一种上行低精度ADCMIMO系统的干扰攻击检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种上行低精度ADC MIMO系统的干扰攻击检测方法，流程方法包括首先利用Bussgang分解将低精度ADC均匀量化过程线性化；在无干扰的假设下，利用MM算法迭代求解合法信道的最大似然估计值；在有干扰的假设下，利用MM算法分别求解合法信道和干扰相关阵的最大似然估计值；利用广义似然比检验准则得到干扰攻击检测量，比较检测门限与检测量大小，判断上行MIMO系统是否受到阻塞式干扰攻击。相比于现有的高精度ADC MIMO系统干扰攻击检测技术，本发明专利技术适用于更加复杂的低精度ADC MIMO系统场景，且能够以较低的复杂度实现优异的干扰攻击检测性能。扰攻击检测性能。扰攻击检测性能。

【技术实现步骤摘要】
一种上行低精度ADC MIMO系统的干扰攻击检测方法


[0001]本专利技术属于上行MIMO通信领域，尤其涉及一种上行低精度ADC MIMO系统的干扰攻击检测方法。

技术介绍

[0002]第五代移动通信技术需要基站配备足够多的天线来满足日益增长的数据吞吐量需求，MIMO系统分集和复用技术可以有效地对抗信道衰落以及提高传输速率，同时也可以在接收端和发射端使用波束成形技术来控制天线的方向性，进而抑制其他方向的干扰。但是上行MIMO系统中，庞大的接收天线阵列配备高精度ADC，在使用过程中会产生巨大的能量损耗。为了解决这一问题，无线通信系统采用功耗更低的低精度ADC来量化接收信号。因此低精度ADC下的干扰检测与抑制技术成为了值得研究的技术。
[0003]相比于高精度ADC，虽然低精度ADC能够有效提高能量利用率，但量化后的信号非线性失真更加严重，为信号检测带来一定挑战。对于上行MIMO系统的干扰攻击检测问题，现有干扰攻击检测技术均没有考虑低精度ADC带来非线性失真的影响。寻找一种低精度ADC下可行的且检测性能良好的自适应干扰攻击检测方法成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种上行低精度ADC MIMO系统的干扰攻击检测方法,针对上行低精度ADC MIMO系统，考虑干扰信号的相关性，通过MM算法估计合法信道和干扰相关阵，实现干扰检测功能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]一种上行低精度ADC MIMO系统的干扰攻击检测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1、利用Bussgang分解将低精度模拟数字转换器ADC均匀量化过程线性化；
[0008]步骤S2、以步骤S1中无干扰假设下的结果为接收信号模型，利用MM算法求解合法信道的最大似然估计值；
[0009]步骤S2
‑
1、构建初始化问题，在无干扰条件下，以最大化对数似然函数为优化目标；
[0010]步骤S2
‑
2、根据步骤S2
‑
1中确定的优化问题，得到适用于MM算法的目标函数的上界；
[0011]步骤S2
‑
3、以最小化步骤S2
‑
2中确定的上界为优化目标，迭代求解合法信道的闭合形式最大似然估计值直到收敛；
[0012]步骤S3、以步骤S1中有干扰假设下的结果为接收信号模型，利用MM算法分别求解合法信道和干扰相关阵的最大似然估计值；
[0013]步骤S3
‑
1、构建初始化问题，在有干扰条件下，以最大化对数似然函数为优化目标；
[0014]步骤S3
‑
2、根据步骤S3
‑
1中确定的优化问题，得到适用于MM算法的目标函数的上
界；
[0015]步骤S3
‑
3、以最小化步骤S3
‑
2中确定的上界为优化目标，在每次迭代中求解合法信道的闭合形式最大似然估计值，并且通过求解凸问题得到干扰相关阵的最大似然估计值；
[0016]步骤S4、利用广义似然比检验准则得到干扰攻击检测量，并比较它与检测门限大小，若大于检测门限判决上行MIMO系统受到干扰攻击，若小于检测门限判决上行MIMO系统没有受到干扰攻击。
[0017]进一步的，在步骤S1中，所述低精度ADC均匀量化过程的Bussgang分解表达式为
[0018][0019]在公式(1)中，H1表示有干扰假设，H0表示无干扰假设；上标(
·
)
T
表示向量或者矩阵的转置；Y是M行N列的复数矩阵，表示量化后的导频接收信号，其中M表示基站接收天线数，N表示导频符号长度；U是M行N列的复数矩阵，表示导频阶段的干扰信号；N是M行N列的复数矩阵，表示导频阶段的噪声，其元素为独立同分布的零均值方差为N0的复高斯随机变量；ε是M行N列的复数矩阵，表示量化噪声；h是长度为M的复向量，表示合法信道；s是长度为N的复向量，表示导频符号；q(
·
)表示最优均匀量化函数，它对矩阵内每个标量元素的实部虚部分别进行量化，其表达式为：
[0020][0021]在公式(2)中，Δ为低精度ADC的最小失真量化台阶，Δ与量化器比特数b关系如下所示：当b＝1时，Δ为1.596；当b＝2时，Δ为0.9957；当b＝3时，Δ为0.586；当
[0022]b＝4时，Δ为0.3352；当b＝5时，Δ为0.1881；
[0023]L＝2
b
，表示量化区域数；a表示Bussgang分解系数，表达式为：
[0024][0025]进一步的，在步骤S2
‑
1中，无干扰条件下最大化对数似然函数的优化目标为
[0026]最大化lnf(Y|h0,H0)(4)
[0027]在公式(4)中，ln(
·
)表示以自然常数e为底的对数函数；f(Y|h0,H0)表示在无干扰的条件下，给定信道h0，接收信号Y的似然函数，表达式为
[0028][0029]在公式(5)中，y
n
表示接收信号Y的第n列元素；s
n
表示导频信号s的第n个元素；A0表示为A0＝diag(h0)；diag(
·
)表示对角元素为输入向量元素的对角阵；上标(
·
)
H
表示向量或者矩阵的共轭转置；上标(
·
)
‑1表示矩阵的逆；exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数；|
·
|表示矩阵的行列式；
[0030]在所述步骤S2
‑
2中，适用于MM算法的目标函数上界表达式为
[0031][0032]在公式(6)中，g
t+1
(
·
)表示第t+1次迭代的目标函数上界，h
0,t
表示MM算法在第t次迭代求解得到的h0的估计值，其中E
t
，M
t
(n)以及const0的表达式为
[0033][0034]在公式(7)中，I
M
表示M维的单位阵；tr{
·
}表示矩阵的迹；A
0,t
表示为A
0,t
＝diag(h
0,t
)；
[0035]在所述步骤S2
‑
3中，以最小化步骤S2
‑
2中确定的上界为优化目标，表达式为
[0036]最小化g
t+1
(h0|h
0,t
,H0)(8)
[0037]所述第t+1次迭代求解的合法信道估计值表达式为
[0038][0039]进一步的，在步骤S3
‑
1中，有干扰条件下最大化对数似然函数的优化目标为
[0040]最大化lnf(Y|h本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上行低精度ADC MIMO系统的干扰攻击检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、利用Bussgang分解将低精度模拟数字转换器ADC均匀量化过程线性化；步骤S2、以步骤S1中无干扰假设下的结果为接收信号模型，利用MM算法求解合法信道的最大似然估计值；步骤S2
‑
1、构建初始化问题，在无干扰条件下，以最大化对数似然函数为优化目标；步骤S2
‑
2、根据步骤S2
‑
1中确定的优化问题，得到适用于MM算法的目标函数的上界；步骤S2
‑
3、以最小化步骤S2
‑
2中确定的上界为优化目标，迭代求解合法信道的闭合形式最大似然估计值直到收敛；步骤S3、以步骤S1中有干扰假设下的结果为接收信号模型，利用MM算法分别求解合法信道和干扰相关阵的最大似然估计值；步骤S3
‑
1、构建初始化问题，在有干扰条件下，以最大化对数似然函数为优化目标；步骤S3
‑
2、根据步骤S3
‑
1中确定的优化问题，得到适用于MM算法的目标函数的上界；步骤S3
‑
3、以最小化步骤S3
‑
2中确定的上界为优化目标，在每次迭代中求解合法信道的闭合形式最大似然估计值，并且通过求解凸问题得到干扰相关阵的最大似然估计值；步骤S4、利用广义似然比检验准则得到干扰攻击检测量，并比较它与检测门限大小，若大于检测门限判决上行MIMO系统受到干扰攻击，若小于检测门限判决上行MIMO系统没有受到干扰攻击。2.根据权利要求1所述的上行低精度ADC MIMO系统的干扰攻击检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述低精度ADC均匀量化过程的Bussgang分解表达式为在公式(1)中，H1表示有干扰假设，H0表示无干扰假设；上标(
·
)
T
表示向量或者矩阵的转置；Y是M行N列的复数矩阵，表示量化后的导频接收信号，其中M表示基站接收天线数，N表示导频符号长度；U是M行N列的复数矩阵，表示导频阶段的干扰信号；N是M行N列的复数矩阵，表示导频阶段的噪声，其元素为独立同分布的零均值方差为N0的复高斯随机变量；ε是M行N列的复数矩阵，表示量化噪声；h是长度为M的复向量，表示合法信道；s是长度为N的复向量，表示导频符号；q(
·
)表示最优均匀量化函数，它对矩阵内每个标量元素的实部虚部分别进行量化，其表达式为：在公式(2)中，Δ为低精度ADC的最小失真量化台阶，Δ与量化器比特数b关系如下所示：当b＝1时，Δ为1.596；当b＝2时，Δ为0.9957；当b＝3时，Δ为0.586；当b＝4时，Δ为0.3352；当b＝5时，Δ为0.1881；
L＝2
b
，表示量化区域数；a表示Bussgang分解系数，表达式为：3.根据权利要求2所述的上行低精度ADCMIMO系统的干扰攻击检测方法，其特征在于，在所述步骤S2
‑
1中，无干扰条件下最大化对数似然函数的优化目标为最大化lnf(Y|h0,H0)(4)在公式(4)中，ln(
·
)表示以自然常数e为底的对数函数；f(Y|h0,H0)表示在无干扰的条件下，给定信道h0，接收信号Y的似然函数，表达式为在公式(5)中，y
n
表示接收信号Y的第n列元素；s
n
表示导频信号s的第n个元素；A0表示为A0＝diag(h0)；diag(
·
)表示对角元素为输入向量元素的对角阵；上标(
·
)
H
表示向量或者矩阵的共轭转置；上标(
·
)
‑1表示矩阵的逆；exp(
·
)表示以自然常数e为底的指数函数；|

【专利技术属性】
技术研发人员：沈弘，杨舟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：