Enhanced Data Rates for GSM Evolution

La norme EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) est une norme de téléphonie mobile, une évolution du GSM. Elle s'avère d'une part être un excellent complément de l'UMTS pour les opérateurs disposant d'un tel réseau notamment pour offrir les mêmes services à haut-débits à davantage d'utilisateurs en zone rurale ou zone suburbaine non-dense qu'à ceux en zone urbaine, et d'autre part être la préparation/amélioration de l'offre de services en vue du lancement d'un réseau 3G qui est malgré tout une condition sine qua non pour les utilisateurs en zone urbaine dense.

Applications recherchées

La course à l’innovation est permanente, il faut que chacun des opérateurs offre des contenus toujours plus nombreux et toujours plus variés. La condition sine qua non au développement d’applications telles la vidéo est l’augmentation des débits. Le GSM, 2ème génération de mobiles, est dépassé. La solution dont le grand public a entendu parler ces dernières années n’est autre que l’UMTS (dit 3ème génération ou 3G). Mais, si elle est la réponse technologique aux besoins des opérateurs elle possède un inconvénient majeur : son coût. Le coût de l’UMTS pour chaque opérateur est aujourd’hui de 100 millions d’euros pour la licence et de 8 milliards pour l’infrastructure. Même si le prix initial (de 5 milliards par licence) fut considérablement réduit, il n’en reste pas moins que la 3G est trop chère. C’est pourquoi les opérateurs cherchent des alternatives moins coûteuses et l’une d’entre elles est l’EDGE, qui est présenté comme la génération 2.75. Les applications multimédias telles que la transmission de photos, de sons et de vidéos sont recherchées. EDGE est vu par certains opérateurs comme une alternative (Bouygues Télécom) ou un complément pour tous (Orange France) ou pour les entreprises uniquement (SFR) à l'UMTS. La norme UMTS impose en effet de déployer un nouveau réseau physique et donc des investissements très lourds pour les opérateurs. Le standard EDGE vise à optimiser la partie radio d’un réseau mobile sur la partie Data afin d’augmenter les débits principalement en voie descendante (i.e. sur les download, les téléchargements)...

Canal de transmission, caractéristique

Le support physique de transmission est évidemment aérien. La propagation des ondes est dite par trajets multiples (se propagent dans plusieurs directions) et elle subit de nombreuses réverbérations et atténuations dues à l’environnement (collines, immeubles, etc.). Par ailleurs, de nombreuses ondes interfèrent avec le téléphone mobile de l’utilisateur.

Enfin, Les utilisateurs d’un système de téléphonie mobile EDGE sont à des distances variables de leur station de base, a fortiori s'ils se déplacent ; ils subissent donc des délais de propagation différents.

Débit nécessaire

La technologie EDGE peut théoriquement atteindre un débit maximum de 473 kbit/s. Pratiquement, le débit (maximum) a été fixé au niveau du standard de la norme EDGE à 384 kbit/s par l’ITU (International Telecommunication Union) dans le but de respecter la norme IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000).

Le taux de transfert des données dépend non seulement de la modulation et du schéma de codage mais également de la qualité du lien et du temps de propagation. La technique de mesure d’un réseau EDGE est d’analyser chaque bloc de transmission composé de quatre séquences et d’en estimer la probabilité d’erreur. En cas de problème, une adaptation automatique de la modulation et du schéma de codage (donc du débit) est effectuée .

Bande de fréquences disponible

La norme EDGE aura l’avantage de pouvoir rapidement s’intégrer au réseau GSM existant. En émission, un mobile EDGE - à l’instar d’un GSM – émettra donc dans une bande qui s'étend de 890 à 915 MHz (Uplink). En réception, la bande sera 935 à 960 MHz (Downlink). Ainsi, pour une communication, il y aura 25 MHz de séparation entre le canal d’émission et le canal de réception (Duplex separation).

Ces bandes de fréquences sont divisées en portions de 200 kHz (RF carrier spacing) chacune; ce sont les canaux de transmission. Il y en a donc au total 124 qui sont répartis entre les opérateurs. Chaque canal peut accueillir jusqu’à 8 transmissions simultanées en temps partagé.

Modulation

Pour pouvoir assurer un plus grand débit qu’avec le GPRS la méthode de modulation EDGE réutilise structure, largeur et codage du canal ainsi que mécanismes existants et fonctionnalités du GPRS.

La modulation utilisée pour la technologie EDGE est la modulation 8-PSK (Phase-shift keying). Dans cette méthode de modulation, 3 bits consécutifs sont représentés dans 1 symbole. Chaque symbole est situé à égale distance sur le cercle complexe.

Ainsi, le nombre de symboles transmis dans une certaine période est le même que pour le GPRS mais cette fois, chaque symbole transmis contient 3 bits donc le débit est accru.

Cependant, la contrepartie est que la distance entre symbole est moindre qu’avec le GPRS. Le risque d’interférence inter-symbole s'en trouve accru. Si les conditions de réception sont bonnes, cela ne pose pas de problèmes mais dans le cas contraire, il y aura des erreurs. Des bits supplémentaires seront utilisés pour ajouter plus de codes de corrections d’erreurs afin de recouvrer les données.

Codage

La technologie GPRS possède 4 schémas de codages (CS1 à CS4) tandis qu’avec la technologie EDGE 9 schémas sont possibles désignés MCS1 à MCS9.

Par ailleurs, les 4 premiers schémas de modulations utilisent la modulation GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) alors que les 5 derniers utilisent la modulation 8-PSK. Le débit est très différent selon le schéma de codage.

Par exemple, avec un schéma CS4 en GPRS, la vitesse maximale est de 20 kbit/s ; avec un schéma MCS9 en technologie EDGE, elle passe à 59,2 kbit/s soit 3 fois la vitesse potentielle d’un réseau GPRS et ce sur un seul canal.

Notons par ailleurs que – à l’instar d’un réseau GPRS – le réseau EDGE a la possibilité d’utiliser plusieurs canaux simultanément, offrant ainsi une plus grande bande passante à l’utilisateur.

Accès multiple

L’EDGE utilise aussi l’Accès Multiple à Répartition dans le Temps (AMRT) ; il s’agit d’un multiplexage temporel.

Tous les utilisateurs utilisent la bande passante mais un espace temporel est affecté à chacun. Ainsi, l’AMRT consiste à diviser le temps, en petits intervalles, et à attribuer un intervalle de temps donné à chaque canal. Notons qu’un intervalle de sécurité doit être intégré entre chaque canal.

Déploiement, services actuels ou prévisions

La question du déploiement du réseau est indissociable de celle de l’UMTS car il constitue une alternative à la 3G.

En France, l’UMTS ne fait pas l’unanimité. Peu convaincu par les premiers terminaux compatibles, les écarts peu importants entre les débits de l'UMTS première génération et ceux de EDGE et certainement échaudé par le prix de la mise en place du réseau, l’opérateur Bouygues Telecom privilégie, pour l’instant, la mise en place d’un réseau EDGE pour développer ses services I-Mode.

Les terminaux compatibles EDGE, déjà très répandus sur le marché, présentent également l’avantage d’être beaucoup moins chers et plus autonomes que leurs concurrents UMTS. L’EDGE fait aussi partie de la stratégie de Orange, comme complément de son réseau UMTS. Déployée sur l’ensemble du territoire à partir de 2005 (même dans les zones couvertes par l’UMTS), cette technologie sera présentée aux clients de l'opérateur comme une alternative moins onéreuse à l’UMTS, et un moyen d’avoir accès à du « presque » haut débit mobile y compris dans les zones rurales. De son côté, SFR, qui a choisi l’option UMTS, devrait aussi entamer une mise à jour de son réseau GPRS vers l’EDGE, mais ne met en avant cette solution que pour les endroits à très faible densité de population. Ainsi, dans l’avenir, nous pourrions imaginer un réseau UMTS (et EDGE) pour les zones urbaines et périurbaines et un réseau EDGE seul pour les zones rurales. À moins que l’ARCEP ne se mêle de l’affaire : l’autorité de régulation des communications électroniques et des postes a en effet imposé aux deux opérateurs français ayant acquis une licence UMTS (SFR, Orange) de s’engager à couvrir 58% de la population française d’ici à la fin 2005 et près de 90% à l’horizon 2009/2010.

Conclusions

En conclusion, l’EDGE est aujourd’hui une alternative à l’UMTS (trop chère). Si cette norme perçait, elle pourrait devenir une solution de remplacement pour les gens les moins fortunés et souhaitant accéder à du contenu multimédia (limité par rapport à l’UMTS) ou alors pour ceux habitant des zones de densité de population très faible.

Résumons dans un tableau les points forts et faibles de la technologie EDGE :

Il faut cependant garder à l’esprit que l’UMTS n’en est qu’à ses débuts et que les débits peuvent s’accroître fortement, à l’image de ce qui s’est fait entre le GSM et EDGE.

Mais n’oublions pas la règle universelle : Si le consommateur moyen n’éprouve pas le besoin de nouveaux services (nécessitant un débit accru et donc de nouvelles normes), telle ou telle technologie ne percera pas. Reste les professionnels, pour qui le débit peut être crucial mais les retombées en termes de bénéfices comparées aux investissements risquent encore longtemps de rester un frein.

EDGE : Evaluation des risques (article a venir)