CN106972981A - 一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法 - Google Patents

一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，其特征在于，包括：在服务器与客户端配套运行测试程序以模拟预设的应用场景，并在电力线上加载干扰源以引入噪声；选择PLC设备和电源环境，记录测试数据；采用预设的调制算法和预设的物理层速率对PLC设备进行测试；不断增加客户端的数据传输请求，直至网络无法正常传输数据，记录此时的请求数量作为系统的传输极限；采用预设的码流带宽对视频文件的数据源进行测试；根据所述传输极限，获得传输速率变化曲线；维持网络设备和拓扑不变，改变信道噪声，获得数据传输受信道噪声的影响的测试数据；本发明能够为电力线载波技术在配用电中的应用提供有力支持。

Description

一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法
技术领域
本发明涉及配用电通信测试技术领域，特别是指一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法。
背景技术
能源互联网以智能电网为载体，是互联网发展延伸到能源和传统工业领域的必然结果。通过应用云计算、物联网、大数据和电子商务等新技术，将实现人、物、能源及其环境之间的全程互联、广泛互动和智能监控等。配用电通信网是电力通信网发展建设的重点，是智能电网建设的关键环节。配用电网中多采用的光纤、电力线载波等通信方式，难以满足智能电网、乃至全球能源互联网对信息通信的要求。配用电网是智能电网中非常重要的组成部分，肩负着配电自动化、电能质量监测、配电运行监控等重要使命，智能用电网直接面向的是大众用户，承载用电信息采集、自助缴费终端、智能加注等业务，直接影响对社会供电可靠性和生活的用电质量。配用电网其网架结构、电气性能、业务属性等特点决定了其智能化建设的复杂性和多样性。
电力线载波(Power Line Carrier，PLC)通信技术是指利用电力线作为信息传输介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通信技术。PLC技术用于用电信息采集系统，具有免布线、易维护、覆盖范围广、设备成本低、与电网建设同步等优点，对用电信息采集的本地通信应用具有巨大潜力。正交频分复用(OFDM)为基础新一代的宽带PLC调制技术,可以有效提高电力线网络的传输质量，即使在配电网受到严重干扰的情况下，OFDM也可提供高带宽并且保证带宽传输效率。
但是，目前电力线载波有以下一些缺点：
1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送；2、三相电力线间有很大信号损失(10dB-30dB)。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输；3、不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同，耦合方式有线-地耦合和线-中线耦合。线-地耦合方式与线-中线耦合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地耦合方式不是所有地区电力系统都适用；4、电力线存在本身固有的脉冲干扰。使用的交流电有50HZ和60HZ，其周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用；5、电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，为电力线载波技术在配用电中的应用提供有力支持。
基于上述目的本发明提供的一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，包括：
在服务器与客户端配套运行测试程序以模拟预设的应用场景，并在电力线上加载干扰源以引入噪声；
选择PLC设备和电源环境；客户端通过PLC网络点播服务器上的某一视频文件，若能够正常播放视频，则增加客户端点播数量，直到视频文件不能正常播放，或达到测试平台最大客户端点播数量为止，记录测试数据；所述测试数据包括：测试环境、客户端数量、各客户端速率、服务器总流量及其流量截图；
采用预设的调制算法和预设的物理层速率对PLC设备进行测试；
不断增加客户端的数据传输请求，直至网络无法正常传输数据，记录此时的请求数量作为系统的传输极限；
采用预设的码流带宽对视频文件的数据源进行测试；
根据所述传输极限，获得传输速率变化曲线；
维持网络设备和拓扑不变，改变信道噪声，获得数据传输受信道噪声的影响的测试数据。
在一些实施方式中，所述干扰源为：特定波形的信号发生器，或者是与实际环境相符的带有高噪声的普通家电。
在一些实施方式中，所述干扰源为：电吹风和节能灯。
在一些实施方式中，所述预设的调制算法为：OFDM、DMT、SS；所述预设的物理层速率为：14Mbps、24Mbps、200Mbps。
在一些实施方式中，所述采用预设的码流带宽为：486kbps、1550kbps、4096kbps、7092kbps。
从上面所述可以看出，本发明提供的电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，针对智能电网承载多种电力业务通信需求，测试电力线宽带通信设备在不同业务应用状态、不同运行环境下的通信性能，衡量其对智能电网与多网合一相关业务的支撑能力。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的测试模型示意图；
图2为本发明实施例中的载波聚合的原理图；
图3为本发明实施例的电力线载波技术在配用电通信中的测试方法流程图；
图4为本发明实施例中待测设备可以支持的并发视频数比较图；
图5(a)为本发明实施例中晴天环境下的传输速率对比图；
图5(b)为本发明实施例中阴天环境下的传输速率对比图；
图5(c)为本发明实施例中雨天环境下的传输速率对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法。具体的，开展电网电力线宽带通信性能测试，针对智能电网承载多种电力业务通信需求，测试电力线宽带通信设备在不同业务应用状态、不同运行环境下的通信性能，衡量其对智能电网与多网合一相关业务的支撑能力。主要的应用场景包括用电信息采集的“高级量测系统”(AMI)和室内宽带互联通信的“家庭局域网”(HAN)等。
在本实施例的测试方法中，使用了如图1所示的测试模型，适用于针对低压电力网相关应用的PLC通信方案的性能测试。被测的PLC模块应被实现在电力猫和局端设备里，分别接在客户端和服务器与电力线信道之间。如果需要测试大量业务并发的情况，还可增加客户端与电力猫的数量。
服务器与客户端配套运行测试程序，以模拟不同情境下的应用，如模拟用电信息采集的数据传输，或直接运行视频点播以测试视频流传输。另外，需要在电力线上加载干扰源，以引入噪声。干扰源可以是引入特定波形的信号发生器，而更常用的是与实际环境相符的带有高噪声的普通家电。
本实施例的测试方法中，还涉及载波聚合技术测试：
对于某一个终端来说，可以通过基站调度过程，为其分配和使用多个离散载波，用于电力业务的信息传输。第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation PartnershipProject，3GPP)提出的载波聚合技术，可以根据不同的用户需求和网络规划，将多个不同的分量载波(Component Carrier，CC)整合使用，能够灵活地将频谱带宽扩展到LTE-A系统所要求的最多100M带宽。
模拟数传电台频谱规划中，无线信道分配的带宽通常比较窄，而且相邻信道之间还要保留一定的间隔，难以对已授权的离散频谱资源进行重新划分，与大带宽连续频谱分配相比，这种离散的窄带频谱很难进行高速率数据传输。而智能电网将引入更多高速实时业务，必须对现有离散频谱进行整合才能获得更高的传输速率。载波聚合技术非常适合解决电力行业授权的离散频谱的高速传输问题，是实现高速传输的关键技术。
对于电力行业授权的40个离散载波，可以将每个离散信道看作一个成员载波，将不连续分配的成员载波进行聚合，并统一分配给一个用户使用，这样可以产生大于原来窄带系统几倍的传输带宽，从而达到宽带传输的效果。结合高阶调制等其他通信技术，单个无线通信终端的最大上行速率可以达到1.5Mbps。
随着数字中频技术的成熟，整个聚合过程可以在中频通过数字电路来实现，可以有效控制硬件成本，并提高系统的可靠性。
参考图2，为载波聚合的发送原理示意图，每一个处理支路对应一个分量载波的生成。每一路分量载波在完成了串并转换，符号映射，资源映射，快速傅里叶逆变换(InverseFast Fourier Transform，IFFT)插入循环前缀(Cyclic Prefix，CP)后，便完成了一个分量载波数据的处理，从而产生每个频点的基带信号。为了能够将多路数据合并为一路，需要进行上采样和数字混频处理，上采样的目的是将每个频点镜像干扰拉远，数字混频可以将每个频点的基带信号搬移到它对应的频点，合路器将各个频点的信号聚合在一起，生成最终信号。通过载波聚合技术，离散的频点可以由基站统一调度供无线通信终端使用。
参考图3，为本发明实施例的电力线载波技术在配用电通信中的测试方法流程图。
所述电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，包括以下步骤：
步骤101、在服务器与客户端配套运行测试程序以模拟预设的应用场景，并在电力线上加载干扰源以引入噪声。
在服务器与客户端配套运行测试程序，以模拟不同情境下的应用，如模拟用电信息采集的数据传输，或直接运行视频点播以测试视频流传输。另外，需要在电力线上加载干扰源，以引入噪声。干扰源可以是引入特定波形的信号发生器，而更常用的是与实际环境相符的带有高噪声的普通家电。
步骤102、选择PLC设备和电源环境；客户端通过PLC网络点播服务器上的某一视频文件，若能够正常播放视频，则增加客户端点播数量，直到视频文件不能正常播放，或达到测试平台最大客户端点播数量为止，记录测试数据；所述测试数据包括：测试环境、客户端数量、各客户端速率、服务器总流量及其流量截图。
选择一种PLC设备和电源环境；客户端通过PLC网络点播服务器上的某一视频文件，若能够正常播放视频，则增加客户端点播数量，直到视频文件不能正常播放，或达到测试平台最大客户端点播数量；记录测试数据，包括测试环境、客户端数量、各客户端速率、服务器总流量及其流量截图；测试4个不同码流带宽的视频文件、三种电源环境和六种PLC设备，共计72个测试条件，分别记录测试数据。
步骤103、采用预设的调制算法和预设的物理层速率对PLC设备进行测试。
测试的PLC设备包括PLC终端及配套的PLC局端，包括5个厂商的6种产品，参数包括设备厂商、设备型号、PLC芯片及物理速率等。上述设备包含了三种不同的调制算法：OFDM、DMT、SS；除未完成测试的85Mbps产品外，包含了三种常用物理层速率：14Mbps、24Mbps、200Mbps。其中对算法和速率的分析有关键作用的。
步骤104、不断增加客户端的数据传输请求，直至网络无法正常传输数据，记录此时的请求数量作为系统的传输极限。
在客户端不断增加数据传输请求时，服务器处的局端压力和客户端处电力猫的压力都会增加，直至网络无法正常传输数据(如对于视频，无法流畅播放；对于抄表，无法在指定时间内正确送达数据)，这时的请求数量，就代表了相应系统的传输极限。
步骤105、采用预设的码流带宽对视频文件的数据源进行测试。
测试内容为视频点播，因此选用不同视频文件作为数据源。用于点播的4个视频文件码流带宽分别为：486kbps、1550kbps、4096kbps、7092kbps。其中，486kbps视频代表了普通的互联网流媒体播放质量，可提供等同于VCD的播放质量，略高于目前互联网中视频的常用速率300kbps；1550kbps视频可提供等同于DVD的播放质量；4096kbps代表了高清电视的播放要求；7092kbps则属于比较少见的高速视频流。
步骤106、根据所述传输极限，获得传输速率变化曲线。
在测得传输极限的同时，往往能获得传输速率的变化曲线。这一步所做的，就是改变数据源，以变化所传输的数据类型或传输数据的方式，观察这些变化下，传输速率相关参数的波动情况。波动越大，说明系统的通信性能受传输内容和方式影响越大，即系统的稳定性越差。
步骤107、维持网络设备和拓扑不变，改变信道噪声，获得数据传输受信道噪声的影响的测试数据。
测试是在维持网络设备和拓扑不变的条件下，改变信道噪声，观察数据传输受信道噪声的影响。这时需要调整干扰源。噪声源选择国际上电力线宽带通信测试常用的两类电器：电吹风和节能灯。
基于上述实施例进行测试，获得了如下测试结果：
(1)视频承载测试
在具体测试中将五种PLC设备分为两组：组1设备物理速率在50Mbps以下；组2设备物理速率在50Mbps以上。其中组1包括：CitiWay 14M、Xeline 24M和Yitran 24M三种设备；组2包括：GRIDCOM 200M和YILI FRONT 200M两种设备。组2设备在点播视频1和视频2时，在客户端请求数达到最大18个时都能支持流畅播放。
测试设备可以支持的并发视频数如图4所示。随着纵坐标值的增加，表明该设备服务视频点播的能力越强。为了便于图形比较，将200M设备对视频1和视频2的可支持最大客户端数分别设定为25和19个。
(2)在不同环境下的传输速率测试
测试设备在不同天气复杂情况下开展相关测试，具体下降幅度见表图5(a)、图5(b)、图5(c)，其分别为晴天、阴天、雨天的传输速率对比图。根据实际测试情况可见，传输速率基本稳定，在不同气候条件下，系统仍然保持稳定、可靠工作。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (5)

1.一种电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，其特征在于，包括：
在服务器与客户端配套运行测试程序以模拟预设的应用场景，并在电力线上加载干扰源以引入噪声；
选择PLC设备和电源环境；客户端通过PLC网络点播服务器上的某一视频文件，若能够正常播放视频，则增加客户端点播数量，直到视频文件不能正常播放，或达到测试平台最大客户端点播数量为止，记录测试数据；所述测试数据包括：测试环境、客户端数量、各客户端速率、服务器总流量及其流量截图；
采用预设的调制算法和预设的物理层速率对PLC设备进行测试；
不断增加客户端的数据传输请求，直至网络无法正常传输数据，记录此时的请求数量作为系统的传输极限；
采用预设的码流带宽对视频文件的数据源进行测试；
根据所述传输极限，获得传输速率变化曲线；
维持网络设备和拓扑不变，改变信道噪声，获得数据传输受信道噪声的影响的测试数据。
2.根据权利要求1所述的电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，其特征在于，所述干扰源为：特定波形的信号发生器，或者是与实际环境相符的带有高噪声的普通家电。
3.根据权利要求2所述的电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，其特征在于，所述干扰源为：电吹风和节能灯。
4.根据权利要求1所述的电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，其特征在于，所述预设的调制算法为：OFDM、DMT、SS；所述预设的物理层速率为：14Mbps、24Mbps、200Mbps。
5.根据权利要求1所述的电力线载波技术在配用电通信中的测试方法，其特征在于，所述采用预设的码流带宽为：486kbps、1550kbps、4096kbps、7092kbps。
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