基于固定发射功率的移动节点通信链路可靠性评估系统

资 源 简 介

本仿真项目旨在研究和分析在移动通信环境下，移动节点以恒定功率发射信号时的链路性能表现。系统设定每个移动节点的发射功率PTx为1W，通过建立无线电波传播模型计算信号在空间传输过程中的衰减。其核心功能是实时监控接收节点的信号接收状态，并依据多重约束判据确定通信是否成功。首先，系统会计算接收端的信号强度（RSS），并将其与预设的接收机灵敏度Smin（-80 dBm）进行对比，确保信号能量足以被硬件捕获。其次，系统通过考虑背景噪声门限INThre = 1.2e-10，精确计算接收端的信干噪比（SINR），并判定其

详 情 说 明

基于固定发射功率的移动节点通信链路可靠性评估系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的移动通信仿真系统。其核心目标是在模拟的移动场景下，评估固定发射功率对网络链路性能的影响。系统通过建立精细的无线电传播模型和动态干扰模型，对移动节点间的通信质量进行实时监控和量化评估。该仿真适用于移动自组织网络（MANET）和车载传感器网络（VANET），能够模拟节点在复杂电磁环境下的连通性变化，并分析通信盲区及可靠性指标。

功能特性

1. 动态移动建模：支持多节点在1000m x 1000m区域内自由移动，并采用边界碰撞检测机制。
2. 三维数据空间演算：实时保存每个时间步长下所有节点间的接收信号强度（RSS）、信干噪比（SINR）以及连通矩阵。
3. 实时可视化反馈：动态绘制节点实时拓扑图（绿色标识有效链路，蓝色标识节点）和特定链路的SINR随时间波动曲线。
4. 多准则判决系统：综合考虑硬件接收灵敏度门限和信号质量（SINR）门限，进行复合式的链路有效性判定。
5. 精细的干扰建模：计算目标接收端所受到的所有非源节点发射信号的累加干扰，真实模拟同频干扰环境。

使用方法

1. 启动仿真：在MATLAB环境中运行主脚本文件。
2. 实时观测：系统会弹出动态绘图窗口，左侧展示节点运动及链路连接状态，右侧展示节点1与节点2之间的信号质量变化情况。
3. 查看结果：仿真结束后，系统将自动生成最终统计图表，包括RSS随距离分布的散点图和系统链路中断概率随时间演变的折线图。
4. 分析报告：在MATLAB命令行窗口查看最终输出的链路可靠性评估报告，获取中断概率、连接稳定性等关键KPI数据。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
• 硬件要求：标准配置个人电脑，能够支持实时图形渲染。

核心功能与实现逻辑

仿真系统严格按照以下逻辑流程运行：

1. 环境与参数初始化

系统设置节点数量为15个，仿真时长100秒。设定发射功率PTx为固定值1W（30dBm），载波频率2.4GHz。定义关键物理门限：接收机灵敏度Smin为-80 dBm，SINR门限为2 dB，背景噪声为1.2e-10 W。

1. 移动性管理

采用等速移动模型（Constant Velocity），初始位置在1000x1000范围内随机分布，速度向量在[-10, 10] m/s范围内随机生成。在每秒的循环中，节点位置按速度更新，若触碰区域边界，速度方向取反，实现边界反射逻辑。

1. 信号传输建模

采用对数距离路径损耗模型（Log-Distance Path Loss Model），设定路径损耗指数为3.0以模拟城郊环境。

• 计算任意两节点间的欧几里得距离。
• 根据各节点的当前位置计算实时路径损耗PL_dB。
• 计算接收端的信号强度RSS_dBm = PTx_dBm - PL_dB。

1. 信干噪比（SINR）精算

这是系统的核心计算环节。对于任意接收节点j，除了来自源节点i的信号外，系统通过内层循环累加网络中所有其他k个发射节点在节点j处产生的功率和，作为实时干扰功率（Interference）。最后通过公式 SINR = 信号功率 / (干扰功率 + 背景噪声) 计算出信干噪比。

1. 链路状态判别

系统执行双重判定逻辑：

• 判据A：RSS_dBm >= Smin_dBm（信号强度需达到硬件感知底限）。
• 判据B：SINR_dB >= SINR门限（信号质量需满足解调需求）。

当且仅当两项均满足时，认为当前时刻该链路可靠，否则记录一次中断事件。

关键函数与算法细节

• 距离限制算法：在距离计算中引入参考距离d0，强制限制最小距离以避免因距离极小而产生的路损计算奇异值。
• 功率单位转换：在计算SINR时，系统准确实现了dBm、dB与Watts（瓦特）之间的对数逻辑转换。
• 实时绘图抽样：采用模运算（mod(t, 5)）进行可视化控制，每隔5秒更新一次图形，以平衡仿真速度与观察精度。
• 统计学分析：仿真结束后，系统通过对全部三维连通矩阵进行切片和累加，计算出全系统的链路中断概率（Outage Probability），并提取所有样本点生成RSS随距离分布的非线性衰减视图。

评估指标说明

• 平均链路中断概率：指在整个仿真时间内，系统内所有可能链路失效的次数占总检测次数的比例。
• 系统连接稳定性：定义为 (1 - 中断概率)，反映了在固定发射功率下，该移动网络维持可靠通信的能力。