單天線AF中繼系統(tǒng)信道估計中的干擾抑制

李聰穎 竇高奇 高俊 黃高明

【摘要】 針對單天線放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中同道干擾難以抑制，惡化信道估計性能的問題，提出了一種噪聲置零放大轉(zhuǎn)發(fā)方案。該方案中，系統(tǒng)使用多相序列作為信源訓練序列和中繼訓練序列，利用兩序列頻域位于不同離散頻點的性質(zhì)，中繼在放大訓練信息前將部分同道干擾和噪聲置零，使得中繼訓練序列不再受同道干擾的影響。文中給出了訓練序列的設計方法與步驟。仿真表明，新方案在共道干擾存在的情況下顯著提高了信道估計性能。

【關鍵詞】 放大轉(zhuǎn)發(fā) 中繼系統(tǒng) 信道估計 同道干擾 多相序列

一、引言

中繼系統(tǒng)能夠提供分集增益，得到了廣泛的研究。常用的中繼協(xié)議有放大轉(zhuǎn)發(fā)（amplify-and-forward， AF）與譯碼轉(zhuǎn)發(fā)（decode-and-amplify， DF）兩種。DF中繼在轉(zhuǎn)發(fā)前需要檢測、譯碼并重新編碼，而AF中繼只需將來自信源的信息放大后轉(zhuǎn)發(fā)給信宿。AF因復雜度低而頗受青睞[1]。

然而，協(xié)作通信的多用戶環(huán)境在帶來分集增益的同時，也引入了同道干擾（cochannel interference， CCI）。研究AF協(xié)議的文獻雖多，卻大多以協(xié)作過程中用戶不會互相干擾為前提[2-4]，這一假設并不符合協(xié)作通信中多用戶同時發(fā)送信息這一實際情況。文獻[5]分析了AF中繼受到的CCI對性能的影響。

文獻[6]進一步分析了AF中繼系統(tǒng)中，中繼與信宿均受到CCI的情況。CCI會限制系統(tǒng)的分集增益，引起嚴重的性能損失。

為了應對CCI，文獻[7]、[8]利用多天線中繼的空間分集，通過合并中繼接收到的同一信息的不同副本，以犧牲分集增益為代價實現(xiàn)了干擾抑制。這類方法不能直接用于單天線用戶組成的中繼系統(tǒng)。

為了抑制單天線AF中繼系統(tǒng)中的CCI，本文提出了一種去噪放大轉(zhuǎn)發(fā)（noise nulling AF， NN AF）協(xié)議，能夠在中繼做放大轉(zhuǎn)發(fā)前抑制部分CCI。該方案利用序列的頻域離散性為中繼抑制CCI預留空間。

仿真實驗證明，此方法顯著地提高了CCI存在時AF系統(tǒng)的信道估計性能。

本文所用標記說明：大寫和小寫的黑斜體分別表示矩陣和列向量，[·]T和[·]H分別表示轉(zhuǎn)置和共軛轉(zhuǎn)置。

二、基于疊加訓練序列的AF系統(tǒng)模型

本文在文獻[9]提出的基于疊加訓練序列的AF系統(tǒng)中開展工作。與文獻[9]不同的是，考慮了CCI對信道估計的影響。系統(tǒng)模型如圖1所示。

本文僅分析中繼處的CCI抑制問題。故假設只有中繼受到CCI，信宿不受。系統(tǒng)由三個單天線半雙工終端構成，分別是源節(jié)點S，中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D。R附近有NI個CCI源。網(wǎng)絡工作于準靜態(tài)頻率選擇性信道中，各個信道在一輪傳輸中均保持不變。

系統(tǒng)內(nèi)有三條工作信道：

對比CAF中繼方式和NN AF中繼方式下h1的估計性能，可以看出NN AF雖然沒有去掉與源訓練序列位于相同頻點的干擾和噪聲，但是h2估計準確度的提高可以間接改善h1的估計性能。

四、結(jié)束語

本文針對單天線AF中繼系統(tǒng)中CCI難以抑制的問題，提出了中繼處噪音置零的放大轉(zhuǎn)發(fā)方式NN AF。與傳統(tǒng)的放大轉(zhuǎn)發(fā)CAF方式相比，新的轉(zhuǎn)發(fā)方式具有以下優(yōu)點：

第一，實現(xiàn)了單天線AF系統(tǒng)中訓練信息上的CCI抑制，改善了信道估計性能；

第二，操作簡單，中繼的計算復雜度增加不大。

單天線AF中繼系統(tǒng)中數(shù)據(jù)上的CCI抑制問題是本文尚未解決且需要進一步深入研究的內(nèi)容。

參 考 文 獻

[1] Karthik KS， Ramamurthi B. A twohop AF relaying scheme with interference suppression at the relay [J]. IEEE Trans. Veh. Technol.， 2014， 63（7）： 3469-3474.

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[3] Hasna M O， Alouini M S. End-to-end performance of transmission systems with relays over Rayleigh-fading channels[J]. IEEE Trans. Wireless Commun.， 2003， 2（6）： 1126-1131.

[4] Lai L， Liu K， Gamal H E， The three-node wireless network： achievable rates and cooperation strategies [J]. IEEE Trans. Inform. Theory， 2006， 52（3）： 805-828.

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[6] Cvetkovic A， Stefanovic M. Performance of interference-limited dual-hop non-regenerative relays over Rayleigh fading channels [J]. IET Commun.， 2011， 5（2）： 135–140.

[7] Shah A， Haimovich A M. Performance Analysis of Maximal Ratio Combining and Comparison with Optimum Combining for Mobile Radio Communications with Cochannel Interference [J]. IEEE Trans. Veh. Technol.， 2000， 49（4）： 1454-1463.

[8] Karthik KS， Ramamurthi B A. Two-Hop AF Relaying Scheme With Interference Suppression at the Relay [J]. IEEE Trans. Veh. Technol.， 2014， 63（ 7）： 3469- 3474.

[9] Gao F F， Jiang B， Gao X Q， Zhang X D. Superimposed training based channel estimation for OFDM modulated amplifyand-forward relay networks [J]. IEEE Trans. Commun.，， 2011， 59 （7）： 2029-2039.