Т.Б. Хук1, А.Л. Гельгор2
1, 2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия) 1 huk.tb@edu.spbstu.ru; 2 agelgor@spbstu.ru

Постановка проблемы. В системах мобильной связи следующих поколений предполагается применение технологии FBMC/OQAM с предварительной обработкой OTFS (FBMC/OQAM-OTFS) [1–7], обладающей следующими ключевыми преимуществами: относительно низкий уровень внеполосных излучений (Out-of-Band Emission, OOBE); повышенная спектральная эффективность из-за отсутствия циклического префикса; относительно высокая помехоустойчивость в условиях высоко-динамичных каналов. Вместе с тем при внедрении технологий OTFS и FBMC/OQAM-OTFS возникает задача оценки канала в области задержки-Доплера (Delay-Doppler, DD), обусловленной межлучевой интерференцией (Inter-Path Interference, IPI) в области DD из-за ограниченного разрешения. К алгоритмам оценки канала в области DD относятся алгоритм на основе порогового значения и так называемые двухэтапные алгоритмы. Для алгоритма на основе порогового значения из-за IPI параметры путей могут быть оценены некорректно, что приведет к ухудшению помехоустойчивости приема сигналов. В двухэтапных алгоритмах полученные на первом этапе параметры сигнальных путей уточняются на втором. При этом задача уточнения оценок формулируется как оптимизационная задача, для решения которой применяют различные алгоритмы, например, квазиньютоновский метод (Quasi-Newton) и алгоритм Бройдена–Флетчера–Гольдфарба–Шанно с ограниченной памятью (Limited memory Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno, L-BFGS). Однако существующие на сегодняшний день алгоритмы оценки канала основаны на методах решения оптимизационных задач, по своей сути предназначенных для поиска локального, а не глобального решения, что часто приводит к сходимости процесса решения к локальному экстремуму и таким образом снижает точность оценки параметров канала. Напротив, генетический алгоритм (ГА) является эффективным инструментом поиска глобального решения задачи оптимизации.

Цель. Рассмотреть возможность повышения помехоустойчивости приема сигналов FBMC/OQAM-OTFS в сценариях с высоко-динамичными каналами за счет применения ГА для уточнения параметров лучей, по которым сигнал распространяется
в канале.

Результаты. Для технологии FBMC/OQAM-OTFS разработан двухэтапный алгоритм оценки канала в области DD, базирующийся на ГА. С применением разработанной в среде MatLab имитационной модели системы передачи информации, использующей сигналы FBMC/OQAM-OTFS, проведено исследование помехоустойчивости приема сигналов с FBMC/OQAM-OTFS с использованием предложенного алгоритма в условиях от умеренно- до высокодинамичных каналов. Проведено сравнение помехоустойчивости приема сигналов, достигаемой при различных параметрах ГА. Показано, что при корректном выборе параметров ГА предложенный алгоритм оценки канала обеспечивает значительный выигрыш в помехоустойчивости по сравнению с другими известными алгоритмами: энергетические потери при применении предлагаемого алгоритма для сигналов FBMC/OQAM-OTFS по сравнению со случаем идеальной оценки канала не превышают 0,5 дБ для стандартных многолучевых профилей (EPA, EVA и ETU) для условий умеренно- и высокодинамичных каналов, в то время как другие алгоритмы демонстрируют в этих сценариях существенно бо́льшие энергетические потери.

Практическая значимость. Полученные результаты свидетельствуют о преимуществе технологии FBMC/OQAM-OTFS при использовании в системах мобильной связи 5G NR и последующих поколений при работе в специфических условиях высоко-динамичных каналов.

Хук Т.Б., Гельгор А.Л. Двухэтапный алгоритм оценки канала на основе генетического алгоритма для FBMC/OQAM-технологии с предварительной OTFS-обработкой // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 3. С. 41−52. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202603-04

1. Hammoodi L. Audah. Green coexistence for 5G waveform candidates: A review // IEEE Access. 2019. vol. 7. P. 10103−10126.
2. Hadani R. et al. Orthogonal time frequency space m odulation // IEEE Wireless Co mmunications and Networking Conference (WCNC). 2017.
3. Xiao L. et al. An overview of OTFS for internet of things: concepts, benefits, and challenges // IEEE Int ernet of Things Journal. 2022. V. 9. № 10. P. 7596−7618.
4. Zhiqiang Wei, et al. Orthogonal time-frequency space modulation: a promising next-ge neration waveform // IEEE Wireless Communications. 2021. V. 28. № 4. P. 136−144.
5. Junior R.P. et al. A two-dimensional FFT precoded filter bank scheme // IEEE Tran sactions on Wireless Communications. 2023. V. 22. № 11. P. 8366−8377.
6. Khuc et al. Channel estimation and equalization for OTFS systems over hig h-mobility channels // 2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). St. Petersburg. Russian Federation. 2023. P. 205−208.
7. Bhat V.S. et al. Input-output relation and performance of RIS-Aided OTFS with f ractional delay−Doppler // IEEE Communications Letters. 2023. V. 27. № 1. P. 337−341.
8. Raviteja P. et al. Embedded pilot-aided channel es timation for OTFS in delay–Dopp ler channels // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2019. V. 68. № 5. P. 4906−4917.
9. Zhou M. et al. Iterative channel estimation for OTFS systems based on low-PAPR hybrid superimposed pilots // IEEE Communications Letters. 2024. V. 28. № 8. P. 1939−1943. 1
10. Lee H.-G. et al. Single-tone-based channel estimation method for OTFS systems // IEEE Transactions on Communications. 2025. V. 73. № 3. P. 1638−1651. 1
11. Hashimoto N. et al. Channel estimation and equaliza tion for CP-OFDM-based OTFS in fractional Doppler channels // 2021 IEEE Inter- national Conference on Communications Workshops (ICC Workshops). 2021. 1
12. Khan A., Mohammed S.K. A low-complexity OTFS channel estimation method for fractional delay-Doppler scenarios // IEEE Wireless Communications Letters. Sept. 2023. V. 12. № 9. P. 1484−1488. 1
13. He X. et al. A Two-stage channel estimation algorithm for OTFS in fractiona l Doppler channels // IEEE Communications Letters. 2023. V. 27. № 7. P. 1839−1843. 1
14. Jia et al. Low complexity doubly fractional OTFS channel estimation based on L-BFGS method // Proc. IEEE Wireless Commun. Netw. Conf. (WCNC). Glasgow. U.K. 2023. P. 1–6. 1
15. Yang Y. et al. An OTFS channel estimation scheme based on iterative path peak search and inter-path interference mitigation // IEEE Wireless Communications Letters. July 2024. V. 13. № 7. P. 1828−1832. 1
16. Seyed Mahmoud Pishvaei et al. Design and performance evalua tion of FBMC-based Orthogonal Ti me–Frequency Space (OTFS) system // Physical Communication. 2022. V. 53. Р. 101723. 1
17. Man K.F. et al. Genetic algorithms: concepts and applications [in engineering design] // IEEE Transacti ons on Industrial Electronics. 1996. V. 43. № 5. P. 519−534. 1
18. Hong Y. et al. Delay-Doppler communications: principles and applications. Elsevier. 2022. 1
19. Гельгор А.Л., Горлов А.И., Нгуен В.Ф. Повышение спектральной и энергетической эффективности сигнало в SEFDM путем использования оптимальных импульсов в качестве формы спектров поднесущих // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 1. С. 49−56. 2
20. Гельгор А.Л., Тан Н.Ф.Х. Синтез спектрально-эффективных сигналов при наличии ограничения в виде спектральной маски // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 12. С. 49−57. DOI: 10.18127/j00338486-201812-06. 2
21. Макаров С.Б., Завьялов С.В. Оптимизация спектрально-эффективных многочастотных неортогональных сигналов // Радиотехника. 2016. Т. 80. № 12. С. 121−133. 2
22. Ван Н.Ф., Гельгор А.Л., Тан Н.Ф.Х. Преодоление спектральной эффективности сигналов OFDM путем ис пользования оптимальных импульсов и применения алгоритма демодуляции M-BCJR // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 12. С. 95 −102. DOI: 10.18127/j00338486-201812-12. 2
23. Рашич А.В., Горбунов С.В., Урванцев А.С. Помехоустойчивость приема SEFDM-сигналов в канале с частотно- селективными рэлеевскими замираниями // Радиотехника. 2018. Т. 82. № 1. С. 57−62.