一种基于业务隔离的电力LTE网络频率分配及干扰协调方法与流程

本发明涉及电力系统通信技术领域，具体涉及一种基于业务隔离的电力LTE网络频率分配及干扰协调方法。

背景技术：

电力系统的运检部门和营销部门分别使用不同的通信系统，一般仅注重并满足自身业务需求，形成多张独立的接入网并存的局面，网络建设重复，通信资源未能充分利用。而LTE网络是多业务承载的网络，可支持多种业务的同时传输，如果利用LTE网络实现运检业务和营销业务的合并传输，将有效降低网络投资、提高网络利用率，但是，根据电力系统的安全防护管理规定，配电通信网承载业务跨越生产控制大区和管理信息大区，通过“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”等方式保证不同安全大区业务的有效隔离，目前主要做法是单独建设网络，实现不同安全大区业务的物理隔离，但每个物理网络仅承载同一安全分区的业务网络资源，独占无法实现资源合理分配，造成网络资源的浪费和维护管理的不便。

为满足大量无线通信设备的综合接入需求，公网运营商采用了无线接入网共享技术(RAN Sharing)，该技术是指不同类别的终端用户接入同一无线网络，共享相同的无线频谱资源，无线部分采用RAN Sharing技术是电力LTE系统多业务承载的理想解决方案。现有的多业务承载方案中，在无线接入侧，采用固定频谱分配法与灵活频谱分配法相结合的方式实现不同安全大区的业务承载。具体来说，同一安全大区内的终端采用灵活频谱分配法，不同安全大区采用固定频谱分配法。但是这种方法忽略了电力业务的分布特性，在不同的区域或者不同时段，不同业务大区之间的业务占比是不相同的，而为不同安全大区采用固定频谱分配法是不合时宜的。

目前有很多经典的干扰协调解决方案，如部分频率复用(FFR)、软频率复用(SFR)。FFR一经提出，对干扰起到了很好的抑制作用，其简单并容易操作，对子载波的使用限制严格，但是牺牲了频率分配的灵活性和频谱效率。这种方法主要是针对公网的蜂窝结构所提出的，电力业务分布具有自身特点，而且以链式组网较为常见，边缘用户的分布状态和公网的蜂窝结构也有所区别，直接将现有的频率分配及干扰协调方案应用在电力LTE系统中是不太合理和科学的。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于业务隔离的电力LTE网络频率分配及干扰协调方法，实现不同业务大区的业务承载隔离，该方法可以根据业务大区的业务需求的变化而动态调整频率子集，频率分配方式更为灵活，而且提高了频谱利用率。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种基于业务隔离的电力LTE网络频率分配及干扰协调方法，所述频率分配及干扰协调方法包括：

(1)基站覆盖范围内的电力业务终端向基站发出接入请求，基站利用与终端之间的上行信道传递的信息，测量链路信噪比并获取业务速率需求信息；

(2)基站通过终端标识来识别属于不同业务大区的业务终端，统计不同业务大区的总业务速率需求，并计算不同业务大区的业务占比；

(3)基站根据不同业务大区的业务占比和基站拥有的授权频率集，按业务占比对授权频率集进行比例分配，形成生产控制大区频率子集和管理信息大区频率子集，两个子集之间没有频率交叉，不同业务大区内的业务终端使用不同频率通信；

(4)基站之间通过X2接口交互频率子集分配信息，双方根据边缘业务终端的使用情况，对频率子集进行进一步调整；

(5)基站根据调整后的频率集对覆盖范围内的业务终端进行频率分配。

优选的，业务传输过程中频率子集不进行调整，有新的业务接入且影响相邻基站频率使用时，利用基站间的信息交互进行频率子集的调整。

优选的，生产控制大区业务分为实时性业务和非实时性业务；

单类业务传输时相应的频率子集所有资源都分配给其使用；

两类业务同时传输时分配方法包括：a、首先为实时性业务分配独立的频率，剩余的授权频率集再根据不同业务大区的业务占比进行分配；

b、频率子集划分不考虑实时性和非实时的业务需求，在已分配的生产控制大区的频率子集中，如果已分配频率资源大于业务需求，为业务分配独立的频率资源，如果分配频率资源小于业务需求，进行频率共享。

进一步的，所述频率共享包括：为生产控制大区内的不同业务的数据包标记不同的业务标识，为实时性业务标识为最高优先接入等级，可以随时使用频率资源，非实时性业务可以共享使用频率资源。

优选的，所述步骤(4)包括：如果基站1只有一种业务大区存在边缘用户，基站2的边缘用户频率分配包括：将基站1的边缘用户频率分配给基站2的中心用户使用或分配给基站2另一侧的边缘用户使用。

优选的，所述步骤(4)包括：如果基站1的两种业务大区都存在边缘用户，基站2的边缘用户频率分配包括：

1)基站1两个业务大区的边缘用户业务占比都少于20％，将基站1边缘用户使用的频率分配给基站2中频率子集大的中心用户使用；

2)基站1生产控制大区边缘用户业务占比少于20％，管理信息大区边缘用户业务占比多于80％，将基站1边缘用户使用频率都分配给基站2中的生产控制大区的中心用户使用；

3)基站1生产控制大区边缘用户业务占比多于80％，管理信息大区边缘用户业务占比少于20％，将基站1边缘用户使用频率都分配给基站2中的管理子集的中心用户使用。

进一步的，所述边缘用户是根据业务终端的地址位置和接收信号强度来确定的。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提出的技术方案中，频率分配是根据电力系统不同业务大区的安全管理需求来执行，基于不同业务大区的业务管理需求，将小区可用资源分配为生产控制大区频率子集和管理信息控制大区子集，实现不同业务大区的业务承载隔离，该方法可以根据业务大区的业务需求的变化而动态调整频率子集，频率分配方式更为灵活，而且提高了频谱利用率。

另外，本发明针对电力系统无线链式组网的场景，提出了面向链式组网的小区干扰协调方法，该方法是基于电力业务传输特征的方法，相对于频率软复用方法，边缘用户的频率分配更为合理和灵活。

附图说明

图1是本发明提供的频率子集划分示意图；

图2是本发明提供的链式组网模型；

图3是本发明提供的干扰示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

为满足大量无线通信设备的综合接入需求，公网运营商采用了无线接入网共享技术(RAN Sharing)，该技术是指不同类别的终端用户接入同一无线网络，共享相同的无线频谱资源，无线部分采用RAN Sharing技术是电力LTE系统多业务承载的理想解决方案。现有的业务承载方案中，在无线接入侧，采用固定频谱分配法与灵活频谱分配法相结合的方式实现不同安全大区的业务承载。同一安全大区内的终端采用灵活频谱分配法，不同安全大区采用固定频谱分配法。但是，因为电力设施分布的特殊性，不同电力应用场景的设施分布在不同的区域，比如，在生产控制大区业务覆盖的区域，可能不存在管理信息大区的业务需求，这种情况下，同一小区内的频谱资源可以全部给生产业务使用，而有些地区可能存在两者业务都有接入的需求，具体到不同的区域，不同大区之间的业务需求也是有所区别的，比如，有些地区生产控制大区的业务需求多，而有些地区管理信息大区的业务需求多，或者两个大区都有大量的业务接入需求，不同安全大区采用固定的频谱分配方式是不合时宜的，因此，需要一种动态的频谱分配方法来管理这些频谱资源，实现业务隔离的同时实现资源利用的最大化。

具体的基于业务隔离的频率资源分配流程如下：

1)基站覆盖范围内的电力业务终端向基站发出接入请求，基站利用与终端之间的上行信道传递的信息，测量链路信噪比并获取业务终端速率需求等信息；

2)基站通过终端标识来识别分别属于不同业务大区的业务终端，统计不同业务大区的总业务速率需求，并计算不同业务大区的业务占比；

3)基站根据不同业务大区的业务占比和基站拥有的授权频率集，按业务占比对授权频率集进行比例分配，形成生产控制大区频率子集(生产频率子集)和管理信息大区频率子集(管理频率子集)，两个子集之间没有频率交叉，不同业务大区内的业务终端使用不同频率通信，实现无线空口侧的业务物理隔离和频率资源动态分配；

4)基站之间通过X2接口交互频率子集分配信息，双方根据边缘业务终端的使用情况，对频率子集进行进一步调整；

5)基站根据调整后的频率集对覆盖范围内的业务终端进行频率分配。

因为考虑到电力无线接入不同于公网接入，虽然频率子集是动态变化的，但为了降低信令开销，同时符合电力的周期接入需求，业务传输过程中频率子集不进行调整，有新的业务接入且影响相邻小区频率使用时，利用基站间的信息交互进行频率子集的调整。

因为不同业务具有不同的QoS需求，一般来说，生产控制大区的业务要求高于管理信息大区的要求，对于生产控制大区业务来说，还细分为实时性业务和非实时性业务。根据业务终端的接入需求，存在两种接入场景，包括两类不同大区业务同时传输和只有一种业务传输的场景，业务需求为同一类需求时，相应的频率子集所有资源都分配给其使用；两类业务同时传输时，有2种分配方法，第一种，首先为实时性业务分配独立的频率，剩余的授权频率集再根据上述步骤3中的方法根据不同业务大区的业务占比进行分配，第二种，频率子集划分先不考虑实时性和非实时的业务需求，在已分配的生产控制大区的频率子集中，进行分配使用，如果已分配频率资源大于业务需求，为业务分配独立的频率资源，如果分配频率资源小于业务需求，需要进行频率共享。具体来说，为生产控制区内的不同业务的数据包标记不同的业务标识，为实时性业务标识为最高优先接入等级，可以随时使用频率资源，非实时可以共享使用资源。

步骤3中，虽然为不同业务大区分配了独立的频率子集，但考虑到小区间干扰的存在，需要为相邻小区的相邻边缘用户分配不同的频率，以免产生干扰，因此，对不同的业务大区的业务终端进行划分，分别为边缘用户和中心用户，并根据业务占比，对频率子集中的频率进行细分。边缘用户是根据业务终端的地址位置和接收信号强度来确定的。

先对业务大区划分子集，然后子集里面再进行细分，如图1所示，这样的好处是，如果先定中心和边缘子集，就不能保证生产业务就一定选择好的频段，而先划分业务频率子集就可以优先选择好的频段。其次，划分边缘子集后，邻小区的边缘就不能使用该子集内的频段，但对于电力业务来说，以周期业务居多，所以，可能在一段时期内就没有边缘用户，这样就可以提高频谱利用率。

步骤4中，基站信息交互时，首先要判断组网架构，这将直接影响边缘用户的频率分配情况，考虑到电力系统中链式组网的场景较多，蜂窝式覆盖场景较少，本发明主要考虑链式组网条件下的小区干扰协调，对于蜂窝式的小区干扰协调可使用公网的干扰协调方法。如图2所示的链式组网模型，三个小区交叉的地方存在干扰，需要为不同的边缘用户分配不同频率，以免产生干扰。

以图3中的小区1(参考小区)为例，因为呈链式组网分布，不需考虑整个边缘区域的干扰，只需考虑相邻小区的可能干扰边缘，这样的好处是，边缘用户占用的频率资源少，可供中心用户使用的就多。其中，干扰区的定义是两个基站覆盖范围交叉的区域，图中假设基站是规则的圆形覆盖。

为减少不同业务大区使用的频段交叉，频段分配时采用连续分配，同时，考虑到生产业务的重要性，先进行生产大区的分配，再进行管理大区的分配，可以优先选择质量好的频段。

如图3所示，小区2存在业务传输需求，与小区1通过X2接口进行信息交互，小区1告知小区2的边缘用户使用频率信息，如果小区1与小区2相邻的干扰区没有边缘用户，小区2可以自由分配频段(暂不考虑小区2的右侧边缘)，如果小区1与小区2相邻的干扰区内存在边缘用户，又分两种情况，小区2的边缘没有业务需求，不需考虑小区1边缘用户分配情况，因为小区2的业务终端不在干扰范围内。如果小区2的干扰区内有边缘用户传输需求，扣除相邻小区1已分配的进行分配，详细如下。

如果小区1的边缘只有一种大区内的业务，比如生产或管理业务的一种，小区2的边缘分配有2种方法：第一种，将小区1的边缘用户频率分配给小区2的中心用户使用，第二种，分配给另一侧的边缘使用。

如果小区1的两种业务大区都存在边缘用户，根据前文分配方法，两个子集都是根据生产控制大区业务和管理信息大区业务的业务占比来进行分配，所以两个子集的大小不同。

接着，对小区1内的业务大区内的中心、边缘业务占比分别进行统计，有4种情况：

1)小区1两个业务大区的边缘用户业务占比都少于20％，将小区1边缘用户使用的频率分配给小区2中频率子集大的中心用户使用；

2)小区1生产控制大区边缘用户业务占比少于20％，管理信息大区边缘用户业务占比多于80％，将小区1边缘用户使用频率都分配给小区2中的生产控制大区的中心用户使用；

3)小区1生产控制大区边缘用户业务占比多于80％，管理信息大区边缘用户业务占比少于20％，将小区1边缘用户使用频率都分配给小区2中的管理子集的中心用户使用。

4)两个业务大区的边缘业务占比多于80％。这种情况比较少见，说明建站初期基站的远端单元部署位置不合理，没有考虑到边缘用户的并发量，应该将密集业务部署在远端单元的中心位置。而且，如果边缘业务占用频段较多，就会造成相邻小区的边缘用户可用的频率资源非常少，导致接入失败，因此，本发明不考虑此种情况。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解；本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。