CN109618413B

CN109618413B - 一种电力无线专网系统多业务隔离方法

Info

Publication number: CN109618413B
Application number: CN201910001704.3A
Authority: CN
Inventors: 周志刚; 张梦莹; 李慧; 杨秀梅; 王海峰; 卜智勇; 陆犇; 郑敏
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2039-01-02
Also published as: CN109618413A

Abstract

本发明涉及一种电力无线专网系统多业务隔离方法，其包括：频率资源扫描与干扰统计、配置控制和数据信道资源池、广播业务列表与信道资源、获知随机接入资源池、建立连接并上报业务ID以及基站配置控制和数据信道资源。本发明采用频谱感知技术获得230MHz频谱范围内频率使用和干扰情况，从而有效评估各频率子带的干扰水平，并且当发现频点已使用和干扰较大时需及时进行避让，动态选择无干扰或干扰较小的子带，更新可分配频率资源，为高优先级业务划分专用资源，配置多个相互间物理隔离的传输资源池，供不同类型的业务使用，并支持多个传输资源池的灵活配置，以适配地域性频谱资源差异和终端分布差异，提高资源使用效率。

Description

一种电力无线专网系统多业务隔离方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种电力无线专网系统多业务隔离方法。

背景技术

电力无线专网基于国家无线电管理委员会分配的230MHz专用频段进行通信，其频点离散分布在223MHz至235MHz总共12MHz带宽内，每个频点带宽25KHz，此外，该频段范围内还有360个频点(共9MHz带宽)由各地市无线电管理处审批，需要申请使用。随着电力无线专网的应用和推广，230MHz频段频谱上可能同时存在230电力无线专网、230MHz数传电台、其它大功率电台共存的情况。

随着智能电网的发展，尤其是大数据、云计算、物联网、移动业务在电力行业的逐步应用，电力业务以及终端类型更加丰富。电力无线专网系统需采用同一网络承载精准负荷控制、配电自动化、用电信息采集等不同业务，所需频率资源不同、可用资源动态变化，对可靠性、时延和安全等要求非常高。

为保障电力无线专网系统在230MHz频段上稳定运行，现有技术中公开了通过业务处理器隔离、传输通道隔离、内存空间隔离、空口隔离等方式实现不同大区业务的近似物理隔离的技术(专利公告号CN107734499A)，然而，这种技术并未考虑频率资源的动态性和可能存在的干扰，也未考虑采用统一空中接口来实现多业务的支撑和隔离。因此，目前需要对现有技术进行改进，以支持电力无线专网对不同类型业务实现空口隔离的需求。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种电力无线专网系统多业务隔离方法，以进行实时动态的频率分配，保障系统稳定运行。

本发明所述的一种电力无线专网多业务隔离方法，其包括以下步骤：

步骤1，在所述电力无线专网系统使用的帧结构的扫频时隙进行频谱扫描，以获取带宽BW内以子带带宽B为颗粒度的频率占用和干扰分布状况，并且标记或去除暂时被占用和受到干扰的子带，以得到可分配频率资源；

步骤2，在所述可分配频率资源中预先为不同类型的业务划分彼此正交的控制信道资源池和数据信道资源池；

步骤3，基站通过系统消息广播小区支持的业务列表，以及该业务列表中各业务对应的随机接入信道、用于随机接入的下行控制信道和用于寻呼的下行控制信道资源；

步骤4，终端根据所述系统消息和预置的业务信息，获知该终端对应的随机接入资源池，并利用该随机接入资源池与网络建立连接，然后向所述基站上报该终端的自身业务所对应的业务ID；以及

步骤5，所述基站根据所述终端选择的随机接入资源池以及上报的业务ID，获知并确认所述终端对应的业务类型，并根据所述业务类型在所述控制信道资源池和数据信道资源池中为所述终端配置其用于数据传输的控制信道资源和数据信道资源。

在上述的电力无线专网多业务隔离方法中，所述步骤4包括：所述终端首先通过搜索同步信号完成下行同步，并根据所述同步信号的载波位置加一固定的偏置，获得承载广播信道的载波位置；然后，所述终端解析所述广播信道承载的MIB信息，并获得SIB信息的资源配置信息；最后，所述终端解析所述SIB信息，以获取所述业务列表以及该业务列表中各业务对应的随机接入信道、用于随机接入的下行控制信道和用于寻呼的下行控制信道资源。

在上述的电力无线专网多业务隔离方法中，所述步骤4包括：所述终端在对应的随机接入资源池中选择资源发送前导信号，并在其对应的用于随机接入的控制信道资源池中监听相应的下行控制信道，利用控制信息调度的承载连接建立信令的传输资源与网络建立连接。

在上述的电力无线专网多业务隔离方法中，所述步骤4包括：所述终端向所述基站上报其服务质量等级指示信息，并与该基站协商其所需的时延和可靠性指标，以实现该终端的同一类型业务中不同子类型业务间的优先级区分。

在上述的电力无线专网多业务隔离方法中，所述扫频时隙位于帧结构中的预置位置，该预置位置为：上行子帧、下行子帧或特殊时隙的开始，其中，所述特殊时隙包括DwPTS、GP、UpPTS以及SD。

在上述的电力无线专网多业务隔离方法中，所述带宽BW定义为12MHz、7MHz、5MHz或1MHz；所述子带带宽B定义为25KHz。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过共享接入网，将不同类型业务隔离，通过在帧结构扫频时隙进行频谱感知，获取子带频率使用和干扰状况，并通过基站对上报频谱感知结果进行分析，得出系统频谱干扰分布情况结果，同时，业务间数据传输采用不同的资源隔离，进一步扩展业务间资源隔离的范围，实现了不同业务间数据信道、所有控制信道以及随机接入信道的全隔离。本发明针对不同电力业务的共用空中接口，支持灵活的资源池配置和资源调度，既满足了电力无线专网业务空口隔离的需求，又可最大限度优化资源利用效率。同时，本发明支持单小区多业务，并根据业务划分资源池，实现了不同类型业务之间数据传输资源物理隔离，还进一步增强了业务系统信息指示，实现了接入网共享技术所不具备的随机接入和寻呼资源隔离，另外，本发明还支持终端上报信息，终端与基站间可协商服务质量，从而实现同一类型不同子类业务间的资源分配优先级区分。

附图说明

图1是本发明一种电力无线专网系统多业务隔离方法的流程示意图；

图2是本发明的具体实施例中电力无线专网系统的结构示意图；

图3是本发明的具体实施例中电力无线专网系统使用的帧结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

电力无线专网承载精准负荷控制、配电自动化、用电信息采集等业务，其中，精准负荷控制业务属于生产控制大区，对可靠性、时延和安全等要求非常高。若精准负荷控制业务与其它业务共享无线传输资源，可能会由于业务间抢占资源而导致时延、可靠性等性能指标大幅波动。因此，电力无线专网应支持为高优先级业务划分专用资源，可配置多个相互间物理分开的传输资源池，供不同类型的业务使用。

如图1、2所示，本发明，即一种电力无线专网系统多业务隔离方法，其中，电力无线专网系统包括基站1以及与其通信连接的至少一个终端2，该方法包括以下步骤：

步骤1，频率资源扫描与干扰统计：在电力无线专网系统使用的帧结构的扫频时隙通过专用的频谱扫描设备3进行频谱扫描(即，频谱感知)，以获取带宽BW内以子带带宽B为颗粒度的频率占用和干扰分布状况，并且标记或去除暂时被占用和受到干扰的子带，由此得到可分配频率资源W；

在该步骤1中，扫频时隙可以位于帧结构中预先定义好的位置，如上行子帧、下行子帧、特殊时隙(包含DwPTS(下行导频时隙)、GP(保护间隔)、UpPTS(上行导频时隙)以及SD)的开始或其它预置位置(如图2所示)；频谱扫描的带宽BW可定义为12MHz、7MHz、5MHz、1MHz或其它预置数值，子带带宽B可定义为25KHz或其它预置数值；

步骤2，配置控制和数据信道资源池：在可分配频率资源中预先为不同类型的业务划分彼此正交的控制信道资源池和数据信道资源池，以实现用于数据传输的控制信道和数据信道的物理隔离；

步骤3，基站1通过系统消息广播小区支持的业务列表，以及该业务列表中各业务对应的随机接入信道、用于随机接入的下行控制信道和用于寻呼的下行控制信道资源；

在该步骤3中，系统消息中对不同资源池的相关配置应用于随机接入信道、用于随机接入的下行控制信道以及用于寻呼的下行控制信道资源，从而使得下文中每个资源池的随机接入信道和控制信道所使用的起始载波和载波数目均可通过系统消息中的参数进行设置；

步骤4，获知随机接入资源池：终端2根据系统消息中的业务相关信息(例如系统消息中的支持的抄表、精控、数据等信息)以及终端预置的业务信息(例如可支持的抄表、精控、数据等信息)，获知其对应的随机接入资源池(主要是频率资源，其包含在广播信道承载的信息中)，利用随机接入资源池中的相应频率资源与网络建立连接，并在连接建立完成消息中向基站1上报自身业务对应的业务ID，从而使基站确认其业务类型(由于不同类型的业务对应不同的业务ID，故可实现业务间随机接入信道和用于随机接入的下行控制信道和用于寻呼的下行控制信道的物理隔离，且各业务对应资源池的资源数量可灵活配置)；

在该步骤4中，终端2首先通过搜索同步信号完成下行同步，并根据同步信号的载波位置加上一个固定的偏置，获得承载广播信道(PBCH)的载波位置；之后，终端2进一步解析PBCH承载的MIB(Master Information Block)信息，获得SIB(System InformationBlock)信息的资源配置信息；最后，终端2解析SIB信息，获取业务列表以及与列表中各业务ID对应的随机接入信道、用于随机接入的下行控制信道和用于寻呼的下行控制信道资源池配置；

进一步地，在该步骤4中，终端2在对应的随机接入资源池中选择资源发送前导信号(MSG1)，并在其对应的用于随机接入的控制信道资源池中监听相应的下行控制信道，利用控制信息调度的承载连接建立信令的传输资源与网络建立连接；

另外，在该步骤4中，终端2还可以向基站1上报其服务质量等级指示(QCI)信息，并与基站1协商其所需的时延和可靠性等指标，从而实现同一个资源池内不同子类型业务间的优先级区分；

步骤5，基站配置控制和数据信道资源：基站1根据终端2选择的随机接入资源池以及上报的业务ID，获知并确认终端2对应的业务类型，从而进一步根据该业务类型在控制信道资源池和数据信道资源池中为终端2配置其用于数据传输的控制信道资源和数据信道资源；

在该步骤5中，基站1通过无线资源管理重配置消息，为每个终端2配置用于数据传输的控制信道资源；基站1为不同业务类型的终端2分配用于数据传输的控制信道资源时，将配置的资源限定在与该终端2的业务类型对应的控制信道资源池中，即可实现不同类型的业务间用于数据传输的控制信道资源的物理隔离；同理，基站1通过控制信道调度数据传输时，将被调度的数据信道资源限定在与被调度终端业务类型对应的数据信道资源池中，即可实现不同类型的业务间数据信道资源的物理隔离；

另外，在上述步骤2中，还可以在每个资源池中进一步划分多个子资源池，从而在该步骤5中，基站1可以根据不同子类型业务终端2的QoS等级，实现不同子类型业务之间数据传输资源的进一步细分(例如，控制类业务中的配电自动化三遥和常规负荷控制两种不同子类型业务的区分)，基站1完成终端2业务类型的识别和确认之后，即可根据电力无线专网业务需求规范中定义的业务性能指标进行资源分配。

本发明中，步骤2可利用调度算法实现，该调度算法负责确保资源分配结果满足业务需求，尤其对于对时延和速率要求较高的精准负荷控制业务，基站可采用为其预留资源池的分配方式，使业务数据到达基站即可发送，而不是等待业务到达基站才启动资源分配流程，从而可以最大限度保障时延等性能指标得到满足。例如，用于数据传输的控制信道资源池和数据信道资源池均可通过基站调度算法分配，由此支持不同资源池的灵活配置；另外，本发明中终端2支持和网络协商其QoS等级，基站1可根据终端的QoS等级确定其调度优先级，实现同一类型但不同子类的终端间进一步细分数据传输资源，该资源细分处理同样由基站调度算法实现，故同样支持灵活分配。因此，由于本发明支持各资源池的随机接入信道、控制信道、数据信道的灵活配置，且各资源池的资源可配置为完全不重叠或部分重叠或完全重叠，因此，利用本发明，可根据电力无线专网的业务需求，通过调整基站资源管理算法，实现资源利用率最优化。

综上所述，本发明针对不同业务所需频率资源不同、可用资源动态变化、异系统干扰等情况，通过快速获取电力无线专网频谱范围内频率使用和干扰状况，支持为高优先级业务划分专用资源，配置多个相互间物理隔离的传输资源池，供不同类型的业务使用，并支持多个传输资源池的灵活配置，以适配地域性频谱资源差异和终端分布差异，提高资源使用效率。本发明实现了有限的频率资源的动态合理分配，以满足不同业务类型的实际需求，充分考虑了现有业务和远景规划，为未来业务的扩展预留了相应的频率资源，另外，针对不同电力业务的无线频率实现精准控制，针对每类业务配置独占的频率池，方便资源管理和重点业务的资源优化配置。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims

1.一种电力无线专网多业务隔离方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤2，在所述可分配频率资源中预先为不同类型的业务划分控制信道资源池和数据信道资源池，其中，所述控制信道资源池和所述数据信道资源池彼此正交；

步骤4，终端根据所述系统消息和预置的业务信息，获知该终端对应的随机接入资源池，并利用该随机接入资源池与网络建立连接，然后向所述基站上报该终端的自身业务所对应的业务 ID；以及

步骤5，所述基站根据所述终端选择的随机接入资源池以及上报的业务 ID，获知并确认所述终端对应的业务类型，并根据所述业务类型在所述控制信道资源池和数据信道资源池中为所述终端配置其用于数据传输的控制信道资源和数据信道资源。

2.根据权利要求1所述的电力无线专网多业务隔离方法，其特征在于，所述步骤4包括：所述终端首先通过搜索同步信号完成下行同步，并根据所述同步信号的载波位置加一固定的偏置，获得承载广播信道的载波位置；然后，所述终端解析所述广播信道承载的MIB信息，并获得SIB信息的资源配置信息；最后，所述终端解析所述SIB信息，以获取所述业务列表以及该业务列表中各业务对应的随机接入信道、用于随机接入的下行控制信道和用于寻呼的下行控制信道资源。

3.根据权利要求1所述的电力无线专网多业务隔离方法，其特征在于，所述步骤4包括：所述终端在对应的随机接入资源池中选择资源发送前导信号，并在其对应的用于随机接入的控制信道资源池中监听相应的下行控制信道，利用控制信息调度的承载连接建立信令的传输资源与网络建立连接。

4.根据权利要求1所述的电力无线专网多业务隔离方法，其特征在于，所述步骤4包括：所述终端向所述基站上报其服务质量等级指示信息，并与该基站协商其所需的时延和可靠性指标，以实现该终端的同一类型业务中不同子类型业务间的优先级区分。

5.根据权利要求1所述的电力无线专网多业务隔离方法，其特征在于，所述扫频时隙位于帧结构中的预置位置，该预置位置为：上行子帧、下行子帧或特殊时隙的开始，其中，所述特殊时隙包括DwPTS、GP、UpPTS以及SD。

6.根据权利要求1所述的电力无线专网多业务隔离方法，其特征在于，所述带宽BW定义为12MHz、7MHz 、5MHz或1MHz；所述子带带宽B定义为25KHz。