罗菊 何庆 周晓南

摘 要：OFDM技术存在高峰均功率比（PAPR）问题，高PAPR要求系统功率放大器具备较大的线性放大范围以避免传输信号的频谱扩散和非线性失真，同时还会增加A/D和D/A转换器件的复杂度，导致系统性能严重下降。显而易见，作为MIMO技术和OFDM技术结合产物的MIMO-OFDM系统也受到了高PAPR的影响。本文搭建了MIMO-OFDM仿真模型，实现了选择性映射（SLM）算法，并研究了不同序列数、不同调制方式对SLM算法的影响。仿真结果表明：随着序列数的增加，SLM算法的峰均功率比将会降低，但是其复杂度也会随之增大;QPSK调制降低系统PAPR的效果都最佳，其次是16QAM调制方式，而64QAM调制的效果最差。因此，在使用SLM算法时，增加序列数并且选用QPSK调制方式更利于降低MIMO-OFDM系统的PAPR值。

关键词：MIMO-OFDM;峰均功率比;选择性映射

中图分类号：TN929.5

文献标识码： A

多入多出（Multiple Input Multiple Output， MIMO）技术能够在提高系统容量的同时增强系统性能;正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）技术具有频谱利用率高、抗多径衰落强、易于结合空时编码和智能天线等技术优点。MIMO-OFDM 系统有机结合了MIMO技术和OFDM技术，已经成为4G（LTE/LTE-A）系统[1]以及未来的5G系统中的关键技术。

MIMO-OFDM系统在继承OFDM技术的优点时，也继承了它的缺点，如OFDM存在高峰均功率比（Peak of Average Power Ratio， PAPR）問题。MIMO-OFDM系统的发射信号由许多个子载波叠加而成，当多个子载波同时叠加在一起时会产生一个波峰，该峰值产生的功率比正常情况下的值高出许多倍，即导致高的PAPR。高PAPR要求系统射频放大器具备较大的线性放大范围，并且还将增大A/D和D/A转换装置的复杂度[2]，导致系统性能严重下降。所以如何降低PAPR成为当前以至未来的热点话题。

峰均功率比问题是所有MIMO-OFDM系统都存在的问题[3]，一直以来都被业内学者广泛关注。到目前为止，相关的研究人员已提出了多种降低系统PAPR的技术。它们主要分为三类：预畸变类技术、编码类技术和概率类技术[4]。

1995削波算法已被业内人员提出，该算法是那个时候一个相对简单的PAPR抑制算法。其主要是抑制输入信号的峰值包络以抑制PAPR，但这种方式会给信息带来带内失真并产生带外辐射[5]。1999年学者D.Kin提出了一种在削波前迭代重构信号的方法，可以达到抑制削波所引起的系统性能下降的效果。

1994年编码类方法已经被提出了，在A.E.Jones的研究中提出通过选择码字能达到抑制峰均功率比的效果[6]。但是这项技术的前提是要选择最好的码字并且建立一个大容量的查询表，所以这种方法最初并未与多载波技术集成。1996年A.E.Jones在之前研究的基础上利用线性码的偏移来获取码字。该方法可达到校正所选码字的效果，最终达到PAPR抑制的效果，也就是说，该方法具有抑制PAPR、纠错、简单易实现等特征。它的不足在于需要有大量的加法计算。2000年V.Tarokh提出了一种高效获取偏移的方法，它是对上述问题的一个很好的解决方案，但它不能很好的控制降低PAPR的量。

现如今峰均功率比的抑制技术中被广泛研究的是概率类技术[7]，该技术能十分合理的抑制PAPR，而对信号的畸变没任何影响，因此常用于实际应用中。其中SLM算法得到了较好的应用。

SLM算法因其简单、易实现、线性且能获得良好性能的特征，越来越受学术界关注。1997年SLM方法的研究思想首次被提出，它能够将原始数据转化为不同的序列，计算这些序列的PAPR值，然后选取PAPR最小的一组序列输出。2001年H.Breiling提出了另一种有所创新的SLM算法，这种算法不用确定边带信息。李万臣等[8]提出了将限幅技术和SLM算法相结合的方法，利用限幅技术弥补SLM算法限制PAPR不足的缺陷。王嵩乔等[9]提出了一种基于混沌粒子群的SLM算法，该方法在一定范围内能取得良好的优化效果。季策等[10]对利用转换向量对SLM算法进行改进，将信号序列二等分，一部分与转换向量相乘后进行循环卷积，另一部分进行随机序列筛选，最后从所得两部分中选取最优序列输出。

目前大量的研究工作主要集中于对SLM算法改进上，而不同序列数及不同调制方式对SLM算法的影响尚没有发现相关对比分析的文章。因此，本文搭建MIMO-OFDM系统仿真模型，实现并对比分析了不同序列数和不同调制方式对SLM算法的影响。

4 结语

MIMO-OFDM系统的高PAPR导致系统性能严重下降，一直以来PAPR问题都被学术界较为关注，到目前为止，相关的研究人员已经提出了多种MIMO-OFDM系统中PAPR的抑制技术。本文针对概率类技术中的SLM算法进行研究，主要完成了对MIMO-OFDM仿真系统模型的搭建和仿真;对SLM算法不同参数情况下的仿真结果进行对比分析，其中包括不同序列数和不同调制方式的仿真结果分析。结果表明为了更好地提高MIMO-OFDM系统的性能，使用SLM算法时，对序列数和调制方式的选择方面需要谨慎。而SLM算法与其他降低PAPR的算法的抉择问题，还有待后续研究。

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（责任编辑：曾 晶）