黃兆鵬++鐘嘉林
摘 要:計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信測(cè)試技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了許多成果,但國(guó)內(nèi)基于計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信測(cè)試技術(shù)還處于起步階段,計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信自動(dòng)測(cè)試研究可為智能電網(wǎng)提供強(qiáng)有力保障。該文結(jié)合國(guó)內(nèi)計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信的實(shí)際情況,選擇適于計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信的檢測(cè)方法,結(jié)合虛擬儀器技術(shù)對(duì)計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信指標(biāo)自動(dòng)測(cè)試,確定了無(wú)線通信性能測(cè)試指標(biāo)。
關(guān)鍵詞:無(wú)線通信 計(jì)量自動(dòng)化終端 測(cè)試 ZigBee無(wú)線通信技術(shù)
中圖分類號(hào):TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2017)04(a)-0030-02
電力自動(dòng)化系統(tǒng)和無(wú)線通信技術(shù)推廣應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)深化研究,計(jì)量自動(dòng)化終端用量逐漸增多。具有廣闊的計(jì)量自動(dòng)化終端市場(chǎng)前景,應(yīng)用領(lǐng)域的自動(dòng)抄表系統(tǒng)具有特定優(yōu)勢(shì)[1]。雖然計(jì)量自動(dòng)化終端設(shè)備國(guó)家電網(wǎng)公司已經(jīng)投入生產(chǎn)并使用,但全面無(wú)線通信測(cè)試規(guī)范體系還未建立[2]。確保電力用戶計(jì)量自動(dòng)化終端采集能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,結(jié)合虛擬儀器和無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)顯得非常必要,填補(bǔ)電力系統(tǒng)無(wú)線通信組建虛擬測(cè)試空白[3]。因此,該文計(jì)量自動(dòng)化終端選擇適用的無(wú)線通信檢測(cè)方法,無(wú)線通信研究測(cè)試具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
1 無(wú)線通信技術(shù)
隨著用戶需求逐年增多,電子技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體領(lǐng)域的快速發(fā)展。處于高速需求階段的無(wú)線通信技術(shù)有很多,諸如:ZigBee、藍(lán)牙、UWB和WiFi等關(guān)鍵技術(shù)取得令人矚目成就[4]。
1.1 ZigBee無(wú)線通信技術(shù)
ZigBee技術(shù)達(dá)10~75 m的數(shù)據(jù)傳輸距離,工作ISM(Industrial Scientific Medical Band)頻段,具有傳輸速率比較低、功耗低和距離近等特點(diǎn),一種雙向低成本無(wú)線通信技術(shù),具有250 kbit/s最高通信速率。全球2.4 GHz,美國(guó)915 MHz頻段上為40 kbit/s,歐洲868 MHz頻段上為20 kbit/s,這三個(gè)頻段總計(jì)37個(gè)信道。其中868 MHz涵蓋1個(gè)信道,915 MHz涵蓋10個(gè)信道,2.4 GHz涵蓋16個(gè)信道,ZigBee計(jì)量自動(dòng)化終端網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。
采用ZigBee技術(shù)計(jì)量自動(dòng)化終端,價(jià)格能為普通用戶接受。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納一個(gè)主設(shè)備和最多254個(gè)從設(shè)備,區(qū)域內(nèi)可以最多同時(shí)存在100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
1.2 ZigBee計(jì)量自動(dòng)化終端應(yīng)用分析
無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)按照傳輸介質(zhì)不同可分為有線接入和無(wú)線接入,接入層的組網(wǎng)方式和接入形式之間相互補(bǔ)充。相比于當(dāng)前使用的有線通信技術(shù)計(jì)量自動(dòng)化終端,多用戶計(jì)量自動(dòng)化終端ZigBee技術(shù)能實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。避免有線通信布線施工難等諸多問(wèn)題。昂貴無(wú)線通信頻道租借費(fèi)用不需要付出,因?yàn)閆igBee技術(shù)是免費(fèi)的2.4 GHz頻道,相比無(wú)線通信GSM技術(shù),計(jì)量自動(dòng)化終端具有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能??傊琙igBee無(wú)線通信技術(shù)和計(jì)量自動(dòng)化終端相結(jié)合,其低成本低功耗特有性質(zhì),不僅滿足智能家居發(fā)展要求,也滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)計(jì)量自動(dòng)化終端功能需求。
2 計(jì)量自動(dòng)化終無(wú)線通信性能檢測(cè)
2.1 無(wú)線通信性能指標(biāo)測(cè)試
接收性能部分和發(fā)射性能部分是計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信測(cè)試項(xiàng)目的主要?jiǎng)澐帜J?,按照?guó)內(nèi)外無(wú)線通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行劃分,能夠規(guī)范和準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)無(wú)線通信測(cè)試可靠性和穩(wěn)定性[5]。接收信號(hào)功率承受容限和接收靈敏度,接收信號(hào)頻率偏移容限都是接收性能部分測(cè)試項(xiàng)目。有發(fā)射功率、占用帶寬、頻率偏移、雜散發(fā)射、發(fā)射功率帶內(nèi)平坦度和發(fā)送信號(hào)矢量幅度誤差都是發(fā)射性能部分測(cè)試項(xiàng)目[6]。
2.2 無(wú)線通信發(fā)射功率測(cè)試步驟
2.2.1 基本概念
發(fā)射功率頻譜儀檢測(cè)其信號(hào)強(qiáng)度,測(cè)量設(shè)備發(fā)送無(wú)線射頻信號(hào),無(wú)線通信測(cè)試設(shè)備能達(dá)到的最大輸出功率。
2.2.2 測(cè)試目的
針對(duì)信道的干擾和減小系統(tǒng)容量,超過(guò)指標(biāo)要求的輸出功率會(huì)增加,驗(yàn)證計(jì)量自動(dòng)化終端輸出功率是否超過(guò)指標(biāo)要求。
2.2.3 指標(biāo)要求
按照《微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備管理暫行規(guī)定》,擴(kuò)頻通信設(shè)備最大輸出功率簇20 dBm,工作于2 400~2 483.5 MHz頻段。通信設(shè)備最大輸出功率簇17 dBm,工作于470~510 MHz頻段。通信設(shè)備最大輸出功率延10 dBm,工作于433~434.79 MHz頻段,各頻段發(fā)射功率限值如表1所示。
2.2.4 測(cè)試方法及流程
脈沖功率計(jì)量自動(dòng)化測(cè)量時(shí),要選用合適的衰減值進(jìn)行分析處理,防止功率計(jì)或頻譜儀過(guò)載。頻譜儀的檢波方式要選擇有效值檢波,同時(shí)5BW3RBW。脈沖功率是在零跨度時(shí)突發(fā)模式下的平均功耗。突發(fā)寬度是在捕獲的數(shù)據(jù)中尋找高峰,然后搜索跟蹤大于閾值水平的信號(hào)值,突發(fā)的第一個(gè)位置是在跟蹤低于閾值水平,平均功率計(jì)算方法步驟如以下幾點(diǎn)。
(1)轉(zhuǎn)換成dBm的線性功率分別來(lái)自幅度跟蹤點(diǎn)。
(2)添加上述的點(diǎn)數(shù)除以振幅,并將其一起列入平均水平計(jì)算。
(3)此值以對(duì)數(shù)形式顯示(dBm)。
(1)
其中:Pavg為平均功率;n為開(kāi)始跟蹤點(diǎn);m為停止跟蹤點(diǎn);P為跟蹤點(diǎn)對(duì)應(yīng)振幅的功率,以dBm為單位。
2.3 ZigBee模塊與470MHz模塊發(fā)射功率測(cè)試結(jié)果比較
無(wú)線通信性能的發(fā)射功率指標(biāo),對(duì)ZigBee模塊與470 MHz模塊的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,ZigBee模塊與470 MHz模塊發(fā)射功率如圖2、圖3所示。
ZigBee和470 MH通信性能比較如表2所示。
表1測(cè)試結(jié)果得出,ZigBee模塊的發(fā)射功率更小,占用帶寬更窄,發(fā)射功率帶內(nèi)平坦度較平坦。
綜上比較,Zigbee計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信中應(yīng)用可行性更大。
3 結(jié)語(yǔ)
相對(duì)比較昂貴的通信測(cè)試儀器,逐漸提高的測(cè)試設(shè)備智能化程度,開(kāi)始軟件化的測(cè)試設(shè)備,具有局域網(wǎng)接口。方便將測(cè)試數(shù)據(jù)下載到數(shù)據(jù)質(zhì)量分析包、數(shù)據(jù)電子表和數(shù)據(jù)庫(kù),分析和探討ZigBee計(jì)量自動(dòng)化終端應(yīng)用,計(jì)量自動(dòng)化終端無(wú)線通信的測(cè)試ZigBee數(shù)據(jù)得到充分利用。內(nèi)發(fā)射部分和接收部分是測(cè)量系統(tǒng)的主要組成部分,系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容通道及其部件的測(cè)試,大部分頻率及功率為主的測(cè)試指標(biāo),各種通信技術(shù)發(fā)展進(jìn)行之中,尚未成熟的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不斷發(fā)展的相應(yīng)測(cè)試技術(shù),新測(cè)試方法有待研究開(kāi)發(fā)。
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