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基于OTFS波形的误码率性能优化方法研究

摘要

当前以正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技术为

基础的民用无线通信技术已经不再能满足人们的需求，提出一种新的波形体制已经成为

迫切的目标。正交时频空（OrthogonalTimeFrequencySpace，OTFS）作为新一代通信系

统的侯选波形之一，它采用了全新的符号传输域，将传统的时域和频域相结合，提供了

相较于传统OFDM调制在复杂场景下更可靠的通信。为了更充分地发挥OTFS波形误

码率性能，本文从发射端以及接收端两个角度分别进行优化。

首先，本文对OTFS系统的基本原理进行了详细的介绍以及分析，给出了OTFS调

制过程的具体表达形式以及理想脉冲和矩形脉冲下OTFS的输入输出关系，并在矩形脉

冲的前提下进行了干扰分析。此外，本文给出了快时变衰落信道的具体分析和多种变换

域脉冲特征，结合快时变衰落信道的传输特性以及OTFS系统的输入输出关系给出了

OTFS波形常用的信号接收算法。

其次，本文提出了适用于OTFS系统的预编码功率分配框架并推导出了该框架下

OTFS波形的通用理论误码率表达式。该框架基于发射端预编码，根据信道状态信息推

导得到功率分配因子来实现OTFS波形的功率控制以及性能优化。此外，在该功率分配

框架下，本文推导得出了在最小误码率准则前提下采用两种常用线性均衡时OTFS系统

的功率分配方案以及其相应的理论误码率，并尝试将功率分配方案拓展至消息传递算法

接收机中。

最后，本文根据OTFS波形的时频域和时延多普勒域信道矩阵特性，提出了一种低

复杂度可变参数串行干扰消除接收算法。该算法以可变参数为基础，实现了整体复杂度

的控制，通过采用低复杂度LDLH分解和低复杂度下三角矩阵求逆的方法，有效降低了

运算复杂度。最后对该算法的运算复杂度进行了分析，并在多种仿真参数设置下验证了

其优越性。

关键词：正交时频空；快时变衰落信道；功率分配；串行干扰消除

基于OTFS波形的误码率性能优化方法研究

ABSTRACT

ThecurrentcivilianwirelesscommunicationtechnologiesbasedonOrthogonalFrequency

DivisionMultiplexing(OFDM)arenolongersufficienttomeetthedemandsofusers.

Introducinganewwaveformmodulationschemehasbecomeanurgentobjective.Orthogonal

TimeFrequencySpace(OTFS),asoneofthecandidatewaveformsforthenextgeneration

communicationsystems,adoptsanovelsymboltransmissiondomainbyintegratingtraditional

timeandfrequencydomains.Thisapproachoffersmorereliablecommunicationincomplex

scenarioscomparedtoconventionalOFDMmodulation.Inordertofullyexploittheerror

performanceoftheOTFSwaveform,thisthesispresentsoptimizationsfromboththe

transmitterandreceiverperspectives.

Firstly,thisthesisprovidesadetailedintroductionandanalysis