[论文解读] 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

PAPR reduction in OFDM被引用 0

一句话总结

这篇论文在存在振荡器相位噪声的情况下，分析了 RIS 辅助的 OTFS 与 RIS 辅助的 OFDM，并提出基于维纳滤波的联合 RIS 通道与相位噪声估计方法，结果显示在相位噪声影响下，OTFS 相对于 OFDM 可以带来显著的 BER 提升。

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.

研究动机与目标

• 推动 RIS 辅助通信以应对相位噪声与时变通道。
• 在 RIS 辅助系统中评估相位噪声下 OTFS 与 OFDM 的性能。
• 开发联合 RIS 通道与相位噪声的估计技术。
• 量化 OTFS 相对于 OFDM 的 BER/NMSE 改善，以及相对于现有估计器的改进。

提出的方法

• 在接收端相位噪声存在的情况下对 RIS 辅助的 OTFS 与 OFDM 进行建模。
• 推导带有相位噪声的 RIS 通道的时延-时间与时延-多普勒表示。
• 提出基于两阶段维纳滤波的通道估计器，使用时延-时间导频。
• 通过有效通道的互相关与自相关计算维纳滤波权值。
• 在不同的相位噪声与多普勒条件下，通过 NMSE 与 BER 比较 OTFS 与 OFDM 的性能。

(a) OTFS signal.

实验结果

研究问题

• RQ1 相位噪声如何影响 RIS 辅助的 OTFS 与 RIS 辅助的 OFDM 性能？
• RQ2 联合 RIS 通道与相位噪声估计方法是否能在相位噪声下提高通道准确性？
• RQ3 在带有相位噪声的 RIS 场景中，OTFS 是否相对于 OFDM 提供可观的 BER/NMSE 提升？
• RQ4 所 proposed 估计器与 BEM 与样条基方法在 RIS 辅助的 OTFS/OFDM 中的对比如何？

主要发现

• 在存在相位噪声的 RIS 辅助系统中，OTFS 始终优于 OFDM，在某些情景下 BER 提升可达两个数量级。
• 所提出的基于维纳滤波的估计器在某些 BER 目标下相较现有方法可带来多达 3 dB 的 BER 提升。
• 在较高相位噪声水平下，基于 BEM 的方法性能下降，而所提出的方法更具鲁棒性。
• 在编码（16-QAM，1/2 码率）情景中，RIS-OTFS 与该估计器相比 RIS-OFDM 的 BER 大约提升一个数量级。
• RIS-OTFS 在不同数量的 RIS 元件下仍保持显著的性能优势，尽管与理想情况相比由于相位噪声而有所劣化。

(b) OFDM signal.