[論文レビュー] Co-channel Interference Cancellation for Space-Time Coded OFDM Systems Using Adaptive Beamforming and Null Deepening

Raungrong Suleesathira|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2010

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、空間時間符号化OFDM（STC-OFDM）システムにおける周波数選択フェージングチャネルにおける共周波数干渉（CCI）を抑えるために、適応ビームフォーミングおよびヌル深化技術を提案する。方向角到着（DOA）の事前知識を必要としない最小平均二乗誤差（LMMSE）に基づく適応ビームフォーマーを用いることで、空間時間デコーダ構造を維持したまま干渉抑制を向上させ、周波数選択フェージングチャネルにおいて従来のヌルステアリングビームフォーマーと比較して顕著な性能向上を達成する。

ABSTRACT

Combined with space-time coding, the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system explores space diversity. It is a potential scheme to offer spectral efficiency and robust high data rate transmissions over frequency-selective fading channel. However, space-time coding impairs the system ability to suppress interferences as the signals transmitted from two transmit antennas are superposed and interfered at the receiver antennas. In this paper, we developed an adaptive beamforming based on least mean squared error algorithm and null deepening to combat co-channel interference (CCI) for the space-time coded OFDM (STC-OFDM) system. To illustrate the performance of the presented approach, it is compared to the null steering beamformer which requires a prior knowledge of directions of arrival (DOAs). The structure of space-time decoders are preserved although there is the use of beamformers before decoding. By incorporating the proposed beamformer as a CCI canceller in the STC-OFDM systems, the performance improvement is achieved as shown in the simulation results.

研究の動機と目的

• 受信機における信号の重畳により性能が劣化する空間時間符号化OFDM（STC-OFDM）システムにおける共周波数干渉（CCI）を解消すること。
• 干渉波の到着方向（DOA）の事前知識を必要としない干渉キャンセリング手法を開発すること。
• 干渉抑制を向上させつつ、既存の空間時間デコーダ構造との互換性を維持すること。
• 周波数選択フェージングチャネルにおけるスペクトル効率およびビット誤り率（BER）性能を向上させること。

提案手法

• 最小平均二乗誤差（LMMSE）基準に基づく適応ビームフォーミングアルゴリズムを用いて、干渉抑制ウェイトを推定する。
• ビームフォーミング応答におけるヌルの深さを向上させるためにヌル深化を適用する。
• ビームフォーマーを空間時間デコーダの手前に配置することで、元のデコーダアーキテクチャを保持する。
• 方向角到着（DOA）情報が不要なため、ブラインド干渉キャンセリングが可能である。
• 受信機からの誤差フィードバックを用いて、干渉環境の変化にリアルタイムで適応する。
• 複数の共周波数干渉波を伴う周波数選択フェージングチャネルで手法を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 STC-OFDMシステムにおける共周波数干渉は、干渉波の到着方向の事前知識なしに効果的にキャンセル可能か？
• RQ2 ヌル深化を施した適応ビームフォーミングは、従来のヌルステアリングビームフォーマーと比較してBER性能でどのように差をつけるか？
• RQ3 提案手法は、既存の空間時間デコーダの構造および機能をどの程度維持できるか？
• RQ4 ヌル深化は、フェージングチャネルにおける干渉ヌルの深さおよびシステムのロバストネスにどのような影響を与えるか？

主な発見

• 提案手法である適応ビームフォーミングにヌル深化を組み合わせた手法は、特に低SNR領域において、ヌルステアリングビームフォーマーと比較して優れたビット誤り率（BER）性能を達成する。
• 到着方向（DOA）の事前知識を必要としないため、ブラインド動作が可能であり、共周波数干渉を効果的に抑制できる。
• ヌル深化により干渉ヌルの深さが顕著に向上し、干渉の抑制能力が向上する。
• 空間時間デコーダ構造はそのままであり、既存のSTC-OFDMシステムとの互換性が保たれる。
• シミュレーション結果から、提案手法が周波数選択フェージング環境におけるスペクトル効率およびシステム信頼性を向上させることを確認した。