專利名稱：基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的信號(hào)編解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信及控制領(lǐng)域，涉及一種基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的 信號(hào)編解碼方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等得到了蓬勃發(fā)展。在這 些系統(tǒng)中，被控對(duì)象、控制器、執(zhí)行器等往往是分布在不同的物理位置并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信道連結(jié) 成一個(gè)整體，因而它們之間的通訊是不可避免的。在上述系統(tǒng)中，被控對(duì)象往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 為了精確地描述被控對(duì)象，它的數(shù)學(xué)模型階次往往很高，狀態(tài)維數(shù)很多。當(dāng)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行 分析設(shè)計(jì)時(shí)，如分析被控對(duì)象的穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)控制器等，往往會(huì)涉及被控對(duì)象的狀態(tài)。然而， 信道的傳輸能力往往是有限的，比如信道會(huì)存在帶寬約束，接入約束，功率約束等。這時(shí)，巨 大的數(shù)據(jù)傳輸量與有限的信道傳輸能力之間產(chǎn)生了矛盾。在隨機(jī)控制問(wèn)題中，求最優(yōu)控制律時(shí)，采用的信息結(jié)構(gòu)往往是由過(guò)去所有時(shí)刻的 輸入和輸出以及當(dāng)前時(shí)刻的輸出組成的，而根據(jù)濾波估計(jì)，該信息結(jié)構(gòu)可以由過(guò)去所有時(shí) 刻的輸入和狀態(tài)估計(jì)值以及當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值所代替，利用這一點(diǎn)，可把一個(gè)以狀態(tài) 和輸入變量為自變量的隨機(jī)控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)以狀態(tài)估計(jì)和輸入變量為自變量的確定 性控制問(wèn)題。這樣，一個(gè)隨機(jī)控制問(wèn)題被分成了兩個(gè)可以單獨(dú)進(jìn)行的問(wèn)題，一個(gè)是濾波問(wèn) 題，另一個(gè)是確定性控制問(wèn)題，這一思想被稱為分離原理。因此，為了控制被控對(duì)象，必須在 信道接收端對(duì)對(duì)象的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。為了解決巨大的數(shù)據(jù)傳輸量與有限的信道傳輸能力之間的矛盾，必須對(duì)傳輸信號(hào) 進(jìn)行預(yù)處理。差分脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)(DPCM)在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，它通過(guò)降低相 鄰兩個(gè)被傳輸值之間的冗余度可以降低數(shù)據(jù)傳輸率，同時(shí)又可以降低傳輸功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)降低狀態(tài)的維數(shù)和傳輸信號(hào)的新息，充分利用信道所提 供的資源，從而提高信道接收端的解碼精度。本發(fā)明方法是針對(duì)基于狀態(tài)空間描述的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述為
權(quán)利要求
1.基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的信號(hào)編解碼方法，該方法是針對(duì)基于狀 態(tài)空間描述的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述為
2.如權(quán)利要求1所述的基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的信號(hào)編解碼方法，其 特征在于所述的狀態(tài)降維采用線性降維的方式，描述如下
3.如權(quán)利要求1所述的基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的信號(hào)編解碼方法，其 特征在于所述的預(yù)測(cè)的具體方法是首先，采用kalman預(yù)測(cè)算法得到降維輸出的預(yù)測(cè)值
4.如權(quán)利要求1所述的基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的信號(hào)編解碼方法，其 特征在于所述的濾波的具體方法是在信號(hào)接收端對(duì)接收到的新息進(jìn)行kalman濾波，得到對(duì)象的狀態(tài)估計(jì)值
5.如權(quán)利要求2所述的基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的信號(hào)編解碼方法，其 特征在于所述的降維矩陣C的確定方法采用最小估計(jì)誤差熵方法，即尋找一個(gè)使得估計(jì)誤 差熵if (￡￠^)最小的降維矩陣C;卿=x(Jc)-x{k)為狀態(tài)估計(jì)誤差；估計(jì)誤差熵函數(shù)是關(guān)于估計(jì)誤差的函數(shù)，它的大小反映了估計(jì)的精度，即信號(hào)的解碼 精度，它的值越小表明解碼越精確；確定估計(jì)誤差熵最小的降維矩陣C的方法采用迭代法，具體是計(jì)算每一時(shí)刻的降維矩陣Ct幻，當(dāng)C(I)收斂于定常矩陣時(shí)，該定常矩陣即為降維矩陣C，迭代法的具體步驟是①初始化，設(shè)置迭代次數(shù)7=0、估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣P(O)、期望的精度△、相鄰兩次迭 代所得估計(jì)誤差熵的差rf= < ；②將協(xié)方差矩陣”對(duì)角化，R= SASt ,其中，
全文摘要
本發(fā)明方法涉及一種基于通訊功率約束的以狀態(tài)估計(jì)為目標(biāo)的信號(hào)編解碼方法。目前巨大的數(shù)據(jù)傳輸量與有限的信道傳輸能力之間存在一定矛盾。本發(fā)明方法是針對(duì)基于狀態(tài)空間描述的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，首先通過(guò)對(duì)狀態(tài)的線性變換降低系統(tǒng)狀態(tài)的維數(shù)，滿足獨(dú)立平行信道傳輸數(shù)據(jù)的維數(shù)限制，在有限的信道功率下設(shè)計(jì)最優(yōu)的降維矩陣，通過(guò)前置的預(yù)測(cè)器得到信號(hào)的新息并將其傳輸至信號(hào)接收端，然后通過(guò)后置濾波器對(duì)接收到的新息進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的估計(jì)。降維矩陣的確定方法采用最小估計(jì)誤差熵方法，具體采用迭代法。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的參數(shù)，即降維矩陣使得信道接收端更準(zhǔn)確地解碼，提高了信道接收端的解碼精度。
文檔編號(hào)H03M13/01GK102075295SQ201110022839
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者沈英, 章輝 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)