[論文レビュー] OTFS: A New Generation of Modulation Addressing the Challenges of 5G

Ronny Hadani, Anton Monk|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2018

PAPR reduction in OFDM参考文献 9被引用数 92

ひとこと要約

OTFSは、局在化パルスを用いて遅延-ドップラー領域上にQAMシンボルを多重化する2D変調を導入し、レーダーと通信を結びつけ、5Gシナリオでのドップラーとマルチパスに対する頑健性を提供する。

ABSTRACT

In this paper, we introduce a new 2D modulation scheme referred to as OTFS (Orthogonal Time Frequency & Space) that multiplexes information QAM symbols over new class of carrier waveforms that correspond to localized pulses in a signal representation called the delay-Doppler representation. OTFS constitutes a far reaching generalization of conventional time and frequency modulations such as TDM and FDM and, from a broader perspective, it establishes a conceptual link between Radar and communication. The OTFS waveforms couple with the wireless channel in a way that directly captures the underlying physics, yielding a high-resolution delay-Doppler Radar image of the constituent reflectors. As a result, the time-frequency selective channel is converted into an invariant, separable and orthogonal interaction, where all received QAM symbols experience the same localized impairment and all the delay-Doppler diversity branches are coherently combined. The high resolution delay-Doppler separation of the reflectors enables OTFS to approach channel capacity with optimal performance-complexity tradeoff through linear scaling of spectral efficiency with the MIMO order and robustness to Doppler and multipath channel conditions. OTFS is an enabler for realizing the full promise of MUMIMO gains even in challenging 5G deployment settings where adaptation is unrealistic.

研究の動機と目的

• 5G展開におけるドップラーとマルチパスに対して頑健な変調方式の必要性を動機づける。
• OTFSを従来のTDMとFDMの一般化として導入する。
• 局在化パルスを用いた遅延-ドップラー信号表現を提案する。
• OTFSが無線チャネルと結合してすべてのシンボルに対して不変な影響を生み出すことを示す。
• OTFSをレーダー概念とMIMOゲインへ結びつける。

提案手法

• 遅延-ドップラー座標上でQAMを多重化する2次元OTFS変調を提案する。
• 遅延-ドップラー表現における局在化パルスに対応する新しいキャリア波形クラスを使用する。
• OTFSが時間-周波数選択性チャネルを不変で分離可能、直交な相互作用へ変換する方法を説明する。
• シンプレクティック変換とZak変換および遅延-ドップラー変調の概念との関連を説明する。
• OTFSがMIMO秩の増加に対してスペクトル効率を線形に拡張し、ドップラーとマルチパス条件に対して頑健であると論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 OTFSは5Gシナリオで高いスペクトル効率を維持しつつドップラーとマルチパスに対する頑健性を提供できるか？
• RQ2 遅延-ドップラー表現はすべての遅延-ドップラ多様性ブランチのコヒーレント結合をどのように促進するか？
• RQ3 困難な導入環境におけるOTFSとMU-MIMOゲインの理論的な関連は何か？
• RQ4 OTFSはレーダー信号とどのように関連し、チャネル容量に対してどのような含意があるか？
• RQ5 従来のTDM/FDM変調と比較したOTFSの性能と複雑性のトレードオフは何か？

主な発見

• OTFSはチャネルの反射体を高分解能の遅延-ドップラー視点で提供する。
• 時間-周波数チャネルはOTFSにおいて不変で分離可能、直交な相互作用へ変換される。
• 受信されたすべてのQAMシンボルは同じ局在化された障害を経験し、遅延-ドップラー分岐間のコヒーレント結合を可能にする。
• OTFSはスペクトル効率をMIMO秩の増加に対して線形に拡張し、ドップラーとマルチパス条件に対して頑健さを示す。
• OTFSはレーダーと通信の概念的なリンクを提供し、5G展開におけるMU-MIMOゲインの実現を支援する。