刘梦晓 周晶 张文逸

摘要：分析了正交时频空（OTFS）调制的关键问题和研究进展，探讨了基于多载波体制的OTFS与正交频分复用（OFDM）的关系，并在超高移动性信道中仿真比较了二者的性能。數值结果表明，OTFS对信道时变引入的强多普勒效应展现了良好的稳健性，相比于OFDM能够更直接地获取分集增益。因此，OTFS有望在支持超高移动性信道可靠通信方面发挥重要作用。

关键词：OTFS；延迟-多普勒信道；OFDM；超高移动性；分集增益

Abstract： The key issues and research progress of orthogonal time frequency space （OTFS） are introduced. The relationship between multicarrier-based OTFS and orthogonal frequency division multiplexing （OFDM） is analyzed， and their performances over very high mobility channels are compared via simulation. Numerical results demonstrate that the performance of OTFS under strong Doppler effects in time-varying channels is robust， and that the diversity gain can be obtained more directly than the OFDM. Therefore， OTFS has the potential of playing an important role in achieving reliable communications under very high mobility.

Keywords： OTFS； Delay-Doppler channel； OFDM； very high mobility； diversity gain

新一代无线通信系统的愿景之一是全方位支持不同类型的通信场景和应用需求。其中，在高移动性条件下保证通信质量是一个重要方面。例如，国际电信联盟（ITU）的5G（IMT2020）愿景是支持500 km/h的超高移动性[1]。当前，中国高速铁路建设发展迅猛，人们对旅行中不间断、高质量通信的需求也在同步增长，这也凸显出超高移动性可靠通信这一课题的重要意义。

目前以第3代合作伙伴计划（3GPP）为代表的主流无线通信系统标准采用正交频分复用（OFDM）作为基础波形，能够大幅度降低宽带信道中通信发收机的实现复杂度，但在高移动性的支持能力方面面临挑战。超高移动性在时域上表现为信道响应的快速时变，这对信道估计的实时性、准确性以及导频开销控制等都造成很大压力；超高移动性在频域上表现为强多普勒效应，这导致OFDM系统出现严重的子载波间干扰，采用传统收发机体制很难应对。若简单地通过缩短OFDM符号的绝对时间长度来增强移动性支持，那么循环前缀占比将相应增大，频谱效率严重下降。……