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本文作者：柴力王麗曾志民單位：北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院在讀碩士工業(yè)和信息化部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所工程師北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院教授

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別是無(wú)線信道的廣播和時(shí)變特性，以及節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性。無(wú)線信道建模的內(nèi)容包括無(wú)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(duì)解決系統(tǒng)干擾共存的問(wèn)題進(jìn)行了介紹，并對(duì)在平臺(tái)搭建過(guò)程中所遇到問(wèn)題的解決辦法進(jìn)行了總結(jié)。

1OPNET無(wú)線通信流程

OPNET無(wú)線通信過(guò)程由14個(gè)首尾相連的管道階段組成，由于無(wú)線鏈路不以物理對(duì)象的形式存在，因而用于支持無(wú)線傳輸?shù)墓艿离A段必須與形成鏈路的無(wú)線收發(fā)信機(jī)相關(guān)聯(lián)。[1]與發(fā)信機(jī)端相關(guān)的管道階段有6個(gè)，分別為：接收機(jī)組（rxgroupmodel）、發(fā)送延遲（txdelmodel）、鏈路閉合（clo-suremodel）、信道匹配（chanmatchmodel）、發(fā)送天線增益（tagainmodel）和傳播延時(shí)（propdelmodel）。發(fā)送端各管道階段的執(zhí)行過(guò)程如圖1所示。與收信機(jī)相關(guān)聯(lián)的管道階段有8個(gè)，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(cuò)誤分布（error）和錯(cuò)誤糾正（ecc）。計(jì)算了接收功率和背景與干擾噪聲的疊加功率就可以計(jì)算SNR，之后調(diào)用調(diào)制曲線找出相應(yīng)誤碼率。收信機(jī)端各管道階段的執(zhí)行過(guò)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(tǒng)與固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）系統(tǒng)的干擾共存仿真模型。為了研究IMT-Ad-vanced系統(tǒng)與FSS系統(tǒng)的干擾共存情況，將兩個(gè)系統(tǒng)部署在同一地理區(qū)域，并且IMT-Ad-vanced基站呈環(huán)狀分布在以FSS地球站為中心的區(qū)域內(nèi)。圖中也展示了運(yùn)用OPNETModeler建模的三個(gè)基本工作層面，分別是網(wǎng)絡(luò)域、節(jié)點(diǎn)域和進(jìn)程域。網(wǎng)絡(luò)域用節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間鏈路來(lái)描述系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)域憑借數(shù)據(jù)元素用應(yīng)用、處理、隊(duì)列和通信接口來(lái)定義節(jié)點(diǎn)能力，進(jìn)程域則定義了節(jié)點(diǎn)內(nèi)系統(tǒng)上的進(jìn)程的行為，以可執(zhí)行代碼為主。

3干擾共存方法

本課題是研究IMT-Advanced系統(tǒng)與FSS系統(tǒng)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(tǒng)鄰頻無(wú)保護(hù)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(duì)于頻率和帶寬的屬性在工程模型里發(fā)送端（IMT-A基站）的發(fā)信機(jī)和接收端（FSS地球站）的接收機(jī)的channel屬性中設(shè)置，如圖4所示。同時(shí)，在channel屬性里，可以自定義num-berofrows屬性值來(lái)設(shè)置用于仿真的信道數(shù)量，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)數(shù)目的信道，每個(gè)信道可以自定義其數(shù)據(jù)速率、支持的包格式、頻率、帶寬、發(fā)射功率以及擴(kuò)頻碼（spreadingcode）等屬性。如果啟用擴(kuò)頻碼就直接設(shè)定一個(gè)double值，如果兩個(gè)收發(fā)信機(jī)信道對(duì)的擴(kuò)頻碼相同就可以互相通信，否則視為噪聲。對(duì)于干擾共存問(wèn)題的研究，如何計(jì)算干擾功率是最主要的問(wèn)題。OPNET無(wú)線通信的每個(gè)管道階段都有相應(yīng)的管道文件（C/C++代碼）與之對(duì)應(yīng)，封包在傳輸過(guò)程中由每個(gè)階段計(jì)算出的任何數(shù)據(jù)都保存在它的TDA屬性值里，可以為后續(xù)的管道階段共享調(diào)用。在傳輸過(guò)程中，所有封包將被分為三類(lèi)：有效包、噪聲包和無(wú)用包。有效包是收發(fā)信機(jī)信道的某些關(guān)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(fā)信機(jī)信道配置不兼容的情況下產(chǎn)生的，該類(lèi)包的數(shù)據(jù)內(nèi)容無(wú)法被接收；而無(wú)用包則將在傳輸過(guò)程中被銷(xiāo)毀，無(wú)法到達(dá)接收端。這里可以自定制修改管道階段文件dra_chanmatch來(lái)控制封包的狀態(tài)，以得到需要的干擾功率統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，對(duì)于每一種通信系統(tǒng)都有相應(yīng)的信道傳播模型來(lái)計(jì)算信號(hào)傳輸過(guò)程中的陰影衰落、路徑損耗等參數(shù)，以達(dá)到盡量真實(shí)的模擬信號(hào)傳輸?shù)哪康?，那么可以通過(guò)自定制修改與接收端關(guān)聯(lián)的power階段的管道文件代碼dra_power來(lái)達(dá)到這一需求。

4天線模型編輯器

在無(wú)線通信中，發(fā)送端和接收端天線增益的計(jì)算也是很重要的一個(gè)方面，OPNET有專(zhuān)門(mén)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(xiàn)在空間各方向上的天線增益。OPNET中天線模型的實(shí)質(zhì)是由各個(gè)方向上天線增益值確定的曲線的集合，對(duì)于某一特定接收端，內(nèi)核根據(jù)發(fā)送端和接收端的相對(duì)位置計(jì)算出相應(yīng)角度，從而獲得對(duì)應(yīng)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(chuàng)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(chēng)為一個(gè)片（slice）或?qū)樱╬lane），對(duì)于每一個(gè)二維片（2DSlice），函數(shù)的橫坐標(biāo)為theta，縱坐標(biāo)為相應(yīng)的增益值，這樣，三維天線模型就被表示成一個(gè)二維層的集合。每一層都用一個(gè)圖形面板表示，該圖形面板中，抽樣點(diǎn)指定了與每一個(gè)theta的變動(dòng)度數(shù)相對(duì)應(yīng)的增益值。默認(rèn)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(guò)右鍵選擇phi平面操作菜單選擇哪一個(gè)二維函數(shù)層（或phi值）被用于作為編輯對(duì)象進(jìn)行顯示。設(shè)置天線模型首先需要設(shè)置天線模型的粒度（NumberofPhiplanes），即在垂直方向上采樣點(diǎn)的數(shù)目。點(diǎn)擊file→generateEMAcode，在打開(kāi)的代碼中，devc[]數(shù)組的個(gè)數(shù)即為設(shè)置的天線模型粒度，每個(gè)數(shù)組內(nèi)的元素為在對(duì)應(yīng)phi方向上，各個(gè)theta方向上的天線增益值，可以通過(guò)外部計(jì)算后導(dǎo)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(diào)制曲線的方法如下：打開(kāi)OPNET，新建一個(gè)調(diào)制曲線模型，并生成EMA代碼，如圖7所示。將所有BER值放入數(shù)組devc_0[]中，并根據(jù)第一步的測(cè)試情況在函數(shù)Ema_Model_Attr_Set中設(shè)置信噪比的最小值及采樣間隔，在函數(shù)Ema_Mod-el_Attr_Set及下面的for循環(huán)中設(shè)置數(shù)值為采樣數(shù)，最后在函數(shù)Ema_Model_Write中修改曲線的名稱(chēng)并保存得到.em.c文件。在OPNET主界面下，打開(kāi)Edit→Preference，將license_port設(shè)為port_a，重啟OPNET使設(shè)置生效，將.em.c文件放入op_models文件夾中，打開(kāi)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(zhí)行該.em.x文件，過(guò)程如圖8所示。此時(shí)，op_models文件夾中已經(jīng)有調(diào)制曲線文件，刷新OPNET模型目錄并打開(kāi)該文件即可看到調(diào)制曲線。

5結(jié)語(yǔ)

以上就是在運(yùn)用OPNETModeler搭建課題模型時(shí)遇到的主要問(wèn)題及解決辦法。另一個(gè)主要任務(wù)就是在節(jié)點(diǎn)的進(jìn)程域里自定制添加可執(zhí)行代碼，經(jīng)調(diào)試并不斷完善得到仿真結(jié)果。OPNETModeler是當(dāng)前非常流行的一種主流網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，為通信網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)的建模提供了全面的模擬仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境，OPNET提供的無(wú)線模塊可以用于仿真如無(wú)線局域網(wǎng)、蜂窩移動(dòng)網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，了解OPNET無(wú)線通信機(jī)制對(duì)于采用OPNET作為仿真開(kāi)發(fā)工具的無(wú)線工程模型搭建以及功能的實(shí)現(xiàn)是十分必要的。