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Débits de données améliorés pour GSM Evolution

Panneau EDGE affiché dans la barre de notification sur un smartphone Android EDGE ( Enhanced Data rates for GSM Evolution ), également connu sous le nom de 2,75G , GPRS amélioré...

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EDGE ( Enhanced Data rates for GSM Evolution ), également connu sous le nom de 2,75G , GPRS amélioré ( EGPRS ), IMT Single Carrier ( IMT-SC ) et Enhanced Data rates for Global Evolution , est une technologie de téléphonie mobile numérique 2G pour la transmission de données. Il s'agit d'un sous-ensemble du General Packet Radio Service (GPRS) sur le réseau GSM et l'améliore en offrant des vitesses proches de la technologie 3G , d'où le nom 2,75G. Il est également reconnu comme faisant partie de la norme International Mobile Telecommunications - 2000 (IMT-2000).

EDGE a été déployé sur les réseaux GSM à partir de 2003, initialement par Cingular (aujourd'hui AT&T ) aux États-Unis. Grâce à l'introduction de méthodes sophistiquées de codage et de transmission de données, EDGE offre des débits binaires plus élevés par canal radio, ce qui se traduit par une multiplication par trois de la capacité et des performances par rapport à une connexion GSM/GPRS ordinaire - à l'origine une vitesse maximale de 384 kbit/s. EDGE peut être utilisé pour toute application à commutation de paquets , telle qu'une connexion Internet .

EDGE est également normalisé par le 3GPP dans le cadre de la famille GSM. Une variante, appelée Compact-EDGE, a été développée pour être utilisée dans une partie du spectre du réseau Digital AMPS . EDGE fait partie de la définition 3G de l'UIT . L'évolution de EDGE se poursuit dans la version 7 de la norme 3GPP en offrant une latence réduite et des performances plus que doublées, par exemple pour compléter l'accès par paquets à haut débit ( HSPA ). On peut s'attendre à des débits binaires de pointe allant jusqu'à 1 Mbit/s et des débits binaires typiques de 400 kbit/s.

Technologie

EDGE/EGPRS est implémenté comme une amélioration complémentaire pour les réseaux GSM/GPRS 2,5G , ce qui facilite la mise à niveau des opérateurs GSM existants. EDGE est un sur-ensemble du GPRS et peut fonctionner sur n'importe quel réseau sur lequel le GPRS est déployé, à condition que l'opérateur mette en œuvre la mise à niveau nécessaire. EDGE ne nécessite aucune modification matérielle ou logicielle dans les réseaux centraux GSM. Des unités d'émission-réception compatibles EDGE doivent être installées et le sous-système de station de base doit être mis à niveau pour prendre en charge EDGE. Si l'opérateur l'a déjà mis en place, ce qui est souvent le cas aujourd'hui, le réseau peut être mis à niveau vers EDGE en activant une fonction logicielle facultative. Aujourd'hui, EDGE est pris en charge par tous les principaux fournisseurs de puces pour GSM et WCDMA / HSPA .

Techniques de transmission

En plus de la modulation par déplacement minimum gaussien (GMSK), EDGE utilise la modulation par déplacement de phase PSK/8 d'ordre supérieur (8PSK) pour les cinq premiers de ses neuf schémas de modulation et de codage. EDGE produit un mot de 3 bits pour chaque changement de phase de la porteuse. Cela triple effectivement le débit de données brut offert par le GSM. EDGE, comme le GPRS , utilise un algorithme d'adaptation de débit qui adapte le schéma de modulation et de codage (MCS) en fonction de la qualité du canal radio, et donc du débit binaire et de la robustesse de la transmission de données. Il introduit une nouvelle technologie absente du GPRS, la redondance incrémentale , qui, au lieu de retransmettre les paquets perturbés, envoie davantage d'informations de redondance à combiner dans le récepteur. Cela augmente la probabilité d'un décodage correct.

EDGE peut transporter une bande passante allant jusqu'à 236 kbit/s (avec une latence de bout en bout inférieure à 150 ms) pour 4 intervalles de temps (le maximum théorique est de 473,6 kbit/s pour 8 intervalles de temps) en mode paquet. Cela signifie qu'il peut gérer quatre fois plus de trafic que le GPRS standard. EDGE répond aux exigences de l' Union internationale des télécommunications pour un réseau 3G et a été accepté par l'UIT dans le cadre de la famille de normes 3G IMT-2000 . Il améliore également le mode de données de circuit appelé HSCSD , augmentant le débit de données de ce service.

Schéma de modulation et de codage EDGE (MCS)

Le processus de codage de canal dans GPRS ainsi que EGPRS/EDGE se compose de deux étapes : tout d'abord, un code cyclique est utilisé pour ajouter des bits de parité, également appelés séquence de contrôle de bloc, suivi d'un codage avec un code convolutionnel éventuellement perforé . Dans GPRS, les schémas de codage CS-1 à CS-4 spécifient le nombre de bits de parité générés par le code cyclique et le taux de perforation du code convolutionnel. Dans les schémas de codage GPRS CS-1 à CS-3, le code convolutionnel est de taux 1/2, c'est-à-dire que chaque bit d'entrée est converti en deux bits codés. Dans les schémas de codage CS-2 et CS-3, la sortie du code convolutionnel est perforée pour obtenir le taux de code souhaité. Dans le schéma de codage GPRS CS-4, aucun codage convolutionnel n'est appliqué.

Dans EGPRS/EDGE, les schémas de modulation et de codage MCS-1 à MCS-9 remplacent les schémas de codage du GPRS et précisent en outre quel schéma de modulation est utilisé, GMSK ou 8PSK. MCS-1 à MCS-4 utilisent GMSK et ont des performances similaires (mais pas égales) au GPRS, tandis que MCS-5 à MCS-9 utilisent 8PSK. Dans tous les schémas de modulation et de codage EGPRS, un code convolutionnel de débit 1/3 est utilisé et la perforation est utilisée pour obtenir le débit de code souhaité. Contrairement au GPRS, les en-têtes de contrôle de liaison radio (RLC) et de contrôle d'accès au support (MAC) et les données de charge utile sont codés séparément dans EGPRS. Les en-têtes sont codés de manière plus robuste que les données.

EDGE évolué

Evolved EDGE , également appelé EDGE Evolution et 2.875G , est une extension de la norme de téléphonie mobile GSM , qui améliore EDGE de plusieurs manières. Les latences sont réduites en abaissant de moitié l' intervalle de temps de transmission (de 20 ms à 10 ms). Les débits binaires sont augmentés jusqu'à 1 Mbit/s de bande passante de pointe et les latences jusqu'à 80 ms en utilisant une double porteuse, un débit de symboles plus élevé et une modulation d'ordre supérieur (32QAM et 16QAM au lieu de 8PSK), et des codes turbo pour améliorer la correction des erreurs. Cela se traduit par des vitesses de liaison descendante réelles allant jusqu'à 600 kbit/s. De plus, la qualité du signal est améliorée grâce à des antennes doubles améliorant les débits binaires moyens et l'efficacité du spectre.

L'augmentation du débit EDGE existant a pour objectif principal de répondre aux besoins de nombreux opérateurs qui souhaitent mettre à niveau leur infrastructure existante plutôt que d'investir dans une nouvelle infrastructure réseau. Les opérateurs mobiles ont investi des milliards dans les réseaux GSM, dont beaucoup sont déjà capables de prendre en charge des débits de données EDGE allant jusqu'à 236,8 kbit/s. Avec une mise à niveau logicielle et un nouvel appareil compatible avec Evolved EDGE (comme un smartphone Evolved EDGE ) pour l'utilisateur, ces débits de données peuvent être augmentés à des vitesses approchant 1 Mbit/s (soit 98,6 kbit/s par intervalle de temps pour 32QAM). De nombreux fournisseurs de services ne peuvent pas investir dans une technologie complètement nouvelle comme les réseaux 3G .

Des recherches et développements considérables ont été menés dans le monde entier pour cette nouvelle technologie. Un essai réussi par Nokia Siemens et « l'un des principaux opérateurs chinois » a été réalisé dans un environnement réel. Cependant, Evolved EDGE a été introduit bien plus tard que son prédécesseur, EDGE, coïncidant avec l'adoption généralisée des technologies 3G telles que HSPA et juste avant l'émergence des réseaux 4G . Ce calendrier a considérablement limité sa pertinence et son application pratique, car les opérateurs ont donné la priorité aux investissements dans des technologies sans fil plus avancées comme l'UMTS et le LTE .

De plus, ces nouvelles technologies ciblaient également les couches de couverture réseau sur les basses fréquences, diminuant encore davantage les avantages potentiels d’Evolved EDGE. Associé à l’élimination progressive et à l’arrêt imminents des réseaux mobiles 2G, il est devenu très peu probable qu’Evolved EDGE soit un jour déployé sur des réseaux en activité. En 2016, aucun réseau commercial ne prenait en charge la norme Evolved EDGE (3GPP Rel-7).

Technologie

Latence réduite

Avec Evolved EDGE viennent trois fonctionnalités majeures conçues pour réduire la latence sur l'interface radio.

Dans le cadre du protocole EDGE, un seul bloc de données RLC (comprenant entre 23 et 148 octets de données) est transmis sur quatre trames, en utilisant un seul intervalle de temps. En moyenne, cela nécessite 20 ms pour une transmission unidirectionnelle. Dans le cadre du protocole RTTI, un bloc de données est transmis sur deux trames dans deux intervalles de temps, ce qui réduit la latence de l'interface radio à 10 ms.

De plus, la latence réduite implique également la prise en charge de Piggy-backed ACK / NACK (PAN), dans laquelle une image bitmap des blocs non reçus est incluse dans les blocs de données normaux. En utilisant le champ PAN, le récepteur peut signaler immédiatement les blocs de données manquants, plutôt que d'attendre d'envoyer un message PAN dédié.

Une dernière amélioration est le mode RLC non persistant. Avec EDGE, l'interface RLC peut fonctionner soit en mode reconnu, soit en mode non reconnu. En mode non reconnu, il n'y a pas de retransmission des blocs de données manquants, donc un seul bloc corrompu entraînerait la perte d'un paquet IP de couche supérieure entier. Avec le mode non persistant, un bloc de données RLC peut être retransmis s'il est inférieur à un certain âge. Une fois ce délai expiré, il est considéré comme perdu et les blocs de données suivants peuvent alors être transmis aux couches supérieures.

Schémas de modulation plus élevés

Le débit montant et descendant est amélioré grâce à l'utilisation de 16 ou 32 QAM (modulation d'amplitude en quadrature), ainsi que de codes turbo et de débits de symboles plus élevés.

CSD amélioré

Une version moins connue de la norme EDGE est Enhanced Circuit Switched Data (ECSD), qui est à commutation de circuits .

Réseaux

La Global Mobile Suppliers Association (GSA) indique que, en mai 2013, il y avait 604 réseaux GSM/EDGE dans 213 pays, sur un total de 606 engagements d'opérateurs de réseaux mobiles dans 213 pays.