[发明专利]一种智能电网通信底衬式频谱接入方法

说明书

本发明设计了智能电网通信一种底衬式频谱接入方法，利用同一频段同时传输上行和下行数据，该方法适用于智能电网通信系统。在智能电网的电力无线通信专网，终端可以按业务流向分为下行关键类智能电网用户与上行大规模智能电网用户。其中，CSU直接接受宏小区基站的下行控制类业务。在上行用户密集区域设置有数据汇聚单元，接受MSU传输的上行采集类业务。本发明在TD‑LTE的下行时隙，为专网内每个CSU分配不同的频率资源。在保证每个CSU的通信速率的基础之上，并限制BS的下行总发射功率与每个MSU的上行发射功率，允许单个MSU复用单个CSU的频率资源。通过为MSU其分配合适的CSU频率资源复用，使得专网系统接入的MSU总体上行通信速率最大化。

技术领域

本发明涉及一种智能电网通信底衬式频谱接入方法，属于无线通信频谱资源管理和功率控制设计领域。

背景技术

底衬式频谱接入方法涉及两个通信系统，分别是频谱内的授权用户与底衬式频谱接入用户。底衬式方式通过功率控制技术，在不影响原授权用户通信速率的基础上，允许底衬式接入用户系统在时间上不间断地接入授权用户的频谱。在智能电网的通信环境下，底衬式接入技术可以灵活地应用在上下行频谱资源的分配上，利用闲置的下行频率资源传输上行数据。

智能电网用户用户分为传输上行的关键机器类通信(Critical Machine TypeCommunication)的智能电网用户(Critical Smart Grid User，CSU)和传输下行的大规模机器类通信(Massive Machine Type Communication)的智能电网用户(Massive SmartGrid User，MSU)，它们工作在同一频段。其中CSU主要传输控制类业务，下行数据量较少，但对时延和可靠性要求较高。MSU主要传输采集类业务，上行数据量比下行大很多，但所需服务质量没有上行业务高。通过功率控制技术，保证CSU的最低通信需求，并限制单个MSU的功率使得总体上行数据容量最大化。

本发明设计了一种底衬式频谱接入方法，利用同一频段同时传输上行和下行数据，该方法适用于无线专用通信网络系统。本发明限制单个用户的上下行功率，为其分配合适的频谱资源，在上下行流量非对称的条件下保证了CSU数据的快速可靠传输，同时通过功率控制和频谱分配为MSU提供合适的频率资源使得总体系统上行容量最大。

发明内容

发明目的：本发明针对电力无线通信专网的上下行流量非对称特性，设计了一种底衬式频谱接入技术，传输上行数据的MSU复用了传输下行数据的CSU的频率资源，缓解了频谱紧张问题并解决实际传输需求。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能电网通信底衬式频谱接入方法，应用于包含一个宏小区基站BS，N个数据汇聚单元DAU，K个正交的关键类智能电网用户CSU和S个大规模智能电网用户MSU的电力无线通信专网，该底衬式频谱接入方法在保证每个CSU的通信速率的基础之上，并限制BS的下行总发射功率与每个MSU的上行发射功率，通过分配CSU频段给MSU复用来最大化所有MSU的总体通信速率，并且协调MSU和CSU之间的传输功率。

作为优选，所述一种智能电网通信底衬式频谱接入方法包括如下步骤：

(1)初始化判决精度ε，拉格朗日乘子上下界l_a＝0,l_b＝a，其中a是一个足够大的正数，令循环次数m＝1,计算变量其中P为基站最大发射功率，b_k为基站到第k个CSU的信道增益，R_k为第k个CSU所需的最低通信速率；

(2)在第m次迭代中，对于给定的λ_m，计算任意s，k的当前迭代轮次的最佳拉格朗日乘子和最佳发射功率，s＝1,2,…,S，k＝1,2,…,K；步骤包括：