低压电力线载波通信测试设备的研制

电力技术来源：北极星电力网发布时间：2016-03-22 00:00:00 阅读量：818 次内容关键词：低压电力线 通信测试设备

  在低压电力用户用电信息采集系统中，主要采用电力线载波和短距离(微功率)无线通信方式，并以低压电力线窄带载波通信方式为主。然而受低压配电网信道环境中传输衰减、噪声干扰和阻抗变化等因素的影响，电力线载波通信的可靠性难以得到保证，严重影响系统的稳定运行。也就是说，电力线载波通信设备的通信性能将直接影响到用电信息采集系统的整体性能。
       目前，载波通信技术有多种实现方案，载波信号调制方式、中心频点、路由协议和信号祸合方式等各不相同。尽管每种技术都有其独特的优越性，但也有其不利因素。就国内产品而言，已进入多元化时代，主要应用的就有鼎信、东软、晓程、力合微、瑞斯康、盛吉高科和弥亚微等厂家。各厂家的载波通信模块的性能均有所差异，厂家提供的抄表产品性能指标通常都符合标准。但由于测试装备有限，测试手段有一定局限性，无法对载波通信产品的通信功能进行合理验证，致使产品性能的检验与应用需求脱节，所以有必要进行相关的测试和评估，为选用合适的载波设备提供技术支持和依据。鉴于以上原因，国内外相关机构正在从测试方法、测试设备、测试平台以及评价机制等方面对载波设备的通信性能测试进行积极地研究和探索。本文介绍了一种信道参数可控的载波通信测试设备，并就进一步的性能测试应用中存在的问题进行一些探讨。
一、一种载波通信性能测试设备的研制
1、总体研制思路
      电力线载波通信性能测试设备的研制，主要考虑3个方面的因素作为设计指导原则。一是实验室环境下模拟低压配电网电力线传输信道特点；二是参考电力行业以及国家相关标准要求的测试项目；三是以测试主机为交互中心，以传输信道参数可程控调节为手段，建立自动化的载波通信性能测试装置。
2、设备组成

测试设备的构建以模拟低压电力线传输环境为主要任务，其架构如图1所示。主要组成部分包括：三相净化稳压电源、程控相位选择模块、载波隔离器、测试主机系统、程控衰减网络、程控负载选择网络、噪声发生器和信号测量部分。信道模拟装置包括程控衰减网络、程控噪声源和程控阻抗模拟器，以模拟载波信号传输环境。而信号测量模块包括频谱分析仪和数字示波器，人工电源网络提供载波电平测试阻抗参考环境，保证测试结果符合相关标准和规范要求。
二、抗噪声性能测试
在实验室环境下，不加噪声测试信道误码率或者通信传输成功率基本上没有明显意义。低压电力线对于载波抄表具有高衰减、强干扰和阻抗结构可变等动态时变特征，现场信道环境恶劣。目前还缺乏权威机构针对低压电力线的特征进行全面有效的测试和分析，甚至家用电器对载波抄表的影响还没有正式的测试数据。因此，测试设备注入噪声的方式、类型和电平等因素在测试测量中尤显突出。
1、干扰源的注入策略

      图2为低压电力线载波通信抗噪声性能测试原理框图。低压电力线噪声由多类复杂噪声共同组成，包括背景噪声、随机脉冲噪声和周期脉冲噪声。为了逼近现场噪声场景，在电力线载波传输链路上叠加不同的干扰源，同时调节干扰强度。
噪声模拟器属于测试测量数据采集设备，可以自己研制，也可以采用专业公司提供的测试采集解决方案。例如，美国国家仪器(NI)公司的数字化仪，结合NILabview采集控制、存储分析软件和Matlab分析软件，能够完成对电力线噪声信号的采集、保存和数据深加工。
2、抗噪声性能试验流程
      试验项目为一定信噪比条件下的通信成功率测试，噪声环境有4种，即白噪声、同频噪声、脉冲噪声和场景模拟噪声。以RMS方式对噪声和信号强度进行测量，测量带宽超过信号传输带宽，由信号分析仪完成，通信成功率由测试主机按照标准协议实现，衰减量和噪声叠加均由主机程控。
      测试评估。针对不同的噪声类型和噪声功率，会形成一定的信噪比条件，通信成功率也会随之变化，据此可以判断其抗噪性能。例如对于脉冲噪声条件，如果在-10dBm时达不到通过成功率，则认为试验不通过；而对于白噪声，达不到-5dBm的条件时，则判断为试验不通过。信噪比条件判断临界值需要行业标准。
三、灵敏度测试及抗衰减性能测试
      在用电信息采集系统相关系列规范中，专网无线、公网无线都提到了接收灵敏度指标，但对电力线载波信道仅有传输误码率性能要求，而没有灵敏度方面的性能要求。因而，有业内人士提出需要增加适当的通信能力指标和环境适应性指标来针对低压电力线的恶劣环境和时变特性，通信能力应该有接收灵敏度和抗干扰性指标，还要有系统性的考核指标，特别是系统抄收时间、中继路由及自适应性。

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