基于ITS和OPNET软件联合的短波网络仿真方法
发布时间：2019-11-22 13:36
【摘要】：针对OPNET网络仿真软件不能体现短波天波传输特点的问题,分析了短波天波传输信道的特性,给出了天波传输方式下的路径长度和传输损耗的计算方法。介绍了OPNET网络仿真软件和ITS短波信道模拟软件,结合信道计算方法和软件仿真原理,分析了两种软件在短波网络仿真中的契合点,提出了基于两种软件联合的短波网络仿真方法。通过将联合仿真方法在短波网络性能分析中的应用,得到的结果能够体现短波信道特点,说明该联合仿真方法能够为OPNET软件下的短波网络仿真提供较真实的短波信道环境。
【图文】：
OPNET软件提供无线信道的仿真数据，通过修改OPNET无线管道阶段程序，实现在OPNET网络仿真软件中更贴近实际的研究短波网络。1短波信道的传输特性1.1传输路径长度的计算短波通信的传播方式分为地波传播和天波传播。地波传播为视距传播，通信距离近，信号损耗小；天波传播的信号路径不同于地波传播，电波先辐射到电离层，经电离层反射到地面接收，传输距离通常可达到2000km~3000km。所以，天波信号的传输路径长度远远大于发射站与接收站之间的直线距离，由此造成的自由空间损耗和信号时延等结果都与视距传输不同。图1短波天波单跳传播路径如图1所示的天波传播模型中，假设地表和电离层都是平坦的，且电波在地表和电离层上的反射属于镜面反射。信号从发射站T点发出，在电离层P处经反射后折回地面接收站R点，O点为地球球心，D为发射站与接收站之间地表距离，d为地球球心O分别到发射站T和接收站R的两条直线夹角的弧度表示，则弧度d的计算方法为：（1）其中，x1、x2分别为发射站T和接收站R的地理纬度，，y1、y2分别为发射站T和接收站R的地理经度。由此可得地表距离：D=R·d。设电离层反射点P到地面的高度为h，则天波传播的路径长度可近似为：（2）1.2传输损耗计算传输损耗［9］定义为信号从发射天线发出到接收天线接收前信号的衰减程度，用dB表示。可以归纳总结为主要3类损耗：自由空间中的传输损耗（Lbf）、电离层吸收损耗（Li）和地面反射损耗（Lg）。因此，从发射端到接收端的信号损耗可以表示为：（3）式中，Gt、Gr分别为发射天线和接收天线增益。设发射天线产生的信号功率为P，电波波长为，则在距离L的区域，功率密度为，自由空间接收站处接收总面积为，接收站接收总功率为
2联合仿真方法描述2.1OPNET软件的无线管道阶段OPNET软件是一种功能强大的网络仿真软件，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，可以通过修改其特有的管道阶段模型来模拟无线信道环境。在管道阶段中，仿真内核对每个传输包与接收相关的各种属性值（如传输时延、信号增益、信号损耗等）进行计算，并将计算结果以常量的形式赋值给传输数据属性（Transmis-sionDataAttribute，TDA），TDA可理解为仿真内核中保留的存储空间，每个包有唯一的地址参数与之对应［11］。管道阶段中数据包处理流程如图2所示。图2管道阶段数据处理流程在短波天波信道中，信号是经电离层反射到地面接收，不受地面障碍物和地形影响，而OPNET原有管道阶段属于视距传播，因此，信号以短波天波传输时需要将阶段2设置为闭合，避免传输链路因地形等因素中断。阶段5中计算传播路径长度L的方法需要重新定义，如式（2）所示。阶段7中对传输损耗的计算，原模型只考虑如式（4）表示的自由空间传输损耗（Lbf），因此，需要增加电离层吸收损耗（Li）和地面反射损耗（Lg），如式（3）所示。阶段4、6分别计算发/收天线的增益，原模型根据收发端的位置坐标和辐射角度计算天线增益，体现的是视距传输情形，显然不适用于短波天波传输。阶段11中仿真内核通过调用TDA中存储的SNR值，在调制曲线中读取相应的误码率（BER），而波形设计不同，信噪比-误码率曲线就不同，因此，需要参考短波波形设计，在OPNET中重新绘制调制曲线图。所以，为较准确反映短波信道特性，需要对管道阶段2、4、5、6、7和调制曲线6个方面进行及修改。2.2ITS信道模拟软件ITS软件在大量经验计算的基础上开发，用来研究短波频率、信号振幅与太阳活动、纬度及高度
【图文】：
OPNET软件提供无线信道的仿真数据，通过修改OPNET无线管道阶段程序，实现在OPNET网络仿真软件中更贴近实际的研究短波网络。1短波信道的传输特性1.1传输路径长度的计算短波通信的传播方式分为地波传播和天波传播。地波传播为视距传播，通信距离近，信号损耗小；天波传播的信号路径不同于地波传播，电波先辐射到电离层，经电离层反射到地面接收，传输距离通常可达到2000km~3000km。所以，天波信号的传输路径长度远远大于发射站与接收站之间的直线距离，由此造成的自由空间损耗和信号时延等结果都与视距传输不同。图1短波天波单跳传播路径如图1所示的天波传播模型中，假设地表和电离层都是平坦的，且电波在地表和电离层上的反射属于镜面反射。信号从发射站T点发出，在电离层P处经反射后折回地面接收站R点，O点为地球球心，D为发射站与接收站之间地表距离，d为地球球心O分别到发射站T和接收站R的两条直线夹角的弧度表示，则弧度d的计算方法为：（1）其中，x1、x2分别为发射站T和接收站R的地理纬度，，y1、y2分别为发射站T和接收站R的地理经度。由此可得地表距离：D=R·d。设电离层反射点P到地面的高度为h，则天波传播的路径长度可近似为：（2）1.2传输损耗计算传输损耗［9］定义为信号从发射天线发出到接收天线接收前信号的衰减程度，用dB表示。可以归纳总结为主要3类损耗：自由空间中的传输损耗（Lbf）、电离层吸收损耗（Li）和地面反射损耗（Lg）。因此，从发射端到接收端的信号损耗可以表示为：（3）式中，Gt、Gr分别为发射天线和接收天线增益。设发射天线产生的信号功率为P，电波波长为，则在距离L的区域，功率密度为，自由空间接收站处接收总面积为，接收站接收总功率为
2联合仿真方法描述2.1OPNET软件的无线管道阶段OPNET软件是一种功能强大的网络仿真软件，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，可以通过修改其特有的管道阶段模型来模拟无线信道环境。在管道阶段中，仿真内核对每个传输包与接收相关的各种属性值（如传输时延、信号增益、信号损耗等）进行计算，并将计算结果以常量的形式赋值给传输数据属性（Transmis-sionDataAttribute，TDA），TDA可理解为仿真内核中保留的存储空间，每个包有唯一的地址参数与之对应［11］。管道阶段中数据包处理流程如图2所示。图2管道阶段数据处理流程在短波天波信道中，信号是经电离层反射到地面接收，不受地面障碍物和地形影响，而OPNET原有管道阶段属于视距传播，因此，信号以短波天波传输时需要将阶段2设置为闭合，避免传输链路因地形等因素中断。阶段5中计算传播路径长度L的方法需要重新定义，如式（2）所示。阶段7中对传输损耗的计算，原模型只考虑如式（4）表示的自由空间传输损耗（Lbf），因此，需要增加电离层吸收损耗（Li）和地面反射损耗（Lg），如式（3）所示。阶段4、6分别计算发/收天线的增益，原模型根据收发端的位置坐标和辐射角度计算天线增益，体现的是视距传输情形，显然不适用于短波天波传输。阶段11中仿真内核通过调用TDA中存储的SNR值，在调制曲线中读取相应的误码率（BER），而波形设计不同，信噪比-误码率曲线就不同，因此，需要参考短波波形设计，在OPNET中重新绘制调制曲线图。所以，为较准确反映短波信道特性，需要对管道阶段2、4、5、6、7和调制曲线6个方面进行及修改。2.2ITS信道模拟软件ITS软件在大量经验计算的基础上开发，用来研究短波频率、信号振幅与太阳活动、纬度及高度
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本文编号：2564496
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