CN107396449A - Td‑lte电力无线专网特殊子帧的配置方法 - Google Patents

Td‑lte电力无线专网特殊子帧的配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了TD‑LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，包括如下步骤：步骤1、根据规划小区的覆盖半径和远端干扰配置满足需求的GP长度TGP；步骤2、根据是否使用短PRACH或用户数确定UpPTS时隙中的控制信号占用的符号数R；步骤3、设特殊子帧内的总符号数为Q，计算ψ＝Q‑TGP‑R‑3的值，若ψ小于半个子帧长度，则剩下的符号数均配置到DwPTS时隙长度中；若ψ大于等于半个子帧长度，则设计特殊子帧时隙配置方案如下：1)DwPTS时隙占用3个OFDM符号；2)保护间隔GP的长度为TGP；3)剩下的符号数均配置到UpPTS时隙长度中。提高网络带宽的利用率和网络的稳定性。

Description

TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法
技术领域
本发明涉及一种TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法。
背景技术
智能用电直接面向社会、面向用户，随着用电网信息数据的重要性日益突出，海量用户用电、配电和电网监测数据的获取作为智能用电的重要支撑也面临着越来越多的挑战。基于无线宽带通信技术的新一代智能电网技术，既能解决传统光纤成本高、布线难的难题，又能满足现有部分重要数据传输的带宽和时延要求，正逐步成为研究和示范建设的重点。分时长期演进(Time Division Long Term Evolution,TD-LTE)是目前主流的无线宽带技术，具有数据吞吐率高、覆盖范围广、在线终端多、上下行速率灵活配比、传输时延低的优点，且已具备相对成熟的产业链。采用TD-LTE技术建设电力无线专网，是电力终端接入网通信方式的一次重要变革。
在3GPP规定的TD-LTE系统中，规定了数据帧结构，如图1所示：一个无线帧长为10ms，包含两个半帧，一个半帧长度5ms，每个半帧包含五个子帧，每个子帧长度1ms。一般的，子帧按传输内容分为业务子帧和特殊子帧。按照上下行的传输方向，业务子帧分为上行子帧(U)和下行子帧(D)，一个业务子帧包含两个时隙，每个时隙长度为0.5ms；特殊子帧(S)包含三个时隙，分别为下行导频时隙(DwPTS，Downlink Pilot Time Slot)、保护间隔(GP，Guard Period)和上行导频时隙(UpPTS，Uplink Pilot Time Slot)。3GPP协议规定，上下行子帧配比和特殊子帧配比根据网络需求选择，TD-LTE支持5ms和10ms的上下行子帧切换周期，具体配置见表1，其中，特殊子帧配置见表2。
表1 3GPP规定的TD-LTE上下行子帧配置
表2 3GPP规定的TD-LTE特殊子帧配置
电力系统业务包括配电自动化、用电信息远程采集、电能质量监测、分布式电源监测、电动汽车充电桩等，这些业务在传输特性上一般以数据为主，数据流向呈现上行流量大、下行流量小的特点。参照《YD/T 5213-2015数字蜂窝移动通信网TD-LTE无线网工程设计暂行规定》中的吞吐量计算方法，在20MHz系统带宽、子帧配置0、特殊子帧配置7，上、下行平均吞吐量分别为8.16Mbps、12.53Mbps，上行吞吐量仍然低于下行的，这与业务的数据流特点不相符，容易造成专网上行流量达到峰值时上下行业务的同时拥堵，浪费下行的网络资源，增加电力业务的传输时延，影响电力系统的可靠运行。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，针对室外宏基站，能够在不改变下行传输性能的基础上提高TD-LTE电力无线专网的上行传输带宽，使TD-LTE技术更适用于电力无线专网，提高网络带宽的利用率和网络的稳定性。其中，特殊子帧的配置方法兼容现有特殊子帧配置。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，包括如下步骤：
步骤1、根据规划小区的覆盖半径和远端干扰配置满足需求的GP长度TGP；
步骤2、根据是否使用短PRACH或用户数确定UpPTS时隙中的控制信号占用的符号数R；
步骤3、设特殊子帧内的总符号数为Q，计算ψ＝Q-TGP-R-3的值，若ψ小于半个子帧长度，则剩下的符号数均配置
到DwPTS时隙长度中；若ψ大于等于半个子帧长度，则设计特殊子帧时隙配置方案如下：
1)DwPTS时隙占用3个OFDM符号；
2)保护间隔GP的长度为TGP；
3)剩下的符号数均配置到UpPTS时隙长度中。
优选，步骤1中，TGP与小区的覆盖半径需满足如下关系：
TGP≥(2×d)/c+TUE,Rx-Tx
其中，d为小区半径，c为光速，TUE,Rx-Tx为用户终端从接受到发送切换时延。
优选，步骤2中：
1)若使用短PRACH，则R等于2个OFDM符号；
2)当小区用户数大于等于设定值时，则R等于2个OFDM符号；
3)当小区用户数小于设定值时，则R等于1个OFDM符号。
优选，对于常规循环前缀，若ψ大于等于半个子帧长度，则特殊子帧时隙配置方案有三个：
A、DwPTS占用3个OFDM符号，保护时隙GP占用1个OFDM符号，上行导频时隙UpPTS占用10个OFDM符号；
B、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用2个OFDM符号，UpPTS占用9个OFDM符号；
C、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用3个OFDM符号，UpPTS占用8个OFDM符号。
优选，对于扩展循环前缀，若ψ大于等于半个子帧长度，则特殊子帧时隙配置方案有二个：
A、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用1个OFDM符号，UpPTS占用8个OFDM符号；
B、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用2个OFDM符号，UpPTS占用7个OFDM符号。
优选，当UpPTS≥7时，该时隙内可传输上行数据。
本发明的有益效果是：
1)在专网网络中，上行网络带宽有效提升，计算得到20MHz带宽时上、下行平均吞吐量为11Mbps、8Mbps，与业务特征匹配，保证了电力无线专网业务的可靠传输，提升了电网运行的稳定性。
2)提升了现有TD-LTE技术在电力领域应用的灵活性和适用性，减少了电力系统二次开发的成本，经济效益显著。
3)新的配置与现有配置相兼容，不会影响原有配置方案的选择，增加了本发明的可用性。
附图说明
图1是3GPP协议帧结构示意图；
图2是本发明TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法的流程图；
图3是本发明专网特殊子帧时隙配置z0示意图；
图4是本发明专网特殊子帧时隙配置z1示意图；
图5是本发明专网特殊子帧时隙配置z2示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图2所示，TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，包括如下步骤：
步骤1、根据规划小区的覆盖半径和远端干扰配置满足需求的GP长度TGP。
其中，特殊子帧中GP长度TGP与小区的覆盖半径需满足如下关系：
TGP≥(2×d)/c+TUE,Rx-Tx
其中，d为小区半径，c为光速，TUE,Rx-Tx为用户终端从接受到发送切换时延。
计算得出，常规CP(循环前缀)下TGP为单个OFDM符号长度(从时域角度讲，一个子帧下有14个OFDM符号(常规CP)，或12个OFDM符号)的最大小区半径约为7.71km，2个OFDM符号长度的最大小区半径约为18.43km，3个OFDM符号长度的最大小区半径约为29.14km等，扩展CP(循环前缀)下TGP为单个OFDM符号长度的最大小区半径约为9.5km，2个OFDM符号长度的最大小区半径约为22km，3个OFDM符号长度的最大小区半径约为34.50km。
根据规划小区半径选择合适的GP长度，同时还需要考虑到远端干扰的存在，针对不同的覆盖场景适当调整GP长度，例如农村、郊区等开阔地可能远端干扰较大。
步骤2、根据是否使用短PRACH或用户数确定UpPTS时隙中的控制信号占用的符号数R。
Format4格式下短PRACH(3GPP TS 36.211‐Table 5.7.1‐1)在特殊子帧中需要占用UpPTS中的两个符号，即R等于2个OFDM符号；SRS信号(信道探测参考信号)占用的符号数根据单小区用户数确定，用户数较少时占用1个符号，用户数较多时占用2个符号，即：当小区用户数大于等于设定值时，则R等于2个OFDM符号；当小区用户数小于设定值时，则R等于1个OFDM符号。
步骤3、确定了GP和UpPTS中控制信号的符号数，最后需要根据剩余的符号数确定特殊子帧配置。设特殊子帧内的总符号数为Q，计算ψ＝Q-TGP-R-3的值。
若ψ小于半个子帧长度，则剩下的符号数均配置到DwPTS时隙长度中(即剩余符号数全部归为DwPTS长度)，也即选择相应的原3GPP协议规定的特殊子帧方案。
若ψ大于等于半个子帧长度，则设计特殊子帧时隙配置方案如下：
1)DwPTS时隙占用3个OFDM符号；
2)保护间隔GP的长度为TGP；
3)剩下的符号数均配置到UpPTS时隙长度中。
在3GPP规定的TD-LTE系统中，特殊子帧配置方案给出了9种特殊时隙配置，分别适应不同小区覆盖距离要求。本发明对于原TD-LTE协议给出的所有特殊子帧的时隙配置方案予以保留，本申请是在原协议上增加配置方案。增加的方案主要考虑如下因素：
其一，保留DwPTS时隙占用的一定时隙长度/符号数，保证DwPTS时隙的基本功能；
其二，设计合理的GP时隙长度/符号数，满足覆盖距离和同频干扰的设计要求；
其三，尽量增加UpPTS时隙长度/符号数，保留基本功能时隙长度/符号数，剩余时隙长度/符号数用于传输上行数据。
优选，对于常规循环前缀，若ψ大于等于半个子帧长度，则特殊子帧时隙配置方案有三个：
A、DwPTS占用3个OFDM符号，保护时隙GP占用1个OFDM符号，上行导频时隙UpPTS占用10个OFDM符号；
B、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用2个OFDM符号，UpPTS占用9个OFDM符号；
C、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用3个OFDM符号，UpPTS占用8个OFDM符号。
相应的，对于扩展循环前缀，若ψ大于等于半个子帧长度，则特殊子帧时隙配置方案有二个：
A、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用1个OFDM符号，UpPTS占用8个OFDM符号；
B、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用2个OFDM符号，UpPTS占用7个OFDM符号。
本申请改进的TD‐LTE电力无线专网特殊子帧时隙配置方案如表3所示。
表3本申请的特殊子帧配置Z
上述配置中，当上行导频时隙UpPTS≥7时，该时隙内可传输上行数据。
专网特殊子帧时隙配置z0时，如图3所示，根据是否使用format4的短PRACH或SRS占用的符号数，对UpPTS时隙再次分类，图3(a)、(c)分别对应正常CP和扩展CP下PRACH或SRS占用两个OFDM符号的情况，剩余符号用于传输上行数据，图3(b)、(d)分别对应正常CP和扩展CP下SRS占用一个OFDM符号的情况，剩余符号用于传输上行数据。在UpPTS时隙中，PRACH或SRS占用最左的几个OFDM符号。
专网特殊子帧时隙配置z1时，如图4所示，根据是否使用format4的短PRACH或SRS占用的符号数，对UpPTS时隙再次分类，图4(a)对应正常CP下PRACH或SRS占用两个OFDM符号的情况，剩余符号用于传输上行数据，图4(b)、(c)分别对应正常CP和扩展CP下SRS占用一个OFDM符号的情况，剩余符号用于传输上行数据。在UpPTS时隙中，PRACH或SRS占用最左的几个OFDM符号。
专网特殊子帧时隙配置z2时，如图5所示，正常CP下，SRS占用一个OFDM符号的情况，剩余符号用于传输上行数据。在UpPTS时隙中，PRACH或SRS占用最左的几个OFDM符号。
本发明在3GPP协议的基础上增加适用于电力无线专网的特殊子帧时隙配置，配置根据业务数据流量特点改进了UpPTS时隙，并在一定条件下增加该时隙传输上行业务数据的功能。
本发明的有益效果是：
1)在专网网络中，上行网络带宽有效提升，计算得到20MHz带宽时上、下行平均吞吐量为11Mbps、8Mbps，与业务特征匹配，保证了电力无线专网业务的可靠传输，提升了电网运行的稳定性。
2)提升了现有TD-LTE技术在电力领域应用的灵活性和适用性，减少了电力系统二次开发的成本，经济效益显著。
3)新的配置与现有配置相兼容，不会影响原有配置方案的选择，增加了本发明的可用性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、根据规划小区的覆盖半径和远端干扰配置满足需求的GP长度TGP；
步骤2、根据是否使用短PRACH或用户数确定UpPTS时隙中的控制信号占用的符号数R；
步骤3、设特殊子帧内的总符号数为Q，计算ψ＝Q-TGP-R-3的值，若ψ小于半个子帧长度，则剩下的符号数均配置到DwPTS时隙长度中；若ψ大于等于半个子帧长度，则设计特殊子帧时隙配置方案如下：
1)DwPTS时隙占用3个OFDM符号；
2)保护间隔GP的长度为TGP；
3)剩下的符号数均配置到UpPTS时隙长度中。
2.根据权利要求1所述的TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，其特征在于，步骤1中，TGP与小区的覆盖半径需满足如下关系：
TGP≥(2×d)/c+TUE,Rx-Tx
其中，d为小区半径，c为光速，TUE,Rx-Tx为用户终端从接受到发送切换时延。
3.根据权利要求1所述的TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，其特征在于，步骤2中：
1)若使用短PRACH，则R等于2个OFDM符号；
2)当小区用户数大于等于设定值时，则R等于2个OFDM符号；
3)当小区用户数小于设定值时，则R等于1个OFDM符号。
4.根据权利要求3所述的TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，其特征在于，对于常规循环前缀，若ψ大于等于半个子帧长度，则特殊子帧时隙配置方案有三个：
A、DwPTS占用3个OFDM符号，保护时隙GP占用1个OFDM符号，上行导频时隙UpPTS占用10个OFDM符号；
B、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用2个OFDM符号，UpPTS占用9个OFDM符号；
C、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用3个OFDM符号，UpPTS占用8个OFDM符号。
5.根据权利要求3所述的TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，其特征在于，对于扩展循环前缀，若ψ大于等于半个子帧长度，则特殊子帧时隙配置方案有二个：
A、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用1个OFDM符号，UpPTS占用8个OFDM符号；
B、DwPTS占用3个OFDM符号，GP占用2个OFDM符号，UpPTS占用7个OFDM符号。
6.根据权利要求4或5所述的TD-LTE电力无线专网特殊子帧的配置方法，其特征在于，当UpPTS≥7时，该时隙内可传输上行数据。
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