OTSM 链路级仿真（ZP / CP / Anchor-Aided）

高速时变信道 OTSM 链路级仿真平台

延迟-序列域建模 + WHT 统一框架 + 可复现实验评估

OTSM 延迟-序列域 WHT 高速多普勒

📌 为什么选择

高速多普勒与长时延使传统时频调制出现 ICI/ISI 与误码地板。平台以延迟-序列域与矩阵化信道统一建模，提供 ZP/CP/AA 的可对比链路评估。

痛点	方案
高速多普勒引发 ICI/ISI	延迟-序列域建模 + LMMSE 均衡
长时延扩展导致跨块干扰	ZP/CP 保护机制统一评估
保护与锚点开销难量化	原始/有效吞吐量分离统计
指标复现与对比困难	固定种子与统一统计流程
参数敏感性难解释	时延/速度扫描与对比曲线

🎯 核心价值

🔬 学术研究价值

聚焦 OTSM 变换与时变信道建模的可解释推导。

• 延迟-序列域建模
• WHT 正交性证明
• 时变信道矩阵化
• 指标统一定义

💼 工程应用价值

面向 MATLAB 链路级仿真的可复现评估流程。

• 模块化链路流程
• 可复现实验配置
• 绘图与敏感性分析
• 轻量依赖集成

⚡ 技术亮点

🌊 OTSM vs 传统时频调制

特性	传统方案	本方案
变换域	FFT/SFFT 时频域	WHT 延迟-序列域
多普勒鲁棒性	高速下性能下降	矩阵化均衡抑制
保护机制	单一 CP 或固定结构	ZP/CP/锚点统一比较
均衡方法	依赖时频估计	LMMSE 统一求解
可视化解释	时频能量图	延迟-序列域热力图

📊 性能指标（实测数据）

数据来源：sim/plot/out/link_sweep.mat，CDL-D，fc=4 GHz，v=300 km/h，SNR=-2:2:8，帧数=200。

场景	基线	本方案	结论
SNR=-2 dB	CP-OTSM BER=2.177e-1	ZP-OTSM BER=7.112e-2	ZP 明显更低
SNR=0 dB	CP-OTSM BER=1.645e-1	ZP-OTSM BER=3.305e-2	ZP 显著更优
SNR=4 dB	CP-OTSM BER=6.341e-2	ZP-OTSM BER=1.938e-3	ZP 数量级优势
SNR=8 dB	CP-OTSM BER=9.012e-3	ZP-OTSM BER=4.340e-6	高 SNR 优势稳定

🎯 时延/多普勒敏感性

该专项用于解释参数变化对 BER 的趋势影响，便于教学与对比分析。

参数	配置	性能
时延扩展	30/100/300/800 ns	BER 随扩展上升
速度	60/120/240/360/480 km/h	BER 随速度上升
保护长度	固定 L_g=4	吞吐与鲁棒折中

🖥️ 运行环境

环境面向 MATLAB 链路级仿真，兼容 5G 信道工具箱。

• 语言：MATLAB（建议 R2023b 或以上）
• 依赖：5G Toolbox，Communications Toolbox（可选）
• 硬件：常规 CPU，建议 ≥16GB 内存

📁 项目结构

OTSM/ ├── sim/                 # 仿真与可视化 │   ├── plot/            # 演示图生成脚本 │   ├── plot/utils/      # 绘图样式与保存 │   └── plot/out/        # 曲线与中间数据输出 ├── src/otsm/            # 核心算法模块 │   ├── otsm_run_snr_sweep.m   # SNR 扫描主流程 │   └── otsm_simulate_frame.m  # 单帧链路仿真 └── docs/                # 文档体系     ├── 算法文档.md       # 原理与公式推导     └── images/          # 文档图示目录

📄 文档体系

文档覆盖算法原理、代码结构与实验输出说明。

📘 算法文档

给出 OTSM 变换、信道矩阵与均衡公式的系统推导。

📒 代码文档

描述核心模块职责、数据流与输入输出结构。

💻 核心代码展示

🔥 SNR 扫描主流程

说明：该模块负责批量统计 BER 与吞吐量，形成主曲线数据。

# 读取并校验配置参数 # 遍历 SNR 与帧数并累计统计量 # 输出 BER 与吞吐量序列

🌟 单帧链路仿真

说明：该模块完成调制、信道、均衡与判决的闭环流程。

# 生成比特并映射到延迟-序列域 # 调制并通过 CDL 信道与加噪 # 均衡解调并统计误码

🚀 信道矩阵与均衡

说明：该模块构建时变信道矩阵并执行 LMMSE 求解。

# 由路径增益与滤波器构造时变矩阵 # 形成线性方程并求解均衡结果 # 输出估计符号序列

🎬 一键运行

# 启动 MATLAB 并初始化工程路径 # 配置参数并执行 SNR 扫描 # 运行演示图脚本输出图表

📸 演示图片预览

图片覆盖链路指标与可解释性视图，便于教学与对比分析。

🛒 获取方式

📚 参考文献

1. R. Hadani et al., “Orthogonal time frequency space modulation,” IEEE WCNC, 2017.
2. P. Raviteja et al., “Interference cancellation and iterative detection for OTFS,” IEEE Transactions on Wireless Communications, 2018.
3. 3GPP TR 38.901, “Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz,” 2020.
4. S. K. Mohammed, “OTFS: A mathematical foundation,” arXiv:2302.08696, 2023.
5. F. J. MacWilliams and N. J. A. Sloane, “The Theory of Error-Correcting Codes,” North-Holland, 1977.