低壓電力線通信點(diǎn)對點(diǎn)通信性能測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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點(diǎn)對點(diǎn)通信的性能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)誤碼率、系統(tǒng)傳輸速率等方面。誤碼率在通信系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位，通常誤碼率可以通過理論仿真得到，也可以通過現(xiàn)場測試或者是實(shí)驗(yàn)室測試得到。誤碼率可以用來分析當(dāng)前信道環(huán)境下系統(tǒng)的通信性能，為系統(tǒng)的性能比較、系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供可靠的衡量指標(biāo)。
本文設(shè)計(jì)的點(diǎn)對點(diǎn)通信測試系統(tǒng)是在低壓電力線信道環(huán)境下，測試2個(gè)載波通信單元的點(diǎn)對點(diǎn)通信的能力。電力線信道的環(huán)境復(fù)雜，負(fù)載變化大，會造成電力線信道的多徑產(chǎn)生，并且由于各種開關(guān)電源等影響，信道環(huán)境中存在脈沖干擾、周期性噪聲等干擾源。這些干擾對通信性能有很大的影響，而且由于信道中傳輸?shù)膱?bào)文數(shù)據(jù)的長度不同，產(chǎn)生的影響也各不相同。目前，國內(nèi)外的各類報(bào)導(dǎo)中關(guān)于低壓電力線信道的建模很少，因此在這種復(fù)雜的信道環(huán)境下測試通信單元的通信性能(比如誤碼率)是非常有必要的。通過這類測試，不僅可以縱向比較自身載波通信單元的點(diǎn)對點(diǎn)通信能力，還可以橫向比較不同廠家各個(gè)類別的載波通信單元在相同的信道環(huán)境下點(diǎn)對點(diǎn)通信性能，為整體通信系統(tǒng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)依據(jù)。
1 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
此測試系統(tǒng)的搭建主要由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分主要由以下幾個(gè)方面：
(1)凈化電源部分：主要是在電力線與測試系統(tǒng)之間加入隔離器，將電力線上的高頻噪聲濾除掉，從而為測試系統(tǒng)提供一個(gè)相對純凈的電信號。
(2)載波通信單元：2個(gè)載波通信單元分別標(biāo)識為A、B，并分別連接計(jì)算機(jī)的COM1、COM2串口。由于載波通信單元具有透傳數(shù)據(jù)的功能，A能夠接收計(jì)算機(jī)通過COM1口傳來的0、1形式的數(shù)據(jù)串，并將該數(shù)據(jù)串通過電力線透傳給B，B收到后去掉透傳信息恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)串并通過COM2口傳給計(jì)算機(jī)。
(3)可調(diào)衰減器：衰減頻率5 kHz～500 kHz，衰減倍數(shù)0～90 dB，接在2個(gè)載波通信模塊之間，可以根據(jù)測試需要來調(diào)整衰減倍數(shù)。
(4)噪聲信號發(fā)生器：此設(shè)備可以根據(jù)測試需要產(chǎn)生高斯白噪聲、脈沖干擾信號、正弦波干擾信號，通過信號耦合裝置將產(chǎn)生的干擾耦合到A、B通信的電力線信道上，從而可以測試在不同的干擾環(huán)境下兩個(gè)載波單元的通信性能。
(5)信號耦合裝置：通帶頻率5 kHz～500 kHz，此設(shè)備加在強(qiáng)電220 V與噪聲信號發(fā)生器之間，主要作用是隔離強(qiáng)電，防止噪聲信號發(fā)生器被高壓擊穿短路。
(6)計(jì)算機(jī)：要求有2個(gè)串口COM1、COM2，可以進(jìn)行串口通信，并分別連接載波通信單元A和B。
測試軟件部分是利用VC++平臺自主開發(fā)的一款能夠通過串口發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)比較、計(jì)算誤碼率，數(shù)據(jù)傳輸速率以及對模塊整體通信性能評價(jià)打分的測試軟件。
此測試軟件主要能夠實(shí)現(xiàn)以下功能：
(1)設(shè)置傳輸?shù)膱?bào)文的長度和數(shù)目。默認(rèn)設(shè)置為16 B、32 B、64 B、128 B、192 B的報(bào)文各16條。
(2)根據(jù)設(shè)定的默認(rèn)設(shè)置或自定義設(shè)置來產(chǎn)生數(shù)據(jù)串。由于載波通信單元具有透傳報(bào)文的能力，因此傳輸?shù)膱?bào)文為隨機(jī)生成的數(shù)據(jù)串，并通過COM1和COM2發(fā)收這些數(shù)據(jù)串。
(3)計(jì)算報(bào)文級和碼元級的誤碼率。報(bào)文級誤碼率＝(含錯(cuò)誤位數(shù)據(jù)串個(gè)數(shù)＋發(fā)出未收到的數(shù)據(jù)串個(gè)數(shù))÷傳送的數(shù)據(jù)串總數(shù)；碼元級誤碼率＝錯(cuò)誤位數(shù)÷收到總位數(shù)。
(4)計(jì)算有效的通信速率。有效通信速率＝傳輸?shù)臄?shù)據(jù)串之和÷傳送數(shù)據(jù)串總的通信時(shí)間；其中傳送數(shù)據(jù)串總的通信時(shí)間的統(tǒng)計(jì)是從一個(gè)數(shù)據(jù)串發(fā)送完成到這個(gè)數(shù)據(jù)串開始接收的時(shí)間，包括通信模塊內(nèi)部處理數(shù)據(jù)串的時(shí)間。
(5)根據(jù)誤碼率和有效數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行整體的通信性能評價(jià)和打分。
(6)將數(shù)據(jù)保存到電腦硬盤上以便進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。
軟件設(shè)計(jì)主界面如圖2所示。
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