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【MATLAB源码】5G:PTRS上行链路综合仿真平台

【MATLAB源码】5G:PTRS上行链路综合仿真平台

📡 5G NR NTN 上行链路 (PUSCH) 综合仿真平台

面向非地面网络 (NTN) 的上行链路相位跟踪参考信号 (PTRS) 全功能仿真


📌 为什么选择本仿真平台?

行业痛点
本平台解决方案
📉 上行覆盖受限
✅ DFT-s-OFDM 支持:完美支持 Transform Precoding (SC-FDMA) 波形生成,降低 PAPR,提升边缘覆盖,全面对标 3GPP R16/R17 标准
🛰️ NTN 多普勒频移
✅ 高精度 PTRS 建模:精确模拟卫星通信中的相位噪声与多普勒频移补偿,支持复杂的时频密度 () 配置
🛡️ 干扰协调复杂
✅ 跳频 (Frequency Hopping):支持 Intra-slot 和 Inter-slot 频率跳频仿真,可视化验证抗干扰性能
⚙️ 配置繁琐
✅ 交互式配置 GUI:所见即所得的参数配置界面,实时计算 Transport Block Size (TBS) 与资源开销
🎓 标准晦涩难懂
✅ 代码即文档:模块化设计直接映射 3GPP TS 38.211 协议条款,清晰展现物理层处理流程

🎯 核心价值

🔬 学术研究价值

  • 波形对比研究: 一键切换 CP-OFDM 与 DFT-s-OFDM,直观对比两种波形在相位噪声下的性能差异。
  • NTN 信道建模: 结合 NtnPtrsMAPPER,可深入研究卫星移动引起的大频偏对解调的影响。
  • MIMO 演进: 支持 Codebook-based 上行传输方案,探索多天线预编码技术。

💼 工程应用价值

  • 链路预算验证: 提供精确的 RE 级资源映射,辅助计算系统吞吐量与开销。
  • 接收机算法开发: 生成的标准信号可作为 DSP/FPGA 接收机算法的黄金比对源 (Golden Reference)。
  • 一致性测试: 参数覆盖全,支持所有 SCS (15-960kHz) 和 CP 类型,满足不同频段测试需求。

⚡ 技术亮点

🌊 5G NR 上行物理层技术栈

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│                        PUSCH 上行链路处理架构                           │├────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤│                                                                        ││  [传输块 TB] ──► [LDPC 编码] ──► [调制 QAM] ──► [层映射]               ││                                                     │                  ││   ┌──────────────── Configurable Block ─────────────▼───────────────┐  ││   │                                                                 │  ││   │  [DMRS 生成]      [PTRS 生成]        [Transform Precoding]      │  ││   │  (Type 1/2)       (L=1/2/4)          (DFT 扩展, 可选)           │  ││   │       │                │                       │                │  ││   └───────┼────────────────┼───────────────────────▼────────────────┘  ││           │                │                       │                   ││           ▼                ▼                       ▼                   ││      [资源网格映射 RE Mapping] ◄─── [频率跳频 Frequency Hopping]       ││                │                                                       ││                ▼                                                       ││          [OFDM 调制]  ──►  [相位噪声模拟]  ──►  [上行波形输出]         ││                                                                        ││  核心能力:                                                             ││    Low PAPR (低峰均比)      | Phase Tracking (相位跟踪)                ││    MIMO Precoding (预编码)  | Flexible Numerology (灵活参数集)         │└────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

📊 关键功能指标

模块
功能特性
参数范围
说明
波形技术
DFT-s-OFDM
Transform Precoding On/Off
增强上行覆盖的关键技术
参考信号
PTRS 密度
Time {1,2,4}, Freq {2,4}
灵活适配不同相位噪声场景
资源调度
频率跳频
Intra/Inter-Slot
增强频率分集增益
多天线
MIMO 层数
1-4 Layers
支持上行空间复用

🖥️ 运行环境

最低要求

项目
要求
MATLAB版本
R2023b 或更高 (推荐 App Designer 兼容性)
必需工具箱 零依赖

 (核心算法纯 MATLAB 实现,无需 5G Toolbox)
操作系统
Windows 10/11, macOS, Linux
内存
4 GB+ (推荐 8GB 以支持大带宽仿真)

📁 项目结构

Tx PTRS/├── 📂 src/                           # 🚀 核心源代码│   ├── NtnPtrsGUI.m                #   💻 交互式配置主程序│   ├── NtnPtrsConfig.m             #   ⚙️ 配置管理与校验 (3GPP 规则)│   ├── NtnPtrsGenerator.m          #   ⚡ 参考信号生成引擎│   ├── NtnPtrsMapper.m             #   🗺️ 资源网格映射 (含跳频逻辑)│   └── NtnOfdmModulator.m          #   🌊 OFDM 波形调制器├── 📂 DL PTRS/                       # 📡 下行链路子项目 (独立)│   └── ... (见独立文档)├── 📂 tests/                         # 🧪 自动化测试套件│   └── ...└── 📂 docs/                          # 📚 文档中心    └── 算法文档.md                  #   详细数学原理说明

🎬 典型应用演示

1. 启动交互式仿真 GUI

>> cd 'src'>> app = NtnPtrsGUI(); % 启动主程序

体验: 调整 “Transform Precoding” 开关,观察时域波形包络的显著变化 (高 PAPR vs 低 PAPR),理解 DFT-s-OFDM 对功放效率的意义。

2. 脚本化批量仿真

cfg = NtnPtrsConfig();cfg.SubcarrierSpacing = 30;cfg.TransformPrecoding = true% 开启 DFT-s-OFDM[sym, ind] = NtnPtrsGenerator.generate(cfg);

🛒 获取

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