載波芯片通信性能測試技術(shù)報告

1、載波芯片通信性能測試技術(shù)報告目錄1. 項目背景-32. 項目意義及方案制定-33. 具體測試實施情況-44. 測試結(jié)果對比-110.項目背景按照國家電網(wǎng)公司要求，將在未來幾年內(nèi)推行低壓集中抄表系統(tǒng)，低壓電力線載波抄表是主要抄表方式之一。當前的載波抄表芯片廠家，都擁有自己不同的載波通信技術(shù)，在載波的調(diào)制方式、路由算法、組網(wǎng)等方面都有自己的獨特技術(shù)，在不同的通信環(huán)境下，發(fā)揮著各自的優(yōu)勢，促進了載波抄表技術(shù)的百花齊放。1.項目意義及方案制定為進一步了解各種載波通信技術(shù)性能，分析可能影響載波通信的因素，研究各種載波產(chǎn)品的適用環(huán)境，比較各種通信產(chǎn)品的優(yōu)劣，以保證天津市電力公司低壓集抄工程采用盡可能優(yōu)越的

2、技術(shù)與產(chǎn)品，故組織進行了此次對幾個主流載波芯片廠產(chǎn)品的對比測試工作。以下測試數(shù)據(jù)除清華力合微電子的第二次測試是2010年10月進行外，其余生產(chǎn)廠家及清華力合微電子的第一次測試時間均為2009年9月份。測試方案是由天津市電力公司營銷部組織，電能計量中心、電費管理中心共同起草制定的，電能計量中心與電費中心負責具體的測試工作。測試過程是在模擬臺區(qū)現(xiàn)場的環(huán)境下進行測試，在各個時段不同負荷情況下進行抄表測試，對不同條件下的抄表成功率進行統(tǒng)計。此階段主要測試載波芯片在各種環(huán)境下的集中抄表能力、自組網(wǎng)能力，以及主動上報功能?，F(xiàn)場模擬測試以電能計量中心辦公樓為測試臺區(qū)，使用電費管理中心的現(xiàn)有主站；對于各廠家自

3、己的獨特功能如電費主站無法支持的，可使用廠家自己的測試平臺進行，并對測試過程采取統(tǒng)一的防作弊手段。2.具體測試實施情況本次測試對象包括主流載波芯片的生產(chǎn)廠家和部分電表廠家，其中以測試芯片廠家為主，對芯片的通信能力做全面測試，對電表廠家的測試側(cè)重于使用載波芯片后的路由搜集能力和穩(wěn)定性。在測試過程中，部分芯片廠家對電能計量中心測試環(huán)境的電網(wǎng)噪聲情況進行了分析，頻譜圖如下所示，頻率從50多kHz到500 kHz，噪聲干擾依次遞減，在60 kHz左右的噪聲最強，然后干擾程度不斷下降，但在120 kHz左右和180 kHz左右的倍頻處又有凸起，圖中黃色亮點就是在120 kHz倍頻出的噪聲干擾凸起。本次測

4、試的芯片廠家選用的頻段就有50-70 kHz、120 kHz左右，這幾款芯片的受干擾程度最強烈，而大部分實際現(xiàn)場臺區(qū)的噪聲干擾要小得多。所以，本次測試結(jié)果上的明顯差距都是基于此噪聲環(huán)境下所致。圖一 噪聲干擾頻譜圖圖二 現(xiàn)場安裝位置圖上圖為本次測試表在電能計量中心樓內(nèi)的現(xiàn)場安裝位置圖，由于測試期間樓內(nèi)裝修，導致許繼和瑞斯康有1/3的測試表在安裝地點上發(fā)生變化，變更完的安裝地點距離集中器更遠。下面通過測試數(shù)據(jù)，對各廠家芯片的技術(shù)特點分別加以分析：東軟的測試結(jié)果高負載低負載無中繼1小時集中抄表成功率44/91=48%無中繼2小時集中抄表成功率56/91=62%無中繼1小時自組網(wǎng)成功率48/91=53

5、%無中繼2小時自組網(wǎng)成功率49/91=54%A相中繼1小時自組網(wǎng)成功率83/94=88%A相中繼2小時自組網(wǎng)成功率83/94=88%AB相中繼1小時自組網(wǎng)成功率93/97=96%AB相中繼2小時自組網(wǎng)成功率96/97=99%三相中繼1小時自組網(wǎng)成功率85/100=85%(80%)99/100=99%(94%)三相中繼2小時自組網(wǎng)成功率93/100=93%(88%)99/100=99%(94%)三相中繼1小時集中抄表成功率57/100=57%(52%)100/100=100%(95%)三相中繼2小時集中抄表成功率87/100=87%(82%)100/100=100%(95%)三相中繼4小時集中抄

6、表成功率89/100=89%(84%)100/100=100%(95%)三相中繼已有路由集中抄表時間八分到二十分鐘不等通信距離和通信能力405不通，三樓舊表庫高負載不通，低負載時通，207在接在墻上單相插座后白天不通，接在三相四線插座后能夠連通由于東軟是本次測試的第一家，以它為試驗對象進行了測試表安裝地點的選取，由此確定了后續(xù)廠家測試表的安裝位置，所以在試驗過程上對東軟放寬了一些，對于三相中繼測試時選取的位置應(yīng)該有5塊不能通訊上，所以測試結(jié)果以括號里為準。東軟選擇的頻段是270 kHz，廠家自己測試功耗在1.7W左右，同時采用了跨相耦合的方式，在通信距離上表現(xiàn)一般，直抄能力不強，但是尋找路由、

7、自組網(wǎng)收集表號的速度相對來說比較快，同時建立完路由再抄表的速度也很快。事件上報的功能經(jīng)過測試也可行。彌亞微的測試結(jié)果高負載低負載無中繼1小時集中抄表成功率21/91=23%無中繼2小時集中抄表成功率24/91=26%三相中繼1輪自組網(wǎng)48/99=48% 耗時190分鐘80/99=81% 耗時340分鐘98/99=99% 耗時360分鐘三相中繼1小時集中抄表成功率28/100=28%50/100=50%三相中繼2小時集中抄表成功率29/100=29%52/100=52%三相中繼4小時集中抄表成功率29/100=29%100/100=100%三相中繼已有路由集中抄表時間70分鐘左右彌亞微選擇的頻段

8、是76 kHz，廠家自己測試功耗不大于0.4W，采用了過零點左右各3.3ms的技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，波特率自適應(yīng)，能夠分出抄到電表所屬的相位。但是通信距離上表現(xiàn)一般，直抄能力不強，電網(wǎng)負載高對抄表效果也影響較大，自組網(wǎng)收集表號的速度也相對較慢。測試過程運行時間越長路由越趨于穩(wěn)定。對于事件上報的功能，廠家著重測試了沖突檢測機制，30塊表同時上報最佳紀錄能夠上報成功25塊。鼎信的測試結(jié)果高負載低負載無中繼1小時集中抄表成功率62/91=68%100/100=100%無中繼2小時集中抄表成功率56/91=77%100/100=100%無中繼4小時集中抄表成功率91/91=100%100/100=100%無中

9、繼1小時自組網(wǎng)成功率65/100=65%71/100=71%無中繼2小時自組網(wǎng)成功率79/100=79%92/100=92%無中繼4小時自組網(wǎng)成功率84/100=84%97/100=97%無中繼已有路由集中抄表時間10分鐘左右7分鐘鼎信選擇的頻段為421 kHz，自己測試的功耗為1.9W左右，采用了過零點左右共3.3ms的技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，夠分出抄到電表所屬的相位。鼎信的直抄能力較強，通信距離很遠，所以整個路由的中繼深度很淺，但是缺點是傳輸速度相對較慢，單相只有100bps，三相同時傳輸也只能到達300bps,自組網(wǎng)收集表號的速度比普通抄表的速度要慢一些，收集的成功率也相對低一些。對于事件上報的功

10、能，本次測試的芯片沒有開發(fā)。但是具備主動上報的功能就可以實現(xiàn)事件上報。清華力合微電子的測試結(jié)果高負載低負載三相中繼1小時集中抄表成功率35/100=35%43/100=43%三相中繼2小時集中抄表成功率41/100=41%55/100=55%三相中繼4小時集中抄表成功率61/100=61%72/100=72%三相中繼2小時自組網(wǎng)成功率61/100=61%三相中繼4小時自組網(wǎng)成功率76/100=76%清華力合微電子采用的是OFDM正交多載波技術(shù)，本次測試的芯片是4載波，頻段分別為52.8kHz，57.6kHz，62.4 kHz，67.2 kHz，通信速率為2.4 kbps，同時也可以跨相耦合抄表

11、。力合微本次測試的芯片在上報表號上的模式與其他廠家不同，并沒有采用集中器統(tǒng)一控制上報表號，而是上電即主動上報。整體上看，清華力合的受噪聲干擾程度也較深，導致抄表距離有限，直抄能力不強，但是在載波通訊技術(shù)上提出了一種不同的思路，還有相當提升的空間，現(xiàn)在正在研發(fā)的芯片采用更多的正交載波去增強抗干擾能力。清華力合微電子于2010年10月的第二次測試結(jié)果集中器安裝位置高負載低負載2樓1小時集中抄表成功率39/100=39%88/100=88%2樓2小時集中抄表成功率47/100=47%95/100=95%2樓4小時集中抄表成功率47/100=47%97/100=97%4樓1小時集中抄表成功率20/10

12、0=20%48/100=48%4樓2小時集中抄表成功率20/100=20%53/100=53%本次現(xiàn)場模擬測試分為兩個階段，集中器的安裝地點分別為四樓與二樓（見下圖）。圖三 2010年10月力合微現(xiàn)場安裝位置圖力合微更換為新型載波芯片后于2010年10月進行復測，本次的載波芯片依然采用OFDM正交多載波技術(shù)，中心頻點改為390kHz，分為四載波，分別為384kHz、388.8kHz、393.6kHz、398.4kHz，通信速率為2.4kbps，從測試數(shù)據(jù)看，改進后的載波芯片測試效果比上一次好。萬勝的測試結(jié)果高負載低負載無中繼1小時集中抄表成功率90/90=100%90/90=100%無中繼2小

13、時集中抄表成功率91/91=100%無中繼1小時自組網(wǎng)成功率91/91=100%萬勝和鼎新一樣采用的也是421 kHz頻段，3.3ms的過零點技術(shù)，并且采用了單相1.2 kbps的通信速率，三相同時傳輸，加在一起傳輸速率能到3.6 kbps，本次測試環(huán)境下萬勝的綜合表現(xiàn)最好，通過廠家自己測試軟件的數(shù)據(jù)顯示，萬勝的直抄能力僅比鼎信差一點，但是傳輸速率的提升讓整個抄表周期很快，無論是自組網(wǎng)還是集中抄表都只用了10分鐘左右就能100%抄到。瑞斯康的測試結(jié)果高負載低負載無中繼1小時集中抄表成功率65/74=88%三相中繼1小時自組網(wǎng)成功率52/95=55%67/95=71%三相中繼1小時集中抄成功率35/95=37%66/80=82.5%三相中繼2小時集中抄成功率37/95=39%70/80=87.5%三相中繼4小時集中抄成功率55/95=58%70/80=87.5%瑞斯康采用的頻點為132 kHz，通信速率是5.5 kbps，并不像其他的芯片采用集中器-電能表主從網(wǎng)絡(luò)，而是使用了分布式抄表，在集中器和電能表端都不記錄路由信息，無論是上報表號還是集中抄表每一次都是自發(fā)的廣播方式，不依據(jù)歷史路由，缺點是直抄能力一般，易受噪聲干擾。威勝、許繼、科陸、新聯(lián)都是采用東軟芯片的電表廠家，在載波方案的應(yīng)用中并沒有太多亮點，在本測試報告中