【无人机通信】基于 OTFS 的无人机协作中继 LEO 卫星通信中断概率分析附MATLAB代码

✅作者简介热爱科研的Matlab仿真开发者擅长毕业设计辅导、数学建模、数据处理、算法改进、程序设计科研仿真。完整代码获取 定制创新 论文复现私信个人信条做科研博学之、审问之、慎思之、明辨之、笃行之是为博学慎思明辨笃行。 内容介绍低地球轨道LEO卫星通信存在路径损耗大、多普勒效应严重等问题基于正交时间频率空间OTFS调制并结合无人机协作中继可有效改善通信性能降低中断概率。以下是相关分析OTFS 调制原理及优势OTFS 摒弃了 OFDM 传统的时频域信号映射与处理方式将调制符号直接映射到延迟 - 多普勒二维域。其信号传输遵循 “延迟 - 多普勒域→时频域→时域” 的发射变换路径以及 “时域→时频域→延迟 - 多普勒域” 的接收还原路径。OTFS 具有全分集增益特性可提升链路对抗多径衰落的能力能天然抗多普勒扩展避免因多普勒频偏导致的性能损耗还可基于高动态下信道呈现的准静态、稀疏特征实现高效的信道估计与均衡降低信号处理复杂度。无人机协作中继作用无人机中继通常工作在解码转发DF模式下为通信提供额外传输路径。当卫星信号因路径损耗等在直接传输中受影响时无人机可接收并解码卫星信号重新编码后转发给地面接收端能绕过障碍物确保信号准确传输到接收端提高通信可靠性。中断概率分析相关因素信道模型LEO 卫星与地面间的信道可能符合阴影莱斯衰落模型等无人机与地面或卫星间信道可采用如 Nakagami - m 模型等。不同信道模型的参数如衰落因子、路径损耗指数等对中断概率有直接影响。无人机位置与发射功率无人机与卫星和地面接收端之间的距离会影响信号传输质量和路径损耗。其发射功率需在合适范围功率过低无法有效补偿路径损耗过高则可能产生干扰这些因素都与中断概率相关。卫星轨道参数卫星的轨道高度、运行速度等参数决定了多普勒频移的程度和信道的时变特性。例如轨道高度约 550km 的 LEO 卫星其运行产生的实际多普勒频移可高达 ±100kHzKu/Ka 频段若处理不当会使 OFDM 子载波间干扰加剧导致中断概率上升而 OTFS 可较好应对这种情况。中断概率计算思路通常需先建立系统模型确定发送信号、信道传输模型以及接收端处理方式等。然后将中断概率问题转化为计算等效信道下的相关概率如可根据接收信号信噪比SNR是否低于某一阈值来定义中断事件。通过推导接收 SNR 的概率密度函数结合阈值条件得出中断概率的闭式表达式。理论上可通过数学推导得出实际中也常结合蒙特卡罗方法等进行仿真验证分析不同参数如 OTFS 阶数、发射天线数量等对中断概率的影响。⛳️ 运行结果 部分代码% STEPS:% 1. SR stats: mu_s, var_s via Eq.(13)(14) using hypergeom% 2. chi_sd - Gamma(alpha_sd, beta_sd) moment matching% 3. Zsd ~ IG - moments mu_Zsd, var_Zsd via Eq.(16)% 4. 1/Zsd ~ Gamma - E[1/Zsd], Var[1/Zsd] via IG property% 5. Zrd ~ IG - moments via Eq.(18) - E[1/Zrd], Var[1/Zrd]% 6. W Lsd/Zsd xi*Lrd/Zrd - Gamma(alpha_W, beta_W) moment match% 7. P_out gammainc(eta*beta_W, alpha_W) etasigma2*(2^{2Rb}-1)/Ps% clc; clear; close all;%% PARAMETERSN4; M4; NMN*M; Ns10;b_sd0.251; m_sd0.251; Omega_sd0.279; Omega_rd1;sigma21; Rb1;Ps_dB0:0.5:25; Ps_lin10.^(Ps_dB/10);L_sd1; L_rd1; % normalized path loss%% STEP 1: SR stats Eq.(13)(14)beta_sr 1/(2*b_sd);delta_sd beta_sr*Omega_sd/(2*b_sd*m_sdOmega_sd);a_sd sqrt(Omega_sd/(2*b_sd*m_sdOmega_sd));z delta_sd/beta_sr; 参考文献[1]元金海.基于中继协作的无人机无线光通信系统性能分析研究[D].广东工业大学[2026-06-22].更多免费数学建模和仿真教程关注领取