Một kỹ thuật điều chế mới có thể áp dụng tại giao diện vô tuyến là 8-PSK sao cho một ký tự có thể mang một tổ hợp 3 bit thông tin và do vậy tốc độ bit sẽ đợc cải thiện đáng kể. Khi kỹ thuật này đợc kết hợp vơí các kỹ thuật mã hoá kênh phức tạp, ngời ta có thể đạt đợc tốc độ dữ liệu 48 Kbps so với 9,6 Kbps cho một kênh ở GSM truyền thống và trong trờng hợp này một bit thông tin chính là một ký tự tại giao diện vô tuyến. Kỹ thuật làm tăng tốc độ dữ liệu trên đợc gọi là EDGE ( Enhance Data Rates for Global/ GSM Evolution).
Sự phát triển của EDGE chia làm hai giai đoạn:
EDGE giai đoạn 1 đợc coi là E-GPRS (Enhanced GPRS). Cũng nh vậy BSS đổi thành E-RAN (mạng truy nhập vô tuyến EDGE). Giai đoạn 1 EDGE xác định các phơng pháp điều chế và mã hoá kênh nhằm đạt đợc tốc độ mã hoá dữ liệu lên đến 384 Kbps cho lu lợng chuyển mạch gói dới các điều kiện xác định. Giả thiết ở đây là một thiết bị đầu cuối khi có 8 khe thời gian của giao diện Um sẽ cho một đờng kết nối tốc độ 8* 48 Kbps=384 Kbps. Ngoài ra thiết bị đầu cuối EDGE phải ở gần BTS để sử dụng tốc độ mã hoá kênh cao hơn.
EDGE giai đoạn 2 có tên thơng mại là E-HSCSD và nhằm đạt đợc tốc độ truyền dữ liệu trên cho các dịch vụ chuyển mạch kênh.
Mục tiêu chính của EDGE là tăng cờng khả năng truyền số liệu của mạng GSM/GPRS. Nói một cách khác, mục tiêu này là nén nhiều bit hơn trong một giây ở sóng mang có cùng độ rộng băng tần 200 KHz và 8 khe thời gian. Trớc hết để thực hiện điều này ngời ta chuyển từ sơ đồ điều chế GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying: khoá chuyển pha Gauss cực tiểu) ở GSM sang sơ đồ điều chế 8-PSK. Nhờ chuyển đổi này mà về mặt lý thuyết EDGE có thể hỗ trợ tốc độ tới 384 kbps. Rõ ràng là EDGE tiến bộ hơn nhiều so với GPRS, tuy nhiên nó vẫn
cha đạt đến yêu cầu dung lợng của thế hệ thứ ba thực sự (hỗ trợ đến dung lợng 2 Mbps). Nh vậy có thể coi EDGE là thế hệ 2,5 G.
Về cấu trúc mạng EDGE có kiến trúc mạng cơ bản giống nh kiến trúc mạng GPRS. Các phần tử mạng, các giao thức, các giao diện và các thủ tục đều rất giống nhau. Tất nhiên cũng có một số điểm khác nhng không đáng kể. Điểm khác nhau trớc tiên là sự tăng cờng của giao diện vô tuyến ở EDGE.
Với cùng một dải tần, để truyền đợc tốc độ cao hơn ta phải dùng các kỹ thuật điều chế để tăng hiệu xuất băng thông.
Hiệu xuất băng thông là số bit truyền đợc trong một giây trên 1 Hz băng thông. Đối với vô tuyến, theo Nyquist băng thông truyền dẫn cần thiết phụ thuộc vào phơng thức điều chế và tốc độ truyền theo công thức sau:
B = Vbaud (1+α) (Hz) Trong đó:
- B : Băng thông truyền dẫn (Hz). - Vbaud : 1/T (baud) là tốc độ truyền dẫn.
- T: là độ dài bit của tín hiệu đa lên điều chế (s).
- α: là hệ số đặc trng cho độ dốc của đặc tuyến truyền dẫn của bộ lọc (bộ lọc lý tởng α = 0).
Ngoài ra quan hệ giữa tốc độ điều chế và tốc độ bit là: Vbaud =Vbit/log2M
- Với Vbit là tốc độ bit (bit/s), Vbit = 1/Tb, Tb là độ dài của một bit (s). - M là số trạng thái điều chế.
Do đó hiệu suất băng thông đợc tính nh sau:
η = Vbit/B = Vbaud. log2M/ Vbaud. (1+α) (bit/s/Hz).
Ta thấy hiệu suất băng thông phụ thuộc vào M (số mức của tín hiệu), vậy để tăng η thì phải tăng số mức của của tín hiệu điều chế hay ta nhóm nhiều bit thành một baud.
Dịch vụ GPRS đã kết hợp các khe thời gian, tạo ra tốc độ cao hơn so với tốc độ truyền số liệu đợc cung cấp bởi các dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh của GSM. Tuy nhiên kỹ thuật này vẫn dựa vào kỹ thuật điều chế 0,3 GMSK nguyên thủy nh ở GSM, do đó làm hạn chế tốc độ truyền. Điều chế 0,3 GMSK là bộ điều chế có bộ lọc băng thông với độ rộng băng ở 3 dB bằng 81,25 Khz. ở GSM tốc độ ký hiệu là 270,833 Ksps, trong đó mỗi ký hiệu thể hiện một bit, vì thế tốc độ này cũng bằng 270,833 Kbps đợc mang ở sóng mang có độ rộng băng là 200 KHz nên hiệu suất băng thông trong trờng hợp này là 1,35 bit/s/Hz.
Mục đính của EDGE là tăng hiệu suất băng thông để có thể nén đợc nhiều bit hơn trong độ rộng băng 200 KHz. Điều chế 8- PSK cho phép thực hiện mục đích này. ở điều chế 8 –PSK mỗi nhóm 3 bit sẽ đợc đa vào bộ điều chế pha, để sau đó đa ra dãy chu trình hình sin có pha thay đổi tuỳ thuộc nhóm bit vào. 3 bit sẽ cho ra 8 pha khác nhau. ở đây dòng bit vào đợc chia làm 3 trớc khi điều chế sóng mang. Nh vậy mỗi ký hiệu là 3 bit và đợc truyền ở một trong số 8 trạng thái pha sau đây của sóng mang: 450, 900, 1350, 1800, 2250, 2700, và 3150. Vì mỗi ký hiệu chứa 3 bit nên nếu coi rằng tốc độ ký hiệu bằng độ rộng băng tần 200 KHz, thì EDGE có thể hỗ trợ tốc độ bit lên đến: 200 x 3 = 600 Kbps và hiệu suất sử dụng băng tần trong trờng hợp này sẽ là 3 bit/s/Hz, gấp hơn hai lần so với hiệu suất sử dụng băng thông ở GSM. Tất nhiên ta không thể nhận đợc sự tăng hiệu suất lớn sử dụng băng tần nh vậy.
So sánh GMSK trong GSM và 8- PSK trong EDGE:
Về hiệu suất công suất:
Pbit: công suất bit dữ liệu.
Pbaud: công suất mẫu (nhiều bit/baud). Pbaud: M/2(M-1).Pbit
- Với GMSK trong GSM: M =2. Do đó : Pbaud = 2/2(2-1). Pbit.
⇒ Pbaud =Pbit.
- Với 8- PSK trong EDGE: M = 8 mức nên: Pbaud = 8/2(8-1). Pbit. ⇒ Pbaud = 4/7 Pbit.
Về tỉ số sóng mang trên nhiễu C/N (Carrier/ Noise):
- Với GMSK trong GSM để đạt BER = 10-6 thì C/N = 10 dB. - Với 8 – PSK trong EDGE C/N = 24,13 dB với cùng BER =10-6. Vậy cùng với việc nâng cao hiệu suất băng thông với trả giá là phải tăng tỷ số sóng mang trên nhiễu C/N.
Nhận xét:
- Ta thấy biên độ của tín hiệu GSM là hằng số còn biên độ của tín hiệu EDGE là thay đổi theo thời gian. Do đó trong EDGE việc thiết kế các bộ khuếch đại tín hiệu rất phức tạp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hiệu suất công suất của điều chế 8 – PSK chỉ bằng 4/7 của điều chế GMSK. Do đó công suất phát của máy thu phát EDGE phải lớn gấp đôi so với GSM. Điều này sẽ ảnh hởng lớn đến chế tạo thiết bị đầu cuối và các trạm thu phát công suất nhỏ nh Micro BTS, Pico BTS.
Để khắc phục khó khăn về công suất của máy đầu cuối ngời ta đa ra giải pháp:
- Máy đầu cuối ở đờng lên sẽ phát tín hiệu sử dụng điều chế GMSK còn trạm thu phát gốc BTS ở đờng xuống tín hiệu điều chế 8- PSK. Vì phần lớn các ứng dụng tốc độ cao đều nằm ở đờng xuống (nh truy cập internet, ứng dụng dịch vụ đa phơng tiện) giải pháp này nhằm hạn chế tính phức tạp cho máy đầu cuối.
- Ngoài việc phải tăng thêm giá thành do phải sản xuất thiết bị sử dụng điều chế 8- PSK ta cũng gặp trở ngại là 8- PSK nhạy cảm với tạp âm hơn so với 0,3 GMSK. Vì ở 8- PSK các trạng thái pha khá gần nhau nên một lợng tạp âm nhỏ so với 0,3 GMSK là có thể dẫn đến thay đổi vị trí của trạng thái pha và dẫn đến xuất hiện lỗi. Hiệu quả trực tiếp của vấn đề này là nếu một BTS hỗ trợ cả điều chế 8- PSK và 0,3 GMSK và có cùng công suất phát cho cả hai loại điều chế, vùng phủ sóng đối với 8- PSK sẽ hẹp hơn đối với 0,3 GMSK. Chính vì lý do này mà các tiêu chuẩn đề ra cho EDGE phải cho phép thay đổi cả sơ đồ mã hoá lẫn điều chế khi thay đổi điều kiện truyền sóng. Nh vậy nếu ngời sử dụng di chuyển đến biên ô, hậu quả giảm tỷ số tín hiệu trên tạp âm sẽ làm cho mạng phải giảm thông lợng của ngời sử dụng hoặc bằng cách thay đổi sơ đồ mã hoá kênh để phát hiện và sửa đợc nhiều lỗi hơn hoặc thay đổi sơ đồ điều chế đến GMSK. Khi này điều kiện duy nhất mà ngời sử dụng nhận thấy là thông lợng giảm. Mặt hạn chế của EDGE là vẫn dựa vào chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói và hạn chế tốc độ 384 Kbps nên sẽ khó khăn trong việc ứng dụng các dịch vụ đòi hỏi việc chuyển mạch linh động hơn và tốc độ truyền dữ liệu lớn hơn (khoảng 2Mbps) trong tơng lai. Khi ấy buộc phải sử dụng chuẩn di động thế hệ 3 nh W-CDMA chẳng hạn.
Đứng trên quan điểm phát triển mạng nói chung thì EDGE có cả u điểm và nhợc điểm. Ưu điểm chính của công nghệ này là có thể đạt đợc tốc độ truyền dữ liệu gần nh tơng đơng với nh cầu phủ sóng ở vùng đô thị của công nghệ UMTS. Nhợc điểm là tốc độ dữ liệu này khó đạt đợc cho toàn bộ các thuê bao trên toàn cell phủ sóng. Nếu yêu cầu cho toàn bộ một vùng với công nghệ EDGE thì chắc chắn số lợng cell phủ sóng trong vùng này sẽ phải tăng lên đáng kể. Nói cách khác, EDGE là giải pháp đắt giá về công nghệ sử dụng cho một số trờng hợp.
Nhận thấy hạ tầng GSM đợc sử dụng hiệu quả chỉ có giao diện A- bis cần thay đổi chút ít. Một điểm quan trọng là sự phủ sóng và kế hoạch tần số không cần thiết có thay đổi khi triển khai EDGE. Hơn nữa, vì các kênh vật lý EDGE có thể đợc sử dụng cho các dịch vụ GSM chuẩn, không cần có sự phân chia cố định các kênh giữa các dịch vụ.