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低压电力线通信点对点通信性能测试系统设计2

gecimao 发表于 2019-05-14 08:56 | 查看: | 回复:

  误码率的最终结果体现在报文成功率栏中。从计算机发送到载波通信单元的报文格式是双方提前约定好的,报文第一个字节用来约定帧头,第二个字节用来约定使用的通信方式,第三个字节为约定要传输的数据串的长度,长度不包括停止字节和校验字节,在报文的最后加上停止字节和校验字节。

  在设计好测试所需要的软件和硬件部分后,将软件和硬件部分连接起来,形成整体的测试系统。首先将隔离器连接在电力线上,从隔离器的输出端连接出两个点A和B,并分别连接载波通信单元A和载波通信单元B,再将载波通信单元A、B分别与计算机串口连接,设置串口参数,使其能够通信。将衰减器连接到A、B载波通信单元之间,根据测试需要调整好衰减倍数。然后将噪声信号发生器和信号耦合装置接到电力线上,设置好需要测试的噪声干扰信号。测试硬件环境搭建完成之后,在计算机上运行误码率测试软件,根据测试的需要来设置所要发送的数据串的长度和条数、时间间隔等参数,通过点击自动发送,计算机自动按照生产的数据串依次向串口发送,在报文接收界面可以收到另一个串口接收到的返回的数据串。在发送和接收完毕后,根据所需要比较的功能来进行误码率计算,可以得到此次通信的性能评分。

  在通信环境(噪音、衰减、阻抗、温度等)一致、所传输数据串长度相等、发送功率相同的情况下,电力线通信的误码率与通信速率相关。通常,低速率意味着高抗干扰、高穿透能力,从而表现为高成功率;而高速率往往意味着低成功率,但又可以通过多次重发提高成功率。所以,单纯以通信成功率评价一个通信技术的性能显然太片面,把时间因素考虑进去会更合理一些。为此,本文建立成功率与通信速率的关系,将通信速率等效到1 kb/s下重新计算成功率,以便更合理地评价和对比各种电力线通信技术的性能。

  假设某个电力线通信技术的误码率为p(成功率是 1-p),其通信速率为 v(单位b/s),则这种技术下重复发送 v/1 000遍便可等效到1 kb/s的通信速率,此时的成功率为:

  式(1)便是本文的评价模型,Q为一个[0,1]之间的数值,它是通信速率转换为1 kb/s后的成功率。为了方便测试,将该数值放大100倍,得到技术测试得分E=100 Q,从技术测试得分上的高低便可以客观地评价通信性能的优劣。

  式(1)所建立的评价模型可以用于码元级性能评价,也可用于报文级性能评价, 取决于p是取码元级误码率还是报文级误码率。通常,在研发过程中注重码元级误码率,在实际应用中强调的是报文级误码率。

  本文对东软载波科技股份有限公司的第3代电力线载波通信单元进行了实际测试。通过调节衰减器的衰减倍数来测试其通信性能的变化。表1、表2分别为幅度衰减倍数为0 dB和50 dB时测试的通信性能。

  由此可以看出,表1中,测试1、2情况下,两个载波通信模块之间没有幅度上的衰减,二者的通信成功率都是100%,所以此时技术测试得分都是满分,到达了模块的最佳通信性能。

  表2中,测试3、4情况下,两个载波通信单元之间加入了50 dB的幅度上的衰减的时候,也就是说两个单元之间的通信的信号幅度衰减了105倍,测试3中的通信成功率虽然比测试4的高很多,但是其有效通信速率比测试4的低很多,根据测试系统的整体评价,测试3的总体得分不如测试4的整体得分高。从而更进一步地验证了测试系统在通信性能上测试的公平性、灵活性。

  本文中设计的电力线点对点通信性能测试系统测试原理简单,测试环境搭建方便,测试软件使用简单灵活,通过测试结果可以看到,此测试系统可以很直观、公平地比较出载波通信单元的通信性能,为整体通信系统的设计、性能的改进提供了一定的数据指导。

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