【OFDM通信】多种调制比较OFDM OFDM-IM OCDM SCMA OTFS ACO-OFDM ACO-OTFS ACO-OCDM ACO-OFDM-IM ACO-SCMA附Matlab

原创于 2025-11-11 11:47:15 发布 · 747 阅读

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🔥 内容介绍

对 OFDM、OFDM-IM、OCDM、SCMA、OTFS 及其 ACO（非对称限幅）光通信变体的核心特性、优缺点及适用场景的系统性比较，从调制原理、性能指标到应用场景进行全面解析。

一、技术核心原理与特性

1. 射频（RF）通信技术

技术	核心原理	信号特性	关键创新点
OFDM	正交频分复用：将信道划分为 N 个正交子载波，并行传输低速数据流，通过 IFFT/FFT 实现调制解调。	复值信号	利用子载波正交性抗多径干扰，适合宽带传输。
OFDM-IM	OFDM + 索引调制：除子载波幅度 / 相位外，通过 “子载波激活状态”（如每组选 4 个活跃子载波）传递额外比特。	复值信号	引入 “索引信息” 提升频谱效率，降低峰均比（PAPR）。
OCDM	正交码分复用：基于离散 chirp 傅里叶变换（DAFT），用正交码对数据扩频，通过码分区分信息。	复值信号	码域正交性抗干扰，适合多用户场景。
SCMA	稀疏码分多址：多用户共享资源块，通过稀疏码本（非正交）映射数据，接收端用消息传递算法（MPA）解调。	复值信号	非正交多址，支持过载传输（用户数 > 资源数），提升频谱效率。
OTFS	正交时频空调制：在时延 - 多普勒域（而非传统时频域）映射数据，通过 ISFFT/SFFT 实现域转换。	复值信号	将多径信道转化为平坦衰落，抗高速移动中的多普勒扩展能力强。

2. ACO 光通信变体（适用于强度调制，信号需非负实值）

技术	核心原理（基于原技术的光适配）	信号特性	光通信适配关键处理
ACO-OFDM	基于 OFDM，通过频域 Hermitian 对称性保证时域实信号，限幅负分量（`tx(tx<0)=0`）实现非负。	实值非负信号	仅使用部分子载波（如偶数子载波）传递信息，负分量直接丢弃，牺牲部分频谱效率。
ACO-OTFS	基于 OTFS，时延 - 多普勒域数据满足 Hermitian 对称，IFFT 后限幅负分量。	实值非负信号	仅在部分时频资源承载信息，限幅后保留非负分量。
ACO-OCDM	基于 OCDM，chirp 扩频后通过频域对称保证实信号，限幅负分量。	实值非负信号	码分复用基础上添加非负约束，抗干扰能力略有下降。
ACO-OFDM-IM	基于 OFDM-IM，索引调制 + 子载波激活状态传递信息，限幅负分量。	实值非负信号	索引信息与子载波激活结合，限幅对索引检测影响较小。
ACO-SCMA	基于 SCMA，稀疏码本设计为实值，限幅负分量实现非负，多用户共享光资源。	实值非负信号	码本简化为实值，接收端需适配限幅带来的非线性失真。

二、关键性能指标对比

指标	OFDM	OFDM-IM	OCDM	SCMA	OTFS	ACO-OFDM	ACO-OTFS	ACO-OCDM	ACO-OFDM-IM	ACO-SCMA
频谱效率	中	高（+ 索引）	中	高（过载）	中	低（限幅损失）	低	低	中（索引补偿）	中
抗噪声性能（BER）	优	优（略低于 OFDM）	中	中（多用户干扰）	优（高速移动）	差（限幅损失）	差	差	中	差
抗多径能力	优（CP 对抗）	优	优（码分）	中	极优（时延 - 多普勒域平坦）	优（继承 OFDM）	优（继承 OTFS）	优（继承 OCDM）	优	中
抗多普勒扩展	差	差	中	中	优	差	优（继承 OTFS）	中	差	中
峰均比（PAPR）	高	低（激活子载波少）	中	中	中	低（限幅后）	低	低	低	低
实现复杂度	低（IFFT/FFT）	中（索引检测）	中（DAFT）	高（MPA 解调）	高（ISFFT/SFFT）	低（限幅简单）	高	中	中	高

三、适用场景对比

技术	典型应用场景	核心优势适配点
OFDM	4G/5G、WiFi（如 IEEE 802.11n/ac）	抗多径能力强，适合中低速移动宽带传输。
OFDM-IM	物联网（IoT）、低功耗通信	低 PAPR + 较高频谱效率，适合终端功耗受限场景。
OCDM	卫星通信、抗干扰军用通信	码分正交性抗干扰，适合复杂电磁环境。
SCMA	5G/6G 超密集组网（海量用户接入）	非正交多址支持过载传输，提升用户接入密度。
OTFS	高铁、无人机等高速移动场景	时延 - 多普勒域处理，有效对抗高速移动中的多普勒扩展和多径衰落。
ACO-OFDM	可见光通信（VLC）、短距离光无线通信	结构简单（无需直流偏置），适合低成本光强度调制场景（如室内照明通信）。
ACO-OTFS	高速移动光通信（如车载可见光通信）	继承 OTFS 抗高速移动优势，适配光强度调制。
ACO-OCDM	光无线多用户通信（如室内多设备光接入）	码分复用支持多用户，限幅处理适配光传输。
ACO-OFDM-IM	低速率光传感通信	索引调制减少子载波激活数量，降低光发射功率，适合传感场景。
ACO-SCMA	光接入网（如无源光网络 PON 的多用户复用）	非正交多址提升光资源利用率，支持多用户共享光纤 / 光载波。

四、核心结论

射频技术选择：
- 中低速场景（如 WiFi、固定宽带）优先选OFDM（成熟稳定）；
- 高用户密度场景（如 6G 密集组网）选SCMA（过载传输）；
- 高速移动场景（如高铁通信）选OTFS（抗多普勒扩展）；
- 低功耗场景（如 IoT）选OFDM-IM（低 PAPR）。
光通信技术选择：
- 低成本短距离场景（如室内 VLC）选ACO-OFDM（实现简单）；
- 高速移动光场景（如车载光通信）选ACO-OTFS（抗移动性）；
- 多用户光接入场景选ACO-SCMA或ACO-OCDM（提升用户容量）。
ACO 变体与原技术的权衡：ACO 变体为适配光通信的非负强度调制，通过限幅牺牲了部分频谱效率和抗噪声性能，但保留了原技术的抗多径 / 多用户能力，适合无法传输复值信号的光物理层。

通过上述对比可见，每种技术均针对特定场景优化，实际应用中需结合传输环境（如移动速度、噪声水平）、资源约束（如频谱、功率）和成本需求综合选择。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

SNR_dB = 0:2:20; % SNR range

numSymbols = 5000; % Number of symbols per SNR point

% Multipath channel parameters

channelTaps = [0.8, 0.05, 0.1]; % Channel tap gains

maxDelay = length(channelTaps)-1; % Maximum delay in samples

cp_len = maxDelay; % Cyclic prefix length

% Equalization parameters

equalizationType = 'MMSE'; % 'ZF' or 'MMSE'

estimateChannel = 1; % Channel estimation flag

%% Optical-Specific Parameters

% OFDM-IM Parameters (for DCO/ACO-OFDM-IM)

group_size = 8; % Subcarriers per group

active_per_group = 4; % Active subcarriers per group

numGroups = N / group_size;

% SCMA Parameters (for DCO/ACO-SCMA)

scma_users_optical = 2; % Number of users

scma_resources_optical = 4; % Number of resources

scma_codebooks_optical = { % SCMA codebooks (real-valued for optical)

[1, -1, 0.5, -0.5]; % User 1

🔗 参考文献

[1] Bomfin R , Chafii M , Nimr A ,et al.A Robust Baseband Transceiver Design for Doubly-Dispersive Channels[J].IEEE Transactions on Wireless Communications, 2021, PP(99):1-1.DOI:10.1109/TWC.2021.3062263.