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
本文代码仅为核心片段，完整版工程已整理好。 关注公众号 【 3GPP 仿真实验室】进行获取。
📚 参考文献
- 3GPP TR 38.811, “Study on New Radio to Support Non‑Terrestrial Networks.”
- 3GPP TR 38.901, “Study on Channel Model for Frequencies from 0.5 to 100 GHz.”
- ITU‑R P.676, “Attenuation by Atmospheric Gases.”
- ITU‑R P.838, “Specific Attenuation Model for Rain.”
- ITU‑R P.618, “Propagation Data for Earth‑Space Links.”
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