CN107333269B - 一种静态需求下的电力lte230网络频率分配及干扰协调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是涉及电力系统通信技术领域，尤其涉及一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法。技术方案是：通过分析规划区域历年公网中电力业务使用的数据，得到LTE网络规划区域中电力网络静态需求图，建立电力业务信息量模型；根据电力网络静态需求图对基站进行规划，并通过业务的优先级对无线频率进行划分，实现业务的物理隔离；根据边缘业务数据使用的周期性，通过调节副基站的发射功率，减少副基站对主基站边缘业务的干扰。本发明的有益效果是：满足电力网络静态需求的频率分配，通过电力网络静态需求图来设计基站的位置，增加备用频率池来满足在极端情况下配电自动化业务的需求，减少副基站对主基站边缘业务的干扰以实现干扰协调。

Description

一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法
技术领域
本发明涉及电力系统通信技术领域，尤其涉及一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法。
背景技术
智能电网是当今世界电力控制系统的发展方向与趋势，在配用电无线通信方面，我国主要采用公网通信，存在组网能力弱、实时性差、数据的安全性较差等缺点，随着建设智能电网时代的到来，建设电力无线专网符合电力系统的发展方向。无线通信技术中，我国拥有TD-LTE技术体系的知识产权，可以满足电力系统当前及未来一定时期的业务发展需求，未来还可以向5G演进，极具发展潜力。
中国专利公告号CN106162654A，公开日2016年11月23日，公开了一种基于业务隔离的电力LTE网络频率分配及干扰协调方法，包括：基站利用与终端之间的上行信道传递的信息，测量链路信噪比并获取业务速率需求信息；统计不同业务大区的总业务速率需求，并计算不同业务大区的业务占比；基站根据不同业务大区的业务占比和基站拥有的授权频率集，按业务占比对授权频率集进行比例分配，形成生产控制大区频率子集和管理信息大区频率子集；基站之间交互频率子集分配信息，对频率子集进行进一步调整；基站根据调整后的频率集对覆盖范围内的业务终端进行频率分配。此发明实现了不同业务大区的业务承载隔离，安全性更高，相对于频率软复用方法，边缘用户的频率分配更为合理和灵活。但是，实际电力业务中配电自动化、用电信息采集等主要业务位置都是相对固定的，没有必要进行实时动态的频率分配，本发明基于230MHz频段TD-LTE无线网络设计了一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，这种方法可以满足这种电力网络静态需求的频率分配，通过电力网络静态需求图来设计基站的位置，增加备用频率池来满足在极端情况下配电自动化业务的需求，减少副基站对主基站边缘业务的干扰以实现干扰协调。
发明内容
本发明要解决的技术问题是满足这种电力网络的静态需求，通过电力网络静态需求图来设计基站的位置，增加备用频率池来满足在极端情况下配电自动化业务的需求，减少副基站对主基站边缘业务的干扰以实现干扰协调，特别适用于电力通信系统。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的频率分配及干扰协调方法包括：
(1)通过分析规划区域历年公网中电力业务使用的数据，得到LTE网络规划区域中电力网络静态需求图，建立一个规划区域的电力业务信息量模型；
(2)根据电力网络静态需求图对基站进行规划，并通过业务的优先级对无线频率进行划分，实现业务的物理隔离；
(3)基站间通过X2接口交互信息和协调工作，定义离边缘业务最近的基站为主基站，主基站附近的基站为副基站，根据边缘业务数据使用的周期性，通过调节副基站的发射功率，减少副基站对主基站边缘业务的干扰。
首先通过历年公网中电力业务数据建立规划区域的电力业务信息量模型，然后根据电力网络静态需求图来规划基站的位置，根据业务优先级的不同对频率资源进行划分，使得电力专用频率资源服务于配电自动化业务、用电信息采集业务和负荷控制业务，离散频率资源服务于其他电力业务和社会责任业务。基站间通过X2接口交互信息并协调工作，通过调节副基站的发射功率实现对干扰的调节。边缘业务数据的使用具有一定的周期性，在边缘业务工作时，主基站与副基站相互协调，使得副基站的信号发射功率降低，从而使得功率调整后副基站信号覆盖范围降低到与主基站信号覆盖范围没有重叠，继而减少副基站对主基站边缘业务的干扰。
作为优选，将无线频率资源划分为三个频率池，配电自动化业务使用1号频率池，用电信息采集、负荷控制业务使用2号频率池，其它电力业务和社会责任业务使用3号频率池。配电自动化业务、用电信息采集业务和负荷控制业务都是高优先级业务，在用电网络中需要保证这些业务的安全性与稳定性，使得优质的频率资源服务于这些高优先级业务会提高这些业务的服务质量，频率池内的频率共享也提高了频率资源的利用率，避免了频率资源的浪费。与此同时，频率池的划分形成了各业务间的物理隔离，增加了整个网络的安全性。
作为优选，所述的电力业务信息量模型通过流量密度来表征，流量密度为供电区域内每平方千米的平均信息通信需求数值，建立电力网络静态需求图。建立模型时，通过颜色的深浅表示流量密度的大小，这样建立的电力网络静态需求图可以形象并精确的反映业务静态需求，为基站的选址工作做铺垫。
作为优选，所述的频率池中，1号和2号频率池为电力专用频率资源，接入安全级别最高，大小为1Mhz，3号频率池为离散频率资源；所述的其它电力业务包括配电检测业务、故障指示灯业务、应急通信业务、信通电力应用业务、分布式电源业务、充电桩业务和路灯控制业务。电力专用频率资源是国家无线电管理委员会分配给电力行业的专用频段，频率资源受到的干扰小，最适合服务配电自动化业务、用电信息采集业务和负荷控制业务这些高优先级电力业务，离散频率资源是需要额外申请的，这些频段易受到干扰，但是可以满足其它电力业务和社会责任业务的需求。
作为优选，所述的3号频率池还包括备用频率池，带宽大小为0.5Mhz，当频率池1不足以满足配电自动化业务需求时，配电自动化业务会从1号频率池自动切换到备用频率池上。这个增加的备用频率池可以提高高优先级电力业务服务的稳定性及服务质量，即使在网络极端拥挤的情况下，高优先级业务仍然可以正常工作。
作为优选，所述的副基站在发射功率降低时，覆盖范围自动降低，使得边缘业务不在副基站的覆盖范围内，从而降低了副基站对边缘业务的干扰。通过周期性降低副基站发射功率，可以简单有效的降低副基站对边缘业务的干扰。
作为优选，所述的电力网络静态需求图，通过与电力系统大楼位置的对照，获取规划基站的最佳位置。电力网络静态需求图方便了基站的规划，只需使用电力网络静态需求图与电力系统大楼位置作对比，就可以获取基站的最佳建设位置，提高了基站规划的精确度和效率。
作为优选，所述的边缘业务为基站网络覆盖重叠区的业务，根据业务终端的位置信息来确定所述边缘业务。边缘业务可以通过基站网络覆盖重叠区来确定，其数据使用的周期性被作为副基站发射功率的调节周期。
作为优选，备用频率池0.5Mhz带宽的大小是通过分析历年公网电力数据获得的，配电自动化业务、用电信息采集和负荷控制业务的总流量峰值需求为1.5Mhz带宽，电力专用频率资源为1Mhz带宽，相减即获得备用频率池带宽大小，可以在极端情况下满足配电自动化业务需求。
作为优选，所述的电力网络静态需求图，还包括远景规划，提高潜在业务承载能力。虽然电力系统的需求在某一段时间是静态的，但是由于业务量会增加，需要远景规划来提高潜在业务的承载能力。
本发明的实质性效果是：本发明所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法可以满足这种电力网络的静态需求，通过电力网络静态需求图来设计基站的位置，增加备用频率池来满足在极端情况下配电自动化业务的需求，减少副基站对主基站边缘业务的干扰以实现干扰协调，充分保证电力通信的需求。
附图说明
图1是本发明一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法的频率池划分示意图；
图2是本发明一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法的边缘业务干扰协调示意图；
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例：
一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法的频率池划分示意图（参见附图1），包括主基站1、副基站2、边缘业务3、功率调整前副基站信号覆盖范围4、功率调整后副基站信号覆盖范围5，一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法的边缘业务3干扰协调示意图（参见附图2），包括1号频率池6、2号频率池7、3号频率池8、备用频率池9、电力专用频率资源10、离散频率资源11。
一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，首先通过历年公网中电力业务数据建立规划区域的电力业务信息量模型，然后根据电力网络静态需求图来规划基站的位置，根据业务优先级的不同对频率资源进行划分，其中电力自动化业务优先级最高，用电信息采集业务和负荷控制业务优先级其次，其它业务和社会责任业务优先级最低，使得电力专用频率资源10服务于配电自动化业务、用电信息采集业务和负荷控制业务，离散频率资源11服务于其他电力业务和社会责任业务。基站间通过X2接口交互信息并协调工作，通过调节副基站2的发射功率减小副基站2对边缘业务3的干扰。边缘业务3可以通过基站网络覆盖重叠区来确定，其数据使用的周期性被作为副基站2发射功率的调节周期。边缘业务3数据的使用具有一定的周期性，这个周期性是在确定边缘业务3后分析公网中电力数据得到的。如图1所示，阴影区域为边缘业务3，距离边缘业务3最近的基站为主基站1，边缘业务3附近除去主基站1的其它基站为副基站2。当边缘业务3周期性工作时，主基站1与副基站2相互协调，使得副基站2的信号发射功率降低。功率调整前副基站信号覆盖范围4与主基站信号覆盖范围重叠，边缘业务3干扰增加，功率调整后副基站信号覆盖范围5降低到与主基站1信号覆盖范围没有重叠，从而减少副基站2对主基站1边缘业务3的干扰。通过周期性降低副基站2发射功率，可以简单有效的降低副基站2对边缘业务3的干扰。
将无线频率资源划分为三个频率池，配电自动化业务使用1号频率池6，用电信息采集、负荷控制业务使用2号频率池7，其它电力业务和社会责任业务使用3号频率池8。配电自动化业务、用电信息采集业务和负荷控制业务都是较高优先级业务，在用电网络中需要首先保证这些业务的安全性与稳定性，使得优质的频率资源服务于这些高优先级业务会提高这些业务的服务质量，频率池内的频率共享也会提高频率资源的利用率，避免了频率资源的浪费。与此同时，频率池的划分形成了各业务间的物理隔离，增加了整个网络的安全性，同时使用祖冲之（ZUC）加密方式对配电自动化数据进行加密。
所述的电力业务信息量模型通过流量密度来表征，流量密度为供电区域内每平方千米的平均信息通信需求数值，流量密度等于供电区域内总的数据流量除以供电区域面积，使用流量密度图建立电力网络静态需求图。建立模型时，通过颜色的深浅表示流量密度的大小，使用红橙蓝绿四种颜色，四种颜色代表四个需求水平，红色代表最高，橙色蓝色其次，绿色最低，同一种颜色中用深浅表示流量密度大小，这样建立的电力网络静态需求图可以生动形象并精确的反映业务静态需求，为基站的选址工作做铺垫。电力网络静态需求图方便了基站的规划，只需使用电力网络静态需求图与电力系统大楼位置作对比，就可以获取基站的最佳建设位置，优先选择电力系统大楼作为基站，选择基站时应该避开高压站以避免干扰，对于规划区域内缺失的基站可以租赁铁塔公司的资源，这种基站规划的方法提高了基站规划的精确度、效率和成本。
所述的频率池中，1号频率池6和2号频率池7为电力专用频率资源10，接入安全级别最高，大小为1Mhz，3号频率池8为离散频率资源11，大小为3.5MHz；所述的其它电力业务包括配电检测业务、故障指示灯业务、应急通信业务、信通电力应用业务、分布式电源业务、充电桩业务和路灯控制业务。电力专用频率资源10是国家无线电管理委员会分配给电力行业的专用频段，频率资源受到的干扰小，最适合服务配电自动化业务、用电信息采集业务和负荷控制业务这些高优先级电力业务，考虑实际频率分配为25KHz的粒度，一共有40个频点。离散频率资源11是需要额外申请的，这些频段易受到干扰，但是可以满足其它电力业务和社会责任业务的需求，同时考虑到业务量会增加，需要远景规划来提高潜在业务的承载能力，需要增加100个离散频点资源，即新增3.5MHz频谱资源。
所述的3号频率池8还包括备用频率池9，带宽大小为0.5Mhz，备用频率池9大小为0.5Mhz带宽，这是通过分析历年公网电力数据获得的，配电自动化业务、用电信息采集和负荷控制业务的总流量峰值需求为1.5Mhz带宽，电力专用频率资源10为1Mhz带宽，相减即获得备用频率池9带宽大小，可以在极端情况下满足配电自动化业务需求。当1号频率池6不足以满足配电自动化业务需求时，配电自动化业务会从1号频率池6自动切换到备用频率池9上。这个增加的备用频率池9可以提高高优先级电力业务服务的稳定性和服务质量，即使在网络极端拥挤的情况下，高优先级业务仍然可以正常工作。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的频率分配及干扰协调方法包括：
(1)通过分析规划区域历年公网中电力业务使用的数据，得到LTE网络规划区域中电力网络静态需求图，建立一个规划区域的电力业务信息量模型；
(2)根据电力网络静态需求图对基站进行规划，并通过业务的优先级对无线频率进行划分，实现业务的物理隔离；
(3)基站间通过X2接口交互信息和协调工作，定义离边缘业务最近的基站为主基站，边缘业务附近除去主基站的其它基站为副基站，根据边缘业务数据使用的周期性，通过调节副基站的发射功率，减少副基站对主基站边缘业务的干扰；
其中，将无线频率资源划分为三个频率池，配电自动化业务使用1号频率池，用电信息采集、负荷控制业务使用2号频率池，其它电力业务和社会责任业务使用3号频率池，所述的频率池中，1号和2号频率池为电力专用频率资源，接入安全级别最高，大小为1Mhz，3号频率池为离散频率资源。
2.根据权利要求1所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的电力业务信息量模型通过流量密度来表征，流量密度为供电区域内每平方千米的平均信息通信需求数值，建立电力网络静态需求图。
3.根据权利要求1所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的其它电力业务包括配电检测业务、故障指示灯业务、应急通信业务、信通电力应用业务、分布式电源业务、充电桩业务和路灯控制业务。
4.根据权利要求1所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的3号频率池还包括备用频率池，带宽大小为0.5Mhz，当频率池1不足以满足配电自动化业务需求时，配电自动化业务会从1号频率池自动切换到备用频率池上。
5.根据权利要求1所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的副基站在发射功率降低时，覆盖范围自动降低，使得边缘业务不在副基站的覆盖范围内，从而降低了副基站对边缘业务的干扰。
6.根据权利要求2所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的电力网络静态需求图，通过与电力系统大楼位置的对照，获取规划基站的最佳位置。
7.根据权利要求5所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的边缘业务为基站网络覆盖重叠区的业务，根据业务终端的位置信息来确定所述边缘业务。
8.根据权利要求4所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：备用频率池0.5Mhz带宽的大小是通过分析历年公网电力数据获得的，配电自动化业务、用电信息采集和负荷控制业务的总流量峰值需求为1.5Mhz带宽，电力专用频率资源为1Mhz带宽，相减即获得备用频率池带宽大小，可以在极端情况下满足配电自动化业务需求。
9.根据权利要求6所述的一种静态需求下的电力LTE230网络频率分配及干扰协调方法，其特征在于：所述的电力网络静态需求图，还包括远景规划，提高潜在业务承载能力。
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