低壓電力線通信點對點通信性能測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
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點對點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)場測試或者是實驗室測試得到。誤碼率可以用來分析當前信道環(huán)境下系統(tǒng)的通信性能，為系統(tǒng)的性能比較、系統(tǒng)的改進設計提供可靠的衡量指標。
本文設計的點對點通信測試系統(tǒng)是在低壓電力線信道環(huán)境下，測試2個載波通信單元的點對點通信的能力。電力線信道的環(huán)境復雜，負載變化大，會造成電力線信道的多徑產生，并且由于各種開關電源等影響，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)膱笪臄?shù)據(jù)的長度不同，產生的影響也各不相同。目前，國內外的各類報導中關于低壓電力線信道的建模很少，因此在這種復雜的信道環(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對點通信能力，還可以橫向比較不同廠家各個類別的載波通信單元在相同的信道環(huán)境下點對點通信性能，為整體通信系統(tǒng)的改進和設計提供一定的指導依據(jù)。
1 測試系統(tǒng)設計
測試系統(tǒng)整體結構圖如圖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)提供一個相對純凈的電信號。
(2)載波通信單元：2個載波通信單元分別標識為A、B，并分別連接計算機的COM1、COM2串口。由于載波通信單元具有透傳數(shù)據(jù)的功能，A能夠接收計算機通過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出原始的數(shù)據(jù)串并通過COM2口傳給計算機。
(3)可調衰減器：衰減頻率5 kHz～500 kHz，衰減倍數(shù)0～90 dB，接在2個載波通信模塊之間，可以根據(jù)測試需要來調整衰減倍數(shù)。
(4)噪聲信號發(fā)生器：此設備可以根據(jù)測試需要產生高斯白噪聲、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，此設備加在強電220 V與噪聲信號發(fā)生器之間，主要作用是隔離強電，防止噪聲信號發(fā)生器被高壓擊穿短路。
(6)計算機：要求有2個串口COM1、COM2，可以進行串口通信，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)，可以實現(xiàn)比較、計算誤碼率，數(shù)據(jù)傳輸速率以及對模塊整體通信性能評價打分的測試軟件。
此測試軟件主要能夠實現(xiàn)以下功能：
(1)設置傳輸?shù)膱笪牡拈L度和數(shù)目。默認設置為16 B、32 B、64 B、128 B、192 B的報文各16條。
(2)根據(jù)設定的默認設置或自定義設置來產生數(shù)據(jù)串。由于載波通信單元具有透傳報文的能力，因此傳輸?shù)膱笪臑殡S機生成的數(shù)據(jù)串，并通過COM1和COM2發(fā)收這些數(shù)據(jù)串。
(3)計算報文級和碼元級的誤碼率。報文級誤碼率＝(含錯誤位數(shù)據(jù)串個數(shù)＋發(fā)出未收到的數(shù)據(jù)串個數(shù))÷傳送的數(shù)據(jù)串總數(shù)；碼元級誤碼率＝錯誤位數(shù)÷收到總位數(shù)。
(4)計算有效的通信速率。有效通信速率＝傳輸?shù)臄?shù)據(jù)串之和÷傳送數(shù)據(jù)串總的通信時間；其中傳送數(shù)據(jù)串總的通信時間的統(tǒng)計是從一個數(shù)據(jù)串發(fā)送完成到這個數(shù)據(jù)串開始接收的時間，包括通信模塊內部處理數(shù)據(jù)串的時間。
(5)根據(jù)誤碼率和有效數(shù)據(jù)傳輸速率進行整體的通信性能評價和打分。
(6)將數(shù)據(jù)保存到電腦硬盤上以便進行數(shù)據(jù)查詢。
軟件設計主界面如圖2所示。
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