專網認知無線電多用戶接入和自適應技術研究.pdf

1、230MHz電臺通信系統從上世紀80年代開始使用至今，隨著電力行業(yè)的發(fā)展和業(yè)務的更新，對原有的電力通信系統提出了更高的要求，其中230MHz電力專網通信的研究成為國內的學術界和企業(yè)界關注的焦點。230MHz電力專網擁有國家無線電管理委員會授權的40個離散頻點，具有網絡穩(wěn)定、具有易擴展、易維修、組網靈活、成本低等優(yōu)點，但也存在頻譜利用率低、傳輸速率低、遙信變位和告警信息無法及時上傳等不足。授權頻點的離散分布限制了寬帶通信技術在230MHz

2、無線專網的應用，而認知無線電中的頻譜聚合技術為離散頻點聚合成連續(xù)頻段提供了基礎。在此基礎上，本文針對對230MHz頻段進行了多徑信道建模仿真，并研究了該信道條件下的HARQ傳輸性能和多用戶接入控制方案，解決了原有專網通信系統中頻譜利用率低、傳輸速率低、遙信變位和告警信息等問題。
　　首先，本文介紹了認知無線電技術、電力系統無線通信背景和電力無線專網研究現狀。原有電力無線專網所使用技術在今天的生產環(huán)境中有了較大的局限性，現有的移動通

3、信系統對電力通信系統有著較好的借鑒意義。本文針對專網通信的特點和原有系統的不足提出了無線專網技術應用的改進。
　　其次，本文介紹了電力無線專網通信的基本概況，描述了電力信息采集無線通信系統的物理層架構。隨后描述了電力無線專網通信系統及其業(yè)務特征，總結了230MHz專網通信的優(yōu)勢及特點和研究意義。然后介紹了230MHz無線信道特性，并總結了230MHz所處的VHF頻段的多徑信道參數。針對信道的大尺度衰落進行了城區(qū)、郊區(qū)和農村三個場景

4、下的鏈路預算，得到了不同調制方式下的最大路徑損耗和小區(qū)覆蓋半徑。對230MHz所處的VHF頻段進行無線多徑信道建模，并分析對比了信道模型下多種調制的誤比特率仿真結果。
　　接著，研究了頻譜感知技術在電力無線專網中的應用，包括匹配濾波檢測和能量檢測的單用戶本地檢測以及多用戶合作檢測的頻譜感知方法。通過在AWGN信道、瑞利信道和萊斯信道下的仿真分析與比較，我們發(fā)現信噪比和樣點數是影響單用戶檢測性能的兩個因素，合作用戶數是應用合作檢測性

5、能的重要因素。在OR規(guī)則下，合作用戶數的增加可以使得系統檢測性能在相同信噪比條件下有大幅度的增加，適用于要求漏檢概率最小化、系統需要受干擾較少的情況;在AND規(guī)則下，合作用戶數的增加可以使得系統檢測性能在相同信噪比條件下小幅增加，適用于要求虛警概率最小化、保證信道資源充分利用的情況。OR規(guī)則多用戶合作檢測結合能量檢測的頻譜感知方案更適用于電力無線專網。
　　然后，本文對電力無線專網中HARQ技術的應用進行了研究。通過仿真得到了不同

6、調制方式和不同最大傳輸次數時HARQ-Ⅰ和HARQ-Ⅱ的吞吐率和誤幀率曲線。根據多種信道下HARQ-Ⅰ和HARQ-Ⅱ的吞吐率和誤幀率結果，分析了調制方式和最大傳輸次數對HARQ性能的影響。仿真結果表明，HARQ-Ⅱ相比HARQ-Ⅰ有著更好的性能;調制階數越大可以獲得更好的吞吐率性能，而調制階數越小可以獲得更好的誤幀率性能;最大傳輸次數越大，可以獲得的吞吐率越大、誤幀率越低，但最大傳輸次數超過4次之后所帶來的性能提升變的非常有限。

7、　　最后，本文研究了電力無線專網多用戶接入控制方案。介紹了電力無線專網接入背景，包括傳統專網通信技術背景和專網通信接口協議棧架構，隨后對電力專網通信的物理層幀結構和物理信道進行了設計。根據仿真分析將無線幀長確定為25ms，根據電力專網通信的特點設計了幀結構并將授權頻點劃分為接入頻點和業(yè)務頻點兩類，將物理信道劃分為PBCH、SCH、PDCCH、PRACH、PUCCH和PUSCH。在介紹和分析了230數傳電臺輪詢接入后，我們設計了多用戶隨機