🛰️ 5G NR NTN 信道建模仿真平台

面向 LEO/GEO 卫星通信的完整时变信道仿真解决方案

📌 为什么选择本仿真平台？

🎯 核心价值

⚡ 技术亮点

🌊 NTN 信道建模技术栈

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│                         NTN 信道仿真信号流                              │├────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│                                                                        ││  卫星轨道 ──► [几何计算] ──► [大尺度衰落] ──► [小尺度衰落] ──► [MIMO]   ││   LEO/GEO    仰角/斜距/多普勒   FSPL+大气     LMS/TDL       信道矩阵    ││                  │                │               │                    ││                  ▼                ▼               ▼                    ││            时变参数链        路径损耗 L(t)    衰落系数 h(t)             ││                                                                        ││  核心模块:                                                             ││    轨道动力学 | P.676 气体 | P.681 LMS | TR 38.811 NTN-TDL | MIMO Gen  │└────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

📊 支持场景 (仿真实测)

💡 核心优势：完整覆盖 LEO/GEO 轨道 + S/Ka 频段，一套代码模拟所有 NTN 场景！

🖥️ 运行环境

最低要求

🧠 核心算法

从轨道到信道：完整建模链路

模块化架构：每个物理效应独立建模，可单独验证。

graph TD    A[卫星轨道] --> B[几何计算]    B --> C[仰角 θ]    B --> D[斜距 d]    B --> E[多普勒 f_d]    C --> F[大尺度衰落]    D --> F    E --> G[小尺度衰落]    F --> H[FSPL]    F --> I[气体吸收 P.676]    F --> J[雨衰 P.618]    F --> K[阴影衰落]    G --> L[LMS P.681]    G --> M[NTN-TDL]    H & I & J & K --> N[总路径损耗]    L & M --> O[衰落系数]    N & O --> P[MIMO 信道矩阵 H]

核心公式速览

自由空间路径损耗 (FSPL)：

ITU-R P.676 气体吸收 (22.235 GHz 水蒸气峰)：

Loo 分布 (LMS 信道)：

多普勒频移：

📁 项目结构

NTN_Channel_Modeling/├── 📂 config/                      # 配置模块│   ├── satellite_params.m          #   🛰️ 卫星轨道参数 (LEO-600/1200, GEO)│   ├── channel_params.m            #   📡 信道模型参数 (S/Ka-band)│   ├── simulation_params.m         #   ⚙️ 仿真控制参数│   ├── itu_p681_params.m           #   📘 ITU-R P.681-11 LMS 参数│   └── tr38811_tdl_params.m        #   📗 3GPP TR 38.811 NTN-TDL 参数│├── 📂 core/                        # 核心算法库│   ├── 📂 geometry/                #   几何计算模块│   │   ├── SatelliteOrbit.m        #     🌍 卫星轨道动力学 (Toolbox 封装)│   │   ├── AnalyticalGeometry.m    #     📐 解析几何 (无依赖备选)│   │   ├── GeometryCalculator.m    #     📊 几何参数计算器│   │   ├── CoordinateTransform.m   #     🔄 坐标变换 (ECEF/LLA)│   │   └── TraceGenerator.m        #     📈 轨迹生成器│   ││   ├── 📂 large_scale/             #   大尺度衰落模块│   │   ├── PathLossModel.m         #     📉 路径损耗 (FSPL + P.676 + 雨衰)│   │   ├── ShadowingModel.m        #     🌫️ 阴影衰落│   │   └── ScintillationModel.m    #     ✨ 闪烁效应│   ││   ├── 📂 small_scale/             #   小尺度衰落模块│   │   ├── LMSChannel.m            #     🔀 LMS 信道 (P.681-11 两/三状态)│   │   ├── NTN_TDL.m               #     📶 NTN-TDL 信道 (TR 38.811)│   │   └── MIMOChannelGen.m        #     🎯 MIMO 信道矩阵生成│   ││   └── NTNChannelSimulator.m       #   🚀 主仿真器│├── 📂 gui/                         # 图形界面│   └── NTNChannelGUI.m             #   🖥️ 交互式仿真 GUI│├── 📂 tests/                       # 单元测试 (18/18 通过 ✓)│   ├── test_geometry.m             #   几何模块测试│   ├── test_large_scale.m          #   大尺度衰落测试│   ├── test_small_scale.m          #   小尺度衰落测试│   └── run_all_tests.m             #   一键运行所有测试│├── 📂 docs/                        # 文档│   ├── 算法文档.md                  #   📘 数学原理详述 (含完整推导)│├── demo_ntn_channel.m              #   ✨ 演示脚本├── demo_doppler_scurve.m           #   📈 多普勒 S 曲线可视化

代码统计：

• 📝 100% 中文详细注释，专门针对代码售卖优化
• 🔧 模块化设计：每个模块独立，互不依赖
• 🧪 18/18 测试通过：run_all_tests 一键验证
• 🖥️ GUI 可视化：交互式参数配置与仿真

🎬 仿真演示

1. 一键仿真 (demo_ntn_channel.m)

>> demo_ntn_channel

输出: LEO 卫星过顶期间的完整信道特性曲线。

2. 多普勒 S 曲线 (demo_doppler_scurve.m)

>> demo_doppler_scurve

看点: 直观展示 LEO 卫星接近→过顶→远离的多普勒频移变化。

3. GUI 交互仿真

>> NTNChannelGUI.launch()

功能:

• 🛰️ 选择轨道类型 (LEO-600/1200, GEO)
• 📡 配置频段 (S-band, Ka-band)
• 🌆 设置环境 (Urban, Suburban, Rural)
• 📊 实时查看仿真结果

✅ 标准合规性

🛒 获取方式

📚 参考文献

核心标准

1. 3GPP TR 38.811 V15.4.0 (2020): “Study on NR to support non-terrestrial networks.”
2. ITU-R P.676-13 (2022): “Attenuation by atmospheric gases.”
3. ITU-R P.681-11 (2023): “Propagation data for LMSS design.”
4. ITU-R P.618-14 (2023): “Propagation data for Earth-space systems.”