CN108990074A - 基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法 - Google Patents

基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，包括计算或测量所有候选规划基站的信号发射功率；在终端位置测量1785～1805MHz信号电平和223～235MHz信号电平；计算各个候选规划基站的通信覆盖范围；在地图上进行标示；计算候选规划基站的最佳位置。本发明提供的这种基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，研究了LTE230M和LTE1800M信号频谱及异频组网策略，同时基于实测数据提出最大覆盖和最少基站搜索算法，从而更好的建设适应性和抗干扰性更强、覆盖面更广且符合电力***要求的电力无线专网，而且本发明方法科学可靠。

Description

基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法
技术领域
本发明具体涉及一种基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。
目前，发展安全、可靠、高效的智能电网已经成为必然趋势。智能电网配用电业务具有终端点多面广且分布分散、***容量大、对实时性、可靠性要求高等特点。光纤通信方式虽然具备业务传输能力强的优势，但部署施工难度大、成本高，无法满足对海量配用电终端的全部覆盖。随着无线带宽通信技术的快速发展，作为电力有线光纤通信的补充手段，无线通信对电力配用业务的支持能力已经得到众多的认可，并且越来越多的地方也将无线技术纳入到当地智能电网的建设中，以解决配用电智能全覆盖，信息全采集等技术难题。
在频段资源使用政策上，国家无线电管理委员会发布的《关于印发民用超短波遥测、遥控、数据传输业务频段规划的通知》(国无管[1991]5号)规定，223～235MHz(简称230MHz)频段与1785M～1805MHz(简称1800MHz)频段都可以用来建设电力无线专网。并且现有的电力无线通信***主要包括LTE230***和LTE1800无线带宽通信***。LTE230***是工作在230MHz频段的无线专网通信***，该***依托LTE关键技术和体系架构，结合230MHz频谱离散分布特点，采用载波聚合技术达到带宽传输效果，具有低成本，广覆盖等优势，但自身带宽较小，频段内存也在230M数传电台的干扰，限制了LTE230***的业务能力，难以单独推广其应用价值。1800MHz频段的主要专网***为LTE1800***，该***由标准公网LTE设备改频而来，具有终端带宽大、高带宽业务支持能力强，产业链等优点，但其覆盖面积小，网络建设及维护成本较高，也难以单独支撑起整个智能电网信息全采集传输的业务。
因此，目前尚未有针对电力***无线专网基站建设规划的研究，从而使得针对电力***无线专网基站建设处于空白状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种科学可靠且符合电力***要求的基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法。
本发明提供的这种基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，包括如下步骤：
S1.针对需要进行无线专网规划的区域，计算或测量所有候选规划基站的信号发射功率；
S2.针对需要进行无线专网规划的区域，在所有终端所在的地理位置，测量1785～1805MHz频段噪声干扰电平和223～235MHz频段噪声干扰电平；
S3.根据步骤S1得到的各个候选基站的信号发射功率，计算各个候选规划基站的通信覆盖范围；
S4.将步骤S2得到的各个终端附近的1785～1805MHz频段噪声干扰电平和223～235MHz频段噪声干扰电平，以及步骤S3得到的各个候选规划基站的通信覆盖范围，分别在地图上进行标示；
S5.根据步骤S4得到的标示，计算候选规划基站的最佳位置，从而完成无线专网基站建设规划。
步骤S1所述的计算或测量所有候选规划基站的信号发射功率，具体为对于拟设定的候选规划基站，计算该候选规划基站的信号发射功率；对于已经建立并可以直接利用的基站，则直接测量该候选规划基站的信号发射功率。
步骤S2所述的在所有终端所在的地理位置测量1785～1805MHz频段噪声干扰电平和223～235MHz频段噪声干扰电平，具体为采用如下步骤进行测量：
A.采用频谱分析仪测量该位置的1785～1805MHz频段频谱和223～235MHz频段频谱；
B.1785～1805MHz频段，取频谱仪采的400个频点加软件补的100个频点的电平均值作为该频段的平均噪声干扰电平，223～235MHz频段，确定电力能够使用的40个离散频点所在区间，把频谱仪采的240个频点加软件补的260个频点中分布在这个区间内的频点电平均值作为该频段电力通信的平均噪声干扰电平。
C.对步骤A测量得到的信号电平和噪声电平进行判断：
若任一通信频率下，信号电平与噪声电平的比值小于事先设定的阈值，则认定该位置在该通信频率下干扰较大；
若任一通信频率下，信号电平与噪声电平的比值大于或等于事先设定的阈值，则认定该位置在该通信频率下通信质量可靠。
步骤S3所述的计算各个候选规划基站的通信覆盖范围，具体为采用如下步骤进行计算：
A.采用COST231-Hata模型计算1785～1805MHz通信频段的信号传播损耗；
B.采用Okumura-Hate模型计算223～235MHz通信频段的信号传播损耗；
C.采用如下算式确认各个候选规划基站的通信覆盖范围：候选规划基站的发射功率-信号传播损耗>终端的通信门限值+通信噪声。
步骤S5所述的计算候选规划基站的最佳位置，具体为采用如下步骤进行计算：
(1)选定一个通信频段；
(2)在所有的候选规划基站中，选取一个覆盖终端最多的候选规划基站作为已选定基站；
(3)在剩余的基站中，选择一个覆盖未被已选定基站覆盖的终端最多的基站，并将该选定的基站加入已选定基站；
(4)重复步骤(3)直至所有的终端被基站覆盖，从而得到候选规划基站的位置；
(5)根据各个通信频段的候选规划基站的位置，选择最终的候选规划基站的位置和通信频段，从而完成规划。
本发明提供的这种基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，研究了LTE230M和LTE1800M信号频谱及异频组网策略，同时基于实测数据提出最大覆盖和最少基站搜索算法，从而更好的建设适应性和抗干扰性更强、覆盖面更广且符合电力***要求的电力无线专网，而且本发明方法科学可靠。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，包括如下步骤：
S1.针对需要进行无线专网规划的区域，计算或测量所有候选规划基站的信号发射功率；具体为对于拟设定的候选规划基站，计算该候选规划基站的信号发射功率；对于已经建立并可以直接利用的基站，则直接测量该候选规划基站的信号发射功率；
S2.针对需要进行无线专网规划的区域，在所有终端所在的地理位置，测量1785～1805MHz频段噪声干扰电平和223～235MHz频段噪声干扰电平；具体为采用如下步骤进行测量：
A.采用频谱分析仪测量该位置的1785～1805MHz频段频谱和223～235MHz频段频谱；
B.对1785～1805MHz频段，取频谱仪采的400个频点加软件补的100个频点的电平均值作为该频段的平均噪声干扰电平；对223～235MHz频段，确定电力***能够使用的40个离散频点所在区间，把频谱仪采的240个频点加软件补的260个频点中分布在这个区间内的频点电平均值作为该频段电力通信的平均噪声干扰电平；
C.对步骤A测量得到的信号电平和噪声电平进行判断：
若任一通信频率下，信号电平与噪声电平的比值小于事先设定的阈值，则认定该位置在该通信频率下干扰较大；
若任一通信频率下，信号电平与噪声电平的比值大于或等于事先设定的阈值，则认定该位置在该通信频率下通信质量可靠；
针对需要接入电力无线专网的地区，对该地区的每一个终端进行频谱分析；将频谱分析仪分别接上1800M天线和230M天线进行信号检测，测得每一个终端位置的1800M和230M信号电平和噪声电平，当某频段信号电平与噪声电平的比值低于阈值，则认为此频段的信号干扰较大。这个阈值可以根据不同的环境进行测试，从而得到适用性强的阈值；对通信质量高的地区可以选择一个较高的阈值，对通信质量要求不高的地区可以选择相对较低的阈值，但均保证可以正常通信；根据不同的环境选择不同的阈值，更具有灵活性和适应性，选择较低的阈值可以减少基站数量，因此能带来更高的经济效益；
S3.根据步骤S1得到的各个候选基站的信号发射功率，计算各个候选规划基站的通信覆盖范围；具体为采用如下步骤进行计算：
a.采用COST231-Hata模型计算1785～1805MHz通信频段的信号传播损耗；
主要用于计算1.5GHz以上频率的无线***的信号传播损耗。COST231-Hata电波传播模型是在Oku-mura-Hata模型的基础上,由欧洲研究委员会，COST231工作组对Okumura-Hata模型近一步开发,将频率上限从1500MHz扩展到了2GHz。它是半经验半理论的传播模型,经过了大量实验数据的检验。
COST231-Hata模型的经验公式如下:
LM＝46.33+(44.9-6.55lg(ht))lg(d)+33.9lg(f)-a(hr)-13.82lg(ht)+C
其中C为传播环境校正因子,中型城市及郊区取0,密集大城市区取3；
b.采用Okumura-Hate模型计算223～235MHz通信频段的信号传播损耗；
LTE230采用的理论传播模型为Okumura-Hata模型，主要用于计算频率150～1500MHz。Okumura-Hate模型是根据测试数据统计分析得到的经验模型,适用于VHF和UHF频段,该模型的特点是:以准平坦地形大城市地区的场强中值路径损耗作为基准,对于其它的传播环境和地形条件等因素用校正因子加以修正。
Okumura-Hate模型传播损耗的经验公式为:
LM＝69.55+26.16lg(f)-13.82lg(ht)-α(hr)+[44.9-6.55lg(ht)]lg(d)
式中,f是载波频率,单位为MHz；ht是发射天线有效高度,单位为m；hr是接收天线有效高度,单位为m；d是发射机与接收机之间的距离,单位为km；α(hr)是接收天线高度修正因子,其数值取决于环境因素。在中小城市,a(hr)＝(1.1lg(f)-0.7)hr-(1.56lg(f)-0.8)(dB)；在大城市分两种情况,f≤200MHz时,a(hr)＝8.29(lg1.54hr)2-1.1(dB)，f≥400MHz时,a(hr)＝3.2[lg(11.75hr)]2-4.97(dB)；
根据国网江苏公司《LTE 1.8G与230M对比测试分析报告》结论显示，在城区密集遮挡环境下，LTE 1.8G相比LTE 230M覆盖半径基本一致，LTE 1.8G相比LTE 230M在吞吐量上有明显优势。
对不同环境的路径损耗进行仿真，从仿真结果分析可知，传播距离越大，路径损耗越多。LTE230的传输距离为7km时，路径损耗约为140dB，LTE1800的传输距离约为1.4km，路径损耗便已经达到140dB；当路径损耗为120dB时，LTE230的传输距离约为2km，LTE1800的传输距离为0.5km。可以看出LTE230的覆盖距离优于LTE1800；
不同环境可设置不同的门限值，覆盖指标为RSRP>噪声+门限，其中，RSRP＝基站发射功率–路损，由此确定具体覆盖区域；
c.采用如下算式确认各个候选规划基站的通信覆盖范围：候选规划基站的发射功率-信号传播损耗>终端的通信门限值+通信噪声；
S4.将步骤S2得到的各个终端的1800MHz信号电平和信号230MHz电平，以及步骤S3得到的各个候选规划基站的通信覆盖范围，分别在地图上进行标示；
S5.根据步骤S4得到的标示，计算候选规划基站的最佳位置，从而完成无线专网基站建设规划，具体为采用如下步骤进行计算：
(1)选定一个通信频段；
(2)在所有的候选规划基站中，选取一个覆盖终端最多的候选规划基站作为已选定基站；
(3)在剩余的基站中，选择一个覆盖未被已选定基站覆盖的终端最多的基站，并件该选定的基站加入已选定基站；
(4)重复步骤(3)直至所有的终端被基站覆盖，从而得到候选规划基站的位置；
(5)根据各个通信频段的候选规划基站的位置，选择最终的候选规划基站的位置和通信频段，从而完成规划。

Claims (5)

1.一种基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，包括如下步骤：
S1.针对需要进行无线专网规划的区域，计算或测量所有候选规划基站的信号发射功率；
S2.针对需要进行无线专网规划的区域，在所有终端所在的地理位置，测量1785～1805MHz频段噪声干扰电平和223～235MHz频段噪声干扰电平；
S3.根据步骤S1得到的各个候选基站的信号发射功率，计算各个候选规划基站的通信覆盖范围；
S4.将步骤S2得到的各个终端的1785～1805MHz频段噪声干扰电平和223～235MHz频段噪声干扰电平，以及步骤S3得到的各个候选规划基站的通信覆盖范围，分别在地图上进行标示；
S5.根据步骤S4得到的标示，计算候选规划基站的最佳位置，从而完成无线专网基站建设规划。
2.根据权利要求1所述的基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，其特征在于步骤S1所述的计算或测量所有候选规划基站的信号发射功率，具体为对于拟设定的候选规划基站，计算该候选规划基站的信号发射功率；对于已经建立并可以直接利用的基站，则直接测量该候选规划基站的信号发射功率。
3.根据权利要求2所述的基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，其特征在于步骤S2所述的在所有终端所在的地理位置测量1785～1805MHz频段噪声干扰电平和223～235MHz频段噪声干扰电平，具体为采用如下步骤进行测量：
A.采用频谱分析仪测量该位置的1800MHz和230MHz的信号电平和噪声电平；
B.对1785～1805MHz频段，取频谱仪采的400个频点加软件补的100个频点的电平均值作为该频段的平均噪声干扰电平；对223～235MHz频段，确定电力***能够使用的40个离散频点所在区间，把频谱仪采的240个频点加软件补的260个频点中分布在这个区间内的频点电平均值作为该频段电力通信的平均噪声干扰电平；
C.对步骤A测量得到的信号电平和噪声电平进行判断：
若任一通信频率下，信号电平与噪声电平的比值小于事先设定的阈值，则认定该位置在该通信频率下干扰较大；
若任一通信频率下，信号电平与噪声电平的比值大于或等于事先设定的阈值，则认定该位置在该通信频率下通信质量可靠。
4.根据权利要求3所述的基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，其特征在于步骤S3所述的计算各个候选规划基站的通信覆盖范围，具体为采用如下步骤进行计算：
a.采用COST231-Hata模型计算1785～1805MHz通信频段的信号传播损耗；
b.采用Okumura-Hate模型计算223～235MHz通信频段的信号传播损耗；
c.采用如下算式确认各个候选规划基站的通信覆盖范围：候选规划基站的发射功率-信号传播损耗>终端的通信门限值+通信噪声。
5.根据权利要求1～4之一所述的基于地图信息的电力***无线专网基站建设规划方法，其特征在于步骤S5所述的计算候选规划基站的最佳位置，具体为采用如下步骤进行计算：
(1)选定一个通信频段；
(2)在所有的候选规划基站中，选取一个覆盖终端最多的候选规划基站作为已选定基站；
(3)在剩余的基站中，选择一个覆盖未被已选定基站覆盖的终端最多的基站，并将该选定的基站加入已选定基站；
(4)重复步骤(3)直至所有的终端被基站覆盖，从而得到候选规划基站的位置；
(5)根据各个通信频段的候选规划基站的位置，选择最终的候选规划基站的位置和通信频段，从而完成规划。
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