計量自動化終端無線通信測試技術研究

黃兆鵬++鐘嘉林

摘 要：計量自動化終端無線通信測試技術在國內外已經取得了許多成果，但國內基于計量自動化終端無線通信測試技術還處于起步階段，計量自動化終端無線通信自動測試研究可為智能電網提供強有力保障。該文結合國內計量自動化終端無線通信的實際情況，選擇適于計量自動化終端無線通信的檢測方法，結合虛擬儀器技術對計量自動化終端無線通信指標自動測試，確定了無線通信性能測試指標。

關鍵詞：無線通信 計量自動化終端 測試 ZigBee無線通信技術

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0030-02

電力自動化系統(tǒng)和無線通信技術推廣應用和關鍵技術深化研究，計量自動化終端用量逐漸增多。具有廣闊的計量自動化終端市場前景，應用領域的自動抄表系統(tǒng)具有特定優(yōu)勢[1]。雖然計量自動化終端設備國家電網公司已經投入生產并使用，但全面無線通信測試規(guī)范體系還未建立[2]。確保電力用戶計量自動化終端采集能夠穩(wěn)定可靠地運行，結合虛擬儀器和無線通信關鍵技術顯得非常必要，填補電力系統(tǒng)無線通信組建虛擬測試空白[3]。因此，該文計量自動化終端選擇適用的無線通信檢測方法，無線通信研究測試具有重要現(xiàn)實意義。

1 無線通信技術

隨著用戶需求逐年增多，電子技術和數(shù)據(jù)通信技術推動了計算機和半導體領域的快速發(fā)展。處于高速需求階段的無線通信技術有很多，諸如：ZigBee、藍牙、UWB和WiFi等關鍵技術取得令人矚目成就[4]。

1.1 ZigBee無線通信技術

ZigBee技術達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，一種雙向低成本無線通信技術，具有250 kbit/s最高通信速率。全球2.4 GHz，美國915 MHz頻段上為40 kbit/s，歐洲868 MHz頻段上為20 kbit/s，這三個頻段總計37個信道。其中868 MHz涵蓋1個信道，915 MHz涵蓋10個信道，2.4 GHz涵蓋16個信道，ZigBee計量自動化終端網絡如圖1所示。

采用ZigBee技術計量自動化終端，價格能為普通用戶接受。ZigBee網絡可以容納一個主設備和最多254個從設備，區(qū)域內可以最多同時存在100個ZigBee網絡。

1.2 ZigBee計量自動化終端應用分析

無線通信網絡按照傳輸介質不同可分為有線接入和無線接入，接入層的組網方式和接入形式之間相互補充。相比于當前使用的有線通信技術計量自動化終端，多用戶計量自動化終端ZigBee技術能實現(xiàn)無線通信。避免有線通信布線施工難等諸多問題。昂貴無線通信頻道租借費用不需要付出，因為ZigBee技術是免費的2.4 GHz頻道，相比無線通信GSM技術，計量自動化終端具有無線傳感器網絡節(jié)點功能。總之，ZigBee無線通信技術和計量自動化終端相結合，其低成本低功耗特有性質，不僅滿足智能家居發(fā)展要求，也滿足當前市場對計量自動化終端功能需求。

2 計量自動化終無線通信性能檢測

2.1 無線通信性能指標測試

接收性能部分和發(fā)射性能部分是計量自動化終端無線通信測試項目的主要劃分模式，按照國內外無線通信相關標準要求進行劃分，能夠規(guī)范和準確地評價無線通信測試可靠性和穩(wěn)定性[5]。接收信號功率承受容限和接收靈敏度，接收信號頻率偏移容限都是接收性能部分測試項目。有發(fā)射功率、占用帶寬、頻率偏移、雜散發(fā)射、發(fā)射功率帶內平坦度和發(fā)送信號矢量幅度誤差都是發(fā)射性能部分測試項目[6]。

2.2 無線通信發(fā)射功率測試步驟

2.2.1 基本概念

發(fā)射功率頻譜儀檢測其信號強度，測量設備發(fā)送無線射頻信號，無線通信測試設備能達到的最大輸出功率。

2.2.2 測試目的

針對信道的干擾和減小系統(tǒng)容量，超過指標要求的輸出功率會增加，驗證計量自動化終端輸出功率是否超過指標要求。

2.2.3 指標要求

按照《微功率（短距離）無線電設備管理暫行規(guī)定》，擴頻通信設備最大輸出功率簇20 dBm，工作于2 400～2 483.5 MHz頻段。通信設備最大輸出功率簇17 dBm，工作于470～510 MHz頻段。通信設備最大輸出功率延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 測試方法及流程

脈沖功率計量自動化測量時，要選用合適的衰減值進行分析處理，防止功率計或頻譜儀過載。頻譜儀的檢波方式要選擇有效值檢波，同時5BW3RBW。脈沖功率是在零跨度時突發(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值，突發(fā)的第一個位置是在跟蹤低于閾值水平，平均功率計算方法步驟如以下幾點。

（1）轉換成dBm的線性功率分別來自幅度跟蹤點。

（2）添加上述的點數(shù)除以振幅，并將其一起列入平均水平計算。

（3）此值以對數(shù)形式顯示（dBm）。

（1）

其中：Pavg為平均功率；n為開始跟蹤點；m為停止跟蹤點；P為跟蹤點對應振幅的功率，以dBm為單位。

2.3 ZigBee模塊與470MHz模塊發(fā)射功率測試結果比較

無線通信性能的發(fā)射功率指標，對ZigBee模塊與470 MHz模塊的測試結果進行了對比分析，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測試結果得出，ZigBee模塊的發(fā)射功率更小，占用帶寬更窄，發(fā)射功率帶內平坦度較平坦。

綜上比較，Zigbee計量自動化終端無線通信中應用可行性更大。

3 結語

相對比較昂貴的通信測試儀器，逐漸提高的測試設備智能化程度，開始軟件化的測試設備，具有局域網接口。方便將測試數(shù)據(jù)下載到數(shù)據(jù)質量分析包、數(shù)據(jù)電子表和數(shù)據(jù)庫，分析和探討ZigBee計量自動化終端應用，計量自動化終端無線通信的測試ZigBee數(shù)據(jù)得到充分利用。內發(fā)射部分和接收部分是測量系統(tǒng)的主要組成部分，系統(tǒng)測試內容通道及其部件的測試，大部分頻率及功率為主的測試指標，各種通信技術發(fā)展進行之中，尚未成熟的相關技術標準，不斷發(fā)展的相應測試技術，新測試方法有待研究開發(fā)。

參考文獻

[1] 黃鍇.電能計量自動化終端維護處理方法[J].企業(yè)技術開發(fā)，2014，33（15）：24-25.

[2] 吳偉東.自動化系統(tǒng)在計量維護中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（46）：155.

[3] 周潔.電能計量自動化系統(tǒng)的建設及應用：以膠州市供電公司為例[J].科技資訊，2012，10（12）：30.

[4] 郭飛，陳根永，張德玲.基于RS485接口的電能計量數(shù)據(jù)采集[J].微計算機信息，2007，23（22）：99-101.

[5] 賈麗萍，茹世文，弭勇，等.用電信息采集終端自動化檢測系統(tǒng)構建[J].產業(yè)與科技論壇，2012，11（17）：67-68.

[6] 楊悅輝.計量自動化系統(tǒng)在計量管理工作中的應用[J].計量與測試技術，2013，40（4）：36-37.