[論文レビュー] Comparison of OTFS and OFDM for RIS-aided Systems in the Presence of Phase Noise

Stephen McWade, Arman Farhang|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2026

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ひとこと要約

論文は RIS 支援 OTFS と RIS 支援 OFDM を発振器位相ノイズの下で分析し、 Wiener フィルタに基づく RIS チャンネルと位相ノイズの結合推定法を提案し、位相ノイズ影響下で OTFS が OFDM に対して有意な BER 利得を生むことを示す。

ABSTRACT

In this paper, we investigate the performance of RIS-aided orthogonal time frequency space (OTFS) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems in the presence of oscillator phase noise. OFDM is known to be sensitive to phase noise, which could limit the potential gains promised by RIS systems. OTFS, on the other hand, is a compelling potential waveform for RIS-aided systems in the presence of phase noise due to it's resilience to time-varying channels. However, the effect of phase noise on OTFS has not been fully analyzed in the literature as of yet. Additionally, no existing works in the literature consider the effect of phase noise on an RIS-aided OTFS system. Hence, we propose a joint RIS channel and phase noise estimation technique using a Wiener filtering approach. Our proposed method exploits the statistical nature of both the phase noise and the Doppler spread channel in a setup with RIS. Our numerical analysis demonstrates the significant gain of RIS-aided OTFS offers compared to RIS-aided OFDM in the presence in the presence of phase noise. Additionally, our results demonstrate the superiority of our proposed estimation technique, with gains of up to 3~dB in terms of bit error rate (BER), over existing methods in the literature.

研究の動機と目的

• 位相ノイズと時間変化チャネルに対応するための RIS 支援通信の動機付け。
• RIS 支援システムにおける位相ノイズ下での OTFS と OFDM の性能評価。
• 位相ノイズ推定を含む RIS チャンネルの結合推定技術の開発。
• OTFS が OFDM より BER/NMSE を改善し、既存推定器に対してどの程度優位かを定量化。

提案手法

• 受信機の位相ノイズがある状態で RIS 支援 OTFS および OFDM をモデル化。
• 位相ノイズを伴う RIS チャンネルの遅延-時間および遅延-ドップラー表現を導出。
• 遅延-時間のパイロットを用いた2段階の Wiener フィルタ推定器を提案。
• 有効チャンネルの共分散と自己相関から Wiener フィルタウェイトを計算。
• さまざまな位相ノイズおよびドップラー条件下で NMSE と BER による OTFS と OFDM の性能を比較。

(a) OTFS signal.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 位相ノイズは RIS 支援 OTFS および RIS 支援 OFDM の性能にどのような影響を与えるか。
• RQ2 位相ノイズ下でのチャネル推定精度を改善するための RIS チャンネルと位相ノイズの結合推定手法は有効か。
• RQ3 位相ノイズのある RIS 環境で OTFS は OFDM に対して実測可能な BER/NMSE の利得を提供するか。
• RQ4 提案推定器は RIS 支援 OTFS/OFDM における BEM やスプラインベース法と比較してどうか。

主な発見

• 位相ノイズ下の RIS 支援システムで OTFS は一貫して OFDM を上回り、いくつかのシナリオで BER 利得は2桁のオーダーになる。
• 提案された Wiener フィルタ推定器は、特定の BER 指標で既存法より最大で約 3 dB BER 利得をもたらす。
• BEM ベースのアプローチは位相ノイズが高くなると劣化する一方、提案手法はよりロバスト。
• 符号化済み (16-QAM, 1/2 レート) シナリオでは、RIS-OTFS が RIS-OFDM に比べ約1桁の BER 改善を示す。
• RIS-OTFS は RIS 要素数の変動に対しても有意な性能優位を維持するが、理想的な場合と比較すると位相ノイズにより劣化する。

(b) OFDM signal.