CN103199893B - 低压ofdm载波物理层通信性能检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，用于检测低压OFDM载波物理层的发射性能指标和接收性能指标，其包括：信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、两个混合器、两个可调衰减器、高斯白噪声发生器、线路阻抗稳定网络、PLC解调设备、交流电功率计、220V交流电源、信号发生器、网络分析仪、频率分析仪、信道模拟仪、信号分析仪以及计算机。本发明实施例专门针对OFDM调制方式的低压电力线载波通信的技术特点，能够对这种通信方式的主要性能指标进行详细测试，测试流程便捷，系统整合性强，系统造价低，节省空间和人力成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种低压OFDM载波物理层通信性能检测系统。
背景技术
目前，对于基于OFDM调制方式的低压电力线载波通信方式的检测尚无专门的检测系统，所使用的测试设备多借用无线通信设备搭建，既造成了测试设备的浪费，又降低了测试效率，还不能完全测试所有的性能指标。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述问题，提供一种低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，以解决目前的检测设备测试效率低且不能完全测试所有性能指标的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例公开了一种低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，用于检测低压OFDM载波物理层的发射性能指标和接收性能指标，其包括：信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、两个混合器、两个可调衰减器、高斯白噪声发生器、线路阻抗稳定网络、PLC解调设备、交流电功率计、220V交流电源、信号发生器、网络分析仪、频率分析仪、信道模拟仪、信号分析仪以及计算机；其中，所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、标准50Ω阻抗电源网络连接至外部市电网络；所述待测载波发送设备和所述待测载波接收设备通过串口连接至一条总线，所述耦合电路、高斯白噪声发生器、线路阻抗稳定网络、PLC解调设备、信号发生器、网络分析仪、频率分析仪、信道模拟仪以及信号分析仪连接至所述总线，所述PLC解调设备通过串口连接至所述计算机；所述两个混合器可以对信号进行混合和分路，并将经过混合和分路后的信号通过串口传送给所述计算机进行数据处理；所述两个可调衰减器用于检测低压OFDM载波通信系统抗高斯白噪声的性能，在进行此项检测时，将所述两个可调衰减器接入到所述总线中。
本发明实施例的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，专门针对OFDM调制方式的低压电力线载波通信的技术特点，能够对这种通信方式的主要性能指标进行详细测试，测试流程便捷，系统整合性强，系统造价低，节省空间和人力成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统的结构示意图；
图2为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行OFDM载波频率范围指标检测的测试结构图；
图3为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行的OFDM频带宽度测量的示意图；
图4为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行逻辑时域特性指标检测的测试结构图；
图5为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行幅度误差矢量指标检测的测试结构图；
图6为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行输出功率准确度指标检测的测试结构图；
图7为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行波峰因数指标检测的测试结构图；
图8为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行整机效率指标检测的测试结构图；
图9为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行信号接收灵敏度指标检测中的发射信号录制的测试结构图；
图10为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行信号接收灵敏度指标检测中的接收灵敏度测试的测试结构图；
图11为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行传输数据一致性指标检测的测试结构图；
图12为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行误比特率指标检测的测试结构图；
图13为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行接收信号质量一致性指标检测的测试结构图；
图14为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行接收频率范围指标检测的测试结构图；
图15为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行发射损耗指标检测的测试结构图；
图16为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行抑制脉冲干扰能力指标检测的测试结构图；
图17为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行抑制同频、临频干扰能力指标检测的测试结构图；
图18为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行抑制0db回波能力、抑制多径能力指标检测的测试结构图；
图19为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行高斯信道下的载噪比门限指标检测的测试结构图；
图20为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行抗相位噪声能力指标检测的测试结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，低压OFDM载波物理层通信性能检测系统是将需要使用的主要仪器放在一个大的机柜中，为了测试系统的方便使用，将所有仪器接在同一条总线上，利用总线在测试不同的指标时将信号输入不同的仪器中，总线中还有两个混合器，可以对信号进行混合和分路，同时能将数据通过串口传递给计算机进行数据处理。根据测试需要还可将可调衰减器接入总线中，用于检测低压OFDM载波通信系统抗高斯白噪声的性能。
图1为本发明实施例的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统包括：信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、两个混合器、两个可调衰减器、高斯白噪声发生器、线路阻抗稳定网络、PLC解调设备、交流电功率计、220V交流电源、信号发生器、网络分析仪、频率分析仪、信道模拟仪、信号分析仪以及计算机；
其中，所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、标准50Ω阻抗电源网络连接至外部市电网络；所述待测载波发送设备和所述待测载波接收设备通过串口连接至一条总线，所述耦合电路、高斯白噪声发生器、线路阻抗稳定网络、PLC解调设备、信号发生器、网络分析仪、频率分析仪、信道模拟仪以及信号分析仪连接至所述总线，所述PLC解调设备通过串口连接至所述计算机；所述两个混合器可以对信号进行混合和分路，并将经过混合和分路后的信号通过串口传送给所述计算机进行数据处理；所述两个可调衰减器用于检测低压OFDM载波通信系统抗高斯白噪声的性能，在进行此项检测时，将所述两个可调衰减器接入到所述总线中。
以下分别介绍本发明的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行发射性能指标和接收性能指标检测的主要工作原理和步骤。
1)OFDM载波频率范围
图2为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行OFDM载波频率范围指标检测的测试结构图。
由于OFDM调制方式没有中心频率，在不同厂家设备发射和接收过程之间如果频率范围相差过大，会影响系统的互联互通特性，所以要规定一定的频率偏差范围，使得各个厂家生产的发射机频率均在偏差之内，方便进行接收。如图2所示的测试系统结构框图，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；所述待测载波发射设备输出待测信号，通过所述耦合电路变为弱电高频信号，传输给所述频率分析仪进行频谱分析；所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω左右。
2)OFDM频带宽度
测试时，将待测载波发送设备的信号幅度调到设备使用手册中标明的最大值，使用频率分析仪对信号进行检测，频谱的宽度(用Hz表示)定义为区间内的所有频率幅值均在比频率幅值最大值低20dB以内的区间长度。如图3所示。其中，频率分析仪带有峰值检测功能，如NI PCI-5114。
3)OFDM载波频率稳定度
由于OFDM对频偏较为敏感，较小的频偏就可能造成通信质量下降，为了保证发射机发出的低压OFDM载波的稳定性，需要对OFDM子载波的频率稳定度进行规范，避免在通信过程中OFDM子载波频率出现较大波动。
对于单相设备，测量必须保证在一定的相位或者中性连接上进行；对于三相设备，若只用单相位进行发送，测量必须保证在一定的相位或者中性连接上进行，若在三个相位上同时发送，三个相位均须测量。
4)逻辑时域特性
逻辑通道的时域特性是载波物理层通信的重要指标，逻辑通道在发送时间、接收时间，已经发送状态和接收状态之间的转换是通信中的重要环节，所以需要对逻辑通道的时域特性进行测试，通过待测试设备与标准设备之间发送时间的对比来判断逻辑通道时域特性是否合格。
图4为利用图1所示的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行逻辑时域特性指标检测的测试结构图。如图所示，在检测所述逻辑时域特性指标时，利用所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；通过所述待测载波发送设备与所述标准载波发送设备之间发送时间的对比来判断逻辑通道时域特性是否合格。
本实施例中，频率分析仪采用采用NI公司的数字化仪PCI-5114，该频率分析仪具有125MHz带宽，完全能满足宽带OFDM的带宽要求。
信号从标准待测载波发射设备和待测载波发射设备输出，通过耦合电路变为弱电高频信号，传输给PCI5114，对两套发射设备输出的载波信号进行逻辑时域特性对比分析。信号隔离设备负责隔离市电网络上的高频干扰；50ohm阻抗电源网络负责将测试电路阻抗稳定在50ohm左右。
5)幅度误差矢量(EVM)测试
幅度误差矢量是在一个给定时刻理想无误差信号与实际发射信号的向量差。可将信号分解为相互正交的I分量和Q分量，在I/Q图中，理想信号与实际信号往往是不重叠的，两个向量之间的差值即为EVM。
EVM应用以下公式计算：
幅度误差矢量测试是利用一台矢量信号发生器产生一个矢量信号，再用一台矢量信号分析仪来分析发生器发出的调制信号，将信号分解为I分量和Q分量，再与设定的信号的理想I分量和Q分量进行对比，得出幅度矢量误差，测试的系统框图如图5所示，在检测所述幅度误差矢量指标时，利用所述标准载波发送设备、待测载波发送设备以及信号分析仪来实现；
将所述待测载波发送设备与所述标准载波发送设备发出的信号传输至所述信号分析仪，进行信号的幅度矢量误差对比分析。
6)谐波和杂波测试
发射机输出信号通常为大功率信号，在产生大功率信号的过程中会在发射信号的频带之外产生较高的谐波和杂波。如果这些谐波和杂波落入接收机的接收频段内的幅度较高，则会导致接收系统的输入信噪比降低，通信质量恶化。所以需要测试发射机的谐波和杂波的性能。
测试结构采用图2的测试结构，需要测量本振信号的信号功率，本振n次谐波的信号功率和除本振谐波外其它幅度最高的信号功率。
7)输出功率准确度
输出功率是在发射机输出信号不失真的前提下，能够长时间工作输出功率的最大值。规范输出功率的准确度使得不同厂家生产的设备的输出功率在一定范围内，保证通信的互联互通性。信号的功率测量部分采用频率分析仪PCI-5114，直接将功率数据传输给计算机，由计算机软件读出功率值大小。输出功率测试的测试结构图如图6，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、频率分析仪以及计算机来实现；将所述待测载波发送设备发送的信号传输给所述频率分析仪，由所述频率分析仪直接将功率数据传输给计算机读出功率值大小。
在接入阻抗为50Ω的情况下，所有子载波的平均功率相对于总的功率除以子载波的数量，误差不应超过+/-2dB。
8)符号时钟误差
符号时钟误差指相对于系统采样时钟的参考符号时钟与实际测量的参考符号时钟之差。如果符号时钟比参考时钟低会使OFDM信号比所要求的长，引起子载波间距减小；反之，则引起子载波间距增加。两种情况都产生载波间干扰，使信号的EVM性能恶化。
测试系统框图如图4所示，利用所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；通过所述待测载波发送设备与所述标准载波发送设备之间的发送时间的对比来得到所述符号时钟误差。发送设备中发送信号的频率和符号所用时钟应当来源于同一个系统时钟。
9)发射机调制精度
根据ITU-T G.9955标准草案，对发射机调制精确度的测试需要把数据流的采样率转换到400K每秒采样点或更高的采样率条件下进行，主要测试内容是信号幅度，直流偏置和相位噪声的精确度。对被采样信号处理的方式类似于实际的接收机。
测试的步骤计划按以下步骤进行，或采取等价的方式：
a)产生一定数量的全1符号，代表发射机规定调制方式的一帧，以12符号QPSK为例，通过一个理想的浮点型子发射机(例如用matlab仿真)，再将复形IFFT的输入按每12个数据符号保存成Aicexp[jΦic]的形式(i代表符号，c代表该符号的子载波)，理想的子发射机应该具备发射机的所有功能，例如扰码，前向纠错，交织和映射。
b)使用带测试的发射机根据前一步骤中的符号产生一个相同的帧。
c)将仿真接收机的测试设备直接连接到发射机上，检测帧的起始位置。
d)保存帧的所有12符号数据。
e)断开连接，对接收信号进行FFT，将每个符号复数值保存为Bicexp[jθic]形式(i代表符号，c代表该符号的子载波)。
f)计算被测发射机的符号和理想发射机符号之间的误差矢量，并求均方值，得到被测发射机发射的信号精确度。
10)波峰因数
波峰因数是峰值和均方根值的比值，是用来衡量均方值动态范围的工具。对波峰因数的测量采用如图7所示的测量结构图，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；通过所述频率分析仪得到所述待测载波发送设备发出的信号的峰值与均方根值的比值，即为所述波峰因数。
11)整机效率
发射机的整机效率为带内发射功率与交流电源功率计功率之比。测试发射机整机效率的系统框图如图8所示，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、频率分析仪、计算机以及220V交流电源和交流电功率计来实现；
所述待测载波发射设备输出待测信号，通过所述耦合电路变为弱电高频信号，传输给所述频率分析仪进行频谱分析；所述交流电功率计用于对所述待测载波发送设备的功率损耗进行测量；待测发射设备由220V交流电源单独供电，期间接入交流电功率计，对发射设备的功率损耗进行测量。所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω左右。
12)信号接收灵敏度
在低压OFDM载波物理层传输过程中，信号会由于各种原因而引起衰减，为了保证通信的成功率，需要测试并规范接收机所能接受的最小信号，也就是接收机的接收灵敏度。对接收灵敏度的测试分为发射信号录制和接收灵敏度测试两部分，其中发射信号录制部分的测试电路连接结构图如图9所示，所述待测载波发射设备通过所述线路阻抗稳定网络和信号隔离设备连接到所述市电网络上，并连续发出通信报文，图中的线路阻抗稳定网络部分采用日本MICRONIX公司生产的MPW201线路稳定阻抗网络进行测试。所述通信报文发送给所述信号分析仪，进行先变频和AD转换后以数字信号的方式进行存储；
图10为接收灵敏度测试的系统结构图，在接收灵敏度测试中，所述待测载波接收设备接收所述存储后的数字信号，利用所述信道模拟仪改变输出功率，不断使所述数字信号衰减，直到所述信号分析仪显示接收失败，此时的输出功率即为所述待测载波接收设备的接收灵敏度。
13)传输数据一致性
为了保证同一台接收设备可以接收由不同厂家的载波设备发射的信号，需要传输的数据具有一致性。在本次测试中，采用的测试方法是在不施加噪声的通信条件下，不同厂家的载波设备以相同的工作模式传输相同的数据，在接收机一端进行对比，若载波设备的交织、编码等方式一致，则得出的数据流应是一致的。测试条件是要让载波设备以允许发送最大电平标准进行最大物理层数据负荷的发送，并且检测要覆盖所有的工作模式(BPSK/QPSK/Enhance)，测试的数据长度要支持到物理层传输一帧最大的数据负荷。测试的系统结构框如图11所示，利用所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、PLC解调设备以及计算机来实现；所述PLC解调设备将所述标准载波发送设备和待测载波发送设备发出的信号分别进行解调，但是不解交织和解编码，将所述解调后的信号发送给所述计算机进行数据比较分析。
数据传入计算机后的处理部分，本发明将利用labview专门编写测试软件来计算各项指标。
14)误比特率(BER)
误比特率是传输错误比特数与总传输比特数的比值，通过检测误比特率可以测试各厂家载波设备的可靠性。测试误比特率利用载波发送设备发送时的数据和接收机接收时的数据进行对比来求出BER。测试系统框图如图12所示，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络以及计算机来实现；
所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波发送设备发送信号给所述待测载波接收设备，并同时传送给所述计算机，所述计算机接收所述待测载波接收设备传输过来的信号后，将其与所述待测载波发送设备传送的信号进行误比特率的对比；待测载波发射设备由220V交流电源单独供电，期间接入交流电功率计，对发射设备的功率损耗进行测量。所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω左右。
标准载波设备应以允许发送最大电平标准进行最大物理层数据负荷的发送2000次，BER都不应大于10-6，不同工作模式应分别统计。
15)误帧率(FER)
当接收机的误码检测功能中指示一个帧中有错位时，该帧就定义为出错帧，误帧率是出错帧数与总的传输帧数之比。测试误帧率可以检测载波设备发射信号的稳定性。检测误帧率的系统结构也采用图12的结构。
与误码率测试相同，误帧率测试中，载波发送设备应以允许发送最大电平标准进行最大物理层数据符合的发送2000次，而误帧率都不应大于0.2％，不同工作模式应分别统计。
16)接收信号质量一致性
在通信过程中，判断接收信号质量最常用的指标为信噪比，该参数往往是上层中继路由选择重要依据。在相同的发射信号以及噪声条件下，不同的载波设备接收信号必须在一定的偏差范围内，接收信号质量一致性决定了系统的整体性能。
测试接收信号质量一致性时，载波设备以允许发送最大电平标准进行最大物理层数据负荷的发送，并向信道施加不同增益的高斯白噪声，待测接收机设备接收信号的信噪比与相同情况下标准接收设备接收信号的信噪比之间的差值要求在一定偏差范围内。
图13为接收信号质量一致性测试的系统结构图，如图所示，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、信号发生器以及计算机来实现；
所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波发送设备发送信号给所述待测载波接收设备，并同时传送给所述计算机，所述信号发生器通过所述耦合电路连接至所述计算机，向信道内注入预设好的噪声信号，所述计算机接收加入了噪声的所述待测载波接收设备传输过来的信号与所述待测载波发送设备传送的信号，将两者进行误比特率的对比；所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω左右。
17)接收频率范围
由于不同厂家的载波发送设备发射的信号频率要求在一定范围内，相应地，接收机在该频率范围内也应能够正常接收信号。因此测试接收机所能接受信号的频率范围必须在一定的偏差范围内，测试频率范围的系统框如图14所示，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、频率分析仪、计算机以及两个混合器中的一个来实现；载波发送设备发送的OFDM信号应覆盖整个发射信号频率范围，检测载波接收设备是否能够正常接收信号，各种工作模式应分别测试。
图中的混合器为Mini-Circuits公司生产的合路器ZSC-2-1，此处作为功分器使用。ZSC-2-1的分配损耗为3dB。
利用所述待测载波发送设备，发送不同频率点的载波信号，通过所述混合器后将信号分为两路，一路信号经过所述耦合电路被传输至所述频率分析仪，经测量得到发射信号准确频率值，另一路信号传输给所述待测载波接收设备；
所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波接收设备接收由所述待测载波发送设备发出的载波信号，并同时传送给所述计算机，由所述计算机判定是否正确接收；
所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；
所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω左右。
在图15中，为了图式方便，计算机未显示出来。但是，本领域技术人员可知，通过图1的测试总体系统结构图可以看出，计算机通过串口连接在总线上，则该检测系统的各个部分都可以通过串口与计算机进行数据通讯。
18)反射损耗
反射损耗的测试目的是检测接收机输入端阻抗匹配情况，单位为分贝(dB)。若输入端阻抗不匹配，则会造成由反射引起的信号衰减。利用网络分析仪扫描接收机的整个工作频率范围，记录被测接收机反射损耗为整个扫描频段中反射最强点的结果作为反射损耗，该值必须在一定范围内。测试系统结构如图15所示。
19)抑制脉冲干扰能力
在低压OFDM载波通信中，与工频异步的周期性脉冲噪声和与系统频率无关的单事件脉冲噪声是十分重要的两类噪声，所以要求接收机要有良好的抑制脉冲干扰能力。在载波设备正常发射信号并且接收设备正常接收的情况下，分别加入与工频异步的周期性脉冲噪声和单事件噪声，逐渐增大脉冲宽度直到接收机可以正常接收，将此时的脉冲宽度记为被测接收机抑制脉冲干扰宽度。测试系统框如图16所示，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、信号发生器、计算机以及两个混合器中的一个来实现。
利用所述待测载波发送设备，发送载波信号，作为第一路被测信号；同时由信号发生器生成脉冲干扰信号，作为第二路被测信号，通过混合器后将两路信号合成为一路信号，传输给待测载波接收设备。所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波接收设备接收由待测载波发送设备发出的测试载波信号，并同时传送给所述计算机，有计算机判定是否正确接收。
所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；
所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω左右。
与图15相似，图16中的计算机也未显示出来。但是，本领域技术人员仍然可知，通过图1的测试总体系统结构图可以看出，计算机通过串口连接在总线上，则该检测系统的各个部分都可以通过串口与计算机进行数据通讯。
20)抑制同频、临频干扰能力
除了噪声之外，OFDM信号在PLC传输过程中还有可能会遇到同频和临频干扰，此时就要求接收机有较好的抵抗同频以及临频干扰能力。测试系统框如图17所示，所述低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进一步包括一第二待测载波发送设备；
利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、两个待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络以及两个混合器的一个来实现。
在测试中，应按照以下步骤进行测试，或采取等价的过程：
a)首先将待测载波发送设备调为正常发射信号，同时待测载波接收设备能够正常接收信号。
b)将第二待测载波发送设备发送信号的频率范围调为与待测载波发送设备相同或者相临的频率范围。
c)增大第二待测载波发送设备的输出电平使得待测载波接收设备无法正常接收。
d)逐渐减小第二待测载波发送设备的输出电平达到待测载波接收设备正好能够正常接收的阈值。
e)将本频道标准输入信号电平与此时同频道干扰信号电平的比值记为被测接收机数字电视同频抑制比。
21)抑制0dB回波能力、抑制多径能力
低压电网拓扑结构复杂，分支多，衰减大，导致多径反射，引起信号的选择性衰减和码间干扰。该项指标是测试在两径传输的条件下，当回波的干扰衰减为0dB时接收机抵抗回波的能力。测试的系统框如图18所示，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、信号模拟仪、高斯白噪声发生器以及两个混合器的一个来实现。
测试中，应按照以下步骤进行测试，或采取等价的过程，下述为抑制回波能力的测试过程：
a)将待测载波发送设备和待测载波接收设备调整为正常的发送和接收状态。
b)按两径模型设置信道模拟仪，回波衰减为0dB。
c)增加回波延时，使待测载波接收设备无法正常接收。
d)逐步减小回波延时，直到待测载波接收设备能够再次正常接收，将此时回波相对于信号的延时记为最大回波延时。
e)将回波延时定为一个定值，接通高斯噪声发生器，增大噪声功率，使得待测载波接收设备接收失败，接着逐渐减小噪声功率，直至接收机恢复正常接收。
f)记载波功率与噪声功率的比值为0dB回波抑制比。
下述为抑制多径能力的测试过程：
a)按多径模型(瑞利信道或莱斯信道)设置信道模拟仪。
b)接通高斯噪声发生器，增大噪声功率，使被测待测载波接收设备不能正常工作。
c)逐渐减小噪声功率，直至待测载波接收设备可正常接收。
d)记此时载波功率与噪声功率的比值为被测接收机静态多径载噪比门限。
22)高斯信道下的载噪比门限
此项测试用于评估低压OFDM载波通信系统抗高斯白噪声的能力，是传输系统最基本的测试指标之一。测试系统结构框如图19所示，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、频率分析仪、两个可调衰减器、信号模拟仪、高斯白噪声发生器以及两个混合器来实现。
测试中，应按照以下步骤进行测试，或采取等价的过程：
a)将可调衰减器的衰减值调到最大。
b)调整传输信号可调衰减器的值使得待测载波发送设备和待测载波接收设备均能正常发送和接收信号，将频谱仪所显示的功率记为信号功率C。
c)减小可调衰减器的值使待测载波接收设备接收失败。
d)逐步增加可调衰减器的值直到待测载波接收设备正好能够正常接收，将传输信号衰减器的衰减值调到最大，将频率分析仪所显示的功率记为噪声功率N。
e)计算载噪比C/N，记为高斯信道下的载噪比门限。
23)抗相位噪声能力
由于OFDM对相位噪声的敏感性，所以接收机的抗相位噪声性能也是十分重要的一个指标，本发明测试接收机抗相位噪声能力的系统框如图20所示，所述低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进一步包括一第二高斯白噪声发生器，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、PLC解调设备、频率分析仪、两个可调衰减器、信号发生器、高斯白噪声发生器、第二高斯白噪声发生器以及两个混合器来实现。
本发明的抗相位噪声性能测试中，应按照以下步骤进行测试，或采取等价的过程：
a)调节第二高斯噪声发生器的输出和信号发生器设置，使信号发生器产生信号带有一定的相位噪声，使信号发生器产生的信号作为子载波的本振信号输入给上变频器。
b)将高斯噪声发生器的衰减器衰减值设定为最大使得载波发送设备和载波接收设备均能正常发送和接收信号，将频率分析仪所显示的功率记为信号功率C。
c)减小可调衰减器的值使待测载波接收设备接收失败。
d)逐步增加可调衰减器的值直到接收机正好能够正常接收。
e)将传输信号衰减器的衰减值调到最大，将频率分析仪所显示的功率记为噪声功率N。
f)计算载噪比C/N，记为存在相位噪声条件下高斯信道下的载噪比门限。
理论上如果不存在相位噪声，测得的值即为高斯白噪声信道下的载噪比门限，存在相位噪声的情况下，测试测得的门限应高于高斯白噪声信道下的载噪比门限。测得的门限值与高斯信道下的载噪比门限越接近，表面待测载波接收设备的抗相位噪声能力越强。
需要指出的是，附图中的某些图式，有些基于对信号流向的强调，未画出计算机的部分，但是，本领域技术人员应该可以得知，通过图1的测试总体系统结构图可以看出，计算机通过串口连接在总线上，则该检测系统的各个部分都可以在必要时通过串口与计算机进行数据通讯。
通过上述对利用本发明实施例的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统进行各项发射性能指标和接收性能指标的阐述，可以看出，相较于以往的检测系统，本发明将所有功能检测整合到一个机柜中进行，方便的对各项指标进行详细测试，整个系统具有很高的整合性，并且提高了检测效率。
在本发明的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统中，两个可调衰减器相同，两个混合器也相同，当在电路中只用到一个时，任意一个都可以，因此，如果在测试电路中用到一个，则未用编码区别到底是哪一个，是指代任意一个都可以。并且，在本发明的上述实施例中，信号分析仪可采用美国国家仪器公司的NI PXI-5660，频率分析仪可采用美国国家仪器公司的NIPCI-5114，信号发生器可采用美国Agilent公司的E4438C，交流电功率计可采用台湾固纬公司的GPM8212，高斯白噪声发生器可采用美国NoiseCom公司的UFX7110，可调衰减器可采用美国HP公司的8494A，信道模拟仪可采用美国Agilent公司的N5106A，网络分析仪可采用美国Agilent公司的E5061A，线路阻抗稳定网络LISN可采用日本Micronix公司的MPW201，混合器可采用美国Mini-Circuits公司的ZSC-2-1。
发明实施例的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，专门针对OFDM调制方式的低压电力线载波通信的技术特点，能够对这种通信方式的主要性能指标进行详细测试，测试流程便捷，系统整合性强，系统造价低，节省空间和人力成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，所述系统用于检测低压OFDM载波物理层的发射性能指标和接收性能指标，其包括：
信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、两个混合器、两个可调衰减器、高斯白噪声发生器、线路阻抗稳定网络、PLC解调设备、交流电功率计、220V交流电源、信号发生器、网络分析仪、频率分析仪、信道模拟仪、信号分析仪以及计算机；
其中，所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、标准50Ω阻抗电源网络连接至外部市电网络；所述待测载波发送设备和所述待测载波接收设备通过串口连接至一条总线，所述耦合电路、高斯白噪声发生器、线路阻抗稳定网络、PLC解调设备、信号发生器、网络分析仪、频率分析仪、信道模拟仪以及信号分析仪连接至所述总线，所述PLC解调设备通过串口连接至所述计算机；
所述两个混合器可以对信号进行混合和分路，并将经过混合和分路后的信号通过串口传送给所述计算机进行数据处理；
所述两个可调衰减器用于检测低压OFDM载波通信系统抗高斯白噪声的性能，在进行此项检测时，将所述两个可调衰减器接入到所述总线中。
2.如权利要求1所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，所述发射性能指标包括：OFDM载波频率范围、OFDM频带宽度、OFDM载波频率稳定度、逻辑时域特性、幅度误差矢量测试、谐波和杂波测试、输出功率准确度、符号时钟误差、发射机调制精度、波峰因数、整机效率。
3.如权利要求1所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，所述接收性能指标包括：信号接收灵敏度、传输数据一致性、误比特率、误帧率、接收信号质量一致性、接收频率范围、反射损耗、抑制脉冲干扰能力、抑制同频和临频干扰能力、抑制0db回波能力、抑制多径能力、高斯信道下的载噪比门限、抗相位噪声能力。
4.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述OFDM载波频率范围指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；
所述待测载波发射设备输出待测信号，通过所述耦合电路变为弱电高频信号，传输给所述频率分析仪进行频谱分析；
所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；
所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω。
5.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述OFDM频带宽度指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；
将所述待测载波发送设备发送的待测信号的信号幅度调到设备使用手册中标明的最大值，通过所述频率分析仪进行频谱分析，所述OFDM频带宽度为分析得到的所有频率幅值均在比频率幅值最大值低20dB以内的区间长度。
6.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述逻辑时域特性指标时，利用所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；
通过所述待测载波发送设备与所述标准载波发送设备之间发送时间的对比来判断逻辑通道时域特性是否合格。
7.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述幅度误差矢量指标时，利用所述标准载波发送设备、待测载波发送设备以及信号分析仪来实现；
将所述待测载波发送设备与所述标准载波发送设备发出的信号传输至所述信号分析仪，进行信号的幅度矢量误差对比分析。
8.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述输出功率准确度指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、频率分析仪以及计算机来实现；
将所述待测载波发送设备发送的信号传输给所述频率分析仪，由所述频率分析仪直接将功率数据传输给计算机读出功率值大小。
9.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述符号时钟误差指标时，利用所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；
通过所述待测载波发送设备与所述标准载波发送设备之间的发送时间的对比来得到所述符号时钟误差。
10.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述波峰因数指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路以及频率分析仪来实现；
通过所述频率分析仪得到所述待测载波发送设备发出的信号的峰值与均方根值的比值，即为所述波峰因数。
11.如权利要求2所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述整机效率指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、频率分析仪、计算机以及220V交流电源和交流电功率计来实现；
所述待测载波发射设备输出待测信号，通过所述耦合电路变为弱电高频信号，传输给所述频率分析仪进行频谱分析；
所述交流电功率计用于对所述待测载波发送设备的功率损耗进行测量；
所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；
所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω。
12.如权利要求3所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述信号接收灵敏度指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波发送设备、待测载波接收设备、线路阻抗稳定网络、耦合电路以及信道模拟仪、信号分析仪来实现；
所述待测载波发射设备通过所述线路阻抗稳定网络和信号隔离设备连接到所述市电网络上，并连续发出通信报文，所述通信报文发送给所述信号分析仪，进行先变频和AD转换后以数字信号的方式进行存储；
所述待测载波接收设备接收所述存储后的数字信号，利用所述信道模拟仪改变输出功率，不断使所述数字信号衰减，直到所述信号分析仪显示接收失败，此时的输出功率即为所述待测载波接收设备的接收灵敏度。
13.如权利要求3所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述传输数据一致性指标时，利用所述信号隔离设备、标准载波发送设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、PLC解调设备以及计算机来实现；
所述PLC解调设备将所述标准载波发送设备和待测载波发送设备发出的信号分别进行解调，但是不解交织和解编码，将所述解调后的信号发送给所述计算机进行数据比较分析。
14.如权利要求3所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述误比特率指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络以及计算机来实现；
所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波发送设备发送信号给所述待测载波接收设备，并同时传送给所述计算机，所述计算机接收所述待测载波接收设备传输过来的信号后，将其与所述待测载波发送设备传送的信号进行误比特率的对比；
所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；
所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω。
15.如权利要求3所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述接收信号质量一致性指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、信号发生器以及计算机来实现；
所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波发送设备发送信号给所述待测载波接收设备，并同时传送给所述计算机，所述信号发生器通过所述耦合电路连接至所述计算机，向信道内注入预设好的噪声信号，所述计算机接收加入了噪声的所述待测载波接收设备传输过来的信号与所述待测载波发送设备传送的信号，将两者进行误比特率的对比；
所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；
所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω。
16.如权利要求3所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述接收频率范围指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、频率分析仪、计算机以及两个混合器中的一个来实现；
利用所述待测载波发送设备，发送不同频率点的载波信号，通过所述混合器后将信号分为两路，一路信号经过所述耦合电路被传输至所述频率分析仪，经测量得到发射信号准确频率值，另一路信号传输给所述待测载波接收设备；
所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波接收设备接收由所述待测载波发送设备发出的载波信号，并同时传送给所述计算机，由所述计算机判定是否正确接收；
所述信号隔离设备用于隔离市电网络上的高频干扰；
所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω。
17.如权利要求3所述的低压OFDM载波物理层通信性能检测系统，其特征在于，在检测所述抑制脉冲干扰能力指标时，利用所述信号隔离设备、待测载波接收设备、待测载波发送设备、标准50Ω阻抗电源网络、耦合电路、信号发生器、计算机以及两个混合器中的一个来实现；
利用所述待测载波发送设备，发送载波信号，作为第一路被测信号；同时由所述信号发生器生成脉冲干扰信号，作为第二路被测信号，通过所述混合器将两路信号合成为一路信号，传输给所述待测载波接收设备；所述待测载波接收设备、待测载波发送设备通过串口分别连接至所述计算机，所述待测载波接收设备接收由待测载波发送设备发出的测试载波信号，并同时传送给所述计算机，由所述计算机判定是否正确接收；
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所述标准50Ω阻抗电源网络用于将测试电路阻抗稳定在50Ω。
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