CN112398556B - 一种智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法 - Google Patents

一种智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法 Download PDF

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CN112398556B CN202011218441.0A CN202011218441A CN112398556B CN 112398556 B CN112398556 B CN 112398556B CN 202011218441 A CN202011218441 A CN 202011218441A CN 112398556 B CN112398556 B CN 112398556B
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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法。本发明方法包括：基站接收经过智能反射面反射的来自合法用户的导频信号和干扰者的干扰信号，并将接收信号投影到智能反射面的反射角度变换向量集合上，经处理后得到导频干扰检测信号，对智能反射面通信系统中的导频干扰检测信号进行检测，确定导频干扰的存在与否。本方法解决了通信过程中智能反射面是否遭到导频干扰的检测问题，一方面解决了智能反射面的反射角度在干扰检测中的影响，并可衔接于后续通信系统的信道估计；另一方面本发明方法的实施不依赖于确切的信道状态信息就可以完成导频干扰检测，保证了通信系统的安全性。

Description

一种智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法。
背景技术
现有的对于智能反射面通信系统物理层安全的研究，主要针对通信下行链路，存在窃听者的场景中实现信息的安全传输，可参见文献W.L.Dong and H.Wang,"EnhancingSecure MIMO Transmission via Intelligent Reflecting Surface,"in IEEETransactions on Wireless Communications,doi:10.1109/TWC.2020.3012721，主要目标是在智能反射面的辅助下最大化系统的保密速率，如通过联合优化、增加人工噪声、波束成型等技术。但是在上行链路中，通信过程同样会受到干扰者的威胁，如干扰者通过发送干扰信号影响上行链路的信道估计，因而对于干扰者的检测也应该受到关注。
智能反射面通信系统进行干扰检测将会面临如下两个问题：第一个是对信道状态信息的依赖性。由于无线信道的开放特性，干扰者通过在导频阶段发送干扰信号，阻碍了基站对于可信信道状态信息的获取；另一个是智能反射面作为无源器件，仅通过部署的反射元素对信号以一定的角度进行反射，无论是在干扰检测还是信道估计过程中，反射角度都会产生影响。
发明内容
本发明的目的是提出一种智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法，区别于传统有源中继的攻击检测，以解决无源器件--智能反射面是否遭受到恶意导频攻击的检测问题，使其能够应用在含有导频攻击的智能反射面无线通信场景中，且不依赖于确切的信道状态信息完成对于导频攻击的检测，确保通信的安全性。
本发明提出的智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法，包括以下步骤：
(1)设定通信系统中有一个基站，该基站有M根天线，一个用户，该用户有一个天线，以及一个具有N个反射元素的智能反射面，并设定通信系统存在一个单天线的干扰者，用户和干扰者与基站之间的直传信道被障碍物阻断，基站接收经过智能反射面反射的来自合法用户的导频信号和干扰者的干扰信号，并将接收信号投影到智能反射面的反射角度变换向量集合上，具体包含以下步骤：
(1-1)第i个帧中，用户和干扰者分别向通信系统中的基站以功率Puser和Peve发送包含有L个符号的一个导频信号序列和一个干扰导频信号序列
Figure BDA0002761215380000021
和
Figure BDA0002761215380000022
其中i＝1,…,b，b表示帧的个数，
Figure BDA0002761215380000023
即用户在同一帧内发送的L个导频符号为相同的，下标p表示用户发送的导频信号序列，下标e表示干扰者发送的干扰导频信号序列，设定一个相移键控PSK符号集合A：A＝{ei2πk/K,0＜k＜K}，其中K表示PSK状态个数，
Figure BDA0002761215380000024
和
Figure BDA0002761215380000025
中的符号均属于相移键控PSK符号集合A；
(1-2)设定用户在第1个帧内发送的导频信号序列
Figure BDA0002761215380000026
在通信系统中为公开，由基站和攻击者获知，干扰者发送与用户相同的导频信号序列
Figure BDA0002761215380000027
干扰基站，即
Figure BDA0002761215380000028
在随后的b-1个帧中，用户和干扰者各自随机从PSK符号集合A内选择符号组成导频信号序列发送到智能反射面；
(1-3)在第i个帧中，基站接收到经过智能反射面反射后的合法用户和干扰者的导频信号序列，将接收到的导频信号序列记为：
Figure BDA0002761215380000029
其中，qu＝huθ，qe＝heθ，hu和he分别表示用户和干扰者到基站的级联信道，
Figure BDA00027612153800000210
hu和he为M×N的矩阵，hui和hei分别表示用户和干扰者到智能反射面的信道，hui和hei均为N×1维的矢量，
Figure BDA00027612153800000211
为IRS到基站之间的信道，
Figure BDA00027612153800000212
为M×N的矩阵，M为基站的天线数，N为智能反射面的反射元素数，θ为智能反射面的N×L反射矩阵，
Figure BDA00027612153800000213
θ矩阵内的向量
Figure BDA0002761215380000031
之间相互正交，其中，
Figure BDA0002761215380000032
为第n个反射元素在L个导频信号序列的符号间隔内的反射角度向量，
Figure BDA0002761215380000033
其中，
Figure BDA0002761215380000034
为智能反射面第n个元素在第个l符号间隔时的反射角度，j表示虚数单位，(ωn)l取值为0或π，Ψ表示智能反射面反射角度变换向量集合，构成集合的行向量之间相互正交，v(i)表示第i个时隙通信系统信道叠加的噪声，v(i)里的每个变量服从均值为0，方差为N0的复高斯分布；
(1-4)基站将接收到的步骤(2)的导频信号序列投影到智能反射面的反射角度变换向量集合Ψ上，得到投影后的信号：
Figure BDA0002761215380000035
其中，
Figure BDA0002761215380000036
(hu)1,…,(hu)N为用户到基站的级联信道矩阵hu的N个列向量，(he)1,…,(he)N为干扰者到基站的级联信道矩阵he的N个列向量。
(2)重复步骤(1)，经过b个帧后，基站得到b个投影信号序列
Figure BDA0002761215380000037
对b个投影信号序列进行转置，得到
Figure BDA0002761215380000038
将第一个投影信号序列的转置分别与随后的b-1个投影信号序列的转置进行点乘,得到
Figure BDA0002761215380000039
表达式如下：
Figure BDA00027612153800000310
其中，v(1,i)为复高斯噪声，(hu)1,…,(hu)M为用户到基站的级联信道的转置矩阵
Figure BDA00027612153800000311
的M个列向量，(he)1,…,(he)M为干扰者到基站的级联信道的转置矩阵
Figure BDA00027612153800000312
的M个列向量；
对上述点乘后的信号进行幅值上的合并，得到导频干扰检测信号，记为
Figure BDA00027612153800000313
表达式如下；
Figure BDA0002761215380000041
其中，
Figure BDA0002761215380000042
服从均值为0，方差为
Figure BDA0002761215380000043
的高斯分布，其中，Puser为用户向通信系统中的基站发送导频信号序列的功率，Peve为干扰者向通信系统中的基站发送干扰导频信号序列的功率；
(3)对上述步骤(2)的智能反射面通信系统中的导频干扰检测信号进行检测，步骤如下：
(3-1)构造一个导频干扰的检测区域r(zP)：
Figure BDA0002761215380000044
其中，
Figure BDA0002761215380000045
||·||表示范数运算符号；
(3-2)从PSK符号集合A中的第一个符号a1＝ei2π/K开始，首先对符号a1进行x倍缩放，得到缩放后的信号xa1，计算步骤(2)的导频干扰检测信号
Figure BDA0002761215380000046
到被放缩了x倍后的PSK信号xa1的距离d(x)：
Figure BDA0002761215380000047
其中，real()表示求实部运算，imag()表示求虚部运算；
定义一个差值函数f(x)＝d(x)2-r2(x)，根据步骤(3-1)的检测区域
Figure BDA0002761215380000048
和距离d(x)，对差值函数f(x)进行判断，若存在一个x使得f(x)＜0，则记中间变量p(1,i)＝0，若不存在一个x使得f(x)＜0，则按序遍历PSK集合A所有符号中的下一个PSK符号，重复本步骤中的上述过程，当遍历完PSK符号集合A中的所有符号时，仍不存在一个x使得f(x)＜0，则记中间变量p(1,i)＝1；
(3-3)对导频干扰检测信号
Figure BDA0002761215380000051
重复步骤(3-2)，得到与b-1个导频干扰检测信号对应的中间变量p(1,2)，…，p(1,b)，将该b-1个中间变量记为中间变量序列；
(3-4)对上述中间变量序列中0和1的个数进行比较，当导频干扰检测信号的个数b-1为奇数值时，若1的个数大于0的个数，则判定通信系统中的存在导频干扰，若1的个数小于于0的个数，则判定通信系统中的不存在导频干扰，当导频干扰检测信号的个数b-1为偶数值时，若1的个数大于0的个数，则判定通信系统中的存在导频干扰，若1的个数小于0的个数，则判定通信系统中的不存在导频干扰，若1的个数等于0的个数，则判定此次通信系统中导频干扰检测无效，完成对智能反射面通信系统中导频干扰的检测。
本发明提出的一种智能反射面通信系统中面向导频攻击的检测方法，其优点是：
本发明方法能够应用在含有导频攻击的智能反射面无线通信系统中，解决通信过程中智能反射面是否遭到导频干扰的检测问题，本发明方案一方面解决了智能反射面的反射角度在干扰检测中的影响，并可衔接于后续通信系统的信道估计；另一方面方案本发明方法的实施不依赖于确切的信道状态信息就可以完成导频干扰检测，保证了通信系统的安全性。
附图说明
图1是本发明方法涉及的智能反射面通信系统的场景图。
图2是本发明方法的流程框图。
图3是本发明实施例中，分别在4psk、8psk、16psk和64psk时，方案的误检测率与信噪比(SNR)的关系示意图。其中基站配备了256根天线，利用的检测信号个数为4个。
图4是本发明实施例中，在8psk、16psk时，方案的误检测率与总发送的信号符号数量的关系示意图。这里总发送信号符号的数量指的是帧的数量乘以每个帧内发送的符号数量L。
图5是本发明实施例中，天线数量M＝256和M＝512时，传统不执行干扰检测的信道估计与执行完本发明提出的干扰检测方案后的信道估计的性能比较示意图。
具体实施方式
本发明提出的智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：
(1)设定通信系统中有一个基站，该基站有M根天线，一个用户，该用户有一个天线，以及一个具有N个反射元素的智能反射面(IRS)，并设定通信系统存在一个单天线的干扰者，用户和干扰者与基站之间的直传信道被障碍物阻断，基站接收经过智能反射面反射的来自合法用户的导频信号和干扰者的干扰信号，并将接收信号投影到智能反射面的反射角度变换向量集合上，具体包含以下步骤：
(1-1)第i个帧中，用户和干扰者分别向通信系统中的基站以功率Puser和Peve发送包含有L个符号的一个导频信号序列和一个干扰导频信号序列，即
Figure BDA0002761215380000061
和
Figure BDA0002761215380000062
其中i＝1,…,b，b表示帧的个数，
Figure BDA0002761215380000063
即用户在同一帧内发送的L个导频符号为相同的，下标p表示用户发送的导频信号序列，下标e表示干扰者发送的干扰导频信号序列，设定一个相移键控(PSK)符号集合A：A＝{ei2πk/K,0＜k＜K}，其中K表示PSK状态个数，
Figure BDA0002761215380000064
和
Figure BDA0002761215380000065
中的符号均属于相移键控(PSK)符号集合A；
(1-2)设定用户在第1个帧内发送的导频信号序列
Figure BDA0002761215380000066
在通信系统中为公开，由基站和攻击者获知，干扰者发送与用户相同的导频信号序列
Figure BDA0002761215380000067
干扰基站，即
Figure BDA0002761215380000068
为方便表示就都记为
Figure BDA0002761215380000069
干扰者发送的干扰导频信号序列仍用下标e表示，在随后的b-1个帧中，用户和干扰者各自随机从PSK符号集合A内选择符号组成导频信号序列发送到智能反射面；攻击者此时无法获知用户发送的导频信号序列。
(1-3)在第i个帧中，基站接收到经过智能反射面反射后的合法用户和干扰者的导频信号序列，将接收到的导频信号序列记为：
Figure BDA00027612153800000610
其中，qu＝huθ，qe＝heθ，hu和he分别表示用户和干扰者到基站的级联信道，
Figure BDA0002761215380000071
hu和he为M×N的矩阵，hui和hei分别表示用户和干扰者到智能反射面的信道，hui和hei均为N×1维的矢量，
Figure BDA0002761215380000072
为IRS到基站之间的信道，
Figure BDA0002761215380000073
为M×N的矩阵，M为基站的天线数，N为智能反射面的反射元素数，θ为智能反射面的N×L反射矩阵，
Figure BDA0002761215380000074
θ矩阵内的向量
Figure BDA0002761215380000075
之间相互正交，其中，
Figure BDA0002761215380000076
为第n个反射元素在L个导频信号序列的符号间隔内的反射角度向量，
Figure BDA0002761215380000077
其中，
Figure BDA0002761215380000078
为智能反射面第n个元素在第个l符号间隔时的反射角度，j表示虚数单位，(ωn)l取值为0或π，Ψ表示智能反射面反射角度变换向量集合，构成集合的行向量之间相互正交，该变换向量集合说明智能反射面的N个反射元素的反射角度在L个导频信号序列符号间隔内变换的角度构成的向量之间相互正交；v(i)表示第i个时隙通信系统信道叠加的噪声，v(i)里的每个变量服从均值为0，方差为N0的复高斯分布；
(1-4)基站将接收到的步骤(2)的导频信号序列投影到智能反射面的反射角度变换向量集合Ψ上，得到投影后的信号：
Figure BDA0002761215380000079
其中，
Figure BDA00027612153800000710
(hu)1,…,(hu)N为用户到基站的级联信道矩阵hu的N个列向量，(he)1,…,(he)N为干扰者到基站的级联信道矩阵he的N个列向量。
(2)重复步骤(1)，经过b个帧后，基站得到b个投影信号序列
Figure BDA00027612153800000711
对b个投影信号序列进行转置，得到
Figure BDA00027612153800000712
将第一个投影信号序列的转置分别与随后的b-1个投影信号序列的转置进行点乘,得到
Figure BDA00027612153800000713
表达式如下：
Figure BDA0002761215380000081
其中，v(1,i)为复高斯噪声，(hu)1,…,(hu)M为用户到基站的级联信道的转置矩阵
Figure BDA0002761215380000082
的M个列向量，(he)1,…,(he)M为干扰者到基站的级联信道的转置矩阵
Figure BDA0002761215380000083
的M个列向量；
对上述点乘后的信号进行幅值上的合并，得到导频干扰检测信号，记为
Figure BDA0002761215380000084
表达式如下；
Figure BDA0002761215380000085
其中，
Figure BDA0002761215380000086
服从均值为0，方差为
Figure BDA0002761215380000087
的高斯分布，其中，Puser为用户向通信系统中的基站发送导频信号序列的功率，Peve为干扰者向通信系统中的基站发送干扰导频信号序列的功率；
(3)由步骤(2)可知，当干扰者不发动攻击时，检测信号
Figure BDA0002761215380000088
是一个被放缩的PSK信号加上一个均值为0，方差为
Figure BDA0002761215380000089
的复高斯噪声。当干扰者存在时，对智能反射面通信系统中的导频干扰进行检测信号将不再是一个放缩的PSK信号。对检测步骤如下：
(3-1)构造一个导频干扰的检测区域r(zP)：
Figure BDA00027612153800000810
其中，
Figure BDA00027612153800000811
||·||表示范数运算符号，基站可以根据检测信号
Figure BDA0002761215380000091
落在区域内或者区域外来判决攻击者是否进行了导频干扰；
(3-2)从PSK符号集合A中的第一个符号a1＝ei2π/K开始，首先对符号a1进行x倍缩放，得到缩放后的信号xa1，说明，当x大于1时，符号a1为放大，当x小于1时，符号a1为缩小，计算步骤(2)的导频干扰检测信号
Figure BDA0002761215380000092
到被放缩了x倍后的PSK信号xa1的距离d(x)：
Figure BDA0002761215380000093
其中，real()表示求实部运算，imag()表示求虚部运算；
定义一个差值函数f(x)＝d(x)2-r2(x)，根据步骤(3-1)的检测区域
Figure BDA0002761215380000094
和距离d(x)，对差值函数f(x)进行判断，若存在一个x使得f(x)＜0，则记中间变量p(1,i)＝0，若不存在一个x使得f(x)＜0，则按序遍历PSK集合A所有符号中的下一个PSK符号，重复本步骤中的上述过程，当遍历完PSK符号集合A中的所有符号时，仍不存在一个x使得f(x)＜0，则记中间变量p(1,i)＝1；
(3-3)对导频干扰检测信号
Figure BDA0002761215380000095
重复步骤(3-2)，得到与b-1个导频干扰检测信号对应的中间变量p(1,2)，…，p(1,b)，将该b-1个中间变量记为中间变量序列；
(3-4)对上述中间变量序列中0和1的个数进行比较，当导频干扰检测信号的个数b-1为奇数值时，若1的个数大于0的个数，则判定通信系统中的存在导频干扰，若1的个数小于于0的个数，则判定通信系统中的不存在导频干扰，当导频干扰检测信号的个数b-1为偶数值时，若1的个数大于0的个数，则判定通信系统中的存在导频干扰，若1的个数小于0的个数，则判定通信系统中的不存在导频干扰，若1的个数等于0的个数，则判定此次通信系统中导频干扰检测无效，完成对智能反射面通信系统中导频干扰的检测。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例也仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图详细介绍本发明的内容：
介绍本发明的应用场景：如图1所示，智能反射面(Intelligent ReflectingSurface,IRS)辅助下的通信系统，基站通过IRS链路接收用户导频信息，同时有干扰者也向IRS发送导频干扰信息。用户和干扰者到基站的直传链路被障碍物阻挡。由于基站同时收到用户和干扰者的导频信息，对其到用户之间信道估计的能力下降。信道状态未知。本发明的实施条件如下
信道处于平衰落状态，即信道状态在b时隙内保持不变。
参见图2，介绍本发明的具体实施步骤。为了展示和验证本发明方法改进的实用性能，本发明进行了多次仿真实施实验。实验中，用户和干扰者都配置单天线，采用PSK的调制方式。基站配置多天线。仿真结果如图3和图4所示，图3和图4分别展示了所提发明方法在多种PSK的调制方式下，系统性能与信噪比和总发送的符号数量之间的关系。另外，图5展示了在存在干扰者的通信系统中，传统的不执行干扰检测的信道估计和执行完所提干扰检测方案后的信道估计的性能对比。
图3中的横坐标为信噪比(Signal Noise Ratio，SNR),纵坐标为误检测率(FalseDetection Probability,FDP)。说明了随着SNR的增加，系统的误检测率降低，并逐渐趋近于0。图4中的横坐标为发送信号符号总数(Bits),纵坐标为FDP。说明了随着符号数的增加，系统的误检测率降低，并在发送符号数为80和96时，误检测率的性能变化趋于平缓，并逐渐接近于0。
图5是本发明实施例中，天线数量M＝256和M＝512时，传统不执行干扰检测的信道估计与执行完本发明提出的干扰检测方案后的信道估计的性能比较示意图。可以看到，执行完干扰检测后，信道估计的准确性提高，并且随着天线数量的增加，信道估计性能也有所改善。

Claims (1)

1.一种智能反射面通信系统中导频干扰的检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)设定通信系统中有一个基站，该基站有M根天线，一个用户，该用户有一个天线，以及一个具有N个反射元素的智能反射面，并设定通信系统存在一个单天线的干扰者，用户和干扰者与基站之间的直传信道被障碍物阻断，基站接收经过智能反射面反射的来自合法用户的导频信号和干扰者的干扰信号，并将接收信号投影到智能反射面的反射角度变换向量集合上，具体包含以下步骤：
(1-1)第i个帧中，用户和干扰者分别向通信系统中的基站以功率Puser和Peve发送包含有L个符号的一个导频信号序列和干扰导频信号序列
Figure FDA0003117244750000011
和
Figure FDA0003117244750000012
其中i＝1,…,b，b表示帧的个数，
Figure FDA0003117244750000013
即用户在同一帧内发送的L个导频符号为相同的，下标p表示用户发送的导频信号序列，下标e表示干扰者发送的干扰导频信号序列，设定一个相移键控PSK符号集合A：A＝{ei2πk/K,0＜k＜K}，其中K表示PSK状态个数，
Figure FDA0003117244750000014
和
Figure FDA0003117244750000015
中的符号均属于相移键控PSK符号集合A；
(1-2)设定用户在第1个帧内发送的导频信号序列
Figure FDA0003117244750000016
在通信系统中为公开，由基站和攻击者获知，干扰者发送与用户相同的导频信号序列
Figure FDA0003117244750000017
干扰基站，即
Figure FDA0003117244750000018
在随后的b-1个帧中，用户和干扰者各自随机从PSK符号集合A内选择符号组成导频信号序列发送到智能反射面；
(1-3)在第i个帧中，基站接收到经过智能反射面反射后的合法用户和干扰者的导频信号序列，将接收到的导频信号序列记为：
Figure FDA0003117244750000019
其中，qu＝huθ，qe＝heθ，hu和he分别表示用户和干扰者到基站的级联信道，
Figure FDA0003117244750000021
hu和he为M×N的矩阵，hui和hei分别表示用户和干扰者到智能反射面的信道，hui和hei均为N×1维的矢量，
Figure FDA0003117244750000022
为IRS到基站之间的信道，
Figure FDA0003117244750000023
为M×N的矩阵，M为基站的天线数，N为智能反射面的反射元素数，θ为智能反射面的N×L反射矩阵，
Figure FDA0003117244750000024
θ矩阵内的向量
Figure FDA0003117244750000025
之间相互正交，其中，
Figure FDA0003117244750000026
为第n个反射元素在L个导频信号序列的符号间隔内的反射角度向量，
Figure FDA0003117244750000027
其中，
Figure FDA0003117244750000028
为智能反射面第n个元素在第个l符号间隔时的反射角度，j表示虚数单位，(ωn)l取值为0或π，Ψ表示智能反射面反射角度变换向量集合，构成集合的行向量之间相互正交，v(i)表示第i个时隙通信系统信道叠加的噪声，v(i)里的每个变量服从均值为0，方差为N0的复高斯分布；
(1-4)基站将接收到的步骤(2)的导频信号序列投影到智能反射面的反射角度变换向量集合Ψ上，得到投影后的信号：
Figure FDA0003117244750000029
其中，
Figure FDA00031172447500000214
(hu)1,…,(hu)N为用户到基站的级联信道矩阵hu的N个列向量，(he)1,…,(he)N为干扰者到基站的级联信道矩阵he的N个列向量；
(2)重复步骤(1)，经过b个帧后，基站得到b个投影信号序列
Figure FDA00031172447500000211
对b个投影信号序列进行转置，得到
Figure FDA00031172447500000212
将第一个投影信号序列的转置分别与随后的b-1个投影信号序列的转置进行点乘,得到
Figure FDA00031172447500000213
表达式如下：
Figure FDA0003117244750000031
其中，v(1,i)为复高斯噪声，(hu)1,…,(hu)M为用户到基站的级联信道的转置矩阵
Figure FDA0003117244750000032
的M个列向量，(he)1,…,(he)M为干扰者到基站的级联信道的转置矩阵
Figure FDA0003117244750000033
的M个列向量；
对上述点乘后的信号进行幅值上的合并，得到导频干扰检测信号，记为
Figure FDA0003117244750000034
表达式如下；
Figure FDA0003117244750000035
其中，
Figure FDA0003117244750000036
服从均值为0，方差为
Figure FDA0003117244750000037
的高斯分布，其中，Puser为用户向通信系统中的基站发送导频信号序列的功率，Peve为干扰者向通信系统中的基站发送干扰导频信号序列的功率；
(3)对上述步骤(2)的智能反射面通信系统中的导频干扰检测信号进行检测，步骤如下：
(3-1)构造一个导频干扰的检测区域r(zP)：
Figure FDA0003117244750000038
其中，
Figure FDA0003117244750000039
||·||表示范数运算符号；
(3-2)从PSK符号集合A中的第一个符号a1＝ei2π/K开始，首先对符号a1进行x倍缩放，得到缩放后的信号xa1，计算步骤(2)的导频干扰检测信号
Figure FDA00031172447500000310
到被放缩了x倍后的PSK信号xa1的距离d(x)：
Figure FDA0003117244750000041
其中，real()表示求实部运算，imag()表示求虚部运算；
定义一个差值函数f(x)＝d(x)2-r2(x)，根据步骤(3-1)的检测区域
Figure FDA0003117244750000042
和距离d(x)，对差值函数f(x)进行判断，若存在一个x使得f(x)＜0，则记中间变量p(1,i)＝0，若不存在一个x使得f(x)＜0，则按序遍历PSK集合A所有符号中的下一个PSK符号，重复本步骤中的上述过程，当遍历完PSK符号集合A中的所有符号时，仍不存在一个x使得f(x)＜0，则记中间变量p(1,i)＝1；
(3-3)对导频干扰检测信号
Figure FDA0003117244750000043
重复步骤(3-2)，得到与b-1个导频干扰检测信号对应的中间变量p(1,2)，…，p(1,b)，将该b-1个中间变量记为中间变量序列；
(3-4)对上述中间变量序列中0和1的个数进行比较，当导频干扰检测信号的个数b-1为奇数值时，若1的个数大于0的个数，则判定通信系统中存在导频干扰，若1的个数小于0的个数，则判定通信系统中不存在导频干扰，当导频干扰检测信号的个数b-1为偶数值时，若1的个数大于0的个数，则判定通信系统中存在导频干扰，若1的个数小于0的个数，则判定通信系统中不存在导频干扰，若1的个数等于0的个数，则判定此次通信系统中导频干扰检测无效，完成对智能反射面通信系统中导频干扰的检测。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113194072B (zh) * 2021-04-02 2023-06-06 西安交通大学 一种智能反射面辅助的合法监听实现方法
CN114124259B (zh) * 2021-08-13 2023-07-04 南京邮电大学 基于不完整信息的智能反射表面的干扰测试方法
CN113691295B (zh) * 2021-08-18 2023-02-24 北京理工大学 一种基于irs的异构网络中干扰抑制方法
CN114337878B (zh) * 2021-12-13 2023-02-24 西安电子科技大学 一种基于智能反射表面的干扰发现和感测方法及其系统
CN115052291B (zh) * 2022-05-30 2023-08-25 南京东科优信网络安全技术研究院有限公司 一种抵御恶意智能反射面干扰攻击的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5677927A (en) * 1994-09-20 1997-10-14 Pulson Communications Corporation Ultrawide-band communication system and method
CN105827273B (zh) * 2016-03-08 2018-10-23 上海交通大学 多小区大规模mimo系统用户双天线导频干扰消除方法
CN111245492B (zh) * 2020-01-10 2022-01-21 北京邮电大学 一种基于接收功率排序的智能反射面选择方法
CN111181662B (zh) * 2020-02-19 2023-12-05 西南交通大学 一种增强列车车地无线通信系统接收性能的装置和方法
CN111818533B (zh) * 2020-06-04 2021-08-17 浙江大学 一种基于智能反射面的无线通信系统设计方法

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