一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置及方法制造方法及图纸

一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置及方法，其装置包括期望发射机、期望发射机通过智能反射面控制器与智能反射面双向通信连接；回环干扰抑制方法为期望发射机利用智能反射面对来自干扰发射机并直接入射至智能反射面的入射干扰与期望接收机转发至智能反射面的转发干扰之间的相位差进行探测，并根据该相位差计算期望接收机所受干扰的相位差；期望发射机利用所述测得的期望接收机所受干扰的相位差对智能反射面的反射系数进行设计，智能反射面将来自干扰发射机的干扰反射至期望接收机；期望接收机收到来自智能反射面反射的回环干扰，该回环干扰对期望接收机受到的来自干扰发射机的直接干扰进行抑制，可以改善期望接收机的频谱效率。接收机的频谱效率。接收机的频谱效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置及方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置及方法。

技术介绍

[0002]随着无线技术的飞速发展，一方面，密集的设备部署以及海量的用户接入，使得能耗和信令开销达到前所未有的水平；另一方面，由于无线信道的广播与开放特性，大量传输信号相互叠加，使得通信系统面临严重的干扰问题，制约了系统频谱效率(Spectral Efficiency,SE)的改善。
[0003]智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是一种由无源反射元件组成的，可以利用软件编程控制其表面反射/传输信号的幅度、相位的6G新兴技术。一方面，智能反射面IRS可以保留原有无线通信系统硬件架构，无需引入额外的有源射频器件，因此没有额外的功率开销，具有低功耗、低硬件部署成本的优势；另一方面，智能反射面IRS经由与期望发射机相连接的IRS控制器对其进行控制，即通过软件编程灵活地调整智能反射面IRS的反射单元的相位和/或幅度，可以实现反射信号的强度和方向的智能动态调整。目前，传统的干扰管理(Interference Management,IM)方法的设计思路是通过增强发射机和/或终端设备的处理能力以实现对干扰的抑制/消除，导致开销(例如信令开销、硬件开销以及计算开销)过大；另外，当前大多数干扰管理IM仍然将干扰作为影响通信的消极因素，忽略了通过某些手段对干扰本身加以利用的可能。
[0004]肖丽媛等人在其申请的专利文献“一种基于双路干扰信号调整的多干扰协作干扰对齐方法”(申请号：CN201811362697.1公开日：2018.07.09申请公布号：CN109450506A)中公开了一种基于双路干扰信号调整的多干扰协作干扰对齐方法，该方法的步骤是，第一步：发射机之间共享信道状态信息(Channel State Information,CSI)和数据信息；第二步：目标通信对和干扰通信对分别根据各自的信道矩阵设计发射预编码向量与接收滤波向量；第三步：干扰通信发射机随机选取两路干扰信号进行调整，以将多个干扰等效成的有效干扰信号调整至与目标期望信号正交为设计目标，计算出两个复数域调整系数，分别与上述随机选取的两路干扰信号向量相乘；第四步：干扰通信发射机向其接收机发送经复数域系数调整后的信号，目标通信发射机向其接收机发送期望信号；第五步：干扰通信接收机和目标通信接收机分别用各自的滤波向量对各自的期望数据进行恢复。该方法存在的不足之处是，期望发射机与干扰发射机之间需要高度协作，即期望发射机需要准确获知关于干扰发射机的信道状态信息CSI以及干扰所携带的数据信息，导致信令开销过大；由于干扰发射机需要向期望发射机共享自身的数据信息，导致干扰通信对隐私泄露等问题；没有对干扰进行有效利用，仍然以消除干扰为设计目的。
[0005]Shlezinger N等人在其发表论文“Dynamic Metasurface Antennas for 6G Extreme Massive MIMO Communications”(IEEE Wireless Communications 28(2021)2,106
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113)中提出了一种利用大规模多输入多输出(Massive Multiple
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Input Multiple
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Output,Massive MIMO)增强期望传输的方法。该方法的实现步骤是，第一步：在期望发射机配置大规模天线阵列，增加天线数量，使得不同接收机的信道矩阵趋于相互正交；第二步：在期望发射机处调节各天线的权重(影响发射信号的相位和振幅)进行波束成形，使信号在期望接收机处形成叠加，从而提高接收信干噪比(SINR)，改善期望信号的接收质量。该方法存在的不足之处是，虽然通过增加天线数可以改善期望信号的接收质量，但是大规模天线阵列的部署及其硬件成本控制在实际应用中均面临挑战，制约了该方法的应用。
[0006]杭州电子科技大学在其申请的专利文献“一种智能反射面辅助的干扰抵消波束设计方法”(申请号：CN202111262623.2公开日：2022.01.04申请公布号：CN113890634A)中公开了一种智能反射面辅助的干扰抵消波束设计方法，该方法的步骤是，第一步：场景假设和信道模型；第二步：利用波束分裂方法设计部分发射波束；第三步：设计智能反射面反射系数；第四步：根据设计的智能反射面反射系数，执行用户干扰抵消发射波束设计方法及功率分配系数设计方法。该方法存在的不足之处是，期望发射机与干扰发射机之间需要协作，以获取期望发射机、智能反射面IRS关于干扰发射机的信道状态信息CSI，导致信令开销过大，制约了方法的应用性；期望发射机的需要复杂的波束成形设计，导致计算开销过大。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制(IRS
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Aided Loopback Interference Suppression,IRS
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LIS)方法，解决了现有技术存在的依赖于期望发射机与干扰发射机之间的高度协作，即期望发射机需要准确获知关于干扰发射机的信道状态信息CSI以及干扰所携带的数据信息而造成的信令开销的增加，以及由于干扰发射机需要向期望发射机共享自身的数据信息，导致对干扰通信对的数据传输隐私造成威胁的问题；同时，能够对干扰加以利用，借助智能反射面IRS对信号的反射，消除干扰对期望通信的影响，是对传统的干扰管理IM方法的补充。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置，包括期望发射机PBS1，所述期望发射机PBS1通过IRS控制器2与智能反射面IRS3双向通信连接；期望接收机PUE4的信号输入端分别与期望发射机PBS1、智能反射面IRS3、干扰发射机MBS5信号输出端连接，期望接收机PUE4的信号输出端与智能反射面IRS3的信号输入端连接，将期望接收机PUE4接收到的信号转发至智能反射面IRS3；干扰发射机MBS5信号输出端分别与智能反射面IRS3及接收机MUE6的信号输入端连接。
[0010]所述智能反射面IRS3上集成设置有信号检测器7，能够检测入射干扰和转发干扰的相位差。
[0011]所述期望发射机PBS1与IRS控制器2之间设有独立的IRS控制链路8，用于向智能反射面IRS3发送调整智能反射面IRS3反射系数r的控制指令。
[0012]所述期望接收机PUE4与期望发射机PBS1之间设有第一反馈链路9，将期望发射机PBS1到期望接收机PUE4的信道状态信息CSI和期望接收机PUE4到智能反射面IRS3的信道状态信息CSI反馈给期望发射机PBS1。
[0013]所述接收机MUE6与干扰发射机MBS5之间设有第二反馈链路10，将干扰发射机MBS5到接收机MUE6的信道状态信息CSI反馈给干扰发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置，包括期望发射机PBS(1)，其特征在于：所述期望发射机PBS(1)通过IRS控制器(2)与智能反射面IRS(3)双向通信连接；期望接收机PUE(4)的信号输入端分别与期望发射机PBS(1)、智能反射面IRS(3)、干扰发射机MBS(5)信号输出端连接，期望接收机PUE(4)的信号输出端与智能反射面IRS(3)的信号输入端连接，将期望接收机PUE(4)接收到的信号转发至智能反射面IRS(3)；干扰发射机MBS(5)信号输出端分别与智能反射面IRS(3)及接收机MUE(6)的信号输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置，其特征在于：所述智能反射面IRS(3)上集成设置有信号检测器(7)，能够检测入射干扰和转发干扰的相位差。3.根据权利要求1所述的一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置，其特征在于：所述期望发射机PBS(1)与IRS控制器(2)之间设有独立的IRS控制链路(8)，用于向智能反射面IRS(3)发送调整智能反射面IRS(3)反射系数r的控制指令。4.根据权利要求1所述的一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置，其特征在于：所述期望接收机PUE(4)与期望发射机PBS(1)之间设有第一反馈链路(9)，将期望发射机PBS(1)到期望接收机PUE(4)的信道状态信息和期望接收机PUE(4)到智能反射面IRS(3)的信道状态信息反馈给期望发射机PBS(1)。5.根据权利要求1所述的一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置，其特征在于：所述接收机MUE(6)与干扰发射机MBS(5)之间设有第二反馈链路(10)，将干扰发射机MBS(5)到接收机MUE(6)的信道状态信息反馈给干扰发射机MBS(5)。6.根据权利要求1所述的一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制装置，其特征在于：所述智能反射面IRS(3)的信号检测器(7)与期望发射机PBS(1)之间设有第三反馈链路(11)，将智能反射面IRS(3)处的入射干扰和转发干扰的相位差反馈给期望发射机PBS(1)。7.基于权利要求1至6任一项所述抑制装置的一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1，期望发射机PBS(1)利用智能反射面IRS(3)对来自干扰发射机MBS(5)并直接入射至智能反射面IRS(3)的入射干扰以及期望接收机PUE(4)转发至智能反射面IRS(3)的转发干扰之间的相位差进行探测，并根据该相位差计算期望接收机PUE(4)所受干扰的相位差步骤2，期望发射机PBS(1)利用步骤1测得的期望接收机PUE(4)所受干扰相位差对智能反射面IRS(3)的反射系数进行设计，智能反射面IRS(3)将来自干扰发射机MBS(5)的直接干扰反射至期望接收机PUE(4)；期望接收机PUE(4)收到来自智能反射面IRS(3)反射的回环干扰，智能反射面IRS(3)反射的回环干扰对期望接收机PUE(4)受到的来自干扰发射机MBS(5)的直接干扰进行抑制，改善期望接收机PUE(4)的接收信干噪比。8.根据权利要求7所述的一种基于智能反射面辅助的回环干扰抑制方法，其特征在于：所述步骤1具体方法为：期望发射机PBS(1)处于静默状态，即不向期望接收机PUE(4)发送直传期望信号干扰发射机MBS(5)向对应的接收机MUE(6)发送信号，期望接收机PUE(4)受到来自干扰发射机MBS(5)的直接干扰并将其直接转发给智能反射面IRS(3)；将入射至智能反射面IRS(3)
的由期望接收机PUE(4)转发而来的干扰称为转发干扰智能反射面IRS(3)部署与期望接收机PUE(4)相接近，智能反射面IRS(3)会收到来自干扰发射机MBS(5)的入射干扰通过在智能反射面IRS(3)上集成设置的信号检测器(7)能够检测入射干扰和转发干扰的相位差根据可以得到期望接收机PUE(4)所受干扰的相位差包括：步骤1.1，通过期望接收机PUE(4)能够估计期望接收机PUE(4)到智能反射面IRS(3)的信道状态信息g以及期望发射机PBS(1)到期望接收机PUE(4)的信道状态信息H
Pp
，接收机MUE(6)能够估计出干扰发射机MBS(5)到接收机MUE(6)的信道状态信息H
Mm
，智能反射面IRS(3)通过IRS控制器(2)与PBS(1)相连接，IRS控制器(2)通过独立的IRS控制链路(8)与期望发射机PBS(1)进行通信，用于向智能反射面IRS(3)发送调整智能反射面IRS(3)反射系数r的控制指令，智能反射面IRS(3)在IRS控制器(2)的控制下对其入射信号进行反射；步骤1.2，期望接收机PUE(4)使用第一反馈链路(9)，将期望发射机PBS(1)到期望接收机PUE(4)的信道状态信息H<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，朱妍妍，刘奕呈，闫峥，畅志贤，丁汉清，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：