OPNET无线通信建模重要性范文

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本文作者：柴力王丽曾志民单位：北京邮电大学信息与通信工程学院在读硕士工业和信息化部电信研究院通信标准研究所工程师北京邮电大学信息与通信工程学院教授

无线网络和有线网络最大的区别是无线信道的广播和时变特性，以及节点的移动性。无线信道建模的内容包括无线信道的频率、功率、视距以及干扰等。本文将opnetModeler作为仿真工具对解决系统干扰共存的问题进行了介绍，并对在平台搭建过程中所遇到问题的解决办法进行了总结。

1OPNET无线通信流程

OPNET无线通信过程由14个首尾相连的管道阶段组成，由于无线链路不以物理对象的形式存在，因而用于支持无线传输的管道阶段必须与形成链路的无线收发信机相关联。[1]与发信机端相关的管道阶段有6个，分别为：接收机组（rxgroupmodel）、发送延迟（txdelmodel）、链路闭合（clo-suremodel）、信道匹配（chanmatchmodel）、发送天线增益（tagainmodel）和传播延时（propdelmodel）。发送端各管道阶段的执行过程如图1所示。与收信机相关联的管道阶段有8个，分别为：接收天线增益（ragainmodel）、接受功率（power）、背景噪声（bkg-noise）、干扰噪声（inoise）、信噪比（SNR）、误码率（BER）、错误分布（error）和错误纠正（ecc）。计算了接收功率和背景与干扰噪声的叠加功率就可以计算SNR，之后调用调制曲线找出相应误码率。收信机端各管道阶段的执行过程如图2所示。

2干扰共存仿真模型

图3所示的工程模型是在3.4-3.6GHz频段上IMT-Advanced系统与固定卫星业务（FSS）系统的干扰共存仿真模型。为了研究IMT-Ad-vanced系统与FSS系统的干扰共存情况，将两个系统部署在同一地理区域，并且IMT-Ad-vanced基站呈环状分布在以FSS地球站为中心的区域内。图中也展示了运用OPNETModeler建模的三个基本工作层面，分别是网络域、节点域和进程域。网络域用节点和节点间链路来描述系统，节点域凭借数据元素用应用、处理、队列和通信接口来定义节点能力，进程域则定义了节点内系统上的进程的行为，以可执行代码为主。

3干扰共存方法

本课题是研究IMT-Advanced系统与FSS系统在同频以及邻频情况下共存所需的条件，其中，邻频情况又分为两系统邻频无保护带、邻频间隔5MHz带宽以及邻频间隔10MHz及其以上带宽三种情形。对于频率和带宽的属性在工程模型里发送端（IMT-A基站）的发信机和接收端（FSS地球站）的接收机的channel属性中设置，如图4所示。同时，在channel属性里，可以自定义num-berofrows属性值来设置用于仿真的信道数量，系统会自动生成相应数目的信道，每个信道可以自定义其数据速率、支持的包格式、频率、带宽、发射功率以及扩频码（spreadingcode）等属性。如果启用扩频码就直接设定一个double值，如果两个收发信机信道对的扩频码相同就可以互相通信，否则视为噪声。对于干扰共存问题的研究，如何计算干扰功率是最主要的问题。OPNET无线通信的每个管道阶段都有相应的管道文件（C/C++代码）与之对应，封包在传输过程中由每个阶段计算出的任何数据都保存在它的TDA属性值里，可以为后续的管道阶段共享调用。在传输过程中，所有封包将被分为三类：有效包、噪声包和无用包。有效包是收发信机信道的某些关键属性完全匹配，最终可以被接收端正确接收的包；噪声包是在收发信机信道配置不兼容的情况下产生的，该类包的数据内容无法被接收；而无用包则将在传输过程中被销毁，无法到达接收端。这里可以自定制修改管道阶段文件dra_chanmatch来控制封包的状态，以得到需要的干扰功率统计。同时，对于每一种通信系统都有相应的信道传播模型来计算信号传输过程中的阴影衰落、路径损耗等参数，以达到尽量真实的模拟信号传输的目的，那么可以通过自定制修改与接收端关联的power阶段的管道文件代码dra_power来达到这一需求。

4天线模型编辑器

在无线通信中，发送端和接收端天线增益的计算也是很重要的一个方面，OPNET有专门的天线模型编辑器，可以生成天线模型的三维可视化视图，形象直观地展现在空间各方向上的天线增益。OPNET中天线模型的实质是由各个方向上天线增益值确定的曲线的集合，对于某一特定接收端，内核根据发送端和接收端的相对位置计算出相应角度，从而获得对应于此接收端方向上的天线增益值。[2]14.5版本下的天线模型编辑器如图5所示，表征了空间任一方向上的增益值。OPNET的天线模型编辑器使用球面角phi和theta图形化地创建三维天线模型，phi和theta的定义如图6所示。phi代表二维圆锥形表面，称为一个片（slice）或层（plane），对于每一个二维片（2DSlice），函数的横坐标为theta，纵坐标为相应的增益值，这样，三维天线模型就被表示成一个二维层的集合。每一层都用一个图形面板表示，该图形面板中，抽样点指定了与每一个theta的变动度数相对应的增益值。默认情况下，phi=90度，若要改变phi，可在天线菜单中选择SetPhiPlane，输入期望的phi值；也可通过右键选择phi平面操作菜单选择哪一个二维函数层（或phi值）被用于作为编辑对象进行显示。设置天线模型首先需要设置天线模型的粒度（NumberofPhiplanes），即在垂直方向上采样点的数目。点击file→generateEMAcode，在打开的代码中，devc[]数组的个数即为设置的天线模型粒度，每个数组内的元素为在对应phi方向上，各个theta方向上的天线增益值，可以通过外部计算后导入。重命名后保存并编译，即可生成自定制天线模型。OPNET自定制EMA调制曲线的方法如下：打开OPNET，新建一个调制曲线模型，并生成EMA代码，如图7所示。将所有BER值放入数组devc_0[]中，并根据第一步的测试情况在函数Ema_Model_Attr_Set中设置信噪比的最小值及采样间隔，在函数Ema_Mod-el_Attr_Set及下面的for循环中设置数值为采样数，最后在函数Ema_Model_Write中修改曲线的名称并保存得到.em.c文件。在OPNET主界面下，打开Edit→Preference，将license_port设为port_a，重启OPNET使设置生效，将.em.c文件放入op_models文件夹中，打开OPNETConsole，键入命令“op_mkema–m保存的文件名”，提示Emaexecutableprogram(文件名.i0.em.x)pro-duced后，执行该.em.x文件，过程如图8所示。此时，op_models文件夹中已经有调制曲线文件，刷新OPNET模型目录并打开该文件即可看到调制曲线。

5结语

以上就是在运用OPNETModeler搭建课题模型时遇到的主要问题及解决办法。另一个主要任务就是在节点的进程域里自定制添加可执行代码，经调试并不断完善得到仿真结果。OPNETModeler是当前非常流行的一种主流网络仿真软件，为通信网络和分布式系统的建模提供了全面的模拟仿真开发环境，OPNET提供的无线模块可以用于仿真如无线局域网、蜂窝移动网、卫星通信网等各种无线网络，了解OPNET无线通信机制对于采用OPNET作为仿真开发工具的无线工程模型搭建以及功能的实现是十分必要的。