一种通过智能反射面抑制同频干扰的通信方法与流程

1.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：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.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。
5.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：
6.s1.构建基于智能反射面的通信系统；
7.s2.建立反射系数的最优化问题来最大化通信场景容量；
8.s3.对最优反射系数进行求解。
9.其中，所述步骤s1包括：
10.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；
11.接收机收到的信号如下：
[0012][0013]
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。
[0014]
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。
[0015]
其中，所述步骤s2包括：
[0016]
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：
[0017][0018]
其中p
t
是发射机的发射功率，p
i
是干扰机的射功功率以看出，通信场景下的容量取决于智能反射面的反射系数；
[0019]
为了获得最优的反射系数θ，建立一个容量最大化问题：
[0020][0021]
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：
[0022][0023]
其中，所述步骤s3包括：
[0024]
s301.固定λ，将问题(3)转换为如下问题：
[0025][0026]
设θ
λ
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：
[0027][0028]
其中，其中，
[0029]
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：
[0030]
max{ψ(θ)：θ∈ω}(6)
[0031]
其中，
[0032][0033]
s302.求解最优反射系数θ
*
：
[0034]
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
)；
[0035]
a2：如果|λ
i
‑
λ
i
‑1|＞σ则，进入a3；
[0036]
a21：通过区间迭代法和方程组(5)和(6)求解和g(λ
i
)
[0037]
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
；
[0038]
a3：进入a2；
[0039]
a4：令和λ
*
＝λ
i
。
[0040]
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
[0041][0042]
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。
[0043]
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
[0044]
图1为本发明的方法流程图；
[0045]
图2为实施例中构建的通信系统示意图。
具体实施方式
[0046]
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。
[0047]
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：
[0048]
s1.构建基于智能反射面的通信系统；
[0049]
s2.建立反射系数的最优化问题来最大化通信场景容量；
[0050]
s3.对最优反射系数进行求解。
[0051]
在本技术的实施例中，所述步骤s1包括：
[0052]
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；
[0053]
接收机收到的信号如下：
[0054][0055]
其中是发射机到接收机的信道系数向量，且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。
[0056]
在本技术的实施例中，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。
[0057]
在本技术的实施例中，所述步骤s2包括：
[0058]
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：
[0059][0060]
其中p
t
是发射机的发射功率，p
i
是干扰机的射功功率以看出，通信场景下的容量取决于智能反射面的反射系数；
[0061]
为了获得最优的反射系数θ，建立一个容量最大化问题：
[0062][0063]
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：
[0064]
[0065]
在本技术的实施例中，所述步骤s3包括：
[0066]
s301.固定λ，将问题(3)转换为如下问题：
[0067][0068]
设θ
λ
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：
[0069][0070]
其中，其中，
[0071]
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：
[0072]
max{ψ(θ)：θ∈ω}(6)
[0073]
其中，
[0074][0075]
s302.求解最优反射系数θ
*
：
[0076]
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
)；
[0077]
a2：如果|λ
i
‑
λ
i
‑1|＞σ则，进入a3；
[0078]
a21：通过区间迭代法和方程组(5)和(6)求解和g(λ
i
)
[0079]
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
；
[0080]
a3：进入a2；
[0081]
a4：令和λ
*
＝λ
i
。
[0082]
在本技术的实施例中，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
[0083][0084]
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。
[0085]
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。
[0086]
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。