• Introducción
• Tecnología EDGE
• Técnica de modulación EDGE
• Esquemas de codificación
• Manejo de paquetes
• Ventana de direccionamiento
• Exactitud de la medición
• Entrelazado
• Función de control de enlace EGPRS
• Adaptación del enlace
• Redundancia incremental

Pensado como un subsistema dentro de la norma GSM, GPRS ha introducido la conmutación de paquetes de datos dentro de las redes GSM. Para hacer esto posible, se han introducido nuevos protocolos y nodos.

EDGE es un método para aumentar las velocidades de datos sobre el enlace de radio de GSM. Básicamente, EDGE sólo introduce una nueva técnica de modulación y una nueva codificación de canal que puede usarse indistintamente para transmitir servicios de voz y de datos por conmutación de paquetes y de circuitos. EDGE, por lo tanto, es un agregado a GPRS y no puede trabajar por separado. GPRS produce un mayor impacto sobre el sistema GSM que el que produce EDGE. Al agregar la nueva modulación y codificación a GPRS y al ajustar los protocolos del enlace de radio, EGPRS ofrece una mayor capacidad y velocidad.

GPRS y EGPRS tienen diferentes protocolos y diferentes funcionamientos en la parte correspondiente al sistema de estación base. Sin embargo, sobre la parte correspondiente a la red central, GPRS y EGPRS comparten los mismos protocolos de manejo de paquetes y por lo tanto, funcionan de la misma manera. La reutilización de la infraestructura del núcleo GPRS existente (Nodo Gateway Soporte del Servicio GPRS/ Nodo Servidor Soporte del Servicio GPRS) remarca el hecho que EGPRS es sólo un "agregado" a la estación base y por lo tanto es mucho más simple de introducir que el propio GPRS.

Al potenciar el conocimiento obtenido a través del uso de la norma GPRS existente, EDGE permite generar significativos avances técnicos.

La Figura 2 compara los datos técnicos básicos de GPRS y EDGE. A pesar que GPRS y EDGE comparten la misma velocidad de símbolo, tienen diferentes velocidades de modulación de bit. EDGE puede transmitir tres veces más bits que GPRS durante el mismo período de tiempo. Esta es la principal razón para las mayores velocidades de bits de EDGE.

Las diferencias entre las velocidades de radio y de usuario son el resultados de considerar o no los encabezamientos de los paquetes. Esta forma diferente de calcular el rendimiento de bits de salida, a menudo causa malentendidos en la industria acerca de dichas cifras para GPRS y EGPRS.

En EDGE, a menudo se menciona la velocidad de datos de 384 kbps. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) ha definido la velocidad de 384 kbps como el límite de velocidad de datos requerido por un servicio que cumple con la norma IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000 - Telecomunicaciones Móviles Internacionales-2000) en un ambiente peatonal. Esta velocidad de datos de 384 kbps corresponde a 48 kbps por intervalo de tiempo, asumiendo una terminal de 8 intervalos de tiempo.

El tipo de modulación usado en GSM es GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying - Modulación por Desplazamiento Gausiano Mínimo), que es un tipo de modulación de fase. Esto puede ser visualizado en un diagrama I/Q que muestra los componentes real (I) e imaginario (Q) de la seral transmitida (Figura 3). La transmisión de un bit cero o uno se representa por el cambio de fase por incrementos de + - p.

Cada símbolo que se transmite representa un bit, es decir, cada cambio en la fase representa un bit.

Para alcanzar mayores velocidades de bit por intervalo de tiempo que las que están disponibles en GSM/GPRS, se requiere cambiar el método de modulación. Se ha especificado EDGE de manera de reutilizar la estructura, el ancho y la codificación del canal y los mecanismos y funcionalidades existentes en GPRS y HSCSD. La norma de modulación 8PSK, elegida por EDGE, cumple dichos requerimientos. La modulación 8PSK tiene la mismas características que GMSK, en términos de generación de interferencias sobre los canales adyacentes. Esto hace posible la integración de canales EDGE sobre un plan de frecuencias existente y asignar nuevos canales EDGE de la misma forma que si fueran canales GSM estándar.

El método de modulación 8PSK es un método lineal en el cual tres bits consecutivos se relacionan con un símbolo en el plano I/Q. La velocidad de símbolo, o el número de símbolos enviados en un cierto período de tiempo, es la misma que para GMSK, pero cada símbolo representa tres bits en lugar de uno. Por lo tanto, la velocidad de datos total queda multiplicada por un factor de tres.

Al usar la modulación 8PSK, la distancia entre los diferentes símbolos es menor que al usar GMSK. Estas menores distancias aumentan el riesgo de una interpretación errónea de los símbolos, porque para el receptor de radio es más difícil diferenciar entre los distintos símbolos recibidos. Bajo buenas condiciones de radio, esto no tiene mucha influencia. Bajo condiciones de radio pobres, sin embargo, adquiere más importancia. Por lo tanto, se usarán bits "extra" para agregar más codificación de corrección de errores y permitir la recuperación de la información correcta. GMSK es más eficiente sólo bajo ambientes de radio muy pobres. Por lo tanto, los esquemas de codificación EDGE son una mezcla de GMSK y 8PSK.

Para GPRS, se han definido cuatro esquemas de codificación diferentes, designados CS1 hasta CS4. Cada uno de ellos tiene diferentes medidas de codificación de corrección de errores, que se han optimizado para distintos ambientes de radio. Para EGPRS, se han introducido nueve esquemas de codificación de modulación, designados como MCS1 hasta MCS9. Estos esquemas cumplen las mismas funciones que los esquemas de codificación GPRS. Los cuatro esquemas de codificación EGPRS más bajos (MCS1 a MCS4) usan GMSK, mientras que los cinco esquemas superiores (MCS5 a MCS9) usan modulación 8PSK. La figura 4 muestra los esquemas de codificación GPRS y EGPRS, junto con sus caudales de salida máximos.

Con CS4, el caudal de salida del usuario GPRS alcanza la saturación a un máximo de 20 kbps, mientras que la velocidad de bit de EGPRS continua incrementándose a medida que mejora la calidad del enlace de radio, hasta que el caudal de salida alcanza la saturación a 59,2 kbps.

Tanto los esquemas CS1 a CS4 en GPRS, como los MCS1 a MCS4 en EGPRS, usan modulación GMSK con rendimientos del caudal de salida ligeramente diferentes. Esto es debido a diferencias en el tamaño del encabezamiento ( y de la carga útil) de los paquetes EGPRS. Esto permite re-segmentar los paquetes EGPRS. Un paquete enviado con un esquema de codificación más alto (menor corrección de errores) que no es recibido adecuadamente, puede ser retransmitido con un esquema de codificación más bajo (mayor corrección de errores), si las nuevas condiciones del ambiente de radio lo requieren. Esta re-segmentación (retransmisión con otro esquema de codificación), requiere cambios en los tamaños de la carga útil de los bloques de radio, lo que explica porque EGPRS y GPRS no tienen el mismo rendimiento para los esquemas de codificación de la modulación GMSK. La resegmentación no es posible con GPRS.

Otra mejora realizada a la norma EGPRS es la habilidad para retransmitir con un esquema de codificación más robusto, un paquete que no ha sido decodificado correctamente. Para GPRS, la re-segmentación no es posible. Si los paquetes que han sido enviados, deben ser retransmitidos, esto se realizará usando el esquema de codificación original, aunque el ambiente de radio haya cambiado. Esto tendrá un impacto significativo en el caudal de salida, dado que el algoritmo decide el nivel de certidumbre con el que debe trabajar la Adaptación de Enlace (LA, Link Adaptation).

Tenemos aquí un ejemplo de transferencia y retransmisión de paquetes en GPRS:

1. La terminal GPRS recibe datos desde la red, sobre el enlace descendente. Debido a un informe de medición GPRS recibido anteriormente, el algoritmo de adaptación del enlace en el controlador de la estación base decide enviar los siguientes bloques de radio (por ejemplo, números 1 a 4) con CS3. Durante la transmisión de estos paquetes, la relación portadora a interferencia (C/I) decrece dramáticamente, cambiando el ambiente de radio. Luego que los paquetes han sido transmitidos, la red solicita un nuevo informe de medición, incluyendo el mapa de bits de Acuse de Recepción positivo y negativo, el cual informa a la red cuales bloques de radio fueron recibidos correctamente.
2. La terminal GPRS responde con un mensaje de Acuse de recepción positivo o negativo de los paquetes en el enlace descendente, conteniendo la información acerca de la calidad del enlace y el mapa de bits. En este escenario, se asume que los paquetes 2 y 3 fueron enviados erróneamente.
3. Basado en la nueva información de calidad del enlace, el algoritmo de adaptación del enlace GPRS adaptará el esquema de codificación al nuevo ambiente de radio usando CS1 para los nuevos paquetes 5 y 6. Sin embargo, dado que GPRS no puede re-segmentar los viejos paquetes, los paquetes 2 y 3 deben ser retransmitidos usando CS3, a pesar que hay un riesgo significativo que nuevamente esos paquetes no puedan ser decodificados correctamente.

Como resultado, la adaptación del enlace para GPRS requiere una cuidadosa selección del esquema de codificación, para evitar todo lo posible las retransmisiones. Con EGPRS, es posible la re-segmentación. Los paquetes enviados con poca protección de errores, pueden ser retransmitidos con mayor protección de errores, si así lo requiere el nuevo ambiente de radio. Debido a que la resegmentación es posible, el ambiente de radio, que cambia muy rápidamente, tiene un efecto mucho menor sobre el aspecto de la elección incorrecta del esquema de codificación para la nueva secuencia de bloques de radio.

Por lo tanto, cuando se eligen los esquemas de codificación de modulación, el algoritmo de control del enlace EGPRS puede ser muy agresivo.

Antes de poder transmitir sobre la interface Um (radio) una secuencia de paquetes codificados de control del enlace de radio o de bloques de radio, el transmisor debe direccionar los paquetes con un número de identificación. Esta información se incluye en el encabezamiento de cada paquete. En GPRS, los paquetes son numerados desde 1 hasta 128.

Después de la transmisión de una secuencia de paquetes (por ejemplo: 10 paquetes), el transmisor interroga al receptor para verificar la corrección de los paquetes recibidos, bajo la forma de un informe de Acuse de Recepción positivo o negativo. Este informe indica al transmisor si algún paquete fue incorrectamente recibido y debe ser retransmitido.

Dado que el número de paquetes está limitado a 128 y la ventana de direccionamiento es 64, el proceso de envío de paquetes puede quedarse sin direcciones luego de 64 paquetes. Si se debe retransmitir un paquete erróneamente decodificado, el nuevo paquete en la cola debería tener el mismo número anterior. Si esto sucede, el protocolo entre la terminal y la red se detiene y se deberán retransmitir todos los paquetes pertenecientes a la misma trama de la capa inferior.

En EGPRS, los números de direccionamiento han sido incrementados hasta 2048 y la ventana ha sido incrementada hasta 1024, de manera de minimizar el riesgo de detención. Esto, a su vez, minimiza el riesgo de retransmisión de las tramas de capa inferior y previene la disminución del caudal de salida.

Tal como en GSM, GPRS mide el ambiente de radio mediante el análisis del nivel de la portadora, la tasa de error de bit, etc del canal radioeléctrico. La realización de estas mediciones requiere tiempo de la estación móvil, pero por otro lado, este aspecto no se considera en el mundo de la voz, dado que se usa siempre la misma codificación.

En un ambiente de conmutación de paquetes, el análisis rápido del enlace de radio es esencial, de manera de adaptar la codificación al nuevo ambiente. El procedimiento de análisis del canal que se usa en GPRS, hace difícil la selección del esquema de codificación correcto, dado que las mediciones de interferencia se realizan solamente durante las ráfagas libres. Debido a ello, las mediciones son realizadas solamente dos veces durante un período de 240 milisegundos.

En EGPRS, la norma no utiliza el mismo "lento" mecanismo de medición. Las mediciones se toman sobre cada ráfaga dentro del ecualizador de la terminal, obteniendo una estimación de la probabilidad de error de bit (BEP, bit error probability).

Esta estimación del BEP en cada ráfaga, es un reflejo de los valores actualizados de la relación C/I, la dispersión de tiempo de la señal y la velocidad de la terminal. La variación del valor del BEP sobre varias ráfagas proveerá información adicional en relación a la velocidad y al salto de frecuencia. Por lo tanto, se puede alcanzar una estimación muy exacta del BEP.

Se calcula un valor medio de BEP para cada bloque de radio (cuatro ráfagas), así como la variación (desviación estándar de la estimación de BEP dividida por la BEP media) sobre las cuatro ráfagas. Estos resultados son filtrados para todos los bloques de radio enviados dentro del período de medición.

Esto produce mediciones muy exactas aún durante períodos de medición cortos. Sin embargo, estos cortos períodos de medición permiten una rápida reacción a los cambios en el ambiente radioeléctrico. En EGPRS, por lo tanto es posible alcanzar una mejor y más flexible adaptación del enlace.

Para aumentar el rendimiento de los esquemas de codificación más altos (MCS 7 hasta MCS9), aún en bajas relaciones C/I, se ha cambiado el procedimiento de entrelazado en la norma EGPRS.

Cuando se usa salto de frecuencia, el ambiente radioeléctrico está cambiando en cada ráfaga. Dado que el bloque de radio se entrelaza y transmite sobre cuatro ráfagas en GPRS, cada ráfaga puede experimentar un ambiente de interferencias completamente diferente. Si sólo una de las cuatro ráfagas no se recibe correctamente, el bloque entero de radio no será adecuadamente decodificado y deberá ser retransmitido. En el caso de CS4 en GPRS, prácticamente no se usa ninguna protección de errores.

Para combatir este problema con EGPRS, la norma maneja los esquemas de codificación superiores de forma diferente a GPRS. Los esquemas de codificación MCS7, MCS8 y MCS9 transmiten dos bloques de radio sobre las cuatro ráfagas y el entrelazado ocurre sobre dos ráfagas en lugar de cuatro. Esto reduce el número de ráfagas que deben ser retransmitidas en el caso que ocurran errores. La probabilidad de recibir dos ráfagas consecutivas libres de errores es mayor que la de recibir cuatro ráfagas consecutivas libres de errores. Esto significa que en EDGE los esquemas de codificación superiores tienen una mayor robustez respecto al salto de frecuencia.

Para alcanzar el caudal más elevado posible sobre el enlace de radio, EGPRS utiliza una combinación de dos funcionalidades: adaptación del enlace y redundancia incremental.

Comparado con una solución pura de adaptación del enlace, esta combinación de mecanismos mejora significativamente el rendimiento.

La adaptación del enlace utiliza la calidad del enlace radioeléctrico, medida sobre la estación móvil en el caso de una transferencia descendente o por la estación base en una transferencia ascendente, para seleccionar el esquema de codificación de modulación más apropiado para la transmisión de la siguiente secuencia de paquetes. Para una transferencia de paquetes ascendente, la red indica a la estación móvil que esquema de codificación utilizar para la transmisión de la siguiente secuencia de paquetes. El esquema de codificación de modulación puede ser cambiado en cada bloque de radio (cuatro ráfagas), pero se puede iniciar el cambio por nuevas estimaciones de calidad. Por lo tanto, la velocidad de adaptación práctica se decide por el intervalo de medición.

Hay tres familias: A, B y C. Dentro de cada familia, hay una relación entre los tamaños de la carga, lo que hace posible la re-segmentación para las retransmisiones.

La redundancia incremental usa inicialmente un esquema de codificación, tal como MCS9, con muy baja protección de errores y sin considerar la calidad existente del enlace de radio.

Cuando se recibe incorrectamente la información, se transmite una codificación adicional que es combinada en software en el receptor con la información previamente recibida.

Esta combinación en software aumenta la probabilidad de poder decodificar la información. Este procedimiento será repetido hasta que la información sea decodificada correctamente. Esto significa que la información acerca del enlace radioeléctrico no es necesaria para soportar la redundancia incremental. En la norma, resulta mandatorio para las estaciones móviles el soporte de la redundancia incremental.