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计量自动化终端无线通信测试技术研究

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  摘要:计量自动化终端无线通信测试技术在国内外已经取得了许多成果,但国内基于计量自动化终端无线通信测试技术还处于起步阶段,计量自动化终端无线通信自动测试研究可为智能电网提供强有力保障。该文结合国内计量自动化终端无线通信的实际情况,选择适于计量自动化终端无线通信的检测方法,结合虚拟仪器技术对计量自动化终端无线通信指标自动测试,确定了无线通信性能测试指标。


  关键词:无线通信,计量自动化终端,测试,ZigBee无线通信技术


  中图分类号:TM933文献标识码:A文章编号:1672-3791(2017)04(a)-0030-02


  电力自动化系统和无线通信技术推广应用和关键技术深化研究,计量自动化终端用量逐渐增多。具有广阔的计量自动化终端市场前景,应用领域的自动抄表系统具有特定优势[1]。虽然计量自动化终端设备国家电网公司已经投入生产并使用,但全面无线通信测试规范体系还未建立[2]。确保电力用户计量自动化终端采集能够稳定可靠地运行,结合虚拟仪器和无线通信关键技术显得非常必要,填补电力系统无线通信组建虚拟测试空白[3]。因此,该文计量自动化终端选择适用的无线通信检测方法,无线通信研究测试具有重要现实意义。


  1无线通信技术


  随着用户需求逐年增多,电子技术和数据通信技术推动了计算机和半导体领域的快速发展。处于高速需求阶段的无线通信技术有很多,诸如:ZigBee、蓝牙、UWB和WiFi等关键技术取得令人瞩目成就[4]。


  1.1ZigBee无线通信技术


  ZigBee技术达10~75m的数据传输距离,工作ISM(IndustrialScientificMedicalBand)频段,具有传输速率比较低、功耗低和距离近等特点,一种双向低成本无线通信技术,具有250kbit/s最高通信速率。全球2.4GHz,美国915MHz频段上为40kbit/s,欧洲868MHz频段上为20kbit/s,这三个频段总计37个信道。其中868MHz涵盖1个信道,915MHz涵盖10个信道,2.4GHz涵盖16个信道,ZigBee计量自动化终端网络如图1所示。


  采用ZigBee技术计量自动化终端,价格能为普通用户接受。ZigBee网络可以容纳一个主设备和最多254个从设备,区域内可以最多同时存在100个ZigBee网络。


  1.2ZigBee计量自动化终端应用分析


  无线通信网络按照传输介质不同可分为有线接入和无线接入,接入层的组网方式和接入形式之间相互补充。相比于当前使用的有线通信技术计量自动化终端,多用户计量自动化终端ZigBee技?g能实现无线通信。避免有线通信布线施工难等诸多问题。昂贵无线通信频道租借费用不需要付出,因为ZigBee技术是免费的2.4GHz频道,相比无线通信GSM技术,计量自动化终端具有无线传感器网络节点功能。总之,ZigBee无线通信技术和计量自动化终端相结合,其低成本低功耗特有性质,不仅满足智能家居发展要求,也满足当前市场对计量自动化终端功能需求。


  2计量自动化终无线通信性能检测


  2.1无线通信性能指标测试


  接收性能部分和发射性能部分是计量自动化终端无线通信测试项目的主要划分模式,按照国内外无线通信相关标准要求进行划分,能够规范和准确地评价无线通信测试可靠性和稳定性[5]。接收信号功率承受容限和接收灵敏度,接收信号频率偏移容限都是接收性能部分测试项目。有发射功率、占用带宽、频率偏移、杂散发射、发射功率带内平坦度和发送信号矢量幅度误差都是发射性能部分测试项目[6]。


  2.2无线通信发射功率测试步骤


  2.2.1基本概念


  发射功率频谱仪检测其信号强度,测量设备发送无线射频信号,无线通信测试设备能达到的最大输出功率。


  2.2.2测试目的


  针对信道的干扰和减小系统容量,超过指标要求的输出功率会增加,验证计量自动化终端输出功率是否超过指标要求。


  2.2.3指标要求


  按照《微功率(短距离)无线电设备管理暂行规定》,扩频通信设备最大输出功率簇20dBm,工作于2400~2483.5MHz频段。通信设备最大输出功率簇17dBm,工作于470~510MHz频段。通信设备最大输出功率延10dBm,工作于433~434.79MHz频段,各频段发射功率限值如表1所示。


  2.2.4测试方法及流程


  脉冲功率计量自动化测量时,要选用合适的衰减值进行分析处理,防止功率计或频谱仪过载。频谱仪的检波方式要选择有效值检波,同时5BW3RBW。脉冲功率是在零跨度时突发模式下的平均功耗。突发宽度是在捕获的数据中寻找高峰,然后搜索跟踪大于阈值水平的信号值,突发的第一个位置是在跟踪低于阈值水平,平均功率计算方法步骤如以下几点。


  (1)转换成dBm的线性功率分别来自幅度跟踪点。


  (2)添加上述的点数除以振幅,并将其一起列入平均水平计算。


  (3)此值以对数形式显示(dBm)。


  (1)


  其中:Pavg为平均功率;n为开始跟踪点;m为停止跟踪点;P为跟踪点对应振幅的功率,以dBm为单位。


  2.3ZigBee模块与470MHz模块发射功率测试结果比较


  无线通信性能的发射功率指标,对ZigBee模块与470MHz模块的测试结果进行了对比分析,ZigBee模块与470MHz模块发射功率如图2、图3所示。


  ZigBee和470MH通信性能比较如表2所示。


  表1测试结果得出,ZigBee模块的发射功率更小,占用带宽更窄,发射功率带内平坦度较平坦。


  综上比较,Zigbee计量自动化终端无线通信中应用可行性更大。


  3结语


  相对比较昂贵的通信测试仪器,逐渐提高的测试设备智能化程度,开始软件化的测试设备,具有局域网接口。方便将测试数据下载到数据质量分析包、数据电子表和数据库,分析和探讨ZigBee计量自动化终端应用,计量自动化终端无线通信的测试ZigBee数据得到充分利用。内发射部分和接收部分是测量系统的主要组成部分,系统测试内容通道及其部件的测试,大部分频率及功率为主的测试指标,各种通信技术发展进行之中,尚未成熟的相关技术标准,不断发展的相应测试技术,新测试方法有待研究开发。作者:黄兆鹏,钟嘉林,本文来自《上海计量测试》杂志

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