AFDM 与信号处理：论文阅读
一、前言
论文信息
- 题目: Affine Frequency Division Multiplexing: Extending OFDM for Scenario-Flexibility and Resilience
- 来源: IEEE Wireless Communications (Early Access)
- 链接: https://ieeexplore.ieee.org/document/11204797
作为下一代无线网络中备受关注的多载波方案，AFDM（仿射频分复用）在应对高移动性场景下的信道挑战方面展现出独特优势。本文旨在梳理其核心思想，对比其与 OFDM、OTFS 的关系，并分析其技术细节与应用前景。
二、摘要
下一代无线网络需支持车对车（V2V）、无人机（UAV）及卫星网络等多种动态场景。传统 OFDM 在严重多普勒扩展下会产生破坏性的子载波间干扰（ICI）。AFDM 作为一种基于啁啾的波形，具备两个可调参数，能在双重扩散信道（DDC）中实现最优分集阶。文章阐述了其基本原理、潜在应用、面临的挑战及解决方案，并提出了未来研究方向。
三、引言
1. 应用场景与挑战
NG 无线网络需满足超可靠、广覆盖需求，如 V2V、UAV 和卫星网络。在高移动性场景下，严重的多普勒扩展会破坏 OFDM 子载波的正交性。随着频段升高，多普勒效应更显著，补偿 ICI 不再是永久方案。因此，需要一种能适应双重扩散信道（DDC）的新型空中接口。
2. 新型波形演进
近年来出现了多种新波形。正交时频空间（OTFS）通过在 DD 域内使用离散 Zak 变换捕获准静态特性；正交啁啾分复用（OCDM）基于离散 Fresnel 变换。AFDM 则是一种基于啁啾的多载波波形，利用离散仿射傅里叶变换（DAFT）调制符号。相比 OTFS，AFDM 具有更低的信道估计和多用户复用开销。
3. 通俗理解
可以将 AFDM 想象成一个'可变形的超级 OFDM'。传统 OFDM 像固定在方格纸上写字，高速移动导致字迹模糊（干扰）。AFDM 使用频率滑动的线性调频信号（Chirp），并带有两个可调节参数。通过调节旋钮，将杂乱干扰在数学域里梳理成整齐排列的路径。这不仅让信号稳定（获得最优分集增益），还比 OTFS 更省资源，特别适合解决双色散信道下的通信难题。
四、双重扩散信道中的挑战
无线信道中通常同时存在延迟扩散（多径）和多普勒扩散（移动性）。
- 单载波调制 (SCM): 仅在延迟扩散时引入符号间干扰（ISI），可通过保护间隔和均衡补偿；仅有多普勒扩散时产生快衰落，但无 ISI。
- OFDM: 在延迟扩散下表现良好（元素乘法输入输出关系）；但在多普勒扩散下，子载波分布导致严重 ICI。
- 双重扩散信道 (DDC): FDIR（频域脉冲响应）随频率变化，导致导频估计失效，传统 OFDM 无法有效管理此类干扰。
五、AFDM 的基本原理
1. 从 OFDM 到 AFDM
AFDM 采用精心设计的啁啾信号作为子载波。通过逆离散仿射傅里叶变换（IDAFT），将 N 个信息符号复用到 N 个正交的啁啾子载波上。
关键参数 c1 和 c2 决定了信号的时频分布：
c1: 与时间 n²相关，决定所有啁啾子载波共享的数字啁啾速率。c2: 与子载波索引 m²相关，影响每个子载波的初相位。
AFDM 的啁啾子载波即使受到延迟或多普勒偏移，仍能保持其啁啾特性。这种时频跨域特性使其能同时感知 DDC 的延迟和多普勒偏移。
2. 收发流程
- 发射: 数据符号映射到 DAFT 域，附加导频符号。
- 变换: 执行 IDAFT 操作得到离散时域信号。
- 前缀: 附加啁啾周期前缀（CPP），作用类似 OFDM 的循环前缀（CP），时长需大于等于 DDC 的最大延迟偏移。
