Ортогональное частотно-временное пространство
Ортогональное частотно-временное пространство ( OTFS ) — это метод двумерной модуляции, который преобразует информацию, переносимую в системе координат задержки-допплера . Информация преобразуется в той же частотно-временной области, которая используется в традиционных схемах модуляции, таких как TDMA , CDMA и OFDM . [ 1 ] Впервые он использовался для фиксированной беспроводной связи, а теперь является конкурирующим сигналом для технологии 6G из-за его надежности в сценариях высокоскоростных транспортных средств. [ 2 ]
Обзор
[ редактировать ]OTFS — это схема модуляции, при которой каждый передаваемый символ имеет почти постоянное усиление канала даже в каналах с высокими несущими частотами (мм-волны) или с высоким доплером. Этот сигнал OTFS хорошо локализован как во временной, так и в частотной области. Передаваемый сигнал находится в доплеровской области задержки. Форма сигнала OTFS остается инвариантной при работе во временной и частотной областях. Когда мы передаем сигнал OTFS в области задержки-допплера, мы используем преобразование Зака . Эта OTFS будет удовлетворять принципу неопределенности Гейзенберга (сигнал локализован в доплеровском представлении с задержкой). [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Он эффективно преобразует изменяющийся во времени многолучевой канал в 2D-канал в области задержки-допплера. Используя это преобразование, а также выравнивание в этой области, каждый символ испытывает одинаковое усиление канала на протяжении всей передачи. [ 6 ]
Модуляция начинается с первого сопоставления информационных символов x[k,l] в области задержки–доплера с символами X[n, m] во временной области, для создания сигнала s(t) который передается по беспроводному каналу. На стороне приемника сигнал r(t) во временной области преобразуется в частотно-временную область с использованием преобразования Вигнера , которое является обратным преобразованию Гейзенберга, а затем для демодуляции символов используется область задержки-доплера. [ 7 ]
Технология рассматривается для сетей 6G. [ 2 ]
С точки зрения передачи сигналы передачи OTFS либо в дискретной временной последовательности, либо в непрерывной временной форме такие же, как и в системах OFDM с одним антенным вектором (VOFDM) ( Proceedings of ICC 2000 , New Orleans и IEEE Trans. on Communications , август). . 2001), независимо от того, стационарный канал или нет.
Выравнивание и оценка канала
[ редактировать ]Выравнивание низкой сложности было предложено на основе методов передачи сообщений (MP), Марковской цепи Монте-Карло (MCMC) и линейного выравнивания. [ 6 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Изучено разнообразие модуляции OTFS. [ 12 ] [ 13 ] Пилот-сигналы оценки канала передаются в доплеровской области задержки. [ 14 ] [ 15 ]
Итеративное выравнивание обратной связи по решению Rake обеспечивает производительность, эквивалентную передаче сообщений, с гораздо меньшей сложностью и независимо от размера модуляции. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] Также были изучены характеристики модуляции OTFS в статических многолучевых каналах. [ 20 ]
Практическое формирование сигналов формирования импульсов
[ редактировать ]Невозможно передать идеальную форму импульса из-за принципа частотно-временной неопределенности. [ 21 ] Это побудило некоторые работы по созданию практических импульсных OTFS-систем. [ 22 ] [ 23 ]
в Поулсоне
[ редактировать ]Пульсон (расшифровывается как импульс + тон) представляет собой временную реализацию квазипериодического импульса в доплеровском режиме задержки и служит формой несущей волны формата модуляции OTFS. Особый интерес представляют пульсоны в кристаллическом режиме (когда периоды больше разброса канала). В этом режиме пульсон остается инвариантным относительно операций временной задержки и доплеровского сдвига, что приводит к незатуханию и предсказуемому взаимодействию каналов, что делает пульсоны идеальными для приложений мобильности и машинного обучения. [ 24 ] [ 25 ]
Приложение
[ редактировать ]OTFS предлагает несколько преимуществ в определенных средах, где дисперсия имеет высокую частоту. Подобные условия встречаются в системах мм-волн из-за большего доплеровского разброса и более высокого фазового шума. [ 26 ] Недавно также было предложено применение сигналов OTFS для радиообнаружения и определения дальности (RADAR). [ 27 ] [ 28 ]
Сценарии с высокой мобильностью, такие как быстродвижущиеся транспортные средства или динамические беспроводные сети, приводят к серьезным ухудшениям качества канала из-за быстрого изменяющегося во времени затухания, доплеровского сдвига и временной дисперсии. OFDM с его фиксированными ортогональными поднесущими с трудом справляется с серьезными изменениями в канале. В результате производительность OFDM значительно ухудшается, что приводит к снижению скорости передачи данных и увеличению частоты ошибок. [ 29 ] [ 30 ]
OTFS решает проблемы, возникающие в сценариях высокой мобильности, путем использования временных и частотных преобразований. OTFS преобразует канал изменяющегося во времени замирания в квазистатический канал, устраняя необходимость в доплеровской компенсации. Это преобразование превращает изменяющийся во времени канал в стабильное плоское замирание, улучшая прием сигнала и значительно уменьшая потери пакетов. [ 31 ] [ 32 ]
OTFS обеспечивает лучшую спектральную эффективность благодаря своей способности уменьшать межсимвольные помехи (ISI) и помехи между несущими (ICI), которые распространены в системах OFDM при высокой мобильности. [ 33 ] [ 34 ]
OTFS также демонстрирует улучшенную энергоэффективность по сравнению с OFDM в сценариях с высокой мобильностью. Уменьшение потерь пакетов и повышение спектральной эффективности в OTFS приводят к меньшему количеству повторных передач, что приводит к снижению энергопотребления и увеличению срока службы батареи в мобильных устройствах. [ 35 ] [ 36 ]
Патенты
[ редактировать ]Идея OTFS была впервые запатентована в 2010 году Ронни Хадани и Шломо Ракибом и передана Cohere Technologies Inc в 2011 году. [ 37 ] В декабре 2022 года во время открытия первого мероприятия 6G Evolution Summit модератор Fierce Wireless назвал Хадани «отцом OTFS». [ 38 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Монк, Антон; Хадани, Ронни; Цацанис, Майкл; Ракиб, Шломо (09.08.2016). «OTFS - ортогональное частотно-временное пространство». arXiv : 1608.02993 [ cs.IT ].
- ^ Перейти обратно: а б «Интервью OTFS – Значение технологии-кандидата 6G» . Мир 6G . 09.12.2020 . Проверено 11 декабря 2020 г.
- ^ Хадани, Р.; Ракиб, С.; Цацанис, М.; Монк, А.; Голдсмит, Эй Джей; Молиш, А.Ф.; Колдербанк, Р. (март 2017 г.). «Ортогональная частотно-временная пространственная модуляция». Конференция IEEE по беспроводной связи и сетям 2017 года (WCNC) . стр. 1–6. arXiv : 1808.00519 . дои : 10.1109/WCNC.2017.7925924 . ISBN 978-1-5090-4183-1 . S2CID 11938646 .
- ^ Мохаммед, Саиф К. (2021). «Вывод модуляции OTFS из основных принципов». Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 70 (8): 7619–7636. arXiv : 2007.14357 . дои : 10.1109/TVT.2021.3069913 . S2CID 220831518 .
- ^ Хун, Йи; Тадж, Тарадж; Витербо, Эмануэле (февраль 2022 г.). Задерживаемая доплеровская связь: принципы и приложения . Академическое издательство, Эльзевир. ISBN 9780323859660 .
- ^ Перейти обратно: а б Равитея, П; Т Фан, Хоа; Хун, Йи; Витербо, Эмануэле (2018). «Подавление помех и итеративное обнаружение для ортогональной частотно-временной пространственной модуляции» (PDF) . Транзакции IEEE по беспроводной связи . 17 (10): 6501–6515. arXiv : 1802.05242 . дои : 10.1109/TWC.2018.2860011 . S2CID 3339332 .
- ^ Фарханг, Арман; Резазаде Рейхани, Ахмад; Дойл, Линда Э.; Фарханг-Боружени, Бехруз (июнь 2018 г.). «Структура модема низкой сложности для ортогональной частотно-временной модуляции на основе OFDM». Письма IEEE о беспроводной связи . 7 (3): 344–347. дои : 10.1109/LWC.2017.2776942 . hdl : 2262/82585 . ISSN 2162-2345 . S2CID 9744219 .
- ^ Р. Мурали, К; Чокалингам, А. (2018). «О модуляции OTFS для каналов с высоким доплеровским замиранием». 2018 Семинар по теории информации и приложениям (ITA) . стр. 1–10. arXiv : 1802.00929 . дои : 10.1109/ITA.2018.8503182 . ISBN 978-1-7281-0124-8 . S2CID 3631894 .
{{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) - ^ Сюй, Вт; Цзоу, Т; Гао, Х; Би, З; Фэн, З; Дин, Z (28 июля 2020 г.). «Линейное выравнивание низкой сложности для систем OTFS с прямоугольными сигналами». arXiv : 1911.08133v1 [ cs.IT ].
- ^ Д. Сурабхи, Дж; Чокалингам, А (2020). «Линейное выравнивание низкой сложности для модуляции OTFS». Коммуникационные письма IEEE . 24 (2): 330–334. дои : 10.1109/LCOMM.2019.2956709 . S2CID 211208172 .
- ^ Тивари, Шашанк; Дас, Сувра Сехар; Рангамгари, Вивек (декабрь 2019 г.). «Приемник LMMSE низкой сложности для OTFS» . Коммуникационные письма IEEE . 23 (12): 2205–2209. arXiv : 1910.01350 . дои : 10.1109/LCOMM.2019.2945564 . ISSN 1089-7798 . S2CID 203641881 .
- ^ Равитея, П; Хун, Йи; Витербо, Эмануэле; Бильери, Э (2020). «Эффективное разнообразие модуляции OTFS». Письма IEEE о беспроводной связи . 9 (2): 249–253. дои : 10.1109/LWC.2019.2951758 . hdl : 10230/43231 . S2CID 209766153 .
- ^ Д. Сурабхи, Дж; М. Августин, Р.; Чокалингам, А. (2019). «О разнообразии некодированной OTFS-модуляции в каналах с двойной дисперсией». Транзакции IEEE по беспроводной связи . 18 (6): 3049–3063. arXiv : 1808.07747 . дои : 10.1109/TWC.2019.2909205 . S2CID 90260005 .
- ^ Равитея, П; Т Фан, Хоа; Хун, Йи; Витербо, Эмануэле (2018). «Встроенная оценка доплеровского канала с задержкой для ортогональной частотно-временной пространственно-временной модуляции». 88-я конференция IEEE по автомобильным технологиям (VTC-осень) , 2018 г. стр. 1–5. дои : 10.1109/VTCFall.2018.8690836 . ISBN 978-1-5386-6358-5 . S2CID 116865155 .
- ^ Шен, В; Дай, Л; Ан, Дж; Фан, П; Хит, RW (2019). «Оценка канала для массивного MIMO с ортогональным частотно-временным пространством (OTFS)». Транзакции IEEE по обработке сигналов . 67 (16): 4204–4217. arXiv : 1903.09441 . Бибкод : 2019ITSP...67.4204S . дои : 10.1109/TSP.2019.2919411 . S2CID 85459691 .
- ^ Тадж, Тарадж; Витербо, Эмануэле (2020). «Итерационный эквалайзер с обратной связью по принятию рейк-решения низкой сложности для OTFS-систем с нулевым дополнением». Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 69 (12): 15606–15622. arXiv : 2005.02192 . дои : 10.1109/TVT.2020.3044276 .
- ^ Тадж, Тарадж; Витербо, Эмануэле (2022). «Линейный детектор с разнесением низкой сложности для MIMO-OTFS». Письма IEEE о беспроводной связи . 11 (2): 288–292. arXiv : 2201.11317 . дои : 10.1109/LWC.2021.3125986 .
- ^ Тадж, Тарадж; Витербо, Эмануэле; Хун, Йи (2022). «Общие отношения ввода-вывода и универсальное обнаружение MRC низкой сложности для всех вариантов OTFS» . Доступ IEEE . 2 : 96026–96037. дои : 10.1109/ACCESS.2022.3204999 .
- ^ Прия, Прити; Витербо, Эмануэле; Хун, Йи (2023). «Обнаружение MRC низкой сложности для приемника OTFS с передискретизацией». Транзакции IEEE по беспроводной связи . дои : 10.1109/TWC.2023.3289610 .
- ^ Равитея, П; Хун, Йи; Витербо, Эмануэле (2019). «Производительность OTFS на статических многолучевых каналах». Письма IEEE о беспроводной связи . 8 (3): 745–748. дои : 10.1109/LWC.2018.2890643 . S2CID 96446604 .
- ^ Козек, В.; Молиш, А.Ф. (1998). «Неортогональные формы импульсов для связи с несколькими несущими в каналах с двойной дисперсией» . Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 16 (8): 1579–1589. дои : 10.1109/49.730463 . ISSN 0733-8716 .
- ^ Равитея, П.; Хун, Йи; Витербо, Эмануэле; Бильери, Эцио (январь 2019 г.). «Практические формы сигналов формирования импульсов для OTFS с уменьшенным циклическим префиксом» . Транзакции IEEE по автомобильным технологиям . 68 (1): 957–961. дои : 10.1109/tvt.2018.2878891 . ISSN 0018-9545 . S2CID 58673701 .
- ^ Тивари, С.; Дас, СС (февраль 2020 г.). «Круговая импульсная ортогональная частотно-временная пространственная модуляция» . Электронные письма . 56 (3): 157–160. arXiv : 1910.10457 . Бибкод : 2020ElL....56..157T . дои : 10.1049/эл.2019.2503 . ISSN 1350-911X . S2CID 204837937 .
- ^ Колдербанк, Роберт (октябрь 2022 г.). «Обучение в области задержки-допплера» (PDF) . Duke.edu .
- ^ «Центр передового опыта ВВС» . Герцог Родос II . Проверено 15 октября 2022 г.
- ^ Хадани, Р.; Ракиб, С.; Молиш, А.Ф.; Ибарс, К.; Монк, А.; Цацанис, М.; Делфельд, Дж.; Голдсмит, А.; Колдербанк, Р. (июнь 2017 г.). «Ортогональная частотно-временная модуляция (OTFS) для систем связи миллиметрового диапазона». Международный симпозиум по микроволновому оборудованию (IMS) IEEE MTT-S, 2017 г. стр. 681–683. дои : 10.1109/MWSYM.2017.8058662 . ISBN 978-1-5090-6360-4 . S2CID 24798053 .
- ^ Равитея, П; Т Фан, Хоа; Хун, Йи; Витербо, Эмануэле (2019). «РАДАРные системы на основе ортогонального частотно-временного пространства (OTFS)». Конференция IEEE по радиолокации : 1–6.
- ^ Гаудио, Л; Кобаяши, М; Кайре, Г ; Колаволпе, Дж. (2020). «Об эффективности OTFS для совместной оценки параметров радаров и связи». Транзакции IEEE по беспроводной связи . 19 (9): 5951–5965. дои : 10.1109/TWC.2020.2998583 . S2CID 221590125 .
- ^ Лидстрем, Т.; Свенссон, Т.; Стернад, М. (май 2005 г.). «Влияние доплеровского распространения, зависящего от скорости, на OFDM-системы». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 53 (5): 861–870.
- ^ Джаайди, И.; Анпалаган, А.; Тван, RSL (сентябрь 2014 г.). «Влияние доплеровского сдвига на производительность системы OFDM». 25-й ежегодный международный симпозиум IEEE по персональной, внутренней и мобильной радиосвязи , 2014 г.: 604–609.
- ^ Юнис, А.; Заид, А.; Юнтти, М. (март 2017 г.). «Ортогональная частотно-временная пространственная модуляция для беспроводной связи высокой мобильности». Семинары конференции IEEE по беспроводной связи и сетям 2017 г. (WCNCW) : 1–6.
- ^ Валенсуэла, Р.; Гальван Техада, Грузия (июль 2017 г.). «Ортогональная частотно-временная пространственная модуляция: схема нелинейной модуляции с использованием псевдоунитарной пространственно-временной модуляции». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 65 (7): 3077–3087.
- ^ Юнис, А.; Эльдар, Ю.; Хадани, Р.; Эльдар, Х. (январь 2017 г.). «Ортогональная частотно-временная пространственная модуляция для дисперсионных каналов». Транзакции IEEE по теории информации . 63 (1): 212–234.
- ^ Рибейро, Нью-Мексико; Динис, Р.; Сильва, JC (февраль 2019 г.). «Ортогональное частотно-временное пространство для систем MIMO с высокой мобильностью». Транзакции IEEE в области коммуникаций . 67 (2): 1536–1545.
- ^ Сан, К.; Цзян, Х.; Чжан Л. (февраль 2020 г.). «Энергоэффективное распределение ресурсов для массивных систем Интернета вещей на базе OTFS». Журнал IEEE Интернета вещей . 7 (2): 475–485.
- ^ Т. Датта, С. Мандал, А.А. Датта (декабрь 2019 г.). «Повышение энергоэффективности и справедливости с использованием циклических сверточных кодов в OTFS». 3-я Международная конференция по микроволновой и фотонике (ICMAP), 2019 г .: 1–4.
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ США 8547988 , Хадани, Ронни и Ракиб, Селим Шломо, «Метод связи, использующий ортонормированный частотно-временной сдвиг и формирование спектра», выдан 26 мая 2011 г.
- ^ «Основной доклад саммита по эволюции 6G» . onlinexperiences.com . 12 декабря 2022 г. Проверено 10 февраля 2023 г.
https://amsayeed.files.wordpress.com/2021/09/otfs_vs_stf_gcom21_final.pdf А. Саид, Как частотно-временная пространственная модуляция связана с кратковременной передачей сигналов Фурье?, IEEE Globecom 2021, 7–11 декабря 2021 г., Мадрид . arXiv: 2109.06047.
https://amsayeed.files.wordpress.com/2021/09/otfs_vs_stf_gcom21_final.pdf К. Лю, Т. Кадоус и А. Сайид, Ортогональная частотно-временная передача сигналов по каналам с двойной дисперсией, Транзакции IEEE по теории информации, стр. 2583-2603, ноябрь 2004 г.