本發(fā)明屬于無線通信，針對機(jī)場干擾場景下高時效性和抗干擾性的需求，具體涉及一種知識數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法。

背景技術(shù)：

1、由于地空無線通信的廣播特性容易受到各種形式的干擾，例如l波段數(shù)字航空通信系統(tǒng)(l-band?digital?aeronautical?communications?system,?ldacs)嵌入在960mhz-1164?mhz頻段距離測量設(shè)備(distance?measurement?equipment,?dme)系統(tǒng)之間，造成同信道干擾。由于隨機(jī)dme脈沖的帶外輻射，在典型的航路場景下，ldacs接收機(jī)的信號干擾功率比可達(dá)-3.8?db。這種干擾會導(dǎo)致ldacs傳輸?shù)念l譜效率和可靠性顯著降低。目前，多輸入多輸出（multiple-input?multiple-output,?mimo）技術(shù)利用定向波束，自適應(yīng)保護(hù)通信系統(tǒng)免受干擾，但在快速變化的機(jī)場場面通信信道條件下，mimo抗干擾處理仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題：首先，需要將干擾信號投影到無信號空間，避免與期望信號混合，產(chǎn)生無法承受的導(dǎo)頻開銷且降低通信效率。其次，波束賦形矩陣應(yīng)隨著相干時間決定的信道變化而更新，這就要求在相對較低的計算復(fù)雜度下實(shí)現(xiàn)抗干擾波束賦形技術(shù)。因此，設(shè)計高時效性的mimo抗干擾方案以提高快速信道變化環(huán)境下的傳輸可靠性至關(guān)重要。

2、目前，mimo抗干擾技術(shù)主要包括干擾估計和干擾抑制兩方面。對于干擾估計算法，現(xiàn)有的方法是將接收到的樣本信號的某個特定子集部署在時域、頻域或空域?qū)Ω蓴_特性(如協(xié)方差矩陣)的估計，這將導(dǎo)致大的導(dǎo)頻開銷和計算復(fù)雜度。在干擾估計的基礎(chǔ)上，可利用mimo混合波束賦形（hybrid?beamforming,?hbf）技術(shù)進(jìn)行干擾抑制，以同時濾除干擾并增強(qiáng)所需的信號強(qiáng)度。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)基于迭代優(yōu)化的抗干擾hbf設(shè)計都存在計算復(fù)雜度高的問題，基于深度學(xué)習(xí)的抗干擾hbf設(shè)計存在可解釋性差和收斂速度慢的問題。因此，不適合快速變化的信道。盡管知識數(shù)據(jù)雙驅(qū)動（knowledge?data?dual?driven,?k3d）網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用在mimo波束賦形技術(shù)中，通過將通信領(lǐng)域知識與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，減少對計算資源和訓(xùn)練時間的需求。但目前缺乏對存在干擾的知識數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的抗干擾（抗干擾混合波束賦形模型k3d?hbf）方法的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種知識數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，通過抗干擾k3d?hbf的抗干擾混合波束賦形模型，將干擾加噪聲(interference-plus-noise,?ipn)協(xié)方差矩陣和合法收發(fā)器信道作為輸入，自適應(yīng)映射到hbf權(quán)重矩陣并作為輸出。提高了預(yù)測精度，提出的抗干擾k3d?hbf的抗干擾混合波束賦形模型實(shí)現(xiàn)了較低的均方誤差（mean?square?error,?mse），顯著降低了干擾抑制的復(fù)雜度。

2、本發(fā)明提供了一種知識數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，具體步驟如下：

3、步驟1.構(gòu)建均方誤差mse模型；基于均方誤差mse模型構(gòu)建機(jī)場干擾場景接收信號最小均方誤差問題的優(yōu)化問題；

4、步驟2.構(gòu)建3dconvtransformer模型；使用3dconvtransformer模型獲得預(yù)測干擾加噪聲ipn協(xié)方差矩陣；由預(yù)測干擾加噪聲ipn協(xié)方差矩陣獲得子載波的觀測ipn協(xié)方差矩陣；

5、步驟3.基于子載波的觀測ipn協(xié)方差矩陣，構(gòu)建基于k3d?hbf的抗干擾混合波束賦形模型；

6、步驟4，使用抗干擾混合波束賦形模型獲得干擾抑制矩陣。

7、可選地，步驟1中構(gòu)建均方誤差mse模型的表達(dá)式為：

8、

9、其中，表示第個子載波的均方誤差；表示均方值；表示在第個子載波上傳輸?shù)男盘柺噶浚槐硎镜趥€子載波上給定發(fā)射功率和噪聲功率下的縮放因子；表示在第個子載波上的接收信號矢量；表示對矩陣求跡；表示第個子載波的地空信道矩陣；和分別表示lgs端的預(yù)編碼矩陣和ac端的組合矩陣；表示在第個子載波上天線域接收的ipn協(xié)方差矩陣； h表示共軛轉(zhuǎn)置；表示維度為的單位矩陣。

10、可選地，，，表示lgs端的第個子載波的基帶預(yù)編碼矩陣，表示lgs端的射頻預(yù)編碼矩陣，表示ac端的第個子載波的基帶組合矩陣，表示ac端的射頻組合矩陣。

11、可選地，機(jī)場干擾場景接收信號最小均方誤差問題的優(yōu)化問題的表達(dá)式為：

12、

13、

14、

15、

16、其中，表示lgs端射頻預(yù)編碼矩陣的恒模約束，分別表示lgs端射頻預(yù)編碼矩陣第行第列元素的索引；表示ac端射頻組合矩陣的恒模約束，分別表示ac端射頻組合矩陣第行、第列元素的索引； x表示子載波的總個數(shù)。

17、可選地，步驟2中構(gòu)建3dconvtransformer模型的具體步驟為：

18、獲得采樣ipn協(xié)方差矩陣；

19、獲得采樣ipn協(xié)方差矩陣的子載波采樣ipn協(xié)方差矩陣；

20、基于子載波采樣ipn協(xié)方差矩陣獲得幀采樣ipn協(xié)方差矩陣；

21、獲得仿真ipn協(xié)方差矩陣；

22、基于仿真ipn協(xié)方差矩陣和采樣ipn協(xié)方差矩陣訓(xùn)練獲得3dconvtransformer模型。

23、可選地，3dconvtransformer模型包括3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和transformer網(wǎng)絡(luò)。

24、可選地，3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼器、3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼器。

25、可選地，transformer網(wǎng)絡(luò)包括嵌入模塊、transformer編碼器和transformer解碼器。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有現(xiàn)如下有益效果：

27、（1）本發(fā)明的干擾抑制方法所提出的?3dconvtransformer?的ipn協(xié)方差矩陣預(yù)測法，在獲得歷史采樣干擾協(xié)方差后，能夠降低采樣誤差并提高未來多個幀長的ipn協(xié)方差矩陣預(yù)測精度；

28、（2）本發(fā)明的干擾抑制方法所提出的抗干擾波束賦形方案采用抗干擾?k3d?hbf法，以較低迭代的次數(shù)實(shí)現(xiàn)了收發(fā)聯(lián)合混合波束賦形，適用于快速信道變化的干擾場景；

29、（3）本發(fā)明的干擾抑制方法所提出的抗干擾波束賦形方案采用抗干擾?k3d?hbf法，將傳統(tǒng)迭代收斂得到梯度下降的步長代替為可學(xué)習(xí)的步長，降低了復(fù)雜度且具有可解釋性。

技術(shù)特征：

1.一種知識數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，步驟1中構(gòu)建均方誤差mse模型的表達(dá)式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，，，表示lgs端的第個子載波的基帶預(yù)編碼矩陣，表示lgs端的射頻預(yù)編碼矩陣，表示ac端的第個子載波的基帶組合矩陣，表示ac端的射頻組合矩陣。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，機(jī)場干擾場景接收信號最小均方誤差問題的優(yōu)化問題的表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，步驟2中構(gòu)建3dconvtransformer模型的具體步驟為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，3dconvtransformer模型包括3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和transformer網(wǎng)絡(luò)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼器、3d卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼器。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，其特征在于，transformer網(wǎng)絡(luò)包括嵌入模塊、transformer編碼器和transformer解碼器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種知識數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的地空通信系統(tǒng)干擾抑制方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的方法包括：步驟1.構(gòu)建機(jī)場干擾場景接收信號最小均方誤差問題的優(yōu)化問題；步驟2.構(gòu)建3DConvTransformer模型；使用3DConvTransformer模型獲得預(yù)測干擾加噪聲IPN協(xié)方差矩陣；由預(yù)測干擾加噪聲IPN協(xié)方差矩陣獲得子載波的觀測IPN協(xié)方差矩陣；步驟3.基于子載波的觀測IPN協(xié)方差矩陣，構(gòu)建基于K3D?HBF的抗干擾混合波束賦形模型；步驟4.使用抗干擾混合波束賦形模型獲得干擾抑制矩陣，提高了預(yù)測精度，實(shí)現(xiàn)了較低的均方誤差，顯著降低了干擾抑制的復(fù)雜度。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡開泉,趙晶晶,蘇晶,朱衍波,周全
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9