混合MIMO系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐方法与流程

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种混合mimo系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐方法。

背景技术：

1、在隐蔽通信系统中，混合多输入多输出（multiple-input multiple-output，mimo）架构通过模拟域和数字域联合设计实现多用户波束赋形。面向隐蔽通信的波束赋形需要在合法用户方向聚集信号能量的同时，在侦收方威利方向形成零陷或低旁瓣，以降低信号被侦收的概率。现有技术中，混合mimo波束赋形的模拟域设计主要有两条路径。

2、第一条路径是联合优化路径，通过迭代优化联合搜索模拟预编码和数字预编码，该路径性能最优但计算复杂度较高。第二条路径是分离式设计路径，通过一次特征分解和恒模相位投影获得可行解，该路径计算复杂度低但性能略有损失。

3、在分离式设计路径中，空间对齐方法通过构造目标矩阵，对该矩阵做特征值分解取主特征向量，再做恒模相位投影生成模拟预编码矩阵。该方法计算高效，但传统空间对齐方法在构造目标矩阵时未考虑威利方向，无法在合法用户方向聚集能量的同时在威利方向形成零陷。将联合优化路径应用于实时性要求高的无人机场景时，迭代优化的计算延迟可能无法满足时隙级参数重构的实时性要求。

4、因此，需要一种计算复杂度低、能够在分离式设计框架中实现威利方向零陷的方法，在保持低复杂度的同时满足隐蔽约束。

技术实现思路

1、本发明提供一种混合mimo系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐方法，用以解决现有分离式设计路径无法在威利方向形成零陷的问题，在保持与传统空间对齐方法相当的低计算复杂度的同时，实现在威利方向形成深度可控零陷，满足无人机实时场景下时隙级参数重构的隐蔽通信需求。

2、本发明提供一种混合mimo系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐方法，包括如下步骤：

3、根据各用户的信道矩阵构造空间对齐目标矩阵，根据侦收方威利方向构造威利方向导向矢量，根据移除强度系数将所述威利方向导向矢量从所述空间对齐目标矩阵的特征子空间中移除，得到修正目标矩阵；

4、对所述修正目标矩阵进行特征值分解，提取最大特征值对应的主特征向量；

5、对所述主特征向量进行恒模相位投影，生成模拟预编码矩阵；

6、基于所述模拟预编码矩阵和各用户的信道矩阵，确定各用户的模拟合并矩阵；

7、基于所述模拟预编码矩阵确定泄漏功率，根据所述泄漏功率与最大泄漏功率约束的比较结果调节所述移除强度系数，并重新执行特征值分解、主特征向量提取及恒模相位投影，直至满足所述最大泄漏功率约束，得到满足隐蔽约束的模拟预编码矩阵及各用户的模拟合并矩阵；所述模拟合并矩阵与所述模拟预编码矩阵共同构成收发端模拟波束赋形矩阵对。

8、在一实施例中，所述根据各用户的信道矩阵构造空间对齐目标矩阵，包括：

9、获取各用户的信道矩阵；

10、根据各用户的信道矩阵的右奇异矩阵中最大奇异值对应的右奇异向量以及所述右奇异向量的共轭转置，确定空间对齐目标矩阵。

11、在一实施例中，所述根据移除强度系数将所述威利方向导向矢量从所述空间对齐目标矩阵的特征子空间中移除，得到修正目标矩阵，包括：

12、构造正交投影矩阵，所述正交投影矩阵根据单位矩阵、所述移除强度系数、所述威利方向导向矢量以及所述威利方向导向矢量的共轭转置确定；

13、根据所述正交投影矩阵和所述空间对齐目标矩阵确定所述修正目标矩阵。

14、在一实施例中，所述对所述主特征向量进行恒模相位投影，生成模拟预编码矩阵，包括：

15、提取所述主特征向量中各元素的相位，根据提取出的各相位构造复指数向量，并对所述复指数向量中各元素按照发射天线数进行幅度归一化，得到所述模拟预编码矩阵。

16、在一实施例中，所述基于所述模拟预编码矩阵和各用户的信道矩阵，确定各用户的模拟合并矩阵，包括：

17、对每个用户，根据所述用户的信道矩阵和所述模拟预编码矩阵确定等效信道；

18、对所述等效信道进行奇异值分解，取最大奇异值对应的左奇异向量；

19、提取所述左奇异向量中各元素的相位，根据提取出的各相位构造复指数向量，并对所述复指数向量中各元素按照接收天线数进行幅度归一化，得到所述用户的模拟合并矩阵。

20、在一实施例中，所述基于所述模拟预编码矩阵确定泄漏功率， 包括：

21、根据威利方向信道向量、所述威利方向信道向量的共轭转置、所述模拟预编码矩阵以及所述模拟预编码矩阵的共轭转置确定所述泄漏功率。

22、在一实施例中，根据所述泄漏功率与最大泄漏功率约束的比较结果调节所述移除强度系数，包括：

23、若所述泄漏功率大于所述最大泄漏功率约束，则增大所述移除强度系数；

24、若所述泄漏功率小于所述最大泄漏功率约束与预设余量之差，则减小所述移除强度系数；

25、若所述泄漏功率大于或等于所述最大泄漏功率约束与预设余量之差，且小于或等于所述最大泄漏功率约束，则保持所述移除强度系数不变。

26、本发明还提供一种混合mimo系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐装置，包括如下模块：

27、目标矩阵构造模块，用于根据各用户的信道矩阵构造空间对齐目标矩阵，根据侦收方威利方向构造威利方向导向矢量，根据移除强度系数将所述威利方向导向矢量从所述空间对齐目标矩阵的特征子空间中移除，得到修正目标矩阵；

28、模拟预编码求解模块，用于对所述修正目标矩阵进行特征值分解，提取最大特征值对应的主特征向量；对所述主特征向量进行恒模相位投影，生成模拟预编码矩阵；

29、模拟合并矩阵确定模块，用于基于所述模拟预编码矩阵和各用户的信道矩阵，确定各用户的模拟合并矩阵；

30、移除强度调节模块，用于基于所述模拟预编码矩阵确定泄漏功率，根据所述泄漏功率与最大泄漏功率约束的比较结果调节所述移除强度系数，并重新执行特征值分解、主特征向量提取及恒模相位投影，直至满足所述最大泄漏功率约束，得到满足隐蔽约束的模拟预编码矩阵及各用户的模拟合并矩阵；所述模拟合并矩阵与所述模拟预编码矩阵共同构成收发端模拟波束赋形矩阵对。

31、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述混合mimo系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐方法。

32、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述混合mimo系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐方法。

33、本发明提供的混合mimo系统中面向隐蔽通信的零陷空间对齐方法，通过引入侦收方威利方向导向矢量，并将该侦收方威利方向导向矢量从空间对齐目标矩阵的特征子空间中移除，使得修正目标矩阵的特征子空间不再包含侦收方威利方向分量。对修正目标矩阵进行特征值分解时，提取的最大特征值对应的主特征向量天然处于与侦收方威利方向正交的子空间中，该主特征向量在侦收方威利方向的投影分量趋近于零。对该主特征向量进行恒模相位投影后，生成的模拟预编码矩阵在侦收方威利方向保持低响应特性，形成零陷。

34、移除强度系数根据泄漏功率与最大泄漏功率约束的比较结果进行调节，并重新执行特征值分解、主特征向量提取及恒模相位投影，直至泄漏功率满足最大泄漏功率约束，即实现隐蔽约束，确保最终输出的模拟预编码矩阵在侦收方威利方向的泄漏功率不超过最大泄漏功率约束。该迭代调节过程仅涉及特征值分解和恒模相位投影，与联合优化路径中每次迭代需进行黎曼流形优化等高复杂度运算相比，计算量显著降低，计算延迟满足时隙级参数重构的实时性要求。模拟预编码矩阵确定后，基于该模拟预编码矩阵和各用户信道矩阵确定各用户的模拟合并矩阵，各用户的模拟合并矩阵与模拟预编码矩阵构成完整的收发端模拟波束赋形矩阵对，确保合法用户方向的信号接收质量。