一種電力無線專網中的發射功率設置與資源塊調度方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力通信技術領域，特別是一種電力無線專網中的發射功率設置與資 源塊調度方法。
【背景技術】
[0002] 在配用電網中，有開關站、環網柜、配電室、配電變壓器、柱上開關、配電線路、分布 式能源站點、電動汽車充電站、用電計量器等多種配用電設備。這些設施不斷產生各種信息 數據，需要被及時、準確、安全地傳輸至主站，以實現配用電信息采集自動化。
[0003] 為了實現該類電力信息通信需求，可以采用通信光纜、載波、無線公網、無線專網 等多種方法。這些方法各具特點與優缺點。其中，無線專網具有覆蓋面廣、施工難度較低、 實施周期較短、組網靈活等優勢，是實現配用電通信的重要手段。
[0004] 電力無線通信具有如下特點。首先，以上行數據為主，即電力系統設備向主站報告 監控、測量等數據為主。第二，電力系統設備的上報數據速率需求一般來說是固定的。第三， 電力系統設備的地理位置一般來說是固定的。第四，由于電力系統的特殊性，在配用電設備 與基站通信的過程中，安全性要求是一項非常重要的要求。為了保證電力信息數據傳輸的 安全性，需要把不同類型業務的信息傳輸通道隔開，即為不同類型業務的設備分配不同的 物理信道，從而避免利用某一類型業務終端對其他類型的業務進行竊聽以及篡改等事件的 發生。
[0005] 基于上述限制，電力無線專網中的資源分配問題成了一個與無線公網中資源分配 不同的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題為：提出一種面向電力無線專網的資源分配方案，其包 括發射功率設置與頻域調度兩方面內容，保證配用電信息的安全傳輸。
[0007] 本發明采取的技術方案具體為：一種電力無線專網中的發射功率設置與資源塊調 度方法，電力無線專網中覆蓋有基站和配用電設備，配用電設備運行中產生的電力信息數 據通過無線通信傳輸至基站，基站將接收到的電力信息數據經無線骨干網傳輸至電力控制 中心；
[0008] 電力無線專網中的發射功率設置與資源塊調度方法包括以下步驟：
[0009] 步驟一，對配用電設備進行分組：
[0010] 假設共有B個基站，對于其中第b個基站，I < b < B，由該基站覆蓋的配用電設備 的集合為Sb;假設電力無線專網中共有K類業務，每類業務的上行數據傳輸速率要求不同； 對于第i類業務，1 < i < K，將集合Sb中屬于第i類業務的設備抽取出來得到S lib;分別從 (Siil, Sii2,…，Si,B}中各選出一個設備作為第一個分組Hil，然后從剩下的設備中再以同樣方 法選出第二個分組H 12，以此類推，直到所有設備都已被選中，從而得到第i類業務的分組集 合H1= {Η ini，I < m < MJ，其中M1為第i類業務的分組個數；在同一個分組H 1Π1中的設備可 以共用同一信道資源；
[0011] 步驟二，設置發射功率Pj:
[0012] 記第j個設備的上行發射功率為M艮據下列方程決定所有P,的取值
[0014] 式中γ ,為第j個設備在對應基站處的信噪比值，G b]為從設備j到基站b的路徑 損耗，Gbj= 6+42. 681om 1Q (d) dB，d為從設備j到基站b的距離，單位為米，W為每個信道的 帶寬，取值為180KHz，N。= -174dBm/Hz為噪聲功率譜密度，Γ為最小信干噪比；
[0015] 步驟三，計算支持率：
[0016] 根據公式 Cj = WX log 1Q (1+ γ ) /L
[0017] 計算第j個設備分配一條信道時的吞吐率，其中L為一條信道中包含的資源塊個 數；
[0018] 計算Flini(η)，含義為分配η條信道給分組Hini后該分組中所有設備的支持率的平均 值；
[0019] 計算f^n(l)，含義為分配η-1條信道和第η條信道中的1個資源塊給分組H ini后 該分組中所有設備的支持率的平均值；
[0020] 上述 U = Flin(Ii-I);
[0021] 步驟四，采用單步遞增的方式進行信道分配：
[0022] 首先計算第i類業務中所有分組被分配前η-1條信道時的支持率的和為
[0024] 從η = 1開始，將第η條信道分配給具有最低支持率的一類業務，然后更新每類業 務分配完該信道后的所獲得的支持率，以同樣的方法分配第2條信道，直到所有的信道被 分配完畢；
[0025] 步驟五，采用單步遞增的方式進行資源塊調度：
[0026] 對于第η條信道中的第一個資源塊即1 = 1，選取分配該信道的相應業務類型中支 持率(1)最低的一個分組，將該資源塊分配給該分組內的設備，之后更新該分組在分配 完該資源塊后的支持率f liBlin(2)，
[0027] 重復上述資源塊分配步驟，依次對該信道中其他各資源塊進行分配，直到該信道 中所有的資源塊被分配完畢。按照上述分配方法，繼續對其他信道進行資源塊分配，直至所 有信道中的所有資源塊被分配完畢。
[0028] 本發明的有益效果為：針對電力無線專網的特點，即用戶設備的位置是固定的，并 且各類業務設備的數據傳輸速率要求也是已知的，從而有助于簡化計算復雜度。通過對業 務設備進行分組，降低了共用同一信道資源的設備之間的干擾，并且通過引進每個分組的 支持率來指導信道分配過程的進行，增加了方案的有效性。
【附圖說明】
[0029] 圖1所示為電力無線專網結構示意圖；
[0030] 圖2所示為電力無線專網中發射功率設置與資源塊調度實施例結構示意圖；
[0031] 圖3所示為發射功率設置與資源塊調度方法流程示意圖；
[0032] 圖4所示為信道分配過程流程示意圖；
[0033] 圖5所示為資源塊調度過程流程示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 以下結合附圖和具體實施例進一步描述。
[0035] 如圖1所示，在無線專網的覆蓋范圍內，分布著許多配用電設備2。這些設備要不 斷地產生各種電力信息數據，配用電設備2需要將這些信息數據承載在無線信號中然后發 送給基站1，最后經由光纖骨干網傳輸至控制中心對數據進行處理。
[0036] 在電力無線專網中，信道、資源塊的含義與所采用的空中接口標準緊密相關。以目 前先進的第四代LTE無線空中接口規范為例。根據相關標準，LTE中的無線資源由時域與 頻域二維平面上定義的柵格圖來表示，其中時域上每幀長度為10毫秒，被劃分為20個時 隙；頻域上系統帶寬被劃分為若干個子載波組，每個子載波組占據180000赫茲的帶寬。因 此，在LTE系統中，一條信道對應于頻域上的一個子載波組，而一個資源塊就對應于時域上 的一個時隙與頻域上的一個子載波組。
[0037] 如圖3,本發明的電力無線專網中的發射功率設置與資源塊調度方法包括以下步 驟：
[0038] 步驟一，對配用電設備進行分組：
[0039] 假設共有B個基站，對于其中第b個基站，I < b < B，由該基站覆蓋的配用電設備 的集合為Sb;假設電力無線專網中共有K類業務，每類業務的上行數據傳輸速率要求不同； 對于第i類業務，1 < i < K，將集合Sb中屬于第i類業務的設備抽取出來得到S lib;分別從 (Siil, Sii2,…，Si,B}中各選出一個設備作為第一個分組Hil，然后從剩下的設備中再以同樣方 法選出第二個分組H 12，以此類推，直到所有設備都已被選中，從而得到第i類業務的分組集 合H1= {Η ini，I < m < MJ，其中M1為第i類業務的分組個數；在同一個分組H 1Π1中的設備可 以共用同一信道資源；
[0040] 步驟二，設置發射功率Pj:
[0041] 記第j個設備的上行發射功率為P];根據下列方程決定所有P ,的取值
[0043] 式中γ ,為第j個設備在對應基站處的信噪比值，G b]為從設備j到基站b的路徑 損耗，Gbj= 6+42. 681om 1Q (d) dB，d為從設備j到基站b的距離，單位為米，W為每個信道的 帶寬，取值為180KHz，N。= -174dBm/Hz為噪聲功率譜密度，Γ為最小信干噪比；
[0044] 步驟三，計算支持率：
[0045] 根據公式 Cj= WX log1Q (l+γ.)/L
[0046] 計算第j個設備分配一條信道時的吞吐率，其中L為一條信道中包含的資源塊個 數；
[0047] 計算Flini(η)，含義為分配η條信道給分組Hini后該分組中所有設備的支持率的平均 值；
[0048] 計算f^n (1)，含義為分配η-I條信道和第η條信道中的1個資源塊給分組Hini后 該分組中所有設備的支持率的平均值；
[0049] 上述 U) = Flin(n-1);
[0050] 步驟四，采用單步遞增的方式進行信道分配，請參考圖4 :
[0051] 首先計算第i類業務中所有分組被分配前n-1條信道時的支持率的和為
[0053] 從η = 1開始，將該信道分配給具有最低支持率的一類業務，然后更新每類業務分 配完該信道后