🚀 OTFS/OCDM/AFDM 高机动 NTN 对比仿真平台

统一信道建模 · 三体制公平对比 · 双检测器性能评估   支持 OTFS / OCDM / AFDM 一键仿真，输出 BER 曲线与结构化结果文件

📌 为什么需要这个项目？

高机动场景下（高速终端、卫星链路）时延-多普勒扩散显著，传统单波形脚本很难回答“到底哪种体制在当前参数下更稳”。常见问题包括：

🎯 核心价值

🔬 研究价值

• 公平比较框架：同一 NTN 参数下评估 OTFS/OCDM/AFDM。
• 统一检测口径：在每个体制内同时给出 LMMSE 与 MMSE-SD。
• 可解释链路：信道构造、域变换、等效信道、检测与 BER 统计全链路闭环。
• 可复现实验：固定随机种子与固定输出行为，便于重复实验和论文复核。

💼 工程价值

• 模块化结构清晰：入口脚本薄、算法模块独立、工具函数复用。
• 输出可直接集成：图像 + MAT 结构化结果适合后处理与报告自动化。
• 扩展路径明确：新增体制、新增检测器可低耦合接入。
• 维护门槛低：全中文注释与文档，利于团队协作交接。

⚡ 技术亮点

🏗️ 完整工程架构

OTFS-OCDM-AFDM/
 ├── run_unified_comparison.m        # 正式仿真入口（full）
 ├── demo_waveform_showcase.m        # 演示入口（demo）
 ├── src/
 │   ├── default_params.m            # 参数工厂：full/demo 模式
 │   ├── prepare_output_dir.m        # 输出目录准备 + 旧结果清理
 │   ├── run_ocdm_simulation.m       # OCDM 仿真主循环
 │   ├── run_afdm_simulation.m       # AFDM 仿真主循环
 │   ├── run_otfs_simulation.m       # OTFS 仿真主循环
 │   ├── NTN_channels.m              # 通用 NTN 信道矩阵构造
 │   ├── NTN_channels1.m             # AFDM 兼容信道封装
 │   ├── NTN_channels2.m             # OCDM（含CP）兼容信道封装
 │   ├── mmse_sd_detector_unified.m  # MMSE-SD 统一检测器
 │   ├── normalize_channel_matrix.m  # 信道归一化
 │   ├── symbols_to_bits.m           # 符号转比特工具
 │   ├── plot_comparison_results.m   # 曲线绘图与保存
 │   └── print_performance_summary.m # 终端摘要与结构化统计
 └── docs/
     ├── 算法文档.md
     ├── 代码文档.md

🧠 统一仿真内核（关键设计）

1. 统一参数入口： default_params(mode) 生成全局参数，避免体制参数漂移。
2. 统一信道构造思路： NTN_channels 输出时变矩阵，AFDM/OCDM 通过兼容层适配。
3. 统一检测对比：三体制均执行 LMMSE 与 MMSE-SD，结果结构一致。
4. 统一输出策略：固定命名 + 单目录覆盖，利于快速比对“当前版本结果”。

📊 实测性能（full 模式结果）

数据来源： outputs/unified_comparison_results.mat（当前项目实测输出）

LMMSE BER

| SNR (dB) | OCDM      | AFDM                | OTFS                | 最优体制       |

| ---------- | ----------- | --------------------- | --------------------- | ---------------- |

| 0        | 3.150e-01 | 3.073e-01           | 3.071e-01 | OTFS           |

| 4        | 2.299e-01 | 2.165e-01 | 2.171e-01           | AFDM           |

| 8        | 1.469e-01 | 1.254e-01 | 1.268e-01           | AFDM           |

| 12       | 7.530e-02 | 4.730e-02 | 4.740e-02           | AFDM           |

| 16       | 3.080e-02 | 8.200e-03           | 7.900e-03 | OTFS           |

| 20       | 1.370e-02 | 9.000e-04 | 9.000e-04 | AFDM/OTFS 并列 |

MMSE-SD BER

| SNR (dB) | OCDM      | AFDM                | OTFS                | 最优体制 |

| ---------- | ----------- | --------------------- | --------------------- | ---------- |

| 0        | 3.154e-01 | 3.076e-01           | 3.073e-01 | OTFS     |

| 4        | 2.312e-01 | 2.173e-01 | 2.179e-01           | AFDM     |

| 8        | 1.500e-01 | 1.272e-01 | 1.285e-01           | AFDM     |

| 12       | 7.880e-02 | 4.750e-02 | 4.770e-02           | AFDM     |

| 16       | 3.340e-02 | 5.900e-03           | 5.800e-03 | OTFS     |

| 20       | 1.800e-02 | 2.000e-04 | 3.000e-04           | AFDM     |

结论：在当前配置下，AFDM 与 OTFS 在中高 SNR 区间显著优于 OCDM；MMSE-SD 相对 LMMSE 的增益在高 SNR 更明显。

💻 核心实现展示

1) OCDM：Fresnel 域有效信道构造

% 发射端：QAM符号 -> OCDM调制 -> 加循环前缀
 s_qam = qammod(x, params.M, 'UnitAveragePower', true);
 s_ocdm = IFSnT * s_qam;
 s_cp = CP_mtx * s_ocdm;
 
 % 有效信道构造与归一化
 Heff = R_mtx * H * CP_mtx;
 D = normalize_channel_matrix(FSnT * Heff * IFSnT);

2) AFDM：DAFT 域等效信道

% DAFT 变换矩阵
 A = D2 * DFT * D1;
 AH = A';
 
 % 仿射域信道与检测输入
 Y = A * r_time;
 H_daft = normalize_channel_matrix(A * HT * AH);

3) OTFS：DD 域等效化

% OTFS 变换算子
 OP = kron(WH, eye(M));
 
 % 时域信道 -> DD域等效信道
 H_eff = normalize_channel_matrix(OP' * HT * OP);
 r_dd = H_eff * x + w;

4) MMSE-SD：增广系统 + QR 回代

A = [H; reg * eye(n_tx)];
 b = [y; zeros(n_tx, 1)];
 [Q, R] = qr(A, 0);
 z = Q' * b;
 
 for i = n_tx:-1:1
     inter = R(i, i+1:end) * x_hat(i+1:end);
     rhs = z(i) - inter;
     soft_val = rhs / R(i, i);
     x_hat(i) = nearest_constellation(soft_val, constellation);
 end

🔄 端到端调用链

run_unified_comparison / demo_waveform_showcase
         ↓
 default_params(mode)
         ↓
 prepare_output_dir(...)
         ↓
 run_ocdm_simulation
 run_afdm_simulation
 run_otfs_simulation
         ↓
 plot_comparison_results
 print_performance_summary
         ↓
 save(...results, params, summary, plot_paths)

🎬 一键运行

% 进入工程目录
 cd('D:/03_代码库/04.code4sale/OTFS-OCDM-AFDM')
 
 % 快速演示
 run('demo_waveform_showcase.m')
 
 % 正式仿真
 run('run_unified_comparison.m')

📂 输出预览

当前输出目录： outputs/

典型结果文件：

• unified_comparison_results.mat
• ber_comparison_full.png
• ber_comparison_full.fig
• demo_results.mat
• ber_comparison_demo.png
• detector_gain_demo.png

图像示例：

🖥️ 运行环境

• MATLAB：R2020a 或更高版本（建议 R2022a+）
• 依赖函数：
• qammod / qamdemod（通信相关工具箱）
• physconst（物理常量函数）
• 操作系统：Windows / Linux / macOS 均可（路径按系统调整）

🛒 获取方式

本文代码仅为核心片段，完整版工程已整理好。 关注公众号 【 3GPP 仿真实验室】进行获取。