基于OPENT的UMTS中信道建模與仿真

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)姆绞胶吞匦浴Ｒ话惴譃閮深?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(hù)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(hù)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。可以被用戶(hù)分時(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(hù)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(hù)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(hù)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?。ㄈ鐖D8）、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)：

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