本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的覆蓋面越來越廣、經(jīng)過的地理、氣象條件地區(qū)越來越復(fù)雜。線路走廊需要穿越各種復(fù)雜的地理環(huán)境，如經(jīng)過沼澤、叢林、戈壁和崇山峻嶺等無人區(qū)，這些都使得電力線路的傳統(tǒng)線路巡檢工作更加困難。特別是對于電力線路穿越原始森林邊緣地區(qū)、高海拔、冰雪覆蓋區(qū)以及沿線存在頻繁滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，大部分地區(qū)山高坡陡，交通和通訊極不發(fā)達(dá)時，輸電線路狀態(tài)難以檢測。

輸電線路中信息傳輸?shù)囊粋€關(guān)鍵技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和接入技術(shù)。從組網(wǎng)速度、成本和難易程度來說，使用電信運(yùn)營商的公眾網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸是較好的解決方案，然而，公眾網(wǎng)絡(luò)存在著覆蓋范圍無法覆蓋輸電線路全程、服務(wù)種類和數(shù)據(jù)速率無法滿足像線路視頻監(jiān)控信息傳輸?shù)雀咚俾蕵I(yè)務(wù)的需求、可靠性難以滿足電力監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性要求、收費(fèi)較高、管理困難等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置及使用方法，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決使用公眾網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輸電線路信息傳輸時存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋受限以及傳輸速率低不能滿足電力監(jiān)測系統(tǒng)可靠性要求的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種基于輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置，包括一個中心站和至少兩個中繼站，所述中心站內(nèi)設(shè)置有中心站無線設(shè)備和光纖收發(fā)器，所述每個中繼站中均設(shè)有多天線發(fā)射機(jī)和多天線接收機(jī)，所述中心站分別與第一中繼站、第二中繼站之間無線通信連接，所述第一中繼站與第二中繼站之間通信連接。

下面是對上述技術(shù)方案之一的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

上述所述中心站分別與第一中繼站、第二中繼站通過wimax信號無線通信連接，所述第一中繼站與第二中繼站通過wimax信號無線通信連接。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種基于輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟1：將中心站無線設(shè)備與光纖收發(fā)器融合并實(shí)現(xiàn)基于ofdm的5.8g網(wǎng)絡(luò)信號的無線發(fā)射，之后進(jìn)入步驟2；

步驟2：中心站將wimax信號發(fā)送給相鄰的第一中繼站，之后進(jìn)入步驟3；

步驟3：第一中繼站的多天線發(fā)射機(jī)對中心站發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，中心站和第一中繼站同時將wimax信號發(fā)送給第二中繼站，第二中繼站通過比較選擇其中較強(qiáng)的一個信號，向下個中繼站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，之后進(jìn)入步驟4；

步驟4：第n-1中繼站多天線發(fā)射機(jī)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，第n-2中繼站和第n-1中繼站同時將wimax信號發(fā)送給中繼站n，中繼站n通過比較選擇其中較強(qiáng)的一個信號，向下一個中繼站轉(zhuǎn)發(fā)，其中n＞2，直至轉(zhuǎn)發(fā)到最后一個中繼站，之后結(jié)束。

上述在步驟3中，多天線發(fā)射機(jī)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，即輸電線路中多天線技術(shù)mimo的預(yù)編碼，在slnr預(yù)編碼準(zhǔn)則下，接收端i所對應(yīng)的預(yù)編碼向量wi為矩陣最大特征值對應(yīng)的特征向量，即其中為

若接收端i的接收天線數(shù)為mi，hi為該接收端的mi×ni的信道矩陣，si為發(fā)送給接收端i的字符向量，wi為接收端i的預(yù)編碼矩陣，則某一字符周期的發(fā)射信號為ni維列向量：

若信道噪聲為zi，則接收端i的接收信號為mi維列向量，即：yi＝hix+zi。

上述在步驟4中，還包括中繼站的多天線接收機(jī)的天線選擇過程，其包括以下步驟：

(1)中繼站n通過兩條天線分別接收來自中繼站n-1和中繼站n-2的無線wimax信號；

(2)中繼站n中的多天線接收機(jī)將來自中繼站n-1和中繼站n-2的無線wimax信號數(shù)據(jù)子流分開并解碼；

(3)中繼站n通過比較將兩個子信號中較強(qiáng)的一個信號繼續(xù)向下轉(zhuǎn)發(fā)。

本發(fā)明不僅保證了輸電線路信息傳輸?shù)目煽啃裕以诓辉黾訋捄桶l(fā)射功率的情況下，有效提高了接收端的頻譜效率和功率效率，同時提高了信道容量和鏈路魯棒性，使wimax的接入效率更高，可靠性更強(qiáng)，覆蓋范圍更廣泛。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明基于冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)下行傳輸示意圖。

附圖2為本發(fā)明基于冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)多天線接入系統(tǒng)原理圖。

附圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的基于冗余路徑的多天線mimo信道容量比較示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體的實(shí)施方式。

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1：如附圖1、2所示，基于輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置包括一個中心站和至少兩個中繼站，所述中心站內(nèi)設(shè)置有中心站無線設(shè)備和光纖收發(fā)器，所述每個中繼站中均設(shè)有多天線發(fā)射機(jī)和多天線接收機(jī)，所述中心站分別與第一中繼站、第二中繼站之間無線通信連接，所述第一中繼站與第二中繼站之間通信連接。

在實(shí)際輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置中，根據(jù)需要，可設(shè)置多個中繼站用于傳輸無線網(wǎng)絡(luò)信號。無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的輸電線路基于光纖網(wǎng)絡(luò)作為信號輻射源展開網(wǎng)絡(luò)部署，中心站無線設(shè)備通過與光纖收發(fā)器的融合并實(shí)現(xiàn)基于ofdm調(diào)制的5.8g網(wǎng)絡(luò)信號的無線發(fā)射。根據(jù)線路長距離分布情況，通過wimax增加無線中繼設(shè)備進(jìn)行無線信號的放大和增強(qiáng)，保證信號的長距離傳輸。中繼站采用基于冗余路徑的分布方式，而中繼站之間以及中繼站與中心站之間wimax信號的接入均采用多天線mimo技術(shù)。

可根據(jù)實(shí)際需要，對上述基于輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置作進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

如附圖1、2所示，所述中心站分別與第一中繼站、第二中繼站通過wimax信號無線通信連接，所述第一中繼站與第二中繼站通過wimax信號無線通信連接。

實(shí)施例2：如圖3所示，一種上述基于輸電線路冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟1：將中心站無線設(shè)備與光纖收發(fā)器融合并實(shí)現(xiàn)基于ofdm的5.8g網(wǎng)絡(luò)信號的無線發(fā)射，之后進(jìn)入步驟2；

步驟2：中心站將wimax信號發(fā)送給相鄰的第一中繼站，之后進(jìn)入步驟3；

步驟3：第一中繼站的多天線發(fā)射機(jī)對中心站發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，中心站和第一中繼站同時將wimax信號發(fā)送給第二中繼站，第二中繼站通過比較選擇其中較強(qiáng)的一個信號，向下個中繼站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，之后進(jìn)入步驟4；

步驟4：第n-1中繼站多天線發(fā)射機(jī)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，第n-2中繼站和第n-1中繼站同時將wimax信號發(fā)送給中繼站n，中繼站n通過比較選擇其中較強(qiáng)的一個信號，向下一個中繼站轉(zhuǎn)發(fā)，其中n＞2，直至轉(zhuǎn)發(fā)到最后一個中繼站，之后結(jié)束。

本發(fā)明不僅保證了輸電線路信息傳輸?shù)目煽啃?，而且在不增加帶寬和發(fā)射功率的情況下，有效提高了接收端的頻譜效率和功率效率，同時提高了信道容量和鏈路魯棒性，使wimax的接入效率更高，可靠性更強(qiáng)，覆蓋范圍更廣泛。

如附圖1、2所示，在步驟3中，多天線發(fā)射機(jī)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，即輸電線路中多天線技術(shù)mimo的預(yù)編碼，在slnr預(yù)編碼準(zhǔn)則下，接收端i所對應(yīng)的預(yù)編碼向量wi為矩陣最大特征值對應(yīng)的特征向量，即其中為

若接收端i的接收天線數(shù)為mi，hi為該接收端的mi×ni的信道矩陣，si為發(fā)送給接收端i的字符向量，wi為接收端i的預(yù)編碼矩陣，則某一字符周期的發(fā)射信號為ni維列向量：

若信道噪聲為zi，則接收端i的接收信號為mi維列向量，即：yi＝hix+zi。

在實(shí)際工作時，按照slnr預(yù)編碼準(zhǔn)則設(shè)計出來的預(yù)編碼不僅能夠減小目標(biāo)接收端對其他接收端的干擾，而且能降低整個系統(tǒng)各接收端之間的干擾，提高每個接收端接收信號的sinr。

如附圖1、2所示，在步驟4中，還包括中繼站的多天線接收機(jī)的天線選擇過程，其包括以下步驟：

(1)中繼站n通過兩條天線分別接收來自中繼站n-1和中繼站n-2的無線wimax信號；

(2)中繼站n中的多天線接收機(jī)將來自中繼站n-1和中繼站n-2的無線wimax信號數(shù)據(jù)子流分開并解碼；

(3)中繼站n通過比較將兩個子信號中較強(qiáng)的一個信號繼續(xù)向下轉(zhuǎn)發(fā)。

在上述的第(2)步中，因來自中繼站n-1和中繼站n-2的無線wimax信號數(shù)據(jù)子流同時被發(fā)送到同一個信道，占用同一頻帶，所以需要多天線接收機(jī)將其分開并解碼；當(dāng)?shù)趎中繼站(n≥2)作為接收端時，需要選擇兩根天線同時進(jìn)行接收，首先選擇一根能夠獲得最大容量增量的天線，并在此基礎(chǔ)上，選擇一根能夠獲得最大容量增量的天線作為第二根接收天線；若接收端要從m根接收天線中選擇mr(mr＝1或2)根天線，發(fā)送端天線數(shù)為1，信道噪聲為加性高斯白噪聲，且其復(fù)數(shù)的每一維方差為0.5，天線發(fā)射的平均信號功率為ρ；在選擇出m(m＝1或2)根接收天線時接收端已選出的天線子集對應(yīng)的信道矩陣為m×nt維的矩陣hm，則最大信道容量計算公式為：

實(shí)施例3：如附圖3所示，假設(shè)多輸入多輸出(mimo)信道的信道系數(shù)服從瑞利分布，snr是接收天線的信噪比，m是發(fā)送端的天線數(shù)，n是接收端的天線數(shù)，設(shè)發(fā)射天線和接收天線互不相關(guān)；定義矩陣q為：

則信道公式為：

其中，min是m、n中最小的數(shù)，imin是min×min的單位矩陣，det(·)為矩陣的行列式，h為信道矩陣；

仿真結(jié)果如附圖3所示，由仿真結(jié)果可以看出，隨著天線數(shù)目的增加，系統(tǒng)信道容量隨著接收端信噪比snr的增加而增加的更快。因此mimo系統(tǒng)和siso系統(tǒng)相比，信道容量可以得到很大幅度的提高。利用mimo技術(shù)來實(shí)現(xiàn)輸電線路主干網(wǎng)上無線網(wǎng)絡(luò)wimax的接入，將能大幅提升系統(tǒng)信道容量，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)高速傳輸，同時保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

為了驗證本發(fā)明提出的輸電線路中基于冗余路徑的無線網(wǎng)絡(luò)連接方法的有效性，假設(shè)下行鏈路中第n中繼站將信息成功傳送到第n+1中繼站和第n+2中繼站的概率分別為p、q(0□p，q≤1)，則中繼站n不能成功接收到中心站發(fā)送的信息的概率對比情況如下表1所示。

由表1可得，本發(fā)明的信息傳送失敗概率小于等于一般的無線網(wǎng)絡(luò)連接方法中信息傳送失敗的概率，信息傳輸?shù)目煽啃悦黠@提升。

以上技術(shù)特征構(gòu)成了本發(fā)明的實(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)施效果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來滿足不同情況的需求。

表1中繼站n不能成功接收到中心站發(fā)送的信息的概率對比情況表