[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

说明书

本发明公开了一种方向调制中IRS辅助无线通信系统的干扰协方差矩阵估计方法，该方法首先建立了在干扰协方差矩阵参数结构约束下，最小化样本干扰协方差矩阵与接收机噪声方差矩阵之差和估计矩阵的欧式距离的优化问题；然后根据干扰协方差矩阵的参数表达式对其参数进行分离和重构，得到新的优化变量和优化问题；将新的优化问题针对两组变量分解为两个子问题，这两个子问题分别利用KKT条件和梯度下降法求解，交替更新两组变量直至目标函数收敛即可得到新的优化问题的解，再根据求得的解计算对应的矩阵即为估计的干扰协方差矩阵。本发明不仅能适用于小样本场景，还具有更高的估计精度，有利于后续在合法用户接收端减小恶意干扰所带来的影响。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及方向调制中IRS辅助无线通信系统的干扰协方差矩阵估计方法。

背景技术

近年来，无线通信技术迅速发展，然而在实际应用中，高复杂度、高硬件成本以及高能耗仍是亟待解决的关键问题。智能反射面(Intelligent reflecting surface，IRS)的出现很好地缓解了这一问题。IRS由大量可重构的低成本无源反射单元所构成，每一个反射单元都可以独立地改变入射信号的相位，这使得人为地改善或者重构无线传播环境成为可能。通过对IRS反射单元的控制，IRS可以使反射信号在期望接收机处与其它路径的信号相干相加，在非法用户的接收机处破坏性地相加或者使人工噪声进一步增加，增强了通信的安全性。

传统的方向调制通过设计发射波束和在发送信号中加入人为噪声等方法，使得只有目标方向上的接收机可以接收有用信号，其它方向的星座图扭曲，从而确保信息传输的安全性。然而传统的方向调制通信系统的基站在使用多根天线的情况下只能向用户发送单个隐私比特流，将IRS引入方向调制通信系统可以很好地克服这种局限性，进一步提高通信系统的安全性。但是，当环境中有恶意干扰时，IRS也会反射干扰信号，使合法用户接收到的干扰被进一步加强。当接收端为多天线的时候，可以通过接收端的接收波束成形来消除干扰，然而由于非法用户的信息对于合法用户来说通常是未知的，在消除干扰前合法用户需对接收到的干扰协方差矩阵进行估计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方向调制中IRS辅助无线通信系统的干扰协方差矩阵估计方法，降低估计方法的复杂度并提高估计精度。

实现本发明目的的技术解决方案为：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，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。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)对干扰协方差参数结构中的已知参数和未知参数进行分离和重构，既尽可能地考虑了干扰协方差矩阵的结构约束，又减少了要估计的变量的维数，降低了估计方法的复杂度；(2)可以在小样本情况下对干扰协方差矩阵进行估计，而且与直接使用样本干扰协方差矩阵作为估计相比，具有更高的估计精度。

附图说明

图1为本发明方向调制中IRS辅助无线通信系统的干扰协方差矩阵估计方法的流程图。

具体实施方式