CN103957606A - 一种基于电力通信系统的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力通信系统的数据传输方法，该方法以电力专用频段作为认知导频信道进行传感器节点和基站之间控制信令的传输，通过认知传感器所在区域的空闲频谱实现电力通信业务数据的传输。该方法有效地利用了空闲频谱资源，在不会干扰授权用户的前提下，提高了该空闲频谱的利用率，同时也有效地提高了电力通信系统的工作效率。

Description

一种基于电力通信系统的数据传输方法

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其指一种利用电力窄带通信系统进行数据传输的方法。

背景技术

随着无线通信业务需求的快速增长,可用频谱资源变得越来越稀缺，美国联邦通信委员会(Federal Communication Commission,FCC)的大量研究报告显示,各国对频谱的利用情况极不平衡,一些非授权频段占用拥挤,而有些授权频段其用户不使用的情况下则频谱资源经常空闲，造成资源浪费。在需求和技术的共同推动下，认知无线电技术应运而生，认知无线电系统能够通过学习，不断感知无线环境的变化，充分利用空闲的频率资源，进而提高频谱利用效率。空闲频谱是指某频带被分配给主用户，但是在某些时域、频域或空域没有被主用户利用的频谱资源。所谓频谱借用，是指认知用户通过频谱感知和周围环境的信息获取，发现授权系统中的空闲频谱，在不对授权用户通信造成干扰的前提下，以借用的方式对空闲频谱进行暂时性的使用。

目前，在电力行业中的电力通信专用频段230MHz频段主要实现的是电力负荷控制功能。该电力通信专用频段共有40个子带，其中最低子带的频点为223.525MHz，最高子带的频点为231.65MHz。分布区间为8.15MHz，每个离散的频点带宽为25kHz。电力通信系统传统的单频点数传通道只能提供低速率的数据传输，而事实上在电力设备的监控和维护方面，对图像传送和视频传送业务有一定的需求，而电力通信系统的数据传输速率还远远低于该要求。这样导致电力通信系统中，可使用的频谱资源不多，造成电力通信系统业务数据传输缓慢甚至导致电力通信网络的瘫痪，也不利于电力通信网络的建设。同时，随着我国无线网络通信技术的发展，WIFI无线带宽接入技术、LTE网络技术和700MHz频段广播技术已经成为我国智能网络通信的主要技术，其发展比较成熟，而这些技术网络却存在频谱资源的浪费，用户在不使用的情况下，导致频谱资源空闲，使得这些高性能网络的利用率很低。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供一种以电力通信系统的基带作为认知导频信道，认知所在区域的空闲频谱并用其传输电力通信业务数据的方法，本发明有效地利用了空闲频谱资源，提高了电力通信系统的工作效率，同时也不会对其他用户造成干扰。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于电力通信系统的数据传输方法，通过利用电力通信系统的数据传送频谱作为认知导频信道，传感器节点与基站之间通过该认知导频信道相互传输控制信令，其工作过程包括：

(1)位于电力通信系统中的感应器节点通过所述的认知导频信道向基站发送请求，请求基站检测其所在区域内的空闲频谱资源；

(2)上述所述的基站根据接收到的请求信息，查找认知导频信道数据库，获取所述传感器节点所在区域内空闲频谱信息；

(3)上述基站将获取的空闲频谱信息和通信模块控制信令通过所述认知导频信道反馈给所述传感器节点；

(4)所述传感器节点根据步骤(3)中接收到的反馈信息，选择通信模块完成业务数据的传输，同时所述传感器节点将继续为下一次业务数据的传输监听认知导频信道，获取空闲频谱。

作为优选，所述认知导频信道包括上行信道和下行信道，分别用于传输以上步骤中所述的请求信息和反馈信息，这样上行信道和下行信道分开执行不同的传输任务，能有效避免信息碰撞和干扰。

作为优选，以上所述传感器节点包括信令控制模块和数据传输模块，其中，信令控制模块负责认知导频信道信令控制，数据传输模块负责通信模块选择和业务数据的传输。

作为优选，以上所述数据传输模块包括LTE通信模块、WIFI通信模块和700MHz广播电视频段通信模块。

作为优选，上述步骤(4)中，所述传感器节点选择通信模块的过程为：传感器接收到所述的反馈信息后，先检测当前通信模块的通信状况来判断是否需要切换通信模块，若该通信模块的通信状况良好，通信质量较高，则不切换通信模块；否则，所述传感器节点根据反馈信息中包含的空闲频谱信息切换通信模块，且如果反馈信息中提供的通信模块的通信质量不高，传感器节点会继续进行监听和选择。

作为优选，以上所述认知导频信道数据库随时通过频谱资源管理相关部门提供的数据进行更新，或者通过在所述传感器节点上增加空闲频谱资源感知模块将其感知到的空闲频谱资源信息实时地传输给基站进行更新，或者通过实地仪器测量获得传感器节点所在区域的频谱使用情况等方式进行更新。

作为优选，以上传感器节点与基站利用所述空闲频谱建立连接并传送完业务数据之后，立刻释放占用的频谱资源，并且继续监听认知导频信道。

作为优选，所述传的感器节点与基站之间为点播方式的认知导频信道通信方式，即点播方式的CPC。

作为优选，所述电力通信系统中有新增的传感器节点时，该新增的传感器节点与基站进行上述步骤(1)的通信之前，需先与该基站进行同步，并且同步之后将其识别码和地理位置信息通过所述认知导频信道发送给基站，基站进行数据库的更新。

作为优选，以上所述传感器节点的地理位置信息通过定位技术获得，每个传感器节点的识别码和地理位置信息是唯一的，这样能够保证整个通信系统的稳定性和可靠性。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明利用电力通信专用频段作为认知导频信道来传输传感器节点与基站之间的控制信令，通过感知其他通信网络中的空闲频谱资源，并且利用该空闲资源进行电力通信系统中业务数据的传输。该方法不仅有效地利用了空闲的网络资源，减少了资源的浪费，而且，在不对授权用户通信造成干扰前提下，通过借用其他空闲频谱资源很大程度上缓解了电力通信系统中，由于电力通信专利频带有限而造成电力通信业务的繁忙，也提高了电力通信行业业务处理效率。

附图说明

图1为本发明中传感器节点与基站之间进行控制信令传输的结构示意图；

图2传感器节点的组成示意图；

图3为传感器节点与基站之间进行通信的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本实施例中，电力无线系统的工作环境中存在LTE通信网络、WIFI通信网络和700MHz广播电视频段通信网络，并且本系统中的传感器节点具有频谱感知模块，并且本实施例中所述的认知导频信道为带外认知导频信道，在这些前提下，本发明提供的方法包括如下过程：

如图1所示为传感器节点与基站之间的位置关系和信息传递示意图，所述基站包含认知导频信道数据库(CPC数据库)，用于存放基站周围传感器节点的识别码、地理位置信息和空闲频谱资源信息，该认知导频信道数据库的结构如表一所示：

表一

上表中，N/A表示没有相关的空闲频谱资源。

所述的传感器节点与基站之间通过点播方式CPC进行控制信令的传输。如图2所示为本实施例中所述的传感器节点结构示意图，该传感器节点包括信令控制模块、频谱感知模块和数据传输模块。其中，信令控制模块用来实现所述传感器节点与基站之间基于电力专用窄带频段的信令传输；数据传输模块又包括LTE通信模块、WIFI通信模块和用于广播电视的700MHz频段通信模块，该模块的主要功能是根据模块切换信令检测和选择通信模块进而实现业务数据的传输；频谱感知模块通过获得该传感器节点所在区域内频谱资源使用情况，将数据上传送给基站来更新基站的认知导频信道数据库。

以下结合图3，详述传感器节点与基站之间基于电力通信窄带频段进行传输控制信令的过程：

步骤1：当所述基站所在通信区域内增加新传感器节点时，该传感器节点首先与认知导频信道进行同步，且利用定位技术获取其地理位置信息，并且将该传感器节点的识别码和地理位置信息通过所述认知导频信道(电力通信窄带频段)传送给基站，基站进行数据库的更新；

步骤2：电力通信网络中有业务数据需要传输时，该网络中的传感器节点通过认知导频信道的上行信道发送请求信息给基站，请求基站检测其所在区域内的空闲频谱资源；

步骤3：所述基站根据接收到的请求对认知导频信道数据库进行检索，之后发送反馈信息给所述传感器节点，该反馈信息包括空闲频谱信息和模块切换信令，该模块切换信令由基站对所述传感器节点周围空闲频谱资源整体分析之后做出；

步骤4：所述传感器节点解析所述基站发送过来的反馈信息，根据所述模块切换信令选择通信模块，所述传感器与基站之间建立连接，完成一次所述业务数据的传输，并且传感器节点将继续监听认知导频信道，准备下一次业务数据传输。

本实例中所述的认知导频信道，即电力专用窄带频段，包括上行信道和下行信道，如图3所示，分别用于所述请求信息和反馈信息的传输；这样上行信道和下行信道分开执行不同的传输任务，能有效避免信息碰撞和干扰。

上述所属的认知导频信道为带外认知导频信道，通过带外认知导频信息传输上述所述的标识信息和反馈信息，这样与传输业务数据的频段隔离开来，保证了信令传输和业务数据传输互相不受到干扰，提高了系统的稳定性。

本实施例所述的步骤4中，所述传感器节点选择通信模块的过程是这样的：传感器节点接收到所述的反馈信息后，先检测当前通信网络的通信状况来判断是否需要切换通信模块，若该通信网络的通信状况良好，通信质量比较高，则不切换通信模块，直接选择该通信模块完成业务数据的传输；否则，所述传感器节点根据反馈信息中包含的空闲频谱信息切换通信模块，且如果反馈信息中提供的通信模块的通信质量不高，传感器节点会继续进行监听和选择。

如图2所示，本实施例中在所述传感器节点上增加了空闲频谱资源感知模块，传感器节点能够将其感知到的所在区域内的空闲频谱资源信息实时地传输给基站，从而更新所述认知导频信道数据库。同时，作为本实施例的另一选择，所述认知导频信道数据库还可以通过频谱资源管理相关部门提供的数据进行更新，作为第三中选择，还可以通过实地仪器测量获得传感器节点所在区域的频谱使用情况，进而更新所述认知导频信道数据库。

以上实施例中，当所述传感器节点与基站通过认知导频信道利用空闲频谱完成一次业务数据的传输之后，立刻释放占用的频谱资源，并且继续监听认知导频信道，进行下一次业务数据的传输。

上述实施例中，所述空闲频谱信息的格式为：

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (11)

1.一种基于电力通信系统的数据传输方法，以电力专用频段作为认知导频信道传输传感器节点和基站之间的控制信令，其特征在于，包括以下步骤：

(1)位于电力通信系统中的传感器节点通过所述认知导频信道向基站发送请求，请求该基站检测其所在区域内的空闲频谱资源；

(2)上述基站根据接收到的请求，查找认知导频信道数据库，获取所述传感器所在区域内的空闲频谱信息；

(3)上述基站将获取的空闲频谱信息和通信模块控制信令通过所述认知导频信息反馈给所述传感器节点；

(4)所述传感器节点接收到上述步骤中的反馈信息后，选择通信模块完成业务数据的传输，同时所述传感器节点继续为下一个业务数据监听认知导频信道，获取空闲频谱。

2.根据权利要求1所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，所述传感器节点包括信令控制模块和数据传输模块。

3.根据权利要求1所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，所述认知导频信道包括上行信道和下行信道，其中，上行信道用于所述传感器节点向所述基站发送信息，下行信道用于传输所述的基站给传感器节点的反馈信息。

4.根据权利要求2所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，所述数据传输模块包括LTE通信模块、WIFI通信模块和700MHz频段通信模块，所述的传感器节点根据所接收到的模块切换信令选择相应的通信模块进行数据传输。

5.根据权利要求4所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，所述传感器节点选择通信模块的过程包括：

步骤1、传感器节点根据上述步骤(3)中接收到的模块切换信令，检测其当前通信模块的通信质量，判断是否需要切换通信模块，

步骤2、如果上述步骤1中，所述传感器根据所述空闲频谱信息检测到有更好通信质量的空闲频谱，则切换到与该空闲频谱相应的通信模块以进行数据传输；否则继续通过原通信模块进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，所述传感器节点还包括空闲频谱资源感知模块，可感知该传感器节点所在区域内网络通信的空闲频谱资源。

7.根据权利要求1所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，以上所述的认知导频信道数据库可通过频谱资源管理相关部门提供的数据进行更新，或者通过在所述空闲频谱资源感知模块将其感知到的空闲频谱资源信息实时地传输给基站进行更新，或者通过实地仪器测量获得传感器节点所在区域的频谱使用情况的方式进行更新。

8.根据权利要求1所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，步骤(4)中，所述传感器节点与基站通过空闲频谱完成业务数据的传输之后，包括一个立刻释放占用的频谱资源的步骤。

9.根据权利要求1所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，所述电力通信系统中有新增的传感器节点时，该新增的传感器节点与基站进行上述步骤(1)的通信之前，需先与该基站进行同步，并且同步之后将其识别码和地理位置信息通过所述认知导频信道发送给基站，基站进行数据库的更新。

10.根据权利要求9所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，所述传感器节点通过定位技术获得其地理位置信息。

11.根据权利要求1所述的基于电力通信系统的数据传输方法，其特征在于，上述传感器节点与基站之间基于所述认知导频信道的通信方式为点播方式。