一种提高电力无线专网小区边缘传输速率的资源分配方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种提升电力无线小区边缘传输速率的资源分配方法。

背景技术：

2010年至今，国家电网在多地进行了配电自动化试点建设，基本奠定了epon光纤通信技术作为配电自动化接入网主要通信方式的地位，但是受到成本与地域等限制，光纤网络难以实现配电通信接入网的全覆盖，所以需要寻求其他通信方式进行补充。

此外，随着清洁能源替代和电能替代，以及能源变革的深入推进，分布式光伏、电动汽车充电桩等业务将呈现爆发式增长，电网源-网-荷-储互动模式将发生改变，这要求对配电网的掌控能力、感知能力全面提升，需要全面提升低压电网(380kv/220kv)运行状态的准实时采集能力，从而促进电网运行水平及服务模式质的飞跃。电力无线专网是实现电网末端业务接入与采集的重要组成部分，因此需要建立基于专用授权频段的电力无线通信宽带专网。

考虑到建设成本，电力无线专网基站间间距比公网基站要大，而且采取同频组网，因此小区边缘用户受到强烈的邻小区干扰，通信速率低。而且电力设备通常都是固定的，所以小区边缘设备长期处于受干扰情况且传输速率低，是整个电力无线专网通信的瓶颈。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高电力无线专网小区边缘传输速率的资源分配方法，从而降低小区边缘用户受到的干扰，提升小区边缘用户的传输速率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高电力无线专网小区边缘传输速率的资源分配方法，包括以下步骤：

步骤1、按照给定的规则，将小区划分为3个区域，并确定每个区域的通信频段范围和发送功率范围；

步骤2、基站将小区区域的划分情况通知设备；

步骤3、设备通过基站的参考信号，计算出自身所在的区域；

步骤4、设备将所在区域信息反馈给基站；

步骤5、基站根据设备反馈的区域信息，为设备分配通信频段和发送功率。

进一步地，步骤1中所述的按照给定的规则，将小区划分为3个区域，并确定每个区域的通信频段范围和发送功率范围，具体如下：

按照设备分布情况和传输速率需求，确定两个半径值，将整个小区划分为1个圆形区域和2个环型区域，给定每个区域内的设备通信频段范围和发送功率范围，设备只能在给定的通信频段范围和发送功率范围内进行通信。

进一步地，步骤2中所述基站将小区区域划分情况通知设备，具体为：

基站通过无线传输的方式，以广播的形式将小区内的区域划分情况、通信频段范围和发送功率范围告知小区内的所有设备。

进一步地，步骤3中所述设备通过基站的参考信号，计算出自身所在的区域，具体为：

设备通过接收基站的参考信号，估计出接收信号的snr为η，则路径损耗δ为：

δ＝p-ηdb，

其中，p为基站发送参考信号的功率，η的单位为db；然后根据路径损耗计算出设备与基站间的距离，通过距离确定该设备所处的区域。

进一步地，步骤4中所述的设备将所在区域信息反馈给基站，具体为：

设备将所处的区域编号以及相应通信频段的信道质量，通过上行数据信道发送给基站。

进一步地，步骤5中所述的基站根据设备反馈的区域信息，为设备分配通信频段，具体为：

基站根据所有设备反馈的区域信息、信道质量、综合优先级信息和待发送数据信息，对各个设备的通信频率进行总体调度，并通过下行信道通知各个设备。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)降低了小区边缘设备受到的干扰；(2)提高了小区边缘设备的传输速率；(3)提升了整个小区整体的传输性能。

附图说明

图1为部分频率复用原理图。

图2为软频率复用原理图。

图3为sfr场景下边缘与中心用户的频谱效率对比图。

图4为本发明提高电力无线专网小区边缘传输速率的资源分配方法的流程示意图。

图5为本发明方法中的小区区域划分示意图。

图6为实施例1中本发明方法的性能示意图。

具体实施方式

由于小区内的用户会受到来自相邻小区的同频干扰，这会降低边缘用户的性噪比。在公网lte通信系统中，通常采用频率复用技术以及多点协作传输技术(comp)来抑制这种干扰。comp技术需要多个小区间进行协作，需要进行基站间信息交换，降低邻小区频带利用率，且调度复杂，对于固定的小区边缘设备不适用。频率复用技术主要有两种，部分频率复用技术(ffr)与软频率复用技术(sfr)。

结合图1，部分频率复用技术(ffr)是在每个小区中预留一部分资源供邻小区边缘用户优先使用，从而减少本小区用户对邻小区边缘用户的干扰。该方法实现简单，可以应用在上下行链路的干扰协调中；但该方法也存在频谱利用率较低、灵活性较差的缺点。

软频率复用技术(sfr)是根据用户的信号质量，将用户分为中心用户和边缘用户如图2所示，中心用户的信号质量较好，故采用复用因子为1的组网模式，尽最大可能地利用稀缺的频率资源；而边缘用户在复用因子为1的组网模式下的信号质量较差，主要需求是提高其信噪比，故边缘采用复用因子为3的组网模式，这样虽然牺牲了2/3的频率资源但是信噪比的提高能够让边缘用户的性能取得理想的增益，中心用户和边缘用户通过预先设定的信噪比门限来区分。其中主载波可用于整个小区，副载波只用于小区内部。

这两种频率复用技术的核心原理都是让小区边缘的用户使用与干扰小区边缘用户不同的频段，从而降低同频干扰。由于sfr的复用因子要优于ffr，所以sfr技术更适合与电力专网。

从理论上对sfr技术进行分析，我们仅考虑1层小区对服务小区的干扰情况。假设设备i的发射功率为那么基站接收到该设备发送的信号能量为

其中是信号从设备i传输到基站时的路径损耗。因此，接收到设备i信号的snr可以表示为

其中，k为工作在相同频段上的设备个数，n0是噪声功率谱密度，ζ是噪声系数。根据香浓公式，频谱效率可以表示为

si＝log2(1+βηi)

其中β是用来弥补理论公式和实际情况的补偿参数。我们用频谱效率cdf中5％对应的值作为边缘用户性能的评价标准。

图3给出了上行传输采用sfr场景下边缘与中心用户的频谱效率情况，其中中心用户与边缘用户的分界线为0.8r，r为小区半径。从图中我们可以看出，中心用户的频谱效率在5％处要低于边缘用户。这就意味着，整个小区的性能在采用sfr技术之后的瓶颈在于分界线边缘的中心用户的性能。由于电力无线专网中设备是固定的，所以可以通过本发明提出的技术进一步提高这些设备的传输速率。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

结合图4～6以及表1，本发明提高电力无线专网小区边缘传输速率的资源分配方法，首先按照给定的规则，将小区划分为3个区域，并确定每个区域的通信频段范围和发送功率范围；然后基站将小区区域的划分情况通知设备，设备通过基站的参考信号，计算出自身所在的区域；最后设备将所在区域信息反馈给基站，基站根据设备反馈的区域信息，为设备分配通信频段和发送功率。。具体步骤如下：

步骤1、按照给定的规则，将小区划分为3个区域，并确定每个区域的通信频段范围和发送功率范围，具体如下：

按照设备分布情况和传输速率需求，确定两个半径值，将整个小区划分为1个圆形区域和2个环型区域，给定每个区域内的设备通信频段范围和发送功率范围，设备只能在给定的的通信频段范围和发送功率范围内进行通信。。

步骤2、基站将小区区域的划分情况通知设备，具体如下：

基站通过无线传输的方式，以广播的形式将小区内的区域划分情况、通信频段范围和发送功率范围告知小区内的所有设备。也可以在基站与设备间进行事先的约定，设定几组备选的值，那么只需要广播相应参数序号即可。

步骤3、设备通过基站的参考信号，计算出自身所在的区域，具体如下：

设备通过接收基站的参考信号，估计出接收信号的snr为η，则路径损耗δ为：

δ＝p-ηdb，

其中，p为基站发送参考信号的功率，η的单位为db；

然后根据路径损耗计算出设备与基站间的距离，通过距离确定该设备所处的区域。为了实现方便，也可以预先算出不同区域对应的路径损耗值，直接通过路径损耗值所在的区间来判断设备所处的区域。

步骤4、设备将所在区域信息反馈给基站，具体如下：

经过步骤3后，设备可以确定所在区域，同时也知道能够通信的频段，为了便于基站调度，设备会利用基站在该区域所对应的频段上的参考信号进行信道质量估计，并与区域信息一同反馈给基站。信道质量信息以及设备所在区域信息都是通过上行数据信道进行发送的。

步骤5、基站根据设备反馈的区域信息，为设备分配通信频段和发送功率，具体如下：

基站根据所有设备反馈的区域信息、信道质量、综合优先级信息和待发送数据信息，对各个设备的通信频率进行总体调度，并通过下行信道通知各个设备。

表格1小区区域划分情况表

实施例1

结合图4～5以及表1，本发明的方法步骤如下：

步骤1、按照给定的规则，将小区划按照一定的规则分成为3个区域，并确定各每个区域内可使用的通信频段范围和发送功率范围；

步骤2、基站将小区区域的划分情况通知设备；

步骤3、设备通过基站的参考信号，计估算出自身所在的区域；

步骤4、设备将所在区域信息反馈给基站；

步骤5、基站通过分析根据设备反馈的区域信息确定并，为设备分配通信频段和发送功率。

其中每一步具体的实施参数如下：

步骤1中3个区域的划分规则具体为：

如图4和表1所示，整个小区划分为1个圆形区域和2个环形区域，分界线分别为0.75r和0.85r，在区域1内可以使用全频段七分之四，区域2内可以使用全频段的七分之一(所有小区为区域2分配相同的频段)，区域3只能使用全频段的七分之二，且保证相邻小区的区域3采用不同的频段。

步骤2中无线广播形式的具体实施方式为：

将表1中的关键参数通过广播信道通知小区内所有用户，关键参数包括区域的分界线，三个区域的通信频段。当然，也可以在基站与设备间进行事先的约定，设定几组备选的值，那么就只需要广播相应参数序号即可。

步骤3中估计所在区域的具体方法为：

设备通过接收基站的参考信号，估计出接收信号的snr为η，则路径损耗δ为：

δ＝p-ηdb，

其中，p为基站发送参考信号的功率，η的单位为db；

然后根据路径损耗估算出设备与基站间的距离，通过距离就可以确定该设备所处的区域。为了实现方便，也可以预先算出不同区域对应的路径损耗值，直接通过路径损耗值所在的区间来判断设备所处的区域。

步骤4的具体实施方式为：

设备利用基站在该区域所对应的频段上的参考信号进行信道质量估计，并与区域信息一同反馈给基站。信道质量信息以及设备所在区域信息都是通过上行数据信道进行发送的。

步骤5的具体实施方式为：

基站根据所有设备反馈的区域信息以及信道质量，综合优先级信息，待发送数据信息等对各个设备的具体通信频率进行总体调度，并通过下行信道通知各个用户。

图6为采用本实施例中参数时本发明的性能示意图，可以看出边缘用户的性能与sfr技术相比传输速率提升了约20％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。