[发明专利]一种电力线通信系统的物理层通信方法及设备

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：

每次发射信号前测试合法接收端当前的信道矩阵；

根据所述信道矩阵确定功率分配矩阵；

根据所述功率分配矩阵计算发射预编码矩阵的最优解以及人工噪声编码矩阵的最优解；

根据所述发射预编码矩阵的最优解对有用信号进行编码得到编码发射信号，根据所述人工噪声编码矩阵的最优解对人工噪声进行编码得到编码人工噪声；

根据所述功率分配矩阵对所述编码发射信号以及所述编码人工噪声进行功率分配并构造发射信号，以便根据所述发射信号进行通信。

2.根据权利要求1所述的物理层通信方法，其特征在于，所述根据所述信道矩阵确定功率分配矩阵具体为：

根据所述信道矩阵确定所述合法接收端的接收信号估计值；

计算所述接收信号估计值的均方差；

根据所述均方差计算出所述功率分配矩阵。

3.根据权利要求2所述的物理层通信方法，其特征在于，所述接收信号估计值为：

其中，为所述接收信号估计值，H_b为所述信道矩阵，R_b为所述合法接收端的接收解码矩阵，n_b为所述合法接收端的零均值复高斯噪声，T为发射预编码矩阵，Γ为人工噪声编码矩阵，s为有用信号，z为人工噪声矢量；

则所述计算所述接收信号估计值的均方差具体为：

其中，MSE_b(T,Γ,R_b)为所述接收信号估计值的均方差，Ε{ee^H}为ee^H的期望值，I为单位矩阵，σ_n²为与所述信道矩阵对应的电力线传输通道上零均值复高斯噪声矢量的方差，H为共轭转置。

4.根据权利要求3所述的物理层通信方法，其特征在于，所述根据所述均方差计算出所述功率分配矩阵具体为：

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正交为第二约束条件，并以所述均方差最小化为目标函数建立第一函数模型：

s.t.Tr(TT^H)+Tr(ΓΓ^H)≤P_a

其中，P_a为预先设定的发射功率值，Tr(·)表示求矩阵的迹；

将所述第一函数模型简化得到第二函数模型：

s.t.1^Tp≤P₀,p≥0

其中，p为所述功率分配矩阵，1^T为所有元素都为1的列向量，1^T的维数与p的列数相同，λ_i表示矩阵的B个递增排序的最大特征值，B为整数，p_i为第i个电力线通信信道上的发射功率，1^Tp≤P₀中的1^Tp为合法信道功率之和，P₀为满足预设均方差的最大发射功率；

求解所述第二函数模型得到所述功率分配矩阵。

5.根据权利要求4所述的物理层通信方法，其特征在于，所述根据所述功率分配矩阵计算发射预编码矩阵的最优解具体为：

根据求解所述发射预编码矩阵的最优解；

其中，V为半酉矩阵，所述V的列元素为矩阵的B个递增排序的最大特征值对应的特征矢量。

6.根据权利要求4所述的物理层通信方法，其特征在于，所述根据所述功率分配矩阵计算出人工噪声编码矩阵的最优解具体为：

根据求解得到所述人工噪声编码矩阵的最优解；

其中，Γ_opt为人工噪声编码矩阵的最优解，V′为由剩余的N_a-N个特征向量构成的矩阵，N_a为发射端电力线通信信道数目，N为所述功率分配矩阵中用来发射所述编码发射信号的电力线通信信道数目，N_a-N为用来发射所述编码人工噪声的电力线通信信道数目，N_a＞B，且