[发明专利]方向调制中IRS辅助无线通信系统的干扰协方差矩阵估计方法

权利要求书

1.一种方向调制中IRS辅助无线通信系统的干扰协方差矩阵估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、结合样本干扰协方差矩阵，建立最小化R和S欧式距离的目标优化问题，其中R表示干扰协方差矩阵，S表示样本干扰协方差矩阵与噪声方差矩阵之差；

步骤2、对干扰协方差矩阵R参数表达式中的中的未知参数和已知参数进行分离，利用视距信道矩阵秩为一的性质对参数进行重构得到新的优化变量，根据这些变量建立新的目标优化问题；

步骤3、将优化问题分解为关于两个标量和一个向量的两个子问题，当未知向量固定时，根据KKT条件求解未知标量；当未知标量固定时，应用梯度下降法求得未知向量，交替迭代更新这两组变量直至目标函数收敛，即得到优化问题的解；

步骤4、根据求得的变量计算出干扰协方差矩阵，即为干扰协方差矩阵估计结果。

2.根据权利要求1所述的方向调制中IRS辅助无线通信系统的干扰协方差矩阵估计方法，其特征在于，步骤1中干扰协方差矩阵、样本干扰协方差矩阵，构建过程如下：

建立IRS辅助的方向调制通信系统模型，其中基站配置N_A根天线，IRS由M个无源反射元件组成，合法用户有N_B根天线、非法用户有N_M根天线；在该模型中，非法用户工作于全双工模式，非法用户会窃听基站发送给合法用户的隐私信息，还会向合法用户发送干扰信号，干扰合法用户对有用信号的接收；基站发射的基带信号s_A表示为

其中，P_A是总的发射功率，β∈[0,1]是隐私信息和人工噪声的功率分配因子；和分别是发射波束成形向量和人工噪声投影矩阵，并满足条件v^Hv＝1和x为发送符号，满足E[|x|²]＝1；为发送的人工噪声，服从复高斯分布，即

非法用户发送的干扰信号s_M表示为：

其中，P_M为非法用户发射干扰的总功率，为干扰投影矩阵，为干扰符号，且N_J为发射干扰的天线数，满足N_J∈[1,N_M-1]；

在方向调制通信系统中，无线通信信道为视距信道，归一化信道矢量为

其中，N为发射机或接收机的天线数，相位函数Ψ_θ(n)定义为

式中，θ、n、d、λ分别代表到达或离开的方向角、天线的索引数、发射天线阵列中的单元间距、波长；无线通信信道矩阵由H^H(θ)＝h(θ_r)h^H(θ_t)给出，其中θ_r和θ_t分别为信号的到达方向角和离开方向角；

经过信道传输和接收波束成形后，合法用户Bob处的接收信号表示为

其中，是Bob处的接收波束成形向量；是加性高斯白噪声，服从分布此外，分别为IRS到合法用户Bob、基站Alice到IRS、Alice到Bob、非法用户Mallory到IRS、Mallory到Bob的信道矩阵；对角矩阵表示了IRS的相移，其中φ_i为信号经过IRS上第i个无源反射单元反射后的相移；g_AIB、g_AB、g_MIB、g_MB分别表示从Alice经IRS到Bob、从Alice到Bob、从Mallory经IRS到Bob、从Mallory到Bob这四条路径的路径损耗；

定义H_A1、H_M1分别为Alice到Bob、Mallory到Bob的等效信道矩阵，即

由式(5)得到，Bob接收到的信号中，来自Mallory的恶意干扰的部分为

则理想的干扰协方差矩阵R_i为：

为了对干扰协方差矩阵进行估计，在通信系统中，一旦基站检测到有干扰信号，基站就不再发送信号，然后，合法用户对干扰信号进行接收，并估计干扰协方差矩阵，此时，合法用户Bob处的接收信号为

用y_B[k]代表第k个时隙接收到的信号，当Bob处接收到K个样本信号后，样本干扰协方差矩阵表示为

当K趋于无穷时，样本干扰协方差矩阵能够估计干扰协方差矩阵，此时