[發明專利]方向調制中IRS輔助無線通信系統的干擾協方差矩陣估計方法

在審

• 申請號: 202210332837.0
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114826835A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 束鋒;何杭佳;鄒駿;楊莉莉;石偉萍;王陽;包金鳴;史柏華;程鑫
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種方向調制中IRS輔助無線通信系統的干擾協方差矩陣估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、結合樣本干擾協方差矩陣，建立最小化R和S歐式距離的目標優化問題，其中R表示干擾協方差矩陣，S表示樣本干擾協方差矩陣與噪聲方差矩陣之差；

步驟2、對干擾協方差矩陣R參數表達式中的中的未知參數和已知參數進行分離，利用視距信道矩陣秩為一的性質對參數進行重構得到新的優化變量，根據這些變量建立新的目標優化問題；

步驟3、將優化問題分解為關于兩個標量和一個向量的兩個子問題，當未知向量固定時，根據KKT條件求解未知標量；當未知標量固定時，應用梯度下降法求得未知向量，交替迭代更新這兩組變量直至目標函數收斂，即得到優化問題的解；

步驟4、根據求得的變量計算出干擾協方差矩陣，即為干擾協方差矩陣估計結果。

2.根據權利要求1所述的方向調制中IRS輔助無線通信系統的干擾協方差矩陣估計方法，其特征在于，步驟1中干擾協方差矩陣、樣本干擾協方差矩陣，構建過程如下：

建立IRS輔助的方向調制通信系統模型，其中基站配置N_A根天線，IRS由M個無源反射元件組成，合法用戶有N_B根天線、非法用戶有N_M根天線；在該模型中，非法用戶工作于全雙工模式，非法用戶會竊聽基站發送給合法用戶的隱私信息，還會向合法用戶發送干擾信號，干擾合法用戶對有用信號的接收；基站發射的基帶信號s_A表示為

其中，P_A是總的發射功率，β∈[0,1]是隱私信息和人工噪聲的功率分配因子；和分別是發射波束成形向量和人工噪聲投影矩陣，并滿足條件v^Hv＝1和x為發送符號，滿足E[|x|²]＝1；為發送的人工噪聲，服從復高斯分布，即

非法用戶發送的干擾信號s_M表示為：

其中，P_M為非法用戶發射干擾的總功率，為干擾投影矩陣，為干擾符號，且N_J為發射干擾的天線數，滿足N_J∈[1,N_M-1]；

在方向調制通信系統中，無線通信信道為視距信道，歸一化信道矢量為

其中，N為發射機或接收機的天線數，相位函數Ψ_θ(n)定義為

式中，θ、n、d、λ分別代表到達或離開的方向角、天線的索引數、發射天線陣列中的單元間距、波長；無線通信信道矩陣由H^H(θ)＝h(θ_r)h^H(θ_t)給出，其中θ_r和θ_t分別為信號的到達方向角和離開方向角；

經過信道傳輸和接收波束成形后，合法用戶Bob處的接收信號表示為

其中，是Bob處的接收波束成形向量；是加性高斯白噪聲，服從分布此外，分別為IRS到合法用戶Bob、基站Alice到IRS、Alice到Bob、非法用戶Mallory到IRS、Mallory到Bob的信道矩陣；對角矩陣表示了IRS的相移，其中φ_i為信號經過IRS上第i個無源反射單元反射后的相移；g_AIB、g_AB、g_MIB、g_MB分別表示從Alice經IRS到Bob、從Alice到Bob、從Mallory經IRS到Bob、從Mallory到Bob這四條路徑的路徑損耗；

定義H_A1、H_M1分別為Alice到Bob、Mallory到Bob的等效信道矩陣，即

由式(5)得到，Bob接收到的信號中，來自Mallory的惡意干擾的部分為

則理想的干擾協方差矩陣R_i為：

為了對干擾協方差矩陣進行估計，在通信系統中，一旦基站檢測到有干擾信號，基站就不再發送信號，然后，合法用戶對干擾信號進行接收，并估計干擾協方差矩陣，此時，合法用戶Bob處的接收信號為

用y_B[k]代表第k個時隙接收到的信號，當Bob處接收到K個樣本信號后，樣本干擾協方差矩陣表示為

當K趨于無窮時，樣本干擾協方差矩陣能夠估計干擾協方差矩陣，此時