CN111654311B - 一种电力线载波仿真运行测试***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力线载波仿真运行测试***及其方法，该***包括通信模块支持单元、信道参数模拟单元、载波信号采样单元、射频性能检测单元、测控与人机交互单元、以及直流供电单元，其中，通信模块支持单元和信道参数模拟单元分别与待测通信模块相互连接，待测通信模块分布设置在主节点和多个从节点，信道参数模拟单元通过载波信号采样单元与射频性能检测单元相互连接，测控与人际交互单元、直流供电单元分别连接至射频性能检测单元。与现有技术相比，本发明提出了一种能够提供不同电力线噪声、接入阻抗以及模拟信号衰减的仿真***，能够可靠地进行电力线载波动态测试。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波测试技术领域，尤其是涉及一种电力线载波仿真运行测试***及其方法。
背景技术
电力线载波通信作为用电信息采集***低压台区主流的本地通信方式之一，凭借其技术成熟、施工简单、运维方便等特点，已广泛应用于用电信息采集***建设，考虑到实际使用环境十分复杂，往往需要进行电力线载波模拟实验，以检测电力线载波性能是否满足指标需求。
现有的模拟实验以窄带载波为主，如图1所示，分别考虑各模块的变化情况并搭建了硬件电路实现，再将各模块注入到净化的模拟电网中，从而实现对低压电力线载波通信***的模拟。实验***结构包括：载波发送模块、净化电源、电网拓扑结构、负载网络、噪声干扰源、耦合器和载波接收模块等设备。该***通过载波模块发送信号，信号在净化电网环境内传输，在经过人为选择的噪声信号、电网拓扑结构和不同阻抗值的负载传输后，通过接收模块来检测信号变化情况，以此进行噪声干扰和阻抗变换实验。
上述的模拟实验***主要用于载波通信模块的射频收发性能检测，只能静态反映载波模块的技术指标，缺乏实验室载波台区环境模拟***，难以反映载波模块在复杂环境下的实际通信能力。现阶段进行实际环境适应性测试时，大多选择某个实际台区环境，轮流使用不同类型的载波模块进行实际数据采集。然而现实台区的状态是复杂多变的，很多情况是难以重复产生的，有很强的随机性。且电力线具有非通信专用性和开放性的特点，大量用电设备的接入会同时引入各种特征的噪声信号，且用电设备的接入具有一定的随机性，容易导致阻抗、衰减的时变性。这些问题都会增加电力载波通信的不确定性、降低运行可靠性。总体而言，电力线载波信道具有以下特征：
(1)在广阔的范围内遇到干扰信号，如用户的各种电气设备，特别是陈旧的和有质量缺陷的电器，会给电力线上传送的信号带来灾难性的干扰。
(2)用电设备的接入具有随机性，电力网络上的阻抗随负载的变化而会有大幅度的变化，且具有较强的时变性。
(3)由于存在较强的衰减特性，使得电力线上的各个节点表现出的性能也不尽相同。
鉴于电力线载波信道存在上述诸多问题、且难以保证台区环境的真实性，因此急需一种能够进行电力线噪声、接入阻抗、传输特性(信号衰减)等信道环境参数的仿真***，以真实模拟各类运行环境，从而能够动态反映电力线载波性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电力线载波仿真运行测试***及其方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电力线载波仿真运行测试***，包括通信模块支持单元、信道参数模拟单元、载波信号采样单元、射频性能检测单元、测控与人机交互单元、以及直流供电单元，所述通信模块支持单元和信道参数模拟单元分别与待测通信模块相互连接，所述待测通信模块分布设置在主节点和多个从节点，所述主节点与多个从节点之间设有台区耦合度调节单元，所述信道参数模拟单元通过载波信号采样单元与射频性能检测单元相互连接，所述测控与人际交互单元、直流供电单元分别连接至射频性能检测单元。
进一步地，所述台区耦合度调节单元通过信道参数模拟单元分别与主节点、多个从节点相互连接。
进一步地，所述信道参数模拟单元包括噪声生成器、可变电子负载和信号衰减器。
进一步地，所述噪声生成器输出的噪声包括背景噪声、周期性噪声和突发性噪声。
进一步地，所述载波信号采样单元包括依次连接的工频信号隔离模块和载波信号取样模块。
进一步地，所述射频性能检测单元具体为标准仪器仪表。
进一步地，所述标准仪器仪表包括频谱分析仪、数字示波器和噪声信号采集回放器。
进一步地，所述频谱分析仪为HP8594E，所述数字示波器为TDS520B，所述噪声信号采集回放器为WS-RPS101。
一种电力线载波仿真运行测试方法，包括以下步骤：
S1、电力线噪声干扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
信道参数模拟单元输出不同噪声信号给电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点和从节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自主节点和从节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成电力线噪声干扰测试；
S2、阻抗变化干扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元输出不同阻抗信号，并加载于电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点和从节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自主节点和从节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成阻抗变化干扰测试；
S3、信号衰减测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元输出不同信号衰减值，通过台区耦合度调节单元加载于电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点和从节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自主节点和从节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成信号衰减测试；
S4、串扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
选择相邻且具有区域重叠的两个节点作为串扰测试台区；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元输出信号衰减值，通过台区耦合度调节单元加载至串扰测试台区中一个节点的电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给串扰测试台区位于另一个节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自串扰测试台区位于另一个节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成串扰测试。
本发明的工作原理为：设置虚拟的主节点和对应的多个从节点，以模拟出真实台区环境，将待测通信模块分别布置在主节点和从节点；
由测控与人机交互单元提供操作界面及***控制输入，通信模块支持单元为待测通信模块提供工作电源、控制信号以及交互数据，信道参数模拟单元根据设置模拟电力线噪声、阻抗变化或信号衰减；
主节点与从节点之间的载波信号通过台区耦合度调节单元进行传输；
载波信号采样单元从信道参数模拟单元提取传输的载波信号，先后对该载波信号进行工频信号隔离和载波信号取样处理，并将载波取样信号输出给射频性能检测单元；
直流供电单元为射频性能检测单元提供直流工作电源，射频性能检测单元分别对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，完成电力线载波仿真测试过程。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明采用主节点和多个从节点的方式，以构建台区环境，此外，利用台区耦合度调节单元，能够进一步真实模拟出台区环境中主节点信号强、从节点信号弱的运行条件，有利于测试出通信模块的真实数据传输能力，且本发明构建的台区环境支持多分支、多中继形式，使得本发明提出的仿真测试***能够灵活扩展。
二、本发明通过设置信道参数模拟单元，能够模拟出包含不同电力线噪声、阻抗变化以及信号衰减的信道参数，使得本发明能够提供与实际运行环境相一致的仿真运行环境，实现动态测试的目的。
附图说明
图1为传统窄带载波模拟实验***示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为实施例中电力线载波仿真***物理结构示意图；
图中标记说明：1、通信模块支持单元，2、信道参数模拟单元，3、载波信号采样单元，4、射频性能检测单元，5、测控与人机交互单元，6、直流供电单元，7、待测通信模块，80、主节点，81、从节点，9、台区耦合度调节单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图2所示，一种电力线载波仿真运行测试***，包括通信模块支持单元1、信道参数模拟单元2、载波信号采样单元3、射频性能检测单元4、测控与人机交互单元5、以及直流供电单元6，其中，通信模块支持单元1和信道参数模拟单元2分别与待测通信模块7相互连接，由通信模块支持单元1产生待测通信模块7正常工作的电源、控制信号、交互数据等支持条件，由信道参数模拟单元2生成不同电力线噪声、阻抗变化和信号衰减等信道参数；
在低压电力载波通信中，分为载波主节点和载波从节点两部分，载波主节点为载波通道中的主控制端，实现对整个载波通信的整体协调、抄表、路由、控制等功能，载波从节点被动地被主节点进行管理和抄表，因此，本发明将待测通信模块7分布设置在主节点80和从节点81，采用一主多从的方式，主节点80和从节点81分别通过信道参数模拟单元2与台区耦合度调节单元9相互连接，利用台区耦合度调节单元9传输载波信号；
信道参数模拟单元2还通过载波信号采样单元3与射频性能检测单元4相互连接，载波信号采样单元3主要进行工频信号隔离和载波信号取样，取样信号送入射频性能检测单元4进行射频性能检测，主要包括频谱分析、波形检测、噪声信号回放等工作；
测控与人际交互单元5和直流供电单元6分别连接至射频性能检测单元4，测控与人机交互单元5主要提供操作界面、***控制等功能，直流供电单元6主要用于仿真***的直流电源供给。
具体的，信道参数模拟单元2包括噪声生成器(用于生成背景噪声、周期性噪声和突发性噪声)、可变电子负载和信号衰减器，载波信号采样单元3包括依次连接的工频信号隔离模块和载波信号取样模块，射频性能检测单元4采用标准仪器仪表的形式，主要包括频谱分析仪、数字示波器和噪声信号采集回放器，本实施例中，频谱分析仪选用HP8594E，数字示波器选用TDS520B，噪声信号采集回放器选用WS-RPS101。
将上述仿真运行测试***应用于实际，其仿真测试过程包括电力线噪声干扰测试、阻抗变化干扰测试、信号衰减测试和串扰测试，具体为：
S1、电力线噪声干扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
信道参数模拟单元输出不同噪声信号给电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点和从节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自主节点和从节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成电力线噪声干扰测试；
S2、阻抗变化干扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元输出不同阻抗信号，并加载于电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点和从节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自主节点和从节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成阻抗变化干扰测试；
S3、信号衰减测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元输出不同信号衰减值，通过台区耦合度调节单元加载于电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点和从节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自主节点和从节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成信号衰减测试；
S4、串扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点和从节点的待测通信模块、测控与人机交互单元输出控制信号给射频性能检测单元、直流供电单元提供工作电源给射频性能检测单元；
选择相邻且具有区域重叠的两个节点作为串扰测试台区；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元输出信号衰减值，通过台区耦合度调节单元加载至串扰测试台区中一个节点的电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给串扰测试台区位于另一个节点的待测通信模块；
载波信号采样单元从电力线信道提取来自串扰测试台区位于另一个节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成串扰测试。
本实施例中，采用多分支、多中继的结构形式，设置两个主节点及对应的多个从节点，如图3所示，每个主节点与对应的多个从节点之间配置一个信道参数模拟单元，载波信号采样单元从其中一个与主节点连接的信道参数模拟单元中引出，以此能够扩展仿真环境，增加仿真运行的复杂性，有利于模拟出更真实的实际运行环境，能够加强对电力线载波通信的性能与环境适应性检测。
Claims (8)
1.一种电力线载波仿真运行测试方法，应用于一种电力线载波仿真运行测试***，其特征在于，该***包括通信模块支持单元(1)、信道参数模拟单元(2)、载波信号采样单元(3)、射频性能检测单元(4)、测控与人机交互单元(5)、以及直流供电单元(6)，所述通信模块支持单元(1)和信道参数模拟单元(2)分别与待测通信模块(7)相互连接，所述待测通信模块(7)分布设置在主节点(80)和多个从节点(81)，所述主节点(80)与多个从节点(81)之间设有台区耦合度调节单元(9)，所述信道参数模拟单元(2)通过载波信号采样单元(3)与射频性能检测单元(4)相互连接，所述测控与人际交互单元、直流供电单元(6)分别连接至射频性能检测单元(4)；
该方法包括以下步骤：
S1、电力线噪声干扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点(80)和从节点(81)的待测通信模块(7)、测控与人机交互单元(5)输出控制信号给射频性能检测单元(4)、直流供电单元(6)提供工作电源给射频性能检测单元(4)；
信道参数模拟单元(2)输出不同噪声信号给电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点(80)和从节点(81)的待测通信模块(7)；
载波信号采样单元(3)从电力线信道提取来自主节点(80)和从节点(81)的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元(4)对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成电力线噪声干扰测试；
S2、阻抗变化干扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点(80)和从节点(81)的待测通信模块(7)、测控与人机交互单元(5)输出控制信号给射频性能检测单元(4)、直流供电单元(6)提供工作电源给射频性能检测单元(4)；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元(2)输出不同阻抗信号，并加载于电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点(80)和从节点(81)的待测通信模块(7)；
载波信号采样单元(3)从电力线信道提取来自主节点(80)和从节点(81)的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元(4)对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成阻抗变化干扰测试；
S3、信号衰减测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点(80)和从节点(81)的待测通信模块(7)、测控与人机交互单元(5)输出控制信号给射频性能检测单元(4)、直流供电单元(6)提供工作电源给射频性能检测单元(4)；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元(2)输出不同信号衰减值，通过台区耦合度调节单元(9)加载于电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给位于主节点(80)和从节点(81)的待测通信模块(7)；
载波信号采样单元(3)从电力线信道提取来自主节点(80)和从节点(81)的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元(4)对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成信号衰减测试；
S4、串扰测试：模块支持单元分别提供工作电源给位于主节点(80)和从节点(81)的待测通信模块(7)、测控与人机交互单元(5)输出控制信号给射频性能检测单元(4)、直流供电单元(6)提供工作电源给射频性能检测单元(4)；
选择相邻且具有区域重叠的两个节点作为串扰测试台区；
通过发射扫频信号的方式，信道参数模拟单元(2)输出信号衰减值，通过台区耦合度调节单元(9)加载至串扰测试台区中一个节点的电力线信道；
模块支持单元输出抄表指令给串扰测试台区位于另一个节点的待测通信模块(7)；
载波信号采样单元(3)从电力线信道提取来自串扰测试台区位于另一个节点的载波信号，并对该载波信号进行工频隔离和载波取样，得到载波取样信号；
射频性能检测单元(4)对载波取样信号进行频谱分析、波形检测和噪声信号回放，以完成串扰测试。
2.根据权利要求1所述的一种电力线载波仿真运行测试方法，其特征在于，所述台区耦合度调节单元(9)通过信道参数模拟单元(2)分别与主节点(80)、多个从节点(81)相互连接。
3.根据权利要求1所述的一种电力线载波仿真运行测试方法，其特征在于，所述信道参数模拟单元(2)包括噪声生成器、可变电子负载和信号衰减器。
4.根据权利要求3所述的一种电力线载波仿真运行测试方法，其特征在于，所述噪声生成器输出的噪声包括背景噪声、周期性噪声和突发性噪声。
5.根据权利要求1所述的一种电力线载波仿真运行测试方法，其特征在于，所述载波信号采样单元(3)包括依次连接的工频信号隔离模块和载波信号取样模块。
6.根据权利要求1所述的一种电力线载波仿真运行测试方法，其特征在于，所述射频性能检测单元(4)具体为标准仪器仪表。
7.根据权利要求6所述的一种电力线载波仿真运行测试方法，其特征在于，所述标准仪器仪表包括频谱分析仪、数字示波器和噪声信号采集回放器。
8.根据权利要求7所述的一种电力线载波仿真运行测试方法，其特征在于，所述频谱分析仪为HP8594E，所述数字示波器为TDS520B，所述噪声信号采集回放器为WS-RPS101。
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