OTFS 的基本原理——OTFS 技术简介

OTFS 技术是一种将信息符号复用到一种被称为时延-多普勒表示信号中去的调制方案。

信息符号复用 ：在通信系统中，信息通常以符号的形式传输。符号可以是数字、字母、声音等形式的数据。在OTFS技术中，这些信息符号被复用，意味着它们被组合在一起以便更有效地传输。

时延-多普勒表示信号 ：时延代表信号在时间域上的延迟，多普勒代表信号在频率域上的变化。OTFS技术将信息符号复用到一种被称为时延-多普勒表示信号中去，这意味着将信息符号以一种特殊的方式映射到时延和多普勒维度上。

调制方案 ：调制是指将信息符号转换为适合在信道上传输的信号的过程。在OTFS技术中，信息符号被调制到时延-多普勒表示信号中，以便在传输过程中更好地处理多径传播、多普勒效应等问题，从而提高通信系统的性能和可靠性。

通信中常见的调制方案主要有时间调制和频率调制，其中时间调制方案（如 TDM 时分复用）是将 QAM 调制符号在连续时隙中复用，频率调制方案（如 FDM 频分复用）是将 QAM 符号在连续的频率载波上进行复用。

QAM （Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）用于在通信系统中传输数字数据。在QAM中，信息被编码为不同振幅和相位的符号，这些符号可以在信号空间中以正交的方式表示。每个QAM符号代表一组比特数据，通常用于传输数字信号。

时延-多普勒表示方法概括了时间和频率两个维度的表示，使 OTFS 成为时间和频率调制方案两者的综合概括。

OTFS 波形可以捕获传输信道的物理特性然后以最佳方式与无线信道进行耦合，这使得信道与携带正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM）符号的信息之间形成简单对称耦合，可以总结为不变性、可分离性和正交性三个基本属性。

"耦合" 指的是两个系统或信号之间相互影响或相互作用的过程。

不变性（Invariance） ：OTFS波形具有不变性，意味着它可以捕获传输信道的物理特性，并以最佳方式与无线信道进行耦合，而不受信道条件的影响。这种不变性使得OTFS波形在不同的信道环境下都能够保持稳定的性能，提高了系统的鲁棒性和可靠性。

可分离性（Separability） ：OTFS波形具有可分离性，即可以将信道与携带QAM符号信息的信号进行有效分离。这种特性使得在接收端更容易对信号进行解调和解码，从而提高了系统的性能和效率。

正交性（Orthogonality） ：OTFS波形与QAM符号信息之间形成简单对称耦合，保持正交性。正交性是一种重要的特性，可以减少信号之间的干扰，提高系统的传输效率和频谱利用率。通过保持信号的正交性，OTFS波形可以更有效地传输QAM符号信息，降低信号间的干扰，从而提高通信系统的性能。

总的来说，相比于当下主流的多载波调制技术（例如 OFDM），OTFS 调制技术主要有以下几点优势。

1.OTFS 调制的最大好处是它能够将在时频域内随机衰落的信道转换成发射机和接收机之间稳定的、确定性的、非衰落的信道。

2.OTFS 技术稀疏的信道表示形式使得其信号可以有效匹配在信道中的响应。例如，在高移动性、信道波动很大的 OFDM 系统中很难做到高效的功率分配，并且容易造成不准确的信道估计从而导致不匹配的功率分配。

信道响应的稀疏性：由于采用了时延-多普勒信道表示方法，OTFS系统中的信道响应通常具有稀疏性。这意味着在时延-多普勒域中，信道响应的非零元素相对较少，大部分为零。这种稀疏性使得信道估计和均衡等信号处理操作更加高效和简化。

3.OTFS 的优势在于其时延-多普勒信道表示方法反映了信息传输过程中所经历的物理几何特性，使得信道响应具有稀疏性，使得每个符号都经历相同的稳定非衰落信道。