基于SLM无边带信息传输的低复杂度改进方案

　　摘  要： 针对SLM方法计算复杂度高以及传输边带信息会导致传输效率下降的缺陷，提出了一种改进的SLM方案。改进方案在发送端对数据分组进行选择映射，在接收端通过分析接收到的数据的功率变化获得随机相移序列。改进方案既能降低计算复杂度，又不需要传输边带信息，避免了传输效率的损失。

　　正交频分复用（OFDM）技术具有频谱利用率高、可以有效对抗多径干扰等优点，近年来得到广泛应用。但是OFDM存在峰均功率比（PAPR）较高的问题。由于功率放大器的线性范围有限，因此PAPR较高的信号通过功率放大器会产生非线性失真。为了减小这种非线性失真，需要扩大功率放大器的线性范围，而这又会导致功率发射效率下降和成本提高[1]。

　　目前降低OFDM系统PAPR的方法可以分为三类：限幅类、编码类和概率类[2]。参考文献[3]~[5]提出的方法分别属于限幅类、编码类和概率类。选择映射（SLM）方法能够有效降低OFDM系统的PAPR，但是计算复杂度高，需要额外带宽传输边带信息，从而降低传输效率。目前对SLM的改进工作主要是针对SLM方法的上述两个缺点进行的，比如参考文献[6]、参考文献[7]提出的改进方案可以降低计算复杂度，参考文献[8]、参考文献[9]提出的改进方案能够不需要传输边带信息，但是还没有能够同时解决这两个缺点的改进方案。本文通过分析SLM原理，将参考文献[7]和参考文献[9]提出的方案有机结合，提出一种新的SLM方案，既降低了计算复杂度，又不需要传输边带信息。

　　为了能够提供多个OFDM信号进行选择，SLM方法需要M个IFFT计算器，使得计算复杂度有了很大的提高。在接收端，为了能够正确接收信号，需要知道随机相移序列信息，因此需要将随机相移序列作为边带信息进行传输，而传输边带信息会占用额外的带宽，从而降低传输效率。

　　2 改进的SLM方案

　　针对SLM方法计算复杂度高，传输边带信息导致传输效率降低的缺点，提出了改进的SLM方案。改进方案在发送端对数据分组进行选择映射，从而降低计算复杂度，利用发送数据的幅值变化表示随机相移信息，从而不需要传输边带信息，提高传输效率。

　　2.2 随机相移序列的处理

　　传统SLM方法中，随机相移序列的幅值均为1。这里利用幅值对随机相移序列进行标记，达到不需要传输边带信息的目的，具体方法为：

 

　　发送端与接收端采用同样的算法产生相同的随机相移表。随机相移序列被标识后，其他部分与传统SLM方法一致。

　　由于随机相移序列的元素pd，l的幅值可能为1，也可能为C，频域采样数据Xn与随机相移序列元素pd，l相乘后得到的输出数据的幅值将大于或等于Xn的幅值，因此信号的平均功率将会增大，这种功率的增加可能会影响OFDM系统的PAPR性能。

　　接下来分析接收端如何从接收到的数据中提取随机相移序列。假设接收端接收到的发送符号为x（μ），通过信道估计能够较准确地排除信道衰落的干扰，经过FFT变化得到Y（μ）。

　　3 仿真结果与分析

　　对基于IEEE 802.16a标准的OFDM系统进行仿真，采用QPSK调制，过采样因子为4，OFDM符号数为10 000，子载波数为256，随机相移序列取值范围为{1，j，-1，-j}，误码率性能仿真采用高斯白噪声信道。为便于描述，将参考文献[7]和参考[9]提出的改进方案分别称为改进方案a和改进方案b，测试结果分别如图3、图4所示。

　　可以看出，本文提出的改进方案PAPR性能要比改进方案a差，但是当C取值比较小时，PAPR性能要优于原始SLM方法；在C取值相同的情况下，本文提出的改进方案PAPR性能要优于改进方案b。

　　图5所示是SLM改进方案a、改进方案b与本文改进方案的误码率性能比较，其中非线性放大器的输入回退为6 dB，理想情况指接收端完全正确接收到边带信息。可以看出，改进方案b和本文提出的改进方案的误码率性能优于改进方案a，并且信噪比越大，误码率性能越接近于理想状态。在C取值相同的情况下，本文提出的改进SLM方案的误码率性能与改进方案b几乎相同。

　　降低OFDM系统PAPR的SLM方法计算复杂度高，需要额外的带宽用于传输边带信息，降低了传输效率。针对这些缺点，本文提出的改进SLM方案既能降低计算复杂度，又不需要传输边带信息。