一种电力无线专网中的发射功率设置与资源块调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力通信技术领域，特别是一种电力无线专网中的发射功率设置与资 源块调度方法。
【背景技术】
[0002] 在配用电网中，有开关站、环网柜、配电室、配电变压器、柱上开关、配电线路、分布 式能源站点、电动汽车充电站、用电计量器等多种配用电设备。这些设施不断产生各种信息 数据，需要被及时、准确、安全地传输至主站，以实现配用电信息采集自动化。
[0003] 为了实现该类电力信息通信需求，可以采用通信光缆、载波、无线公网、无线专网 等多种方法。这些方法各具特点与优缺点。其中，无线专网具有覆盖面广、施工难度较低、 实施周期较短、组网灵活等优势，是实现配用电通信的重要手段。
[0004] 电力无线通信具有如下特点。首先，以上行数据为主，即电力系统设备向主站报告 监控、测量等数据为主。第二，电力系统设备的上报数据速率需求一般来说是固定的。第三， 电力系统设备的地理位置一般来说是固定的。第四，由于电力系统的特殊性，在配用电设备 与基站通信的过程中，安全性要求是一项非常重要的要求。为了保证电力信息数据传输的 安全性，需要把不同类型业务的信息传输通道隔开，即为不同类型业务的设备分配不同的 物理信道，从而避免利用某一类型业务终端对其他类型的业务进行窃听以及篡改等事件的 发生。
[0005] 基于上述限制，电力无线专网中的资源分配问题成了一个与无线公网中资源分配 不同的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题为：提出一种面向电力无线专网的资源分配方案，其包 括发射功率设置与频域调度两方面内容，保证配用电信息的安全传输。
[0007] 本发明采取的技术方案具体为：一种电力无线专网中的发射功率设置与资源块调 度方法，电力无线专网中覆盖有基站和配用电设备，配用电设备运行中产生的电力信息数 据通过无线通信传输至基站，基站将接收到的电力信息数据经无线骨干网传输至电力控制 中心；
[0008] 电力无线专网中的发射功率设置与资源块调度方法包括以下步骤：
[0009] 步骤一，对配用电设备进行分组：
[0010] 假设共有B个基站，对于其中第b个基站，I < b < B，由该基站覆盖的配用电设备 的集合为Sb;假设电力无线专网中共有K类业务，每类业务的上行数据传输速率要求不同； 对于第i类业务，1 < i < K，将集合Sb中属于第i类业务的设备抽取出来得到S lib;分别从 (Siil, Sii2,…，Si,B}中各选出一个设备作为第一个分组Hil，然后从剩下的设备中再以同样方 法选出第二个分组H 12，以此类推，直到所有设备都已被选中，从而得到第i类业务的分组集 合H1= {Η ini，I < m < MJ，其中M1为第i类业务的分组个数；在同一个分组H 1Π1中的设备可 以共用同一信道资源；
[0011] 步骤二，设置发射功率Pj:
[0012] 记第j个设备的上行发射功率为M艮据下列方程决定所有P,的取值
[0014] 式中γ ,为第j个设备在对应基站处的信噪比值，G b]为从设备j到基站b的路径 损耗，Gbj= 6+42. 681om 1Q (d) dB，d为从设备j到基站b的距离，单位为米，W为每个信道的 带宽，取值为180KHz，N。= -174dBm/Hz为噪声功率谱密度，Γ为最小信干噪比；
[0015] 步骤三，计算支持率：
[0016] 根据公式 Cj = WX log 1Q (1+ γ ) /L
[0017] 计算第j个设备分配一条信道时的吞吐率，其中L为一条信道中包含的资源块个 数；
[0018] 计算Flini(η)，含义为分配η条信道给分组Hini后该分组中所有设备的支持率的平均 值；
[0019] 计算f^n(l)，含义为分配η-1条信道和第η条信道中的1个资源块给分组H ini后 该分组中所有设备的支持率的平均值；
[0020] 上述 U = Flin(Ii-I);
[0021] 步骤四，采用单步递增的方式进行信道分配：
[0022] 首先计算第i类业务中所有分组被分配前η-1条信道时的支持率的和为
[0024] 从η = 1开始，将第η条信道分配给具有最低支持率的一类业务，然后更新每类业 务分配完该信道后的所获得的支持率，以同样的方法分配第2条信道，直到所有的信道被 分配完毕；
[0025] 步骤五，采用单步递增的方式进行资源块调度：
[0026] 对于第η条信道中的第一个资源块即1 = 1，选取分配该信道的相应业务类型中支 持率(1)最低的一个分组，将该资源块分配给该分组内的设备，之后更新该分组在分配 完该资源块后的支持率f liBlin(2)，
[0027] 重复上述资源块分配步骤，依次对该信道中其他各资源块进行分配，直到该信道 中所有的资源块被分配完毕。按照上述分配方法，继续对其他信道进行资源块分配，直至所 有信道中的所有资源块被分配完毕。
[0028] 本发明的有益效果为：针对电力无线专网的特点，即用户设备的位置是固定的，并 且各类业务设备的数据传输速率要求也是已知的，从而有助于简化计算复杂度。通过对业 务设备进行分组，降低了共用同一信道资源的设备之间的干扰，并且通过引进每个分组的 支持率来指导信道分配过程的进行，增加了方案的有效性。
【附图说明】
[0029] 图1所示为电力无线专网结构示意图；
[0030] 图2所示为电力无线专网中发射功率设置与资源块调度实施例结构示意图；
[0031] 图3所示为发射功率设置与资源块调度方法流程示意图；
[0032] 图4所示为信道分配过程流程示意图；
[0033] 图5所示为资源块调度过程流程示意图。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图和具体实施例进一步描述。
[0035] 如图1所示，在无线专网的覆盖范围内，分布着许多配用电设备2。这些设备要不 断地产生各种电力信息数据，配用电设备2需要将这些信息数据承载在无线信号中然后发 送给基站1，最后经由光纤骨干网传输至控制中心对数据进行处理。
[0036] 在电力无线专网中，信道、资源块的含义与所采用的空中接口标准紧密相关。以目 前先进的第四代LTE无线空中接口规范为例。根据相关标准，LTE中的无线资源由时域与 频域二维平面上定义的栅格图来表示，其中时域上每帧长度为10毫秒，被划分为20个时 隙；频域上系统带宽被划分为若干个子载波组，每个子载波组占据180000赫兹的带宽。因 此，在LTE系统中，一条信道对应于频域上的一个子载波组，而一个资源块就对应于时域上 的一个时隙与频域上的一个子载波组。
[0037] 如图3,本发明的电力无线专网中的发射功率设置与资源块调度方法包括以下步 骤：
[0038] 步骤一，对配用电设备进行分组：
[0039] 假设共有B个基站，对于其中第b个基站，I < b < B，由该基站覆盖的配用电设备 的集合为Sb;假设电力无线专网中共有K类业务，每类业务的上行数据传输速率要求不同； 对于第i类业务，1 < i < K，将集合Sb中属于第i类业务的设备抽取出来得到S lib;分别从 (Siil, Sii2,…，Si,B}中各选出一个设备作为第一个分组Hil，然后从剩下的设备中再以同样方 法选出第二个分组H 12，以此类推，直到所有设备都已被选中，从而得到第i类业务的分组集 合H1= {Η ini，I < m < MJ，其中M1为第i类业务的分组个数；在同一个分组H 1Π1中的设备可 以共用同一信道资源；
[0040] 步骤二，设置发射功率Pj:
[0041] 记第j个设备的上行发射功率为P];根据下列方程决定所有P ,的取值
[0043] 式中γ ,为第j个设备在对应基站处的信噪比值，G b]为从设备j到基站b的路径 损耗，Gbj= 6+42. 681om 1Q (d) dB，d为从设备j到基站b的距离，单位为米，W为每个信道的 带宽，取值为180KHz，N。= -174dBm/Hz为噪声功率谱密度，Γ为最小信干噪比；
[0044] 步骤三，计算支持率：
[0045] 根据公式 Cj= WX log1Q (l+γ.)/L
[0046] 计算第j个设备分配一条信道时的吞吐率，其中L为一条信道中包含的资源块个 数；
[0047] 计算Flini(η)，含义为分配η条信道给分组Hini后该分组中所有设备的支持率的平均 值；
[0048] 计算f^n (1)，含义为分配η-I条信道和第η条信道中的1个资源块给分组Hini后 该分组中所有设备的支持率的平均值；
[0049] 上述 U) = Flin(n-1);
[0050] 步骤四，采用单步递增的方式进行信道分配，请参考图4 :
[0051] 首先计算第i类业务中所有分组被分配前n-1条信道时的支持率的和为
[0053] 从η = 1开始，将该信道分配给具有最低支持率的一类业务，然后更新每类业务分 配完该信道后