一种适用于电力无线专网宽带化的解决方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于电力无线专网宽带化的解决方法，解决了电力无线专网频谱资源利用率较低，吞吐量、传输速率等性能较弱的问题，其利用优化的频谱感知技术对可用频谱进行实时监测和感知，通过将多个离散的窄带频谱进行自适应融合，形成1.4MHz的带宽，从而将FDD-LTE应用于电力无线专网；方案是，本发明针对窄带化FDD-LTE部署于230MHz离散频段时，需满足系统最小带宽1.4MHz，因此至少找到56个可用频点（56×25KHz）进行自使用融合和利用，同时，当授权用户出现是需及时让出使用频点的情况，本发明提出在搜索56个频点的基础上，继续搜索M个备用频点，M的取值决定于230MHz频段范围的利用率，为剩余可用子信道（去除56个已选子信道）的10％，即根据剩余子信道数进行自适应调整。
【专利说明】-种适用于电力无线专网宽带化的解决方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，特别是一种适用于电力无线专网宽带化的解决方法。
【背景技术】
[0002] 目前电力无线专网的频谱利用率还远远低于现有无线通信系统，亟需改进。为了 提高电力无线专网的频谱利用率、吞吐量等多项指标，建设新型技术体制的电力无线专网， 本专利提出将FDD - LTE技术体制应用于电力无线专网中，但需满足FDD - LTE最小带宽 1. 4MHz的需求。然而，230MHz频段内很难找到如此大的带宽，另外，针对分布在其频段内的 上述诸多离散频点，本专利提出一种将离散频段自适应融合利用的方法，从而解决电力无 线专网的宽带化问题，改进系统性能。
[0003] 国家电网公司"十二五"规划中明确指出：在加快部署智能化业务的同时，进一步 加强终端通信接入网建设，提高专网覆盖比例，将通信覆盖向低压侧业务终端延伸。
[0004] 目前，从采用的通信方式来看，终端通信接入网采用了光纤、载波、无线等多种通 信方式混合组网，其中光纤专网占8. 58%，中压电力线载波占12. 78%，无线公网（GPRS/ CDMA)占72. 03%，无线专网占6. 61 %。随着城镇化的深入，终端通信接入网进一步向广袤 的县城、乡镇及农村延伸，光纤受地域、成本等因素的限制，已越来越难以敷设；电力线载波 调试复杂、通信稳定性难以满足需求；无线公网不属于电力系统专有网络，安全性、服务质 量均难以满足业务需求。因此，无线专网存在着较大的应用空间。
[0005] 从承载的业务来看，终端通信接入网主要承载用电信息采集、配电自动化、输电线 路状态监测、配变视频监控、智能用电服务等窄带、宽带业务。长期以来电力无线专网缺乏 统一的规划与建设，呈现了 230M数传电台、Mobitex、MicWill、ZigBee/WiFi等多种技术体 制并行的建设模式，没有考虑业务系统的带宽灵活性、频点合法性、信息安全、网络管理等 具体需求，均无法得到推广应用。因此亟需建设采用新型技术体制的电力无线专网，在电力 系统合法频点内满足不同的业务需求，在终端通信接入网建设中占据重要的一席之地。
[0006] 电力无线专网基于国家无线电管理委员会分配的230MHz专用频段进行通信，无 需申请使用，其频点离散分布在223MHz至235MHz总共12MHz带宽内，共40个频点；每个 频点带宽25KHz，共1MHz带宽。此外该频段范围内还有360个频点（共9MHz带宽）由各 地市无线电管理处审批，需要申请使用。该频段使用情况如图1，由图可知，该频段占用度 为6. 38%，因此，本专利提出一种将离散频段自适应融合利用的方法，将上述230MHz频段 内诸多频点进行自适应融合和利用，提高频谱利用率。
[0007] 目前，电力无线专网在使用230MHz频段无线资源时，普遍采用数传电台作为通信 终端，通信系统结构如图2所示。启动站采用双频、全双工数传电台，从动站采用双频、半双 工数传电台，其上行频率为Π ，下行频率为f〇,上下行频率间隔f〇 - Π = 7MHz。
[0008] 数传电台通信系统对频段资源利用率不高，通信时主要存在以下问题：
[0009] 1)数传电台之间各自分立，缺乏统一的网络管理，没有无线信号的同步，因此必须 增加空闲时间作为数据传输的保护间隔，导致信道的利用率被降低，通信过程出现对资源 的浪费；
[0010] 2)数传电台采用的调制方式相对落后，使得数据率降低，频谱利用率仅为 0. 048 -0. 384bit/s/hz，而目前其它无线系统的频谱利用率为1. 35-3bit/s/hz。由此可见 电力企业对无线资源的利用只是电信行业的10%左右，因此迫切需要改进调制方式以提高 频谱的利用率。
[0011] 3)数传电台通信系统采用轮询的方式进行数据交换，交换时独占电路，降低了网 络传输数据的灵活性和传输效率，使得紧急数据无法及时上传。
[0012] 4)数传电台采用无协议的透明传输模式，无纠错能力和加密功能，纠错和加密功 能也只能在TRU或中心站计算机上进行，使得传输延时非常大，影响了系统的吞吐量。
[0013] 5)数传电台通信系统对230MHz频率使用不恰当，造成一方面频率资源紧缺，一方 面频率使用浪费的局面。
【发明内容】
[0014] 针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种适用于电力 无线专网宽带化的解决方法，解决了电力无线专网频谱资源利用率较低，吞吐量、传输速率 等性能较弱的问题，其利用优化的频谱感知技术对可用频谱进行实时监测和感知，通过将 多个离散的窄带频谱进行自适应融合，形成1.4MHz的带宽，从而将FDD-LTE应用于电力无 线专网。
[0015] 其解决方案是，本发明针对窄带化FDD - LTE部署于230MHz离散频段时，需满足 系统最小带宽1.4MHz，因此至少找到56个可用频点（56*25KHz)进行自使用融合和利用， 同时，当授权用户出现是需及时让出使用频点的情况，本发明提出在搜索56个频点的基础 上，继续搜索Μ个备用频点，Μ的取值决定于230MHz频段范围的利用率，为剩余可用子信道 (去除56个已选子信道）的10%，即根据剩余子信道数进行自适应调整，具体实现方法和 步骤如下：
[0016] 1)通过频谱感知技术检测230MHz频段范围内的频谱空洞（spectrum hole,指时 间和空间上空闲的频谱资源）；
[0017] 2)找到合适的56+M个频点，动态频谱分配实现离散频谱资源自适应融合和利用。
[0018] (1)本发明中第一步是基于认知无线电的频谱感知：230MHz中的若干频段已经授 权，而且频段之间呈离散状态，若想至少找到56个可用频点，首先得检测出频谱空洞，在检 测过程中，不得影响已有通信系统的正常工作；而且由于无线电环境是时变的，系统需能及 时检测出变化。
[0019] 本专利采用基于认知无线电的频谱感知，系统同时对多个信道进行周期的感知， 将这些信道组成一个新的逻辑信道，定义这些信道为子信道，系统可以同时使用逻辑信道 上所有空闲的子信道进行数据传输，检测时间和检测周期太长可能造成授权信号的干扰或 者浪费一些可能直接进入频谱的机会，检测周期太短，又会造成感知开销较大，因此每个子 信道检测周期的选择非常重要，本专利将从检测周期方面进行频谱感知过程的优化。
[0020] 令τ/OO表示子信道i在当前时刻C为空闲状态，在（t' +t)内信道忙的平均时 间，即子信道i在t时间内因未及时检测而对再次出现的授权用户造成干扰的平均时间。
[0021] 令
【权利要求】
1. 一种适用于电力无线专网宽带化的解决方法，其特征在于，针对窄带化FDD-LTE 部署于230MHz离散频段时，需满足系统最小带宽1. 4MHz，因此至少找到56个可用频点 (56*25KHz)进行自使用融合和利用，同时，当授权用户出现是需及时让出使用频点的情况， 本发明提出在搜索56个频点的基础上，继续搜索Μ个备用频点，Μ的取值决定于230MHz频 段范围的利用率，为剩余可用子信道(去除56个已选子信道)的10%，即根据剩余子信道数 进行自适应调整，具体实现方法和步骤如下： 1)通过频谱感知技术检测230MHz频段范围内的频谱空洞（spectrum hole,指时间和 空间上空闲的频谱资源）； 2 )找到合适的56+M个频点，动态频谱分配实现离散频谱资源自适应融合和利用。
【文档编号】H04W16/10GK104270767SQ201410516085
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】王世文, 李慧, 袁伟, 贠超, 郑敏, 赵宇, 金圣峣, 杨燚 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司信息通信公司, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所