電力認(rèn)知無(wú)線通信論文

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1方案設(shè)計(jì)

PBS表示主基站(PrimaryBaseStation)，通過(guò)光纜可以將各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冸娬緝?nèi)的各種應(yīng)用系統(tǒng)子站，也可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)通過(guò)電力骨干網(wǎng)絡(luò)(SDH等)傳輸?shù)绞‰娏緝?nèi)的系統(tǒng)主站，CBS表示認(rèn)知基站(CognitiveBaseStation)，通過(guò)光纜與主基站連接進(jìn)行信息交互，通過(guò)無(wú)線方式與次用戶通信，PU表示主用戶即授權(quán)用戶(PrimaryUser)，SU表示次用戶即認(rèn)知用戶(SecondaryUser)，這里的用戶在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中泛指各種無(wú)線通信終端，本文為與認(rèn)知無(wú)線電的各種概念保存一致，也稱為用戶，各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過(guò)授權(quán)用戶或次用戶將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交荆琒B表示頻譜經(jīng)紀(jì)人(SpectrumBroker)，通過(guò)光纜或者網(wǎng)線形式與認(rèn)知基站進(jìn)行信息交互。認(rèn)知基站負(fù)責(zé)認(rèn)知用戶的控制和管理，主要包括對(duì)認(rèn)知用戶的感知結(jié)果進(jìn)行融合、空閑信道資源分配、接入及切換管理。頻譜使用區(qū)域分授權(quán)頻段區(qū)域和非授權(quán)頻段區(qū)域，在授權(quán)頻段區(qū)域，認(rèn)知基站與主基站進(jìn)行信息交互，降低感知目標(biāo)頻段的盲目性，認(rèn)知用戶根據(jù)認(rèn)知基站的交互信息，感知授權(quán)用戶的授權(quán)頻段的空閑情況并利用。在非授權(quán)頻段區(qū)域，認(rèn)知用戶感知非授權(quán)頻段的使用情況并進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)利用，能夠及時(shí)規(guī)避干擾頻段，使用動(dòng)態(tài)分配的頻譜資源，在該區(qū)域中頻譜經(jīng)紀(jì)人充當(dāng)協(xié)調(diào)者角色，負(fù)責(zé)不同認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)之間的頻譜資源協(xié)調(diào)管理。為提高頻譜感知效率，縮短系統(tǒng)接入時(shí)間，提升頻譜切換性能，本文設(shè)計(jì)兩張用于認(rèn)知基站內(nèi)維護(hù)的信息表，一張是可用頻率資源列表，一張是交互信息列表。“頻帶范圍”表示認(rèn)知用戶可以使用的頻段的范圍，“頻帶歷史使用信息”表示該段空閑頻段的歷史使用情況，包括數(shù)據(jù)傳輸平均占用時(shí)長(zhǎng)和空閑率，由此可以計(jì)算頻段的大致可用時(shí)長(zhǎng);“頻帶帶寬”表示可用的頻帶寬度;“干擾水平”表示歷史干擾水平和當(dāng)前干擾水平，干擾水平是指空閑頻譜所遭受的干擾程度和強(qiáng)度，包括無(wú)線環(huán)境下的路徑損耗等干擾和電力設(shè)施運(yùn)行時(shí)的電磁干擾，以功率形式量化，結(jié)合相關(guān)系數(shù)，可以計(jì)算信道最大容量;“可用狀態(tài)”表示頻率資源的利用方式，包括共享式和獨(dú)享式，共享式是指認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶共享頻率資源，但不會(huì)對(duì)授權(quán)用戶造成干擾，或者是由多個(gè)認(rèn)知用戶之間進(jìn)行共享使用空閑授權(quán)頻率資源或空閑非授權(quán)頻率資源，獨(dú)享式是指空閑頻率資源無(wú)其他用戶使用，由單個(gè)認(rèn)知用戶單獨(dú)享用。綜合以上信息，認(rèn)知基站能夠根據(jù)認(rèn)知用戶的需求情況快速找到匹配資源進(jìn)行分配，提高了分配效率、縮短了分配時(shí)間，根據(jù)業(yè)務(wù)特性，有選擇地選取特定頻譜實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)需求的匹配。

2頻率分配方法

本文假設(shè)頻譜感知由物理層來(lái)完成，而且能夠獲得準(zhǔn)確的感知結(jié)果，MAC層在獲取感知結(jié)果的基礎(chǔ)上主要負(fù)責(zé)頻譜資源的動(dòng)態(tài)管理。其中頻譜分配和頻譜干擾規(guī)避是頻譜資源管理的重要部分，也是電力行業(yè)應(yīng)用下需要解決的重要問(wèn)題。在分配階段，提出基于迫切性和公平性的頻譜資源分配方法，不僅考慮認(rèn)知用戶的接入的迫切程度，同時(shí)也需考慮用戶接入的公平性。迫切性和公平性是影響資源分配的重要參考內(nèi)容，影響迫切性主要參數(shù)包括:業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)、等待時(shí)間，影響公平性主要參數(shù)包括:用戶不良信用記錄、用戶接入成功率，其中，業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)是指業(yè)務(wù)的重要程度，等待時(shí)間是指用戶數(shù)據(jù)的有效期，超過(guò)一定時(shí)間，數(shù)據(jù)的傳輸就無(wú)意義，在電力行業(yè)下，這一參數(shù)尤其重要，用戶不良信用記錄是指用戶分配到頻率資源但沒(méi)有利用的信用記錄，接入成功率是指用戶請(qǐng)求分配且獲得分配的概率，為公平起見(jiàn)，接入成功率越低的用戶分配的可能性就越大。

3頻率切換方法

由于認(rèn)知用戶使用授權(quán)用戶暫時(shí)未使用的授權(quán)頻段，一旦授權(quán)用戶出現(xiàn)，認(rèn)知用戶需要立即采取相應(yīng)措施以免對(duì)授權(quán)用戶的使用造成干擾，或者當(dāng)認(rèn)知用戶使用的非授權(quán)頻段的頻譜環(huán)境惡化，也需采取措施來(lái)防止業(yè)務(wù)受到重大影響，另外，電力系統(tǒng)中復(fù)雜的電磁干擾進(jìn)一步加劇了無(wú)線環(huán)境的復(fù)雜度，帶來(lái)了更大的干擾，影響頻譜資源的使用，在此條件下，除共享頻率之外，頻率切換也是有效解決措施之一，設(shè)計(jì)合理的目標(biāo)頻段切換機(jī)制對(duì)切換性能有著十分重要的影響。本文在此基礎(chǔ)上提出一種基于加權(quán)的多參量目標(biāo)頻段切換算法，認(rèn)知基站根據(jù)認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)特性和需求進(jìn)行計(jì)算選取目標(biāo)切換頻段并分配，這樣就有利于進(jìn)一步降低認(rèn)知用戶的復(fù)雜度，綜合考慮多種選擇因素，彌補(bǔ)單一屬性選擇的不足。

4結(jié)束語(yǔ)

電力通信是支撐智能電網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)，無(wú)線通信作為其中的一部分，發(fā)揮了重要作用，但由于無(wú)線通信頻率資源和電力行業(yè)的限制性因素，需結(jié)合新的技術(shù)來(lái)解決無(wú)線頻段資源短缺以及無(wú)線傳輸可靠性等問(wèn)題。本文將認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)引入電力無(wú)線通信，提出了理論上的頻率資源管理算法，旨在提高電力無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。下一步將開(kāi)展具體的仿真實(shí)驗(yàn)工作，對(duì)理論研究算法效果進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。

作者:姚繼明黃莉田文鋒黃鳳朱亮單位:中國(guó)電力科學(xué)研究院