一、行業(yè)分析

1.1 行業(yè)發(fā)展背景

集中抄表產(chǎn)品在國內(nèi)從上世紀90年代發(fā)展至今，已經(jīng)將近有20年的歷史。其發(fā)展過程大致可劃分為3個階段。

i. 1992年至1998年8月

這個時期是集抄產(chǎn)品從起步到獲得市場和電力設(shè)備檢測權(quán)威部門認可的階段；這個階段的大部分時間里，因為鮮有實際的案例，一致認為抄表系統(tǒng)實在是太簡單了，市場是如此巨大，充滿了誘惑！這個時期是從產(chǎn)品在市場上出現(xiàn)到行業(yè)標準《低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件》（試行）的推廣開始。這個時期的產(chǎn)品不論市場還是技術(shù)普遍具有試驗和摸索的特點。

這時期的數(shù)據(jù)傳輸方式有：RS485總線，Can bus總線，低壓電力線載波通訊，LONWORKS技術(shù)，自制總線，無線傳輸?shù)鹊龋究梢蚤_發(fā)和想到的方式都被進行嘗試，但由于缺乏規(guī)范和統(tǒng)一性，產(chǎn)品的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约俺頂?shù)據(jù)的準確性等都面臨諸多的考驗。

ii. 1998年8月至2005年

這個時期一開始，行業(yè)標準DLT/698《低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件》正式頒布，同時隨著城鄉(xiāng)居民用電“一戶一表”工程的展開，集抄產(chǎn)品開始得到電力用戶的關(guān)注和耐心了解。

傳輸方式的變化：這時期的傳輸方式已不再是最開始的百家爭鳴，其中低壓電力線載波技術(shù)與RS485專線在此時期脫穎而出。

低壓電力線載波通信的應(yīng)用水平大幅提升，國外芯片技術(shù)轉(zhuǎn)入國內(nèi)，國內(nèi)自主開發(fā)的載波技術(shù)芯片在市場嶄露頭角；依托巨大的低壓電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，低壓電力線載波技術(shù)有著無可比擬的潛力優(yōu)勢。但此時期的低壓電力線載波因為技術(shù)成熟度不高，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约皩崟r性方面仍有缺陷。

而RS485專線技術(shù)以其傳輸?shù)膶崟r性及準確性的優(yōu)勢逐漸成為市場的主流，但其較高的布線成本及維護成本是阻礙其發(fā)展的主要原因。

iii. 2005年至今

到2005年，盡管集抄產(chǎn)品已經(jīng)足足發(fā)展了10余年，但也就是這最近幾年，集抄產(chǎn)品在電力行業(yè)得到全面認可和重視，這以原行業(yè)標準DLT698-1999《低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件》升級為DLT698-2009《電能信息采集與管理系統(tǒng)》為根本標志（新行業(yè)國家標準正等待發(fā)改委審批）。南方電網(wǎng)以廣東電網(wǎng)為代表在2007年9月頒布了《廣東電網(wǎng)公司低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)技術(shù)條件及通訊規(guī)約（6個文件）》，國家電網(wǎng)在2010年頒布《用電信息采集系統(tǒng)》企業(yè)標準。從這些標準看出，電力用戶部門把集抄產(chǎn)品定位為電能信息采集和電力企業(yè)建立營銷管理系統(tǒng)的技術(shù)裝備。

此時的數(shù)據(jù)傳輸方式與之前相比加入了短距離無線通信方式：

短距離無線通訊技術(shù)在集中抄表產(chǎn)品發(fā)展之初就有應(yīng)用，主要是集中器與采集器之間。但最初集中器端采用小功率FSK無線發(fā)射臺，采用專有頻段，需要向無線電管理委員會申請。無線通訊的優(yōu)點是無需布線，安裝方便，早期傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)不成熟，無線通信硬件都采用模擬電路，雖然實現(xiàn)了無線抄表，但存在著很多缺點：第一、模擬電路隨溫度濕度變化，頻率偏移嚴重，可靠性不好；第二，通信速率低，距離近，功耗大，壽命短；第三，整體成本高，批量生產(chǎn)困難。這些缺點導(dǎo)致無線通信技術(shù)在抄表行業(yè)推廣困難，發(fā)展較慢。不過最近幾年，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信硬件采用高精度集成封裝技術(shù)，環(huán)境溫度濕度變化的影響受到控制，頻率偏移小，可靠性大大提高；采用高效糾錯技術(shù)，保證通信數(shù)據(jù)100%正確；通信距離大大提高，成本也已降低，可以滿足抄表的要求。

無線通訊技術(shù)最近幾年發(fā)展很快，從頻率來分，有兩種無線通信技術(shù)。一種是ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；一種是433MHz470MHz開放頻段的無線通信技術(shù),這是傳統(tǒng)無線通信技術(shù)的發(fā)展。

1.2 技術(shù)分析

i. 系統(tǒng)構(gòu)造

當(dāng)前集中抄表行業(yè)主流系統(tǒng)架構(gòu)為：抄表中心（上位機）+集中器+采集器+表的四層架構(gòu)或抄表中心（上位機）+集中器+表的三層架構(gòu)。

其中抄表中心到集中器之間的鏈路是為上行信道；集中器到采集器、表或集中器到表的鏈路是為下行信道。

上行信道為遠程數(shù)據(jù)傳輸，目前應(yīng)用最為廣泛的是以GSM/GPRS等現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)作為遠程數(shù)據(jù)傳輸手段。其優(yōu)點在于技術(shù)成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好，但成本方面是需要考量的一個方面。其次部分使用到低壓電力線載波或電話線網(wǎng)絡(luò)進行遠程的數(shù)據(jù)傳輸，其優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)覆蓋率好，但缺點在技術(shù)發(fā)展緩慢，低壓電力線信道質(zhì)量惡劣，實時性差、數(shù)據(jù)準確性不足等。

下行信道為短距離數(shù)據(jù)傳輸，目前主流應(yīng)用是低壓電力線載波技術(shù)及短距離無線傳輸技術(shù)。上述已提到低壓電力線載波技術(shù)的特點，而其缺點信道質(zhì)量問題在短距離傳輸中表現(xiàn)不太明顯，能較好適應(yīng)短距離的數(shù)據(jù)傳輸工作；而短距離無線傳輸技術(shù)近幾年發(fā)展迅速，其可靠性及數(shù)據(jù)準確性方面表現(xiàn)要優(yōu)于低壓電力線載波技術(shù)。

ii. 短距離無線傳輸技術(shù)

短距離無線通信傳輸技術(shù)的核心是短距離無線數(shù)傳模塊，應(yīng)用于集中器、采集器和采集表中。目前應(yīng)用最廣泛的是處于ISW--470MHz頻段。根據(jù)國家電網(wǎng)企業(yè)標準——基于微功率無線通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其指標如下：

系統(tǒng)的工作頻率 470MHz～486MHz

調(diào)制方式 FSK（Frequency Shift Keying）

基帶信號濾波方式 高斯濾波（GFSK）

頻率偏差值 25±5kHz

信道帶寬 100kHz

信道切換時間 ≤500us

射頻輸出功率 不大于50mW (17dBm)

空中碼元速率 10kbps，誤差≤0.05%

發(fā)射器占用周期 ≤500毫秒

接收機靈敏度 -106dBm，接收誤碼率≤1%

二、測試需求分析

2.1 項目原理

短距離無線通信技術(shù)是目前集中抄表行業(yè)中下行信道最主流的兩種短距離數(shù)據(jù)傳輸手段之一。而短距離無線通信技術(shù)的核心在于ISW頻段的無線數(shù)傳模塊上。

該模塊完成將電表的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉鞫嘶蛘卟杉鞫藬?shù)據(jù)匯總傳輸?shù)郊衅鞫耍瓿杉谐碇懈采w小區(qū)“最后一公里”的數(shù)據(jù)采集。

ISW頻段無線數(shù)傳模塊為收發(fā)一體的模塊，需對其整個收發(fā)過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、準確性，接收數(shù)據(jù)的能力，接收數(shù)據(jù)的準確性等進行評估。即對模塊的整個收發(fā)性能進行測試。

對于任何一個無線通信系統(tǒng)而言，都需對其TX及RX性能進行分析。短距離無線通信技術(shù)作為無線通信的一種方式，同樣適用。

一般而言，TX性能代表其發(fā)射信號的能力，要求發(fā)射信號功率滿足設(shè)計要求，發(fā)射信號頻率準確，發(fā)射信號同時產(chǎn)生帶外雜散；RX性能代表其接受信號的能力，要求能夠接收到足夠弱的信號（靈敏度高），接收弱信號的時候保證數(shù)據(jù)的準確性（誤碼率低）等。

2.2 測試需求

短距離無線數(shù)傳模塊需對其TX,RX參數(shù)進行測試，參考《基于微功率無線通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議》指標，需測試的參數(shù)包括TX：發(fā)射功率，發(fā)射頻點，頻率偏移值；RX：接收靈敏度及接收誤碼率。

在無線通信系統(tǒng)中，TX性能測試一般使用頻譜分析儀測試，可測試其發(fā)射功率（或通道功率），發(fā)射頻點、頻率偏移值，帶外雜散等等。RX性能測試一般使用射頻信號源，發(fā)射低功率信號測試系統(tǒng)的接收靈敏度指標及該指標下的誤碼率。

2.3 業(yè)界測試方法

業(yè)界目前針對無線數(shù)傳模塊的測試方法是使用頻譜分析儀進行對TX性能的分析，測試模塊所發(fā)射GFSK信號中心頻率點功率值，頻率偏移值及帶外雜散等參數(shù)。使用矢量射頻信號源+誤碼率分析選件測試模塊的RX性能，測定其接收靈敏度及該靈敏度下的誤碼率等。

三、RIGOL解決方案

3.1 方案概述

i. 系統(tǒng)組成

A. 硬件部分

a) DSG3000射頻信號源+IQ選件

功能：模擬微功率無線通信模塊所需發(fā)射的470MHz頻點GFSK信號

b) DSA800頻譜分析儀

功能：測試微功率無線通信模塊所發(fā)射的470MHz頻點GFSK信號的功率及頻點偏移值

c) DS4000數(shù)字示波器

功能：接收微功率無線通信模塊解調(diào)的基帶信號，并做解碼分析，將解碼結(jié)果輸出

B. 軟件部分

a) 功率及誤碼率分析軟件（應(yīng)用于計算機中）

功能：分析測試微功率無線通信模塊所發(fā)射信號頻率偏移值及功率值；根據(jù)誤碼率測試微功率無線通信模塊的接收靈敏度指標

ii. 系統(tǒng)介紹

A. 功能說明

a) 通過串口通信，發(fā)送指令進行對模塊的收發(fā)狀態(tài)改變，按先發(fā)射后接收的測試流程分別對模塊的發(fā)射功率值、頻率偏移值及模塊的接收最低靈敏度及誤碼率進行分析，得到模塊的發(fā)射功率指標及接收靈敏度指標。模塊要求發(fā)射功率值>18dBm，接收靈敏度<-106dBm并誤碼率<0.1%。通過此系統(tǒng)可實現(xiàn)以上兩個指標測試，測試誤差<1dBm。

b) 此系統(tǒng)更適用于產(chǎn)線測試，整個測試流程由軟件控制，并且通過軟件與工裝的通信，自動完成發(fā)射與接收模式的切換，滿足自動化測試生產(chǎn)的需求，效率較高。

3.2 測試流程圖

3.3 方案分析

RIGOL的測試方案可完成對無線微功率模塊的TX及RX性能測試，且測試的準確性方面與國外品牌一致，并且在自動化生產(chǎn)測試中由于軟件的靈活及操作的便捷性更具備優(yōu)勢。

而最大的優(yōu)勢還是在于成本的控制上，國外品牌搭建的測試系統(tǒng)價值在25萬以上，而RIGOL的微功率模塊測試方案價格可控制在15萬左右，性價比極高。

四、總結(jié)

短距離無線傳輸不僅僅應(yīng)用于集中抄表行業(yè)，目前在智能家居、智能穿戴設(shè)備等方面應(yīng)用也十分廣泛，是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。目前提供給短距離無線抄表客戶的測試方案靈活且可拓展性強，針對其他調(diào)制方式的模塊只需對方案稍作修改即可。