基于智能反射面的无线通信抗干扰方法

研究背景

由于无线信道的开放性，无线通信系统极易遭受各类恶意干扰攻击。特别是随着干扰技术和人工智能技术的不断发展，大功率压制干扰和低零功率“灵巧”干扰使得现有抗干扰技术面临日益严峻的挑战。具体来说，当前抗干扰策略主要在精确认知干扰的前提下，通过动态调整收发双方的通信参数，有效回避干扰。然而，大功率、高动态的复杂干扰环境可能使抗干扰方陷入认知迷雾和无参数可调的被动境地。因此，有必要积极探索不以精确认知干扰为前提的抗干扰方法，为提升干扰环境下无线通信的可靠性提供新的能力增长点。

团队工作

国防科技大学第六十三研究所无线通信抗干扰研究团队提出了一种基于智能反射面（Intelligent reflecting surface, IRS）的无线通信抗干扰方法。利用IRS能够精细调控电磁波和灵活控制无线信道的特点，自主引导电磁环境路径，实现信道的精细化管理和利用，在增强我方通信质量的同时阻断敌方干扰信号注入。针对IRS辅助的通信抗干扰系统，考虑在用户接收信干噪比约束和连续相移约束下，建立非线性、多变量耦合的功率最小化资源分配模型，以实现频谱和能量性能的双向提升。利用交替优化和半正定松弛求解原变量耦合的非凸优化问题，以得到最优发射波束和IRS相移。此外，针对模型求解的复杂度高以及干扰时变高动态的问题，提出了一种低复杂度闭式解方案以及一种高效快速响应的经验算法。

该工作已发表在《电波科学学报》2021年第36卷第6期。（孙艺夫，安康，朱勇刚，李程，李勇）

论文介绍

仿真分析了四分之一波长微带线避雷器的不足，通过对分节微带线、串联电感的仿真优化，拓展了雷电保护电路的带宽，仿真结果表明防护电路在1GHz到3GHz内具有良好的电压驻波比即宽带特性.利用电压梯度法实现器件间的组合匹配，提高了雷电保护器的性能.实测结果表明,在注入组合波波形为1.2/50μs&8/20μs，电压峰值10kV的雷电磁脉冲下，输出残压为79V.

仿真结果表明，与未采用IRS的无线通信抗干扰方法相比，本文所提方法在在降低功率消耗和提升干扰容限方面都有较大的性能提升，并且在多种情况下收敛迅速。另外，与扩谱抗干扰技术相比，所提方法以固定频点和低功率对抗干扰攻击，大幅度提升频谱效率的同时降低了传输功率；与智能抗干扰方法相比，所提方法不以获知干扰模型为前提，且不需要训练时间，具有较好的实时性；与空域抗干扰相比，所提方法能够对信道按需重构，且能耗更低，不需要大量天线与射频端单元。

图1   基于IRS的抗干扰通信系统模型

图2  位置示意图

图3  算法收敛性分析

图4  发射功率随干扰功率变化图

图5  发射功率随反射元个数变化图

图6  发射功率随发射机-IRS垂直距离变化图

图7  发射功率随发射机-IRS水平距离变化图

 

审核编辑 ：李倩