今天分享的是通信专题系列深度研究报告：《通信专题：正交时频空方案（OTFS）白皮书》
（报告出品方：未来移动通信论坛）
报告共计：48页
海量/完整电子版/报告下载方式：公众号《人工智能学派》
引言
在 4G，5G，WiFi等无线通信系统中，正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)技术获得了广泛的应用。基于循环前缀的 OFDM 可以很好地应对多径衰落，并且仅需低复杂度的频域均衡器。随着无线通信的发展，复杂散射环境下的高速移动通信场景愈发丰富，例如车辆网、高速铁路、低轨卫星通信等，这些通信场景现已或将在未来极大地改变人们的生活方式。然而，受多普勒扩展的影响高速移动下的OFDM 将丧失子载波正交性，其传输可靠性变差。为此，在下一代移动通信系统中面向高速移动场景设计新型的多载波调制方案十分重要。
近年来，研究者们提出了正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space，OTFS)多载波调制技术。与 OFDM 技术不同的是，该技术在时多普勒域(Delay Doppler，DD)中开展资源映射，并基于 DD域信道的稀疏性和稳定性可以在高速移动条件下实现与 OFDM 相比更高的数据传输可性。
为了调研 OTFS 的基本原理、研究与应用现状、发展前景，为工业界和学术界同仁提供技术参考，本白皮书将从以下六个方面对 OTFS 进行介绍:(1)OTFS 基本原理:(2)时延多普勒域信道特性:(3)OTFS 的发射波形设计:(4)OTFS 的接收方案设计(5)OTFS 赋能的多天线、多用户、通感一体化方案:(6)OTFS 的演进方案。
主要的应用场景
高速铁路场景:对于铁路而言，列车运行速度的不断提升是全球铁路发展的共同目标。目前，京沪高铁实现了每小时 470 公里的试验速度，2024年将完成时速每小时 450公里动车组 CR450的样车制造。同时，日本东海铁路公司在日本山梨县实现了603公里每小时的磁悬浮试验速度，另外速度可以达到1000kmh 以上的管道飞车目前也在研制当中。在铁路高速化的基础上，世界各个高铁发达国家将目光放到了高速铁路的智能化上。高速铁路的智能化需要先进的通信系统与制式为其提供保障，但高铁场景中的列车高速移动将对车地、车车通信的可靠性造成巨大挑战。
低轨卫星场景:低轨(Low-Earth OrbitLEO)卫星通信是一种利用低地球轨道上的卫星来实现通信的技术。与传统的高轨卫星通信不同，低轨卫星通信的卫星通常位于距地面数百公里至两千公里之间。相较于传统的同步轨道卫星，具有发射成本低、通信延迟小、传输损耗小、组网后可无缝全球覆盖等优点，受到全球许多互联网、通信、航空航天企业的关注。
空中覆盖场景:随着航空通信的进步，飞机正在从过去的信息网络的“孤岛”蜕变为实现全球互联的关键载体。机载 WiFi 出现使得乘客在飞机上也能够接入互联网。然而，5G 时代的到来给空中通信带来了前所未有的挑战--大量实时互联网数据传输的需求。这一挑战要求通信系统具备高度适应性，能够在高速移动环境中提高飞机与地面站或卫星的通信质量，确保互联网数据低时延高可靠传输。
车联网:基于 OTFS-ISAC机制，可以支撑以下车联网功能或应用:准确感知周边驾驶环境，包括车辆、障碍、路况等，以提升驾驶安全、实现智能驾驶:准确感知收、发双方的位置和运动状态，为信道估计、波束赋形等提供先验信息，改善通信性能:分布式节点协同感知，扩大节点感知的范围、提升感知的准确度和精度。
水声通信:“智慧海洋”工程是关系到国家海洋强国战略的重大工程，随着海洋强国和“智慧海洋”工程建设的推进，现代渔业、海洋观测监控、海洋油气勘探开发、海洋交通运输等领域取得了飞速发展。水声通信是海洋通信网络的重要组成部分，声波是目前水下唯一有效的远程信息传输载体，水下声(Under Water Acoustic，UWA)信道是具有快时变性、时延扩展大、多普勒效应严重、可用带宽有限等特点的信道。在常见的海洋环境中，水声信号传播过程中存在多径效应、多普勒效应以及环境噪声的影响，导致通信系统接收端在信号检测时无法正确获取信道信息，这对通信系统的设计带来了很大的阻碍。同时信道中的相位起伏使得接收端的载波恢复和相干解调变得十分困难。目前UWA 通信网络中广泛使用的 OFDM 调制技术容易受到多普勒扩展的影响,从而导致系统性能的严重下降。如何在复杂多变的移动 UWA 通信场景下，实现高效的数据传输，是目前需要解决的关键问题。
2.OTFS 基本原理
2017 年，OTFS 由R.Hadani 等学者提出[2.1]，并指出其与 OFDM 调制相比可以利用时频域全分集增益，从而在高移动性下实现更优的数据传输性能[2.2]。根据本章内容可以发现，OTFS 可视为预编码的 OFDM 系统，其具备兼容 OFDM 系统的潜力。然而，与在 5G NR、LTE、Wif 等协议中成熟应用的 OFDM 方案相比，OTFS 面临了诸多新的课题，如 DD 域信道建模、可靠 DD 域信道估计、低复杂度均衡、多天线 OTFS 系统设计、多用户 OTFS 系统设计、OTFS 使能的通感系统设计等。本节将简要介绍 OTFS 调制的基本原理，其余内容将在后文中逐一展开。本节内容主要参考了文献[2.3]。
OTFS 调制发射机原理
报告共计：48页
本文作者可以追加内容哦 !
