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基于OPENT的UMTS中信道建模與仿真

2016-06-16 19:30方芳
電腦知識(shí)與技術(shù) 2016年10期

方芳

摘要:在通信系統(tǒng)中,信道的特性對(duì)通信系統(tǒng)的性能有著重要影響。該文首先對(duì)UMTS中的FACH、RACH、DSCH傳輸信道進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹,然后利用OPNET仿真軟件分別對(duì)FACH、RACH、DSCH傳輸信道搭建了仿真模型,并進(jìn)行了仿真分析。仿真分析表明,針對(duì)不同的傳輸信道,改變相應(yīng)通信環(huán)境,都會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)的性能產(chǎn)生比較大的影響。

關(guān)鍵詞:FACH;RACH;DSCH;UMTS

中圖分類(lèi)號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2016)10-0030-03

1 概述

信道是信息傳遞的通道,承擔(dān)信息的傳輸和存儲(chǔ)任務(wù),是構(gòu)成通信系統(tǒng)的重要組成部分。信道通常分為兩類(lèi):狹義的信道是指發(fā)射端和接收端之間傳輸媒介的總稱(chēng);廣義的信道是指包含傳輸媒介在內(nèi)的各種傳輸轉(zhuǎn)換設(shè)備。信道的特性對(duì)通信系統(tǒng)的性能有著重要影響,而在UMTS中,傳輸信道FACH、RACH、DSCH有著廣泛應(yīng)用,因此,建立相應(yīng)的仿真模型對(duì)它們進(jìn)行研究具有重要意義。

針對(duì)信道的問(wèn)題研究,熊艷偉[[1]]等設(shè)計(jì)了寬帶MIMO系統(tǒng)信道仿真儀,利用壓縮感知技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)寬帶模擬信號(hào)的欠采樣;陶樺[[2]]建立了入侵時(shí)長(zhǎng)與網(wǎng)絡(luò)信道受損關(guān)系模型,并通過(guò)仿真分析獲取了不同入侵次數(shù)對(duì)于信道受損程度的影響;林敏[[3]]等提出了一種新的萊斯衰落信道仿真模型。但針對(duì)UMTS中的傳輸信道,建立具體的仿真模型并進(jìn)行仿真分析的研究還非常少。因此本文提出基于OPENT的UMTS中信道建模與仿真,本文首先對(duì)UMTS中FACH、RACH、DSCH三個(gè)傳輸信道進(jìn)行了詳細(xì)分析,并利用OPNET仿真軟件搭建了相關(guān)的仿真模型[[4]]。在理論分析的基礎(chǔ)上,模擬較為真實(shí)的通信環(huán)境,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,并得出了相關(guān)結(jié)論,為UMTS的規(guī)劃和設(shè)計(jì)[[5]]提供了客觀、可靠的工程依據(jù),提高了UMTS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的有效性和準(zhǔn)確性。

2 FACH、RACH、DSCH

傳輸信道定義了在空中接口上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞胶吞匦?。一般分為兩?lèi):專(zhuān)用信道和公共信道。專(zhuān)用信道使用UE的內(nèi)在尋址方式;公共信道則需要明確的UE尋址方式。傳輸信道是在對(duì)邏輯信道信息進(jìn)行特定處理后再加上傳輸格式等指示信息后的數(shù)據(jù)流,其中,數(shù)據(jù)流包括所有用戶的數(shù)據(jù)。

2.1 FACH

FACH(前向接入信道)是下行傳輸信道,用于基站接收到隨機(jī)接入信號(hào)之后向終端傳送控制信息,也可以通過(guò)FACH發(fā)送分組數(shù)據(jù)。FACH采用慢速功率控制,且發(fā)送的消息中必須包括帶有標(biāo)識(shí)信息來(lái)確保正確接收(如UE的ID)。

2.2 RACH

RACH(隨機(jī)接入信道)是上行傳輸信道[[6]],用來(lái)發(fā)送來(lái)自終端的控制信息(如請(qǐng)求建立連接),也可用來(lái)傳送較短的用戶分組數(shù)據(jù),RACH采用開(kāi)環(huán)功率控制。RACH的隨機(jī)接入過(guò)程[[7]]需要基站和終端的協(xié)作下共同完成,基站的主要工作就是接收來(lái)自不同終端的前導(dǎo)信息和接入信息,終端的主要工作就是發(fā)送前導(dǎo)信息和隨機(jī)接入信息。

2.3 DSCH

DSCH(下行共享信道)是下行傳輸信道,主要用來(lái)傳送數(shù)據(jù)量較小的分組??梢员挥脩舴謺r(shí)使用,用來(lái)承載專(zhuān)用控制信息或業(yè)務(wù)信息。

3 FACH、RACH、DSCH仿真模型

OPNET Modeler是OPNET公司開(kāi)發(fā)的一款軟件,廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備以及通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和研究,其為開(kāi)發(fā)人員提供了建模、仿真以及分析的集成環(huán)境,從而大大減輕了編程以及數(shù)據(jù)分析的工作量。此外,OPNET還提供了交互式的運(yùn)行調(diào)試工具、功能強(qiáng)大的結(jié)果分析器和能夠?qū)崟r(shí)觀察模型動(dòng)態(tài)行為的動(dòng)態(tài)觀察器。采用OPNET對(duì)UMTS中的傳輸信道建模仿真,能較為真實(shí)的模擬實(shí)際通信環(huán)境,其仿真結(jié)果也比較真實(shí),可為后期相關(guān)研究的展開(kāi)提供有力支撐。

3.1 FACH仿真模型

FACH模型主要由UE終端,Node_B,RNC(無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器),CN核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等組成。UE為用戶設(shè)備,Node_B和RNC構(gòu)成接入網(wǎng)域,CN為核心網(wǎng)域。FACH模型具體如圖1所示。

3.2 RACH仿真模型

RACH模型網(wǎng)絡(luò)主要由UE終端,Node_B,RNC(無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器),CN核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和Web服務(wù)器節(jié)等組成。UE為用戶設(shè)備,Node_B和RNC構(gòu)成接入網(wǎng)域,CN為核心網(wǎng)域。RACH具體模型如圖2所示。

3.3 DSCH仿真模型

DSCH模型主要由 UE終端,Node_B,RNC(無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器),CN核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等組成。UE為用戶設(shè)備,Node_B和RNC構(gòu)成接入網(wǎng)域,CN為核心網(wǎng)域。DSCH模型具體如圖3所示。

4 仿真結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變上下行最大比特率、增加業(yè)務(wù)量、減少業(yè)務(wù)量,分別對(duì)FACH、RACH、DSCH仿真模型進(jìn)行了仿真,并得到了相應(yīng)的仿真結(jié)果。

4.1 增大上下行最大比特率

通過(guò)增大上下行最大比特率,對(duì)FACH仿真模型進(jìn)行仿真,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:增大上下行比特率后,RAC(Radio Network Controller)的吞吐量增加(如圖4)、RAC的荷載穩(wěn)定性增強(qiáng)(如圖5),傳送數(shù)據(jù)能力增強(qiáng)、HTTP接收速率增大(如圖6),且端到端的延遲明顯減?。ㄈ鐖D7)。圖4-圖7中,黑線表示為正常情況下的圖形,灰線表示為增大上下行最大比特率情況下的圖形。

4.2 減少業(yè)務(wù)量

通過(guò)減少業(yè)務(wù)量,對(duì)RACH仿真模型進(jìn)行仿真,結(jié)果表明:減少業(yè)務(wù)量后,RAC的吞吐量減少(如圖8)、HTTP接收速率減小(如圖8)、RAC的傳輸負(fù)載減?。ㄈ鐖D10),且服務(wù)器HTTP負(fù)載減?。ㄈ鐖D11)。圖8-圖11中,灰線表示為正常情況下的圖形,黑線表示為減少業(yè)務(wù)量情況下的圖形。

4.3 增加業(yè)務(wù)量

通過(guò)增加業(yè)務(wù)量,對(duì)DSCH仿真模型進(jìn)行仿真,結(jié)果表明:增加業(yè)務(wù)量后,RAC的吞吐量增加(如圖12)、RAC的傳輸負(fù)載增大(如圖13)、 UMTS 中CN總延遲減?。ㄈ鐖D14)。圖12-圖14中,灰線表示為正常情況下的圖形,黑線表示為增大業(yè)務(wù)量情況下的圖形。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于OPNET軟件平臺(tái),構(gòu)建了UMTS中三種傳輸信道FACH、RACH、DSCH的仿真模型,通過(guò)改變上下行最大比特率、增加業(yè)務(wù)量、減少業(yè)務(wù)量,分別對(duì)FACH、RACH、DSCH仿真模型進(jìn)行了仿真,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。分析表明,對(duì)于不同的傳輸信道,改變相應(yīng)的通信環(huán)境,對(duì)通信系統(tǒng)的性能都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。由于OPNET軟件仿真平臺(tái)的開(kāi)放性,今后還將在此仿真平臺(tái)上進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)充和更為深入研究。

參考文獻(xiàn):

[1] 熊艷偉,張建華,張平.寬帶MIMO系統(tǒng)信道仿真儀設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào),2014,32(3):231-236.

[2] 陶樺.入侵時(shí)長(zhǎng)與網(wǎng)絡(luò)信道受損關(guān)系建模仿真分析[J].計(jì)算機(jī)仿真,2015,32(1):327-330.

[3] 林敏,仇洪冰,林志堂.一種新的萊斯衰落信道仿真模型[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(1):26-29.

[4] 祝嬋嬋,孫晨華,張亞生. 基于OPNET的UMTS切換技術(shù)的建模與仿真[J].通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 2013,39(1):25-27.

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