基于智能反射面的無線通信抗干擾方法

研究背景

由于無線信道的開放性，無線通信系統(tǒng)極易遭受各類惡意干擾攻擊。特別是隨著干擾技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，大功率壓制干擾和低零功率“靈巧”干擾使得現(xiàn)有抗干擾技術(shù)面臨日益嚴峻的挑戰(zhàn)。具體來說，當前抗干擾策略主要在精確認知干擾的前提下，通過動態(tài)調(diào)整收發(fā)雙方的通信參數(shù)，有效回避干擾。然而，大功率、高動態(tài)的復(fù)雜干擾環(huán)境可能使抗干擾方陷入認知迷霧和無參數(shù)可調(diào)的被動境地。因此，有必要積極探索不以精確認知干擾為前提的抗干擾方法，為提升干擾環(huán)境下無線通信的可靠性提供新的能力增長點。

團隊工作

國防科技大學(xué)第六十三研究所無線通信抗干擾研究團隊提出了一種基于智能反射面（Intelligent reflecting surface, IRS）的無線通信抗干擾方法。利用IRS能夠精細調(diào)控電磁波和靈活控制無線信道的特點，自主引導(dǎo)電磁環(huán)境路徑，實現(xiàn)信道的精細化管理和利用，在增強我方通信質(zhì)量的同時阻斷敵方干擾信號注入。針對IRS輔助的通信抗干擾系統(tǒng)，考慮在用戶接收信干噪比約束和連續(xù)相移約束下，建立非線性、多變量耦合的功率最小化資源分配模型，以實現(xiàn)頻譜和能量性能的雙向提升。利用交替優(yōu)化和半正定松弛求解原變量耦合的非凸優(yōu)化問題，以得到最優(yōu)發(fā)射波束和IRS相移。此外，針對模型求解的復(fù)雜度高以及干擾時變高動態(tài)的問題，提出了一種低復(fù)雜度閉式解方案以及一種高效快速響應(yīng)的經(jīng)驗算法。

該工作已發(fā)表在《電波科學(xué)學(xué)報》2021年第36卷第6期。（孫藝夫，安康，朱勇剛，李程，李勇）

論文介紹

仿真分析了四分之一波長微帶線避雷器的不足，通過對分節(jié)微帶線、串聯(lián)電感的仿真優(yōu)化，拓展了雷電保護電路的帶寬，仿真結(jié)果表明防護電路在1GHz到3GHz內(nèi)具有良好的電壓駐波比即寬帶特性.利用電壓梯度法實現(xiàn)器件間的組合匹配，提高了雷電保護器的性能.實測結(jié)果表明,在注入組合波波形為1.2/50μs&8/20μs，電壓峰值10kV的雷電磁脈沖下，輸出殘壓為79V.

仿真結(jié)果表明，與未采用IRS的無線通信抗干擾方法相比，本文所提方法在在降低功率消耗和提升干擾容限方面都有較大的性能提升，并且在多種情況下收斂迅速。另外，與擴譜抗干擾技術(shù)相比，所提方法以固定頻點和低功率對抗干擾攻擊，大幅度提升頻譜效率的同時降低了傳輸功率；與智能抗干擾方法相比，所提方法不以獲知干擾模型為前提，且不需要訓(xùn)練時間，具有較好的實時性；與空域抗干擾相比，所提方法能夠?qū)π诺腊葱柚貥?gòu)，且能耗更低，不需要大量天線與射頻端單元。

圖1 基于IRS的抗干擾通信系統(tǒng)模型

圖2位置示意圖

圖3算法收斂性分析

圖4發(fā)射功率隨干擾功率變化圖

圖5發(fā)射功率隨反射元個數(shù)變化圖

圖6 發(fā)射功率隨發(fā)射機-IRS垂直距離變化圖

圖7 發(fā)射功率隨發(fā)射機-IRS水平距離變化圖

審核編輯 ：李倩