基于边带信息功率分配的SLM算法研究

杜佩艳，林青松

(河南科技大学电子信息工程学院，河南 洛阳 471003)

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术具有抗多径干扰、高频谱利用率、可实现无线数据高速传输等优点。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)可以获得很高的分集增益或容量增益。在高速数据无线通信中将两种技术结合而成的MIMO-OFDM具有高效的频谱利用率和良好的抗多径衰落性能，目前已成为4G移动通信系统中极具前景的备选方案。但是，与OFDM系统一样，MIMO-OFDM系统本质上也是多载波结构，同样存在高峰均功率比(PAPR)的问题［1-5］。

在各种降低MIMO-OFDM系统峰均比的技术中，由于SLM技术不会产生任何信号畸变，受到了广泛的关注。边带信息(SI)的传送是SLM方法的一个重点问题，边带信息的错误检测将会导致严重的误码率。因此保护边带信息在SLM算法中很有必要。本文对降低MIMO-OFDM系统峰均比的SLM算法进行了研究，采用V-BLAST系统，提出了边带信息功率分配技术，通过为边带信息分配合适的功率来提高SLM算法的性能。

1 OFDM信号的峰均比

一个载波数为N的OFDM信号可以表示为［6-7］

式中:Ts为信号持续时间;fk=k/Ts。

离散OFDM信号的峰均比(PAPR)可以表示为

式中:n表示第n个子载波;xn表示经过IFFT运算之后得到的输出信号。

2 选择性映射(SLM)技术

选择性映射(SLM)的基本思想是用M个统计独立的向量表示同样的信息，选择其时域信号具有最小PAR值的一路进行传输。OFDM系统发射机内的信号可表示为xk=IFFT［Xn］，n，k=0，1，…，N －1 。假设存在M 个不同的长度为N的随机相位序列矢量

式中:m=1，2，…，M;P(m)i=exp(jφ(m)i)，φ(m)i在［0，2π］内均匀分布。利用这M个相位矢量分别与IFFT的输入序列X进行点乘，可以得到M个不同的输出序列X(m)，即

对所得到的M个序列X(m)分别进行IFFT计算，对应得到 M 个不同的输出序列 x(m)= ［x(m)0，x(m)1，…，x(m)N－1］。最后在给定PAR门限值的条件下，从这M个时域信号序列内选择PAR值最小的用于传输［6］。

3 边带信息(SI)功率分配技术

在SLM技术中，边带信息的错误检测将会导致严重的误码率，因此需要对边带信息加以保护。文中通过为边带信息分配更多的功率来对其进行保护。在总功率一定的情况下，这种方法只会稍微降低其他子载波的功率。

在文献［2］中，SLM技术的误码率可以表示为

式中:Pe，SI≈PblbV是边带信息的误码率，V表示SLM序列数。

V-BLAST系统的误码率可以表示为［8］

为了得到ZF检测下V-BLAST系统近似的误码率，采用如下功率分布

则ZF检测下V-BLAST系统误码率可以近似表示为

由此，式(5)可以表示为

对于边带信息功率分配技术，例如为边带信息分配2倍的功率，式(10)可以表示为

4 仿真及分析

采用MATLAB仿真工具［9］，仿真分析了极小化极大准则下并发SLM的互补累计函数特性，如图1所示，V=4，发送天线数目 Mt分别为 2，4，6，采用 OFDM-QPSK，极小化极大准则，过采样因子L=4，子载波数目N=64。由于调制方式对CCDF特性影响不大，所以此性能分析也适用于其他调制方式。由图1可以看出，CCDF性能随着天线数目增加而变差。

图1 极小化极大准则下并发SLM的互补累计函数

图2是使用文中所提方法的误码率性能，仿真时采用V=4，Mt=Mr=2和Mt=Mr=4，PSI表示为边带信息分配的功率。例如PSI=2，表示给边带信息分配2倍的功率。

图2 OFDM-16QAM边带信息功率分配下并发SLM误码率性能

图3仿真分析了PSI为1～4时的误码率情形，信噪比SNR的选取范围是20～30 dB，调制方式为 OFDM-16QAM，且Mt=Mr=2。当PSI=2和PSI=3时的误码率性能相近;当PSI=4时，误码率性能变差，是因为给边带信息过多地分配功率导致传输信号功率降低，由此可见，不能无限制地增加边带信息的功率分配。

图3 图2的局部放大图

图4是边带信息功率分配PSI与误码率的关系，调制方式为16QPSK，SNR=15 dB，从仿真图可以看出，PSI=2是边带信息功率分配的最佳方案。

图4 边带信息功率分配PSI与误码率的关系

图5是文中所提方法的互补累积函数(CCDF)性能，由图可知，该方法对CCDF的性能基本没有改善。

图5 边带信息功率分配下互补累积函数(CCDF)性能

5 小结

文中对降低MIMO-OFDM系统峰均比的SLM算法进行了研究，提出了边带信息功率分配技术，通过为边带信息分配更多的功率来保护边带信息。研究表明，该方法能有效提高系统的误码率性能。

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