（通信与信息系统专业论文）gsmgprsedge业务量预测与信道配置系统研究与实现.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 糙巍之驻日期：丝乜；：! l 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期： 日期： 仞70 。；，f7 北京邮电大学硕士学位论文 g s m g p r s e d g e 业务量预测与信道配置系统研究与实现 摘要 随着t d s c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 技术标准的商用，中 国移动通信产业已经迈入了3 g 时代，但是g s m 的优势却仍然不容忽 视。中国拥有世界上最大的g s m 网络，其庞大的用户群以及良好的 用户忠实度仍然存在。而且g s m 在覆盖方面还有一定的优势，所以 在未来5 n l o 年内的时间内，g s m 网络必定还会继续发展。 目前移动g s m 用户也还在继续增长，用户对移动通信业务的需 求量也逐渐增大，不仅是对g s m 话音业务，而且对g p r s 和e d g e 的 数据业务的需求也大幅上升。所以，g s m g p r s 网络出现了较严重的 容量受限情况。移动通信用户的增加，导致可利用的无线频率日趋显 得不足，为了合理的利用无线频率资源，迫切需要找到一种有效的方 式来高效的为每个小区分配信道。 进行合理有效的信道配置的基础是准确的业务量预测。实际上移 动通信公司大都根据经验对话务量进行粗略的估计预测，根据这个估 算值来决定是否要扩大网络容量，对数据业务的容量更是缺乏经验。 这种估计方法可能会造成网络冗余量大或者网络容量不够。业务量的 预测不准确会对运营商的规划和运行产生不利的影响，如何找到一种 准确的预测话务量和数据流量的方法对运营商来说是一个关键的问 题。所以，开展话务量和数据流量的预测研究，可以提高无线资源的 利用率并且可以降低成本。 本文即从这些问题出发，通过对现有移动通信业务量预测和信道 配置算法的比较分析和研究，提出了优化的算法，并实现了一个 g s m ! g p r s e d g e 业务量预测和信道配置系统，能够满足日常网络优 化的需求。 本文的主要研究内容如下： 1 、对g s m g p r s e d g e 网络现状进行了研究。 2 、在此基础上研究了g s m g p r s e d g e 业务量预测和信道配置 方法。 3 、研究并提出了优化的业务量预测和信道配置方法。 4 、在优化方法的指导下，详细设计并实现了g s m g p r 刚巳d g e 业务量预测和信道配置系统。 i l 置系统的性能进行 北京邮电大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t i o no f t ra f f i c p r e d i c t l 0 na n dc h a n n e lc o n f i g u r a r l 0 n s y s t e mb a s e do ng s m ! g p r s e d g e a b s t r a c t a st h e t d s c d m a ,c d m 已墟0 0 0 a n dw c d m at e c h n o l o g y s t a n d a r dh a sb e e nc o m m e r c i a l ，t h ec h i n e s em o b i l ec o m m u n i c a t i o n i n d u s t r yh a sm a r c h e di n t ot h e3 gp e r i o d b u tt h ea d v a n t a g eo fg s mi s s t i l ln o tb ei g n o r e d c h i n ah a st h ew o r l d sb i g g e s tg s mn e t w o r k ，a n di t s u s e rb a s e a sw e l la st h eg o o du s e rl o y a l t ys t i l le x i s t s g s mn e t w o r ks t i l l h a sl o t so fa d v a n t a g e s ，a n di nt h e5t o1 0y e a r s ，g s mn e t w o r kw i l la l s o c o n t i n u et od e v e l o p u n t i ln o w , t h en u m b e ro fg s mm o b i l eu s e r si ss t i l l g r o w i n g ，u s e r s d e m a n df o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o nb u s i n e s sh a s g r a d u a l l yi n c r e a s e d ，n o to n l yf o rg s m v o i c es e r v i c e s ，b u ta l s of o rg p r s a n de d g ed a t at r a f f i cd e m a n dh a si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y t h e r e f o r e ， g s m g p r sn e t w o r ki sl i m i t e db yt h ec a p a c i t yo fm o r es e r i o u sc o n d i t i o n s t h en u m b e ro fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nu s e ri n c r e a s e s 。r e s u l t i n gi nt h e i n c r e a s i n ga v a i l a b i l i t yo fr a d i of r e q u e n c yt h a th a sa p p e a r si n a d e q u a t e i n o r d e rt or e a s o n a b l ym a k eu s eo fr a d i of r e q u e n c yr e s o u r c e s ，w en e e dt o f i n da ne f f e c t i v ew a yt od i s t r i b u t ec h a n n e l sf o re a c hc e l le f f i c i e n t l y r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v ec h a n n e lc o n f i g u r a t i o ni sb a s e do na n a c c u r a t eb u s i n e s sf o r e c a s t s i nf a c t ，m o s to ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n c o m p a n i e sd ot h et r a f f i cf o r e c a s t sb a s e do ne x p e r i e n c et oc o n d u c tar o u g h e s t i m a t e ，a n dt h ed e c i d ew h e t h e rt oe x p a n dt h en e t w o r kc a p a c i t yb a s e do n t h ee s t i m a t i o n t h i s e s t i m a t i o nm a yc a u s el a r g ea m o u n to fn e t w o r k r e d u n d a n c yo rn e t w o r kc a p a c i t yi sn o te n o u g h i n a c c u r a t ep r e d i c t i o no f t h ev o l u m eo fb u s i n e s sw o u l db r i n gn e g a t i v ei m p a c tt oc a r r i e r so nt h e p l a n n i n ga n do p e r a t i o n s ，a n dh o wt of i n da na c c u r a t ep r e d i c t i o nm e t h o d o ft r a f f i ca n dd a t at r a f f i cf o ro p e r a t o r si sak e yi s s u e s o ，t oc a r r yo u t i i i 北京邮电大学硕士学位论文 t r a f f i ca n dd a t at r a f f i c p r e d i c t i o n c a n i m p r o v e t h er a d i or e s o u r c e u t i l i z a t i o na n dc a nr e d u c ec o s t s t h i sp a p e rs t a r t sf r o mt h e s ei s s u e s ，t h r o u g ht h ee x i s t i n gm o b i l e c o m m u n i c a t i o nt r a f f i cf o r e c a s t i n ga n dc h a n n e la l l o c a t i o na l g o r i t h mf o r c o m p a r a t i v ea n a l y s i sa n dr e s e a r c h ，p r e s e n t e da no p t i m i z e da l g o r i t h ma n d i m p l e m e n t s ag s m g p r s e d g et r a f f i c f o r e c a s t i n g a n dc h a n n e l c o n f i g u r a t i o ns y s t e mt h a tc a nd on e t w o r ko p t i m i z a t i o nt om e e td a i l y n e e d s m a i nc o n t e n t so ft h i sa r t i c l ea r e 懿f o l l o w s ： 1 t h eg s m g p r s e d g en e t w o r ks t a t u sa r es t u d i e d 2 o nt h eb a s eo ft h et h e o r ya b o v e ，s t u d i e st h eg s m g p r s e d g e t r a f f i cf o r e c a s t i n ga n dc h a n n e lc o n f i g u r a t i o n 3 s t u d i e sa n dp r o p o s e sa no p t i m i z e dt r a f f i cf o r e c a s t i n ga n dc h a n n e l c o n f i g u r a t i o n 。 4 u n d e rt h eg u i d a n c eo ft h eo p t i m i z a t i o nm e t h o d ，d e t a i l e dd e s i g n a n di m p l e m e n tag s m g p r s e d g et r a f f i c f o r e c a s t i n ga n dc h a n n e l c o n f i g u r a t i o ns y s t e m 5 i nt h ea r t i c l e ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h eg s m g p r s e d g et r a f f i c f o r e c a s t i n ga n dc h a n n e lc o n f i g u r a t i o ni sa n a l y z e di nd e t a i l k e yw o r d s ：g s m g p r s e d g e c h a n n e l c o n f i g u r a t i o n t r a f f i cf o r e c a s t i n gn e t w o r ko p t i m i z i n g i v 北京邮电大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c r i i i l i l 录、r 第一章前言。1 1 1 课题背景1 1 2g s m g p r s e d g e 发展现状1 1 3 网络优化系统的发展现状2 1 4 业务量预测方法发展现状5 1 5 信道配置方法发展现状。7 1 6 本文主要研究工作9 1 7 本文的组织9 第二章g s m g p r s e d g e 原理及现状。1 0 2 1g s m 原理及现状。1 0 2 1 1g s m 基本原理。1 0 2 1 2g s m 信道介绍1 1 2 2g p r s 原理及现状1 3 2 3e d 6 咆原理及现状1 5 2 3 1e d g e 技术简介1 5 2 3 2e d ( e 的特点1 6 2 3 3e d g e 的承载业务1 7 2 4 ，j 、结1 8 第三章业务量预测和信道配置算法研究与优化1 9 3 1 业务量预测算法1 9 3 1 1 指数回归预测算法。2 1 3 1 2 多项式回归预测算法2 1 3 1 3 卡尔曼滤波预测模型2 3 3 2 信道配置算法2 6 3 2 1 等效爱尔兰算法。2 6 3 2 2 后爱尔兰算法。2 7 3 2 3 坎贝尔算法2 7 3 3 算法优化2 8 3 3 1 预测算法优化2 8 3 3 2 信道配置算法优化2 9 3 4 ，j 、结3 l 第四章系统实现方案3 2 4 1 需求分析3 2 4 2 系统设计3 2 4 2 1 设计原则3 2 4 2 2 功能设计3 3 4 2 3 流程设计。3 3 v v i 巧钉钉钌铝钞的钞的舛靳鲐卯卯强”酡毋甜 北京邮电大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 课题背景 中国移动通信产业发展迅速，随着t d - s c d m a ，c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 技 术标准的商用，中国移动通信产业已经迈入了3 g 时代，但是g s m 的优势却仍然 不容忽视。中国拥有世界上最大的g s m 网络，其庞大的用户群以及良好的用户 忠实度仍然存在。而且g s m 在覆盖方面还有一定的优势，所以在未来5 至1 1 0 年内 的时间内，g s m 网络必定还会继续发展。 目前移动g s m 用户也还在继续增长，用户对移动通信业务的需求量也逐渐 增大，不仅是对g s m 话音业务，而且对g p r s 和e d g e 的数据业务的需求也大幅 上升。所以，g s m g p r s 网络出现了较严重的容量受限情况。移动通信用户的增 加，导致可利用的无线频率日趋显得不足，为了合理的利用无线频率资源，迫切 需要找到一种有效的方式来高效的为每个小区分配信道。 实际上移动通信公司大都根据经验对话务量进行粗略的估计预测，根据这个 估算值来决定是否要扩大网络容量，对数据业务的容量更是缺乏经验。这种估计 方法可能会造成网络冗余量大或者网络容量不够。业务量的预测不准确会对运营 商的规划和运行产生不利的影响，如何找到一种准确的预测话务量和数据流量的 方法对运营商来说是一个关键的问题。所以，开展话务量和数据流量的预测研究， 可以提高无线资源的利用率并且可以降低成本。 在准确的业务量预测基础之上，再进行合理有效的信道配置，能够更加合理 的利用无线频率资源，充分的利用网络系统资源，对运营商有着极为重要的战略 意义。 1 2g s m g p r s e d g e 发展现状 作为在全球拥有最多用户的g s m 网络，于9 0 年代引入我国。由于具有网络 容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话 死角少、手机耗电量低等特点，发展迅速，用户量急剧上升。目前，中国移动 g s m 用户已经超过5 亿，联通g s m 用户也已经达到1 3 亿。 g p r s 是通用分组无线业务的简称，是g s m 系统中有关分组数据所规定的标 准。g p r s 具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、 资费合理等特点。g p r s 的出现，解决移动用户对于数据业务的需求。它以数据 流量计费，可提供高达1 1 5 k b s 的传输速率。 北京邮电人学硕士学位论文 而e d g e 是g p r s 到第三代移动通信的过渡性技术方案，能够充分利用现有 的g s m 资源，其带宽得到明显提高，单点接入速率峰值为2 m b i t s ，单时隙信道的 速率可达到4 8 k b i 临，从而使移动数据业务的传输速率在峰值可以达到3 8 4 k b i t s ， 这为移动多媒体业务的实现提供了基础。 虽然g s m g p r s e d g e 的发展，满足了移动用户关于话音、数据业务的需求。 但是随着业务量的增长，以及数据业务的爆炸式发展，g s m g p r s e d g e 网络出 现了较多的容量受限现象。同时，由于我国3 g 刚刚开始商用，所能承载的用户 量有限，也未能建立起较好的品牌效应，所以g s m 用户仍占移动通信用户的绝 大多数在这种情况下，如何通过精确的业务量预测，合理分配网络信道，提高 无线网络资源利用率，提高g s m g p r s e d g e 网络质量就成了当务之急目前， 移动语音利用t c h 信道进行传输，数据业务利用p d c h 信道进行传输，数据业务 信道又分为动态和静态p d c h 信道。其中动态p d c h 就是从语音t c h 信道分配而 来，如何掌握语音和数据业务之间的优先级以及分配的动态p d c h 是否既能满足 数据业务的需要又不会导致语音业务信道数量不够，是优化的一个重点内容。这 就需要利用比较准确的预测算法对语音业务和数据业务分别进行准确的预测，得 出最合理的信道数量值。下面我们会介绍当前比较流行的预测算法。 1 3 网络优化系统的发展现状 网络优化的目标是提高或保持网络质量，而网络质量是各种因素相互作用的 结果，随着优化工作的深入开展和优化技术的提高，优化的范围也在不断扩大。 事实上优化的对象已不仅仅是当前的网络，它已经渗透到包括市场预测，网络规 划，工程实施直至投入运营的整个循环过程的每个环节。 用户数量的高速增长，用户流动性增加都将导致系统在高负荷状态下运行使 网络产生阻塞，网络安全面临威胁。网络优化能够通过各种手段减少不必要的系 统开销，增加系统有效容量或调整负荷分布，缓解阻塞，保障网络安全。但要从 根本上解决这些问题，必须提高规划水平，加快规划速度，使扩容跟上市场发展 的速度。目前的优化技术已经能够帮助规划部门深入地了解现有设备的实际容 量，资源利用率，负荷分布情况；建立更标准的话务模型并预测该话务模型下的 系统容量和分布；根据给定的话务模型预测话务和信令的流向和流量，使网络结 构设计更加合理。 随着优化活动的深入和范围的扩展，网络优化技术也日趋成熟。一般的网络 优化活动分为两个阶段：先对现有的网络进行性能评估，对发现的问题进行分析， 然后运用各种手段实施优化现存的主要优化技术和手段将分别介绍： 1 、常规的网络评估和分析 2 北京邮电大学硕士学位论文 1 ) 、根据话务统计对网络性能指标进行分析 主要指标有：掉话率、接通率、切换成功率、位置更新成功率、寻呼成功率。 2 ) 、对不同层次的网络单元负荷及其构成进行分析 主要分析对象有：交换机主处理器、信令处理单元、中继群、位置更新区、 基站控制器、话音和信令信道 3 ) 、切换与位置更新分析 切换与位置更新是移动通信系统中的重要概念，代表了用户的移动性，不合 理的切换和位置更新会显著影响通话质量和接入质量，过多的切换和位置更新会 占用大量系统负荷，减少系统的有效容量。切换与位置更新分析主要着重于切换 和位置更新原因及构成比例，切换的频度及由切换引起的掉话次数。 4 ) 、小区通话流程分析 小区是无线优化的基本单元，小区话务统计报告能对每个小区从试呼至通话 结束全过程的每个阶段进行描述，通过对有问题的小区进行分析能够对问题做初 始定位，为进一步优化指明方向。 5 ) 、路测 通过在道路和室内进行待机模式和连接模式下的信号测量与拨打，从用户角 度评估通话质量。通过路测还能针对小区，找出通话质量差、接收水平低、切换 不正常的地点从而找出可能的原因。 6 ) 、地理分析 以上分析都能以地理信息系统为平台进行，一些具有较强地理特征的问题如 话务的阻塞和不平衡，同邻频干扰，切换与位置更新会被直观的显示出来。常用 的背景信息有普通地图，网元及边界，无线规划数据等。 7 ) 、信令分析和后处理 信令追踪和分析，是确定和解决疑难问题的重要手段，由于话务统计中许多 技术器是由信令触发的，所以某些统计项目异常可以用信令来检验和解释。 8 l 、网络资源利用和瓶颈分析 网络规划应全面了解网络资源利用情况和瓶颈所在，这样才能有的放矢地进 行扩容。 9 ) 、建立符合实际情况的话务模型 确定话务模型是准确了解交换和基站系统容量的基础，话务模型随着网络的 发展不断变化，因此每次规划都需要根据当前网络的情况结合对未来变化趋势的 预期进行估算 1 、交换和无线容量预测 3 北京邮电大学硕士学位论文 根据长期话务统计和市场信息可以对当前用户数量和分布情况的变化趋势 进行预测，从而确定本期扩容将要达到的容量，由按照设定的话务模型可以计算 设备的有效容量，从而决定能够满足设计容量的设备类型和数量。 1 1 ) 、话务和信令负荷流向预测 网络结构的设计应参考现有网络的话务分布和信令流向，根据设定的话务模 型进行预测，从而使总容量的分布更加合理，避免网元及接口上出现负荷失衡和 阻塞。 2 、优化手段 1 ) 参数优化 根据网络的结构和用户的行为对诸如越区切换和功率控制参数进行调整以 改善网络性能。 2 ) 频率优化 根据路测和话务统计分析，通过改频、调整天线倾角和俯仰角、小区相邻关 系调整等方法，改善覆盖，减少网内外的频率干扰。 3 ) 容量优化 监控系统容量的增长，对系统瓶颈及时提出预警，减少不必要的系统负荷以 增加系统的有效容量，从而更好地保障高负荷下的网络安全，提高网络资源利用 率。 4 ) 配置优化 根据试呼、位置更新、切换的分布情况、话务和信令的流向对无线和有线资 源进行再分配来缓解局部地区的阻塞现象，减少不必要的系统负荷，是网络达到 最佳平衡状态。 3 、现存的软件 随着优化技术的发展，优化软件也应运而生，成为优化工作不可缺少的辅助 手段。目前的优化软件大致有以下几种类型： 1 ) 路测数据分析软件 新一代的路测仪器和软件不但能够记录测试手机接收到的下行电平、通话质 量和信令及对应的经纬度信息，而且能够对上下行全频段进行高速扫描。 2 ) 频率规划与优化软件 此类软件除了具备一些路测数据处理功能，更多的还是做出更加准确的无线 规划。 3 ) 信令分析软件 信令分析是判定和解决系统疑难问题的有力手段，鉴于信令的客观性和权威 性，运营商已趋向于将信令作为衡量话务统计准确性的标准。因此，信令分析软 4 北京邮电人学硕| 上学位论文 件中加强了流程的自定义、匹配搜索和统计功能，并将常用方法模块化。提高了 解决常见问题的效率。 4 ) 话务统计数据处理软件 话务统计提供了大量的系统信息，是网络优化最重要的数据源，好的数据处 理软件不但能够自动计算运营商和供应商定义的性能指标，自动生成带有图表的 短期和长期报告，还带有能够进行专题分析的功能模块，所有这些都可以调用地 理信息系统显示在地图上。 5 ) 地理信息系统 在地理信息系统平台上开发的应用程序能够在真实的地图上显示各种系统 数据如网络性能指标、系统负荷、频率的地理分布和路测数据，便于使用者直观 地发现问题。 6 ) 话单分析 话单中存在着如主、被叫用户号码、呼叫发起小区、占用中继、呼叫释放原 因在内的各种信息，通过提取这些信息，话单分析软件能够对特定用户和号码进 行跟踪，提取重要的市场信息。 尽管网络优化技术已经有了长足的发展，但有一些课题尚待进一步研究，例 如： - 网外干扰的定位与清除。 _ 话务密集区域的室内覆盖，特别是高楼的室内覆盖的系统解决方法。 跳频特别是综合跳频技术采用后通话质量的评价。 双频网络的相互影响。 - 手机接入互联网后的用户行为及话务模型的改变。 随着网络规模的增大和新业务的引入，特别是移动通信与互联网的结合，网 络优化的对象本身将发生变化，可以预计，优化的范围和技术也会随之不断发展。 在本文中，将介绍一个业务量预测与信道配置系统的实现过程，该系统利用比较 流行的预测方法和改进的信道配置方法对未来某一天的业务量进行预测和信道 配置。 1 4 业务量预测方法发展现状 预测是指以准确的调查统计资料及其他信息，从历史数据、现有数据及其规 律出发，运用科学的方法对未来的数据进行预测。预测方法可分为定性预测和定 量预测。定性预测是指通过调查研究，了解实际情况，凭借自己的实践经验和理 论，对发展前景、方向和程度作出判断并进行预测；定量预测是指根据准确、及 时、系统全面的调查统计资料，运用统计方法和数学模型，对未来进行比例关系 5 北京邮电大学硕? f ：学位论文 的测定。定量预测包括时间序列预测和回归分析预测等。 当今电信业出现了更为激烈的竞争，他们之间的竞争从用户争夺转为话务量 的竞争，同时，移动业务量的不断增长，特别是在春节、中秋等节假日，移动通 信突发话务量会比平时突然增高，极易造成系统过载，导致出现线路拥塞，使得 通信质量下降，掉话率增加等现象增加。因此根据长期话务统计资料对移动通信 话务量的变化趋势进行预测，以此来确定系统要达到的容量，从而对无线资源进 行合理的配置和调整，这对移动通信运营商来说极为重要。 本系统业务量预测的主要目的是为了根据准确的预测算法，得出未来某一天 的预测业务量值，根据该预测值进行无线信道进行合理的分配和调整。目前有许 多种业务量预测的方法。主要的方法有以下几种： ( 1 ) 趋势外推法。趋势外推法是研究事物发展渐进过程的一种统计方法。 当预测的对象依时间的变化呈现某种上升或下降趋势，且无明显的波动，又能找 到一条合适的函数曲线反应这种变化趋势时，就依时间为自变量，时序数值为因 变量，建立趋势模型。趋势外推法在进行函数曲线拟合时可以采用多种曲线形式， 包括线性曲线、指数曲线、乘幂曲线、二次曲线和三次曲线等。根据以往的预测 经验，在各种曲线中以二次曲线和三次曲线的拟合度最好。这种方法的优点在于 可以揭示事物未来的发展趋势，并可对其进行定量的估计。使用趋势外推法可对 用户数量、人口规模、经济增长等来进行预测，其预测结果比较准确。趋势外推 法反映了事物发展的一种趋势，其预测结果具有一定的参考价值，但也存在一定 的局限性，它的前提是事物发展的环境基本不变，难以反映未来各种变化对事物 发展趋势的影响，比较适合于近期预测。 ( 2 ) 瑞利多因素法。瑞利多因素法是一种研究移动电话用户在潜在用户中渗 透率的变化趋势的预测方法。潜在用户真正转化为实际用户受多种因素的影响， 如移动终端的价格、移动资费、业务需求等，将这些因素对渗透率的影响进行量 化后，只要能确定各种影响因素在预测期内的变化值，就可以定量计算出预测期 内移动通信业务在潜在用户群中的渗透率，进而可得出移动用户的规模。该预测 模型涉及到两个关键的环节：一是潜在用户群的确定，二是潜在用户群中渗透率 变化趋势的量化。 ( 3 ) 市场调查法。市场调查法是通过对网络覆盖范围内的主要人群进行市场 调查，得出移动通信业务在某种特定人群中的渗透率，进而得出当地的潜在用户 数。特定人群的划分，各地不尽相同，应根据当地的社会、经济情况灵活确定。 这种方法适合已有网络的扩容和优化，对于要新建网络，可根据同类地区已运营 网络的数据作为参考，并根据本地情况进行修正。 ( 4 ) 回归预测法。回归预测法是根据两个或多个变量因素所呈现的变化趋势 6 北京邮电大学硕士学位论文 关系，采用适当的计算方法，找出他们之间特定关系的经验公式，再根据其中一 个变量的变化，来预测另外一个变量的发展变化。在回归预测法中，为了降低复 杂性，一般选取两个或三个因素来进行研究。但这种方法具有一定的片面性，应 选择多个因素，分别进行预测，再对各预测结果进行加权平均，提高预测结果的 准确性。 ( 5 ) 组合预测法。组合预测方法是对同一个问题，采用多种预测方法。组合 的主要目的是综合利用各种方法所提供的信息，尽可能地提高预测精度，组合预 测有两种基本形式：一是等权组合，即各预测方法的预测值按相同的权数组合成 新的预测值；二是不等权组合，即赋予不同预测方法的预测值的权数是不样的。 这两种形式的原理和运用方法完全相同，只是权数的取定上有所区别。根据已进 行的预测结果，采用不等权组合的组合预测法结果较为准确。 在本系统中，我们将主要介绍如下三种预测方法： 1 ) 指数回归算法： 2 ) 多项式回归算法 3 ) 卡尔曼滤波算法 1 5 信道配置方法发展现状 g p r s e d g e 的业务信道分为静态信道和动态信道。静态信道数的配置直接 影响着小区的网络质量，如何利用现有的网络信息，最合适地配置g p r s e d g e 的静态p d c h 信道，是目前运营商亟待解决的问题。目前比较流行的信道配置 功能是利用不同的业务模型来进行分配。业务模型是用户业务行为对系统资源占 用的需求。业务模型主要包括：业务类型、业务特性参数、业务承载和业务质量 四个方面。业务模型分析方法有等效爱尔兰法、后爱尔兰法、坎贝尔法等。 等效爱尔兰法是将一种业务等效为另一种业务，从而计算总的业务量( e d ) 。 等效原理如下图1 1 所示： 图1 1 7 北京邮电大学硕士学位论文 图1 1 所示的为以话音为中间量计算。等效爱尔兰法用一个统一的业务信道 表示对网络资源的需求，简化了多种业务情况下的业务模型等效爱尔兰法存在 的主要缺陷是，用不同的业务作为标准，得到的资源需求会不一致。 后爱尔兰法是分别计算每种业务所需的容量，再进行相加，其计算原理如下 等效原理如下图1 1 所示， 后爱尔兰法不用统一的信道来表示多种业务信道需求，而是分别计算满足各 种业务的信道需求，再对其进行简单的累加。后爱尔兰法把各个业务信道需求认 为地割裂开来，忽略了多业务信道之间的相关性。在现有的网络设备中，所有的 信道资源被各种业务所共享，后爱尔兰法经过多次爱尔兰信道转换，过高的估计 了业务需要的信道数。业务类型越多，用后爱尔兰法估算的信道冗余也会越多。 目前的业务多种多样，不用业务的承载速率和所需的信噪比不同，对系统负 荷产生的影响也不同。坎贝尔方法在综合考虑所有业务基础上，构造了一个等效 的业务，计算系统提供该业务的信道数和总的等效业务话务量，然后得到混合业 务的容量估算，其计算原理图如下图1 3 所示： 图1 3 计算步骤： ( 1 ) 考虑所有的业务，构造一个虚拟业务； 8 北京邮电大学硕士学位论文 ( 2 ) 计算系统提供该虚拟业务的信道数和总的等效业务话务； ( 3 ) 计算得到混合业务的容量 坎贝尔方法相对于前两种方法来说，比较有优势，但是在我们的开发过程中， 坎贝尔方法有其不足的地方，统计数据业务量的时候必须将g p r s 和e d g e 得业 务量分别统计，这造成了一定的不便。 1 6 本文主要研究工作 本文的主要研究工作如下： ( 1 ) 对g s m g p r s e d g e 网络现状进行了研究。 ( 2 ) 在此基础上研究了g s m g p r s e d g e 业务量预测和信道配置方法。 ( 3 ) 研究并提出了优化的业务量预测和信道配置方法。 ( 4 ) 在优化方法的指导下，详细设计并实现了g s m g p r s e d g e 业务量预 测和信道配置系统。 ( 5 ) 对系统性能进行了详细分析。 本文下面的所有内容都是围绕上面提到的五大方面的内容展开的。最终目标 是实现一个准确易用的g s m g p r s e d g e 业务量预测和信道配置系统。 1 7 本文的组织 本文第一章概述了g s m g p r s e d g e 的发展现状，提出了进行业务量预测和 信道配置的重要性，同时确定了本文的研究工作是实现g s m g p r s 但d g e 业务量 预测和信道配置系统。第二章就g s m g p r s e d g e 的原理进行研究和回顾。第三 章进一步研究了现有的业务量预测和信道配置算法，并在此基础之上，通过对比 分析和研究，提出了优化的业务量预测和信道配置算法。第四章对 g s m g p r s e d g e 业务量预测和信道配置系统进行了详细的设计和实现。第五章 实现了对系统性能的分析，并对系统进行了总结。第六章，对本文所做研究进行 了总结，并对下一步工作进行了展望。 9 北京邮电大学硕士学位论文 第二章g s m g p r s e d g e 原理及现状 2 1g s m 原理及现状 2 1 1g s m 基本原理 g s m 数字蜂窝移动通信系统是按照e t s i 制定的g s m 规范制成的。 g s m 系统是一种典型的开放式结构，作为一种通信系统，它具有下列主要 特点： 1 ) g s m 系统由几个分系统组成，每个分系统之间都有定义明确且详细 的标准化接口方案，保证任何厂商提供的g s m 系统设备可以互连同时， g s m 系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使g s m 系 统可以与各种公用通信网实现互连互通。 2 ) g s m 系统出了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业 务、补充业务以及与i s d n 相关的各种业务。 3 ) g s m 系统采用f d m 觚d m a 及调频的复用方式，频率复用效率较 高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。 4 ) g s m 系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需 求。 5 ) g s m 系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。 g s m 系统由一系列功能单元组成，分为m s ( 移动台) 、n s s ( 网络子系 统) 、b s s ( 基站子系统) 、o s s ( 操作维护子系统) 等几个主要部分。 1 移动台是整个系统中直接由用户使用的设备，可分为车载型、便携性 和手持型三种。在g s m 系统中，物理设备与移动用户是相互独立的。用户 的所有信息都存储在s i m 卡上，系统中的任何一个移动台都可以利用s i m 卡来识别移动用户。移动台有自己的识别码i m e i ，成为国际移动台设备识 别号。每个以动态的i m e i 都是唯一的，网络对i m e i 进行检查，可以保证 移动台的合法性。s i m 卡中存储着用户的所有信息，包括国际移动用户识 别码i m s i 等。 2 基站子系统( b s s ) 基站子系统包含了g s m 数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础 设施，它通过无线接口直接与移动台实现通信连接，同时又连到网络短的 交换机，为移动台和交换子系统提供传输通路，因此，b s s 可以看作移动 台与交换机之间的桥梁。b s s 由两个基本部分组成：通过无线接口与移动 台一侧相连的基站收、发信机( b t s ) 和与交换机一侧相连的基站控制器 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 无线传输，b s c 主要负责控制和管( b s c ) 从功能上看，b t s 主要负责 理。 3 网络子系统( n s s ) 网络与交换子系统包括实现g s m 的主要交换功能的交换中心以及管理用户 数据和移动性的所需的数据库，有时也称之为交换子系统。它由一系列功能实体 构成，各功能实体间以及n s s 与b s s 之间通过符合c c m 信令系统n o 7 协议规范 的7 号信令网络互相通信。它的主要作用是管理g s m 用户和其它网络用户之间的 通信。n s s 可分为如下几个功能单元：1 、移动业务交换中4 二, m s c m s c 是网络 的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其它网络用户之间的通信 连接。为此，它提供面向系统的其它功能实体的接口，到其它网络的接口以及与 其它m s c 互连的接口。m s c 从h l r 、v l r 、a u c 这三种数据库中取得处理用户 呼叫请求所需的全部数据，同时这三个数据库也会根据m s c 最新信息进行自我 更新。m s c 为用户提供承载业务、基本业务及补充业务等一系列服务。作为网 络的核心，m s c 还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动性能及其它网络 功能 对于容量较大的通信网，一个n s s 可以包括若干个m s c 、h l r 和v l r ， 在建立固定网用户与g s m 移动用户之间的呼叫时，呼叫往往首先被接到入口 m s c ( g m s c ) ，再由入口m s c 负责获取位置信息然后进行接续。g m s c 具有 与固定网和其它n s s 实体互通的接口，也就是我们通常所说的关口局。 2 1 2g s m 信道介绍 1 业务信道： 业务信道用于携带语音或用户数据，可分为语音业务信道和数据业务 信道。 ( 1 ) 话音业务信道： 一t c h f s ：全速率语音信道1 3 k b i t s ； t c h h s ：半速率语音信道5 6 k b i t s 。 ( 2 ) 数据业务信道： t c h f 9 6 ：9 6 k b i t s 全速率数据信道； t c h f 4 8 ：4 8 k b i t s 全速率数据信道； _ t c h h 4 8 ：4 8 k b i t s 半速率数据信道； t c h h 2 4 ： 2 4 k b i t s 半速率数据信道； 一t c h h 2 4 ： 2 4 k b i t s 半速率