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1、华中科技大学 硕士学位论文 GSM网络中Abis接口数据的无损压缩方案研究 姓名：许荣峰 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：朱光喜 20060428 I 摘摘 要要 GSM 网建网以来,在 BSC(Base Station Controller)和BTS(Base Transceiver Station) 间的 Abis 口上，数据传输速率为固定的 2Mbps。随着网络规模的发展，特别是用 户数的增加，导致了在最忙时会出现控制信道信令严重阻塞及大量的掉话的现象。 同时，随着 GSM 半速率技术的实际应用，Abis 中传输的 LAPD(Link Access Protocol
2、on the DM Channel)信令带宽日趋紧张。所以，提高 Abis 接口上传输速率有着非常 重要的应用价值。 为了达到 GSM 系统中 Abis 接口传输能力倍增的目的，本文尝试采用软件压缩 技术将通常在开放系统互连协议中较高层采用的压缩协议应用到物理层上来，以寻 求能改善某些特定通信系统传输效能的新型通信设备。 本文参考了现行 GSM 网络中传输协议，深入分析了 Abis 信道中传输数据的特 点。将现有数据压缩算法中比较成熟的 LZ77 算法，根据 Abis 信道数据传输的特点 进行改进，提出了数据压缩的一种算法LZ77+算法。通过借鉴通用数据压缩技术 的原理和实现方法，实时地将 A
3、bis 接口上的数据流进行解复用、压缩，从而扩大 传输能力，并在接收端进行解压缩、复用，无损地恢复出原始数据。 该方案已经在宽兆通信高科技有限公司的 A-Bis over IP Gateway 系统中实现。 测试表明这一方法能够较好的压缩 Abis 接口上的数据，较大的提高 Abis 接口的带 宽利用率，具有较高的进一步研究深化价值。 关键词： Abis接口；LZ77压缩算法；全球移动通信系统；基站控制器；基站收发 器 II Abstract On the Abis interface which is between BSC(Base Station Controller) and BTS(
4、Base Transceiver Station), the throughput of data is fixed at 2Mbps. As networks become larger and larger, and there are more and more uesrs, signals may be blocked and data may be lost at network when it is busy. And since the half rate technology has been widely used, the bandwidth of the LAPD(Lin
5、k Access Protocol on the DM Channel) on the Abis interface is becoming limited. As the reason given above, it is very important and useful to increase the throughput of the Abis interface. In order to double the throughput of the Abis interface, the software compression technology is used, which is
6、always used in upper layer of OSI model. This paper proposed a new compression algorithm called LZ77+, taking considering of the latest GSM transport protocol, characteristics of data in the Abis interface. Data in Abis interface is de-muxed and compressed at one side. And the data will be muxed and
7、 decompressed at the other side. The proposal described in this paper has been implemented in the A-Bis over IP Gateway system of BroadBand High Technology Inc. The experiemental result has proven that it could increase the throughput of the Abis interface significantly, and it is worthy for further
8、 research. Keywords: Abis interface; LZ77; GSM; BSC; BTS 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许
9、 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 1 1 绪论绪论 1.1 课题来源课题来源 本课题来源于深圳宽兆高科技技术有限公司承担“AbisoverIP_Gateway”项目。 该项目的目的是将 GSM 网络系统中 BTS 与 BSC 之间的 Abis 信道传输的业务数据 以及信令数据，通过压缩，负载于 IP 进行传输，节省传
10、输带宽，实现传输的 IP 化。 AbisoverIP_Gateway 的所处 GSM 网络位置如图 1.1 Abis GSM 网络结构示意图所示。 Satellite Network A bis Abis/IP Gateway BSC BTS A9780 DVB-RCS Hub BTS A bis A bis BTS A ter BSC A ter A bis MSC A ter TRAU TRAU A BTS ST ST DAMA ST Abis/IP Gateway Ater/IP Gateway Abis/IP Gateway Abis/IP Gateway Ater/IP Gatewa
11、y 图 1.1 Abis GSM 网络结构示意图 BSC 和 BTS 之间通常用 2Mbps 的 PCM 链路连接，这段线路称为 Abis 接口。 BSC 通过 Abis 接口，与 AbisoverIP_Gateway 相连接，数据经过压缩和 IP 封装，通 过卫星进行传输，到达另外的 AbisoverIP_Gateway 进行解压缩、解 IP 封装和解复 用，将输出数据传入 BTS；反向链路的数据传输与此相反。 1.2 Abis 接口概述接口概述 Abis 接口定义为基站子系统(BSS)的两个功能实体基站控制器(BSC)与基站收发 2 信台(BTS)之间的通信接口，是为远 BTS 通过地面电
12、路接入 BSC 而定义的 BSS 内 部接口。欧洲电信标准局(ETSI)制定的 GSM 建议对 Abis 接口进行了较为详细的规 范，其中 08.52 进行了概述性描述，08.54 涉及物理电气层接口，08.56、08.58 分别 涉及第二、第三层协议。由于 Abis 接口还没有像 A 接口(MSC 与 BSC 之间接口)一 样得到完全规范，因此 Abis 接口仍为一个内部接口，不同厂商的设备还不能完全 实现互通。 Abis 接口使用 ITU-TG.703 规定的 2Mbit 物理接口，TS0 用于传输 G.704 规定的 帧结构，其它时隙用于传输业务或控制信道。其中业务信道速率为 16kbp
13、s，4 个业 务信道码流复用在一个 64kbps 的时隙上；控制信道速率为 64/32/16kbps 可设置。业 务和信令信道的基本传输单元都是长度为 320 比特的分组或称之为 TRAU 帧，其中 包括了同步比特、类型指示、带内信令和数据块对于全速率编码语音帧来说编 码标准为：GSM06. 10，标称速率为 13kbps，语音包长为 20ms，因此语音帧中净负 荷编码块长度为 260 比特；对于信令帧，则为 264 比特的信令块。 1.3 现阶段现阶段 Abis 接口使用情况接口使用情况 由于 Abis 接口上通常将 4 个 16kbps 业务信道复用到一个 PCM 时隙(64kbps)，
14、一个收发信机(TRX)共有 8 个业务信道(占 2 个时隙)和一个信令信道，信令信道通常 可以使用 16/32/64kbps 信道。因此一个 2MbpsPCM 线路的 31 个可用时隙可以支持 1012 个 TRX，约 8096 个业务信道。移动设备厂商采用了多种方法提高 Abis 接口传输能力。例如 Alcatel 公司采用了信令的静态和动态复用的方法，将多条信 令信道压缩、复用到一条 16kbps 信令信道；Nokia 公司采用放弃少量业务信道改作 信令信道的方法。如此一来，一条 2Mbps 线路最多可以支持 15 个 TRX，但支持的 业务信道数目并没有提高，一般最多为 96 个业务信道
15、，华为技术有限公司产品最 多支持 108 个业务信道。随着移动扩容的需要，一些用户密集小区的基站扩容后已 为 S6/6/6 配置(使用 120定向天线，每扇区 6 个 TRX)。这种情况下就突破了单个 E1 的界限，需要增加一条 2MbpsPCM 线路。租用线路无疑会增加运营成本，而在这 种情况下的线路传输效率又是比较低的。若能适当提高 Abis 接口的传输能力使之 3 能够支持 18 个 TRX 甚至 24 个 TRX(配置为 S8/8/8 时)，并能提供更多的业务信道， 则可显著降低扩容后的运营成本。因此，提高 Abis 接口的传输能力，有着非常实 际和迫切的需要。 1.4 增加增加 Ab
16、is 接口传输能力的可能途径接口传输能力的可能途径 通过对 Abis 接口的研究，现行增加 Abis 接口传输能力的可能方法有如下三种： (1) 利用语音活性检测(VAD)和数字话音插空(DSI)技术。这是常用的电路倍增 方法之一。它利用人们话音通信中的停顿空隙进行多路话音的传输复用，从而达到 提高线路传输能力的目的。 (2) 在 Abis 接口上采用低速率语音编码替代 GSM 系统中的话音编码。随着语 音编码技术的发展，在 4kbps 编码速率下己能提供长途质量的话音。由此可用低速 率的话音编码器 MBE(多带激励)替代 GSM 中的 RPE-LTP(规则脉冲激励一长时预 测)话音编码器，从而可以支持更多的话音业务。 (3) 采用软件压缩技术，对 Abis 接口上的数据流进行分块、压缩、传输，并在 接收端进行解压缩，无损地恢复出原始数据。目前的数据压缩技术，尤其是通用数 据压缩技术已比较成熟，高速数字信号处理器也使得实时数据压缩成为可能。 1.5 本课题研究任务本课题研
