[發(fā)明專利]方向調(diào)制中IRS輔助無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾協(xié)方差矩陣估計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210332837.0
• 申請(qǐng)日: 2022-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN114826835A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 束鋒;何杭佳;鄒駿;楊莉莉;石偉萍;王陽(yáng);包金鳴;史柏華;程鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/02
• 分類號(hào): H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種方向調(diào)制中IRS輔助無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾協(xié)方差矩陣估計(jì)方法，該方法首先建立了在干擾協(xié)方差矩陣參數(shù)結(jié)構(gòu)約束下，最小化樣本干擾協(xié)方差矩陣與接收機(jī)噪聲方差矩陣之差和估計(jì)矩陣的歐式距離的優(yōu)化問(wèn)題；然后根據(jù)干擾協(xié)方差矩陣的參數(shù)表達(dá)式對(duì)其參數(shù)進(jìn)行分離和重構(gòu)，得到新的優(yōu)化變量和優(yōu)化問(wèn)題；將新的優(yōu)化問(wèn)題針對(duì)兩組變量分解為兩個(gè)子問(wèn)題，這兩個(gè)子問(wèn)題分別利用KKT條件和梯度下降法求解，交替更新兩組變量直至目標(biāo)函數(shù)收斂即可得到新的優(yōu)化問(wèn)題的解，再根據(jù)求得的解計(jì)算對(duì)應(yīng)的矩陣即為估計(jì)的干擾協(xié)方差矩陣。本發(fā)明不僅能適用于小樣本場(chǎng)景，還具有更高的估計(jì)精度，有利于后續(xù)在合法用戶接收端減小惡意干擾所帶來(lái)的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及方向調(diào)制中IRS輔助無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾協(xié)方差矩陣估計(jì)方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)迅速發(fā)展，然而在實(shí)際應(yīng)用中，高復(fù)雜度、高硬件成本以及高能耗仍是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。智能反射面(Intelligent reflecting surface，IRS)的出現(xiàn)很好地緩解了這一問(wèn)題。IRS由大量可重構(gòu)的低成本無(wú)源反射單元所構(gòu)成，每一個(gè)反射單元都可以獨(dú)立地改變?nèi)肷湫盘?hào)的相位，這使得人為地改善或者重構(gòu)無(wú)線傳播環(huán)境成為可能。通過(guò)對(duì)IRS反射單元的控制，IRS可以使反射信號(hào)在期望接收機(jī)處與其它路徑的信號(hào)相干相加，在非法用戶的接收機(jī)處破壞性地相加或者使人工噪聲進(jìn)一步增加，增強(qiáng)了通信的安全性。

傳統(tǒng)的方向調(diào)制通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)射波束和在發(fā)送信號(hào)中加入人為噪聲等方法，使得只有目標(biāo)方向上的接收機(jī)可以接收有用信號(hào)，其它方向的星座圖扭曲，從而確保信息傳輸?shù)陌踩浴Ｈ欢鴤鹘y(tǒng)的方向調(diào)制通信系統(tǒng)的基站在使用多根天線的情況下只能向用戶發(fā)送單個(gè)隱私比特流，將IRS引入方向調(diào)制通信系統(tǒng)可以很好地克服這種局限性，進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的安全性。但是，當(dāng)環(huán)境中有惡意干擾時(shí)，IRS也會(huì)反射干擾信號(hào)，使合法用戶接收到的干擾被進(jìn)一步加強(qiáng)。當(dāng)接收端為多天線的時(shí)候，可以通過(guò)接收端的接收波束成形來(lái)消除干擾，然而由于非法用戶的信息對(duì)于合法用戶來(lái)說(shuō)通常是未知的，在消除干擾前合法用戶需對(duì)接收到的干擾協(xié)方差矩陣進(jìn)行估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種方向調(diào)制中IRS輔助無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾協(xié)方差矩陣估計(jì)方法，降低估計(jì)方法的復(fù)雜度并提高估計(jì)精度。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種方向調(diào)制中IRS輔助無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾協(xié)方差矩陣估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟1、結(jié)合樣本干擾協(xié)方差矩陣，建立最小化R和S歐式距離的目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，其中R表示干擾協(xié)方差矩陣，S表示樣本干擾協(xié)方差矩陣與噪聲方差矩陣之差；

步驟2、對(duì)干擾協(xié)方差矩陣R參數(shù)表達(dá)式中的中的未知參數(shù)和已知參數(shù)進(jìn)行分離，利用視距信道矩陣秩為一的性質(zhì)對(duì)參數(shù)進(jìn)行重構(gòu)得到新的優(yōu)化變量，根據(jù)這些變量建立新的目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題；

步驟3、將優(yōu)化問(wèn)題分解為關(guān)于兩個(gè)標(biāo)量和一個(gè)向量的兩個(gè)子問(wèn)題，當(dāng)未知向量固定時(shí)，根據(jù)KKT條件求解未知標(biāo)量；當(dāng)未知標(biāo)量固定時(shí)，應(yīng)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(biāo)函數(shù)收斂，即得到優(yōu)化問(wèn)題的解；

步驟4、根據(jù)求得的變量計(jì)算出干擾協(xié)方差矩陣，即為干擾協(xié)方差矩陣估計(jì)結(jié)果。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：(1)對(duì)干擾協(xié)方差參數(shù)結(jié)構(gòu)中的已知參數(shù)和未知參數(shù)進(jìn)行分離和重構(gòu)，既盡可能地考慮了干擾協(xié)方差矩陣的結(jié)構(gòu)約束，又減少了要估計(jì)的變量的維數(shù)，降低了估計(jì)方法的復(fù)雜度；(2)可以在小樣本情況下對(duì)干擾協(xié)方差矩陣進(jìn)行估計(jì)，而且與直接使用樣本干擾協(xié)方差矩陣作為估計(jì)相比，具有更高的估計(jì)精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方向調(diào)制中IRS輔助無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾協(xié)方差矩陣估計(jì)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式