一种宽带载波通信性能检测系统的制作方法

本发明涉及载波通信性能检测技术领域，具体涉及一种宽带载波通信性能检测系统。

背景技术：

国家电网公司提出建设成为“电网坚强、资产优良、服务优质、业绩优秀”的现代公司。智能电网建设工作紧紧围绕“一强三优”这一发展目标，按照“集团化运作、集约化发展、精益化管理、标准化建设”的要求，加快营销现代化和计量标准化建设，提升“大营销”体系下计量集约化、专业化、标准化、自动化水平，增强营销核心竞争力。

用电信息采集系统作为建设智能电网的重要组成部分，承担着用电信息自动采集、高效共享和实时监控的重要任务。在建设过程中，选择稳定、可靠、实时、安全的本地通信方式是保证系统安全稳定运行的关键，直接影响着集中器与采集器(电能表)之间通信的可靠性和采集成功率,通信方案的选择和应用是用电信息采集系统建设中的难点，决定着系统建设的成败。

当前,国家电网正逐步推广宽带载波通信技术在用电信息采集系统建设中的应用。但是目前仍未有一套成熟检测设备，对宽带载波通信性能进行评估，以及对宽带载波通信网络性能检测。

重庆电力公司承担省网公司用电信息采集集中招标设备检测工作。宽带通信设备作为新型通信方式产品，已在用电信息采集市场成功应用。作为用电信息采集系统下一代升级提速产品，已在国家电网获得准入许可。宽带载波通信频率范围1M-200M，设计使用速率最大可达50M。目前，电科院不具备此类通信设备检测手段。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种宽带载波通信性能检测系统，用电信息采集系统是由主站通过传输介质（无线、有线、电力线载波等信道）将多个电能表的电能量等信息集中采集、监控管理的，系统具备信号功率测试、频谱分析、程控衰减、噪声模拟、电源滤波和隔离、信号屏蔽等功能，可以有效解决背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种宽带载波通信性能检测系统，该系统由点对点通信性能检测系统和通信组网测试系统组成；

所述点对点通信性能测试系统用于评估用电信息采集系统中电力线载波通信、微功率无线通信相关设备的发射功率、发射频偏、带外杂散分量、接收动态范围及抗噪声性能；

所述通信组网测试系统通过计算机设定多种路径方案，包括直通路径、衰减路径，通过预先设想的程序，进行不同的排列组合，用来评估用电信息采集系统本地通信路由组网的能力。

优选的，所述点对点通信性能测试系统由计算机控制，通过交换机控制射频开关矩阵、主节点屏蔽小室、频谱仪、噪声源、矢量信号发生器和子节点屏蔽小室。

优选的，所述点对点通信性能测试系统的工作频段测试方法：在集中器或电表模块处于连续发射或抄表状态下，通过控制频谱仪测试出集中器或电表模块的工作频段范围。

优选的，所述点对点通信性能测试系统的发射功率谱密度测试方法：在连续发射或抄表状态下，通过控制频谱仪测试出集中器或电表模块在指定工作频段内功率谱密度，然后测试0.1MHz起始工作频率的功率谱密度，接着测试出终止工作频率30MHz的功率谱密度，最后测试出终止工作频率50MHz的功率谱密度。

优选的，所述点对点通信性能测试系统的模块互换性测试方法：通过PC软件做虚拟集中器和虚拟电能表，向集中器本地模块互发Q/GDW1376.2指令帧，向电能表模块互发645数据帧，检测模块响应帧的响应时间、帧格式、帧内容是否符合协议规范。

优选的，所述点对点通信性能测试系统的功耗测试方法步骤如下：

1)、通过PC端软件控制模块控制板，让被测模块处于非通信状态；

2)、模块控制板对模块输出电流进行采样；

3)、PC端软件收集相关数据，计算出被测模块功耗。

优选的，所述点对点通信性能测试系统的抗噪性能测试步骤如下：

1)、通过PC端软件控制小型开关矩阵，设置衰减值，中断与子节点屏蔽小室的通信链路连接，让主节点模块进入测试态，测试其经过衰减后的发射功率；

2）、用PC端软件控制信号发生器发出指定频段的白噪声；

3)、通过PC端软件控制小型开关矩阵，设置衰减值，开启与子节点屏蔽小室的通信链路连接，让主节点模块发射请求确定数据帧，PC端软件对子节点的返回确认帧进行监测，保存数据结果；

4)、重复以上步骤，进行极限测试，得到在噪声干扰下能正常通信的接收动态范围。

优选的，所述点对点通信性能测试系统的杂散辐射测试步骤如下：

1)、通过PC软件控制模块控制板，让被测模块进入发射态；

2)、通过PC端软件控制频谱仪通过射频线检测模块输出信号，读取信号中心频率1倍频及2倍频处±200KHz、±500KHz频率范围内的杂散辐射功率变化；

3)、PC端软件收集相关数据，计算出被测模块杂散辐射。

优选的，所述通信组网测试系统由计算机通过交换机控制主节点屏蔽小室、若干子节点屏蔽小室，射频开关矩阵、频谱仪和信号矩阵，各个部分以信号矩阵为中心相互联系。

优选的，所述通信组网测试系统的通信抗串扰测试步骤如下：

1)、通过PC软件控制信号矩阵，将所有子节点屏蔽小室内的设备均为主节点屏蔽小室内设备的第一层通信网络；

2)、将所有子节点屏蔽小室分成两组，每组选定10个子节点屏蔽小室。将第一组子节点屏蔽小室的所有测量点档案载入主节点模块；PC端软件执行抄表操作，计算出当前的一次抄表成功率和抄表时间；

3)、加设一干扰源集中器，将第二组子节点屏蔽小室的所有测量点档案载入干扰源集中器主节点模块，连入矩阵通信链路；

4)、PC端软件再次执行第一组主节点模块抄表操作，计算出的此时的一次抄表成功率和抄表时间；

5)、比较两次的抄表成功率和抄表时间，差值越小，抗串扰能力越强，可作为两个厂家之间的抗串扰能力衡量标准。

优选的，所述通信组网测试系统的实际噪声仿真方法步骤如下：

1)、通过工控机控制信号矩阵，让子节点屏蔽箱内的设备与主节点屏蔽箱中的通信单元形成所需层次的网络结构；

2)、通过工控机控制主节点屏蔽箱内设备，查看组网情况及电表抄读情况；

3)、通过工控机控制开关矩阵引入矢量信号发生仪或其他噪声源，向组网系统内发送噪声；

4)、通过工控机控制主节点屏蔽箱内设备，查看引入噪声后的组网情况及电表抄读情况；

5)、工控机收集相关数据，评估被测设备抗噪能力。

优选的，所述通信组网测试系统的载波信道衰减仿真方法步骤如下：

1)、设置开关矩阵内置衰减器以及信号矩阵连接各节点间的衰减路径，从而构建一定的网络结构实现对信道衰减的仿真；

2)、通过主节点屏蔽箱查询各通信子节点屏蔽箱内的抄表成功率信息，实现对当前信道衰减网络的评估。

优选的，所述通信组网测试系统的拓扑结构及路由仿真方法步骤如下：

1)、结合实际运用需求和组网设备网络拓扑结构设置条件，设置开关矩阵内置衰减器以及信号矩阵连接各节点间的衰减器，从而构建一定的网络拓扑结构来模拟实际组网环境；

2)、通过集中器本地通信单元查询各子节点屏蔽小室内电能表通信单元的中继级别，路由信息，从而实现对当前拓扑网络结构下通信单元的组网性能的评估。

本发明的有益效果：

本发明用电信息采集系统是由主站通过传输介质（无线、有线、电力线载波等信道）将多个电能表的电能量等信息集中采集、监控管理的，系统具备信号功率测试、频谱分析、程控衰减、噪声模拟、电源滤波和隔离、信号屏蔽等功能。

附图说明

图1为本发明实施例中点对点系统设备连接示意图；

图2为本发明实施例中集中器本地模块互换性测试设备连接示意图；

图3为本发明实施例中功耗测试原理框图；

图4为本发明实施例中抗噪能力测试原理框图；

图5为本发明实施例中杂散辐射测试原理框图；

图6为本发明实施例中通信组网测试系统的连接示意图；

图7为本发明实施例中通信抗串扰评估测试原理框图；

图8为本发明实施例中实际噪声仿真示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

本发明提供一种宽带载波通信性能检测系统，该系统由点对点通信性能检测系统和通信组网测试系统组成；

所述点对点通信性能测试系统用于评估用电信息采集系统中电力线载波通信、微功率无线通信相关设备的发射功率、发射频偏、带外杂散分量、接收动态范围及抗噪声性能；

所述通信组网测试系统通过计算机设定多种路径方案，包括直通路径、衰减路径，通过预先设想的程序，进行不同的排列组合，用来评估用电信息采集系统本地通信路由组网的能力。

1、点对点通信性能测试系统由计算机控制，通过交换机控制射频开关矩阵、主节点屏蔽小室、频谱仪、噪声源、矢量信号发生器和子节点屏蔽小室。（如图1所示）

1.1、工作频段测试

测试目的：测试电力线宽带通信单元在连续发射状态下工作频段范围是否符合Q/GDW374.3通信单元技术规范。

测试设备：PC机软件，主节点屏蔽小室（内接入集中器本地通信单元），子节点屏蔽小室（内接入单/三相电能表模块）、频谱仪、信号发生器。

测试方法：在集中器或电表模块处于连续发射或抄表状态下，通过控制频谱仪测试出集中器或电表模块的工作频段范围。

1.2、发射功率谱密度测试

测试目的：测试电力线宽带通信单元在连续发射状态或抄表状态下工作频带内和工作频带外的功率频谱密度是否符合Q/GDW374.3通信单元技术规范。

测试设备：PC机软件，主节点屏蔽小室（内接入集中器本地通信单元），子节点屏蔽小室（内接入单/三相电能表模块）、频谱仪、信号发生器。

测试方法：在连续发射或抄表状态下，通过控制频谱仪测试出集中器或电表模块在指定工作频段内功率谱密度，然后测试0.1MHz~起始工作频率的功率谱密度，接着测试出终止工作频率~30MHz的功率谱密度，最后测试出终止工作频率~50MHz的功率谱密度。

1.3、模块互换性测试：（如图2所示）

测试目的：评估集中器Ⅰ型通信单元与集中器通信协议是否符合Q/GDW1376.2规范；评估单/三相电能表模式是否符合645-1997、645-2007协议规范。

测试设备：PC机软件，主节点屏蔽小室（内接入集中器本地通信单元），子节点屏蔽小室（内接入单/三相电能表模块）。

测试方法：PC软件做虚拟集中器和虚拟电能表，向集中器本地模块互发Q/GDW1376.2指令帧，向电能表模块互发645数据帧，检测模块响应帧的响应时间、帧格式、帧内容是否符合协议规范。

1.4、功耗测试（如图3所示）

测试步骤如下：

1)、通过PC端软件控制模块控制板，让被测模块处于非通信状态；

2)、模块控制板对模块输出电流进行采样；

3)、PC端软件收集相关数据，计算出被测模块功耗。

1.5、抗噪性能测试步骤如下：（如图5所示）

测试步骤如下：

1)、通过PC端软件控制小型开关矩阵，设置衰减值，中断与子节点屏蔽小室的通信链路连接，让主节点模块进入测试态，测试其经过衰减后的发射功率。

2）、用PC端软件控制信号发生器发出指定频段的白噪声。

3)、通过PC端软件控制小型开关矩阵，设置衰减值，开启与子节点屏蔽小室的通信链路连接，让主节点模块发射请求确定数据帧，PC端软件对子节点的返回确认帧进行监测，保存数据结果。

4)、重复以上步骤，进行极限测试，得到在噪声干扰下能正常通信的接收动态范围。

1.6、杂散辐射测试步骤如下：（如图6所示）

1)、通过PC软件控制模块控制板，让被测模块进入发射态；

2)、通过PC端软件控制频谱仪通过射频线检测模块输出信号，读取信号中心频率1倍频及2倍频处±200KHz、±500KHz频率范围内的杂散辐射功率变化；

3)、PC端软件收集相关数据，计算出被测模块杂散辐射。

2、如图7所示，通信组网测试系统由计算机通过交换机控制主节点屏蔽小室、若干子节点屏蔽小室，射频开关矩阵、频谱仪和信号矩阵，各个部分以信号矩阵为中心相互联系，如在最短时间内完成不同路径深度的路由表构建、路由收敛、路由抄收、自适应路由修改等。

2.1通信抗串扰测试步骤如下：（如图8所示）

1)、通过PC软件控制信号矩阵，将所有子节点屏蔽小室内的设备均为主节点屏蔽小室内设备的第一层通信网络；

2)、将所有子节点屏蔽小室分成两组，每组选定10个子节点屏蔽小室。将第一组子节点屏蔽小室的所有测量点档案载入主节点模块；PC端软件执行抄表操作，计算出当前的一次抄表成功率和抄表时间；

3)、加设一干扰源集中器，将第二组子节点屏蔽小室的所有测量点档案载入干扰源集中器主节点模块，连入矩阵通信链路；

4)、PC端软件再次执行第一组主节点模块抄表操作，计算出的此时的一次抄表成功率和抄表时间；

5)、比较两次的抄表成功率和抄表时间，差值越小，抗串扰能力越强，可作为两个厂家之间的抗串扰能力衡量标准。

2.2、实际噪声仿真方法步骤如下：

1)、通过工控机控制信号矩阵，让子节点屏蔽箱内的设备与主节点屏蔽箱中的通信单元形成所需层次的网络结构；

2)、通过工控机控制主节点屏蔽箱内设备，查看组网情况及电表抄读情况；

3)、通过工控机控制开关矩阵引入矢量信号发生仪或其他噪声源，向组网系统内发送噪声；

4)、通过工控机控制主节点屏蔽箱内设备，查看引入噪声后的组网情况及电表抄读情况；

5)、工控机收集相关数据，评估被测设备抗噪能力。

2.3、载波信道衰减仿真方法步骤如下：

1)、设置开关矩阵内置衰减器以及信号矩阵连接各节点间的衰减路径，从而构建一定的网络结构实现对信道衰减的仿真；

2)、通过主节点屏蔽箱查询各通信子节点屏蔽箱内的抄表成功率信息，实现对当前信道衰减网络的评估。

2.4通信组网测试系统的拓扑结构及路由仿真方法步骤如下：

1)、结合实际运用需求和组网设备网络拓扑结构设置条件，设置开关矩阵内置衰减器以及信号矩阵连接各节点间的衰减器，从而构建一定的网络拓扑结构来模拟实际组网环境；

2)、通过集中器本地通信单元查询各子节点屏蔽小室内电能表通信单元的中继级别，路由信息，从而实现对当前拓扑网络结构下通信单元的组网性能的评估。

基于上述，本发明的优点在于，本发明用电信息采集系统是由主站通过传输介质（无线、有线、电力线载波等信道）将多个电能表的电能量等信息集中采集、监控管理的，系统具备信号功率测试、频谱分析、程控衰减、噪声模拟、电源滤波和隔离、信号屏蔽等功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。