电力认知无线通信论文

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1方案设计

PBS表示主基站(PrimaryBaseStation)，通过光缆可以将各类监测数据、感知数据、计量数据等业务数据传输到变电站内的各种应用系统子站，也可以根据需要将数据通过电力骨干网络(SDH等)传输到省电力公司内的系统主站，CBS表示认知基站(CognitiveBaseStation)，通过光缆与主基站连接进行信息交互，通过无线方式与次用户通信，PU表示主用户即授权用户(PrimaryUser)，SU表示次用户即认知用户(SecondaryUser)，这里的用户在实际应用场景中泛指各种无线通信终端，本文为与认知无线电的各种概念保存一致，也称为用户，各类业务数据通过授权用户或次用户将数据传输到基站，SB表示频谱经纪人(SpectrumBroker)，通过光缆或者网线形式与认知基站进行信息交互。认知基站负责认知用户的控制和管理，主要包括对认知用户的感知结果进行融合、空闲信道资源分配、接入及切换管理。频谱使用区域分授权频段区域和非授权频段区域，在授权频段区域，认知基站与主基站进行信息交互，降低感知目标频段的盲目性，认知用户根据认知基站的交互信息，感知授权用户的授权频段的空闲情况并利用。在非授权频段区域，认知用户感知非授权频段的使用情况并进行竞争利用，能够及时规避干扰频段，使用动态分配的频谱资源，在该区域中频谱经纪人充当协调者角色，负责不同认知网络之间的频谱资源协调管理。为提高频谱感知效率，缩短系统接入时间，提升频谱切换性能，本文设计两张用于认知基站内维护的信息表，一张是可用频率资源列表，一张是交互信息列表。“频带范围”表示认知用户可以使用的频段的范围，“频带历史使用信息”表示该段空闲频段的历史使用情况，包括数据传输平均占用时长和空闲率，由此可以计算频段的大致可用时长;“频带带宽”表示可用的频带宽度;“干扰水平”表示历史干扰水平和当前干扰水平，干扰水平是指空闲频谱所遭受的干扰程度和强度，包括无线环境下的路径损耗等干扰和电力设施运行时的电磁干扰，以功率形式量化，结合相关系数，可以计算信道最大容量;“可用状态”表示频率资源的利用方式，包括共享式和独享式，共享式是指认知用户与授权用户共享频率资源，但不会对授权用户造成干扰，或者是由多个认知用户之间进行共享使用空闲授权频率资源或空闲非授权频率资源，独享式是指空闲频率资源无其他用户使用，由单个认知用户单独享用。综合以上信息，认知基站能够根据认知用户的需求情况快速找到匹配资源进行分配，提高了分配效率、缩短了分配时间，根据业务特性，有选择地选取特定频谱实现与业务需求的匹配。

2频率分配方法

本文假设频谱感知由物理层来完成，而且能够获得准确的感知结果，MAC层在获取感知结果的基础上主要负责频谱资源的动态管理。其中频谱分配和频谱干扰规避是频谱资源管理的重要部分，也是电力行业应用下需要解决的重要问题。在分配阶段，提出基于迫切性和公平性的频谱资源分配方法，不仅考虑认知用户的接入的迫切程度，同时也需考虑用户接入的公平性。迫切性和公平性是影响资源分配的重要参考内容，影响迫切性主要参数包括:业务优先级、等待时间，影响公平性主要参数包括:用户不良信用记录、用户接入成功率，其中，业务优先级是指业务的重要程度，等待时间是指用户数据的有效期，超过一定时间，数据的传输就无意义，在电力行业下，这一参数尤其重要，用户不良信用记录是指用户分配到频率资源但没有利用的信用记录，接入成功率是指用户请求分配且获得分配的概率，为公平起见，接入成功率越低的用户分配的可能性就越大。

3频率切换方法

由于认知用户使用授权用户暂时未使用的授权频段，一旦授权用户出现，认知用户需要立即采取相应措施以免对授权用户的使用造成干扰，或者当认知用户使用的非授权频段的频谱环境恶化，也需采取措施来防止业务受到重大影响，另外，电力系统中复杂的电磁干扰进一步加剧了无线环境的复杂度，带来了更大的干扰，影响频谱资源的使用，在此条件下，除共享频率之外，频率切换也是有效解决措施之一，设计合理的目标频段切换机制对切换性能有着十分重要的影响。本文在此基础上提出一种基于加权的多参量目标频段切换算法，认知基站根据认知用户的业务特性和需求进行计算选取目标切换频段并分配，这样就有利于进一步降低认知用户的复杂度，综合考虑多种选择因素，弥补单一属性选择的不足。

4结束语

电力通信是支撑智能电网发展的重要技术，无线通信作为其中的一部分，发挥了重要作用，但由于无线通信频率资源和电力行业的限制性因素，需结合新的技术来解决无线频段资源短缺以及无线传输可靠性等问题。本文将认知无线电技术引入电力无线通信，提出了理论上的频率资源管理算法，旨在提高电力无线通信系统的性能。下一步将开展具体的仿真实验工作，对理论研究算法效果进行验证和优化。

作者:姚继明黄莉田文锋黄凤朱亮单位:中国电力科学研究院