Performance evaluation of OTFS modulation with Out-Of-Band (OOB) power reduction

Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) modulation has become a valid alternative to OFDM when working in high mobility conditions, thanks to the possibility of separating and equalizing the different contributions of multi-path. Minor attention, however, has been paid to the out of band (OOB) behaviour of such modulation and the possibility to reduce emissions outside the signal bandwidth. In this work we first introduce the representations of a linear time-variant channel, explaining the causes of OFDM breakdown; secondly we detail the functioning of OTFS modulation and we illustrate the steps that are involved in the practical implementation of two different OTFS versions: Multi-Carrier OTFS and Zak-OTFS. After that we propose a windowing method based on raised cosine windowing which is able to diminish the OOB emissions of multi-carrier OTFS and analyze the repercussions that shaping filters have on Zak-OTFS spectrum. Finally we compare the results obtained in simulations with those coming from practical measurements.

La modulazione Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) sta diventando sempre più una valida alternativa all’OFDM quando si lavora in canali ad alta mobilità, grazie alla possibilità di separare ed equalizzare i diversi contributi dovuti al multi-path. Poca attenzione, tuttavia, è stata prestata al comportamento fuori banda di tale modulazione e alla possibilità di ridurre le emissioni OOB. In questo lavoro vengono all’inizio introdotte le varie rappresentazioni di un canale lineare tempo-variante, spiegando le cause che portano ad un calo delle performance dell’OFDM; in secondo luogo viene introdotta la tecnica OTFS, dettagliando i passi coinvolti nell’implementazione pratica del paradigma secondo due schemi diversi: l’OTFS multi-portante e la Zak-OTFS. Dopo ciò viene proposto un metodo di finestratura basato sulla finestratura a coseno rialzato, che è in grado di diminuire le emissioni fuori banda dell’OTFS a portante multipla e vengono analizzati gli effetti che i filtri di pulse shaping hanno sullo spettro della Zak-OTFS. Infine i risultati ottenuti dalle simulazioni sono confrontati con quelli acquisiti da un reale analizzatore di spettro.