专利名称：电力线载波通信仿真测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种电力线载波通信仿真测试装置及 方法，用于对电力通信产品的检验和测试。
背景技术：
近年来，电力线载波通信产品在市场需求和国家政策的双重驱动下巳快速进入市 场。但是，这类通信产品在实际电网的高强噪声、动态衰减、时变阻抗的信道环境中运行时 遇到了严重挑战。很多产品距离实用要求相差甚远，其主要原因是第一、电力线作为通信 信道是一种典型的随参信道，目前从传统恒参信道通信领域转移过来的相关技术，无法适 应电力线这个随参信道的时变通信环境；第二、现有的对电力线载波通信产品进行通信质 量检测的方法和设备无法满足这个领域的技术要求；由于在开发、生产、应用过程中缺乏有 效验证手段和分析改进方法，因此造成相关产品无法适应实际电网运行的情况。如何模拟 和仿真电网现场环境，从而分析和验证产品的性能、质量、可靠性、适应性，成了当前电力线 载波数字通信技术领域的难题。实践表明，电力线载波通信产品要保证能在实际电网环境中运行，必须在研发、生 产和检测过程中提供电力线信道环境的模拟仿真测试平台，因此，市场迫切需要一种能满 足研发、生产、检测要求的仿真装置。并要求这类装置能够完成对电力线信道环境中的动态 阻抗、随机噪声、时变衰减以及电压波动等主要信道参量进行人工可控可测的，定性定量的 仿真操作。现有的电力线载波通信产品测试设备如图1所示，外部电力网通过隔离器连接到 信源端A点(信号发送端)，载波主机(电力线载波通信设备)通过耦合器连接到信源端 A点，载波终端通过耦合器连接到信宿端B点(信号接收端)，人工模似电网(人工模拟电 网)，在人工模似电网上通过噪声仪、衰减器、可调负载的参数设定，仿真实际电网环境，测 试载波主机和载波终端的性能。本发明发现这种设备至少存在如下重要缺陷1、由于目前的技术无法做到图中的隔离器达到真正意义上的阻抗隔离，因此外电 网的动态阻抗会反映到内部人工电网上来，形成内网的不可控性，造成测试结果的随机性；2、图中信源端A点和信宿端B点之间是一种不对称网络，使上行信道和下行信道 具有非对称性和不可控性，测试结果难以量化；3、所有的设备须通过耦合器与内电网相连接，其网络幅频及相频特性难以做到平 坦合理，各参数的调变难以做到定性定量，很难达到符合实际的仿真要求；4、目前尚没有能直接对电网本身的信道阻抗、衰减量、频率特性进行分析测量的 方法和设备，因此这类装置本身具有不可测性。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种电力线载波通信仿真测试装置和方法，能够模拟仿真电网环境中的现场噪声、时变阻抗、动态衰减等信道参量，并 在信道重构过程中做到可控可测，不受外界因素的影响。为了实现上述目的，本发明提供了一种电力线载波通信仿真测试装置，包括信源 测试平台，信宿测试平台和电网仿真重构信道，其特征在于，还包括接入外部电力网分别给 所述信源测试平台和信宿测试平台供电的T型对称隔离器件，所述T型对称隔离器具有输 入端、第一输出端和第二输出端，所述T型对称隔离器的输入端与第一输出端之间的隔离 电路构造和输入端与第二输出端的隔离电路构造是相同的，所述T型对称隔离器的输入端 连接所述外部电力网，所述第一输出端连接信源测试平台的电源输入端，所述第二输出端 连接信宿测试平台的电源输入端。所述的信源测试平台和信宿测试平台之间通过电网仿真 重构信道进行现场噪声、时变阻抗、动态衰减等信道参量的仿真和测试。作为优选，所述T型对称隔离器的输入端与第一输出端之间的电路构造具体包括 顺次连接的外网滤波器、输入变压器、第一阻波器、第二阻波器、第一隔离变压器；所述T型 对称隔离器的输入端与第二输出端之间的电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入 变压器、第三阻波器、第四阻波器、第二隔离变压器。作为优选，所述信源测试平台或信宿测试平台包括载波信号接口、功率分析器、 信号分析器、阻抗分析器、调控通信部件和电脑控制器，所述载波信号接口用于接入被测试 电力线载波通信设备，所述功率分析器用于分析所述被测试电力线载波通信设备的载波信 号的发射和接收功率，所述信号分析器用于分析载波信号的频谱、幅值、波形、调制及解调 参数，所述阻抗分析器用于分析所述电网仿真重构信道的复阻抗，所述调控通信部件用于 与所述电网仿真重构信道之间进行通信，所述电脑控制器用于控制所述功率分析器、信号 分析器、阻抗分析器、调控通信部件并显示分析测试结果。作为优选，所述调控通信部件与所述电网仿真重构信道之间通过光纤进行通信。作为优选，所述电网仿真重构信道上加载有程控衰减器、DDS噪声发生器和信道阻 抗调变仪中的任一种或者其组合。作为优选，所述信宿测试平台还包括电压闪变仪，用于对输入所述信宿测试平台 的电压产生电压闪变。为了实现上述目的，本发明还提供了 一种电力线载波通信仿真测试方法，包括使用T型对称隔离器件接入外部电力网分别对信源测试平台和信宿测试平台供 电；分别在所述信源测试平台和信宿测试平台上接入被测电路线载波通信设备；通过电网仿真重构信道连接信源测试平台和信宿测试平台，并通过调整电网仿真 重构信道的参数对被测电路线载波通信设备进行仿真测试；其中，所述T型对称隔离器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述T型对称 隔离器的输入端与第一输出端之间的电路构造和输入端与第二输出端的电路构造是相同 的，所述T型对称隔离器的输入端连接所述外部电力网，所述第一输出端连接信源测试平 台的电源输入端，所述第二输出端连接信宿测试平台的电源输入端。作为优选，所述调整电网仿真重构信道的参数包括调整信道的衰减量、叠加噪声 量和调整信道阻抗值。作为优选，所述T型对称隔离器的输入端与第一输出端之间的电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入变压器、第一阻波器、第二阻波器、第一隔离变压器；所述T型 对称隔离器的输入端与第二输出端之间的电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入 变压器、第三阻波器、第四阻波器、第二隔离变压器。作为优选，所述的分别在所述信源测试平台和信宿测试平台上接入被测电路线载 波通信设备之后，还包括对输入所述信宿测试平台的电压施加电压闪变。本发明的有益效果在于，通过设置T型对称隔离器件，使得外部电力网和信源测 试平台，信宿测试平台之间处于高阻隔离状态，外电网的阻抗变化对电网仿真重构信道 (内网)的影响很小，从而能够通过电网仿真重构信道模拟仿真电网环境中的现场噪声、时 变阻抗、动态衰减等信道参量，并在信道重构过程中做到可控可测，不受外界因素的影响。 同时，本发明能够通过所述载波信道重构方法和仪器集成方法对载波信号和载波信道进行 参数分析并实施调控。
图1是现有技术的电力线通信仿真测试设备的结构示意图。图2是本发明实施例的电力线通信仿真测试装置的结构示意图。图3是图2中的T型对称隔离器件的一种结构示意图。图4是图2中的信源测试平台的一种结构示意图。图5是图2中的电网仿真重构信道的一种结构示意图。图6是图3中的隔离器的一种内部电路图。图7是图4中的阻抗分析器的测试原理图。图8是图3中的电压闪变仪的一种内部电路图。图9是图3的详细结构示意图。图10是本发明实施例的电力线载波通信仿真测试方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的实施例。如图2至图9所示，本实施例的电力线载波通信仿真测试装置包括信源测试平台 21，信宿测试平台23，电网仿真重构信道22，以及接入外部电力网10分别给所述信源测试 平台21和信宿测试平台23供电的T型对称隔离器件20，所述T型对称隔离器20具有输入 端、第一输出端和第二输出端，所述T型对称隔离器的输入端与第一输出端之间的隔离电 路构造和输入端与第二输出端的隔离电路构造是相同的(即相互对称)，所述T型对称隔离 器20的输入端连接所述外部电力网10，所述第一输出端连接信源测试平台21的电源输入 端，所述第二输出端连接信宿测试平台23的电源输入端。这种对称隔离的电路构造供电模 式，减小了外部电力网10对电网仿真重构信道22的影响，使得仿真测试过程可控，测试结 果稳定可靠。本实施例中所述T型对称隔离器20的输入端与第一输出端之间的隔离电路构造 具体包括顺次连接的外网滤波器201、输入变压器202、第一阻波器203、第二阻波器204、第 一隔离变压器205 ；所述T型对称隔离器的输入端与第二输出端之间的隔离电路构造具体 包括顺次连接的外网滤波器201、输入变压器202、第三阻波器206、第四阻波器207、第二隔离变压器208。为了防止载波信号辐射效应对隔离效果的影响，所有部件和导线都采用屏 敞措施。可以看出，给信源测试平台21和信宿测试平台23的供电隔离电路是完全对称的。 对称隔离电路使得外部电力网10和信源测试平台21，信宿测试平台23之间处于高阻隔离 状态，外部电力网10的阻抗变化对电网仿真重构信道22(内网)的影响很小。外网滤波器 201、第一阻波器203、第二阻波器204、第三阻波器206、第四阻波器207的内部电路如图6 所示，对于20KHZ 500KHZ的载波信号，其本身都具有大于_35db的衰减量，带内不平坦度 小于10db。通过测试，对于20KHZ 500KHZ的载波信号，T型对称隔离器20的输入端与第 一输出端之间、或者输入端与第二输出端之间的衰减量大于_70db，第一输出端和第二输出 端的衰减量大于-llOdb，相互间的隔离效果良好。开路时，T型对称隔离器20的输入端与 第一输出端之间、或者输入端与第二输出端之间的100KHZ频点实部阻抗大于104Ω，对载波 信号呈显高阻状态。第一隔离变压器205、第二隔离变压器208进一步减低了外部电力网 10的阻抗变化对电网仿真重构信道22的影响，从而使得电网仿真重构信道22稳定可控，仿 真测试结果可靠性更高。当然，T型对称隔离器20的具体电路形式可以有很多种，只要对 称隔离即可，本实施中只是给出了具体的一种。如图4所示，本实施例的信源测试平台21或信宿测试平台23包括载波信号接 口 211、功率分析器212、信号分析器213、阻抗分析器214、调控通信部件215和电脑控制 器216，所述载波信号接口 211用于接入被测试电力线载波通信设备，所述功率分析器212 用于分析所述被测试电力线载波通信设备的载波信号的发射和接收功率(包括正向功率 和反向功率)；所述信号分析器213用于分析载波信号的频谱、幅值、波形、调制及解调参数 (综合集频谱仪、示波器、数字万能表、信号分析仪于一体的虚拟仪器，能够对载波信号进行 定性定量分析)，并能检测显示误码率(对已知调制制式的情况)；所述阻抗分析器214用 于分析所述电网仿真重构信道的复阻抗，其测量原理图如图7所示，通过测量信号波形幅
值Vi和取样电阻艮上的波形幅值I，巳知艮值，用公式ζ = -’算出复数阻抗值Ζ，然后测
出Vi和、两波形过零点的相位差θ，再用公式R= Z I cos θ和X= Z I sin θ算出实部阻 抗R和虚部阻抗X值，整个过程由电脑软件完成并显示出来；所述调控通信部件215用于与 所述各个程控部件之间进行通信，所述电脑控制器216用于控制所述功率分析器212、信号 分析器213、阻抗分析器214、调控通信部件215并显示分析测试结果。载波信号接口 211、 功率分析器212、信号分析器213、阻抗分析器214、调控通信部件215和电脑控制器216之 间利用485总线进行通信，电脑控制器216通过专用虚拟仪器软件把各种分析数据显示出 来并通过指令对参数进行调控。所述调控通信部件215与所述电网仿真重构信道22之间 通过光纤41进行通信，设置相应的光纤转485转换电路即可。信源测试平台21与电网仿 真重构信道22之间的载波信号通过信号耦合器40进行耦合。如图5所示，所述电网仿真重构信道22上加载有程控衰减器221、DDS (数字合成) 噪声发生器222和信道阻抗调变仪223，当然，测试时可以选择其中的任一种或者其组合， 可以是两种，也可以三种同时加载。信宿测试平台23与电网仿真重构信道22之间的信号 通过信号耦合器50进行耦合。程控衰减器221负责信道衰减量的调变，本实施例中程控 衰减器221是一个远程调控的衰减器，操控软件指令通过调控通信部件215输送到其内部 MCU,经过解码执行一组继电器动作来切换衰减量，十组Idb步进衰减器和九组IOdb步进衰 减器级联形成0 99db的可调衰减器；DDS噪声发生器222负责噪声量的叠加和现场噪声录波的回放，其能够产生10KHZ IMHZ频率的白噪声、粉红噪声、脉冲噪声，并能通过电网 现场干扰噪声录波回放的方式产生现场仿真噪声，噪声信号通过一个程控放大器叠加到信 道，噪声幅度从Odbm至+28dbm连续可调；信道阻抗调变仪223负责信道阻抗的调整，其实 部阻抗可从0. 5Ω至IkQ连续调变，虚部阻抗可以调变信道相位角士 30° (容抗到感抗) 的变化。所述信宿测试平台23还包括电压闪变仪231，用于对输入所述信宿测试平台的电 压产生电压闪变，其内部电路如图8所示，通过模式编程器能够进行电压全跌落、半跌落、 锯齿闪变、火花闪变试验，能考验被测产品的抗电压闪变性能。本实施的电力线载波通信仿真测试装置的参数指标如下1、三大功能1. 1、电力线载波通信常规参数项检测功能，输出基本性能测试报告；1. 2、电力线载波通信信道重构仿真功能，包括信道特性阻抗的仿真、信道噪声模 型仿真、信道衰减模型仿真、信道时变环境仿真，输出实时显示和适应范围测试报告；1. 3、电网电压闪变仿真测试，输出可靠性测试报告。2、测试项目介绍2. 1、电力线载波通信常规项目检定包括中心频率、调制带宽、调制制式、信号 强度、谐波系数等；2. 2、绝对灵敏度电力线载波设备在50Ω，0db噪声信道中的抗衰减量；2. 3、有效灵敏度电力线载波设备在50 Ω，+IOdb噪声信道中的抗衰减量；2. 4、抗噪声指标电力线载波设备在50 Ω，-35db衰减量信道中的抗噪声叠加量；2. 5、阻抗适应性指标①电力线载波终端设备在_35db衰减量，+IOdb噪声信道中的阻抗调变适应量；②电力线载波主机设备在_35db衰减量，+IOdb噪声信道中的阻抗调变适应量；2. 6、电网电压闪变适应性电力线载波终端设备在_35db衰减量，+IOdb噪声信道中，抗电网电压闪变的等 级，以1、2、3级表示；本实施例中的电路都可以在现有的集成电路或mcu基础上实现，所涉及的软件都 可以用虚拟仪器EDA来实现，简单易行，能够在实际试验测试中取得用其他设备无法达到 的性能。本实施的电力线载波通信仿真测试装置通过设置T型对称隔离器件，使得外部电 力网和信源测试平台，信宿测试平台之间处于高阻隔离状态，外电网的阻抗变化对电网仿 真重构信道(内网)的影响很小，从而能够通过调整电网仿真重构信道的参数来模拟仿真 电网环境中的现场噪声、时变阻抗、动态衰减等信道参量，并在信道重构过程中做到可控可 测，不受外界因素的影响。如图10所示，本实施例的电力线载波通信仿真测试方法包括Sll 使用T型对称隔离器件接入外部电力网分别对信源测试平台和信宿测试平 台供电；S12:分别在所述信源测试平台和信宿测试平台上接入被测电路线载波通信设 备；
S13:通过调整电网仿真重构信道的参数对被测电路线载波通信设备进行仿真测 试；其中，所述T型对称隔离器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述T型对称 隔离器的输入端与第一输出端之间的隔离电路构造和输入端与第二输出端的隔离电路构 造是相同的，所述T型对称隔离器的输入端连接所述外部电力网，所述第一输出端连接信 源测试平台的电源输入端，所述第二输出端连接信宿测试平台的电源输入端。所述调整电网仿真重构信道的参数包括调整信道的衰减量、叠加噪声量和调整信 道阻抗值。所述T型对称隔离器的输入端与第一输出端之间的隔离电路构造具体包括顺次 连接的外网滤波器、输入变压器、第一阻波器、第二阻波器、第一隔离变压器；所述T型对称 隔离器的输入端与第二输出端之间的隔离电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入 变压器、第三阻波器、第四阻波器、第二隔离变压器。所述的分别在所述信源测试平台和信宿测试平台上接入被测电路线载波通信设 备之后，还可以包括对输入所述信宿测试平台的电压施加电压闪变。本实施例的方法实现过程参考上述电力线载波通信仿真测试装置实施例中的具 体阐述。以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围 由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各 种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
权利要求
一种电力线载波通信仿真测试装置，包括信源测试平台，信宿测试平台和电网仿真重构信道，其特征在于，还包括接入外部电力网分别给所述信源测试平台和信宿测试平台供电的T型对称隔离器件，所述T型对称隔离器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述T型对称隔离器的输入端与第一输出端之间的隔离电路构造和输入端与第二输出端的隔离电路构造是相同的，所述T型对称隔离器的输入端连接所述外部电力网，所述第一输出端连接信源测试平台的电源输入端，所述第二输出端连接信宿测试平台的电源输入端。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信仿真测试装置，其特征在于，所述T型对称隔 离器的输入端与第一输出端之间的隔离电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入变 压器、第一阻波器、第二阻波器、第一隔离变压器；所述T型对称隔离器的输入端与第二输 出端之间的隔离电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入变压器、第三阻波器、第四 阻波器、第二隔离变压器。
3.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信仿真测试装置，其特征在于，所述信源测 试平台或信宿测试平台包括载波信号接口、功率分析器、信号分析器、阻抗分析器、调控通 信部件和电脑控制器，所述载波信号接口用于接入被测试电力线载波通信设备，所述功率 分析器用于分析所述被测试电力线载波通信设备的载波信号的发射和接收功率，所述信号 分析器用于分析载波信号的频谱、幅值、波形、调制及解调参数，所述阻抗分析器用于分析 所述电网仿真重构信道的复阻抗，所述调控通信部件用于与所述电网仿真重构信道之间进 行通信，所述电脑控制器用于控制所述功率分析器、信号分析器、阻抗分析器、调控通信部 件并显示分析测试结果。
4.根据权利要求3所述的电力线载波信仿真测试装置，其特征在于，所述调控通信部 件与所述电网仿真重构信道之间通过光纤进行通信。
5.根据权利要求1所述的电力线载波通信仿真测试装置，其特征在于，所述电网仿真 重构信道上加载有程控衰减器、DDS噪声发生器和信道阻抗调变仪中的任一种或者其组合。
6.根据权利要求1所述的电力线载波通信仿真测试装置，其特征在于，所述信宿测试 平台还包括电压闪变仪，用于对输入所述信宿测试平台的电压产生电压闪变。
7.一种电力线载波通信仿真测试方法，其特征在于，包括使用T型对称隔离器件接入外部电力网分别对信源测试平台和信宿测试平台供电；分别在所述信源测试平台和信宿测试平台上接入被测电力线载波通信设备，并通过平 台的集成仪器对载波信号参数和信道参量进行实时检测及调控；信源测试平台和信宿测试平台之间由电网仿真重构信道进行连接，通过调整电网仿真 重构信道的参数对被测电路线载波通信设备进行仿真测试；其中，所述T型对称隔离器具有输入端、第一输出端和第二输出端，所述T型对称隔离 器的输入端与第一输出端之间的电路构造和输入端与第二输出端的电路构造是相同的，所 述T型对称隔离器的输入端连接所述外部电力网，所述第一输出端连接信源测试平台的电 源输入端，所述第二输出端连接信宿测试平台的电源输入端。
8.根据权利要求7所述的电力线载波通信仿真测试方法，其特征在于，所述调整电网 仿真重构信道的参数包括调整信道的衰减量、叠加噪声量和信道阻抗值。
9.根据权利要求7或8所述的电力线载波通信仿真测试方法，其特征在于，所述T型对 称隔离器的输入端与第一输出端之间的电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入变压器、第一阻波器、第二阻波器、第一隔离变压器；所述T型对称隔离器的输入端与第二输 出端之间的电路构造具体包括顺次连接的外网滤波器、输入变压器、第三阻波器、第四阻波 器、第二隔离变压器。
10.根据权利要求7或8所述的电力线载波通信仿真测试方法，其特征在于，所述的分 别在所述信源测试平台和信宿测试平台上接入被测电路线载波通信设备之后，还包括对 输入所述信宿测试平台的电压施加电压闪变。
全文摘要
本发明公开了一种电力线载波通信仿真测试装置及方法，所述装置包括信源测试平台，信宿测试平台，电网仿真重构信道以及T型对称隔离器件，T型对称隔离器具有输入端、第一输出端和第二输出端，T型对称隔离器的输入端与第一输出端之间的隔离电路构造和输入端与第二输出端的隔离电路构造是相同的，T型对称隔离器的输入端连接外部电力网，第一输出端连接信源测试平台的电源输入端，第二输出端连接信宿测试平台的电源输入端，信源测试平台和信宿测试平台之间通过电网仿真重构信道进行通信仿真模拟测试。本发明能够模拟仿真电网环境中的现场噪声、时变阻抗、动态衰减等信道参量，并在信道重构过程中做到可控可测，不受外界因素的影响。
文档编号H04B3/46GK101902255SQ201010143899
公开日2010年12月1日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者方致蓝 申请人:深圳市蓝可迪科技有限公司