[发明专利]一种基于反射放大面对抗同频干扰的方法

权利要求书

1.一种基于反射放大面对抗同频干扰的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.构建基于反射放大面对抗同频干扰的通信系统；

所述通信系统包括一个发射机、一个接收机、至少一个干扰机和一个反射放大面；

所述反射放大面由N个放大反射器组成，每个放大反射器放大反射电磁波并改变其相位，放大系数α由放大反射器的天线和负载决定：

其中Z_L和Z_A分别为负载和天线的阻抗，天线的阻抗为

Z_A＝R_A+jX_A

其中R_A＞0为实部表达了天线的电阻值，jX_A为虚部表达了天线的电抗；而在偏置电压下，负载成负阻抗性质，即，

Z_L＝-R_L+jX_L

其中-R_L＜0为实数表示负载的负电阻值，jX_L为虚部表示了负载的电抗；因此放大反射器的放大系数为：

通过调节负载的电阻电抗，就能够调节放大系数；

发射机发射有用信号给接收机，与此同时，存在干扰机发射出了干扰信号阻碍了期望信号的接收，在通信环境中设置的反射放大面，用来放大反射环境中的干扰信号，在空域中抵消直射径的干扰信号，同时增强有用信号；

考虑只有一个干扰机，接收机收到的信号如下：

其中是发射机到接收机的信道系数向量，是干扰机到接收机的信道系数向量，是发射机到反射放大面的信道系数矩阵，H_T＝[h_T,1,h_T,2,…,h_T,N]^H；是发射机到反射放大面的信道系数矩阵，H_I＝[h_I,1,h_I,2,…,h_I,N]^H,是反射放大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放大反射器的反射系数，z₀是期望为0且方差为1白噪声，而是反射放大面接收到的噪声；

上述接收信号实际上等价于

其中C_T＝GH_T是发射机-反射放大面-接收机的级联信道系数矩阵，C_I＝GH_I是干扰机-反射放大面-接收机的级联信道系数矩阵，G＝diag[g₁,g₂,…,g_N]，而a＝[α₁,α₁,…,α_N]^T是反射系数向量，通过设计a，就能够控制干扰信道使其信道增益变为零；

S2.给定干扰机的参考功率阈值L，根据干扰机的发射功率P_I与参考功率阈值L的大小关系进行反射系数设计：

(1)若干扰的发射功率P_I大于或等于阈值L，即L≤P_I，则基于干扰抑制比最小化设计反射系数；

所述基于干扰抑制比最小化设计反射系数的过程包括：

第一步、在不使用反射放大面时，接收机接收到的干扰信号功率为其中P_I是干扰的发射功率；在使用反射放大面后，接收机收到的干扰信号为因此干扰抑制比为：

第二步、为了最小化干扰抑制比，提出如下干扰抑制比最小化问题：

其中，α_max是反射系数幅度的最大值；

第三步、根据上述问题，设计一组反射系数实现最小化干扰抑制比，且使得反射系数向量的模最小，即反射放大面能耗最小；反射系数为：

其中且通过对矩阵进行最大秩分解给出，r是矩阵的秩；

(2)若干扰的发射功率P_I小于阈值L，即L＞P_I，则基于系统容量最大化设计反射系数；

所述基于系统容量最大化设计反射系数的过程包括：

给定一组反射系数为a＝[α₁,α₁,…,α_N]^T，干扰下的信道容量大小为：

其中P_T是发射机的发射功率，为了最大化容量，因为log(·)是一个单调递增函数，故最大化信干噪比

s.t.|α_n|≤α_max,n＝1,…,N

最大化信干噪比的问题是一个非凸问题，通过如下算法来得到最优的反射系数a^*来最大化通信场景的容量；

首先，固定γ，问题(9)转换为

且设a^(γ)为问题(10)的最优解，那么当f(γ)＝0时，得到γ＝γ^*，且对应的问题(9)和问题(10)的最优解一样，即，

函数f(γ)是单调增函数，因此采取二分迭代法来解决问题(9)，因为问题(10)是由问题(9)转换得到，相当于在每次迭代时，解决问题(10)；而上一次迭代后的解作为当前迭代的一个参数；在第i次迭代中，线性化问题(10)的目标函数的第二项，即，得到

其中a_i-1是第(i-1)次迭代的最优解，即上次迭代后的最优解，当固定a_i-1后，函数g(a,a_i-1)关于变量a是一个凸函数，通过解决如下问题来获得当前迭代的最优解：

其中a_i是当第i次迭代的最优解，因为问题(12)是一个凸问题，使用CVX解决，求解基于容量最大化的最优反射系数a^*的步骤包括：

A1：参数初始化γ_low＝0，当前信道系数t_T，t_I，g，H_T，H_I，发射功率P_T，干扰机发射功率P_I，容忍误差σ₁，σ₂，第i次迭代的输出是θ_λi和G(λ_i)

A2：如果|γ_j-γ_j-1|＞σ则，进入A6；

A21：如果||a_i-a_i-1||＞σ则，进入A3；

A22：通过CVX计算a_i+1＝argmin_ag(a,a_i)；

A22：返回A21；

A3：使得并通过计算f(γ_j)；

A4：如果f(γ_j)＞0，则使得且γ_low＝γ_i；如果f(γ_j)＜0，则使得且γ_up＝γ_i；

A5：进入A2；

A6：令