CN103052076B - 一种离散窄带实现宽带数据传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离散窄带实现宽带数据传输的方法，包括步骤有：（1）对电力系统专用无线频段建模；（2）根据频谱感知技术确定频谱信息并找到无线资源空闲频段；（3）将找到的所述空闲频段进行载波聚合。本发明通过频谱感知技术了，改变了电力现有的通信频带的离散窄带的条件，均衡频点资源，将空闲信道进行载波聚合，有效的利用了频率资源；本发明满足了电力无线通信用电信息采集，电力视频/图像监控电力施工现场、输电线路重点地段、应急指挥和事故处理现场、变电站等重要运营和操作场所等业务的需求。

Description

一种离散窄带实现宽带数据传输的方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统组网领域，具体涉及一种离散窄带实现宽带数据传输的方法。

背景技术

电力通信系统是统一坚强智能电网建设的基础支撑平台，是统一坚强智能电网各种管理和控制信息实时双向交互的传输平台。其中无线宽带通信系统能够方便的覆盖各个电网区域内广泛用户、快速安全地将业务直接推送到电网末端，在电力通信系统中发挥重要作用。

现有电力无线通信网络包含230M电台专网、Mobitex专网、GPRS公网（租用）、CDMA公网（租用）等，其中公网通信在传输速率、实时性及系统容量方面不能满足智能电网的应用需求，需要建立电力无线宽带通信系统；在频谱资源方面，电力系统专用无线频段一般为223MHz-235MHz的40个离散载波，其中每个载波的带宽为25KHz；在通信业务的特殊性方面，电力无线通信系统要求上行速率大于下行速率。针对这40个离散频点，每个频点传输容量有限、通道安全性等问题，无法满足电力的实时性、可靠性、高带宽数据传输应用要求，严重制约了电力通信网服务于电网的能力。而面对当前电力通信业务的需求不再仅仅是输、配、变、用等业务，更多业务来源于大范围用电信息采集，电力视频/图像监控电力施工现场、输电线路重点地段、应急指挥和事故处理现场、变电站等重要运营和操作场所等业务。现阶段电力通信业务需求，宽带宽、高上行吞吐量，高可靠的可扩展的频带来完成。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种离散窄带实现宽带数据传输的方法，增加了频率带宽，提高了频谱利用率，减少了频率之间的干扰，保证上传数据正确率的方法。

本发明提供的一种离散窄带实现宽带数据传输的方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

（1）对电力系统专用无线频段建模；

（2）根据频谱感知技术确定频谱信息并找到无线资源空闲频段；

（3）将找到的所述空闲频段进行载波聚合。

其中，步骤（1）对电力系统专用无线频段建模后，根据模型确定230MHz的频带带宽和离散频段的段数。

其中，步骤（2）所述频谱信息包括是否有信号占用频谱，若有信号占用，占用频谱的信号类型、利用频率、时隙、码道、信号调制方式、信号波形和信号带宽。

其中，步骤（2）所述找到无线资源空闲频段是运用频谱感知技术，在认知网络中加设一个基站，进行同频段内通信信道的冲突检测，认知用户将感知数据通过专用控制信道发送给基站，基站通过对多个认知用户的感知数据进行分析，检出空闲频段。

其中，步骤（3）将找到的所述空闲频段进行载波聚合是指采用对每个OFDM成员载波承载的数据进行改动，在空闲频段上传输数据，实现频谱载波聚合。

其中，对每个OFDM成员载波承载的数据进行补零，并做相应改动。

其中，步骤（2）若根据频谱感知技术找到非空闲频段，则关闭非空闲频段相应的子载波。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明通过频谱感知技术了，改变了电力现有的通信频带的离散窄带的条件，均衡频点资源，将空闲信道进行载波聚合，有效的利用了频率资源；本发明满足了电力无线通信用电信息采集，电力视频/图像监控电力施工现场、输电线路重点地段、应急指挥和事故处理现场、变电站等重要运营和操作场所等业务的需求。

附图说明

图1为本发明提供的离散频率的状态模型。其中，黑框为不可用频谱，白框为可用频谱。

图2为本发明提供的感知空闲信道流程图。

图3为本发明提供的OFDM的信号频谱图。

图4为本发明提供的基于OFDM实现载波聚合的流程图。

图5为本发明提供的一种离散窄带实现宽带数据传输的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实施例提出的一种离散窄带实现宽带数据传输的方法，其流程图如图5所示，包括如下步骤：

（1）对电力系统专用无线频段建模；根据模型确定230MHz的频带带宽和离散频段的段数；

（2）根据频谱感知技术确定频谱信息并找到无线资源空闲频段；若根据频谱感知技术找到的是非空闲频段，则关闭非空闲频段相应的子载波。

所述频谱信息包括是否有信号占用频谱，若有信号占用，占用频谱的信号类型、利用频率、时隙、码道、信号调制方式、信号波形和信号带宽。

所述找到无线资源空闲频段是运用频谱感知技术，在认知网络中加设一个基站，进行同频段内通信信道的冲突检测，认知用户将感知数据通过专用控制信道发送给基站，基站通过对多个认知用户的感知数据进行分析，检出空闲频段。

（3）将找到的所述空闲频段进行载波聚合，即将找到的所述空闲频段进行载波聚合是指采用对每个OFDM成员载波承载的数据进行改动，在空闲频段上传输数据，实现频谱载波聚合。其中，对每个OFDM成员载波承载的数据进行改动，本实施例以系统发送端为例说明频谱聚合的过程：OFDM对所有感知到的非空闲频谱所对应的子载波进行数据补零，对补零后的数据比特进行串/并转换，并对数据进行调制后映射到OFDM符号的各个子载波上；将导频符号插入到相应的子载波后，对所有子载波上的符号进行进行逆傅立叶变换后生成时域信号，并对其进行并/串转换；在每个OFDM符号插入CP后，进行模数转换并上变频到发射频带上进行信号发送，通过以上过程实现了频谱聚合。如图4所示。

其中：

如图1所示，为离散频率的状态模型，230MHz网络系统带宽范围为223.525MHz到231.650MHz共为7800KHz,40段可用频谱的带宽分别为M1、M2、…、Mn,其中n=1,2,…,40。

如图2所示，本实施例采用了集中的协同感知技术：若干个认知用户(即CR，本实施例为3个CR)采用能量检测感知主用户(PU)的存在与否，同时对主用户与次用户之间的信道进行估计，得到其信道冲击响应h。之后将与能量检测有关的信息以及信道冲击响应h通过专用控制信道(DCC)传递给融合决策中心(Fc，FusionCenter)。融合决策中心通过基于信道冲激响应加权的算法，做出有无主用户存在的判决，空闲的频段发送到载波聚合机制。

通过对230MHz频段进行频谱感知，获得其中空闲频段的中心频点，共计40个，每个频段带宽为25kHz。

如图3所示，是OFDM的信号频谱图：此230MHz频段带宽为7800KHz，f0~f(N-1)表示共有N个子载波频段，f(N-1)为最后一个频段的中心频率。进行OFDM调制，采用的OFDM子载波宽度为7.5kHz，把整个带宽当作一个成员载波的宽度，则成员载波包含子载波数为7800kHz/7.5kHz=1040个,相邻子载波中心频率间隔，每个子载波带宽1/NT(Ts为行符号周期长度，N为并行通道数，NTs为一个OFDM符号周期长度)。

如图4所示，是本实施例基于OFDM实现载波聚合的流程图:如图所示进行OFDM数据补零调制：在系统的发送端在现有的OFDM调制流程中加入了数据补零的功能模块，对所有感知到的非空闲频谱所对应的子载波进行数据补零，从而使得经过补零后的数据流经过OFDM调制后，每个已调子载波的中心频率保证其边带不落在授权频段之外。

将补零后的同一时刻并行通道上的符号之和看成一个OFDM符号X(t)，以Δt＝NTs(Ts为串行符号周期长度)的时间间隔对X(t)进行采样，可以得到其离散形式:

$X\left(\mathrm{mTs}\right)={\mathrm{\Σ}}_{N=0}^{N-1}[a\left(n\right)\cos 2\mathrm{\πfn}\left(\mathrm{mTs}\right)+b\left(n\right)\sin 2\mathrm{\πfn}\left(\mathrm{mTs}\right)]$

式中，m=0,1,…,N-1；N为1040。根据奈奎斯特抽样定理可知，将这些分量以△t时间间隔进行D/A变化，可以得到原来的模拟信号。

在系统的接收端，进行发送端的逆变换即可得到原来的信号。

通过图4的方法使用7.5KHz的子载波频宽，进行子载波聚合，共聚合了84个子载波，聚合后的有效带宽为630kHz(84*7.5kHz)，在总可用带宽40*25kHz=1000kHZ下频谱利用率达到了63%。根据LTE连续频谱下的效率指标2.5~5bps/Hz，则认知无线电在此处离散频谱条件下频谱效率可达到1.575~3.15bps/Hz，在40个离散频点(1000KFz带宽)下数据传输速率可达到1.575～3.15bpsMbps。从而证明了本发明实现了离散窄带变成宽带的数据传输。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种离散窄带实现宽带数据传输的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)对电力系统专用无线频段建模；

(2)根据频谱感知技术确定频谱信息并找到无线资源空闲频段；

(3)将找到的所述空闲频段进行载波聚合；

步骤(1)对电力系统专用无线频段建模后，根据模型确定230MHz的频带带宽和离散频段的段数；

步骤(2)所述找到无线资源空闲频段是运用频谱感知技术，在认知网络中加设一个基站，进行同频段内通信信道的冲突检测，认知用户将感知数据通过专用控制信道发送给基站，基站通过对多个认知用户的感知数据进行分析，检出空闲频段；

步骤(2)若根据频谱感知技术找到非空闲频段，则关闭非空闲频段相应的子载波；

步骤(3)将找到的所述空闲频段进行载波聚合是指采用对每个OFDM成员载波承载的数据进行改动，在空闲频段上传输数据，实现频谱载波聚合：

对每个OFDM成员载波承载的数据进行补零，OFDM对所有感知到的非空闲频谱所对应的子载波进行数据补零，对补零后的数据比特进行串/并转换，并将数据进行调制后映射到OFDM符号的各个子载波上；将导频符号插入到相应的子载波后，对所有子载波上的符号进行逆傅立叶变换后生成时域信号，并对其进行并/串转换；在每个OFDM符号插入CP后，进行模数转换并上变频到发射频带上进行信号发送。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述频谱信息包括是否有信号占用频谱，若有信号占用，占用频谱的信号类型、利用频率、时隙、码道、信号调制方式、信号波形和信号带宽。