2024全球6G技术大会正交时频空方案（OTFS）白皮书

目录 1.引言................................................................................................................................................2 1.1文档结构........................................................................................................................................21.2主要的应用场景............................................................................................................................3 2.OTFS基本原理...............................................................................................................................4 2.1OTFS调制发射机原理..................................................................................................................42.2OTFS调制接收机原理..................................................................................................................62.3OTFS输入输出关系分析..............................................................................................................7 3.时延多普勒域信道特征分析........................................................................................................9 3.1时延多普勒域信道特性................................................................................................................93.1.1信道的确定性描述.................................................................................................................93.1.2信道相干区域和平稳区域...................................................................................................103.2高铁场景实测时延多普勒域信道特性......................................................................................113.2.1基于LTE-R的高铁信道扩展函数测量系统......................................................................113.2.2基于LTE-R的高铁信道扩展函数表征..............................................................................123.3OTFS在实测信道下性能评估....................................................................................................14 4.OTFS信道估计与数据检测.........................................................................................................15 4.1低PAPR的OTFS信道估计导频设计......................................................................................154.2非整数格点下的OTFS信道估计..............................................................................................184.3基于期望传播的低复杂度OTFS数据检测方案......................................................................20 5.OTFS扩展方案.............................................................................................................................22 5.1基于多天线的OTFS方案..........................................................................................................225.1.1MIMO-OTFS的导频设计....................................................................................................225.1.2基于多天线阵列的低复杂度低开销OTFS收发机...........................................................255.2OTFS赋能的多址接入技术方案................................................................................................285.2.1正交时频码域多址接入方案...............................................................................................285.2.2基于记忆近似消息传递（MAMP）算法的OTFS-SCMA系统......................................315.3OTFS赋能的通信感知一体化（OTFS-ISAC）方案................................................................365.3.1OTFS-ISAC方案优势..........................................................................................................365.3.2OTFS-ISAC波形设计..........................................................................................................37 6.OTFS的演进方案......................................................................................................................39 6.1新型的时延多普勒域多载波调制方案......................................................................................396.2OTFS与OFDM的融合帧结构设计...........................................................................................40 7.总结与展望.................................................................................................................................43 参与单位...........................................................................................................................................47 1.引言 在4G，5G，WiFi等无线通信系统中，正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,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（OrthogonalTimeFrequencySpace，OTFS）多载波调制技术。与OFDM技术不同的是，该技术在时延多普勒域（DelayDoppler，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靠性。 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。 1.1文档结构 第1章为引言，对本白皮书的范围及结构进行介绍，并介绍OTFS所面向的应用场景，指出该类场景中由高速移动所带来的需求及挑战，从而引出OTFS技术研究的必要性。 第2章对OTFS的基本设计原理进行叙述，包括介绍SFFT及DZT两种OTFS调制实现方式及收发机方案简述。 第3章对时延多普勒域信道特征进行分析，针对高速铁路等高速移动场景分析时延多普勒域信道的稀疏性、紧致性、稳定性及可分性。 第4章介绍OTFS的接收方案设计，包括低PAPR的信道估计导频设计，非整数格点下的OTFS信道估计，基于期望传播的低复杂度OTFS数据检测方案。 第5章介绍OTFS赋能的多天线、多用户、通感一体化方