifikátor materiálu: ICT-3-50

Mobilní komunikace. Vývojové trendy sítě GSM (2G) a 3G. Petra Píšová

Seminární práce z předmětu MOBILNÍ KOMUNIKACE. Srovnání technologií GPRS/EDGE a CDMA 2000

ZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ

Analogové mobilní systémy AMPS , , NMT TACS

Mobilní komunikace GSM

Mobilní a satelitní systémy

Rádiovéprostředky v účastnických telefonních sítích. 5.přednáška

Druhy sdělovacích kabelů: kroucené metalické páry, koaxiální, světlovodné

Datové přenosy CDMA 450 MHz

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav radioelektroniky. prof. Ing. Stanislav Hanus, CSc v Brně

37MK Semestrální práce. UMTS Frekvence, rádiové rozhraní a modulace

PB169 Operační systémy a sítě

Standard IEEE

PŘENOS DAT V MOBILNÍCH SÍTÍCH

Systémy pozemní pohyblivé služby

Počítačové sítě, v Počítačové sítě. Lekce 10: mobilní komunikace. J. Peterka, 2008

Počítačové sítě, v. 3.6

Identifikátor materiálu: ICT-3-04

Srovnání modernizace stávající radiokomunikační sítě s variantou pořízení zcela nové radiokomunikační sítě

Použité pojmy a zkratky

ZÁKLADY DATOVÝCH KOMUNIKACÍ

Mobilní komunikace. Semestrální úloha GSM stručný přehled

Digitální modulace. Podpora kvality výuky informačních a telekomunikačních technologií ITTEL CZ.2.17/3.1.00/36206

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Přístup WCDMA v systémech UMTS

Počítačové sítě I. 8. Bezdrátové sítě, GSM. Miroslav Spousta, 2004

íta ové sít baseband narrowband broadband

Vývoj GSM I testy technologií digitálního vysílání v Paříži (TDMA a FDMA) zemí sepsalo memorandum o technologii GSM (MoU)

Radiové rozhraní UMTS

INFORMACE NRL č. 10/2001 Základní principy GSM v souvislosti s posuzováním expozičních situací v okolí základnových stanic

ZÁKLADY INFORMATIKY VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ. Ing. Roman Danel, Ph.D. Ostrava 2013

Stručně o GSM tzv. uplink tzv. downlink E-GSM (Extended-GSM) GSM-R (Railway GSM)

Univerzita Pardubice Fakulta ekonomicko-správní. Možnosti a aplikace v mobilních sítí 2. a 3. generace Romana Pošvová

Moderní technologie linek. Zvyšování přenosové kapacity Zvyšování přenosové spolehlivosti xdsl Technologie TDMA Technologie FDMA

Základy a aplikace digitálních. Katedra radioelektroniky (13137), blok B2, místnost 722

Metody multiplexování, přenosové systémy PDH a SDH

Univerzita Hradec Králové

Protokoly vrstvy datových spojů LAN Specifikace IEEE 802 pokrývá :

Systémy - rozhlas, televize, mobilní komunikace (2/2);

Základy mobilních sítí. Ivan Pravda

9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST

Struktura sítě GSM. obr. 1.1 Buňková struktura

Počítačové sítě I. 8. Bezdrátové sítě Miroslav Spousta,

pořádá pod záštitou PaedDr. Petra Navrátila - člena Rady Zlínského kraje 8. CELOSTÁTNÍ SEMINÁŘ UČITELŮ STŘEDNÍCH ŠKOL,

Sítě UMTS a CDMA datové přenosy

Rozdíl mezi ISDN a IDSL Ú ústředna K koncentrátor pro agregaci a pro připojení k datové síti. Pozn.: Je možné pomocí IDSL vytvořit přípojku ISDN.

37MK - Semestrální práce. Signalizace v GSM

ednáška a telefonní modemy Ing. Bc. Ivan Pravda

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE. Scénáře a sestavování hovorů v GSM. Fakulta elektrotechnická Duch Zdeněk. Katedra radioelektroniky

Lekce 10: mobilní komunikace

co to znamená pro mobilního profesionála?

Y32PMK Projekt č.3 Protokol z měření

České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická

Katedra softwarového inženýrství MFF UK Malostranské náměstí 25, Praha 1 - Malá Strana

Počítačové sítě Datový spoj

100G konečně realitou. Co a proč měřit na úrovni 100G

Techniky kódování signálu

Modulace 2. Obrázek 1: Model klíčování amplitudovým posuvem v programu MATLAB

UNIVERZITA PARDUBICE. Fakulta elektrotechniky a informatiky. Mobilní datové sítě 3. generace Vojtěch Richter

Modulační metody, datové měniče telefonní modemy

4. DATOVÉ PŘENOSY GPRS-EDGE a UMTS-TDD HSDPA

Radiové rozhraní GSM prakticky. Karel Mikuláštík

Semestrální práce z předmětu 37MK na téma : GSM-R

Modulační parametry. Obr.1

PSK1-5. Frekvenční modulace. Úvod. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka. Název školy: Vzdělávací oblast:

Fyzická vrstva. RNDr. Ing. Vladimir Smotlacha, Ph.D.

EXTRAKT z mezinárodní normy

České vysoké učení technické v Praze

GSM-R R v roce čas aplikací. Ing. Zdeněk Kaufmann

Počítačové sítě Datový spoj

Písemná práce k modulu Informační zdroje a komunikace

Definice pojmů a přehled rozsahu služby

Rozprostřené spektrum. Multiplex a mnohonásobný přístup

Techniky sériové komunikace > Synchronní přenos

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory

PRACOVNÍ NÁVRH VYHLÁŠKA. ze dne o způsobu stanovení pokrytí signálem televizního vysílání

MĚŘENÍ KVALITY ELEKTRICKÉ ENERGIE

Analogové modulace. Podpora kvality výuky informačních a telekomunikačních technologií ITTEL CZ.2.17/3.1.00/36206

Univerzita Hradec Králové Fakulta informatiky a managementu Katedra informatiky a kvantitativních metod

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta elektrotechniká katedra radioelektroniky. Radiové rozhraní UMTS-TDD HDSPA. Semestrální bakalářský projekt

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol

Představíme základy bezdrátových sítí. Popíšeme jednotlivé typy sítí a zabezpečení.

1. Základy teorie přenosu informací

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ VYSOKORYCHLOSTNÍ MOBILNÍ PŘÍSTUP POMOCÍ ŘEŠENÍ "FEMTOCELLS"

Mobilní telefonie a její možnosti využití v oblasti IZS ČR

Adaptabilní systém pro zvýšení rychlosti a spolehlivosti přenosu dat v přenosové síti

Mobilní sítě 3G a železniční bezdrátová přenosová síť

Očekávané vlastnosti a pokrytí ČR sítěmi LTE

Ceský telekomunikacní

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

EXTRAKT z české technické normy

Úvod do mobilních telekomunikačních sítí. Jan Jerie Jan Jerie červen 2014

Transkript:

Datové přenosy GPRS, EDGE - rozšíření GSM Úvod GSM (Global System for Mobile Communications) je již druhou generací mobilních sítí. Síť první generace byla založena na analogovém přenosu, její využití pro spojování hovorů je již na ústupu. Síť neposkytovala dostatečnou kapacitu, bezpečnost a ani možnost roamingu. Nicméně již vybudovanou infrastrukturu sítě lze například využít k datovým přenosům. Síť GSM, vybudována jako digitální buňková síť s komutací okruhů, se tedy označuje jako 2G (druhá generace). GSM je nejrozšířenějším představitelem sítě 2G. Mnoho dalších systémů 2G funguje ve Spojených státech amerických. To však představuje problém s kompatibilitou. Jedná se o systémy: D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System), TDMA/136 (zdokonalení systému D-AMPS), idem (systém firmy Motorola) a cdmaone (systém firmy Qualcomm). Spojování s komutací okruhů je ve většině případů pro přenos dat méně výhodné. MS MS BTS BSC MSC BSC BTS Legenda: MS Mobile Station - mobilní stanice BTS Base Transceiver Station - základnová stanice BSC Base Station Controler - řídící základnová jednotka MSC Mobile Switching Centre - ústředna Obr. 1 Znázornění spojení v síti s komutací okruhů GSM. [2] Vybudované spojení je obsazené i při požadavku na malý datový provoz (vysílání dat v relativně krátkých intervalech - např. jedenkrát za 5 minut). To sice poskytuje účastníkovi rychlou odezvu při přenosu, ale pro provozovatele sítě je nevýhodné, že takto neefektivně využívaný okruh, je blokován pro potřeby dalších účastníků sítě. Z toho vyplývá, že tento způsob komunikace není optimální ani pro účastníka - provozovatel sítě tuto službu příslušně tarifikuje. Proto došlo k rozšíření sítě o GPRS (General Packet Radio Service) Rozšíření o GPRS Síť GSM se rozšířila tak, aby bylo možné používat přenos s komutací paketů. Tato nadstavba dostala označení GPRS. Rozšíření v podstatě spočívá v implementování další sítě, která využívá pouze stávající rádiové rozhraní. Řídící základnová jednotka (BSC) je doplněna o jednotku PCU (Packet Control Unit), která zajišťuje správu přenosových prostředků pomocí protokolů RLC/MAC (Radio Link Control, Medium Access Control) a konverzi paketů na rámce. Další přidanou entitou je SGSN (Surving GPRS Support Node), odpovědná za řízení spojení s mobilní stanicí, autentifikaci, 1 / 13

interakci s částmi GSM sítě (VLR, HLR), účtování a konverzi protokolů mezi IP a protokoly užívanými mobilní stanicí. Rozhraní mezi externí IP sítí tvoří zařízení GGSN (Gateway GPRS Support Node), které zajišťuje směrování paketů, alokaci IP adres a slouží jako firewall. Toto rozšíření sítě je poměrně rozsáhlé, síť se začala označovat jako 2,5G. MS BTS BSC PCU SGSN GGSN Internet Legenda: MS Mobile Station - mobilní stanice BTS Base Transceiver Station - základnová stanice BSC Base Station Controler - řídící základnová jednotka PCU Packet Control Unit - jednotka řízení paketizace SGSN Surving GPRS Support Node GGSN Gateway GPRS Support Node Obr. 2 Znázornění spojení v síti s komutací paketů GPRS. [2] Rozšíření o EDGE Dalším evolučním stadiem sítě je právě technologie EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution, alternativně: Enhanced Data rates for Global Evolution). Jedná se o rozšíření GSM/GPRS sítě - využije se stávající struktura sítě a tentokrát se změní především rádiová část sítě. Změna spočívá také ve vylepšení stávajících protokolů, to však znamená pouhý softwarový upgrade. Hlavní zlepšení spočívá v přidání jednotky EDGE TRU (EDGE TRansceiver Unit), která umožňuje využít modulace s vyšším počtem stavů - 8PSK. Vnitřní struktura sítě se využívá stejným způsobem jako u GSM a GPRS. EDGE tedy nabízí jak přenos dat s komutací okruhů (Enhanced Circuit Switched Data), tak přenos dat s komutací paketů (Enhanced GPRS). Někdy se však označením EDGE myslí právě EGPRS, jelikož přenos s komutací okruhů ESCD obvykle bývá na pokraji zájmů (a to platí i pro tento dokument). Rozšížení je znázorněno na obr. 3, kde je zobrazena pouze část EGPRS. EGPRS používá vylepšené protokoly v rámci systému základnových stanic BSS (Base Station System) nicméně v dále v síti není mezi GPRS a EDGE (resp. EGPRS) rozdíl, obě technologie využívají stejné protokoly a stejné entity (SGSN a GGSN), to jen zdůrazňuje, že EGPRS je jen doplňkem stávající GPRS sítě. Technologie EDGE je jakýmsi můstkem mezi jednotlivými mobilními sítěmi. Může totiž být součástí jak evropské sítě druhé generace GSM tak i americké sítě druhé generace DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone System), kde bývá označováno jako UWC-136 2 / 13

(Universal Wireless Communication). Technologie EDGE dokonce tvoří můstek i mezi jednotlivými generacemi, neboť je jedním z pěti standardů pro rádiové rozhraní sítě třetí generace IMT-2000. GPRS GPRS protokol BTS PCU SGSN GGSN Internet EDGE TRU EGPRS EGPRS protokol EGPRS = GPRS Legenda: BTS Base Transceiver Station - základnová stanice EDGE TRU EDGE Transceiver Unit - jednotka podporující 8PSK PCU Packet Control Unit - jednotka řízení paketizace SGSN Surving GPRS Support Node GGSN Gateway GPRS Support Node Modulace Obr. 3 Znázornění provázanosti EDGE (resp. EGRPS) s GPRS. [1] V GSM/GPRS síti se používá modulace (resp. klíčování) GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). GMSK je typem diferenčního fázového klíčování. Vysílání log. 1 resp. log. 0 je reprezentováno kladnou resp. zápornou změnou hodnoty fáze. V rámci jedné vysílací periody je tedy možný jeden ze dvou stavů fáze - kladný nebo záporný přírůstek - to znamená, že modulační rychlost je rovna rychlosti přenosové. Hodnota modulační rychlosti je dána použitou šířkou kanálu v rámci FDMA přístupu (Frequency Division Multiple Access). Navýšení přenosové rychlosti je tedy možné jen zvýšením počtu symbolů vysílaných během vysílací periody (jednotkového intervalu). GMSK klíčování (GPRS/EDGE) 8PSK klíčování (EDGE) Im (0,1,0) 1 (0,0,0) Im (0,1,1) Re (0,0,1) Re (1,1,1) 0 (1,0,1) (1,1,0) (1,0,0) Obr. 4 Klíčovací diagramy pro GPRS a EDGE. [1] 3 / 13

Modulační rychlost kanálu FDMA je 271kb/s. Kanál FDMA je ještě rozdělen vícenásobným časovým přístupem (TDMA - Time Division Multiple Access) na osm částí (timeslotů - TS). Modulační rychlost jednoto timeslotu je tedy 33,9kb/s. Tato rychlost je tedy při použití dvoustavové modulace zároveň rychlostí přenosovou. Avšak jedná se rychlost na fyzické vrstvě a je tedy od ní nutné odečíst patřičnou režii nutnou pro přenos. EDGE zavádí osmistavové fázové klíčování 8PSK (8-Phase Shift keying), které splňuje požadavky na zachování šířky kanálu a na interferenci s vedlejšími kanály stejně jako GMSK, a umožňuje tedy integraci EDGE do existujících frekvenčních plánů GSM sítě (viz. obr. 5). V rámci 8PSK jsou tři po sobě následují bity mapovány do jednoho symbolu. Přenosová rychlost je tedy trojnásobná vůči GMSK. Obr. 5 Srovnání spekter GMSK a 8PSK. [4] Na druhou stranu je třeba zdůraznit, že zvýšení počtu stavů zároveň vede ke snížení odolnosti proti rušení. Vzdálenost mezi jednotlivými symboly se totiž sníží a přijímač má tak stíženou úlohu při detekci jednotlivých stavů. Při dobrých podmínkách na rádiovém rozhraní to neznamená problém. Avšak při zhoršených podmínkách to způsobuje komplikace. Modulační kódová schémata Pro GPRS byla definována čtyři kódová schémata, označovaná CS1 až CS4 (Coding Scheme). Jednotlivá kódová schémata se liší množstvím ochranných informací. Tyto redundantní informace zajišťují správný příjem dat i při zvýšené chybovosti. A právě na základě chybovosti, dané rušením na rádiovém kanálu, se jednotlivá kódová schémata nasazují. Při silném rušení je nutné použít robustní kódové schéma CS1, které, na rozdíl od 4 / 13

CS2 a CS3, používá kromě konvolučního kódování v poměru 1/2 i další přídavné kontrolní bity. Naproti tomu kódové schéma CS4 nepoužívá žádnou ochranu, přidává se pouze kontrolní sekvence CRC (Cyclic Redundancy Check). To mu umožňuje přenést větší množství užitečných dat, ovšem jen v případě příznivých podmínek na rádiovém kanálu. Pro EDGE je dáno devět modulačních kódových schémat (MCS - Modulation Coding Scheme). Jejich účel je stejný jako u kódových schémat pro GPRS. Modulační kódová schémata se navíc liší - kromě množství ochranných dat - typem použité modulace (resp. klíčování). Při nevýhodných podmínkách na rádiovém kanálu totiž není efektivní používat klíčování 8PSK a velké množství ochranných dat. Je výhodnější použít klíčování GMSK, které je díky své robustnosti odolné vůči rušení samo o sobě. Proto jsou si kódová schémata CS1 až CS4 nápadně podobná s modulačními kódovými schémat MCS1 až MCS4. Drobné rozdíly spočívají v odlišných velikostech záhlaví (a tím pádem i v objemu uživatelských dat), jelikož EDGE pozměňuje i protokolovou část přenosu. 60 50 v p [ kb/s ] GPRS EDGE 40 30 20 10 0 8,0 12,0 14,4 20,0 8,4 CS1 CS2 CS3 CS4 MCS1 MCS2 MCS3 MCS4 MCS5 MCS6 MCS7 MCS8 MCS9 11,2 14,8 17,6 22,4 29,9 44,8 54,6 59,2 GMSK 8PSK Obr. 6 Kódová schémata pro GPRS a EDGE. Zdroj [1] Z předchozího srovnání (obr. 6) je patrné, že i při dobrých podmínkách na rádiovém kanálu, dosahuje GPRS přenosové rychlosti na jeden timeslot maximálně 20kb/s, zatímco EDGE poskytuje přenosovou rychlost až 59,2kb/s. Tyto přenosové rychlosti udávají použitelnou kapacitu pro uživatelská data (resp. pro data vyšších vrstev referenčního modelu RM-OSI). Kvalita rádiového kanálu je vyjádřena parametrem C/I (Carrier-to-Interference ratio), tedy poměrem mezi úrovní nosného signálu ku nežádoucímu signálu. Jedná se o obdobu parametru SNR (Signal-to-Noise Ratio). Čím je odstup nosného signálu od rušení menší, tím 5 / 13

se zvyšuje nejistota při vyhodnocování jednotlivých stavů modulace. Při určité hodnotě C/I je výhodnější použít klíčování GMSK, které je vůči rušení odolnější, jelikož jednotlivé stavy mají mezi sebou větší vzdálenost než stavy u klíčování 8PSK (viz. obr. 4). Závislost propustnosti (přenosové rychlosti) pro jednotlivá modulační kódová schémata zobrazuje následující graf, na kterém černá křivka představuje optimální průběh nasazování jednotlivých modulačních kódových schémat během přenosu EDGE. 8PSK GMSK Obr. 7 Přenosové rychlosti jednotlivých MSC v závislosti na kvalitě rádiového kanálu (C/I). [5] Průběh pro nasazování kódovacích schémat pro GPRS by byl obdobný, jen by poskytoval pouze čtyři kódovací schémata. Následující graf srovnává přenosové rychlosti GPRS a EGPRS. Dále se však zaměřím spíše na EGPRS. Graf na další stránce zobrazuje vlastně stejnou závislost jako předchozí graf. Jedná se opět o závislost přenosové rychlosti na kvalitě rádiového kanálu (C/I). Nicméně v následujícím případě vyjadřuje osa nezávisle proměnné vzdálenost od základnové stanice (BTS), to je ale v podstatě opět závislost na kvalitě rádiového kanálu (C/I), avšak s jiným měřítkem. Graf srovnává možné přenosové rychlosti GPRS a EGPRS. Je patrné, že význam EGPRS s rostoucí vzdáleností (resp. klesajícím C/I) klesá. 6 / 13

Přenosová rychlost vzdálenost od BTS (resp. C/I) Obr. 8 Závislost přenosových rychlostí GPRS a EGPRS na vzdálenosti od BTS. [5] Podrobnější srovnání jednotlivých modulačních kódových schémat nabízí následující tabulka. Modulační kódové schéma Typ klíčování Přenosová rychlost na TS [kb/s] Kódový poměr R [ - ] Minimální C/I [db] MCS1 8,8 0,53 9,5 MCS2 11,2 0,66 12 GMSK MCS3 14,8 0,85 16,5 MCS4 17,6 1,00 21,5 MCS5 22,4 0,37 14,5 MCS6 29,6 0,49 17 MCS7 8PSK 44,8 0,76 23,5 MCS8 54,4 0,92 29 MCS9 59,2 1,00 32 Tab. 1 Modulační kódová schémata pro EDGE. [4] Parametr kódový poměr R udává poměr mezi objemem uživatelských dat a množstvím výstupních zakódovaných dat v radiobloku. Tedy nejsou-li uživatelská data zabezpečena je hodnota kódového poměru R = 1/1 = 1 Parametr Minimální C/I udává minimální hodnotu C/I (Carrier-to-Interference ratio), při které dojde k přechodu na dané modulační kódové schéma. Porovnáním minimálních hodnot C/I s průběhy přenosových rychlostí na obr. 7 je patrné, že k nasazení jednotlivých modulačních kódových schémat nedochází přesně podle teoretického průběhu, ale je uvažována určitá rezerva. 7 / 13

Přenosové rychlosti EDGE Přenosová rychlost EDGE bývá deklarována v různých reklamních materiálech všelijak. Občas se dokonce vyskytuje hodnota 473,6kb/s. Pojďme se nyní podívat, jak toto číslo vzniklo, na čem přenosová rychlost záleží, za jakých podmínek jí lze dosáhnout a zda lze vůbec dosáhnout předpokládaných podmínek. Přenosová rychlost je dána přenosovou rychlostí na jeden timeslot a počtem timeslotů, které jsou použity pro daný směr přenosu (downlink či uplink). Přenosová rychlost na jeden timeslot je dána zvoleným modulačním kódovým schématem, které je zvoleno na základě kvality rádiového kanálu (C/I). Přenosová rychlost na jeden timeslot je tedy v rozmezí 8,4 59,2kb/s. Počet timeslotů, které jsou využity pro přenos je limitován dvěma faktory - technickými parametry mobilní stanice (Multislot Class) a volnou kapacitou sítě. Parametr Multislot Class udává počet maximální timeslotů, které je mobilní stanice schopna obsadit během jednoho TDMA rámce pro sestupný směr přenosu (downlink), pro vzestupný směr přenosu (uplink) a kolik timeslotů může být obsazeno celkem (downlink + uplink). Multislot Class 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Downlink 1 2 2 3 2 3 3 4 3 4 4 4 Uplink 1 1 2 1 2 2 3 1 2 2 3 4 Downlink + Uplink 2 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 5 Tab. 2 Rozdělení mobilních stanic do tříd (Multislot Class). [6] Mobilní stanice třídy jedna by tedy v síti EDGE mohla přenášet data rychlostí 8,4 59,2kb/s pro downlink a pro uplink rovněž rychlostí 8,4 59,2kb/s (celkem 16,8 118,4kb/s). Mobilní stanice třídy jedna patří spíše do časů, kdy se začínalo s GPRS. Mobilní stanice podporující EDGE bude pravděpodobně schopna využívat více timeslotů. Například v třídě deset může mobilní stanice využívat až pět timeslotů najednou. Tedy například čtyři timesloty pro downlink a jeden timeslot pro uplink (značí se: 4+1). To znamená přenosové rychlosti 33,6 236,8kb/s pro downlink a 8,4 59,2kb/s pro uplink. Obsazený počet timeslotů může být samozřejmě i jinou kombinací (3+2, 2+2, 1+2, ) ale maximálně pět timeslotů celkem. Jako obvykle se předpokládá asymetrický provoz (objem dat na downlinku převyšuje objem dat na uplinku). Avšak například v třídě dvanáct je možné obsadit timesloty i v kombinaci 1+4 a dosáhnout tak na uplinku přenosové rychlosti až 236,8kb/s, což je hodnota relativně úctyhodná. To je však možné pouze za předpokladu, že mobilní stanice podporuje klíčování 8PSK i pro vysílání (uplink). Některé mobilní stanice právě s předpokladem asymetrického provozu (ve prospěch downlinku) nemusí být v rámci šetření 8 / 13

vybaveny vysílačem podporujícím klíčováním 8PSK ale jen standardním GMSK (přijímací část klíčování 8PSK pochopitelně podporuje). Omezení využití maximálně pěti timeslotů v jednom TDMA rámci je dáno tím, že mobilní stanice musí při přechodu z příjmu (downlinku) přeladit své vysokofrekvenční obvody na kmitočet pro vysílání (uplink) a naopak. Toto přelaďování zabere mobilní stanici určitý čas, během kterého samozřejmě nemůže vysílat ani přijímat data, takže z osmi možných timeslotů v jednom TDMA rámci by mohla využít pouze šest. Ale protože mobilní stanice také musí provádět proměřování kvality rádiového kanálu, které jí zabere další timeslot, tak může celkem využít maximálně pět timeslotů v rámci jednoho TDMA rámce (který má osm timeslotů). Samozřejmě počet přidělených timeslotů nezávisí jen na schopnostech mobilní stanice ale také na dostupné kapacitě sítě. přeladění (měření) přeladění (měření) 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Downlink příjem vysílání příjem vysílání 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 Uplink zpoždění 3TS přeladění TDMA rámec přeladění Obr. 9 Časový průběh timeslotů (burstů) downlinku a uplinku (3+2 timesloty) Tedy i za předpokladu, že podmínky na rádiovém kanálu jsou příznivé a je tedy možné použít modulační kódové schéma MCS9, které umožňuje přenášet data rychlostí 59,2kb/s na jeden timeslot může být součet rychlostí na downlinku a uplinku maximálně 5 59,2kb/s = 296kb/s. Hodnota 473,6kb/s by byla dosažitelná pouze v případě, že by mobilní stanice byla schopná obsadit všech osm timeslotů v TDMA rámci (8 59,2kb/s = 473,6kb/s). I kdyby měla mobilní stanice nezávislý přijímač a vysílač, a nemusela by tak přelaďovat mezi kmitočty pro downlink a uplink, stále by bylo nutné využívat jeden timeslot pro měření rádiového kanálu. Avšak z finančních důvodů nejsou mobilní stanice vybavovány samostatným přijímačem a vysílačem. Proto je tedy maximální počet timeslotů pět a tedy maximální přenosová rychlost je 296kb/s (v součtu pro downlink i uplink). Zmiňovat přenosové rychlosti 473,6kb/s či 384kb/s považuji proto za minimálně nekorektní. Dalším, rozpaky vzbuzujícím, sdělením je předpoklad, že díky teoreticky trojnásobné rychlosti EDGE dojde k uvolnění kapacity sítě. K tomu by mohlo dojít, pokud by potřeby (objemy přenášených dat) uživatelů GPRS zůstaly nezměněny a zároveň by uživatelé přešli na technologii EDGE. To je však, dle mého názoru, předpoklad nereálný. Spíše se zdá, že 9 / 13

potřeby na přenosové rychlosti zatím rostou rychleji než jejich nabídka (alespoň u běžných mobilních rádiových připojení). Samozřejmě, že dalším podstatným faktorem je cenová politika poskytovatele. Ovšem těžko lze současně tvrdit, že EDGE umožní využívat služeb 3G a zároveň povede k odlehčení provozu v GSM síti. GSM/GPRS Transceiver BCCH Hovor Hovor Hovor Hovor Data (GPRS) Data (GPRS) Data (GPRS) GSM/EDGE Transceiver BCCH Hovor Hovor Hovor Hovor Data (EDGE) Volný timeslot Volný timeslot Uvolněná kapacita Obr. 10 Uvolnění kapacity sítě využívající EDGE při nezměněném provozu dat (BCCH Broadcast Control Channel). [5] Přenosové rychlosti, měřené v reálných podmínkách [7] a [8] dosahují pro EGPRS zhruba hodnot 200kb/s pro sestupný směr přenosu (downlink) a 90kb/s pro vzestupný směr přenosu (uplink). Měření bylo prováděno s mobilní stanicí Nokia 6630 (Multislot Class 10 (4+2)). Transportní zpoždění (latence - doba mezi požadavkem a reakcí na něj) není, podobně jako u GPRS, malé. Naměřené hodnoty se pohybují v rozmezí 450 900ms. Avšak další specifikace technologie EDGE slibují zmenšení na přijatelnější úroveň. Protokolové rozdíly mezi GPRS a EDGE EDGE nezavádí pouze další modulaci, ale přináší zlepšení i v použivých protokolech. Změny se týkají protokolů blízkých fyzické vrstvě konkrétně RLC/MAC. Změny jsou spíše drobné, nicméně mají relativně velký pozitivní dopad. Nejzajímavější změny jsou: možnost resegmentace, možnost prokládání po menších jednotkách, inkrementální redudance, zvýšení adresačního okna a častější měření kvality rádiového kanálu. To jsou změny, které umožňují být systému EDGE, oproti GPRS, agresivnější při nasazování modulačních kódových schémat. Díky tomu EDGE přináší vyšší přenosové rychlosti i za stejných podmínek na rádiovém kanálu. 10 / 13

Závěr Technologie přepojování okruhů není pro efektivní přenos dat vhodná. Proto došlo k rozšíření GSM sítě o síť GPRS. Využilo se stávající rádiové rozhraní a vybudovalo se nové jádro sítě. EDGE naopak znamená zlepšení rádiového rozhraní a využití již vybudované GSM/GPRS sítě. Tedy vybudování GPRS sítě znamenalo poměrně rozsáhlé investice na vybudování paralelního jádra sítě. Implementace EDGE znamená pouze výměnu jednoho modulu v BTS a softwarový upgrade některých dalších elementů sítě. Přestože lze počet BTS počítat v tisících nepředstavuje implementace EDGE do části sítě výrazné náklady a přináší zajímavý nárůst přenosové rychlosti. Zvýšení přenosové rychlosti je dáno především modulací 8PSK, kterou lze však použít jen při příznivých podmínkách na rádiovém kanálu. Nicméně EDGE zavádí i zlepšení do protokolové části přenosu. Tato zlepšení také příznivě ovlivňují přenosovou rychlost a odstraňují některé neduhy GPRS. Další zvyšování přenosové rychlosti v síti GSM/GPRS již nevidím jako možné. Modulace 8PSK je na hraně (jedním z významů anglického slova edge je hrana) využitelnosti 200kHz kanálu, aniž by docházelo k nepřijatelným interferencím se sousedními kanály. 11 / 13

Seznam použitých zkratek 8PSK BSC BSS BTS C/I CDMA CS CSD D-AMPS ECSD EDGE EDGE TRU EGPRS FDMA GGSN GMSK GPRS GSM HLR IMT-2000 IP MAC MCS MS MSC PCU RLC RM-OSI SGSN SNR TDMA TS TRU UWC-136 VLR 8-Phase Shift Keying Base Station Controler Base Station System Base Transceiver Station Carrier-to-Interference ratio Code Division Multiple Access Coding Scheme Circuit Switched Data Digital Advanced (event. American) Mobile Phone System Enhanced Circuit Switched Data Enhanced Data rates for GSM Evolution Enhanced Data for Global Evolution (značení firmy Ericsson) EDGE TRansceiver Unit Enhanced General Packet Radio Service Frequency Division Multiple Access Gateway GPRS Support Node Gaussian Minimum Shift Keying General Packet Radio Service Global System for Mobile Communications (původně Groupe Spécial Mobile) Home Location Register International Mobile Telecommunications Internet Protocol Medium Access Control (event. Mobile Allocation Control) Modulation Coding Scheme Mobile Station Mobile Switching Centre Packet Control Unit Radio Link Control Reference Model - Open System Interconnection Surving GPRS Support Node Signal-to-Noise Ratio Time Division Multiple Access TimeSlot TRansceiver Unit Universal Wireless Communication Visit Location Register 12 / 13

Seznam použité literatury [1] White Paper: EDGE. Ericsson 2003 [2] Čapek J.: General Packet Radio Service. Prezentace pro ČVUT - Mobilní komunikace, 2004 [3] Svoboda J. a kol.: Telekomunikační technika, 2. a 3. díl. Sdělovací technika, 1999 [4] Krid N., Zhang B., Guedacha F.: Enhanced Data rates for the GSM Evolution (EDGE). Réseax de Radiocommunications avec des Mobiles, 2001 [5] Bamburak M.: Business Case Factors for EDGE. AT&T Wireless, 2002 [6] Vacek P.: Vývoj mobilních sítí 2G a 2,5G, http://access.comtel.cz/, 2005 [7] Lutonský M.: Jak nám to sviští: test rychlosti EDGE T-Mobilu. mobilmania.cz, 2004 [8] Gargulák A., Korec M. : Reálne skúsenosti s EDGE: Test služby SuperSpeed. mobil.sk, 2004 [9] Slavík J.: Veřejné mobilní komunikace a role EDGE v přechodu od 2G ke 3G. Prezentace pro ČVUT - Rádiové systémy, 2005 13 / 13