用于 5G-Advanced 和 6G 的 NTN

有效的 NTN 仿真从几何关系开始：距离、仰角、视角、多普勒和延迟随时间变化，因为这些量驱动几乎每个后续损伤。然后它在传播和损耗中进行叠加，将自由空间效应与大气损耗（雨、气体、云/雾、闪烁）相结合，并在接入窗口上计算可用性统计量。在衰落或选择性重要的情况下，基于标准的 NR NTN 信道模型（例如，TR 38.811 窄带/TDL 系列）提供一种一致的方法来考验接收机。最后，模型必须表示阵列和波束。转向限制、指向误差、极化以及波束间的干扰，特别是在频谱复用情况下，会直接影响链路质量和系统容量。

实际的 MATLAB^® 工作流通常从使用 satelliteScenario 进行场景和轨道建模开始，以生成接入窗口和时变几何关系。然后，工程师使用卫星链路预算分析器通过静态和时变链路预算建立可行性，包括依据 ITU-R P.618 进行可用性分析以确定天线/EIRP/G/T 的大小并评估频段选择。接下来，波形和 PHY 研究将 5G Toolbox™ 与 NR NTN 信道模型相结合，以评估在多普勒和延迟动态特性下的同步稳健性、信道估计、BLER 和吞吐量。然后，工作流添加波束成形和射频真实感，包括阵列、波束斜视、量化效应和 PA 非线性，并通过抽象链路质量扩展到系统 KPI。这种方法会创建一条从算法设计到实验室和现场测试的路径。

在 NTN 系统中，链路预算确定可行性，而可用性定义是否随时间满足性能目标。工程师通常使用 C/N₀、E_b/N₀ 以及与调制和编码相关的裕量目标尽早闭合链路，然后检查这些裕量在接入窗口内随着距离、仰角和指向变化如何演进。大气损耗过程在某些频段和仰角下可能占主导地位。因此，可用性成为主要 KPI。设计目标通常定义为在几何关系和天气条件下“满足目标的时间百分比”，这对信关站和馈线链路尤其关键。

评估 NR NTN PHY 性能需要端到端仿真，这些仿真将多普勒和延迟效应与 BLER 和吞吐量联系起来。团队通常使用与部署对齐的 NTN 信道模型（通常由 3GPP TR 38.811 规定）运行物理信道仿真，以捕获多普勒驱动的损伤及其对同步和信道估计的影响。多普勒缓解策略被显式建模。这包括发射机侧预补偿和接收机侧跟踪，使得残差 CFO 反映逼真的星历和振荡器误差。在过程敏感度重要的情况下，包含时变传播延迟以评估其对定时提前、HARQ 行为和缓冲的影响。为了将这些影响转换为性能度量，吞吐量参考工作流（例如，NR NTN PDSCH 吞吐量式仿真）将信道条件映射到解码后的 BLER 和吞吐量。

NTN 系统中的波束成形必须考虑宽角转向、硬件约束和干扰，而不仅仅是主瓣方向。宽转向角度会引入扫描损耗和覆盖率变化，这直接影响服务区域内的链路闭合。在宽带系统中，频率相关的影响（如波束斜视）会使波束方向图失真，必须在阵列设计和加权中予以考虑。实际实现约束也很重要。相位量化、元件变化和标定误差会塑造旁瓣并影响干扰，特别是在波束间复用频谱时。发射机和接收机损伤进一步影响性能。功率放大器非线性、EVM、频谱再生和接收机量化都会影响链路质量，必须包含在内以将射频行为与吞吐量关联起来。当多个波束共享频谱时，干扰成为一个系统级约束。诸如零陷转向和干扰缓解等方法对于维持容量至关重要，而不仅仅是提高链路增益。（请观看网络研讨会 使用 MATLAB 实现 NTN 系统的波束成形 (29:49) 以获取端到端工程演练。）

NTN 团队通常使用持续验证的思路来验证设计：仿真中使用的相同参考模型在原型构建和测试期间被重用。实际上，这意味着在 MATLAB 中生成和分析波形，连接到 SDR 和射频仪器以验证损伤敏感度和接收机稳健性，然后使用实现工作流（包括代码生成和 FPGA 加速，如果适用）将算法推向实时约束，同时保持验证链完整。

为了在不构建完整卫星网络栈的情况下扩展到 PHY 之外，许多团队从场景轨迹开始。接入间隔和时变几何关系（仰角、多普勒、延迟）驱动链路质量的时间序列。不是对每个数据包重新运行波形处理，而是通过将 C/N₀ 或 SINR 映射到从链路级研究派生的 MCS/吞吐量曲线来对 PHY 进行抽象处理。然后，离散事件模型可以表示队列、调度、切换、信关站选择，以及在需要时表示 ISL 可用性，以计算延迟/抖动、丢包和公平性。由于路由和流量工程是特定于任务的，可扩展的研究通常首先添加主导设计决策的网络行为，然后通过脚本化参数扫描和场景自动化进行扩展。