[发明专利]电力线通信系统的物理层通信方法和装置

权利要求书

1.一种电力线通信系统的物理层通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据发射预编码矩阵对有用信号进行编码，得到第一经编码发射信号，根据人工噪声编码矩阵对人工噪声进行编码，得到第一经编码人工噪声，根据所述第一经编码发射信号和第一经编码人工噪声构造发射信号；

根据所述发射端与电力线通信系统的接收端之间的信道矩阵估算所述接收端的接收信号，计算所述接收信号的均方差，根据所述均方差计算接收解码矩阵的最优解，根据所述接收解码矩阵求解所述发射预编码矩阵的最优解和所述人工噪声编码矩阵的最优解；其中，发射预编码矩阵的最优解为：

式中，T_opt为发射预编码矩阵的最优解，V为半酉矩阵，p为发射端对合法接收端的功率分配矩阵；发射预编码矩阵的最优解根据功率分配矩阵的最优解确定；所述功率分配矩阵的最优解通过下述方式得到：

式中，λ_i表示矩阵的B个递增排序的最大特征值，p_i为第i个电力线通信信道上的发射功率，σ_b²为合法接收端的零均值复高斯噪声矢量的方差，B是整数，P₀为满足合法接收端给定均方差条件下的最大发射功率；H_b为合法接收端的信道矩阵；1^T是一个所有元素都为1的列向量；所述人工噪声编码矩阵的最优解通过下述方式得到：

式中，Γ_opt为人工噪声编码矩阵的最优解，V′是由剩余的N_a-N个特征向量构成的矩阵，P_a是发射端总功率限制，N_a是发射端电力线通信信道数目，N是用来发射有用信号的电力线通信信道数目，N_a-N是用来发射干扰噪声的电力线通信信道数目，N_a＞B，且

根据所述发射预编码矩阵的最优解对所述有用信号进行编码，得到第二经编码发射信号，根据所述人工噪声编码矩阵的最优解对所述人工噪声进行编码，得到第二经编码人工噪声，根据所述第二经编码发射信号和第二经编码人工噪声构造最优发射信号，并根据所述最优发射信号进行通信。

2.根据权利要求1所述的电力线通信系统的物理层通信方法，其特征在于，计算所述接收信号的均方差的步骤包括：

根据如下公式计算所述接收信号的均方差：

式中，MSE_b(T,Γ,R_b)为所述接收信号的均方差，E{ee^H}表示ee^H的期望值，T为发射预编码矩阵，Γ为人工噪声编码矩阵，R_b为接收解码矩阵，e为有用信号与接收信号之间的误差矢量，H_b为合法接收端的信道矩阵，I为单位矩阵，σ_n²为电力线传输通道上相应的零均值复高斯噪声矢量的方差，H表示共轭转置。

3.根据权利要求2所述的电力线通信系统的物理层通信方法，其特征在于，根据所述均方差计算接收解码矩阵的最优解的步骤包括：

以发射功率为第一约束条件，以接收端的人工噪声与接收端的有用信号之间的正交性为第二约束条件，并以均方差最小化为目标函数建立第一函数模型；

固定所述发射预编码矩阵和所述人工噪声编码矩阵，并求解所述第一函数模型，得到接收解码矩阵的最优解。

4.根据权利要求3所述的电力线通信系统的物理层通信方法，其特征在于，根据所述接收解码矩阵求解所述发射预编码矩阵的最优解和所述人工噪声编码矩阵的最优解的步骤包括：

将接收解码矩阵的最优解代入所述均方差，得到均方差的最优解；

以所述均方差的最优解的迹最小化为目标函数，并以有用功率的发射功率为第三约束条件建立第二函数模型；

求解所述第二函数模型，得到发射预编码矩阵的最优解。