通信网络仿真
无线通信系统仿真分析
无线通信系统仿真分析随着科技的不断进步和社会的不断发展，无线通信技术正变得越来越重要。
在无线通信系统中，仿真分析是非常重要的一个环节。
通过仿真分析，可以预先了解无线通信系统的工作情况，为无线通信系统的设计和优化提供支持。
本文将从无线通信系统的基本原理开始，阐述无线通信系统的仿真分析方法及其应用。
一、无线通信系统的基本原理无线通信系统是一种利用无线电波传输信息的通信系统，它包括发送方、接收方和无线信道三个部分。
当发送方需要向接收方传输信息时，信息会被编码并转换成电磁波信号通过无线信道传输到接收方，接收方则将接收到的信号解码还原成原始信息。
在这个过程中，无线信道扮演者非常重要的角色。
它负责将发送方发送的信号传输到接收方，但由于大气的复杂性等原因，信号可能会受到衰减、噪声等干扰，从而影响通信的质量和可靠性。
二、无线通信系统的仿真分析方法1.建立仿真模型仿真分析的第一步是建立仿真模型。
建立仿真模型的目的是将现实世界的无线通信系统抽象为一个数学模型，以便进行仿真分析。
建立仿真模型的关键是确定模型的参数，例如信号的传播功率、信道衰减、信噪比等。
2.选择仿真工具选择适合的仿真工具非常重要，目前市面上比较流行的无线通信系统仿真工具有多种，例如MATLAB、NS-2、OMNET++等。
在选择仿真工具时，需要根据仿真的需求以及仿真工具的特点和优缺点进行综合考虑。
3.选择仿真场景仿真场景是指仿真中的环境条件，例如信号传播路径最短、最长、直线等。
选择合适的仿真场景可以更好地反映实际环境，提高仿真结果的可靠性和实用性。
4.进行仿真实验进行仿真实验时，需要根据预先设定的仿真模型和仿真场景进行参数设置和仿真条件的制定。
例如，设置数据传输速率、信道衰减、噪声等参数。
5.分析仿真结果仿真分析的最终目的是获得可靠、实用的结果，并根据这些结果对无线通信系统进行设计和优化。
在分析仿真结果时，应根据仿真目的对结果进行多方面分析比较，例如传输速率、数据丢失率等。
matlab 通信仿真案例
matlab 通信仿真案例
在MATLAB中，通信仿真是一个常见的应用领域，可以用于模拟
和分析数字通信系统的性能。
下面我将从多个角度介绍几个常见的
通信仿真案例。
1. OFDM系统仿真，OFDM（正交频分复用）是一种常见的多载
波调制技术，用于高速数据传输。
你可以使用MATLAB来建立一个基
本的OFDM系统仿真模型，包括信道估计、均衡和解调等模块。
通过
仿真可以分析系统在不同信噪比下的误码率性能，优化系统参数以
及算法设计。
2. 无线通信系统仿真，你可以使用MATLAB建立一个简单的无
线通信系统仿真模型，包括传输信道建模、调制解调、信道编码、
多天线技术等。
通过仿真可以评估系统的覆盖范围、传输速率、抗
干扰能力等性能指标。
3. MIMO系统仿真，MIMO（多输入多输出）技术在无线通信中
得到了广泛应用。
你可以使用MATLAB建立一个MIMO系统仿真模型，包括空间多路复用、信道估计、预编码等。
通过仿真可以分析系统
的信道容量、波束赋形技术对系统性能的影响等。
4. LTE系统仿真，LTE（长期演进）是目前移动通信领域的主流技术之一。
你可以使用MATLAB建立一个LTE系统仿真模型，包括物理层信号处理、上下行链路传输、信道编码解码等。
通过仿真可以评估系统的覆盖范围、传输速率、干扰抑制能力等性能指标。
以上是一些常见的通信仿真案例，通过MATLAB你可以方便地建立仿真模型，分析系统性能，并优化系统设计。
希望这些案例能够帮助到你。
GSM移动通信网络的系统仿真研究
GSM移动通信网络的系统仿真研究摘要：当前时代，科技迅猛进展，通信系统经历1G、2G、3G时代进展到了现在的4G。
GSM是当前全世界应用最广泛的移动电话标准，它的空中接口采纳时分多址技术。
GSM标准的广泛应用使用户可以在签署“漫游协定”的移动电话运营商之间轻松漫游。
GSM是第二代移动通信系统，因为与之前的标准相比，GSM最大的不同是具有数字式的信令和语音信道。
为了使GSM 进一步完善，对GSM系统进行必要的设计和仿真是必不可少的。
仿真环境在仿真过程中起着掌控全局的作用，Simulink软件凭借着直观化的图形化设计功能，当之无愧的成为最适合本次课题的仿真平台。
本次课题的内容是在Simulink中仿真出GSM通信的全过程和研究其实现的原理。
在系统模型搭建中，对信号传输的全过程进行仿真，添加了在传输过程中信号所受到的干扰，还使用了增加系统的抗干扰能力的编码、调制技术。
在Simulink设计窗口中详细设计了信源编码与解码、信道编码与解码、交错与解交错、调制及均衡等模块，并将这些模块统一设置然后连接成一个完整的系统，并使整个系统运行起来。
将仿真过程完成之后再分析仿真结果，从而进一步对GSM进行优化和改善。
关键词：GSM网络，系统仿真，Simulink仿真Simulation of GSM Mobile Communication SystemAbstract：The current era, the rapid development of science and technology, communication system experience 1G, 2G, 3G era developed to the current 4G. GSM is currently the world's most widely used mobile phone standard, its air interface using time division multiple access technology. The widespread use of the GSM standard allows users to easily roam between mobile phone operators who sign the Roaming Agreement. GSM is the second generation of mobile communication system, because compared with the previous standard, GSM is the biggest difference between the digital signaling and voice channels. In order to further improve the GSM, the GSM system to the necessary design and simulation is essential. Simulation environment in the simulation process plays a role in the overall control, MATLAB / Simulink software with a visual graphical design capabilities, deserved to become the most suitable for this topic simulation platform.The content of this topic is Simulink simulation in the whole process of GSM communication and research to achieve its principles. In the system model construction, the whole process of signal transmission simulation, added in the transmission process of the signal received by the interference, but also to enhance the system's anti-jamming capability of the encoding, modulation technology. In the Simulink design window, the modules such as source coding and decoding, channel coding and decoding, interleaving and deinterleaving, modulation and equalization are designed in detail, and these modules are set up and then connected into a complete system and the whole system isrunning The After the simulation process is completed, the simulation results are analyzed to further optimize and improve GSM.Keywords：GSM network，System simulation，Simulink simulation目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 课题研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 可行性分析与经济效益、社会效益分析 (3)1.4 论文内容安排 (3)第二章GSM系统概述 (5)2.1 概述 (5)2.2 GSM系统的结构 (6)2.3 GSM系统的无线接口 (7)第三章基于SIMULINK软件的GSM仿真 (9)3.1 SIMKLINK概述 (9)3.1.1 Simulink简介 (9)3.1.2 Simulink建立模型 (9)3.1.3 子系统及其封装技术 (10)3.2 GSM系统的流程 (10)3.2.1 信源与信源编码 (11)3.2.2 信道与信道编码 (11)3.2.3 交错 (12)3.2.4 信号调制 (12)3.2.5 信宿 (13)3.3 各模块功能的实现 (13)3.3.1 信源编解码模块 (13)3.3.2 信道编解码模块 (14)3.3.3 交错、解交错模块 (14)3.3.4 调制、解调模块 (16)3.3.5 信道建模模块 (17)第四章GSM系统仿真设计 (20)4.1 信源编解码模块设计 (20)4.2 信道编解码模块设计 (21)4.3 交错、解交错模块设计 (29)4.4 调制、解调模块设计 (33)4.5 信道建模模块设计 (35)第五章仿真结果与分析 (38)5.1 仿真模型的建立 (38)5.2 仿真结果与分析 (39)第六章总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)前言GSM移动通信系统是第二代通信技术，它使移动通信的格局发生了翻天覆地的改版，让移动通信向前进了一大步，GSM移动通信系统的出现，标志着模拟通信时代已被淘汰，数字化时代正式进入历史舞台。
4G和5G移动通信网络中的信道建模与仿真
4G和5G移动通信网络中的信道建模与仿真移动通信网络在过去几十年里取得了巨大的进步。
现如今，随着4G和5G技术的出现和迅猛发展，人们对高速、可靠和低延迟的移动通信服务的需求也日益增加。
在这些现代通信网络中，信道建模和仿真是关键的研究领域之一，它们对于性能分析、网络优化和系统设计都具有重要意义。
信道建模是描述无线信号在传输过程中受到的衰减、衰落和干扰的过程。
在4G和5G网络中，无线信号通过空气传播，受到多种环境因素和干扰的影响。
正确建模这些影响因素对于设计和优化可靠的通信系统至关重要。
首先，建模移动通信信道的路径损耗是非常关键的。
路径损耗是指信号在传输过程中由于传播距离的增加而衰减的过程。
在室内环境和城市环境中，信号会经历不同反射、绕射和衍射现象，因此路径损耗模型要考虑这些因素。
根据这些模型可以计算出传输距离与信号强度之间的关系，从而估计出信号在不同距离下的衰减情况。
其次，信道建模还需要考虑多径衰落。
多径衰落是指信号由于反射和绕射引起的多个路径上的衰减现象。
这些不同路径的信号在接收端会发生干扰，并且会导致信号的抖动和失真。
因此，在模型中要考虑这些多径衰落效应，并建立合适的参数来描述信号的时延和相位变化。
同时，信道建模还需要考虑干扰。
在现代通信网络中，不同设备之间的信号会相互干扰，包括同频干扰和异频干扰。
建模这些干扰对于网络的性能评估非常重要，因为它们会降低通信的可靠性和吞吐量。
为了进行信道建模和性能评估，我们可以使用仿真工具来模拟和分析不同的场景。
在仿真过程中，可以设置合适的参数和模型来模拟现实环境，并评估网络的性能。
这些仿真工具可以帮助设计人员研究和优化4G和5G系统的各种方面，例如资源分配、功率控制和调度算法等。
在信道建模和仿真中，还有一些常用的技术和方法可以帮助我们更好地理解信号传输过程。
例如，射线追踪技术可以跟踪信号在不同路径上的传播过程，并计算出接收信号的强度和相位。
在这个过程中，我们可以考虑不同的场景和环境因素，例如城市街道、建筑物和室内办公室。
OPNET网络仿真技术及网络设计
三、基于OPNET的水声通信网络 设计与仿真
三、基于OPNET的水声通信网络设计与仿真
1、建模：首先，我们利用OPNET的建模工具，根据实际水下环境的地理信息、 通信设备、信号传输路径等构建出水声通信网络的模型。
三、基于OPNET的水声通信网络设计与仿真
2、配置参数：在模型建立后，我们需要配置相关的参数，例如信号的传输速 率、信号的功率、噪声的功率等。这些参数的设置对于仿真结果有着直接的影响。
OPNET网络仿真技术及网 络设计
目录
01 一、OPNET网络仿真 技术介绍
02 二、OPNET网络设计
03 三、案例分析
04 四、结论
05 参考内容
内容摘要
随着网络技术的飞速发展，网络设计已成为通信、计算机等领域的重要研究 方向。网络仿真是网络设计过程中的一种重要手段，它通过模拟网络行为，为网 络设计提供可靠的依据。其中，OPNET网络仿真技术是一种广泛使用的网络仿真 工具，本次演示将介绍OPNET网络仿真技术及网络设计。
四、结论
四、结论
本次演示介绍了水声通信网络的特点和挑战，并探讨了如何利用OPNET进行水 声通信网络的设计与仿真。通过建模、参数配置、仿真运行和结果分析，我们可 以对水声通信网络的性能进行全面的评估，为网络的设计和优化提供依据。这对 于提高水声通信网络的性能和稳定性具有重要的意义。
谢谢观看
一、OPNET网络仿真技术介绍
一、OPNET网络仿真技术介绍
OPNET（Optimized Network Engineering Tool）网络仿真技术是由 Caspell公司开发的一款网络仿真软件，它适用于通信网络、计算机网络、广域 网等领域。OPNET网络仿真技术通过建立数学模型来模拟网络行为，具有较高的 精度和可靠性。
无线通信和网络仿真技术基础
损伤和衰落 MIMO 网络仿真技术简介 NS2基础知识 用NS2进行无线网络仿
真
无线电频谱
无线网络教学平台
Jin & Jiang, 无线网络 技术教程：原理、应用 与仿真实验, Tsinghua University Press
无线电频谱特点 ☆有限性 ☆排它性 ☆复用性 ☆非耗尽性 ☆传播性 ☆易干扰性 详细内容见教材第28页
卫星微波通信的优点：范围大、距离远；不 易受地面灾害影响；建设快，通信费用和距 离无关；易实现广播和多址通信。
卫星微波通信的不足：信号传输有时延，天 线受太阳噪声影响，安全保密性较差，卫星 本身造价高，等等。
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无线网络教学平台
Jin & Jiang, 无线网络 技术教程：原理、应用与 仿真实验, Tsinghua University Press
体中电流强度的改变会产生无线电波。
微波 一般频率在300M~300GHz之间，波长在1米到1毫米之间的
电波。
红外线 它是太阳光线中众多不可见光中的一种，存在于太阳光谱
中红光的外侧，也可作为传输介质。
无线网络教学平台
Jin & Jiang, 无线网 络技术教程：原理、 应用与仿真实验, Tsinghua University Press
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无线网络教学平台
Jin & Jiang, 无线网络 技术教程：原理、应用与 仿真实验, Tsinghua University Press
无线电管理部门
☆联邦通信委员会(FCC)
FCC是美国专门负责管理其国内及对外有线、无 线和电视通信业务的行政决策机构，管理无线电 广播、电视、电信、卫星和电缆等业务，协调国 内和国际通信，涉及美国各州及所属地区。
11+通信网络仿真-介绍
M/M/1 模型研究
对排队模型，在给定输入和服务条件下，主要 研究系统的下述运行指标： (1) 系统的平均队长 Ls( 期望值 ) 和平均队列长 Lq(期望值)； (2)系统中顾客平均逗留时间Ws与队列中平均等 待时间Wq；
标准的M/M/1模型（M/M/1/∞/∞/FCFS）
1.稳态概率Pn的计算
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排队系统命名法则
• 一个排队系统表示为A/B/X/Y/Z
–A：客户到达模式 –B：服务模式 –X：服务器数量 –Y：等待位数量 –Z：排队规则
符号
取值
解释
A、B
M、D、Ek，Hk，PH， G
1,2,…,∞ FCFS，LCFS，RSS， PR，GD
客户到达间隔/服务时间的概率分布， M表示指数分布（马尔科夫），G表 示任意分布，D表示固定值
例：单服务台排队系统
• • • • 系统工作时间长度固定 顾客到达时间随机 服务员服务时间随机 要求通过仿真估计系统 工作情况，以决定是否 增加服务台
顾客 到达
服务员闲？ 是
否
排队等待
立即服务 服务完毕 顾客离去 服务员闲
排队问题
• 排队随处可见
–顾客服务员问题 –飞机在机场排队等待起飞 –进程在操作系统排队等待调度 –网络间数据包的传输 –„
( m) P[ X n m j | X n i ] pij
p
(m) ij
p
r
( mk ) ir
p , (0 k m)
(k ) rj
转移概率 Chapman-Kolmogorov（CK）公式 由英国数学家S. Chapman和苏联数学家 A. Kolmogorov分别独立得到。 • 矩阵形式 P ( m ) P ( mk ) P ( k )
通信系统仿真原理与无线应用
通信系统仿真原理与无线应用一、引言通信系统仿真是指使用计算机模拟和分析通信系统的运行和性能。
无线通信作为一种重要的通信方式，广泛应用于各个领域。
本文将对通信系统仿真原理以及无线应用进行介绍和讨论。
二、通信系统仿真原理通信系统仿真是通过计算机对通信系统进行模拟和分析，以评估系统的性能和优化设计。
通信系统仿真主要包括以下几个步骤：1. 系统建模：首先需要将通信系统抽象成数学模型。
模型的建立需要考虑系统的结构、信号的传输特性以及各个组件的工作原理等因素。
2. 信号生成：通过随机过程或特定信号源生成符合实际通信环境的信号。
这些信号可以是声音、图像、视频等。
3. 信道建模：通信系统仿真需要考虑信道的影响。
信道建模可以采用统计模型或基于物理特性的模型，以模拟真实的信道传输特性。
4. 传输过程模拟：通过模拟信号在通信系统中的传输过程，包括编码、调制、解调、信道编码等环节，以及信号的干扰、衰落等现象。
5. 性能评估：通过仿真实验，评估通信系统的性能指标，如误码率、信噪比、传输速率等。
可以通过改变系统参数，优化系统设计。
6. 结果分析：对仿真结果进行分析，得出结论并提出改进建议。
可以通过比较不同方案的性能，选择最优的方案。
三、无线应用无线通信作为一种重要的通信方式，广泛应用于各个领域。
以下是几个典型的无线应用场景：1. 移动通信：移动通信是无线通信的典型应用之一，包括手机通信、无线局域网、蓝牙等。
移动通信不受时间和空间的限制，可以实现随时随地的通信。
2. 无线传感网络：无线传感网络是由大量分布式传感器节点组成的网络。
这些节点可以实时采集环境信息，并将数据传输到中心节点进行处理和分析。
无线传感网络广泛应用于环境监测、物联网等领域。
3. 卫星通信：卫星通信是通过卫星中继信号进行通信的方式。
卫星通信可以实现广域覆盖，适用于远距离通信、偏远地区通信等场景。
4. 無線射頻辨識（RFID）：RFID技术是一种通过无线电信号自动识别目标的技术。
通信网络中的无线信道建模与仿真技术
通信网络中的无线信道建模与仿真技术随着无线通信技术的不断发展，人们对于无线信道的建模与仿真技术也提出了更高的要求。
无线信道建模与仿真技术是指通过建立数学模型来模拟无线信道的传输特性，并通过仿真方法来验证和分析这些模型。
本文将介绍通信网络中的无线信道建模与仿真技术的相关理论与应用。
一、无线信道的特性无线信道是指无线通信中传输信号的媒介，其特性对无线通信系统的性能具有重要影响。
无线信道的主要特性包括衰落、多径效应、路径损耗、干扰和噪声等。
在进行无线信道建模和仿真时，需要准确描述这些特性，以便更好地了解无线信号的传输行为。
二、无线信道建模方法无线信道建模是通过建立适当的数学模型来描述和分析信号在无线信道中传输的过程。
常用的无线信道建模方法包括几何模型、统计模型和物理模型等。
1. 几何模型几何模型是通过对无线信道的传输路径进行几何描述来建模的方法。
其中常用的模型有几何扩散模型和射线跟踪模型。
几何扩散模型基于微观尺度上的路径传播理论，将信号的传输路径描述为扩散过程。
射线跟踪模型则通过追踪无线信号在环境中的传播路径来模拟信号的传输特性。
2. 统计模型统计模型是基于统计学原理对无线信道进行建模的方法。
其中最常用的模型是瑞利衰落模型和纯多径模型。
瑞利衰落模型适用于描述直射路径较弱或完全不存在的室内环境，而纯多径模型则适用于室外环境和复杂多径环境。
3. 物理模型物理模型是通过模拟无线信号传播的物理规律来建模的方法。
常用的物理模型有衍射模型和散射模型。
衍射模型适用于描述信号在障碍物周围的传播情况，而散射模型则适用于描述信号与物体表面发生散射的情况。
三、无线信道仿真技术无线信道建模是为了对信号的传输特性进行描述，而无线信道仿真技术则是为了通过实验和计算来验证和分析这些模型。
无线信道仿真技术可以分为离散事件仿真和连续时间仿真两类。
离散事件仿真是将无线信道的传输行为划分为离散的时间步进，通过事件触发机制来模拟和计算信道响应。
无线电台通信网络建模仿真研究
无线电台通信网络建模仿真研究I. 介绍A. 选题背景和意义B. 研究目的C. 研究现状及不足D. 研究方法和流程II. 网络结构设计A. 网络拓扑结构设计B. 网络参数设定C. 无线电台节点规划III. 信道建模A. 信号传输模型及参数设定B. 路径损失模型及参数设定C. 多径效应及设备干扰模型IV. 系统仿真A. 仿真环境搭建B. 仿真参数设定C. 仿真结果分析V. 结果与分析A. 网络性能分析B. 系统信噪比分析C. 系统传输效率分析VI. 结论与展望A. 研究成果及贡献B. 研究不足及改进方向C. 研究展望及未来工作方向注：以上为提纲，具体内容可根据实际情况添加或删减。
第1章节介绍A. 选题背景和意义随着人工智能、物联网等新技术的发展，需求日益增长的无线通信已成为不可或缺的一部分。
其中，无线电台通信网络是无线通信网络中最基础的实现方式之一，具有广泛的应用场景，如应急通信、军事通信等。
由于无线电台通信网络具有信道复杂、环境变化、传输质量难以保障等特点，使得其设计和优化成为研究热点。
B. 研究目的本研究旨在基于无线电台通信网络建模仿真，探究无线电台节点规划、网络结构设计、信道建模等方面的影响因素和优化策略，以提升无线电台通信网络的传输性能和实际应用效果。
C. 研究现状及不足目前，国内外已有大量研究关于无线电台通信网络的建模仿真，其中大部分集中在网络结构设计和信道建模方面。
但由于无线电场的复杂性、无线信号的多样性等因素，当前研究仍存在许多不足，如对环境变化因素过于理想化，无法真实地反映出无线电信号传输的复杂性；在实际应用方面，传输的质量往往会受到多种因素的影响，需要更多的优化策略。
D. 研究方法和流程本研究采用建模仿真的方法，首先对无线电台通信网络进行结构设计和节点规划，确定网络拓扑结构和参数设定；其次，基于信号传输模型和路径损失模型，对信道进行建模，并考虑多径效应和设备干扰模型；最后，通过仿真环境搭建和仿真参数设定，对无线电台通信网络进行系统仿真，并对结果进行分析和总结，得出相应的结论和展望。
无线移动通信中的信道建模与仿真
无线移动通信中的信道建模与仿真一、引言随着移动通信技术的不断发展，人们对信道建模和仿真的需求也越来越高。
信道建模和仿真是无线通信系统设计中必不可少的一环，是保证通信系统性能的重要因素。
这篇文章将介绍信道建模和仿真在无线移动通信中的应用，以及信道建模和仿真的一些基本概念和方法。
二、信道建模1. 信道模型的概念信道模型是指对无线通信信道进行描述和建模的数学模型。
在实际通信中，无线信号在传输过程中会受到多种因素的影响，如多径、衰落、干扰等，这些因素对无线信号的传输造成了很大的影响，因此，对无线信道进行建模是保证通信系统性能的关键。
2. 信道参数的描述信道参数通常包括信道增益、时延、多普勒频移、相位等。
其中，信道增益是指信号在传输过程中所受到的衰落程度，时延是指信号从发射端到接收端所需要的时间，多普勒频移是由于接收端和发射端之间的运动速度而引起的信号频率偏移，相位是指信号的相位差。
3. 信道建模方法信道建模方法主要包括理论分析、数值模拟和实测建模三种方法。
其中，理论分析主要是通过数学模型对无线信道的特性进行推导和描述。
数值模拟方法是通过计算机程序对无线信道进行模拟和仿真。
实测建模方法则是通过实际测量得到无线信道的特性参数。
三、信道仿真1. 仿真概念信道仿真是通过计算机程序对无线信道进行模拟和实验，以调查和预测无线通信系统的性能。
仿真是一个相对较为简单的方法，可以帮助设计人员快速验证设计方案的可行性和正确性。
2. 仿真方法信道仿真方法主要包括离散事件仿真和连续仿真两种方法。
其中，离散事件仿真是指通过模拟在时间上出现的离散事件进行仿真。
连续仿真则是通过模拟在时间上连续变化的信号进行仿真。
3. 仿真参数信道仿真参数通常包括信噪比、误码率、比特误差率等。
其中，信噪比是指信号功率和噪声功率之间的比值，误码率是指在传输过程中产生的误码比率，比特误差率是指在传输过程中每个比特产生误码的比率。
四、移动通信中的信道模型和仿真1. 多径衰落信道模型多径衰落信道是指无线信号在传输过程中由于多种因素的影响而经历多条路径从发射端到达接收端，导致信号发生衰落的过程。
无线网络通信及其应用课程的虚拟仿真实验教学设计与实现
无线网络通信及其应用课程的虚拟仿真实验教学设计与实现目录1. 内容综述 (3)1.1 无线网络通信概述 (4)1.2 无线通信技术发展 (5)1.3 虚拟仿真实验教学的重要性 (6)1.4 本课程教学目标 (8)2. 无线网络通信基础知识 (9)2.1 无线网络通信原理 (11)2.2 常见无线通信标准 (11)2.3 无线信号传播特性 (13)2.4 无线网络架构 (14)3. 虚拟仿真实验教学设计 (16)3.1 目标用户分析 (18)3.2 教学内容规划 (19)3.3 虚拟仿真实验环境的构建 (19)3.4 实验教学流程设计 (21)4. 无线网络通信实验项目 (22)4.1 无线网络接入实验 (24)4.2 智能手机网络通信实验 (25)4.3 无线传感器网络实验 (25)4.4 无线Mesh网络实验 (26)4.5 无人机定位与通信实验 (29)5. 实验教学资源开发 (30)5.1 虚拟实验平台搭建 (31)5.2 实验指导书的编写 (32)5.3 实验演示视频的制作 (34)5.4 互动问答系统设计 (35)6. 实验教学实施 (35)6.1 实验教学方法与策略 (37)6.2 实验操作步骤 (38)6.3 实验数据分析与解释 (39)6.4 实验评价体系的建立 (41)7. 实验教学效果评估 (42)7.1 学生学习效果评估 (44)7.2 教师教学效果评估 (45)7.3 实验设备与环境评估 (47)7.4 教学改进与持续发展 (48)8. 案例分析 (50)8.1 虚拟仿真实验教学案例 (51)8.2 无线网络通信产品案例 (52)8.3 在线课程案例研究 (53)1. 内容综述本文档主要对“无线网络通信及其应用课程的虚拟仿真实验教学设计与实现”进行了详细的阐述。
我们对无线网络通信的基本原理和技术进行了梳理，包括无线通信的基本概念、无线信号的传输特性、无线网络的体系结构等。
水声通信组网技术第六讲 水下网络仿真
OPNET客户群
• 军方和政府方的研发机构 • 高等院校 • 大中型企业（如Chrysler、Benz、Dell Computer等） • 电信运营商（如AT&T、NTT DoCoMo、 France Telecom等） • 大型通信设备制造商（如3Com、Cisco、 Nortel Network、Lucent）
OPNET Modeler
• OPNET采用层次化和模块化的方式将复杂的系统 分解为不同的层次结构，每层完成一定的功能。 一层内又由多个模块组成，每个模块完成更小的 任务。 • 采用三层建模机制：进程域（process models） 、节点域（node models）、网络域（network models）。 • 三层模型和实际的协议、设备、网络完全对应， 全面反映了网络的相关特性。
– 用以在节点内部实现数据包传递以及事件通知
Node model – Node editor
Process model
• 采用有限状态机(FSM)形式建立协议规范与 相关算法模型 • 有限状态机由状态和转移构成
– 状态是对象执行某项任务的活动，或等待某个 事件发生的条件 – 转移是两个状态之间的关系。当收到中断请求 后，根据状态转移条件，进程会在两个状态间 转移
Opnet’s editors
• Network Models
– Represent data networks – Run simulations on network
Process Node
• Node Models
– Model devices in the network
Network
• Process Models
OPNET 简介
通信仿真技术
通信仿真技术通信仿真技术是一种通过计算机模拟和分析通信系统的方法。
它可以帮助工程师在设计和优化通信系统时，预测和评估系统的性能。
本文将介绍通信仿真技术的基本原理、应用领域以及未来的发展方向。
通信仿真技术的基本原理是通过建立数学模型来描述通信系统的各个组成部分，包括信源、信道、调制解调器、编码解码器、调度算法等。
然后利用计算机对这些模型进行仿真运算，模拟真实通信环境中的信号传输、干扰和误码等情况。
通过仿真结果，可以评估系统的性能指标，如误码率、传输速率、延迟等，从而指导系统设计和优化。
通信仿真技术在通信系统设计和优化中起着非常重要的作用。
首先，它可以帮助工程师在系统设计阶段快速评估不同方案的性能差异，从而选择最优方案。
其次，通过仿真技术可以对系统进行故障分析和排查，提高系统的可靠性和稳定性。
此外，仿真技术还可以用于性能优化，如调整调度算法、改进信道编码等，以提高系统的整体性能。
通信仿真技术在无线通信、光纤通信、卫星通信等领域得到了广泛应用。
在无线通信领域，仿真技术可以用于评估无线网络的覆盖范围、容量和干扰情况，优化无线资源的分配和调度。
在光纤通信领域，仿真技术可以用于评估光纤通信系统的传输性能、信号失真和衰减情况，指导光纤网络的设计和规划。
在卫星通信领域，仿真技术可以用于评估卫星通信链路的传输性能、天线指向和频谱利用率，优化卫星通信系统的布局和参数配置。
随着通信技术的不断发展，通信系统的复杂性和规模也越来越大。
传统的分析方法已经无法满足对系统性能的准确评估和优化需求。
因此，通信仿真技术在未来的发展中有着广阔的应用前景。
一方面，随着计算机计算能力的不断提高，仿真模型的复杂度和精确度也将得到提升。
另一方面，随着人工智能和机器学习技术的发展，仿真模型可以更好地学习和适应真实通信环境中的变化和不确定性，提高仿真结果的准确性和可靠性。
通信仿真技术是一种重要的工具，可以帮助工程师在通信系统设计和优化中预测和评估系统的性能。
无线通信网络场景中的信道建模和仿真
无线通信网络场景中的信道建模和仿真随着信息时代的到来，无线通信网络已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从智能手机到无人驾驶汽车，几乎所有的智能设备都依赖于无线通信网络。
然而，无线通信网络经常会受到环境中各种干扰和传输信号的损失，这不仅会影响到网络的性能，也会影响到人们的生活。
因此，在无线通信网络中，信道建模和仿真是极其重要的。
一、无线通信网络场景中的信道建模信道建模是指用数学模型对无线通信信道进行描述。
其目的是为了更好地理解和描述在无线通信网络中的信号传输机制。
信道建模通常包括：路径损耗和多径衰落模型、阴影衰落模型、小尺度回波模型和大尺度回波模型等。
1.路径损耗和多径衰落模型路径损耗模型是指阳台区域中的信号强度随着距离增加而衰减的模型。
这是因为唯一的直射路径在传输过程中遇到了各种障碍和干扰。
然而，在这个区域内存在其他径路，这些径路会引起多径衰落。
所以我们需要同时考虑这两种现象。
路径损耗模型通常使用功率关系来描述信道中不同距离的信号强度。
而多径衰落模型则是一些更复杂的模型，用来描述信道中的多路径现象。
2.阴影衰落模型阴影衰落模型是指由于环境影响而导致的信号损失模型。
在某些情况下，例如高楼大厦和山区，都可能会对无线信号产生影响。
这种情况下，信号的传输路径与接收机之间不仅会存在多径损耗，还会有一些其他的影响。
这可能导致在接收机处接收到的信号强度出现更大的波动。
此时，我们需要具备一定的阴影衰落模型。
3.小尺度回波模型小尺度信道模型用于描述在无线通信网络中短距离的信号传输过程。
例如，当移动电话用户在城市中行走时，无线信号可能穿过各式各样的物体并被反射、散射。
小尺度回波模型可以更好地解释这些现象。
4.大尺度回波模型大尺度信道模型用于描述移动和换手等长距离通信情况下的信号传输过程。
这种信号传输受到经度、纬度、海拔、地理和大气条件等因素的影响。
例如在城市中行驶的汽车或高速移动的火车等，都需要使用大尺度回波模型进行信道建模。
面向5G通信系统的无线信道建模与仿真
面向5G通信系统的无线信道建模与仿真随着5G通信系统的快速发展，无线信道建模与仿真成为了研究的热点之一。
无线信道建模是指将现实中的无线信道抽象成数学模型，用于分析和仿真无线通信系统的性能。
本文将探讨面向5G通信系统的无线信道建模与仿真，并介绍一些常用的建模方法和仿真工具。
在5G通信系统中，无线信道通常被视为一种复杂、不稳定且多变的媒介。
对无线信道进行准确建模是设计和优化无线通信系统的关键任务。
常用的无线信道建模方法包括几何建模、统计建模和物理建模。
几何建模是一种基于几何形状和拓扑结构的信道建模方法。
它通过考虑无线信道中的反射、衍射和绕射等现象，推导出信道中的路径损耗和多径传播模型。
几何建模通常适用于室内环境和复杂的城市环境，对于大规模的天线阵列也有较好的适应性。
统计建模是一种通过对大量实测数据进行分析和处理得到的信道建模方法。
它利用统计概率分布和相关性分析等理论方法，对无线信道的衰减、多径间的时、频和空间相关性等进行建模。
统计建模在各种实际场景中都得到了广泛的应用，其优势在于能够反映实际场景中的多样性和变动性。
物理建模是一种基于信号传输物理过程的信道建模方法。
它通过对信号在介质中的传输、反射、散射和衰减等过程进行物理建模，从而获得信道的参数和特性。
物理建模通常需要对电磁波传播和材料特性等物理知识有一定的了解，但能够提供较为准确的信道模型。
面向5G通信系统的无线信道建模需要考虑新的特点和需求。
首先，5G通信系统中将引入大规模的天线阵列和波束赋形技术，因此需要能够描述多用户多输入多输出（MU-MIMO）信道特性的建模方法。
其次，5G通信系统将实现更高的频率和更大的带宽，因此需要能够描述高频率衰减和宽带传输特性的建模方法。
此外，由于5G通信系统中将广泛使用毫米波通信技术，因此还需要考虑大气传输和障碍物衰减等特殊影响的建模方法。
在进行无线信道建模与仿真时，研究人员可以利用一些常用的仿真工具和软件平台。
其中，比较著名的有MATLAB和ns-3等。
星座间通信网络方案构建与仿真
星座间通信网络方案构建与仿真第一章引言1.1 研究背景近年来，随着信息技术的快速发展和人类对通信需求的增加，传统的地面通信网络已经难以满足大规模数据传输的需求。
星座间通信网络将卫星作为中继站点，将信号从发射站点发送到接收站点，具有全球覆盖能力和高传输速率的优势。
1.2 研究目的和意义本研究旨在构建和仿真星座间通信网络方案，以解决传统地面通信网络难以覆盖全球的问题。
通过深入研究星座间通信网络的原理和技术，提出有效的方案并进行仿真验证，为实际应用提供参考。
第二章星座间通信网络的基本原理2.1 卫星轨道类型卫星轨道类型包括地球同步轨道(GEO)、中地轨道(MEO)和低地球轨道(LEO)。
不同轨道类型对通信网络的覆盖范围、延迟和信号强度有不同影响。
2.2 卫星通信系统架构卫星通信系统由发射站、卫星和接收站组成。
发射站将信号上传到卫星，卫星将信号中转到接收站。
卫星通信系统需要考虑信号传输的带宽、功率和天线指向等因素。
第三章星座间通信网络方案构建3.1 网络需求分析根据用户的通信需求，确定星座间通信网络的整体规模、覆盖范围和传输速率等参数。
同时，需考虑网络的容错性、安全性和可扩展性等方面。
3.2 卫星选型与规划选择合适的卫星类型和数量，考虑卫星的轨道类型、载荷能力和生命周期等因素。
根据网络需求和地理分布情况，进行卫星的规划和布局。
3.3 通信链路设计根据星座间通信网络的拓扑结构，设计通信链路的连通性和传输效率。
考虑到星座间通信网络的复杂性和协同性，需要优化链路的路由选择和带宽分配策略。
3.4 信号传输和处理对信号传输的关键技术进行研究，包括信号调制、编码和解调等。
同时，根据信号的传输特性和网络节点的处理能力，设计合适的信号处理算法和协议。
第四章星座间通信网络方案的仿真验证4.1 仿真环境搭建选择合适的仿真工具和平台，搭建星座间通信网络的仿真环境。
考虑到实际应用中的不确定性和变化性，引入合理的随机性和参数变化。
通信电子领域中的虚拟仿真平台
通信电子领域中的虚拟仿真平台虚拟仿真平台在通信电子领域的应用越来越广泛。
虚拟仿真平台是指通过计算机系统创建出一个虚拟环境，从而使用户在这个环境中可以进行实验和操作的过程。
在通信电子领域，虚拟仿真平台可以模拟各种通信电子设备和环境，从而使工程师们可以在虚拟环境下测试和优化设计，并预测可能出现的问题，从而减少设计过程中的时间成本和人力成本。
虚拟仿真平台在通信电子领域中的应用主要有以下几个方面：1. 通信协议仿真平台通信协议仿真平台是一种可以对通信协议进行模拟测试的软件平台，它可以在虚拟环境中模拟各种通信协议，在虚拟环境中对通信协议进行测试和验证。
通过通信协议仿真平台，可以对协议的正确性、稳定性、可靠性等进行测试，从而为协议的正式实现提供可靠的依据。
通信协议仿真平台可以降低通信设备的开发成本，减少设备的调试时间，提高设备的开发效率和质量。
2. 通信设备仿真平台通信设备仿真平台是一种可以对通信设备进行模拟测试的软件平台，它可以在虚拟环境中模拟各种通信设备，在虚拟环境中对通信设备进行测试和验证。
通过通信设备仿真平台，可以对设备的性能、可靠性、稳定性等进行测试，从而为设备的正式实现提供可靠的依据。
通信设备仿真平台可以降低通信设备的开发成本，减少设备的调试时间，提高设备的开发效率和质量。
3. 通信网络仿真平台通信网络仿真平台是一种可以对通信网络进行模拟测试的软件平台，它可以在虚拟环境中模拟各种通信网络，在虚拟环境中对通信网络进行测试和验证。
通过通信网络仿真平台，可以对网络的性能、可靠性、稳定性等进行测试，从而为网络的正式实现提供可靠的依据。
通信网络仿真平台可以降低通信网络的建设成本，提高通信网络的可靠性和性能。
虚拟仿真平台的优点主要有以下几个方面：1. 可以提高工程设计的速度和效率虚拟仿真平台可以在虚拟环境中模拟测试和优化设计，可以有效提高工程设计的速度和效率。
通过虚拟仿真平台，可以避免设计过程中的问题和缺陷，从而提高设计的质量和工效。
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目录1 绪论1.1 设计的背景目前，现代通信网络的仿真，智能化网络规划、优化以及管理成为通信领域的热点问题。
OPNET这一网络仿真工具为解决通信网络（包括固定网络、移动网络和卫星网络）仿真和优化以及网络高效的管理提供了整套解决方案，是网络仿真分析领域出类拔萃的软件。
包交换兼有电路交换和报文交换的优点，如包交换比电路交换的线路利用率高、比报文交换的传输时延小交互性好等，使得包交换网络在数据通信领域有着广泛的应用。
国外，网络仿真方面的研究已有二十多年的历史，覆盖各个领域。
而国内数据通信网络仿真起步较晚，但近几年发展迅猛。
在包交换网络仿真方面，利用OPNET Modeler平台进行的仿真测试对包交换网络性能的进一步提高起到显著的作用。
在复杂多样的SME网络应用方面，相关研究缺乏，既使是已解决的部分技术项目，仍有进一步深入研究的必要。
因而，研究包交换网络中OPNET的仿真应用是一个富有挑战性的课题。
1.2 设计的目的及意义本课程设计主要研究SME包交换网络中OPNET的仿真应用，即借助OPNET仿真平台来研究包交换网络的性能。
本文中将主要解决如何使用现代化网络仿真工具进行SME包交换网络的性能分析，并在分析的基础处，能找出现有网络存在的不足，从而设计出更适合SME包交换网络的方案。
在学习通信网的基础上，学习通信网仿真方面的专业软件，对进一步掌握通信网络的性能有实践意义。
掌握使用OPNET软件对以后的毕业设计及毕业后从事网络设计领域的工作有很大的帮助。
1.3 设计的基本思路及文章组织本文在OPNET网络仿真平台上，首先对一个简单的SME包交换网络进行性能分析，然后对现有的网络进行升级扩展、引入新业务并进行可行性分析。
在此基础上提出适合SME包交换网络的设计方案。
全文共分为6部分：第一部分绪论，主要介绍了设计背景、目的、意义以及设计的基本思路和文章安排。
第二部分是仿真软件OPNET的相关介绍。
第三部分是包交换网络的相关概念及性能指标介绍。
第四部分是简单SME包交换网络的仿真分析。
第五部分是设计总结。
2 仿真软件OPNET介绍OPNET是专业的网络建模和仿真软件提供商，OPNET提供的解决方案已经得到全球数以千计用户的实践验证，包括政府部门和国防机构、集团企业、网络服务提供商和网络研发机构等。
OPNET Modeler自1987年诞生起一直是防御网络的M&S标准。
另外，OPNET提供网络领域内最优的解决方案，涵盖业务性能排错、业务部署规划、系统处理能力规划、网络配置审计、网络容量和冗余性规划、网络技术研发等。
2.1 OPNET Modeler仿真平台简介OPNET Modeler是通信网络领先的网络技术开发环境，它可以灵活性的用于设计和研究通信网络、通信设备及通信协议。
OPNET Modeler 为开发人员提供了建模及仿真以分析集成环境，减轻了编程以及数据分析的工作量。
OPNET Modeler的面向对象的建模方法和图形化的编辑器反映了实际网络和网络组件的结构，实际的系统可以直观的映射到模型中。
OPNET Modeler支持所有网络类型和技术。
作为业界广泛应用的系统开发平台，OPNET Modeler网络仿真技术有以下主要特点：(1) 能够为网络的规划设计提供可靠的定量依据。
(2) 能够验证实际方案或比较多个不同的设计方案。
(3) OPNET Modeler能够准确的分析复杂网络的性能和行为。
(4) OPNET允许用户使用FSM（有限状态机）开发自己的协议，并提供了丰富的C语言库函数。
OPNET还提供EMA（外部模块访问）接口，方便用户进行二次开发。
(5) OPNET支持面向对象的调试。
(6) OPNET可运行在SUN、HP、Windows NT等多种工作站平台上。
2.2 OPNET Modeler仿真流程OPNET Modeler系统级仿真的基本流程如图2.1示。
图2.1 OPNET Modeler仿真流程3 包交换网络性能指标3.1 包交换和包交换网络3.1.1 包交换的概念包交换（Packet Switching）也称分组交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组，在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将其转发至目的地，这一过程也称为分组交换。
3.1.2 包交换网络进行包交换的通信网称为包交换网络。
IP网络就是典型的包交换网络，三层设备完成的工作就是包交换。
包交换（也称分组交换）实质上是在“存储转发”基础上发展起来的。
它兼有电路交换和报文交换的优点。
分组交换网传送按一定长度分割为许多小段的数据分组。
每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。
把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。
到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。
分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。
3.2 包交换网络常用性能指标3.2.1 网络延迟网络延迟，在传输介质中传输所用的时间，即从报文开始进入网络到它开始离开网络之间的时间。
网络延迟的大小影响应用程序在网络上的运行效率的高低，对一些对实时性敏感的应用程序而言其影响更大。
如：IP语音系统(V oIP)和视频点播系统(VOD)。
为达到用户期望的语音和视频质量，要求尽可能小的端到端延迟时间。
3.2.2 数据传输速率数据传输速率，在数值上等于每秒传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second)，记作bps。
在现代网络技术中，人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率，“带宽”与“速率”几乎成了同义词。
信道带宽与数据传输速率的关系可以奈奎斯特准则与香农定律描述。
3.2.3 吞吐量吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，交换设备能够接收的最大速率。
端口吞吐量是指端口包转发能力，通常使用包/秒（packets/second）来衡量，它是路由器在某端口上的包转发能力。
3.2.4 资源利用率资源利用率是指网络资源的有效工作时间占整个工作时间的百分比。
它是网络资源使用频度的动态度量，也是衡量网络性能价格比的关键参数。
资源利用率包括各种网络部件的利用率，如信道利用率、内存利用率、CPU 利用率、网络利用率等。
通过分析各个网络部件的利用率就可以知道网络中的瓶颈在哪里。
另外，资源利用率也是预测网络性能变化的最有效途径。
从经验数据来看，CPU利用率最好在30％～40％，超过这个范围，网络性能会急剧下降；网络利用率大约为30％～70％时，可保证有突发业务时仍有足够的带宽可用。
3.2.5 丢包率网络丢包率是指在一个特定时间间隔内，从客户机到服务器间往返过程中丢失的数据包占所发送数据包的百分比。
数据包丢失一般是由网络拥塞引起的。
丢包率一般在0％～15％间变化。
丢包率超过15％的可能导致网络不可用。
但需要注意的是，少量的丢包率并不一定表示网络故障，因为很多业务在少量丢包的情况下也能继续进行。
如一些实时性应用或流媒体业务，可以忍受一定量的丢包，并且也不需重发丢失的包；另外，TCP协议正是通过检测丢包率以发现网络拥塞。
3.2.6 可靠性与可用性可靠性是指在一定时间内系统能正常工作的概率；可用性，是指在某特定时间段内，系统能正常工作的时间占总时间的百分比。
与前面所阐述的动态指标不同，可靠性和可用性是一种静态指标。
可靠性通常用平均无故障时间(MTBF，Mean Time Between Failures)表示。
显然，MTBF值越大，系统可靠性越高。
为了提高网络的可靠性，网络中对关键部件往往通过设置冗余备份。
可用性通常用平均修复时间(MTTR ，Mean Time to Recovery)表示。
故障次数少但出现故障后修复时间长或故障次数多每次故障修复时间短，这两种情况都是用户所无法接受的。
最理想的情况是MTBF值大，而MTTR值小，即可靠性高，一般不出现故障，一旦出现故障能快速修复。
4 简单SME包交换网络仿真分析4.1 建立简单SME包交换网络运行OPNET程序，选择File→New，在下拉列表框中选择project，点击OK 确定；新建项目名称为Enterprise，场景名称SME_Network，如图4.1示。
图4.1 创建项目名和场景名4.1.1 启动向导用户新建一个项目后，ONPET自动弹出启动向导（Startup Wizard），指导用户进行网络位置、大小等场景信息的设置。
在本项目中，可以按照下图完成对网络的配置，完成后单击Finish按钮结束。
图4.2 创建空场景图4.3 创建SME网络图4.4 设置SME网络尺寸接下来可以不选择任何模块家族，最后一项检查确认网络设置。
在启动向导中完成对网络背景信息的配置后，ONPET 按照启动向导中的信息为用户打开一个项目编辑器，用户可以在其中放置所需的设备，为图形化的方式配置网络。
4.1.2 添加设备及配置设备点击图标打开项目编辑器，同时会弹出一个对象面板，用户也可以从工具栏中将对象面板打开。
放置设备的步骤如下：（1）在对象面板中单击固定子网subnet，设置子网的名称为research。
（2）双击research子网图标。
打开它的子网络，此时子网络为空。
research 子网内部构造设计如下图。
图4.5 research子网内部结构（3）在工具栏中单击按钮回到上一级网络，选择research子网复制这个子网的三个副本，并命名为test、sales、administration。
之后从对象面板中拖入一个固定子网，命名为server。
（4）双击server子网图标，进入它的子网络。
接着设置file server的属性，在file server图标上右击，选择Edit Attributes，展开Application项，在Application：Supported Service子项的Value区域单击，选择Edit子选项，添加相关应用如下图示。
图4.6 添加file server所支持的应用同样的方法，进行web server 、database server的属性设置，添加相关应用依次如下图示。
图4.7 添加web server所支持的应用图4.8 添加database server所支持的应用（5）在工具栏中单击回到上一级网络，使用10BaseT链路连接research、test、sales、administration子网到server子网上，连线的时候确认链路的两端都连接在switch上。
（6）从对象面板中拖入一个Application Configure 和一个profile Configure 到工作区，分别命名为applications和profiles。