專利名稱：一種基于lte的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)及方法，特別是涉及智能電網(wǎng)中的一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)及方法。
背景技術：
智能電網(wǎng)作為ー種現(xiàn)代化的電カ電網(wǎng)基礎設施，通過自動化控制和現(xiàn)代通信技術平滑整合了可再生能源和替代能源，同時提高了效率，可靠性和安全性。對比現(xiàn)有缺乏溝通能力的電網(wǎng)，智能電網(wǎng)基礎設施具有強力的遙感、先進的通信和計算能力。不同的系統(tǒng)組件 通過通信路徑和傳感器節(jié)點聯(lián)系在一起，提高了相互之間的互操作性，例如輸電、配電及其他變電站。大家知道，通信系統(tǒng)是智能電網(wǎng)基礎設施的重要組成部分。有線和無線這兩個主要的通信媒體支持不同的通信技術，可用于智能電表和電力公司之間的數(shù)據(jù)傳輸。先進的寬帶無線系統(tǒng)可以提供物美價廉的產(chǎn)品、快速的部署、低成本的安裝、廣泛的接入和移動通信，而這些都是有線通信技術甚至舊的窄帶無線技術往往無法提供的好處。然而，在過去由于低數(shù)據(jù)速率、相關干擾、安全、有限的產(chǎn)品可用性等問題，無線技術在電カ行業(yè)只能比較緩慢的被接受；幾項活動已經(jīng)啟動來解決上述問題，并要求確定合適的無線技術尤其是應用于智能電網(wǎng)的技木。從最近的發(fā)展和進行的活動中可以看到為了提供各種智能應用而進行的努力，采用了各種標準化的無線通訊技術，例如基于IEEE 802. 11無線局域網(wǎng)、IEEE 802. 16 標準的 WiMAX、3G/4G 蜂窩、基于 IEEE802. 15 的 ZigBee、802. 20 標準為基礎的MobileFi等。圖I為當前智能電網(wǎng)中采用無線技術的LTE蜂窩系統(tǒng)的系統(tǒng)架構圖，其包括基站、用戶和外部設備，形成了特殊的無線寬帶網(wǎng)絡。眾所周知，干擾是無線網(wǎng)絡性能退化的主要原因之一。成功的信道分配算法設計是通過在干擾鏈路上使用非重疊的信道減少了網(wǎng)絡范圍內的干擾。然而，除了小區(qū)內和小區(qū)間的干擾，與普通的蜂窩LTE(Long Term Evolution,長期演進)系統(tǒng)的場景不同,在智能電網(wǎng)中還存在著不可控的外部干擾。例如，在230MHz的頻段，有可能是天文系統(tǒng)和智能電網(wǎng)頻譜的無線電定位系統(tǒng)同時在運行。這些外部的無線傳輸和設備，由于在不同網(wǎng)絡運營商的控制之下通常不考慮信道分配過程中，因此他們的活動是難以捕捉。另外，在智能電網(wǎng)的無線信道衰落是相當緩慢的。由于大多數(shù)的用戶和基站部署在智能電網(wǎng)中的固定位置，用戶和其相關的基站之間的無線通道變化相比移動LTE環(huán)境是相當緩慢的。因此，它沒有必要像普通的蜂窩LTE系統(tǒng)調度那樣每10毫秒更新信道狀態(tài)信息。此外，智能電網(wǎng)的ー個小區(qū)內的用戶數(shù)目是遠遠多于一般的蜂窩小區(qū)，通常依據(jù)小區(qū)大小和地理區(qū)域，數(shù)千臺設備要求10，000的信道資源[I]。因此LTE系統(tǒng)在智能電網(wǎng)調度的成本是巨大的。綜上所述，可知先前技術之智能電網(wǎng)存在外部系統(tǒng)干擾及大用戶量帶來龐大調度信令開銷的問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此ー問題。
發(fā)明內容
為克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)及方法，以解決智能電網(wǎng)中的外部系統(tǒng)干擾及大用戶量帶來龐大調度信令開銷的問題。為達上述及其它目的，本發(fā)明提供一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)， 應用于包括基站、用戶及外部設備的智能電網(wǎng)，該系統(tǒng)包括初始化模組，用于將小區(qū)的整個頻譜分為M個子帶，該小區(qū)中的所有用戶根據(jù)其地理位置分為N個簇，其中滿足M > N，在ー個簇內，設定其中的一個用戶為簇頭，基站給每個用戶分配一個簇編號；分配模組，用于根據(jù)簇頭的信道干擾指示基站從該M個子帶中選擇N個子帶，然后給每個簇分配一個子帶，基站給每個簇內的用戶分配在一個子帶內相對位置的ー個信道資源；子帶確定模組，用于根據(jù)簇頭的信道干擾指示基站確定子帶跳頻圖案；以及廣播模組，基站廣播子帶跳頻結果給所有用戶。進ー步地,該基站用CEILQog2 (M ! /(M-N) !))位比特的標志位表示所有子帶的跳頻模式，其中CEIL(X)表示不小于X的最小整數(shù)。進ー步地，該信道干擾指示的第一位表示基站和簇頭在第一子帶信道受外部干擾的狀況，第二位表示基站和簇頭在第二子帶信道受外部干擾的狀況。進ー步地，該信道干擾指示的第一位‘I’表示基站和簇頭在第一子帶信道被外部設備干擾，該信道干擾指示的第二位‘0’表示基站和簇頭基站和簇頭在第二子帶信道是不受外部設備干擾的干凈信道。為達到上述及其他目的，本發(fā)明還提供一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免方法，應用于包括基站、用戶及外部設備的智能電網(wǎng)，該方法包括如下步驟步驟一，k個簇頭發(fā)現(xiàn)外部設備干擾，井向基站報告當前的信道干擾指示；步驟ニ，基站接收到該k個簇頭的信道干擾指示后，嘗試為k個被干擾的簇從(M-N+k)個子帶選擇出k個子帶；步驟三，基站廣播干擾檢測要求給所有的簇頭；步驟四，從基站接收干擾檢測的要求后，未發(fā)現(xiàn)干擾的簇頭掃描所有的M子帶，并報告當前的信道干擾指示給基站； 步驟五，基站根據(jù)接收到的信道干擾指示從M個子帶選擇N個子帯，并避免所有簇收到外部設備的干擾；以及步驟六，基站廣播子帶跳頻結果，每個用戶根據(jù)新分配的子帶將信道切換到新子帶對應的信道。進ー步地，于步驟ニ中，若有足夠的子帶分配給k個簇又避免了外部設備干擾，基站直接獲得子帶分配結果，進入步驟六；否則進入步驟三。進ー步地，于步驟六中，該基站用CEIL(Iog2 (M ! /(M-N) !))比特廣播子帶跳頻結果。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明ー種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)及方法通過將所有用戶分簇，并將簇內的所有用戶分配到子帶內相對位置固定的信道以當簇分配的子帶切換的時候，用戶相應的切換各自的信道對應簇切換后的子帶，不僅避免了外部系統(tǒng)的干擾，而且大大減少了信令開銷，解決了現(xiàn)有技術存在的外部系統(tǒng)干擾以及大用戶量帶來龐大調度信令開銷的問題。
圖I為當前智能電網(wǎng)中采用無線技術的LTE蜂窩系統(tǒng)的系統(tǒng)架構圖；圖2為本發(fā)明一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)的系統(tǒng)架構圖；圖3簇內用戶信道資源預調度示意圖；圖4為簇頭對應的CII信道報告結構；圖5為本發(fā)明一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免方法的步驟流程圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例并結合
本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所掲示的內容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。圖2為本發(fā)明一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)的系統(tǒng)架構圖。如圖2所示，本發(fā)明ー種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)，應用于智能電網(wǎng)中，包括初始化模組201、分配模組202、子帶確定模組203以及廣播模組204。其中，初始化模組201用于將小區(qū)的整個頻譜分為M個子帶，小區(qū)中的所有用戶根據(jù)其地理位置分為N個簇，其中滿足M > N，在ー個簇內，設定其中的一個用戶為簇頭，基站給每個用戶分配一個簇編號。分配模組202，基站根據(jù)簇頭的信道干擾指示(CU，Channel InterfaceIndicator)從M個子帶中選擇N個子帶,然后給姆個簇分配一個子帶，所以基站需要用CEIL (Iog2 (M ! /(M-N) !))位比特的標志位表示所有子帶的跳頻模式。這里函數(shù)CEIL (X)表示不小于X的最小整數(shù)。在此假設，基站和用戶知道子帶跳頻圖案和標志位之間的映射關系?；窘o每個簇內的用戶分配在一個子帶內相對位置的ー個信道資源，如圖3所示，用戶分配到的信道資源在子帶內的位置是相對不變的，即使經(jīng)歷子帶跳頻過程。在這里，信道狀態(tài)信息由CII指示，其結構設計如圖4所示。為方便起見，本發(fā)明中定義的信干比(SINR, Signal to Interference plus Noise Ratio)閾值為 SINRth,例如當SINR小于SINRth時信道是被干擾的，而當SINR大于等于SINRth時信道是未被干擾的。CII的第一位‘I’表示基站和簇頭在第一子帶信道被外部系統(tǒng)干擾，CII的第二位‘0’表示基站和簇頭在第二子帶信道是不受外部干擾的干凈信道?？傊弧甀’代表‘干擾’，位‘0’代表‘無干擾’ ；CII結構中的每個位的位置代表子帶的序列號。因此，所有簇頭只需要花費總共NXM位比特來報告他們的信道狀態(tài)信息，從而相比于原始的信道質量指示(CQI，Channel Quality Indicator)采用CII的指令設計大大降低信令開銷。例如,假設CQI花費も位比特量化用戶和基站之間的信道質量；一個子帶包括K2的渠道；ー個簇包含K3的用戶；報告所有的用戶和基站間的CQI需要花費NXmXK1XK2XK3比特。使用簇頭和CII結構，極大地節(jié)省了信道狀態(tài)信息報告開銷，大概是NXMX (K1XK2XK3-I)比特。
子帶確定模組203，基站根據(jù)簇頭的CII決定子帶跳頻圖案，即，哪個簇被分配到哪個子帯。廣播模組204，基站廣播子帶跳頻結果給所有用戶，從而用戶可以從它的簇編號、簇子帶號以及預調度結果下分配的信道資源獲取其自身分配到的最終信道資源。圖5為本發(fā)明一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免方法的步驟流程圖，如圖5所示，本發(fā)明ー種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免方法，應用于包括基站、用戶及外部設備的智能電網(wǎng)中，包括如下步驟 步驟501，k個簇頭發(fā)現(xiàn)外部干擾，井向基站報告當前的CII。當外部干擾進入小區(qū)的時候，ー些簇頭會發(fā)現(xiàn)他們和基站不能在分配好的信道上成功發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，從而他們發(fā)現(xiàn)了外部干擾。如果ー個簇頭感知到了干擾，它會掃描所有M個子帶，并使用M位比特報告當前的CII給基站。如果有k個被干擾的簇頭，報告上行信令需要花費(kXM)比持。步驟502，當基站從k個簇頭接收到k個CII后，它會嘗試為k個被干擾的簇從(M-N+k)個子帶選擇出k個子帯。如果有足夠的子帶分配給k個簇又避免了外部干擾，那么基站可以直接獲得子帶分配結果，直接接進入步驟506 ;否則進入步驟503。步驟503，基站廣播干擾檢測要求給所有的簇頭，這將花費I比特的下行信令開銷。步驟504，從基站接收干擾檢測的要求后，未發(fā)現(xiàn)干擾的簇頭掃描所有的M子帯，并報告當前CII給基站。由于第I步的時候k個簇頭已經(jīng)上報過CII 了，因此還有(N-k)XM比特的上行信令開銷。步驟505，基站根據(jù)接收到的CII從M個子帶選擇N個子帯，并避免所有簇收到外部系統(tǒng)的干擾。步驟506，基站用CEIL (Iog2 (M ! /(M-N) !))比特廣播子帶跳頻結果，每個用戶根據(jù)新分配的子帶將信道切換到新子帶對應的信道。以下將通過一具體實例對本發(fā)明與原來的LTE使用的CQI結構的調度方案作一比較。如前所述，K1. K2、K3分別表示信道CQI的比特數(shù)、子帶內的信道數(shù)、簇內的用戶數(shù)。在原來的LTE使用的CQI結構的調度方案中，每個用戶花費(K1XK2XM)比特來報告信道狀態(tài)信息的上行信令，一共花費(K1XK2XK3XNXM)比特。然后，(K2XM)的信道可以分配給(K3XN)的用戶。對于下行信令，基站花費CEILdog2(K2XM))比特來指示分配給每個用戶的信道，一共需要(K3XN) XCEILdog2 (K2XM))比特。
權利要求
1.一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)，應用于包括基站、用戶及外部設備的智能電網(wǎng)，包括 初始化模組，用于將小區(qū)的整個頻譜分為M個子帶，該小區(qū)中的所有用戶根據(jù)其地理位置分為N個簇，其中滿足M > N，在ー個簇內，設定其中的一個用戶為簇頭，基站給每個用戶分配一個簇編號； 分配模組，用于根據(jù)簇頭的信道干擾指示基站從該M個子帶中選擇N個子帶，然后給每個簇分配一個子帶，基站給每個簇內的用戶分配在一個子帶內相對位置的ー個信道資源； 子帶確定模組，用于根據(jù)簇頭的信道干擾指示基站確定子帶跳頻圖案；以及 廣播模組，基站廣播子帶跳頻結果給所有用戶。
2.如權利要求I所述的基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)，其特征在于該基站用CEIL(log2(M! /(M-N) !))位比特的標志位表示所有子帶的跳頻模式，其中CEIL(X)表示不小于X的最小整數(shù)。
3.如權利要求I所述的基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)，其特征在于該信道干擾指示的第一位表示基站和簇頭在第一子帶信道受外部干擾的狀況，第二位表示基站和簇頭在第二子帶信道受外部干擾的狀況。
4.如權利要求3所述的基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)，其特征在于該信道干擾指示的第一位‘I’表示基站和簇頭在第一子帶信道被外部設備干擾，該信道干擾指示的第二位‘0’表示基站和簇頭在第二子帶信道是不受外部設備干擾的干凈信道。
5.一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免方法，應用于包括基站、用戶及外部設備的智能電網(wǎng)，包括如下步驟 步驟一，k個簇頭發(fā)現(xiàn)外部設備干擾，井向基站報告當前的信道干擾指示； 步驟ニ，基站接收到該k個簇頭的信道干擾指示后，嘗試為k個被干擾的簇從(M-N+k)個子帶選擇出k個子帶； 步驟三，基站廣播干擾檢測要求給所有的簇頭； 步驟四，從基站接收干擾檢測的要求后，未發(fā)現(xiàn)干擾的簇頭掃描所有的M子帯，并報告當前的信道干擾指示給基站； 步驟五，基站根據(jù)接收到的信道干擾指示從M個子帶選擇N個子帯，并避免所有簇收到外部設備的干擾；以及 步驟六，基站廣播子帶跳頻結果，每個用戶根據(jù)新分配的子帶將信道切換到新子帶對應的信道。
6.如權利要求5所述的基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免方法，其特征在于于步驟ニ中，若有足夠的子帶分配給k個簇又避免了外部設備干擾，基站直接獲得子帶分配結果，進入步驟六；否則進入步驟三。
7.如權利要求5所述的基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免方法，其特征在于于步驟六中，該基站用CEIL(Iog2 (M ! /(M-N) !))比特廣播子帶跳頻結果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于LTE的子帶跳頻外部干擾避免系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括初始化模組，用于將小區(qū)的整個頻譜分為M個子帶，該小區(qū)中的所有用戶根據(jù)其地理位置分為N個簇，其中滿足M≥N，在一個簇內，設定其中的一個用戶為簇頭，基站給每個用戶分配一個簇編號；分配模組，根據(jù)簇頭的信道干擾指示基站從該M個子帶中選擇N個子帶，然后給每個簇分配一個子帶，基站給每個簇內的用戶分配在一個子帶內相對位置的一個信道資源；子帶確定模組，根據(jù)簇頭的信道干擾指示基站確定子帶跳頻圖案；以及廣播模組，基站廣播子帶跳頻結果給所有用戶，通過本發(fā)明，解決了當前智能電網(wǎng)中存在的外部系統(tǒng)干擾及大用戶量帶來龐大調度信令開銷的問題。
文檔編號H04W16/10GK102647720SQ20121012956
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權日2012年4月27日
發(fā)明者俞凱, 劉洪 , 卜智勇, 王海峰, 贠超, 陳實 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所