本發明涉及移動通信技術領域，是一種基于輸電線路冗余路徑的無線網絡連接裝置及使用方法。

背景技術：

隨著我國電網建設的快速發展，電網的覆蓋面越來越廣、經過的地理、氣象條件地區越來越復雜。線路走廊需要穿越各種復雜的地理環境，如經過沼澤、叢林、戈壁和崇山峻嶺等無人區，這些都使得電力線路的傳統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、高海拔、冰雪覆蓋區以及沿線存在頻繁滑坡、泥石流等地質災害，大部分地區山高坡陡，交通和通訊極不發達時，輸電線路狀態難以檢測。

輸電線路中信息傳輸的一個關鍵技術是無線網絡的覆蓋和接入技術。從組網速度、成本和難易程度來說，使用電信運營商的公眾網絡服務進行無線數據傳輸是較好的解決方案，然而，公眾網絡存在著覆蓋范圍無法覆蓋輸電線路全程、服務種類和數據速率無法滿足像線路視頻監控信息傳輸等高速率業務的需求、可靠性難以滿足電力監測系統的可靠性要求、收費較高、管理困難等缺點。

技術實現要素：

本發明提供了一種基于輸電線路冗余路徑的無線網絡連接裝置及使用方法，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決使用公眾網絡進行輸電線路信息傳輸時存在網絡覆蓋受限以及傳輸速率低不能滿足電力監測系統可靠性要求的問題。

本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的：一種基于輸電線路冗余路徑的無線網絡連接裝置，包括一個中心站和至少兩個中繼站，所述中心站內設置有中心站無線設備和光纖收發器，所述每個中繼站中均設有多天線發射機和多天線接收機，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。

下面是對上述技術方案之一的進一步優化或/和改進：

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。

本發明的技術方案之二是通過以下措施來實現的：一種基于輸電線路冗余路徑的無線網絡連接裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟1：將中心站無線設備與光纖收發器融合并實現基于ofdm的5.8g網絡信號的無線發射，之后進入步驟2；

步驟2：中心站將wimax信號發送給相鄰的第一中繼站，之后進入步驟3；

步驟3：第一中繼站的多天線發射機對中心站發送的數據進行編碼處理，中心站和第一中繼站同時將wimax信號發送給第二中繼站，第二中繼站通過比較選擇其中較強的一個信號，向下個中繼站進行轉發，之后進入步驟4；

步驟4：第n-1中繼站多天線發射機對接收的數據進行編碼處理，第n-2中繼站和第n-1中繼站同時將wimax信號發送給中繼站n，中繼站n通過比較選擇其中較強的一個信號，向下一個中繼站轉發，其中n＞2，直至轉發到最后一個中繼站，之后結束。

上述在步驟3中，多天線發射機對接收的數據進行編碼處理，即輸電線路中多天線技術mimo的預編碼，在slnr預編碼準則下，接收端i所對應的預編碼向量wi為矩陣最大特征值對應的特征向量，即其中為

若接收端i的接收天線數為mi，hi為該接收端的mi×ni的信道矩陣，si為發送給接收端i的字符向量，wi為接收端i的預編碼矩陣，則某一字符周期的發射信號為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中的多天線接收機將來自中繼站n-1和中繼站n-2的無線wimax信號數據子流分開并解碼；

(3)中繼站n通過比較將兩個子信號中較強的一個信號繼續向下轉發。

本發明不僅保證了輸電線路信息傳輸的可靠性，而且在不增加帶寬和發射功率的情況下，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，覆蓋范圍更廣泛。

附圖說明

附圖1為本發明基于冗余路徑的無線網絡下行傳輸示意圖。

附圖2為本發明基于冗余路徑的無線網絡多天線接入系統原理圖。

附圖3為本發明實施例3的基于冗余路徑的多天線mimo信道容量比較示意圖。

具體實施方式

本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述：

實施例1：如附圖1、2所示，基于輸電線路冗余路徑的無線網絡連接裝置包括一個中心站和至少兩個中繼站，所述中心站內設置有中心站無線設備和光纖收發器，所述每個中繼站中均設有多天線發射機和多天線接收機，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。

在實際輸電線路冗余路徑的無線網絡連接裝置中，根據需要，可設置多個中繼站用于傳輸無線網絡信號。無線網絡覆蓋的輸電線路基于光纖網絡作為信號輻射源展開網絡部署，中心站無線設備通過與光纖收發器的融合并實現基于ofdm調制的5.8g網絡信號的無線發射。根據線路長距離分布情況，通過wimax增加無線中繼設備進行無線信號的放大和增強，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。

可根據實際需要，對上述基于輸電線路冗余路徑的無線網絡連接裝置作進一步優化或/和改進：

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絡連接裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟1：將中心站無線設備與光纖收發器融合并實現基于ofdm的5.8g網絡信號的無線發射，之后進入步驟2；

步驟2：中心站將wimax信號發送給相鄰的第一中繼站，之后進入步驟3；

步驟3：第一中繼站的多天線發射機對中心站發送的數據進行編碼處理，中心站和第一中繼站同時將wimax信號發送給第二中繼站，第二中繼站通過比較選擇其中較強的一個信號，向下個中繼站進行轉發，之后進入步驟4；

步驟4：第n-1中繼站多天線發射機對接收的數據進行編碼處理，第n-2中繼站和第n-1中繼站同時將wimax信號發送給中繼站n，中繼站n通過比較選擇其中較強的一個信號，向下一個中繼站轉發，其中n＞2，直至轉發到最后一個中繼站，之后結束。

本發明不僅保證了輸電線路信息傳輸的可靠性，而且在不增加帶寬和發射功率的情況下，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，覆蓋范圍更廣泛。

如附圖1、2所示，在步驟3中，多天線發射機對接收的數據進行編碼處理，即輸電線路中多天線技術mimo的預編碼，在slnr預編碼準則下，接收端i所對應的預編碼向量wi為矩陣最大特征值對應的特征向量，即其中為

若接收端i的接收天線數為mi，hi為該接收端的mi×ni的信道矩陣，si為發送給接收端i的字符向量，wi為接收端i的預編碼矩陣，則某一字符周期的發射信號為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。

在實際工作時，按照slnr預編碼準則設計出來的預編碼不僅能夠減小目標接收端對其他接收端的干擾，而且能降低整個系統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中的多天線接收機將來自中繼站n-1和中繼站n-2的無線wimax信號數據子流分開并解碼；

(3)中繼站n通過比較將兩個子信號中較強的一個信號繼續向下轉發。

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信號數據子流同時被發送到同一個信道，占用同一頻帶，所以需要多天線接收機將其分開并解碼；當第n中繼站(n≥2)作為接收端時，需要選擇兩根天線同時進行接收，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，發送端天線數為1，信道噪聲為加性高斯白噪聲，且其復數的每一維方差為0.5，天線發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：

實施例3：如附圖3所示，假設多輸入多輸出(mimo)信道的信道系數服從瑞利分布，snr是接收天線的信噪比，m是發送端的天線數，n是接收端的天線數，設發射天線和接收天線互不相關；定義矩陣q為：

則信道公式為：

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

仿真結果如附圖3所示，由仿真結果可以看出，隨著天線數目的增加，系統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系統和siso系統相比，信道容量可以得到很大幅度的提高。利用mimo技術來實現輸電線路主干網上無線網絡wimax的接入，將能大幅提升系統信道容量，實現大量數據高速傳輸，同時保證數據傳輸的可靠性。

為了驗證本發明提出的輸電線路中基于冗余路徑的無線網絡連接方法的有效性，假設下行鏈路中第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送的信息的概率對比情況如下表1所示。

由表1可得，本發明的信息傳送失敗概率小于等于一般的無線網絡連接方法中信息傳送失敗的概率，信息傳輸的可靠性明顯提升。

以上技術特征構成了本發明的實施例，其具有較強的適應性和實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特征，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送的信息的概率對比情況表