[发明专利]一种智能电网通信中的可靠频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网通信领域，主要解决智能电网无线接入时的可靠频谱检测问题，具体涉及一种智能电网通信中的基于预测的可靠频谱感知方法。

背景技术

智能电网以传统的电网框架为基础，采用先进的传感、测量与设备和高效的控制方法，利用高速、双向、集成的通信网络和计算机信息网络为平台，实现电力、信息、业务的高度融合。在智能电网的建设中，通信技术的作用至关重要，建立高效、实时性、集成的通信系统是实现智能电网的基础。

在智能电网系统中，用户终端电表接入到本地控制中心的通信部分，通常称为最后一公里接入。智能电网需要实现更多的终端用户互动，例如实时电表监测。实现以上要求，最后一公里无线接入面临的挑战如下：(1)时间延迟要求高。如果因时延过大导致控制中心没有接收到来自终端传感器的消息输入，控制中心可能会给智能电表终端发送错误的控制消息。(2)传输信息量大。由于终端用户数量巨大，信息传输量必然很大，通信网络应能承载大数据量的消息传输。在设计智能电网最后一公里接入系统时，必须考虑上述因素，以实现可靠高效的通信。

本发明考虑用户终端电表和本地控制中心之间的通信链路采用无线链路的情况，此时最后一公里接入的首要任务是解决无线频谱的选择问题。根据现有技术发展，目前有三种可供选择的频谱方案：(1)电网系统向频谱管理部门申请专用的授权频谱；(2)使用无需授权的公共频谱；(3)采用认知无线电技术，动态利用已授权的频谱。由于当前频谱资源短缺问题比较突出，为电网系统分配专用频谱不太现实，而公共非授权频段当前已有很多应用技术，频谱干扰较大，不能满足电网系统对可靠高效通信的需求。因此，本发明主要关注利用认知无线电技术实现智能电网最后一公里的接入时的通信问题。

认知无线电是一种智能软件定义的无线电技术，在无线电环境探测基础上，调整其配置的无线电频谱的部分，促进高效，可靠和动态使用未充分利用的授权频谱。IEEE802.22是认知无线电基于电视频谱波段的机会利用的第一个标准化项目。利用IEEE 802.22实现智能电网最后一公里的接入方案，具有以下好处：(1)认知无线电充分利用了未使用的电视频段，可以极大的缓解频谱资源不足，满足智能电网对无线接入的频谱需求。(2)可实现高达数十Mbps的传输速率。(3)由于长期支撑电视的传播特性带，覆盖面积可达100公里。(4)认知无线电是自适应的、可编程的和灵活的技术，能够实现对电视频段空闲频谱的动态利用。

根据认知无线电技术的应用模式，灵活利用电视频段白空实现智能电网通信最后一公里接入时，各认知设备(包括智能电表终端和电网控制中心)首先应对所处地理位置的电视频段使用情况进行检测，然后通信双方经过协商后伺机接入未使用的电视信道。在本发明所述的基于认知无线电的智能电网通信系统中，考虑到智能电表终端无线模块的存储和计算能力有限，而电网控制中心具有强大的存储和计算能力的特点，为提高电表终端的频谱感知可靠性，本发明提出一种基于电视信道占用度预测的可靠频谱感知方法。

发明内容

基于以上分析，为了提高智能电网通信系统中电表终端的频谱感知可靠性，本发明提出如下可靠频谱感知方法及系统：

本发明仅考虑利用认知无线电解决智能电网通信最后一公里接入的问题，所述系统由智能电表终端、终端变电站控制中心和区域变电站控制中心组成，采用认知无线电技术动态利用电视频段的空闲频谱，智能电表终端和终端变电站控制中心为认知设备，认知设备在通信之前首先对电视信道进行检测，获取可用信道列表，通信双方经协商后选择一条共同的可用信道进行通信。

所述可靠频谱感知方法的基本思路是：智能电表终端采用能量-相关检测算法对电视信道进行检测，并将检测结果上报给控制中心；控制中心接收到所有终端的检测结果后，通过数据分析和预测，对结果可靠性进行两级判决。针对某个电表终端，第一级判决方法结合其邻居节点的检测结果对当前终端的检测结果做出判定；第二级判决方法由历史检测数据得出信道占用度预测值，结合信道占用度预测值对当前终端的检测结果做出判定。上述方法能够提高智能电网通信系统中频谱感知准确度，并发现故障终端。

所述可靠频谱感知方法包括一种基于数字电视信号PN序列码的能量-相关检测方法和一种基于自回归积分滑动平均模型的信道占用度预测方法。