CN105392205B - 一种面向配用电通信的用户调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向配用电通信的用户调度方法，当到达调度周期时，首先确定各用户各业务已等待时间，以及在最近若干个调度周期内的各个用户接入信道的统计信道状态信息，根据各用户已等待时间和统计信道状态信息，采用最大等待时延约束条件下的最大化吞吐量的准则进行用户调度，以及远端射频单元与用户的配对；所述统计信道状态信息包括信道接收相关阵和信噪比。本发明根据已等待时间是否超过最大时延约束，将各用户业务投入一级业务池和二级业务池，调度方法首先根据一级业务池的需求分配远程射频单元，然后在二级业务池中选择用户业务，以最大化吞吐量的准则进行用户调度，能够在满足用户业务时延约束的情况下充分利用无线通信***带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向配用电通信的用户调度方法，属于电力信息通信技术领域。
背景技术
电力通信***是智能电网建设的基础。智能电网的建设涵盖智能发电、智能输电、智能变电、智能配电、智能用电及智能调度等多个环节，而通信信息技术是智能电网建设的核心支撑平台。在智能电网中的配用电环节，有配电网开关站、配电室、环网柜、柱上开关、配电变压器、分布式能源站点、电动汽车充电站、配电线路、用户小区集中器等多种中低压配用电设施。这些设施的“三遥”、集抄、远程抄表、视频监控、语音调度等业务将源源不断地产生各种不同类型的信息数据。为了实现配电自动化与用电信息采集，需要将这些信息数据及时、准确、安全地传输至主站。除传统的光纤通讯外，智能电网的建设也越来越依赖先进的无线通讯技术的应用，智能输电环节中的输电线路状态监测***的应用对无线通讯的实时性、可靠性和通讯带宽也提出了更高的要求。
为了实现该类电力信息通信需求，根据实际情况的不同，可以考虑采用铺设通信光缆、载波通信、利用无线公网、建设无线专网等不同方法。这些技术方法各自具有不同的特点与优缺点。其中，建设无线专网具有覆盖面广、施工难度相对较低、实施周期相对较短、组网灵活等优势，已成为实现配用电通信的重要技术手段。
在配用电无线专网中，主要有远端射频单元(RRU)与基带单元(BBU)两类设备需要被安置，其中远端射频单元被安置在目标覆盖区域内，以保障目标区域的无线信号覆盖与业务数据承载；而基带单元则通常被安置在中心机房中。这两类设备通常通过光纤相连，且一个基带单元通常可以支持多个远端射频单元。
在配用电无线专网中，各类用户通常具有不同的业务类型，对通信***的要求也不尽相同。例如安全设备对通信***的延时和可靠性要求最高；集抄用户数量较大，却对通信实时性要求较低；视频监控业务对速率要求较高，对传输时延也有一定的要求。业务的多样性对通信***的调度提出了新的要求。首先，基站需要在特定的调度周期中确定哪些用户的哪些业务将被调用，对延时要求较高的用户具有较高的调度优先级；第二，基站需要分配与被调用的用户进行通信的远程射频单元，选择不同的用户与远程射频单元的配对，对各用户的通信速率以及***的吞吐量具有较大的影响；
针对该问题，传统的无线通信用户调度方法通常以比例公平或者最大化吞吐量作为准则，无法满足配用电无线专网业务多样性与特殊性的要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种面向配用电通信的用户调度方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种面向配用电通信的用户调度方法，当到达调度周期时，首先确定各用户各业务已等待时间，以及在最近若干个调度周期内的各个用户接入信道的统计信道状态信息，根据各用户已等待时间和统计信道状态信息，采用最大等待时延约束条件下的最大化吞吐量的准则进行用户调度，以及远端射频单元与用户的配对；所述统计信道状态信息包括信道接收相关阵和信噪比。
各用户不断产生一种或一种以上业务数据，每种业务均具有特定的时延约束。
所述统计信道状态信息的计算由若干个调度周期组成的时间窗口内的信道估计值计算；
第u个用户的信道接收相关阵Ru为，
其中，M为远端射频单元数目，K为时间窗口内的信道样本个数，为hu,k的共轭转置操作，hu,k为第k个信道样本第u个用户到基站的信道估计值；
第u个用户到第m个远端射频单元的信噪比SNRu,m为，
SNRu,m＝Puru,m/σ2
其中，Pu为第u个用户的发送功率，ru,m为Ru的第m个对角元素，σ2为加性高斯白噪声，m∈[1,M]。
用户调度以及远端射频单元与用户的配对的过程为，
步骤一，定义调度用户集合远端射频单元集合Q；
步骤二，判断各用户的各个业务已等待时间是否超过对应的最大时延约束，如果是，则将业务加入一级业务池，否则加入二级业务池；
步骤三，在到达调度周期时，确定一级业务池中的用户集合U+，对于U+中的每个用户，根据信噪比确定与之配对的远端射频单元，并将配对后的远端射频单元加入远端射频单元集合Q；
与第u个用户配对的远端射频单元qu＝argmaxm SNRu,m；
步骤四，定义除去U+中的用户，剩余的用户用集合U-表示；
定义调度用户集合初始化对于U-中的每个用户，根据信噪比确定与之配对的远端射频单元，如果配对后的远端射频单元为Q中的元素，则将对应的用户加入调度用户集合
当下一个调度周期到来之前，只激活Q中的远端射频单元，其余远端射频单元无需激活，在调度用户集合和与之配对的远端射频单元集合Q之间，进行多用户空分多址通信。
本发明所达到的有益效果：1、本发明提供了一种面向配用电分布式无线通信***的用户调度以及用户与远端射频单元配对方法，该方法将根据已等待时间是否超过最大时延约束，将各用户业务投入一级业务池和二级业务池，调度方法首先根据一级业务池的需求分配远程射频单元，然后在二级业务池中选择用户业务，以最大化吞吐量的准则进行用户调度，能够在满足用户业务时延约束的情况下充分利用无线通信***带宽；2、本发明与普通调度方法比较，解决了***用户业务需求的多样性要求，在保障高可靠性需求业务最大等待时延的条件下，充分利用多个远端射频单元，与多个用户进行空分多址通信，使得***吞吐量最大。
附图说明
图1为配用电分布式无线通信***的示意图。
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，为配用电分布式无线通信***的示意图，在无线专网的覆盖范围内，散布了若干配用电设备。这些配用电设备在运行过程中将不断产生各种电力信息数据，包括“三遥”、集抄、远程抄表、视频监控、语音调度等。***包括一个配置分布式多天线的基站，以及多个配置单天线的配用电设备，基站由远端射频单元、光纤和基带单元组成。远端射频单元主要包括天线与射频单元，分布在小区的各个位置，其主要功能为接收无线终端发送的射频无线信号，并将接收到的射频信号通过光纤传输到基带单元；基带单元负责基带信号处理，根据远端射频单元送来的信号进行数字解调。多个配用电设备分布在小区内，每个终端配置一个天线。由于基站采用了分布式多天线，各配用电设备可就近连接，通过无线通信接入小区，独立进行数据传输，然后将信息数据通过电力***自有的光纤骨干网传输至电力主站***进行处理。
在本实施例中，配用电设备被称为用户，配用电设备需要传输的业务被称为用户业务。假设单小区(1个基带单元)范围内一共有U个用户，M个远端射频单元，各用户不断产生一种或一种以上业务数据，等待与基带单元进行通信。各用户各类型业务由于业务性质关系，均具有特定的时延约束，定义Tun表示第u个用户第n个业务的时延约束。
用户调度的目标是从待传输的用户池中选择若干个用户，将有限的无线资源(时间、频率)分配给它们，并在M个远端射频单元中选择若干个与调度用户进行通信。调度通常以一定周期进行，在本实施例中，假定以50ms为周期进行用户调度。
如图2所示，用户调度方法，具体过程为：当到达调度周期时，首先确定各用户各业务已等待时间，以及在最近若干个调度周期内的各个用户接入信道的统计信道状态信息，统计信道状态信息包括信道接收相关阵和信噪比，根据各用户已等待时间和统计信道状态信息，采用最大等待时延约束条件下的最大化吞吐量的准则进行用户调度，以及远端射频单元与用户的配对。
统计信道状态信息的计算由若干个调度周期组成的时间窗口内的信道估计值计算；第u个用户的信道接收相关阵Ru为，
其中，M为远端射频单元数目，K为时间窗口内的信道样本个数，为hu,k的共轭转置操作，hu,k为第k个信道样本第u个用户到基站的信道估计值；
第u个用户到第m个远端射频单元的信噪比SNRu,m为，
SNRu,m＝Puru,m/σ2
其中，Pu为第u个用户的发送功率，ru,m为Ru的第m个对角元素，σ2为加性高斯白噪声，m∈[1,M]。
用户调度以及远端射频单元与用户的配对的过程为：
步骤一，定义调度用户集合远端射频单元集合Q；
步骤二，判断各用户的各个业务已等待时间是否超过对应的最大时延约束，如果是，则将业务加入一级业务池，否则加入二级业务池；
步骤三，在到达调度周期时，确定一级业务池中的用户集合U+，对于U+中的每个用户，根据信噪比确定与之配对的远端射频单元，并将配对后的远端射频单元加入远端射频单元集合Q；
与第u个用户配对的远端射频单元qu＝argmaxm SNRu,m；
步骤四，定义除去U+中的用户，剩余的用户用集合U-表示；
定义调度用户集合初始化对于U-中的每个用户，根据信噪比确定与之配对的远端射频单元，如果配对后的远端射频单元为Q中的元素，则将对应的用户加入调度用户集合
当下一个调度周期到来之前，只激活Q中的远端射频单元，其余远端射频单元无需激活，在调度用户集合和与之配对的远端射频单元集合Q之间，进行多用户空分多址通信。
上述的用户调度方法，根据已等待时间是否超过最大时延约束，将各用户业务投入一级业务池和二级业务池，调度方法首先根据一级业务池的需求分配远程射频单元，然后在二级业务池中选择用户业务，以最大化吞吐量的准则进行用户调度，能够在满足用户业务时延约束的情况下充分利用无线通信***带宽；与普通调度方法比较，解决了***用户业务需求的多样性要求，在保障高可靠性需求业务最大等待时延的条件下，充分利用多个远端射频单元，与多个用户进行空分多址通信，使得***吞吐量最大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种面向配用电通信的用户调度方法，其特征在于：当到达调度周期时，首先确定各用户各业务已等待时间，以及在最近若干个调度周期内的各个用户接入信道的统计信道状态信息，根据各用户已等待时间和统计信道状态信息，采用最大等待时延约束条件下的最大化吞吐量的准则进行用户调度，以及远端射频单元与用户的配对；所述统计信道状态信息包括信道接收相关阵和信噪比；
所述统计信道状态信息的计算由若干个调度周期组成的时间窗口内的信道估计值计算；
第u个用户的信道接收相关阵Ru为，
其中，M为远端射频单元数目，K为时间窗口内的信道样本个数，为hu,k的共轭转置操作，hu,k为第k个信道样本第u个用户到基站的信道估计值；
第u个用户到第m个远端射频单元的信噪比SNRu,m为，
SNRu,m＝Puru,m/σ2
其中，Pu为第u个用户的发送功率，ru,m为Ru的第m个对角元素，σ2为加性高斯白噪声，m∈[1,M]。
2.根据权利要求1所述的一种面向配用电通信的用户调度方法，其特征在于：各用户不断产生一种或一种以上业务数据，每种业务均具有特定的时延约束。
3.根据权利要求1所述的一种面向配用电通信的用户调度方法，其特征在于：用户调度以及远端射频单元与用户的配对的过程为，
步骤一，定义调度用户集合远端射频单元集合Q；
步骤二，判断各用户的各个业务已等待时间是否超过对应的最大时延约束，如果是，则将业务加入一级业务池，否则加入二级业务池；
步骤三，在到达调度周期时，确定一级业务池中的用户集合U+，对于U+中的每个用户，根据信噪比确定与之配对的远端射频单元，并将配对后的远端射频单元加入远端射频单元集合Q；
与第u个用户配对的远端射频单元qu＝argmaxmSNRu,m；
步骤四，定义除去U+中的用户，剩余的用户用集合U-表示；
定义调度用户集合初始化对于U-中的每个用户，根据信噪比确定与之配对的远端射频单元，如果配对后的远端射频单元为Q中的元素，则将对应的用户加入调度用户集合
4.根据权利要求3所述的一种面向配用电通信的用户调度方法，其特征在于：当下一个调度周期到来之前，只激活Q中的远端射频单元，其余远端射频单元无需激活，在调度用户集合和与之配对的远端射频单元集合Q之间，进行多用户空分多址通信。
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