单天线AF中继系统信道估计中的干扰抑制

李聪颖 窦高奇 高俊 黄高明

【摘要】 针对单天线放大转发中继系统中同道干扰难以抑制，恶化信道估计性能的问题，提出了一种噪声置零放大转发方案。该方案中，系统使用多相序列作为信源训练序列和中继训练序列，利用两序列频域位于不同离散频点的性质，中继在放大训练信息前将部分同道干扰和噪声置零，使得中继训练序列不再受同道干扰的影响。文中给出了训练序列的设计方法与步骤。仿真表明，新方案在共道干扰存在的情况下显著提高了信道估计性能。

【关键词】 放大转发 中继系统 信道估计 同道干扰 多相序列

一、引言

中继系统能够提供分集增益，得到了广泛的研究。常用的中继协议有放大转发（amplify-and-forward， AF）与译码转发（decode-and-amplify， DF）两种。DF中继在转发前需要检测、译码并重新编码，而AF中继只需将来自信源的信息放大后转发给信宿。AF因复杂度低而颇受青睐[1]。

然而，协作通信的多用户环境在带来分集增益的同时，也引入了同道干扰（cochannel interference， CCI）。研究AF协议的文献虽多，却大多以协作过程中用户不会互相干扰为前提[2-4]，这一假设并不符合协作通信中多用户同时发送信息这一实际情况。文献[5]分析了AF中继受到的CCI对性能的影响。

文献[6]进一步分析了AF中继系统中，中继与信宿均受到CCI的情况。CCI会限制系统的分集增益，引起严重的性能损失。

为了应对CCI，文献[7]、[8]利用多天线中继的空间分集，通过合并中继接收到的同一信息的不同副本，以牺牲分集增益为代价实现了干扰抑制。这类方法不能直接用于单天线用户组成的中继系统。

为了抑制单天线AF中继系统中的CCI，本文提出了一种去噪放大转发（noise nulling AF， NN AF）协议，能够在中继做放大转发前抑制部分CCI。该方案利用序列的频域离散性为中继抑制CCI预留空间。

仿真实验证明，此方法显著地提高了CCI存在时AF系统的信道估计性能。

本文所用标记说明：大写和小写的黑斜体分别表示矩阵和列向量，[·]T和[·]H分别表示转置和共轭转置。

二、基于叠加训练序列的AF系统模型

本文在文献[9]提出的基于叠加训练序列的AF系统中开展工作。与文献[9]不同的是，考虑了CCI对信道估计的影响。系统模型如图1所示。

本文仅分析中继处的CCI抑制问题。故假设只有中继受到CCI，信宿不受。系统由三个单天线半双工终端构成，分别是源节点S，中继节点R和目的节点D。R附近有NI个CCI源。网络工作于准静态频率选择性信道中，各个信道在一轮传输中均保持不变。

系统内有三条工作信道：

对比CAF中继方式和NN AF中继方式下h1的估计性能，可以看出NN AF虽然没有去掉与源训练序列位于相同频点的干扰和噪声，但是h2估计准确度的提高可以间接改善h1的估计性能。

四、结束语

本文针对单天线AF中继系统中CCI难以抑制的问题，提出了中继处噪音置零的放大转发方式NN AF。与传统的放大转发CAF方式相比，新的转发方式具有以下优点：

第一，实现了单天线AF系统中训练信息上的CCI抑制，改善了信道估计性能；

第二，操作简单，中继的计算复杂度增加不大。

单天线AF中继系统中数据上的CCI抑制问题是本文尚未解决且需要进一步深入研究的内容。

参 考 文 献

[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.

[2] Madsen A H， Zhang J. Capacity bounds and power allocation for wireless relay channels [J]. IEEE Trans. Inform. Theory， 2005， 51（6）： 2020-2040.

[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.

[5] Suraweera H， Garg H， Nallanathan A. Performance analysis of two hop amplify-and-forward systems with interference at the relay [J]. IEEE Commun. Lett.， 2010， 14（8）： 692–694.

[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.