[发明专利]一种电力线通信系统的编码解码方法及装置

权利要求书

1.一种电力线通信系统的编码解码方法，其特征在于，包括：

将发射端的有用信号中叠加发射预编码矩阵，得到发射信号模型，在接收端中叠加解码矩阵，得到有用信号估计值模型，所述发射信号模型具体为：x_k＝T_ks_k，所述有用信号估计值模型具体为：

其中，s_k为第k个所述发射端的所述有用信号，T_k为第k个所述发射端的所述发射预编码矩阵，x_k为第k个所述发射端的所述发射信号，R_k为第k个接收端侦测第k个发射端发射信号时使用的解码矩阵，H_kk为第k个发射端和第k个接收端间的信道矩阵，H_lk为第l个发射端和第k个接收端间的信道矩阵，l≠k，T_l为第l个所述发射端的所述发射预编码矩阵，s_l为第l个所述发射端的所述有用信号，z_k为第k个接收端接收信号的噪声，K为电力线通信系统中合法的发射端-接收端对的数量；

所述接收端包括合法用户端和窃听者端，利用发射端和接收端间的信道矩阵估算传输信号的均方误差矩阵，所述均方误差矩阵具体为：

其中，第k个合法的发射端-接收端对中所述发射端和窃听者端间信号的均方误差矩阵为：

其中，为第k个合法的发射端-接收端对中发射端和接收端间传输信号的均方误差矩阵，为期望运算符，为接收端对第k个发射端有用信号的估计值，R_k为第k个接收端侦测第k个发射端发射信号时使用的解码矩阵，H_lk为第l个发射端和第k个接收端间的信道矩阵，H_kk为第k个发射端和第k个接收端间的信道矩阵，为第k个接收端接收信号的噪声方差，为窃听者端对第k个发射端有用信号的估计值，R_e,k为窃听者端侦测第k个发射端发射信号时使用的解码矩阵，H_le为第l个发射端与窃听者端间的信道矩阵，H_ke为第k个发射端与窃听者端间的信道矩阵，为窃听者端的噪声方差，I为单位矩阵；

确定窃听者端最小均方误差，以发射功率为第一约束条件，以窃听者接收信号的均方误差大于窃听者端最小均方误差为第二约束条件，并以所有接收端的均方差之和最小化为目标函数建立最优化问题模型；

根据线性最小均方误差原则计算解码矩阵，得到解码矩阵的最优解模型，利用纳什均衡理论构造异步迭代算法求解发射预编码矩阵：

所述利用纳什均衡理论构造异步迭代算法求解发射预编码矩阵具体包括：

设置迭代计数器n＝0，并随机生成发射预编码矩阵的初值

利用所述解码矩阵的最优解计算并更新解码矩阵，得到更新后的解码矩阵

利用非奇异矩阵C对所述最优化问题模型进行简化；

确定所述发射预编码矩阵为第一形式的发射预编码矩阵:

其中，表示以为元素的对角矩阵；

将所述第一形式的发射预编码矩阵和所述非奇异矩阵C代入所述发射端和窃听者端间信号的均方误差矩阵和所述发射端-接收端对中发射端和接收端间传输信号的均方误差矩阵得到更新后的所述发射端和窃听者端间信号的均方误差矩阵和更新后的所述发射端-接收端对中发射端和接收端间传输信号的均方误差矩阵

其中，λ_bi为矩阵的第i个最大特征值，λ_ei为矩阵的第i个最大特征值；

将所述更新后的所述发射端和窃听者端间信号的均方误差矩阵和所述更新后的所述发射端-接收端对中发射端和接收端间传输信号的均方误差矩阵代入所述最优化问题模型，得到：

令σ′_i＝(1+λ_eiσ_i)^-1，将所述最优化问题模型转化为凸优化问题:

其中，所述凸优化问题的拉格朗日函数为:

其中，λ_k、μ_k和μ′_k为拉格朗日乘子，ε_k为窃听者端的最小均方误差，tr为求迹运算符，s.t.表示约束条件；

计算并更新每个合法用户端的发射预编码矩阵T_k⁽ⁿ⁺¹⁾；

重复计算并更新每个合法用户端的发射预编码矩阵，直至每个合法用户端的均方误差收敛。