5G电力场景下的波束优化法、通信方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种5G电力场景下的波束优化法、通信方法及系统，本发明专利技术通过传输短包来有效降低通信时延，并构建短包波束形成优化模型，该模型以最大化所有所述通信用户对应的所述可达速率的加权和为目标，通过迭代求解各个通信用户对应的短包波束形成优化模型，获得各个通信用户对应的短包波束形成向量，基于短包波束形成向量进行信号传输，能够有效增大电力系统中传输速率、提升传输可靠性以及满足用户低时延的需求。低时延的需求。低时延的需求。

【技术实现步骤摘要】
5G电力场景下的波束优化法、通信方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种5G电力场景下的波束优化法、通信方法及系统，属于电力通信


技术介绍

[0002]第五代移动特性技术(5th generation wireless systems,5G)旨在提供高可靠、低时延以及高数据速率的通信服务，以实现更稳定、更高效的无线通信架构。在智能电网建设当中，通过应用5G技术，能够构建配网自动化的通信网络系统，同时满足配网稳定等延时容忍性能需求。同时，业务多样性以及用户数量的增加对通信服务指标和系统提出了更高的要求。为了提供毫秒级超低时延以及功能灵活可编排的通信服务，满足5G场景下电力终端、电网设备、用户爆发式的通信需求，5G场景下端到端的低延时抖动控制是最关键的技术之一。
[0003]在现有的电力无线通信中，大部分都是基于单天线的基站进行数据传输，同时采用传统的时分多址或者频分多址。虽然单天线系统能够很简单的进行配置以及安装，然而将多天线以及多输入多输出引入到电力场景时，难以满足5G电力场景低时延、高可靠通信的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种5G电力场景下的波束优化法、通信方法及系统，解决了现有通信方法难以满足5G电力场景低时延、高可靠通信需求的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]5G电力场景下的波束优化方法，包括：
[0007]获取目标基站预设范围内的所有通信用户的通信信息，根据各个所述通信用户的通信信息，并计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率；
[0008]根据各个所述通信用户对应的所述可达速率，构建各个所述通信用户对应的短包波束形成优化模型；其中，所述短包波束形成优化模型以最大化所有所述通信用户对应的所述可达速率的加权和为优化目标
[0009]迭代求解各个所述通信用户对应的所述短包波束形成优化模型，获得各个所述通信用户对应的短包波束形成向量。
[0010]所述通信用户的通信信息包括所述通信用户的坐标和天线角度。
[0011]根据各个所述通信用户的通信信息，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，包括：
[0012]根据各个所述通信用户的通信信息，计算各个所述通信用户对应的无线信道系数；
[0013]根据各个所述通信用户对应的无线信道系数，计算各个所述通信用户对应的无线信道的信干燥比；
[0014]根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率。
[0015]根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，包括：
[0016]根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比，计算各个所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数；
[0017]根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比、所述信道散布参数、给定的误码率需求量和传输延时，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率。
[0018]所述信干燥比的计算公式为：
[0019][0020]其中，M为所述通信用户的数量，h
m
为所述目标基站与第m个所述通信用户之间的无线信道系数，γ
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的信干燥比，w
m
为所述目标基站向第m个所述通信用户传输信号之前赋予的信号权重，w
j
为所述目标基站向第j个所述通信用户传输信号之前赋予的信号权重，σ
m
为所述目标基站向第m个所述通信用户传输信号时的传输噪声。
[0021]所述可达速率的计算公式为：
[0022][0023]其中，R
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，γ
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的信干燥比，V
m
为第m个所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数，B
m
为分配给第m个所述通信用户的带宽，T为给定的传输延时，ε
m
为第m个所述通信用户对应的给定的误码率需求量，Q
‑1(
·
)为Q方程的反函数。
[0024]所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数的计算公式为：
[0025]V
m
＝1
‑
(1+γ
m
)
‑2[0026]其中，γ
m
为第m个所述通信用户对应无线信道的信干燥比，V
m
为第m个所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数。
[0027]所述短包波束形成优化模型包括目标函数和约束条件；
[0028]其中，所述目标函数为：
[0029][0030]其中，R
sum
为所述通信用户对应的可达速率的加权和，R
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，u
m
为第m个所述通信用户的性能权重，M为所述通信用户的数量；
[0031]所述约束条件为：
[0032][0033]R
m
≥Γ
m
；
[0034]其中，P
max
为所述目标基站的最大传输功率，w
m
为所述目标基站向第m个所述通信用户传输信号之前赋予的信号权重，表示w
m
的共轭转置向量，Γ
m
为通信用户速率要求的门限值。
[0035]迭代求解各个所述通信用户对应的所述短包波束形成优化模型，获得各个所述通信用户对应的短包波束形成向量，包括：
[0036]采用辅助变量t
m
和秩1约束下的半正定变量W
m
，将所有所述通信用户对应的可达速率的加权和转化为两个凹函数相减的形式，得到优化后的所有所述通信用户对应的可达速率的加权和R
sum
为：
[0037][0038]其中，γ
m
为第m个所述通信用户对应无线信道的信干燥比，γ
j
为第j个所述通信用户对应无线信道的信干燥比，σ
m
为所述目标基站向第m个所述通信用户传输信号时的传输噪声，为定义符号，V
m
为第m个所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数，B
m
为分配给第m个所述通信用户的带宽，T为给定的传输延时，ε
m
为第m个所述通信用户对应的给定的误码率需求量，Q
‑1(
·
)为Q方程的反函数；
[0039]对函数T
m
和包含W
m
的凹函数f
m
(W
m
)进行一阶泰勒展开，并采用逐次迭代方法，分别获得函数T
m
和f
m
(W
m
)的近似函数；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，包括：获取目标基站预设范围内的所有通信用户的通信信息，根据各个所述通信用户的通信信息，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率；根据各个所述通信用户对应的所述可达速率，构建各个所述通信用户对应的短包波束形成优化模型；其中，所述短包波束形成优化模型以最大化所有所述通信用户对应的所述可达速率的加权和为优化目标；迭代求解各个所述通信用户对应的所述短包波束形成优化模型，获得各个所述通信用户对应的短包波束形成向量。2.根据权利要求1所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，所述通信用户的通信信息包括所述通信用户的坐标和天线角度。3.根据权利要求1所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，根据各个所述通信用户的通信信息，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，包括：根据各个所述通信用户的通信信息，计算各个所述通信用户对应的无线信道系数；根据各个所述通信用户对应的无线信道系数，计算各个所述通信用户对应的无线信道的信干燥比；根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率。4.根据权利要求3所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，包括：根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比，计算各个所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数；根据各个所述通信用户对应的所述信干燥比、所述信道散布参数、给定的误码率需求量和传输延时，计算各个所述通信用户对应的无线信道的可达速率。5.根据权利要求3所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，所述信干燥比的计算公式为：其中，M为所述通信用户的数量，h
m
为所述目标基站与第m个所述通信用户之间的无线信道系数，γ
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的信干燥比，w
m
为所述目标基站向第m个所述通信用户传输信号之前赋予的信号权重，w
j
为所述目标基站向第j个所述通信用户传输信号之前赋予的信号权重，σ
m
为所述目标基站向第m个所述通信用户传输信号时的传输噪声。6.根据权利要求4所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，所述可达速率的计算公式为：
其中，R
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，γ
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的信干燥比，V
m
为第m个所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数，B
m
为分配给第m个所述通信用户的带宽，T为给定的传输延时，ε
m
为第m个所述通信用户对应的给定的误码率需求量，Q
‑1(
·
)为Q方程的反函数。7.根据权利要求4所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数的计算公式为：V
m
＝1
‑
(1+γ
m
)
‑2其中，γ
m
为第m个所述通信用户对应无线信道的信干燥比，V
m
为第m个所述通信用户对应的短包传输下的信道散布参数。8.根据权利要求1所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，所述短包波束形成优化模型包括目标函数和约束条件；其中，所述目标函数为：其中，R
sum
为所述通信用户对应的可达速率的加权和，R
m
为第m个所述通信用户对应的无线信道的可达速率，u
m
为第m个所述通信用户的性能权重，M为所述通信用户的数量；所述约束条件为：R
m
≥Γ
m
；其中，P
max
为所述目标基站的最大传输功率，w
m
为所述目标基站向第m个所述通信用户传输信号之前赋予的信号权重，表示w
m
的共轭转置向量，Γ
m
为通信用户速率要求的门限值。9.根据权利要求8所述的5G电力场景下的波束优化方法，其特征在于，迭代求解各个所述通信用户对应的所述短包波束形成优化模型，获得各个所述通信用户对应的短包波束形成向量，包括：采用辅助变量t
m
和秩1约束下的半正定变量W
m
，将所有所述通信用户对应的可达速率的加权和转化为两个凹函数相减的形式，得到优化后的所有所述通信用...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞宝银，杨鸿珍，万德春，曾成，李朗，李文猛，黄鑫，盛立建，李秀彩，张华，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司东南大学国网电科院检测认证技术有限公司，
类型：发明
国别省市：