电力无线专网协助传输方法和系统与流程

本发明涉及电力
技术领域：
，特别是涉及一种电力无线专网协助传输方法和系统。
背景技术：
：随着配用电业务如配网自动化、计量自动化、视频监控等对通信覆盖需求的日益增长；传统光纤、载波等有线通信技术存在的部署难度大、施工周期长、拓扑变更难等问题已难以满足配用电通信需求点多面广的现状，亟需采用无线通信技术进行快速、高效的覆盖补充。目前，电力行业正在广泛部署基于TD-LTE通信体制的电力无线专网并，有效承载配变监测、计量集抄等生产业务，取得了较好的应用效果。为了实现灵活的覆盖以及资源的充分利用，TD-LTE电力无线专网可基于集中式LTE网络架构进行部署。该集中式架构的特点为，将传统的基站分为射频单元RRH及基带处理单元BBU，其中射频单元RRH分散部署于110kV变电站，基带处理单元BBU则汇聚成为基带处理池BBP并集中部署于220kV变电站或500kV变电站。现有的TD-LTE无线网络协作传输算法通常均针对非集中式的网络架构，由射频单元RRH传输至基带处理单元BBU进行协作时，去程链路传输基带数据，去程带宽会存在限制；对于集中式网络架构，去程链路带宽的限制影响协作传输的性能，具体表现为因去程链路带宽不足导致参与协作的射频单元RRH数目减少，进而无法实现较高的空间复用增益，使相应的电力无线专网传输系统吞吐量变小。技术实现要素：基于此，有必要针对传统方案使电力无线专网传输系统吞吐量变小的技术问题，提供一种电力无线专网协助传输方法和系统。一种电力无线专网协助传输方法，包括如下步骤：在电力无线专网中，根据基带处理单元与无线终端之间的传输状态设置基带处理单元归属变量矩阵A(B,U)，根据射频单元的收发状态设置射频单元归属变量矩阵T(K,U)；其中，B表示基带处理单元数，U表示无线终端个数，K表示射频单元个数；设置所述射频单元到无线终端的信道状态矩阵H(K,U)，以及射频单元到无线终端的预编码矩阵W(K,U)；根据所述A(B,U)、T(K,U)、H(K,U)和W(K,U)设置电力无线专网的功率函数和限制函数；根据所述限制函数计算使所述功率函数达到最小值的传输参数，得到目标传输参数；根据所述目标传输参数控制所述电力无线专网进行数据传输。一种电力无线专网协助传输系统，包括：第一设置模块，用于在电力无线专网中，根据基带处理单元与无线终端之间的传输状态设置基带处理单元归属变量矩阵A(B,U)，根据射频单元的收发状态设置射频单元归属变量矩阵T(K,U)；其中，B表示基带处理单元数，U表示无线终端个数，K表示射频单元个数；第二设置模块，根据射频单元到无线终端的信道状态设置信道状态矩阵H(K,U)，以及射频单元到无线终端的预编码矩阵W(K,U)；第三设置模块，用于根据所述A(B,U)、T(K,U)、H(K,U)和W(K,U)设置电力无线专网的功率函数和限制函数；计算模块，用于根据所述限制函数计算使所述功率函数达到最小值的传输参数，得到目标传输参数；传输模块，用于根据所述目标传输参数控制所述电力无线专网进行数据传输。上述电力无线专网协助传输方法和系统，通过用于表征基带处理单元与无线终端之间的传输状态的基带处理单元归属变量矩阵A(B,U)，以及射频单元归属变量矩阵T(K,U)，射频单元到无线终端的信道状态矩阵H(K,U)，以及射频单元到无线终端的预编码矩阵W(K,U)，根据所述A(B,U)、T(K,U)、H(K,U)和W(K,U)设置电力无线专网的功率函数和限制函数；依据上述限制函数计算使所述功率函数取到最小值的传输参数，得到目标传输参数，进而可以根据上述目标传输参数控制所述电力无线专网进行数据传输，使基带处理单元向无线终端的传输通道可以得到充分利用，提高了电力无线专网的空间复用增益，使电力无线专网传输系统的吞吐量变大。附图说明图1为一个实施例的电力无线专网协助传输方法流程图；图2为一个实施例的电力无线专网示意图；图3为一个实施例的电力无线专网协助传输系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明的电力无线专网协助传输方法和系统的具体实施方式作详细描述。参考图1，图1所示为一个实施例的电力无线专网协助传输方法流程图，包括如下步骤：S10，在电力无线专网中，根据基带处理单元与无线终端之间的传输状态设置基带处理单元归属变量矩阵A(B,U)，以及根据射频单元的收发状态设置射频单元归属变量矩阵T(K,U)；其中，B表示基带处理单元数，U表示无线终端个数，K表示射频单元个数；上述电力无线专网可以如图2所示，图2所示电力无线专网可以包括基带处理层、射频单元层和无线终端层，上述基带处理层通过去程链路层连接所述射频单元层。上述基带处理层包括BBU1，……，BBUb，……，BBUB等B个基带处理单元(BBU)，上述b为大于等于1小于等于B的整数；上述射频单元层包括RRH1，……，RRHk，……，RRHK等K个射频单元(RRH)，上述k为大于等于1小于等于K的整数；上述无线终端层包括UE1，……，UEu，……，UEU等U个无线终端(UE)，上述u为大于等于1小于等于U的整数。上述去程链路层包括多个去程链路，一个基带处理单元可以通过一个去程链路连接多个射频单元。基带处理层的基带处理单元可以通过射频单元与无线终端层的各个无线终端进行通信连接，向无线终端接收或者发送相关数据。A(B,U)可以根据基带处理单元BBU对无线终端UE的数据处理状态进行设置，比如，首先依据基带处理单元数B和无线终端个数U设置一个B×U型矩阵A(B,U)，再检测基带处理单元BBU对无线终端UE的数据处理状态，若第b个基带处理单元处理第u个无线终端的数据，则可以将A(B,U)中的第b行第u列个元素ab,u取1，否则ab,u取0，即：T(K,U)可以根据射频单元RRH对无线终端UE的数据收发(接收或者发送)状态进行设置，比如，首先依据射频单元个数K和无线终端个数U设置一个K×U型矩阵T(K,U)，再检测射频单元RRH对无线终端UE的数据收发状态，若第k个射频单元收发第u个无线终端的数据，则tk,u取1，否则tk,u取0，即：S20，设置所述射频单元到无线终端的信道状态矩阵H(K,U)，以及射频单元到无线终端的预编码矩阵W(K,U)；上述H(K,U)为射频单元到无线终端的信道状态矩阵，hk,u为第k个射频单元与第u个无线终端的信道状态参数，表示复数空间。H(K,U)包括U个列向量，hu表示射频单元到第u个无线终端的信道状态矩阵，通常情况下，hu与H(K,U)中的第u个列向量相对应，维度为K×1。上述W(K,U)为射频单元RRH到无线终端UE的预编码矩阵，wk,u为第k个射频单元与第u个无线终端的预编码参数，表示复数空间。W(K,U)包括U个列向量，wu表示射频单元到第u个无线终端的预编码矩阵，通常情况下，wu与W(K,U)中的第u个列向量相对应，维度为K×1。S30，根据所述A(B,U)、T(K,U)、H(K,U)和W(K,U)设置电力无线专网的功率函数和限制函数；上述步骤S30中，还可以设置第k个射频单元RRH到第b个基带处理单元BBU的去程链路所能够容纳的I/Q采样点带宽为Cb,k；对于第u个无线终端UE，当第k个射频单元RRH向其传输数据Su时，第k个射频单元RRH收到的去程链路带宽限制为：根据A(B,U)、T(K,U)、H(K,U)和W(K,U)设置电力无线专网中用于表征基带处理单元向无线终端传输功率的功率函数，上述限制函数可以根据基带处理单元与无线终端之间的传输通道相关限制条件进行设置，如对于第u个无线终端UE，其服务质量QoS限制条件为第u个无线终端UE的信号干扰噪声比大于等于最低阈值(无线终端的信号干扰噪声比阈值)即：Γu=|Σk∈Ru(hk,u)Hwk,u|2|Su|2Σi=1,i≠uU|Σl∈Ru(hl,u)Hwl,i|2|Si|2+σ2≥Γ~u,th.]]>对于电力TD-LTE无线专网系统(电力无线专网)，对其性能的优化即为在无线终端服务质量、去程带宽的限制条件下，实现相关天线发射功率的最小化，即：minA,T,wtk,u(wk,u)Hwk,u;]]>其中，tk,u为T(K,U)中第k行第u个元素，wk,u为W(K,U)中第k行第u个元素，上标H表示取共轭，min表示取最小值，表示取矩阵A(B,U)、T(K,U)和W(K,U)中的元素对应的最小值，Γu表示无线终端的信号干扰噪声比，表示无线终端的信号干扰噪声比阈值，hk,u为H(K,U)中第k行第u个元素，hl,u为H(K,U)中第l行第u个元素，wl,i为W(K,U)中第l行第i个元素，Su表示射频单元向第u个无线终端传输的数据量，Sl表示射频单元向第u个无线终端传输的数据量，σ2表示电力无线专网的噪声功率方差，Ru为向第u个无线终端传输数据的射频单元集合，ab,u为A(B,U)中第b行第u个元素，Cb,k为射频单元到基带处理单元b的去程链路所能够容纳的I/Q采样点带宽。S40，根据所述限制函数计算使所述功率函数达到最小值的传输参数，得到目标传输参数；上述步骤中，可以首先根据限制函数计算使所述功率函数取到较小值的传输参数，再依据上述传输参数获取功率函数取到较小值的其他传输参数，从上述得到的传输参数中获取最优传输参数，即使功率函数取到最小值的传输参数，以得到目标传输参数。S50，根据所述目标传输参数控制所述电力无线专网进行数据传输。上述步骤中，上述目标传输参数可以通过优化A(B,U)(A*(B,U))以及优化T(K,U)(T*(K,U))的形式表现，比如，按照A*(B,U)使基带处理单元向无线终端传输相关数据，按照T*(K,U)控制射频单元收发无线终端的相关数据。本实施例提供的电力无线专网协助传输方法和系统，通过用于表征基带处理单元与无线终端之间的传输状态的基带处理单元归属变量矩阵A(B,U)，以及射频单元归属变量矩阵T(K,U)，射频单元到无线终端的信道状态矩阵H(K,U)，以及射频单元到无线终端的预编码矩阵W(K,U)，根据所述A(B,U)、T(K,U)、H(K,U)和W(K,U)设置电力无线专网的功率函数和限制函数；依据上述限制函数计算使所述功率函数取到最小值的传输参数，得到目标传输参数，进而可以根据上述目标传输参数控制所述电力无线专网进行数据传输，使基带处理单元向无线终端的传输通道可以得到充分利用，提高了电力无线专网的空间复用增益，使电力无线专网传输系统的吞吐量变大。在一个实施例中，上述功率函数可以为：所述限制函数包括：Γu=|Σk∈Ru(hk,u)Hwk,u|2|Su|2Σi=1,i≠uU|Σl∈Ru(hl,u)Hwl,i|2|Si|2+σ2≥Γ~u,th;]]>Σi=1uab,utb,uSu≤Cb,k;]]>其中，tk,u为T(K,U)中第k行第u个元素，wk,u为W(K,U)中第k行第u个元素，上标H表示取共轭，min表示取最小值，表示取矩阵A(B,U)、T(K,U)和W(K,U)中的元素对应的最小值，Γu表示无线终端的信号干扰噪声比，表示无线终端的信号干扰噪声比阈值，hk,u为H(K,U)中第k行第u个元素，hl,u为H(K,U)中第l行第u个元素，wl,i为W(K,U)中第l行第i个元素，Su表示射频单元向第u个无线终端传输的数据量，Sl表示射频单元向第u个无线终端传输的数据量，σ2表示电力无线专网的噪声功率方差，Ru为向第u个无线终端传输数据的射频单元集合，ab,u为A(B,U)中第b行第u个元素，Cb,k为射频单元到基带处理单元b的去程链路所能够容纳的I/Q采样点带宽。本实施例中，对于电力TD-LTE无线专网系统，对其性能的优化即为在无线终端服务质量、去程带宽的限制条件下，实现天线发射功率的最小化，即使功率函数取到最小值时，相应的传输资源得到最优利用率。作为一个实施例，上述根据所述限制函数计算使所述功率函数达到最小值的传输参数，得到目标传输参数的过程可以包括：将所述进行变换得到其中，wu表示W(K,U)的第u列元素所对应的矩阵，Tr[·]表示求矩阵的迹；将所述限制函数变换为：Tr[(IK×K-Du)Wu]＝0，Tr(HuWu)-Γ~u,thΣi=1,i≠uUTr(HuWi)≥Γ~u,thσ2,]]>其中，Du＝diag(t1,u,…,tk,u,…,tK,u)，tk,u为T(K,U)中第k行第u个元素，diag(·)表示对角阵，IK×K表示K×K单位阵，Hu表示H(K,U)的第u列元素所对应的矩阵，Wi表示W(K,U)的第i列元素所对应的矩阵；根据所述限制函数计算的优化预编码矩阵将代入所述功率函数和限制函数，计算优化基带处理单元归属变量矩阵A*(B,U)以及优化射频单元归属变量矩阵T*(K,U)；根据所述A*(B,U)和T*(K,U)确定使所述功率函数取到最小值的传输参数，得到目标传输参数。在一个实施例中，上述将代入所述功率函数和限制函数，计算优化基带处理单元归属变量矩阵A*(B,U)以及优化射频单元归属变量矩阵T*(K,U)的过程可以包括：将代入所述功率函数和限制函数，计算优化基带处理单元归属变量矩阵A*(B,U)；根据A*(B,U)对射频单元归属变量矩阵T(K,U)进行穷举搜索，得到优化射频单元归属变量矩阵T*(K,U)；将所述A*(B,U)和T*(K,U)继续代入所述功率函数和限制函数计算A(B,U)、T(K,U)和Wu，直至计算得到的A(B,U)、T(K,U)和Wu均收敛；从计算的A(B,U)、T(K,U)和Wu中获取使所述功率函数取到最小值的一组A(B,U)、T(K,U)和Wu，根据使所述功率函数取到最小值的一组A(B,U)、T(K,U)和Wu更新A*(B,U)、T*(K,U)和本实施例中，基于已给定的射频单元RRH归属变量矩阵T(K,U)以及第u个射频单元RRH到无线终端UE的最优预编码矩阵(优化预编码矩阵)在去程链路带宽限制条件下对所有可能的A(B,U)进行穷举搜索，对相应的功率函数和限制函数进行求解，进而得到最优的基带处理单元BBU归属变量矩阵(化基带处理单元归属变量矩阵)A*(B,U)：minAΣu=1UTr(W*u)]]>s.t.Tr[(IK×K-Du)W*u]＝0Tr(HuW*u)-Γ~u,thΣi=1,i≠uUTr(HuW*u)≥σ2×Γ~u,th]]>Σi=1Uab,itk,iSi≤Cb,k]]>射频单元RRH到第u个无线终端UE的最优预编码矩阵以及最优基带处理单元BBU归属变量矩阵A*(B,U)，对所有可能的射频单元RRH归属变量矩阵T(K,U)进行穷举搜索，进而得到最优的射频单元RRH归属变量矩阵(优化射频单元归属变量矩阵)T*(K,U)：minTΣu=1UTr(W*u)]]>s.t.Tr[(IK×K-Du)W*u]＝0Tr(HuW*u)-Γ~u,thΣi=1,i≠uUTr(HuW*u)≥Γ~u,thσ2]]>Σi=1Uab,itk,iSi≤Cb,k]]>根据最优基带处理单元BBU归属变量矩阵A*(B,U)以及最优射频单元RRH归属变量矩阵T*(K,U)代替变换后的功率函数和限制函数中的基带处理单元BBU归属变量矩阵A(B,U)以及射频单元RRH归属变量矩阵T(K,U)，重复计算化基带处理单元归属变量矩阵A*(B,U)和优化射频单元归属变量矩阵T*(K,U)的过程，直至最优基带处理单元BBU归属变量矩阵A*(B,U)、最优射频单元RRH归属变量矩阵T*(K,U)以及最优预编码矩阵均收敛；从而对上述最优基带处理单元BBU归属变量矩阵A*(B,U)、最优射频单元RRH归属变量矩阵T*(K,U)以及最优预编码矩阵进行确定。作为一个实施例，上述根据所述限制函数计算的优化预编码矩阵的过程可以包括：使用CVX优化工具箱对进行求解，得到优化预编码矩阵本实施例中，由于上述功率函数为非凸函数，对其进行相应的变换后，再使用CVX优化工具箱进行求解，由此便在给定基带处理单元BBU归属变量矩阵A(B,U)以及射频单元RRH归属变量矩阵T(K,U)的情况下得到使得相应功率函数实现最优性能的最优预编码矩阵在一个实施例中，上述将所述进行变换得到的步骤前还可以包括：设置协作传输编码矩阵eu＝wu-Duwu，其中，wu表示W(K,U)的第u列元素所对应的矩阵，Du＝diag(t1,u,…,tk,u,…,tK,u)，tk,u为T(K,U)中第k行第u个元素，diag(·)表示对角阵；若eu符合如下条件，则表明仅有参与协作的第k个射频单元RRH才能够设置非零预编码向量wk,u：(eu)Heu＝0；因而构造限制条件(eu)Heu＝0；将所述(eu)Heu＝0变换为Tr[(IK×K-Du)Wu]＝0。本实施例为后续功率函数和限制函数的变换提供了依据，保证了功率函数和限制函数所进行的变换的准确性。在一个实施例中，上述在电力无线专网中，根据基带处理单元与无线终端之间的传输状态设置基带处理单元归属变量矩阵A(B,U)的过程可以包括：获取第b个基带处理单元对第u个无线终端UE的数据处理状态，根据所述数据处理状态设置A(B,U)中的第b行第u列个元素ab,u；其中，若第b个基带处理单元处理第u个无线终端的数据，则ab,u取1，若第b个基带处理单元不处理第u个无线终端的数据，则ab,u取0。在一个实施例中，上述设置电力无线专网中，根据射频单元的收发状态设置射频单元归属变量矩阵T(K,U)的过程包括：获取第k个射频单元对第u个无线终端UE的数据收发状态，根据所述数据收发状态设置T(K,U)中的第k行第u列个元素tk,u；其中，若第k个射频单元收发第u个无线终端的数据，则tk,u取1，若k个射频单元不收发第u个无线终端的数据，则tk,u取0。参考图3所示，图3所示为一个实施例的电力无线专网协助传输系统结构示意图，包括：第一设置模块10，用于在电力无线专网中，根据基带处理单元与无线终端之间的传输状态设置基带处理单元归属变量矩阵A(B,U)，根据射频单元的收发状态设置射频单元归属变量矩阵T(K,U)；其中，B表示基带处理单元数，U表示无线终端个数，K表示射频单元个数；第二设置模块20，根据射频单元到无线终端的信道状态设置信道状态矩阵H(K,U)，以及射频单元到无线终端的预编码矩阵W(K,U)；第三设置模块30，用于根据所述A(B,U)、T(K,U)、H(K,U)和W(K,U)设置电力无线专网的功率函数和限制函数；计算模块40，用于根据所述限制函数计算使所述功率函数达到最小值的传输参数，得到目标传输参数；传输模块50，用于根据所述目标传输参数控制所述电力无线专网进行数据传输。在一个实施例中，上述功率函数为：所述限制函数包括：Γu=|Σk∈Ru(hk,u)Hwk,u|2|Su|2Σi=1,i≠uU|Σl∈Ru(hl,u)Hwl,i|2|Si|2+σ2≥Γ~u,th;]]>Σi=1uab,utb,uSu≤Cb,k;]]>其中，tk,u为T(K,U)中第k行第u个元素，wk,u为W(K,U)中第k行第u个元素，上标H表示取共轭，min表示取最小值，表示取矩阵A(B,U)、T(K,U)和W(K,U)中的元素对应的最小值，Γu表示无线终端的信号干扰噪声比，表示无线终端的信号干扰噪声比阈值，hk,u为H(K,U)中第k行第u个元素，hl,u为H(K,U)中第l行第u个元素，wl,i为W(K,U)中第l行第i个元素，Su表示射频单元向第u个无线终端传输的数据量，Sl表示射频单元向第u个无线终端传输的数据量，σ2表示电力无线专网的噪声功率方差，Ru为向第u个无线终端传输数据的射频单元集合，ab,u为A(B,U)中第b行第u个元素，Cb,k为射频单元到基带处理单元b的去程链路所能够容纳的I/Q采样点带宽。上述电力无线专网协助传输系统与相应的电力无线专网协助传输方法一一对应，在所述电力无线专网协助传输方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于电力无线专网协助传输系统的实施例中，特此声明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3