CN113541847B - 一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法，包括以下步骤：S1.构建基于智能反射面的通信系统；构建的通信系统包括一个发射机、一个接收机、一个或者多个干扰机和一个智能反射面；发射机发射期望信号给接收机，与此同时，干扰机发射出了干扰信号阻碍期望信号的接收；智能反射面用于反射通信环境中的干扰信号和期望信号，增强接收机收到的期望信号同时抑制干扰信；S2.建立反射系数的最优化问题来最大化通信场景容量；S3.对最优反射系数进行求解。本发明能够获取智能反射面的反射系数，并通过智能反射面抑制同频干扰，有效增强了期望信号。

Description

一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法

技术领域

本发明涉及同频干扰抑制，特别是涉及一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法。

背景技术

同频干扰是指，接收机不但会捕获到期望信号，同时也会接收同一个频段的干扰信号，因为干扰和期望信号在同一频段上，因此无法通过滤波等方式消除。在现代无线通信环境中，同频干扰是一个不可避免的问题。比如，在高密度5G蜂窝网中，许多基站会高密度集中在一个区域，因此导致两个小区之间的距离太近，接收机也许会接收到其它基站发送的信号，从而产生区间干扰。而在战场环境中，接收机也会受到敌方的同频干扰，从而阻塞接收机的信道。传统的同频干扰抑制方式，需要知道干扰信号的具体值，这在大多数干扰场景下是不现实的。因此，我们需要一种不需要知道干扰信号的抑制方式。

智能反射面是一种由大量低成本的被动无源反射元件组成的平面，其中每一个无源反射原件都可以反射接收到的电磁波，并改变反射电磁波的相位。因此，智能反射面可以增强反射出去的期望信号，和抑制反射出去的干扰信号。从另一种角度，智能反射面可以改变信道环境，使得信道环境有利于期望信号的传输，抑制干扰信号的传播；但是，就目前而言，智能反射面的反射系数设计是其应用过程中的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法，能够获取智能反射面的反射系数，并通过智能反射面抑制同频干扰，有效增强了期望信号。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法，包括以下步骤：

S1.构建基于智能反射面的通信系统；

S2.建立反射系数的最优化问题来最大化通信场景容量；

S3.对最优反射系数进行求解。

其中，所述步骤S1包括：

设构建的通信系统包括一个发射机、一个接收机、一个或者多个干扰机和一个智能反射面；发射机发射期望信号给接收机，与此同时，干扰机发射出了干扰信号阻碍期望信号的接收；智能反射面用于反射通信环境中的干扰信号和期望信号，增强接收机收到的期望信号同时抑制干扰信号；

接收机收到的信号如下：

其中

是发射机到接收机的信道系数向量，且

是干扰机到接收机的信道系数向量，且

是发射机到智能反射面的信道系数矩阵，且H_T＝[h_T,1,h_T,2,…,h_T,N]^H；

是发射机到智能反射面的信道系数矩阵，且H_I＝[h_I,1,h_I,2,…,h_I,N]^H，

是智能反射面到接收机的信道系数向量g＝[g₁,g₂,…,g_N]^H，

是一个对角矩阵表示每个反射原件的反射系数，z是期望为0且方差为1白噪声。

优选地，所述发射机为单天线或多天线发射机；所述接收机为单天线接收机，所述干扰机为单天线或多天线干扰机。

其中，所述步骤S2包括：

给定反射系数为θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_N]，此时干扰下的信道容量大小为：

其中P_T是发射机的发射功率，P_I是干扰机的发射功率以看出，通信场景下的容量取决于智能反射面的反射系数；

为了获得最优的反射系数θ，建立一个容量最大化问题：

其中λ^*是容量的最大值，log(·)是一个单调递增函数，将容量最大化问题等价于如下非凸问题：

其中，所述步骤S3包括：

S301.固定λ，将问题(3)转换为如下问题：

设θ_λ为问题(4)的最优解，当G(λ)＝0时，得到λ＝λ^*，且对应的问题(3)和问题(4)的最优解一样，即，θ_λ＝θ^*；函数G(λ)是单调减函数，因此采取二分迭代法来解决问题(3)，其中每次迭代，解决问题(4)，而问题(4)的半闭式最优解是如下方程组的一个根：

其中，

方程组(5)的根由区间迭代法得到，这些根组成一个集合Ω，最优解θ_λ为Ω其中的一个元素，并满足如下要求：

max{Ψ(θ)：θ∈Ω} (6)

其中，

S302.求解最优反射系数θ^*：

A1：参数初始化λ_low＝0，

当前信道系数t_T，t_I，g，H_T，H_I，发射机发射功率P_T，干扰机发射功率P_I，容忍误差σ，第i次迭代的输出是

和G(λ_i)；

A2：如果|λ_i-λ_i-1|＞σ则，进入A3；

A21：通过区间迭代法和方程组(5)和(6)求解

和G(λ_i)

A22：如果G(λ_i)＞0，则使得

且λ_low＝λ_i；如果G(λ_i)≤0，则使得

且λ_up＝λ_i；

A3：进入A2；

A4：令

和λ^*＝λ_i。

优选地，所述干扰机的数量大于1时，那么步骤A21的方程组(5)修改为

其中

而其中h_k,n代表第k个干扰机到第n个反射元件的信道系数向量，t_k表第k个干扰机到接收机的信道系数向量。

本发明的有益效果是：本发明能够获取智能反射面的反射系数，并通过智能反射面抑制同频干扰，有效增强了期望信号。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为实施例中构建的通信系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法，包括以下步骤：

S1.构建基于智能反射面的通信系统；

S2.建立反射系数的最优化问题来最大化通信场景容量；

S3.对最优反射系数进行求解。

在本申请的实施例中，所述步骤S1包括：

设构建的通信系统如图2所示，包括一个发射机、一个接收机、一个或者多个干扰机和一个智能反射面；发射机发射期望信号给接收机，与此同时，干扰机发射出了干扰信号阻碍期望信号的接收；智能反射面用于反射通信环境中的干扰信号和期望信号，增强接收机收到的期望信号同时抑制干扰信号；

接收机收到的信号如下：

其中

是发射机到接收机的信道系数向量，且

是干扰机到接收机的信道系数向量，且

是发射机到智能反射面的信道系数矩阵，且H_T＝[h_T,1,h_T,2,…,h_T,N]^H；

是发射机到智能反射面的信道系数矩阵，且H_I＝[h_I,1,h_I,2,…,h_I,N]^H，

是智能反射面到接收机的信道系数向量g＝[g₁,g₂,…,g_N]^H，

是一个对角矩阵表示每个反射原件的反射系数，z是期望为0且方差为1白噪声。

在本申请的实施例中，所述发射机为单天线或多天线发射机；所述接收机为单天线接收机，所述干扰机为单天线或多天线干扰机。

在本申请的实施例中，所述步骤S2包括：

给定反射系数为θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_N]，此时干扰下的信道容量大小为：

其中P_T是发射机的发射功率，P_I是干扰机的发射功率以看出，通信场景下的容量取决于智能反射面的反射系数；

为了获得最优的反射系数θ，建立一个容量最大化问题：

其中λ^*是容量的最大值，log(·)是一个单调递增函数，将容量最大化问题等价于如下非凸问题：

在本申请的实施例中，所述步骤S3包括：

S301.固定λ，将问题(3)转换为如下问题：

设θ_λ为问题(4)的最优解，当G(λ)＝0时，得到λ＝λ^*，且对应的问题(3)和问题(4)的最优解一样，即，θ_λ＝θ^*；函数G(λ)是单调减函数，因此采取二分迭代法来解决问题(3)，其中每次迭代，解决问题(4)，而问题(4)的半闭式最优解是如下方程组的一个根：

其中，

方程组(5)的根由区间迭代法得到，这些根组成一个集合Ω，最优解θ_λ为Ω其中的一个元素，并满足如下要求：

max{Ψ(θ)：θ∈Ω} (6)

其中，

S302.求解最优反射系数θ^*：

A1：参数初始化λ_low＝0，

当前信道系数t_T，t_I，g，H_T，H_I，发射机发射功率P_T，干扰机发射功率P_I，容忍误差σ，第i次迭代的输出是

和G(λ_i)；

A2：如果|λ_i-λ_i-1|＞σ则，进入A3；

A21：通过区间迭代法和方程组(5)和(6)求解

和G(λ_i)

A22：如果G(λ_i)＞0，则使得

且λ_low＝λ_i；如果G(λ_i)≤0，则使得

且λ_up＝λ_i；

A3：进入A2；

A4：令

和λ^*＝λ_i。

在本申请的实施例中，所述干扰机的数量大于1时，那么步骤A21的方程组(5)修改为

其中

而其中h_k,n代表第k个干扰机到第n个反射元件的信道系数向量，t_k表第k个干扰机到接收机的信道系数向量。

在求得最优反射系数θ^*后，将其作为智能反射面实际采用的反射系数，反射通信环境中的干扰信号和期望信号，即可实现通信过程中的同频干扰抑制。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.构建基于智能反射面的通信系统:

设构建的通信系统包括一个发射机、一个接收机、一个或者多个干扰机和一个智能反射面；发射机发射期望信号给接收机，与此同时，干扰机发射出了干扰信号阻碍期望信号的接收；智能反射面用于反射通信环境中的干扰信号和期望信号，增强接收机收到的期望信号同时抑制干扰信号；

接收机收到的信号如下：

其中

是发射机到接收机的信道系数向量，且

是干扰机到接收机的信道系数向量，且

是发射机到智能反射面的信道系数矩阵，且H_T＝[h_T,1,h_T,2,…,h_T,N]^H；

是发射机到智能反射面的信道系数矩阵，且H_I＝[h_I,1,h_I,2,…,h_I,N]^H，

是智能反射面到接收机的信道系数向量g＝[g₁,g₂,…,g_N]^H，

是一个对角矩阵表示每个反射原件的反射系数，z是期望为0且方差为1白噪声；

S2.建立反射系数的最优化问题来最大化通信场景容量；

给定反射系数为θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_N]，此时干扰下的信道容量大小为：

其中P_T是发射机的发射功率，P_I是干扰机的发射功率以看出，通信场景下的容量取决于智能反射面的反射系数；

为了获得最优的反射系数θ，建立一个容量最大化问题：

其中λ^*是容量的最大值，log(·)是一个单调递增函数，将容量最大化问题等价于如下非凸问题：

S3.对最优反射系数进行求解:

所述步骤S3包括：

S301.固定λ，将问题(3)转换为如下问题：

设θ_λ为问题(4)的最优解，当G(λ)＝0时，得到λ＝λ^*，且对应的问题(3)和问题(4)的最优解一样，即，θ_λ＝θ^*；函数G(λ)是单调减函数，因此采取二分迭代法来解决问题(3)，其中每次迭代，解决问题(4)，而问题(4)的半闭式最优解是如下方程组的一个根：

其中，

方程组(5)的根由区间迭代法得到，这些根组成一个集合Ω，最优解θ_λ为Ω其中的一个元素，并满足如下要求：

max{Ψ(θ)：θ∈Ω} (6)

其中，

S302.求解最优反射系数θ^*：

A1：参数初始化λ_low＝0，

当前信道系数t_T，t_I，g，H_T，H_I，发射机发射功率P_T，干扰机发射功率P_I，容忍误差σ，第i次迭代的输出是

和G(λ_i)；

A2：如果|λ_i-λ_i-1|＞σ则，进入A4；

A21：通过区间迭代法和方程组(5)和(6)求解

和G(λ_i)

A22：如果G(λ_i)＞0，则使得

且λ_low＝λ_i；如果G(λ_i)≤0，则使得

且λ_up＝λ_i；

A3：进入A2；

A4：令

和λ^*＝λ_i。

2.根据权利要求1所述的一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法，其特征在于：所述发射机为单天线或多天线发射机；所述接收机为单天线接收机，所述干扰机为单天线或多天线干扰机。

3.根据权利要求1所述的一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法，其特征在于：所述干扰机的数量大于1时，那么步骤A21的方程组(5)修改为

其中

而其中h_k,n代表第k个干扰机到第n个反射元件的信道系数向量，t_k表第k个干扰机到接收机的信道系数向量。

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