OTFS调制技术的应用分析

当前通信技术以10年为一个发展周期，预计6G在2028年左右正式推出3GPP标准协议。

6G 将构建跨地域、跨空域、跨海域的一体化网络，实现真正意义上的全球无缝覆盖，服务于远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输、航天测控等重大应用。

天地一体化网络架构

正如之前的4G、5G通信系统，6G网络需要更高频谱效率的信号波形来提升信道容量。在面对更高频段、更高移动速度等场景下，多载波通信系统将面临高PAPR、大多普勒频移等不利因素。

在B5G/6G支持的高移动场景下，高速列车、V2V、无人机、卫星通信等，高速移动产生大的多普勒频移，OFDM系统子载波的正交性被严重破坏，将导致性能急剧下降。

为此，目前有3种新型波形调制技术相继被提出。

OTFS技术：2017年，美国Cohere技术公司正式提出了正交时频空（OTFS）技术，并且申请了大量专利。

MATLAB在R2024a版本中，已将OTFS调制纳入其工具箱中，可阅读前期文章《MATLAB R2024a新增特性：支持OTFS调制》。

OTFS系统

AFDM技术：华为的法国研究中心于2021年提出了仿射频分复用（AFDM）技术，AFDM是一种新型的基于啁啾的多载波波形，专为高移动性通信中的双色散信道设计。

AFDM系统

目前，OTFS/AFDM尚未解决时变多径信道的非平稳性公开难题，同时缺乏高效低复杂度检测算法，这为应用落地带来挑战。

IFDM技术：2024年，西电的池育浩、浙大的刘雷等学者提出交织频分复用（IFDM）技术，通过IFFT和随机交织的简单结构，创新性地构建了随机全密集的等效信道矩阵，以确保信号经历充分统计平稳信道衰落，从而逼近时变多径信道容量。

IFDM系统

目前学术界针对OTFS调制技术已进行比较深入的研究，并进行原理样机的研制。

Cohere技术公司在2016年的3GPP TSG RA WG1会议上，提出了OTFS调制波形方案。随后在2017年，Cohere技术公司的R.Hadani等人在IEEE上正式发表论文《Orthogonal Time Frequency Space Modulation》，引起全球通信领域学者的浓厚兴趣。

经过数年的深入研究，OTFS调制波形技术的原理与应用得到快速发展。

2022年，Yi Hong、Tharaj Thaj、Emanuele Viterbo等研究人员根据近几年的OTFS研究成果，整理出版了《Delay-Doppler Communications: Principles and Applications》一书，成为业界学习OTFS的重要书籍。该书详细描述了高速移动环境下，OTFS调制的原理，OTFS变体、Zak变换、信号检测方法、信道估计方法及MIMO-OTFS融合技术等。