【卫星仿真】LoRaWAN LR-FHSS直接对卫星场景分析与Matlab仿真

原创于 2025-10-07 21:07:07 发布 · 979 阅读

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🔥 内容介绍

随着低轨卫星星座（如 Starlink、OneWeb）的快速部署，卫星通信正从传统的高带宽、高功耗场景，向 “低功耗、广覆盖、低成本” 的物联网方向拓展。LoRaWAN 作为地面低功耗广域网络（LPWAN）的主流技术，凭借其扩频调制、低传输速率、长续航的优势，已广泛应用于智慧农业、环境监测等地面场景。而 LR-FHSS（LoRaWAN Regional Frequency-Hopping Spread Spectrum）作为 LoRaWAN 1.1.1 版本引入的关键技术，通过跳频扩频进一步提升了抗干扰能力与频谱利用率，为其向卫星场景延伸提供了可能。

卫星场景与地面场景的通信环境存在显著差异：卫星与地面终端间存在 “长距离传输损耗大、多普勒频偏剧烈、空间干扰复杂、链路非视距概率高” 等挑战 —— 例如，低轨卫星与地面终端的相对运动速度可达 7.8km/s，导致多普勒频偏最大可达 ±10kHz，远超地面场景的频偏范围；同时，卫星链路需穿越电离层、对流层，信号衰减与噪声干扰远高于地面视距链路。

本文聚焦 LoRaWAN LR-FHSS 技术在卫星场景中的应用，通过 “场景特性分析→技术适配性验证→链路仿真建模→性能优化” 的研究框架，系统解决 LR-FHSS 在卫星通信中的多普勒补偿、链路预算、干扰抑制等关键问题，结合 Matlab 与 STK 联合仿真，验证其在低轨卫星物联网场景中的可行性，为卫星低功耗广域通信系统设计提供技术支撑。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

% 1. Header collision with header

H_active_2TH = ((N*pkct_p_h*(Header_N_DR8))/3600)*2*Header_duration;

% 2. Header collision with payload data fragments

H_active_TF_TH = ((N*pkct_p_h*(fragment_length-Header_N_DR8-1-1))/3600)*(Header_duration+F_duration);

% 3. Header collision with last data fragment

H_active_TL_TH = ((N*pkct_p_h)/3600)*(Header_duration+Last_fragment_duration);

% Total colliding packet elements

H_active = H_active_2TH + H_active_TF_TH + H_active_TL_TH;

H_probability_succ=(1-(1/OBW_channels))^(H_active-1);

H_N_Pro_succ = 1-(1-H_probability_succ).^Header_N_DR8;

%% Fragments success probability, even if 1/3 (for DR8) of the fragments are lost

%% Payload data Fragment collisions

%1. Fragments collision with fragments

F_active_12_TF = ((N*pkct_p_h*(fragment_length-Header_N_DR8-1-1))/3600)*2*F_duration;

%2. Fragments collision with headers

F_active_12_TH = ((N*pkct_p_h*(Header_N_DR8))/3600)*(Header_duration+F_duration);

%3. Fragments collision with last data fragment

F_active_12_TL = ((N*pkct_p_h)/3600)*(F_duration+Last_fragment_duration);

% Total colliding packet elements

F_active_12 = F_active_12_TF + F_active_12_TH + F_active_12_TL;

🔗 参考文献

M. A. Ullah, K. Mikhaylov and H. Alves, "Analysis and Simulation of LoRaWAN LR-FHSS for Direct-to-Satellite Scenario," in IEEE Wireless Communications Letters, doi: 10.1109/LWC.2021.3135984.