载波芯片通信性能测试技术报告文档格式.docx
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测试方案是由天津市电力公司营销部组织,电能计量中心、电费管理中心共同起草制定的,电能计量中心与电费中心负责具体的测试工作。
测试过程是在模拟台区现场的环境下进行测试,在各个时段不同负荷情况下进行抄表测试,对不同条件下的抄表成功率进行统计。
此阶段主要测试载波芯片在各种环境下的集中抄表能力、自组网能力,以及主动上报功能。
现场模拟测试以电能计量中心办公楼为测试台区,使用电费管理中心的现有主站;
对于各厂家自己的独特功能如电费主站无法支持的,可使用厂家自己的测试平台进行,并对测试过程采取统一的防作弊手段。
2.具体测试实施情况
本次测试对象包括主流载波芯片的生产厂家和部分电表厂家,其中以测试芯片厂家为主,对芯片的通信能力做全面测试,对电表厂家的测试侧重于使用载波芯片后的路由搜集能力和稳定性。
在测试过程中,部分芯片厂家对电能计量中心测试环境的电网噪声情况进行了分析,频谱图如下所示,频率从50多kHz到500kHz,噪声干扰依次递减,在60kHz左右的噪声最强,然后干扰程度不断下降,但在120kHz左右和180kHz左右的倍频处又有凸起,图中黄色亮点就是在120kHz倍频出的噪声干扰凸起。
本次测试的芯片厂家选用的频段就有50-70kHz、120kHz左右,这几款芯片的受干扰程度最强烈,而大部分实际现场台区的噪声干扰要小得多。
所以,本次测试结果上的明显差距都是基于此噪声环境下所致。
图一噪声干扰频谱图
图二现场安装位置图
上图为本次测试表在电能计量中心楼内的现场安装位置图,由于测试期间楼内装修,导致许继和瑞斯康有1/3的测试表在安装地点上发生变化,变更完的安装地点距离集中器更远。
下面通过测试数据,对各厂家芯片的技术特点分别加以分析:
东软的测试结果
高负载
低负载
无中继1小时集中抄表成功率
44/91=48%
无中继2小时集中抄表成功率
56/91=62%
无中继1小时自组网成功率
48/91=53%
无中继2小时自组网成功率
49/91=54%
A相中继1小时自组网成功率
83/94=88%
A相中继2小时自组网成功率
AB相中继1小时自组网成功率
93/97=96%
AB相中继2小时自组网成功率
96/97=99%
三相中继1小时自组网成功率
85/100=85%(80%)
99/100=99%(94%)
三相中继2小时自组网成功率
93/100=93%(88%)
三相中继1小时集中抄表成功率
57/100=57%(52%)
100/100=100%(95%)
三相中继2小时集中抄表成功率
87/100=87%(82%)
三相中继4小时集中抄表成功率
89/100=89%(84%)
三相中继已有路由集中抄表时间
八分到二十分钟不等
通信距离和通信能力
405不通,三楼旧表库高负载不通,低负载时通,207在接在墙上单相插座后白天不通,接在三相四线插座后能够连通
由于东软是本次测试的第一家,以它为试验对象进行了测试表安装地点的选取,由此确定了后续厂家测试表的安装位置,所以在试验过程上对东软放宽了一些,对于三相中继测试时选取的位置应该有5块不能通讯上,所以测试结果以括号里为准。
东软选择的频段是270kHz,厂家自己测试功耗在1.7W左右,同时采用了跨相耦合的方式,在通信距离上表现一般,直抄能力不强,但是寻找路由、自组网收集表号的速度相对来说比较快,同时建立完路由再抄表的速度也很快。
事件上报的功能经过测试也可行。
弥亚微的测试结果
21/91=23%
24/91=26%
三相中继1轮自组网
48/99=48%耗时190分钟
80/99=81%耗时340分钟
98/99=99%耗时360分钟
28/100=28%
50/100=50%
29/100=29%
52/100=52%
100/100=100%
70分钟左右
弥亚微选择的频段是76kHz,厂家自己测试功耗不大于0.4W,采用了过零点左右各3.3ms的技术传输数据,波特率自适应,能够分出抄到电表所属的相位。
但是通信距离上表现一般,直抄能力不强,电网负载高对抄表效果也影响较大,自组网收集表号的速度也相对较慢。
测试过程运行时间越长路由越趋于稳定。
对于事件上报的功能,厂家着重测试了冲突检测机制,30块表同时上报最佳纪录能够上报成功25块。
鼎信的测试结果
62/91=68%
56/91=77%
无中继4小时集中抄表成功率
91/91=100%
65/100=65%
71/100=71%
79/100=79%
92/100=92%
无中继4小时自组网成功率
84/100=84%
97/100=97%
无中继已有路由集中抄表时间
10分钟左右
7分钟
鼎信选择的频段为421kHz,自己测试的功耗为1.9W左右,采用了过零点左右共3.3ms的技术传输数据,够分出抄到电表所属的相位。
鼎信的直抄能力较强,通信距离很远,所以整个路由的中继深度很浅,但是缺点是传输速度相对较慢,单相只有100bps,三相同时传输也只能到达300bps,自组网收集表号的速度比普通抄表的速度要慢一些,收集的成功率也相对低一些。
对于事件上报的功能,本次测试的芯片没有开发。
但是具备主动上报的功能就可以实现事件上报。
清华力合微电子的测试结果
35/100=35%
43/100=43%
41/100=41%
55/100=55%
61/100=61%
72/100=72%
三相中继4小时自组网成功率
76/100=76%
清华力合微电子采用的是OFDM正交多载波技术,本次测试的芯片是4载波,频段分别为52.8kHz,57.6kHz,62.4kHz,67.2kHz,通信速率为2.4kbps,同时也可以跨相耦合抄表。
力合微本次测试的芯片在上报表号上的模式与其他厂家不同,并没有采用集中器统一控制上报表号,而是上电即主动上报。
整体上看,清华力合的受噪声干扰程度也较深,导致抄表距离有限,直抄能力不强,但是在载波通讯技术上提出了一种不同的思路,还有相当提升的空间,现在正在研发的芯片采用更多的正交载波去增强抗干扰能力。
清华力合微电子于2010年10月的第二次测试结果
集中器安装位置
2楼
1小时集中抄表成功率
39/100=39%
88/100=88%
2小时集中抄表成功率
47/100=47%
95/100=95%
4小时集中抄表成功率
4楼
20/100=20%
48/100=48%
53/100=53%
本次现场模拟测试分为两个阶段,集中器的安装地点分别为四楼与二楼(见下图)。
图三2010年10月力合微现场安装位置图
力合微更换为新型载波芯片后于2010年10月进行复测,本次的载波芯片依然采用OFDM正交多载波技术,中心频点改为390kHz,分为四载波,分别为384kHz、388.8kHz、393.6kHz、398.4kHz,通信速率为2.4kbps,从测试数据看,改进后的载波芯片测试效果比上一次好。
万胜的测试结果
90/90=100%
万胜和鼎新一样采用的也是421kHz频段,3.3ms的过零点技术,并且采用了单相1.2kbps的通信速率,三相同时传输,加在一起传输速率能到3.6kbps,本次测试环境下万胜的综合表现最好,通过厂家自己测试软件的数据显示,万胜的直抄能力仅比鼎信差一点,但是传输速率的提升让整个抄表周期很快,无论是自组网还是集中抄表都只用了10分钟左右就能100%抄到。
瑞斯康的测试结果
65/74=88%
52/95=55%
67/95=71%
三相中继1小时集中抄成功率
35/95=37%
66/80=82.5%
三相中继2小时集中抄成功率
37/95=39%
70/80=87.5%
三相中继4小时集中抄成功率
55/95=58%
瑞斯康采用的频点为132kHz,通信速率是5.5kbps,并不像其他的芯片采用集中器-电能表主从网络,而是使用了分布式抄表,在集中器和电能表端都不记录路由信息,无论是上报表号还是集中抄表每一次都是自发的广播方式,不依据历史路由,缺点是直抄能力一般,易受噪声干扰。
威胜、许继、科陆、新联都是采用东软芯片的电表厂家,在载波方案的应用中并没有太多亮点,在本测试报告中就不再详细描述,测试结果与东软芯片相近。
3.测试结果对比
将目前几个厂家的测试数据进行对比:
在抄表成功率上,表现最好的是鼎信和万胜,其他厂家如东软、弥亚微、清华力合微、瑞斯康几款表现相近;
在自组网上报表号方面,东软、万胜、瑞斯康的速度较快;
其他厂家表现相近。
在频段选择方面,鼎信和万胜同样是421kHz最高,其次是清华力合微改进后的芯片390kHz,东软270kHz,瑞斯康132kHz,弥亚微的最低60kHz左右。
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