[发明专利]一种基于鲁棒波束成形的信息超表面抗干扰方法

权利要求书

1.一种基于鲁棒波束成形的信息超表面抗干扰方法，其特征在于，所述方法包括：

获取无线抗干扰通信系统中预设的抗干扰中断概率门限信息、接收信干噪比门限信息和收敛门限信息；所述无线抗干扰通信系统包含一个配置多根天线的基站、一个配置多个反射单元的智能信息超表面，多个配置单天线的用户，各个所述用户周围存在一个配置多根天线的干扰机；

以所述基站的发射功率最小化为目标函数，所述抗干扰中断概率门限信息和所述接收信干噪比门限信息为约束条件，基站主动发射波束形成权矢量和智能信息超表面反射波束形成矢量为优化变量，构建待求解的优化模型为：

其中，表示第k个用户处的接收信干噪比，为第k个用户处接收信干噪比的显式，W_T＝{w_T,1,w_T,2,…,w_T,K}表示基站主动发射波束形成权矢量，表示智能信息超表面反射波束形成矢量，h_T,k∈C^M×1表示基站到第k个用户信道矢量，G_T∈C^N×M表示基站到信息超表面信道矩阵，h_R,k∈C^N×1表示信息超表面到第k个用户信道矢量，h_J,k∈C^L×1表示干扰机到第k个用户信道矢量，G_J∈C^N×L表示干扰机到信息超表面信道矩阵，表示第k个用户接收到的干扰信号功率，θ_n∈[0,2π]表示智能超表面第n个单元的反射相位，表示第k个用户用的噪声功率，表示Frobenius范数，M表示基站天线根数，N表示智能信息超表面配置的反射单元的个数，K表示用户的个数，L表示干扰机配置的天线的个数；

在给定智能信息超表面反射波束形成矢量v的条件下，构建优化基站主动发射波束形成权矢量w_T,k对应的第一优化子模型为：

在给定基站主动发射波束形成权矢量w_T,k的条件下，构建优化智能信息超表面反射波束形成矢量v对应的第二优化子模型为：

其中

引入辅助变量以及μ＝{μ₁,μ₂,…,μ_k}；

通过惩罚非光滑优化算法，将所述第一优化子模型转化为：

通过迭代和特征值分解的方法可以求解得到当前次迭代中所述基站主动发射波束形成权矢量的第一最优解w_T,k；

通过惩罚非光滑优化算法、不等式近似和辅助变量替换算法，求解当前次迭代中所述智能信息超表面反射波束形成矢量的第二最优解；所述不等式近似的变换形式为：

其中e∈C^n×1～CN(0,I_n)，r∈C^n×1表示矩阵，ρ∈[0,1)；

引入辅助变量

代换；

引入松弛变量α＝{α₁,α₂,…,α_K}^T、x＝{x₁,x₂,…,x_K}^T、y＝{y₁,y₂,…,y_K}^T,惩罚因子τ和加权系数χ；

利用惩罚非光滑优化方法，将所述第二优化子模型转化为：

其中是对应特征值λ_max{V^(n-1)}的特征矢量；

结合迭代优化、CVX标准优化工具和特征值分解，求解得到当前次迭代中所述智能信息超表面反射波束形成矢量的第二最优解v；

根据所述第一最优解和所述第二最优解，得到当前次迭代后所述基站的发射功率，当所述发射功率与前一次迭代后发射功率的差值小于所述收敛门限信息时，结束迭代，根据最后一次迭代输出的主动发射波束形成权矢量配置所述基站，根据最后一次迭代输出的被动反射波束形成矢量配置所述智能信息超表面，通过所述基站和所述智能信息超表面调控电磁波传播环境，实现抗干扰通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述优化模型拆分成两个相互独立的子模型交替优化求解，包括：

当所述干扰机的信道信息未知时，采用统计信道信息估计建模的方法将所述优化模型拆分成两个相互独立的子模型交替优化求解。