1.3 OPNET無(wú)線信道管道階段簡(jiǎn)介

　　在OPNET 無(wú)線信道仿真中，對(duì)于每個(gè)發(fā)射和接收信道對(duì)，它們之間的整個(gè)無(wú)線傳輸過(guò)程可以用一系列功能單一的子傳輸階段的組合（見(jiàn)）來(lái)描述，其中涉及到一系列參數(shù)計(jì)算。有些無(wú)線鏈路的參數(shù)互為因果，時(shí)間上有先后順序，所以傳輸階段的排列順序也應(yīng)按照實(shí)際傳輸?shù)南群髞?lái)定，每個(gè)階段都有各自不同的功能。

　　2 無(wú)線電通信

　　2.1 無(wú)線電通信過(guò)程

　　無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波的形式輻射出去。中間通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)行傳輸，當(dāng)電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收（僅僅接收很小一部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。這中間的無(wú)線傳輸信道由于其開(kāi)放和不確定性對(duì)通信干擾影響。其過(guò)程如所示。

　　2.2 干擾的基本原理

　　在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，信息傳播是在開(kāi)放的信道中進(jìn)行的，發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過(guò)開(kāi)放的空中信道傳送到接收機(jī)端被接收機(jī)接收。由于信號(hào)來(lái)自開(kāi)放的傳播媒介，所以接收機(jī)在接收信號(hào)的同時(shí)不可避免地會(huì)接收到一部分與信號(hào)具有一定相關(guān)性的非信號(hào)成分，即通常所說(shuō)的噪聲和干擾，致使通信接收系統(tǒng)檢測(cè)有用信號(hào)時(shí)必然存在著不確定的因素。干擾向空中輻射的干擾信號(hào)，通過(guò)無(wú)線信道到達(dá)通信系統(tǒng)的接收端，當(dāng)接收機(jī)在接收通信信號(hào)的同時(shí)接收到干擾信號(hào)時(shí)，就對(duì)通信產(chǎn)生了干擾。原理圖如所示。

　　3 距離、功率對(duì)干擾效果的影響

　　在無(wú)線電通信過(guò)程中，干擾是必須要考慮的一個(gè)因素，因?yàn)樗鼘?duì)系統(tǒng)的性能影響非常大，但同時(shí)影響干擾效果的因素也是多方面的。一方面，當(dāng)輸入信號(hào)電平保持一定的時(shí)候，接收機(jī)輸入端干擾信號(hào)的功率對(duì)干擾效果影響很大，干擾功率主要受干擾發(fā)射機(jī)輸出功率、天線方向性的影響；另一方面，在一定的距離范圍內(nèi)，隨著干擾節(jié)點(diǎn)和收信機(jī)之間距離的變化，收信機(jī)受干擾的程度也不一樣。

　　3.1 網(wǎng)絡(luò)模型

　　本文是在自由空間模型下，不考慮外界雨、雪等自然環(huán)境條件的干擾，僅僅通過(guò)加入一個(gè)移動(dòng)的干擾節(jié)點(diǎn)，采用OPNET來(lái)仿真干擾節(jié)點(diǎn)距離、干擾發(fā)射機(jī)輸出功率對(duì)收信機(jī)誤比特率的影響。

　　網(wǎng)絡(luò)模型如所示，在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)添加移動(dòng)的干擾節(jié)點(diǎn)jam來(lái)改變與收信機(jī)之間的距離，并采用不同的干擾機(jī)發(fā)射功率來(lái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，通信采用全向天線，天線高度為3 m,干擾節(jié)點(diǎn)和收信機(jī)節(jié)點(diǎn)的各屬性設(shè)置相同，data rate（bps）設(shè)為1 024,packet formats設(shè)為all formatted,bandwidth（kHz）設(shè)為10,min frequency（MHz）設(shè)為300,干擾節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為（0.5,2.5），發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)（3,3），收信機(jī)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為（4,3），單位為km.

圖 4  網(wǎng)絡(luò)模型圖

　　3.2 進(jìn)程模型

　　在本網(wǎng)絡(luò)模型中，無(wú)線收信機(jī)的進(jìn)程模型如所示，紅色表示非強(qiáng)制狀態(tài)，進(jìn)入代碼區(qū)執(zhí)行后停下來(lái)，交給仿真，等待下中斷。如果初始狀態(tài)init產(chǎn)生包流，那么進(jìn)入到下一個(gè)狀態(tài)generate,在進(jìn)入代碼區(qū)中生成包，否則到達(dá)另一個(gè)狀態(tài)stop.誤比特率是無(wú)線管道的第十二個(gè)階段，該階段主要是計(jì)算錯(cuò)誤接收包的情況，它是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸性的指標(biāo)，是衡量一個(gè)通信系統(tǒng)可靠性的主要的判斷依據(jù)。在OPNET 中通過(guò)調(diào)用函數(shù)dra_ber_mt （OP_SIM_CON-  TEXT_ARG_OPT_COMMA Packet * pkptr）實(shí)現(xiàn)，同時(shí)信道的模型也是在此階段完成的。

　　3.3 仿真結(jié)果與分析

　　通過(guò)OPNET 仿真軟件，得到干擾節(jié)點(diǎn)和收信機(jī)距離、干擾節(jié)點(diǎn)功率與收信機(jī)誤比特率的關(guān)系，如所示。

　　中縱坐標(biāo)表示誤比特率（ber），橫坐標(biāo)表示干擾節(jié)點(diǎn)和收信機(jī)的距離。仿真結(jié)果可以看出在一定的環(huán)境下，收信機(jī)的誤比特率隨著干擾節(jié)點(diǎn)與收信機(jī)之間距離的減少而增加，并且在二者近距離的時(shí)候，變化幅度比較大，變化率較快，在逐漸遠(yuǎn)離的時(shí)候，以較小的幅度逐漸降低，當(dāng)移動(dòng)到一定距離（干擾有效距離）之外時(shí)，接收機(jī)不再受干擾節(jié)點(diǎn)的影響，誤比特率趨近于0.

　　其次增大干擾節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率，干擾的有效距離也逐漸增大，如干擾節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率為200 W時(shí)，干擾有效距離是800 m,而當(dāng)功率增加到400 W 時(shí)，干擾有效距離增加到1 000 m.而且，在一定范圍內(nèi)（500~1 000 m），隨著干擾節(jié)點(diǎn)的功率增大，其干擾效果（接收機(jī)的誤誤比特率）也會(huì)相應(yīng)增大。即在信號(hào)電平一定的情況下，可以通過(guò)采取增加干擾節(jié)點(diǎn)功率的方法來(lái)使干擾效果更加明顯，干擾節(jié)點(diǎn)功率越大，干擾效果越好。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　應(yīng)用OPNET Modeler網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，通過(guò)引入移動(dòng)的干擾節(jié)點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，在一定范圍內(nèi)，干擾節(jié)點(diǎn)和收信機(jī)之間的距離、收信機(jī)接收到的干擾節(jié)點(diǎn)的功率都可以對(duì)收信機(jī)的接收產(chǎn)生影響。本文所建立的仿真模型符合客觀實(shí)際，定性分析結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)一致。無(wú)線信道通信環(huán)境非常復(fù)雜，在本文研究的基礎(chǔ)上，下一步的工作可考慮增加天氣、環(huán)境、地形、收發(fā)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等干擾因素的建模，從而使仿真更貼近實(shí)際系統(tǒng)。并在定量的前提下，對(duì)無(wú)線通信仿真進(jìn)行研究。（作者：梁向陽(yáng)，李敏）