基于OPENT的UMTS中信道建模与仿真

方芳

摘要：在通信系统中，信道的特性对通信系统的性能有着重要影响。该文首先对UMTS中的FACH、RACH、DSCH传输信道进行了简要介绍，然后利用OPNET仿真软件分别对FACH、RACH、DSCH传输信道搭建了仿真模型，并进行了仿真分析。仿真分析表明，针对不同的传输信道，改变相应通信环境，都会对通信系统的性能产生比较大的影响。

关键词：FACH；RACH；DSCH；UMTS

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0030-03

1 概述

信道是信息传递的通道，承担信息的传输和存储任务，是构成通信系统的重要组成部分。信道通常分为两类：狭义的信道是指发射端和接收端之间传输媒介的总称；广义的信道是指包含传输媒介在内的各种传输转换设备。信道的特性对通信系统的性能有着重要影响，而在UMTS中，传输信道FACH、RACH、DSCH有着广泛应用，因此，建立相应的仿真模型对它们进行研究具有重要意义。

针对信道的问题研究，熊艳伟[[1]]等设计了宽带MIMO系统信道仿真仪，利用压缩感知技术来实现宽带模拟信号的欠采样；陶桦[[2]]建立了入侵时长与网络信道受损关系模型，并通过仿真分析获取了不同入侵次数对于信道受损程度的影响；林敏[[3]]等提出了一种新的莱斯衰落信道仿真模型。但针对UMTS中的传输信道，建立具体的仿真模型并进行仿真分析的研究还非常少。因此本文提出基于OPENT的UMTS中信道建模与仿真，本文首先对UMTS中FACH、RACH、DSCH三个传输信道进行了详细分析，并利用OPNET仿真软件搭建了相关的仿真模型[[4]]。在理论分析的基础上，模拟较为真实的通信环境，对仿真结果进行了分析，并得出了相关结论，为UMTS的规划和设计[[5]]提供了客观、可靠的工程依据，提高了UMTS网络规划设计的有效性和准确性。

2 FACH、RACH、DSCH

传输信道定义了在空中接口上数据传输的方式和特性。一般分为两类：专用信道和公共信道。专用信道使用UE的内在寻址方式；公共信道则需要明确的UE寻址方式。传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流，其中，数据流包括所有用户的数据。

2.1 FACH

FACH（前向接入信道）是下行传输信道，用于基站接收到随机接入信号之后向终端传送控制信息，也可以通过FACH发送分组数据。FACH采用慢速功率控制，且发送的消息中必须包括带有标识信息来确保正确接收（如UE的ID）。

2.2 RACH

RACH（随机接入信道）是上行传输信道[[6]]，用来发送来自终端的控制信息（如请求建立连接），也可用来传送较短的用户分组数据，RACH采用开环功率控制。RACH的随机接入过程[[7]]需要基站和终端的协作下共同完成，基站的主要工作就是接收来自不同终端的前导信息和接入信息，终端的主要工作就是发送前导信息和随机接入信息。

2.3 DSCH

DSCH（下行共享信道）是下行传输信道，主要用来传送数据量较小的分组。可以被用户分时使用，用来承载专用控制信息或业务信息。

3 FACH、RACH、DSCH仿真模型

OPNET Modeler是OPNET公司开发的一款软件，广泛应用于通信网络、通信设备以及通信协议的设计和研究，其为开发人员提供了建模、仿真以及分析的集成环境，从而大大减轻了编程以及数据分析的工作量。此外，OPNET还提供了交互式的运行调试工具、功能强大的结果分析器和能够实时观察模型动态行为的动态观察器。采用OPNET对UMTS中的传输信道建模仿真，能较为真实的模拟实际通信环境，其仿真结果也比较真实，可为后期相关研究的展开提供有力支撑。

3.1 FACH仿真模型

FACH模型主要由UE终端，Node_B，RNC（无线网络控制器），CN核心网节点等组成。UE为用户设备，Node_B和RNC构成接入网域，CN为核心网域。FACH模型具体如图1所示。

3.2 RACH仿真模型

RACH模型网络主要由UE终端，Node_B，RNC（无线网络控制器），CN核心网节点和Web服务器节等组成。UE为用户设备，Node_B和RNC构成接入网域，CN为核心网域。RACH具体模型如图2所示。

3.3 DSCH仿真模型

DSCH模型主要由 UE终端，Node_B，RNC（无线网络控制器），CN核心网节点等组成。UE为用户设备，Node_B和RNC构成接入网域，CN为核心网域。DSCH模型具体如图3所示。

4 仿真结果分析

实验通过改变上下行最大比特率、增加业务量、减少业务量，分别对FACH、RACH、DSCH仿真模型进行了仿真，并得到了相应的仿真结果。

4.1 增大上下行最大比特率

通过增大上下行最大比特率，对FACH仿真模型进行仿真，实验结果表明：增大上下行比特率后，RAC（Radio Network Controller）的吞吐量增加（如图4）、RAC的荷载稳定性增强（如图5），传送数据能力增强、HTTP接收速率增大（如图6），且端到端的延迟明显减小（如图7）。图4-图7中，黑线表示为正常情况下的图形，灰线表示为增大上下行最大比特率情况下的图形。

4.2 减少业务量

通过减少业务量，对RACH仿真模型进行仿真，结果表明：减少业务量后，RAC的吞吐量减少（如图8）、HTTP接收速率减小（如图8）、RAC的传输负载减小（如图10），且服务器HTTP负载减小（如图11）。图8-图11中，灰线表示为正常情况下的图形，黑线表示为减少业务量情况下的图形。

4.3 增加业务量

通过增加业务量，对DSCH仿真模型进行仿真，结果表明：增加业务量后，RAC的吞吐量增加（如图12）、RAC的传输负载增大（如图13）、 UMTS 中CN总延迟减小（如图14）。图12-图14中，灰线表示为正常情况下的图形，黑线表示为增大业务量情况下的图形。

5 结束语

本文基于OPNET软件平台，构建了UMTS中三种传输信道FACH、RACH、DSCH的仿真模型，通过改变上下行最大比特率、增加业务量、减少业务量，分别对FACH、RACH、DSCH仿真模型进行了仿真，并对仿真结果进行分析。分析表明，对于不同的传输信道，改变相应的通信环境，对通信系统的性能都会产生较大的影响。由于OPNET软件仿真平台的开放性，今后还将在此仿真平台上进行进一步的扩充和更为深入研究。

参考文献：

[1] 熊艳伟，张建华，张平.宽带MIMO系统信道仿真仪设计[J].应用科学学报，2014，32（3）：231-236.

[2] 陶桦.入侵时长与网络信道受损关系建模仿真分析[J].计算机仿真，2015，32（1）：327-330.

[3] 林敏，仇洪冰，林志堂.一种新的莱斯衰落信道仿真模型[J].桂林电子科技大学学报，2010，30（1）：26-29.

[4] 祝婵婵，孙晨华，张亚生. 基于OPNET的UMTS切换技术的建模与仿真[J].通信系统与网络技术， 2013，39（1）：25-27.

[5] 陈毓珍.UMTS网络规划和网络优化[J].情报探索，2008，131（9）：70-73.

[6] 黎斯.GSM频带中WCDMA干扰信号的抑制技术研究[D]. 成都： 电子科技大学， 2008.

[7] 倪伟，董宏成.LTE随机接入过程研究[J].山西电子技术，2010，（3）：55-57.