OPNET無線通信建模重要性范文

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本文作者：柴力王麗曾志民單位：北京郵電大學信息與通信工程學院在讀碩士工業和信息化部電信研究院通信標準研究所工程師北京郵電大學信息與通信工程學院教授

無線網絡和有線網絡最大的區別是無線信道的廣播和時變特性，以及節點的移動性。無線信道建模的內容包括無線信道的頻率、功率、視距以及干擾等。本文將opnetModeler作為仿真工具對解決系統干擾共存的問題進行了介紹，并對在平臺搭建過程中所遇到問題的解決辦法進行了總結。

1OPNET無線通信流程

OPNET無線通信過程由14個首尾相連的管道階段組成，由于無線鏈路不以物理對象的形式存在，因而用于支持無線傳輸的管道階段必須與形成鏈路的無線收發信機相關聯。[1]與發信機端相關的管道階段有6個，分別為：接收機組（rxgroupmodel）、發送延遲（txdelmodel）、鏈路閉合（clo-suremodel）、信道匹配（chanmatchmodel）、發送天線增益（tagainmodel）和傳播延時（propdelmodel）。發送端各管道階段的執行過程如圖1所示。與收信機相關聯的管道階段有8個，分別為：接收天線增益（ragainmodel）、接受功率（power）、背景噪聲（bkg-noise）、干擾噪聲（inoise）、信噪比（SNR）、誤碼率（BER）、錯誤分布（error）和錯誤糾正（ecc）。計算了接收功率和背景與干擾噪聲的疊加功率就可以計算SNR，之后調用調制曲線找出相應誤碼率。收信機端各管道階段的執行過程如圖2所示。

2干擾共存仿真模型

圖3所示的工程模型是在3.4-3.6GHz頻段上IMT-Advanced系統與固定衛星業務（FSS）系統的干擾共存仿真模型。為了研究IMT-Ad-vanced系統與FSS系統的干擾共存情況，將兩個系統部署在同一地理區域，并且IMT-Ad-vanced基站呈環狀分布在以FSS地球站為中心的區域內。圖中也展示了運用OPNETModeler建模的三個基本工作層面，分別是網絡域、節點域和進程域。網絡域用節點和節點間鏈路來描述系統，節點域憑借數據元素用應用、處理、隊列和通信接口來定義節點能力，進程域則定義了節點內系統上的進程的行為，以可執行代碼為主。

3干擾共存方法

本課題是研究IMT-Advanced系統與FSS系統在同頻以及鄰頻情況下共存所需的條件，其中，鄰頻情況又分為兩系統鄰頻無保護帶、鄰頻間隔5MHz帶寬以及鄰頻間隔10MHz及其以上帶寬三種情形。對于頻率和帶寬的屬性在工程模型里發送端（IMT-A基站）的發信機和接收端（FSS地球站）的接收機的channel屬性中設置，如圖4所示。同時，在channel屬性里，可以自定義num-berofrows屬性值來設置用于仿真的信道數量，系統會自動生成相應數目的信道，每個信道可以自定義其數據速率、支持的包格式、頻率、帶寬、發射功率以及擴頻碼（spreadingcode）等屬性。如果啟用擴頻碼就直接設定一個double值，如果兩個收發信機信道對的擴頻碼相同就可以互相通信，否則視為噪聲。對于干擾共存問題的研究，如何計算干擾功率是最主要的問題。OPNET無線通信的每個管道階段都有相應的管道文件（C/C++代碼）與之對應，封包在傳輸過程中由每個階段計算出的任何數據都保存在它的TDA屬性值里，可以為后續的管道階段共享調用。在傳輸過程中，所有封包將被分為三類：有效包、噪聲包和無用包。有效包是收發信機信道的某些關鍵屬性完全匹配，最終可以被接收端正確接收的包；噪聲包是在收發信機信道配置不兼容的情況下產生的，該類包的數據內容無法被接收；而無用包則將在傳輸過程中被銷毀，無法到達接收端。這里可以自定制修改管道階段文件dra_chanmatch來控制封包的狀態，以得到需要的干擾功率統計。同時，對于每一種通信系統都有相應的信道傳播模型來計算信號傳輸過程中的陰影衰落、路徑損耗等參數，以達到盡量真實的模擬信號傳輸的目的，那么可以通過自定制修改與接收端關聯的power階段的管道文件代碼dra_power來達到這一需求。

4天線模型編輯器

在無線通信中，發送端和接收端天線增益的計算也是很重要的一個方面，OPNET有專門的天線模型編輯器，可以生成天線模型的三維可視化視圖，形象直觀地展現在空間各方向上的天線增益。OPNET中天線模型的實質是由各個方向上天線增益值確定的曲線的集合，對于某一特定接收端，內核根據發送端和接收端的相對位置計算出相應角度，從而獲得對應于此接收端方向上的天線增益值。[2]14.5版本下的天線模型編輯器如圖5所示，表征了空間任一方向上的增益值。OPNET的天線模型編輯器使用球面角phi和theta圖形化地創建三維天線模型，phi和theta的定義如圖6所示。phi代表二維圓錐形表面，稱為一個片（slice）或層（plane），對于每一個二維片（2DSlice），函數的橫坐標為theta，縱坐標為相應的增益值，這樣，三維天線模型就被表示成一個二維層的集合。每一層都用一個圖形面板表示，該圖形面板中，抽樣點指定了與每一個theta的變動度數相對應的增益值。默認情況下，phi=90度，若要改變phi，可在天線菜單中選擇SetPhiPlane，輸入期望的phi值；也可通過右鍵選擇phi平面操作菜單選擇哪一個二維函數層（或phi值）被用于作為編輯對象進行顯示。設置天線模型首先需要設置天線模型的粒度（NumberofPhiplanes），即在垂直方向上采樣點的數目。點擊file→generateEMAcode，在打開的代碼中，devc[]數組的個數即為設置的天線模型粒度，每個數組內的元素為在對應phi方向上，各個theta方向上的天線增益值，可以通過外部計算后導入。重命名后保存并編譯，即可生成自定制天線模型。OPNET自定制EMA調制曲線的方法如下：打開OPNET，新建一個調制曲線模型，并生成EMA代碼，如圖7所示。將所有BER值放入數組devc_0[]中，并根據第一步的測試情況在函數Ema_Model_Attr_Set中設置信噪比的最小值及采樣間隔，在函數Ema_Mod-el_Attr_Set及下面的for循環中設置數值為采樣數，最后在函數Ema_Model_Write中修改曲線的名稱并保存得到.em.c文件。在OPNET主界面下，打開Edit→Preference，將license_port設為port_a，重啟OPNET使設置生效，將.em.c文件放入op_models文件夾中，打開OPNETConsole，鍵入命令“op_mkema–m保存的文件名”，提示Emaexecutableprogram(文件名.i0.em.x)pro-duced后，執行該.em.x文件，過程如圖8所示。此時，op_models文件夾中已經有調制曲線文件，刷新OPNET模型目錄并打開該文件即可看到調制曲線。

5結語

以上就是在運用OPNETModeler搭建課題模型時遇到的主要問題及解決辦法。另一個主要任務就是在節點的進程域里自定制添加可執行代碼，經調試并不斷完善得到仿真結果。OPNETModeler是當前非常流行的一種主流網絡仿真軟件，為通信網絡和分布式系統的建模提供了全面的模擬仿真開發環境，OPNET提供的無線模塊可以用于仿真如無線局域網、蜂窩移動網、衛星通信網等各種無線網絡，了解OPNET無線通信機制對于采用OPNET作為仿真開發工具的無線工程模型搭建以及功能的實現是十分必要的。