低压电力线载波通信性能测试方法研究

低压电力线载波通信性能测试方法研究

俞大鹏

俞大鹏

中兴通讯股份有限公司上海201203

【摘要】低压电力线载波通信通常情况下可以成为是L-PLC，也就是一种通过利用低压电力线完成传输的通信形式，主要借助低压电力线，将需要传输的信息以载波方式完成。现阶段进行低压电力线载波过程中需要解决的问题较多，其中包括了确定通信理论，优化信号处理办法以及编码技术等。对通信网络结构适应环境进行优化。低压电力线通信需要具有特殊的信道方式及编码方式。本文主要是对低压电力线载波通信性能测试方法的相关内容进行了阐述和分析。

【关键词】低压电力线；载波通信；性能测试

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、路由协议和信号耦合方式等各不相同。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，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。

1电力载波通信管理功能

由于低压载波信道具有随机性的高衰减、强干扰的特性，所以系统必须具有载波通信管理功能；

系统初始化功能：在系统初次上电时，系统应具有自动初始化功能，进行低压配网的网络拓扑分析，为中继路径自适应准备条件；

中继路径自适应功能：在系统不能实现规定的信道最终指标条件下，系统应该可以启动中继路径自适应功能，通过中继抄收，实现规定的信道最终指标；

系统动态修改功能：由于低压载波信道具有很强的时变性，所以电力线载波集抄系统的通信管理也应具有动态修改功能；

载波电能表电源控制功能：为了适应多样化的营业管理政策，系统可以通过信道控制载波电能表的供电电源；系统监测诊断功能：系统应具有一定程度的异常、故障监测与诊断能力，提供报警或提示；

表号自动搜索功能：在系统初始化过程中，可以实现载波电能表表号自动搜索功能；

响应时间：响应时间是要求命令执行时刻和命令执行完毕时刻之间的时间，一般要求系统响应时间不超过60min；

残余差错率：在允许采用中继通信、校验、重发的前提下，系统数据采集的残余差错率应永远为零。

2测试流程简述

三相交流净化稳压电源、高性能隔离器和人工电源网络实现整体测试环境与市电网络的有效隔离；测试主机充当载波系统主站的功能；测试主机通过以太网/USB/串口（RS232或RS485）总线连接配测设备（例如抄控器、集中器或载波通信模块）和被测设备（例如单相、三相智能电表或各种载波通信模块），从而实现对测试环境的控制，同时进行数据互通。

系统能够按照预先设计的测试流程，在通信信道中加入可控噪声，改变信道衰减与接入阻抗。在测试主机的控制之下，配测设备按照家电国网公司通信协议，经由可变衰减器（可选模拟线缆）与被测设备进行载波通信；被测设备接收控制、抄表等命令，回传状态、电能值等系列数据，从而形成基于低压载波通信体制的传输通道。通过测试各种条件下采集终端、载波电能表的通信效果，测量载波模块的各项参数和指标，并据此分析、诊断和评估载波模块的通信性能。

对照相关标准对测试项目的要求，例如载波信号频率测试、最大输出电平和频带外干扰电平测量、通信传输成功率测试以及规约符合性测试等，在所研制的测试设备上都可以顺利进行。但是，其中的噪声注入缺乏定量描述，而关于衰减量的插入又难以准确把握，基于一定信噪比容限下信道误码率的测试和接收灵敏度测试尚不规范。下面仅就电力线载波通信抗噪声性能和灵敏度测试问题做一些浅显探讨。

3低压电力线载波设备通信性能的测试方法

3.1载波通信设备发送性能测试方法

示波器和频谱仪是对载波通信设备发送性能进行测试所用到的主要仪器，其工作原理主要是将被测载波通信设备的电源端与频谱仪中V型人工电源网络相连接，载波信号在V型人工电源网络中耦合、滤波和阻波等电路的帮助下实现了与220V电源的分离，同时利用同轴电缆将频谱仪与V型人工电源网络的载波信号端联系起来，就可以对载波信号进行测量，还要对其发送性能进行测试。

3.2抗干扰性能测试

噪声模型以及DS-SS系统，并结合MATLAB平台可以分析低压电力线信道当中产生的背景噪声以及脉冲噪声对系统的影响性水平。仿真系统中的扩频带宽能够达到15kHz，通过进行随机数据源信号生成，也就是形成一个二进制等概率数据卷积码编码则使用的为（2，1.2）卷积码，编码效率能够达到0.5。直接序列扩频通信形成的伪码位数能够达到15位，此时可以选择2PSK的初相位为0作为直接序列扩频通信发送端调制方式。因为背景噪声形成的时间相对更长，持续过程中保持不变，仿真阶段的背景噪声相对会被认定是静态的。如下图，对高斯白噪声加入到信道当中，同时形成不同类型信噪比误码率。因为高斯白噪声实际存在效果，想要能够促使系统误码率的进一步降低，最终达到10-4，信噪比则必须能够降低到-3dB。低压电力线信道产生的脉冲噪声能够让系统误码率不断降低性能，结合马尔可夫模型，可以对噪声加入到信道当中，对不同信噪比误码率进行设计。

3.3载波通信设备接收灵敏度测试方法

这种方法首先要将被测载波通信设备的信号通过载波分离器实现与供电电源的分离，然后再利用程控衰减器使被测载波通信设备和与其进行通信的载波设备相连接，并使前者成为载波信号接收方，使后者成为载波信号发送方。然后利用程控衰减器的调节作用将前后两者之间的载波信号调整到前者刚好能成功接收位置，并用k记为程控衰减器的衰减量，用X记为频谱仪测量的信号幅度，所以被测载波通信设备接收灵敏度C的计算就为C=X/k。

3.4中继功能测试方法

这种方法首先要将被测载波通信设备的信号通过载波分离器实现与供电电源的分离和耦合，然后通过程控衰减器衰减量的变化实现对分离出的载波信号的调节，从而使相邻的被测载波通信设备的通信能够刚好进行，而不相邻的则不能实现直接通信。这样就能够实现对被测载波通信设备中继功能的测试。

3.5实验室测试

实验室载波通信路由性能评估系统：主要针对当前集中器路由和其他系统性路由算法的可靠性、稳定性、健壮性、路由能力和系统抄表速度进行性能评估；现场载波参数测试系统：主要进行现场参数的测试、分析和归纳，提取影响载波通信的关键因素，并进行提炼，不断完善和补充实验室仿真和评估系统的样本及其完整性；新一代载波性能测试和仿真试验设备：在现场参数测试的基础上，提取载波通信关键参数，构成新一代载波仿真系统，采用数字化模拟平台方案，实现载波通信试验的定量测试和分析。

载波通信性能测试设备能够按照国家电网公司相关标准执行系列性能测试；但还需要在测试线路中增加现场环境背景噪声模拟功能，才能有效进行抗噪声性能测试；尤其在抗衰减性能测试和灵敏度性能测试中还需要进一步解决载波隔离问题，同时针对程控衰减网络提出了一些构建方法。在问题探讨中，就载波通信模块的功率和速率自适应情况提出了个人看法，以期随着通信及测试标准的不断完善以及测试从业人员的努力，能够提供更加完善的测试装备。

参考文献：

[1]曹敏，李波，毕志周，陈波，张建伟.低压电力线载波通信性能测试方法研究[J].电测与仪表，2012，10：46-51.

[2]张海艳.低压电力线载波通信系统的实现及性能测试[D].辽宁工程技术大学，2009.

[3]邓桂平，魏胜清，郭玥.低压电力线载波点对点通信性能测试系统设计与研究[J].仪表技术，2013，01：1-4.