[發明專利]大規模MIMO系統下基于回傳方式的PSA檢測方法

有效

• 申請號: 202011269756.8
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112491826B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 袁暢;許煒陽;趙發香
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H04W12/122;H04B7/0456;H04B7/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.大規模MIMO系統下基于回傳方式的PSA檢測方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：使用經典的Alice-Bob-Eve模型來描述傳輸過程；

S2：提出基于回傳方式的MassiveMIMO系統PSA方法，使得能夠應對先驗消息β_h,k未知時的狀況，包括回傳策略、先驗信息獲取、判決度量設計以及PSA檢測關鍵參數分析；

所述S1具體包括訓練階段和回傳階段；

訓練階段中，Alice處的接收信號表示為

對應的LS信道估計結果分別表示為

其中H₀表示假設訓練階段沒有受到任何影響，H₁表示假設Eve對合法傳輸訓練階段發動了PSA；

Bobs到Alice的信道矩陣為其中β_h,k和分別表示第k個用戶到基站間信道向量的大尺度衰落和小尺度衰落；h_k中的各元素為獨立同分布的復高斯隨機變量，分布的均值和方差分別為0和1，即并且不同用戶的信道向量之間也是相互獨立的；

Eve到Alice的信道矩陣表示，其中β_g表示竊聽者到基站的大尺度衰落，表示竊聽者的第k根天線到基站的小尺度衰落，不同的g_k之間是相互獨立的，并且g_k中的各元素均為均值為0、方差為1的獨立同分布復高斯隨機變量，即合法用戶到基站的信道向量和竊聽者到基站的信道向量之間也是相互獨立的；

其中表示K行正交導頻序列，每行導頻序列的長度為τ，導頻序列之間滿足p_u表示用戶的發送功率；表示加性噪聲矩陣并且其內的元素滿足分布

表示K行干擾序列，每行序列的長度為τ，并且p_j表示竊聽者的總干擾功率，是一個對角陣，其內的第k個對角元素為實數，表示竊聽者的第k根天線上的干擾功率分配因子，并且

所述回傳策略具體為：回傳階段包括兩部分，其中第一部分對應回傳信號R₁，第二部分對應回傳信號R₂；其目的分別是在各個用戶處獲取β_h,k以及構建判決度量；若Eve存在，其在回傳階段時會發送干擾信號；在回傳階段，當回傳的是信號R₁時，Bobs處的接收信號表示為

當回傳的是信號R₂時，Bobs處的接收信號表示為

其中

式(3)中p_d表示基站的發送功率；是一個內部元素全為1的列向量；表示Eve到Bobs間的信道矩陣，其中表示第Eve到第k個Bobs大尺度衰落，表示小尺度衰落；和分別表示Eve的兩次發送信號，設和和都表示Bobs處的加性噪聲矩陣，假設其內元素也服從分布

所述先驗信息獲取具體為：

首先，將式(2)和(5)代入到式(3)中化簡得

已知用表示列向量的第k個元素，代表著基站回傳信號R₁時第k個用戶處的接收信號；根據式(6)知，當基站天線數目M足夠大時，有

由式(7)看出，經過回傳信號R₁后，不論干擾是否存在，都能夠在各個用戶處得到對應的β_h,k，即

而式(8)正是為下面在各個用戶處執行判決檢測提供了關于β_h,k的先驗信息；

所述判決度量設計為：

將式(2)和(5)代入到式(4)中化簡得

其中

由式(10)知，當基站天線數目足夠大時，有

其中

和都是對角陣；已知用表示列向量的第k個元素，同時也代表著在Alice回傳信號R₂時第k個用戶處的接收信號；若將第k個用戶的判決度量定義為

得到在H₀下κ_k的表達式為

其中

若將δ_k,1、δ_k,2和δ_k,3分別近似為正態分布隨機變量，則有

已知h_k和n_k相互獨立，且表示第k個用戶處的加性噪聲；根據中心極限定理，當M較大時，κ_k近似為一個正態分布隨機變量，并且在H₀下該分布的均值恒為一，即

該分布的方差通過下式化簡，有

其中，式(18)中等式右邊第一項化簡結果如式(19)所示

而式(18)中等式右邊第二項的化簡結果如(20)所示

同理，式(18)中的協方差項化簡為

根據式(18)、(19)、(20)和(21)得到κ_k在H₀下分布的方差為

另外，在H₁下κ_k的表達式表示為

其中

此外，δ_k,1和δ_k,3的表達式和分布如式(15)和(16)所示；若將δ_k,4δ_k,5和δ_k,6分別近似為正態分布隨機變量，則有

已知h_k、g_k和n_k相互獨立，且分別滿足和根據中心極限定理，當M較大時，κ_k近似為一個正態分布隨機變量，其均值在H₁下的表達式為

同時在H₁下的方差計算為

同理，式(27)中等式右邊第一項化簡為

同理，式(27)中等式右邊第二項的化簡結果如式(29)所示，得

另外，式(27)中的協方差項化簡為

根據式(27)、(28)、(29)和(30)得到κ_k在H₁下分布的方差為

判決度量κ_k在H₀和H₁下的分布表示為

其中var[κ_k；H₀]、和var[κ_k；H₁]分別來自于式(17)、(22)、(26)和(31)；

根據判決度量κ_k在H₀下的分布，該分布需要的關于β_h,k的先驗信息依靠回傳信號R₁得到，并且由于得到虛警概率的表達式為

其中η_k表示第k個用戶處的判決門限；在執行檢測時，首先給出一個確定的虛警概率P_fa，然后得到該虛警概率對應的判決門限，即

所述PSA檢測關鍵參數分析具體為：通過比較判決度量κ_k和判決門限η_k的大小完成檢測；當判決度量κ_k大于判決門限η_k時，判斷H₀為真，反之，判斷H₁為真，即

若假設κ_k在H₁下的分布已知，得到理論的檢測概率表達式為