Enhanced Data Rates for GSM Evolution

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Vergleich der maximal erreichbaren Bitraten bei verschiedenen Mobilfunkstandards. (logarithmische Darstellung)

Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) bezeichnet eine Technik zur Erhöhung der Datenübertragungsrate in GSM-Mobilfunknetzen durch Einführung eines zusätzlichen Modulationsverfahrens. Mit EDGE werden die Datendienste GPRS zu E-GPRS (Enhanced GPRS) und HSCSD zu ECSD erweitert.

EDGE stellt dabei eine Weiterentwicklung der GSM-Technik dar. Es ist im Grunde ein GSM mit mehr Bits pro Symbol, also höhere Bitrate bei gleichbleibender Baudrate.[1] EDGE lässt sich mit mäßigem Aufwand in die Mobilfunknetze integrieren, da es die schon vorhandene Mobiltelefonie nicht stört. Im Wesentlichen ist es erforderlich, die Software der GSM-Basisstation zu aktualisieren und gegebenenfalls einzelne Komponenten zu tauschen.

Verbreitung[Bearbeiten]

EDGE wird als ein Zwischenschritt auf dem Weg hin zu UMTS angesehen, in ländlichen Gebieten mittelfristig auch als UMTS-Ersatz, und wurde bisher in 75 Ländern eingeführt. Telecom Italia Mobile führte als einer der ersten europäischen Mobilfunkbetreiber EDGE unter dem Namen TIM Turbo ein. Mittlerweile gibt es den Dienst auch in Österreich, der Schweiz, Liechtenstein, den Niederlanden, Frankreich, Tschechien, der Slowakei, Polen, Estland, Lettland, Litauen, Kroatien, Luxemburg, Dänemark, der Türkei, Serbien, Mazedonien, Russland, Ungarn, Griechenland und in Deutschland.

Österreich und Schweiz[Bearbeiten]

In Österreich bieten alle drei GSM-Anbieter (T-Mobile Austria, A1, Drei) EDGE als Ergänzung zu ihrem bestehenden UMTS-Netz an. Diese Kombination wird von der Mobilkom Austria als A1 UMTS + EDGE vermarktet und stellt seit Sommer 2005 schnellen mobilen Datentransfer flächendeckend zur Verfügung. In der Schweiz hatte Swisscom Mobile EDGE im Frühjahr 2005 mit einer Bevölkerungsabdeckung von 99,6 % ausgebaut.[2]

Deutschland[Bearbeiten]

In Deutschland fand der EDGE-Ausbau verhältnismäßig spät statt: T-Mobile startete in Deutschland die EDGE-Aufrüstung im März 2006; seit Frühjahr 2008 ist die Technik flächendeckend im GSM-Netz von T-Mobile verfügbar. Wegen des EDGE-Ausbaus erhielt T-Mobile den Zuschlag für den deutschen Vertrieb des iPhone, da dieses bei der Markteinführung weder UMTS noch HSDPA beherrschte.

Vodafone begann im Frühjahr 2007 mit der Bereitstellung von EDGE in Gebieten, in denen keine Versorgung durch das eigene UMTS-Netz geboten wurde. Inzwischen wird EDGE jedoch auch verbreitet in mit UMTS versorgten Gebieten eingesetzt.[3]

O2 begann im Juli 2008 mit der EDGE-Aufrüstung seines Netzes.[4]

E-Plus kündigte im Dezember 2008 an, sukzessive sein gesamtes Netz auf EDGE umzustellen: Für Ende März 2009 war eine Bevölkerungsabdeckung von 30 % und bis Ende 2009 von 90 % geplant.[5]

Modulationsverfahren[Bearbeiten]

Die Steigerung der Datenübertragungsrate bei EDGE wird erreicht durch einen Wechsel hin zu einem effizienteren Modulationsverfahren. Dabei kommt anstatt des beim GSM-Standard üblichen Gaussian-Minimum-Shift-Keying-Verfahrens (GMSK) das sogenannte 8-PSK-Verfahren zum Einsatz. Hierdurch wird bei EDGE eine Datenübertragungsrate von bis zu 59,2 kbit/s pro Time Slot ermöglicht. Bei Verwendung von acht Time Slots werden bis zu 473 kbit/s erreicht. Im Vergleich hierzu sind mit dem Datendienst GPRS maximal 171,2 kbit/s möglich. Der Wechsel des Modulationsverfahrens geschieht selektiv nur auf den Kanälen, die von EDGE-fähigen Geräten belegt werden. Dadurch ist eine gleichzeitige störungsfreie Nutzung von GSM/GPRS- und EDGE-fähigen Endgeräten in derselben Funkzelle möglich.

Die derzeit marktüblichen Endgeräte sind solche der EDGE-Multislot-Klasse 10. Dies bedeutet, dass diese Geräte über maximal vier Downlink-Slots sowie zwei Uplink-Slots verfügen. Hieraus resultiert eine real maximal mögliche Datenübertragungsrate von 220 kbit/s im Download und 110 kbit/s im Upload.

EGPRS-Kodierungsschemata (MCS)
Kodierungsschemata
MCS
Datenübertragungsrate 
(kbit/s/Slot)
Modulation
MCS-1 8,8 GMSK
MCS-2 11,2 GMSK
MCS-3 14,8 GMSK
MCS-4 17,6 GMSK
MCS-5 22,4 8-PSK
MCS-6 29,6 8-PSK
MCS-7 44,8 8-PSK
MCS-8 54,4 8-PSK
MCS-9 59,2 8-PSK

Dienste[Bearbeiten]

EDGE bietet die Dienste ECSD und EGPRS. ECSD ist eine Weiterentwicklung des GSM-Datendienstes HSCSD. EGPRS ist eine Weiterentwicklung des Paketdatendienstes GPRS. Beide Weiterentwicklungen bieten deutlich höhere Übertragungsraten. Üblich sind derzeit Raten zwischen 150 und 200 kbit/s. Das ist zwar deutlich weniger als in den UMTS-Netzen, entspricht aber immerhin einer mehrfachen ISDN-Geschwindigkeit und erlaubt einen schnellen Datentransfer über ein mobiles Endgerät an nahezu jedem Standort. Für EDGE sind keine neuen Sender und Antennen, sondern nur eine Aufrüstung der bestehenden Infrastruktur notwendig. Dies ist einfacher und kostengünstiger zu realisieren als ein komplett neues Netz.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Vor der Einführung von EDGE wurde in GSM lediglich die Modulationsart GMSK verwendet. Die GMSK-Modulation ist eine digitale Phasenmodulation, sie kann jedoch durch eine BPSK-Modulation (Binary Phase Shift Keying) angenähert werden. Bei GMSK wird 1 Bit pro Symbol übertragen. Die Symbolrate beträgt 270.833 Baud, entsprechend 270.833 bit/s. EDGE bietet neben GMSK auch 8-PSK (8-Phase Shift Keying) an. Dabei werden 3 Bit pro Symbol übertragen. Trotz dreifacher Datenrate ist die Symbolrate die gleiche wie bei GMSK, und die Pulsform ist so gewählt, dass sich ein GMSK- und ein 8-PSK-Frequenzspektrum nicht unterscheiden.

In einem guten Kanal mit wenig Störung kann EDGE pro Zeiteinheit dreimal so viele Bits übertragen. In einem weniger guten Kanal kommt es dagegen zu häufigen Bitfehlern. Hier ist GMSK als weniger fehleranfällige Modulation die bessere Wahl. In dem Dienst EGPRS gibt es daher die Möglichkeit, dass das Netz je nach Qualität des Kanals zwischen GMSK und 8PSK umschaltet. Diese Anpassung des Übertragungsverfahrens an die Qualität des Kanals wird durch die Umschaltung zwischen verschiedenen Kodierungsschemata innerhalb von GMSK (MCS-1 bis MCS-4) und innerhalb von 8-PSK (MCS-5 bis MCS-9) noch verfeinert. Durch die optimierte Anpassung von Modulation und Kodierung an den Kanal wird die Datenrate deutlich erhöht.

EGPRS bietet darüber hinaus alle Vorteile des Paketdatendienstes GPRS, das heißt ein Übertragungskanal wird nur reserviert, wenn Daten versendet oder empfangen werden. Das hat den Vorteil, dass sich mehrere Nutzer einen Kanal teilen können. Aus diesem Grund kann die Abrechnung auf Basis der übertragenen Datenmenge und unabhängig von der Verbindungsdauer erfolgen.

EDGE Evolution[Bearbeiten]

EDGE „Evolution“ bzw. „Evolved EDGE“ bzw. „E-EDGE“ stellt eine Weiterentwicklung der EDGE-Technologie mit einer höheren Datenrate dar. Dies wird durch verschiedene Maßnahmen erreicht. Durch Halbieren der Übertragungszeitintervalle von 20 ms auf 10 ms werden die Latenzen reduziert. Bit-Raten werden auf bis zu 1 Mbit/s Spitzengeschwindigkeit und Latenzen von 100 ms unter Verwendung von zwei Trägersignalen, höherer Symbolrate und 32QAM oder 16QAM-Modulation anstelle von 8-PSK und „Turbo-Codes“ zur Verbesserung der Fehlerkorrektur erhöht. Eine Doppelantenne kann die Signalqualität verbessern. Einige der Fähigkeiten verwenden dieselbe Hardware wie Standard-EDGE, so dass durch Software-Update Gerätefähigkeiten nachträglich auf EDGE Evolution verbessert werden können.

Hersteller von EDGE-fähigen Geräten[Bearbeiten]

Wie bei den anderen GSM-Techniken auch liefern beispielsweise Alcatel-Lucent, Nokia Solutions and Networks, Ericsson und Motorola Infrastruktur für Mobilfunknetze. Entsprechende Endgeräte (Handys) sind bei allen gängigen Herstellern erhältlich. EDGE wird von vielen Telefonen ohne UMTS als Technik zur schnellen Datenübertragung (über GSM-Standardgeschwindigkeit) unterstützt, wodurch das Fehlen von UMTS teilweise kompensiert wird.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Andrew S. Tanenbaum: Computernetzwerke. 5., aktualisierte Auflage, Pearson Studium, München 2012, ISBN 978-3-8689-4137-1, S. 194
  2. heise.de vom 30. März 2005: Swisscom schließt mit EDGE Lücken im Breitband-Mobilfunk
  3. Vodafone: Weite Teile Deutschlands bereits mit dem GPRS-Turbo erschlossen – Teltarif-Meldung vom 24. Juli 2008
  4. O2 startet EDGE-Ausbau im GSM-Netz Teltarif-Meldung vom 8. Juli 2008
  5. E-Plus: Schnelles mobiles Internet wird großflächig ausgebaut

Weblinks[Bearbeiten]