【MATLAB源码】NTN:链路预算仿真平台

NTN 链路预算仿真平台

面向 NTN 的链路预算与损耗建模一体化仿真平台

统一几何与链路预算，快速得到可解释的性能结论

【NTN 链路预算】【Sat_ax 波束跟踪】【SINR/BLER 评估】【MATLAB R2025b】

📌 为什么选择

NTN 场景链路预算对几何、损耗与衰落高度敏感。传统静态预算难以反映动态场景的真实性。该平台提供统一参数入口与动态演化机制，便于快速对标与复现实验结论。

痛点	方案
动态几何难以统一	ENU/ECEF 一体化几何计算
多损耗项口径不一致	链路预算模块化分解
波束指向影响被忽略	内置波束跟踪开关
结果不可复现	全参数集中与可追溯输出
分析链路碎片化	统一统计与可视化输出

🎯 核心价值

🔬 学术研究价值

强调模型可解释性与结构化推导。

• 几何与路径损耗统一建模
• 统计衰落与相关性评估
• SINR/BLER 映射机制复现
• 标准模型对齐分析

💼 工程应用价值

突出可落地与可复现的工程流程。

• 统一参数入口与输出
• 动态场景快速配置
• 关键损耗项可控开关
• 自动化图表与结果沉淀

⚡ 技术亮点

🌊 静态预算 vs 动态链路预算

特性	传统方案	本方案
几何建模	静态或简化	动态 ENU/ECEF 统一
损耗口径	分散定义	全链路预算闭环
波束指向	固定指向	可配置波束跟踪
统计输出	单点结果	时序与分布统计
可解释性	低	高

📊 性能指标（实测数据）

数据来源：matlab/ntn_link_budget/outputs/metrics_ntn.mat 与波束跟踪开关对比结果

场景	基线	本方案	结论
Sat_ax 无跟踪	SINR 均值 ≈-29.7 dB	SINR 均值 ≈22.2 dB	约 52 dB 提升
Sat_ax 无跟踪	BLER 均值 ≈1.0	BLER 均值 ≈0.036	显著降低
含噪声系数	SINR 理论降低 ≈7 dB	已对齐噪声预算	结果可信
动态几何	仰角波动偏差	仰角计算一致	趋势更稳定

🎯 波束指向与跟踪能力

聚焦 Sat_ax 天线的指向控制与性能影响。

参数	配置	性能
跟踪开关	关闭	角度衰减显著
跟踪开关	开启	角度衰减最小
跟踪误差	0°	SINR 提升最明显

🖥️ 运行环境

面向 MATLAB 2025b 的轻量仿真环境。

• 语言：MATLAB R2025b
• 依赖：默认不依赖工具箱
• 硬件：CPU 即可运行

📁 项目结构

deeprx/ ├── external/                  # 参考仓库与对标资料 │   └── LLSim5G/               # 参考实现 ├── matlab/                    # MATLAB 主工程 │   └── ntn_link_budget/       # NTN 链路预算模块 │       ├── run_ntn_link_budget.m      # 主入口脚本 │       ├── demo/              # 演示脚本 │       └── outputs/           # 仿真输出 └── docs/                      # 文档体系     ├── 算法文档.md            # 算法推导与模型说明     └── 代码文档.md            # 结构与接口说明

📄 文档体系

文档覆盖算法原理与工程结构两条主线。

📘 算法文档

算法文档目录：

- 1. 目标与范围 - 2. 符号与坐标系统 - 3. 几何关系与运动学 - 4. 链路预算总体模型 - 5. 路径损耗模型 - 6. 阴影衰落与空间相关性 - 7. LOS 与 O2I 判定 - 8. O2I 穿透损耗 - 9. 大气吸收损耗 - 10. 天线方向图与波束指向 - 11. 快衰落模型 - 12. SINR 计算 - 13. BLER 与 CQI 映射 - 14. 仿真流程 - 15. 输出指标 - 16. 建模假设与适用性 - 17. 3GPP/ITU 模型推导与对齐说明 - 18. 参数表与标准输入 - 19. 误差来源与不确定性分析 - 20. 结语

聚焦链路预算与标准模型推导，强调公式与物理意义。

📒 代码文档

代码文档目录：

- 1. 项目概述 - 2. 目录结构 - 3. 主入口脚本 - 4. 参数体系 - 5. 主流程与数据流 - 6. 关键函数说明 - 7. 输出文件与格式 - 8. 演示脚本说明

聚焦工程结构、关键流程与数据流说明。

💻 核心代码展示

🔥 几何与仰角计算

描述动态几何与仰角的核心流程。

# 输入：网格中心LLA、UE局部坐标、卫星LLA # 计算：ENU→ECEF 旋转，得到UE ECEF # 输出：斜距、仰角、多普勒角

🌟 链路预算合成

描述多损耗项的统一合成方式。

# 输入：发射功率、天线增益、各类损耗 # 计算：链路总损耗并得到接收功率 # 输出：接收功率与中间损耗项

🚀 SINR/BLER 映射

描述性能指标的计算与映射逻辑。

# 输入：接收功率、噪声功率、快衰落增益 # 计算：SINR，并查表得到BLER/CQI # 输出：SINR、BLER、CQI

🎬 一键运行

>> cd matlab/ntn_link_budget >> run_ntn_link_budget >> run demo/demo_01_static_vs_dynamic

📸 演示图片预览

以下为平台的典型可视化结果。

🛒 获取方式

📚 参考文献

1. 3GPP TR 38.811, “Study on New Radio to Support Non‑Terrestrial Networks.”
2. 3GPP TR 38.901, “Study on Channel Model for Frequencies from 0.5 to 100 GHz.”
3. ITU‑R P.676, “Attenuation by Atmospheric Gases.”
4. ITU‑R P.838, “Specific Attenuation Model for Rain.”
5. ITU‑R P.618, “Propagation Data for Earth‑Space Links.”