Multiple Access in the Delay-Doppler Domain using OTFS modulation
正交时频空间（OTFS）调制是在延迟-多普勒域中设计的最新调制方案。它已被证明，以实现优越的性能相比，传统的多载波调制方案设计的时间-频率域。在本文中，我们考虑基于OTFS的多址接入（OTFS-MA），其中延迟多普勒频点作为多址接入的资源块。延迟-多普勒网格中的不同延迟-多普勒资源块（DDRB）被分配给不同的用户用于多址接入。我们考虑三种不同的DDRB分配方案。方案1沿延迟轴复用用户，而方案2沿多普勒轴复用用户。在这两种方案中，每个用户的信号跨越整个时频平面。方案3以这样的方式分配DDRB，使得每个用户的信号被限制为仅跨越时频平面的子集。我们研究了OTFS-MA在上行链路高移动性环境中的性能，并将其与OFDMA和SC-FDMA进行了比较。我们的研究结果表明，OTFS-MA（最大似然检测在小尺寸系统和大尺寸系统中的消息传递为基础的检测）实现更好的性能相比，OFDMA和SC-FDMA。我们还提出了一个多用户信道估计方案，使用导频符号放置在延迟多普勒网格的性能。
2019-02-09 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Coded OTFS Systems over High-Mobility Channels
正交时频空间（OTFS）调制是近年来发展起来的一种用于高移动环境下无线通信的多载波多时隙传输方案。本文研究了编码OTFS调制在高移动性信道中的误码性能。从OTFS方案的条件成对错误概率（PEP）的研究出发，推导出编码OTFS系统的PEP性能上界。然后，我们表明OTFS系统的编码改进取决于码字对之间的平方欧几里德距离和信道的独立可解析路径的数量。更重要的是，我们证明了OTFS系统的编码增益和分集增益之间存在一个基本的权衡，即，OTFS系统的分集增益随着可分辨路径的数目而提高，而编码增益下降。此外，基于我们的分析，信道编码参数对编码OTFS系统的性能的影响被揭示。然后，在高移动性信道上的各种编码OTFS系统的错误性能进行评估。仿真结果表明，在高移动性信道上，OTFS调制比传统的正交频分复用（OFDM）调制有显著的性能改善。分析结果和所提出的代码设计的有效性也验证了仿真与应用的经典和现代码OTFS系统。
2020-10-25 cs.IT math.IT
OTFS: A New Generation of Modulation Addressing the Challenges of 5G
在本文中，我们介绍了一种新的2D调制方案，称为OTFS（正交时间频率和空间），多路复用信息QAM符号的载波波形，对应于本地化脉冲的信号表示称为延迟多普勒表示的新的类。OTFS构成了传统时间和频率调制（如TDM和FDM）的广泛推广，从更广泛的角度来看，它建立了雷达和通信之间的概念联系。OTFS波形以直接捕获底层物理的方式与无线信道耦合，产生组成反射体的高分辨率延迟多普勒雷达图像。结果，时间-频率选择性信道被转换成不变的、可分离的和正交的相互作用，其中所有接收到的QAM符号经历相同的局部化损伤，并且所有延迟-多普勒分集分支被相干地组合。反射器的高分辨率延迟-多普勒分离使得OTFS能够通过频谱效率与MIMO阶数的线性缩放以及对多普勒和多径信道条件的鲁棒性来接近具有最佳性能-复杂度折衷的信道容量。OTFS是实现MUIMO收益的全部承诺的推动者，即使在具有挑战性的5G部署环境中，适应也是不现实的。
2018-02-07 cs.IT math.IT
A Novel Block-Wise Index Modulation Scheme for High-Mobility OTFS Communications
正交时频空间（OTFS）技术作为一种很有前途的高移动性无线通信技术，相对于传统的正交频分复用（OFDM）技术，具有显著的优势。然而，一个具有挑战性的问题是设计有效的系统，以进一步提高性能。在本文中，我们提出了一种新的块式索引调制（IM）的OTFS系统，命名为多普勒-IM与OTFS（DoIM-OTFS），其中一个块的多普勒资源箱被同时激活。对于实际实现，我们开发了一个低复杂度的定制消息传递（CMP）算法，我们提出的DoIM-OTFS计划。仿真结果表明，我们提出的DoIM-OTFS系统优于传统的OTFS系统没有IM。提出的CMP算法可以达到预期的性能和鲁棒性的不完美的信道状态信息（CSI）。
2022-10-25 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis and Window Design for Channel Estimation of OTFS Modulation
在本文中，我们研究了发射机和接收机窗口对正交时频空间（OTFS）调制的影响，并提出了一种窗口设计，以提高OTFS信道估计性能。假设理想的脉冲整形滤波器在收发器，我们首先确定窗口的作用，在有效的信道和减少的信道稀疏与传统的矩形窗口。然后，我们描述了窗口的OTFS调制的有效信道估计性能的影响。基于所揭示的见解，我们建议在发送器或接收器处应用Dolph-Chebyshev（DC）窗口，以有效地增强有效信道的稀疏性。因此，由于分数多普勒的信道扩展被显著地减小，这导致与矩形窗口的信道估计相比，信道估计中的更低的错误平层。仿真结果验证了所得到的分析结果的准确性，并确认所提出的窗口设计的优越性，在提高信道估计性能比传统的矩形或正弦窗口。
2021-01-28 cs.IT math.IT
Vehicle Detection in 6G Systems with OTFS Modulation
本文研究在6G系统中利用OTFS调制结合随机填充实现高速车辆检测，并比较了两种目标检测方法，展示了OTFSM相比OFDM在多普勒频移下的鲁棒性优势。
2023-07-10 cs.IT eess.SP math.IT
When Cell-Free Massive MIMO Meets OTFS Modulation: The Downlink Case
提出了一种无小区大规模MIMO（多输入多输出）系统中正交时频空间（OTFS）调制的性能评估。通过利用时变信道的延迟-多普勒（DD）表示的固有稀疏性，我们应用嵌入式导频辅助信道估计方法，减少保护间隔，并推导出最小均方误差估计的信道增益从接收到的上行链路导频在接入点（AP）。每个AP应用共辄波束成形来向用户发送数据。我们推导出一个封闭形式的表达式为个人用户的下行链路吞吐量作为AP，用户和DD信道估计参数的数量的函数。我们比较OTFS的性能与正交频分复用（OFDM）在高流动性条件。我们的研究结果表明，与OFDM对应物相比，具有不相关阴影的无小区大规模MIMO与OTFS调制在95%可能的每用户吞吐量中实现高达35%的增益。最后，每用户吞吐量的增加在相关阴影场景的中值速率处更明显。
2022-03-15 cs.IT math.IT
Orthogonal Time Frequency Space Modulation
本文介绍了一种新的二维调制技术，称为正交时频空间（OTFS）调制。OTFS具有在延迟-多普勒域中设计的新颖且重要的特征。当与合适的均衡器耦合时，OTFS调制能够在时间和频率上利用全信道分集。此外，它将调制信号（如OFDM）所经历的衰落、时变无线信道转换为具有对于所有符号基本恒定的复信道增益的时间无关信道。这种设计消除了对发射机自适应的需要，并大大简化了系统操作。本文描述了OTFS的基本操作原理以及作为当前或预期的标准化系统的覆盖的可能实现。OTFS被示出为在具有高多普勒、短分组和/或大天线阵列的系统中提供显著的性能改进。具体地，仿真结果指示在所有这些设置中OTFS相对于OFDM的块出错率性能改进至少几个dB。
2018-08-01 cs.IT math.IT
On the Characterizations of OTFS Modulation over multipath Rapid Fading Channel
正交时频空间（OTFS）调制已被证实在高移动性场景中提供对抗多普勒的显著性能优势。OTFS的核心特征是将时变信道转换为延迟多普勒（DD）域中的非衰落2D信道，使得所有符号经历相同的信道增益。在现在可用的文献中，假设信道在OTFS帧上是准静态的。对于更实际的渠道，投入产出关系将随环境或媒介的变化而变化。在本文中，我们分析了OTFS调制在一个更一般的多径信道，其中每个路径的信号经历了一个独特的快速衰落的特点。首先，我们推导了理想脉冲和矩形脉冲情况下，在DD域中OTFS的显式输入输出关系。结果表明，快速衰落将产生额外的多普勒色散，而不影响延迟域。我们接下来证明OTFS可以被解释为结合空时编码和交织的有效时间分集技术。仿真结果表明，OTFS是不敏感的快速衰落，仍然优于正交频分复用（OFDM）在这些类型的信道。
2021-03-30 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of OTFS Modulation with Receive Antenna Selection
在本文中，我们分析了正交时频空间（OTFS）调制与天线选择在接收端的性能，其中$n_s$的$n_r$接收天线的延迟-多普勒（DD）域中的最大信道Frobenius范数被选择。考虑具有接收天线选择（RAS）的单输入多输出OTFS（SIMO-OTFS）、多输入多输出OTFS（MIMO-OTFS）和空时编码OTFS（STC-OTFS）系统。我们考虑这些系统没有和相位旋转。我们的多样性分析结果表明，没有相位旋转，SIMO-OTFS和MIMO-OTFS系统与RAS的秩不足，因此，他们不提取完整的接收分集，以及在DD域中存在的多样性。此外，具有RAS并且没有相位旋转的Alamplitude编码的STC-OTFS系统提取了完整的发射分集，但是它不能提取DD分集。另一方面，当使用相位旋转时，具有RAS的SIMO-OTFS和STC-OTFS系统变为全秩，因此它们提取系统中存在的全空间以及DD分集。此外，当使用相位旋转时，具有RAS的MIMO-OTFS系统提取完整的DD分集，但是由于秩不足，它们不提取完整的接收分集。仿真结果验证了分析预测的分集性能。
2021-03-02 cs.IT eess.SP math.IT
Derivation of OTFS Modulation from First Principles
本文利用时域信号的ZAK表示，从基本原理出发严格推导了延迟-多普勒域正交基下的OTFS调制，揭示了其抗多普勒频移的鲁棒性根源及鲁棒性与延迟的权衡关系。
2020-07-28 cs.IT math.IT
Channel Estimation in Uplink Multi-User Scenario using OTFS Modulation
本文研究了上行多用户场景下OTFS调制方案的信道估计技术，探讨了有无边带信息下的正交匹配追踪算法，提出了基于脉冲导频的高效数据放置方案，并评估比较了不同多用户场景下各方法的性能与优缺点。
2024-08-27 cs.IT eess.SP math.IT
Doppler-Resilient Universal Filtered MultiCarrier (DR-UFMC): A Beyond-OTFS Modulation
在过去的几年中，已经考虑了正交频分复用（OFDM）调制的一些替代方案，以改善其在存在重多普勒频移的情况下的频谱约束和性能水平。本文研究了一种新的调制，称为多普勒弹性通用滤波多载波（DR-UFMC），其目的是结合通用滤波多载波（UFMC）调制（即，更好的频谱包含），与正交时频空间（OTFS）调制的那些（即，时变环境中的更好性能）。本文包含了新描述的调制的数学模型和详细的收发器块方案，以及对比DR-UFMC与OTFS、具有单抽头频域均衡（FDE）的OFDM和具有多载波多符号线性MMSE处理的OFDM的数值分析。结果清楚地表明，相对于所引用的基准，新提出的调制在可实现的频谱效率方面的优越性。有趣的是，还可以看出，当与多载波多符号线性最小均方误差（MMSE）处理结合考虑时，OFDM在可实现的频谱效率方面的表现略好于OTFS。
2023-02-18 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Iterative Detection for Orthogonal Time Frequency Space Modulation
我们阐述了最近提出的正交时间频率空间（OTFS）调制技术，它提供了显着的优势，在多普勒信道中的正交频分复用（OFDM）。我们首先推导出输入-输出关系，描述OTFS调制和解调（模/解调）的延迟-多普勒信道与任意数量的路径，与给定的延迟和多普勒值。然后，我们提出了一个低复杂度的消息传递（MP）检测算法，这是适合于大规模的OTFS利用固有的信道稀疏性。由于分数多普勒路径（即，与多普勒抽头不完全对准）产生多普勒间干扰（IDI），我们采用MP检测算法来补偿IDI的影响，以进一步提高性能。仿真结果表明，在各种信道条件下，OTFS优于OFDM的性能增益。
2017-09-27 cs.IT math.IT
On the Bit Error Performance of OTFS Modulation using Discrete Zak Transform
在正交时间频率空间（OTFS）调制中，Zak变换方法是用于在接收器处将在DD域中复用的信息符号直接转换到时域以用于传输的自然方法，并且反之亦然。过去对OTFS的研究主要考虑了两步方法，其中DD域符号首先被转换到时频域，然后在接收器处被转换到时域以进行传输，反之亦然。与两步方法相比，Zak变换方法可以提供性能和复杂性方面的优势。本文提出了一个早期的调查OTFS实现离散Zak变换（DZT）的误码性能。我们开发了一个紧凑的DD域的输入输出关系DZT-OTFS使用矩阵分解，是有效的整数和分数延迟多普勒。我们使用成对错误概率分析和仿真来分析DZT-OTFS的误比特性能。仿真结果表明：1）DZT-OTFS和两步OTFS的性能都优于OFDM; 2）在较宽的多普勒扩展范围内，DZT-OTFS的性能优于两步OTFS。
2023-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Orthogonal Time Frequency Space Modulation -- Part II: Transceiver Designs
本教程分为三部分，第一部分介绍了正交时频空间（OTFS）调制的基本概念和挑战。在第二部分中，我们概述了OTFS系统的最新收发器设计，特别关注循环前缀（CP）设计、窗口设计、脉冲整形、信道估计和信号检测。此外，我们分析了OTFS调制的性能，包括分集增益和可达速率。具体而言，比较仿真，以评估不同的OTFS检测方案的错误性能，和编码OTFS系统的编码正交频分复用（OFDM）系统的优势进行了研究。
2022-09-12 cs.IT eess.SP math.IT
Enhancing Channel Estimation for OTFS systems using Sparse Bayesian Learning with Adaptive Threshold
School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University（西南交通大学信息科学与技术学院）；National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学移动通信国家重点实验室）
本文提出了一种基于自适应阈值的稀疏贝叶斯学习方法，用于增强OTFS系统的信道估计性能，有效解决低信噪比下的伪峰问题，提升抗噪能力和效率。
2025-12-08 cs.IT math.IT
Low Complexity Detection of Spatial Modulation Aided OTFS in Doubly-Selective Channels
针对高多普勒场景提出SM-OTFS方案，推导DD域输入输出关系，设计基于距离的DOSCD检测器并推导DCMC容量，仿真表明其优于SIMO-OTFS且实现BER与复杂度良好权衡。
2023-05-17 cs.IT eess.SP math.IT
Low Complexity Modem Structure for OFDM-based Orthogonal Time Frequency Space Modulation
正交时频空间（OTFS）调制是一种二维信令技术，最近出现在文献中，以解决时变（TV）无线信道。OTFS部署多普勒延迟平面以复用传输数据，其中TV信道的时间变化随时间积分，因此与系统的输入和输出相关的等效信道归结为时不变信道。该信令技术可以在给定的多载波波形的顶部上实现，其中向调制器和解调器添加预编码和后处理单元。在本文中，我们提出了一个基于OFDM的OTFS系统的离散时间配方。我们反对在实际场景中在OTFS发射机处部署窗函数，从而将任何类型的窗口限制在接收机侧。我们研究了离散时间的信道影响，为OTFS系统提供了更深入的见解。此外，我们的推导导致简化的调制器和解调器的结构是远远简单的比那些在文献中。
2017-10-02 cs.IT math.IT
How to Combine OTFS and OFDM Modulations in Massive MIMO?
本文提出在大规模MIMO下行链路中结合OTFS与OFDM调制，针对不同移动性用户采用混合方案，并分析FZF与PZF预编码，结果表明PZF结合信道增益分组可保障用户服务质量，且混合调制优于传统OFDM。
2023-10-13 cs.IT math.IT
Superimposed Channel Estimation in OTFS Modulation Using Compressive Sensing
Isfahan University of Technology（伊斯法罕理工大学）；Yazd University（亚兹德大学）
本文提出了一种基于压缩感知的OTFS信道估计方法，利用稀疏恢复算法和消息传递检测器，实现无导频开销的高效信道参数估计。
2022-12-19 cs.IT eess.SP math.IT
OTFS - Orthogonal Time Frequency Space
在本文中，我们介绍了一种新的二维调制技术，称为OTFS（正交时间频率和空间）的延迟-多普勒坐标系中的信息转换到熟悉的时频域利用传统的调制方案，如OFDM，CDMA和TDMA。OTFS将衰落、时变无线信道转换为非衰落、与时间无关的相互作用，揭示了无线信道的底层几何结构。在这个新的公式中，所有QAM符号经历相同的信道，并且信道的所有延迟-多普勒分集分支被相干地组合。参考信号复用在时间无关的延迟-多普勒域中完成，实现高密度导频打包，这是大规模MIMO的关键要求。无论多普勒场景如何，OTFS都能够通过MIMO阶数的吞吐量线性缩放来接近信道容量，从而即使在具有挑战性的5G部署设置中也能实现大规模MIMO吞吐量增益的全部承诺。
2016-08-09 cs.IT math.IT
Compressed Sensing Channel Estimation for OTFS Modulation in Non-Integer Delay-Doppler Domain
该文提出了一种适用于稀疏多径正交时频空间（OTFS）信道的压缩感知（CS）估计方法。OTFS波形表示二维的延迟-多普勒（DD）标准正交基中的信号。该模型不需要假设延迟是采样周期的整数倍。分析表明，非整数延迟和多普勒频移的信道不能准确地建模的整数近似。提出了一种二分细化正交匹配追踪（OMPBR）估计算法。建议的估计发现最好的信道近似连续DD字典没有整数近似。这导致在合理的计算复杂性下估计归一化均方误差的显著降低。
2021-11-24 cs.IT eess.SP math.IT
Orthogonal Time-Frequency Space Modulation: A Promising Next-Generation Waveform
第六代（6G）无线网络被设想为在不久的将来为智能数字社会提供全球覆盖，范围从传统的地面到非地面网络，其中在高载波频率下的高移动性场景中的可靠通信将发挥至关重要的作用。在这种情况下，已经广泛用于第四代（4G）和新兴的第五代（5G）蜂窝系统以及WiFi网络中的传统正交频分复用（OFDM）调制容易受到严重的多普勒扩展的影响。在这种情况下，本文的目的是介绍一种最近提出的二维调制方案，称为正交时频空间（OTFS）调制，它方便地容纳通过调制信息的延迟多普勒域的信道动态。这篇文章提供了一个关于OTFS的简单概述，强调了它的基本动机和具体功能。OTFS的关键挑战和我们的初步结果。我们还讨论了一系列有前途的研究机会和OTFS在6G无线网络中的潜在应用。
2021-02-03 cs.IT math.IT
OTFS vs OFDM: Which is Superior in Multiuser LEO Satellite Communications
本文比较多用户 LEO 卫星通信中的 OTFS 与 OFDM，并提出功率及延迟-多普勒资源块联合分配算法，证明 OTFS 抗 CFO 且和速率更优。
2024-03-04 cs.IT eess.SP math.IT
A Simple Variational Bayes Detector for Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) Modulation
新兴的正交时频空间（OTFS）调制技术在充分利用时频分集和应对信道动态特性的能力方面显示出其优于当前的正交频分复用（OFDM）方案。最佳最大后验概率（MAP）检测能够消除延迟多普勒（DD）域中的符号间干扰的负面影响，但代价是过高的复杂度。为了降低OTFS方案的接收机复杂度，本文提出了一种变分贝叶斯（VB）方法作为最佳MAP检测的近似。与广泛使用的消息传递算法相比，我们证明了所提出的迭代算法保证收敛到近似MAP检测器的全局最优值，而不管所得到的因子图是否是循环的。仿真结果验证了所提出的VB接收机的快速收敛性，也显示了其有前途的性能增益相比，传统的消息传递算法。
2019-11-28 cs.IT eess.SP math.IT
Circularly Pulse Shaped Orthogonal Time Frequency Space Modulation
正交时频空间（OTFS）调制是最近提出的用于高速车辆场景中的高效数据传输的波形。在OTFS中使用矩形脉冲形状导致高带外（OoB）辐射，这对于多用户场景是不期望的。在这项工作中，我们提出了一个圆形的脉冲整形框架OTFS减少OoB。我们还设计了一个低复杂度的发射机这样的系统。我们主张在低复杂度的收发器结构的正交传输的青睐。我们建立了频率局部化循环狄利克雷脉冲是具有这种理想的酉属性的可能脉冲之一，它可以显着降低OoB辐射（约50 dB），而没有任何BER损失。我们还表明，我们提出的脉冲成形OTFS具有较低的峰均功率比传统的OTFS系统。
2019-10-23 cs.IT eess.SP math.IT
OTFS Based Random Access Preamble Transmission For High Mobility Scenarios
我们考虑基于正交时频空间（OTFS）调制的系统的上行链路定时同步问题，其中信息嵌入在延迟多普勒（DD）域中。为此，我们提出了一种新的随机接入（RA）前导码波形的基础上OTFS调制。我们还提出了一种方法来估计用户终端（UT）和基站（BS）之间的往返传播延迟的基础上接收到的RA码在DD域。该估计（称为定时提前估计）被反馈给相应的UT，使得它们可以提前它们的上行链路定时，以便在BS处以时间同步的方式接收来自小区中的所有UT的信号。通过分析和仿真，研究了RA前导码的OTFS调制参数对定时误差概率的影响，为如何选择这些参数提供了有价值的见解。高移动性场景的详尽数值模拟表明，与第四代（4G）系统中的RA方法相比，所提出的基于OTFS的RA的定时误差概率（TEP）性能对信道引起的多径多普勒频移更加鲁棒。
2020-10-24 cs.IT math.IT
Message Passing Based Structured Sparse Signal Recovery for Estimation of OTFS Channels with Fractional Doppler Shifts
正交时频空间（OTFS）调制已成为一种有前途的调制方案，用于高移动性无线通信。为了实现延迟多普勒（DD）域中的有效OTFS检测，需要准确地获取DD域信道。为了实现未来无线通信中的低延迟要求，OTFS块的持续时间应该很小，因此必须考虑分数多普勒频移以避免由于整数多普勒频移的假设而导致的显著建模误差。然而，在文献中缺乏对具有分数多普勒频移的OTFS信道的估计的研究。在这项工作中，我们开发了一个高性能的信道估计OTFS与双正交波形或矩形波形。代替直接估计DD域信道，我们估计参数化DD域信道的信道增益和（分数）多普勒频移。该估计被制定为一个结构化的信号恢复问题与贝叶斯处理。基于该问题的因子图表示，开发了一种有效的消息传递算法来恢复结构化稀疏信号（从而恢复OTFS信道）。给出了估计的克拉美-罗下界（CRLB），并通过仿真验证了算法的有效性。
2021-06-05 cs.IT math.IT
Cell-Free Massive MIMO Meets OTFS Modulation
本文首次对无小区大规模多输入多输出（MIMO）系统中的正交时频空间（OTFS）调制进行了性能评估。为了研究性能和开销之间的权衡，我们采用嵌入式导频辅助和叠加基于导频的信道估计方法。然后，我们推导出一个封闭形式的表达式为个人用户的下行链路和上行链路的频谱效率作为AP，用户和延迟多普勒域信道估计参数的数量的函数。基于这些分析结果，我们还提出了新的缩放定律，AP的和用户的发射功率应该满足，以维持一个理想的服务质量。研究发现，当AP的数量$M_a$无限制地增长时，我们可以在上行链路和下行链路阶段分别与$1/M_a$和$1/M_a^2$成比例地降低每个用户和AP的发射功率。我们比较OTFS的性能与正交频分复用（OFDM）在高流动性条件。我们的研究结果表明，与阴影相关，OTFS调制与嵌入式导频为基础的信道估计提供$30$倍的增益超过OFDM对应的$95\%$ -可能每用户的下行链路速率。最后，与叠加的基于导频的信道估计，在每用户吞吐量的增加是更明显的相关阴影信道的中值速率。
2022-09-27 cs.IT cs.PF math.IT
Nonparametric Variational Bayesian Learning for Channel Estimation with OTFS Modulation
School of Information Science and Engineering, Shandong University（山东大学信息科学与工程学院）；Aerospace System Engineering Shanghai（上海航天系统工程技术研究所）；School of Information Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学信息科学与技术学院）；Department of Information Engineering, the Chinese University of Hong Kong（香港中文大学信息工程系）
本文提出一种非参数贝叶斯学习框架，用于OTFS调制的信道估计，通过自动推断多径分量并建模高斯混合分布以提高估计精度。
2026-02-11 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-Free Massive MIMO with OTFS Modulation: Power Control and Resource Allocation
我们考虑了无小区的大规模多输入多输出（MIMO）系统的下行链路与正交时频空间（OTFS）调制。两种基于导频的信道估计方案，即基于叠加导频的信道估计（SP-CHE）和基于嵌入导频的信道估计（EP-CHE），被应用于估计接入点（AP）处的信道。SP-CHE方案在延迟-多普勒域中将低功率导频叠加到数据符号上，以避免由于EP-CHE方案中使用的空保护间隔而导致的频谱效率（SE）损失。在SP-CHE方案的情况下，我们考虑一个最大最小公平性优化问题，以联合优化每个用户导频/数据功率分配系数和每个AP功率控制系数。然后通过两个解耦的子问题迭代求解复杂的非凸问题。此外，一个最大-最小公平性问题投EP-CHE方案，其中优化变量是每个AP的功率控制系数。数值结果表明，所提出的资源分配方法提供了最多42和5倍的增加，在95%可能的每用户SE的SP-CHE和EP-CHE计划，分别与均匀功率控制和相关的阴影衰落信道。
2022-03-14 cs.IT math.IT
A low-PAPR Pilot Design and Optimization for OTFS Modulation
针对双选多径信道下的OTFS调制，提出基于叠加Chu序列的低PAPR导频设计，通过优化导数据能量分配结合迭代估计均衡，实现了频谱效率与PAPR的更优性能权衡。
2025-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Orthogonal Time Frequency Space Modulation -- Part III: ISAC and Potential Applications
本教程的前两部分介绍了正交时频空间（OTFS）调制，讨论了延迟多普勒（DD）域通信的基本原理以及收发器设计的一些先进技术。在这封信中，我们将提出一个基于OTFS的集成传感和通信（ISAC）系统，这被认为是下一代无线通信的使能技术。特别是，我们说明了OTFS-ISAC系统的传感以及通信模型。接下来，我们表明，受益于时不变的DD信道，感测参数可以用于推断的通信信道，导致一个有效的传输方案。由于这两种功能都是在同一个DD域中实现的，我们简要讨论了基于OTFS的ISAC系统的几个有前途的好处，这些好处尚未完全公布。最后，OTFS的一系列潜在的应用，为未来的无线网络将突出显示。
2022-09-12 cs.IT eess.SP math.IT
A Simple Two-stage Equalizer With Simplified Orthogonal Time Frequency Space Modulation Over Rapidly Time-varying Channels
在这项工作中，我们推导出一个等效的延迟多普勒信道矩阵的正交时频空间（OTFS）调制，没有在以前的文献中研究。它具有与快速时变信道下OFDM系统的带状信道矩阵相似的结构。然而，一旦确定了最大信道延迟扩展的长度和OTFS帧持续时间，等效信道矩阵中的频带将不再随着多普勒扩展的增加而扩展。此外，等效信道矩阵可以简化发射机侧的OTFS调制。通过推导等效信道矩阵，提出了一种简单的用于OTFS调制的一维运算的两级均衡器。首先，在频域中使用传统的OFDM单抽头均衡器来均衡接收信号。可以消除多径效应。在第二阶段，采用另一种低复杂度的延迟-多普勒域均衡器，利用等效信道矩阵消除多普勒扩展引起的残余干扰的影响。仿真结果表明，在高多普勒扩展情况下，该方法的误码率优于OFDM系统中传统的单抽头均衡器和全最小均方误差（MMSE）均衡器。
2017-09-08 cs.IT math.IT
RIS-Empowered OTFS Modulation With Faster-than-Nyquist Signaling in High-Mobility Wireless Communications
本文提出了一种结合RIS、OTFS调制和Faster-than-Nyquist信号的新方案，旨在提高高机动无线通信中的可靠性和频谱效率。
2026-05-19 cs.IT eess.SP math.IT
Interference Cancellation and Iterative Detection for Orthogonal Time Frequency Space Modulation
最近提出的正交时频空间（OTFS）调制技术被证明在多普勒信道中提供比正交频分复用（OFDM）显著的误码性能优势。在本文中，我们推导出明确的输入输出关系描述OTFS调制和解调（模/解调）的延迟多普勒信道。我们分析了干扰，并开发了一种新的低复杂度，但有效的消息传递（MP）联合干扰消除（IC）和符号检测算法。所提出的MP算法可以有效地补偿大范围的信道多普勒扩展。
2018-02-16 cs.IT math.IT
Space-Time Shift Keying Aided OTFS Modulation for Orthogonal Multiple Access
提出STSK-OTFS-MA系统用于高多普勒上行传输，利用多域自由度提升分集与编码增益，并设计低复杂度检测算法与最优色散矩阵，实现了优于传统SM和OFDM的BER与容量性能。
2023-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis of Discrete-Time MIMO OFDM-Based Orthogonal Time Frequency Space Modulation
正交时频空间（OTFS）是一种在多普勒延迟域设计的新型调制方案，可以充分利用一般时变信道的时频分集。在本文中，我们提出了一种新的基于OFDM的OTFS收发器的离散时间分析与简洁和矢量化的输入输出关系，清楚地表征了在这样的系统中的每个底层信号处理块的贡献。当在时域中采用循环前缀时，我们的分析表明，所提出的MIMO OTFS和OFDM系统具有相同的遍历容量，尽管众所周知的事实是，前者在高多普勒信道的低复杂度接收机设计中具有很大的优势。所提出的离散时间矢量化公式适用于一般的快衰落信道与任意窗口函数。它还使得能够实现实际的低复杂度接收机设计，对于该接收机设计，输入-输出关系的这种简洁公式化具有很大的益处。
2017-10-22 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Joint Radar and Communication using OFDM and OTFS
我们考虑联合雷达估计和通信系统使用正交频分复用（OFDM）和正交时间频率空间（OTFS）调制。该场景是由车辆应用激发的，其中配备有单基地雷达的车辆希望将数据传送到其目标接收器，同时估计与该接收器相关的感兴趣的参数。通过对单个目标的情况下，我们得到的最大似然（ML）估计和Cramér-Rao联合速度和距离估计的下限。数值例子表明，这两种数字调制格式可以实现精确的距离/速度估计的最先进的雷达波形，如调频连续波（FMCW），同时发送数字信息在其完全可实现的速率。我们的结论是，它是可能的，以获得显着的数据传输速率，而不损害系统的雷达估计能力。
2019-02-06 cs.IT math.IT
Cross Domain Iterative Detection for Orthogonal Time Frequency Space Modulation
最近提出的正交时间频率空间（OTFS）调制已被认为是一个有前途的候选人，以适应各种新兴的通信和传感应用在高移动性环境。本文提出了一种新的跨域迭代检测算法来提高OTFS调制的误码性能。与传统的OTFS检测方法不同，该算法将基本的估计/检测方法应用于时域和延迟多普勒（DD）域，并通过酉变换迭代更新两个域的外部信息。在这样做时，所提出的算法利用时域信道稀疏性和DD域符号星座约束。我们评估的估计/检测误差方差在每个域中的每次迭代，并推导出状态演变调查的检测误差性能。我们表明，由于迭代的性能增益来自DD域中的非高斯星座约束。更重要的是，我们证明了所提出的算法确实可以收敛，在收敛，所提出的算法可以实现几乎相同的错误性能的最大似然序列检测，即使在分数多普勒频移的存在。此外，由于离散傅里叶变换（DFT）核的结构，与域变换相关联的计算复杂性较低。仿真结果与我们的分析是一致的，并证明了显着的性能改善相比，传统的OTFS检测方法。
2021-01-11 cs.IT math.IT
MIMO-OTFS in High-Doppler Fading Channels: Signal Detection and Channel Estimation
正交时频空间（OTFS）调制是最近引入的一种复用技术，设计在2维（2D）延迟-多普勒域，适用于高多普勒衰落信道。OTFS通过一系列二维变换将双色散信道转换为延迟-多普勒域中的几乎无衰落信道。在本文中，我们专注于MIMO-OTFS带来的高频谱和能量效率的好处，MIMO和OTFS在高多普勒衰落信道的鲁棒性。OTFS信道-符号耦合和稀疏延迟-多普勒信道脉冲响应使得能够在高多普勒环境中进行有效的MIMO信道估计。提出了一种基于消息传递的迭代信号检测算法和一种适用于MIMO-OTFS的时延-多普勒域信道估计算法。所提出的信道估计方案使用延迟-多普勒域中的脉冲作为用于估计的导频。我们还比较了MIMO-OTFS的性能与MIMO-OFDM在高多普勒情况下。
2018-05-06 cs.IT math.IT
Zak-OTFS over CP-OFDM
本文提出了一种基于CP-OFDM的低复杂度Zak-OTFS调制与解调架构，通过sinc滤波和矩形时域加窗实现预编码与后处理，使现有网络基础设施能利用Zak-OTFS在高延迟/多普勒扩展下的性能优势，并证明CP-OFDM是该调制族的一个特例。
2025-08-12 cs.IT eess.SP math.IT
Iterative Detection for Orthogonal Time Frequency Space Modulation with Unitary Approximate Message Passing
正交时频空（OTFS）调制已成为高移动性无线通信的一种有前途的调制方案。为了获得OTFS所承诺的时间和频率分集，已经开发了一些有前途的检测器，特别是基于消息传递的检测器，通过利用延迟-多普勒域中信道的稀疏性。然而，当信道路径的数量相对较大或必须考虑分数多普勒频移时，现有检测器的复杂性是一个问题，并且基于消息传递的检测器可能由于消息传递中涉及的短环路而遭受性能损失。在这项工作中，我们研究了OTFS检测器的设计基于近似消息传递（AMP）。特别是，{利用酉AMP（UAMP），我们设计了新的检测器，享受}的信道矩阵的结构，并允许有效的实施。此外，噪声方差的估计被纳入基于UAMP的检测器。由于UAMP相对于AMP的鲁棒性，基于UAMP的检测器提供了卓越的性能，并且显著优于最先进的检测器。我们还研究了迭代联合检测和解码的编码OTFS系统，其中OTFS检测器集成到一个强大的涡轮接收机，导致相当大的性能增益。
2021-02-16 cs.IT eess.SP math.IT
Orthogonal Time Frequency Space Modulation: A Discrete Zak Transform Approach
在正交时频空间（OTFS）调制中，携带信息的符号驻留在延迟多普勒（DD）域中。通过在DD域中操作，通信的吸引人的属性出现：在高移动性环境中遇到的时频（TF）色散信道变得时不变。DD域中的信道的时间不变性使得能够实现用于时间-频率色散信道的有效均衡器。本文提出了一种基于离散Zak变换的OTFS系统。所提出的公式不仅允许OTFS的有效实现，而且简化了在DD域中TF色散信道的输入输出关系的推导和分析。
2021-06-24 cs.IT eess.SP math.IT
Input-Output Relation and Performance of RIS-Aided OTFS with Fractional Delay-Doppler
可重构智能表面（RIS）和正交时频空间（OTFS）调制在最近的无线研究中得到了关注。RIS技术通过将入射电磁波反射到接收器来辅助通信，OTFS调制在高多普勒信道中有效。本文提出了一个早期的研究，在高多普勒信道的RIS辅助OTFS。我们推导出端到端的延迟多普勒（DD）域的输入输出关系的RIS辅助OTFS系统，考虑矩形脉冲和分数延迟多普勒值。我们还考虑了一种用于RIS辅助OTFS的Zak接收机，该接收机使用Zak变换将接收到的时域信号一步转换到DD域，并推导出其端到端输入输出关系。我们的仿真结果表明，$i)$ RIS辅助的OTFS性能优于没有RIS的OTFS，$ii)$ Zak接收机性能优于两步接收机，和$iii)$ RIS辅助的OTFS相比，RIS辅助的OFDM实现了更好的性能。
2022-10-25 cs.IT eess.SP math.IT
How is Time Frequency Space Modulation Related to Short Time Fourier Signaling?
研究了正交时频空间（OTFS）调制和正交短时傅立叶（OSTF）信令之间的关系。OTFS最近被提出作为用于高多普勒场景的新方案，并且建立在OSTF上。我们首先证明了这两种方案在数字域中是酉等价的。然而，OSTF定义了具有波形域的模数接口。然后，我们开发了一个临界采样矩阵矢量模型的两个系统，并考虑在接收机的线性最小均方误差（MMSE）滤波，以抑制符号间干扰。容量和（未编码的）错误概率的初始比较揭示了一个令人惊讶的观察结果：OTFS在容量上表现低于OSTF，但在错误概率上表现超过OSTF。这一结果可归因于两个系统所引起的信道矩阵的特性。特别地，OTFS矩阵的对角项表现出几乎相同的幅度，而OSTF矩阵的对角项表现出由多径随机性引起的剧烈波动。观察到，通过简单地用任意酉矩阵替换将OTFS与OSTF相关联的酉矩阵，导致与OTFS几乎相同的性能。然后，我们扩展我们的分析，正交频分复用（OFDM），也考虑一个更极端的情况下，相对较大的延迟和多普勒扩展。我们的研究结果表明，使用OSTF的基础波形，而不是正弦的OFDM在高度动态的环境中的意义，也突出了在接收器中使用的信道状态信息的水平的影响。
2021-09-13 cs.IT eess.SP math.IT
Low Complexity Turbo SIC-MMSE Detection for Orthogonal Time Frequency Space Modulation
针对ZP-OTFS调制，提出低复杂度Turbo SIC-MMSE检测、滤波器系数循环利用及联合检测译码方法，在复杂度相当情况下较MRC等线性检测器获得最高3 dB增益。
2024-01-19 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) Massive MIMO
在高移动性场景中，正交时频空间（OTFS）调制优于正交频分复用（OFDM）。OTFS大规模MIMO的一个挑战是由于大量基站天线而导致的下行链路信道估计。本文提出了一种基于三维结构正交匹配追踪算法的信道估计技术来解决这个问题。首先，我们表明OTFS MIMO信道具有3D结构的稀疏性：正常稀疏性沿延迟维度，块稀疏性沿多普勒维度，和突发稀疏性沿角度维度。基于3D结构化信道稀疏性，我们将下行信道估计问题转化为稀疏信号恢复问题。仿真结果表明，该算法能够以较低的导频开销获得准确的信道状态信息。
2019-03-22 cs.IT math.IT
Reduced-Complexity Cross-Domain Iterative Detection for OTFS Modulation via Delay-Doppler Decoupling
本文提出一种用于OTFS调制的低复杂度跨域迭代检测方法，利用时延-多普勒解耦和降维LMMSE滤波器消除时延与多普勒影响，在保持接近最优检测性能的同时显著降低了复杂度。
2023-07-03 cs.IT eess.SP math.IT
OTFS-NOMA: An Efficient Approach for Exploiting Heterogenous User Mobility Profiles
本文考虑了一个具有挑战性的通信场景，其中用户具有异构的移动性配置文件，例如，一些用户高速移动而一些用户是静止的。提出了一种新的非正交多址（NOMA）传输协议，它结合了正交时频空间（OTFS）调制。因此，具有不同移动性简档的用户被分组在一起用于NOMA的实现。所提出的OTFS-NOMA协议被证明是适用于上行链路和下行链路传输，其中复杂的发送和接收策略的开发，以消除符号间干扰和收获多径和多用户分集。分析结果表明，高移动性和低移动性用户都受益于OTFS-NOMA的应用。特别地，NOMA的使用允许高移动性用户的信号在大量时频资源上的扩展，这增强了OTFS分辨率并提高了检测可靠性。此外，OTFS-NOMA确保低移动性用户能够访问带宽资源，而在传统的OTFS-NOMA中，这些带宽资源将仅由高移动性用户占用。因此，OTFS-NOMA提高了频谱效率并减少了延迟。
2019-04-04 cs.IT math.IT
Hybrid Digital-Analog Beamforming and MIMO Radar with OTFS Modulation
受未来汽车应用的启发，我们研究了一些联合雷达目标检测和参数估计问题，其中发射机，配备了单基地MIMO雷达，希望检测多个目标，然后估计各自的参数，同时使用正交时频空间（OTFS）调制通信信息数据。假设在毫米波频段上射频链的数量小于天线的数量，我们在雷达发射机处设计了适合于不同工作阶段的混合数模波束形成。第一种情况考虑宽角度波束，以便执行目标检测和参数估计，同时向所有可能的活动用户多播公共消息。第二种情况考虑窄角度波束，以单独地向已经检测到的用户发送信息流，并同时跟踪它们各自的参数。在这种设置下，我们提出了一个有效的最大似然方案结合混合波束形成联合执行目标检测和参数估计。数值结果表明，该算法能够在天线数量足够的情况下可靠地检测多个目标，并达到了延迟、多普勒和到达角等雷达参数估计的Cramér-Rao下界。
2020-09-17 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Beamforming Design for OTFS-NOMA
研究了一个高移动性用户与多个低移动性NOMA用户共享频谱的正交时频空间调制辅助非正交多址接入（OTFS-NOMA）网络的波束赋形设计问题。特别地，波束成形设计被公式化为优化问题，其目标是最大化低移动性NOMA用户的数据率，同时保证可以满足高移动性用户的目标数据率。考虑了有和无信道状态信息误差的情况，其中低复杂度的解决方案是通过应用逐次凸逼近和半定松弛。仿真结果也表明，使用所提出的波束形成方案可以产生显着的性能增益随机波束形成。
2019-10-31 cs.IT math.IT
A DNN-based OTFS Transceiver with Delay-Doppler Channel Training and IQI Compensation
在本文中，我们提出了一种基于深度神经网络（DNN）的收发器架构，用于延迟多普勒（DD）信道训练和正交时间频率空间（OTFS）调制信号的检测以及IQ不平衡（IQI）补偿。所提出的收发器在空间相干间隔上学习DD信道，并使用在接收器处为此目的训练的单个DNN来检测信息符号。所提出的收发器还学习发送器和接收器中存在的IQ不平衡，并有效地补偿它们。发射IQI补偿在发射机处使用单个DNN来实现，该DNN学习并提供补偿调制字母表（以在通过发射机发送之前预旋转调制符号），而不显式地估计发射增益和相位不平衡。在接收器处使用两个DNN来实现接收IQI不平衡补偿，一个DNN用于接收增益和相位不平衡的显式估计，另一个DNN用于补偿。仿真结果表明，所提出的基于DNN的架构提供了非常好的性能，使其成为一个有前途的方法，为实际的OTFS收发器的设计。
2021-07-20 cs.IT eess.SP math.IT
