CN203457161U - 微功率无线通信仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微功率无线通信仿真系统，涉及智能用电领域中的微功率无线通信产品检测技术，包括：频谱分析仪，用于利用内部本振将被测信号下变至中频信号；接收机测试仪，用于模拟被测信号经过不同台区的衰落特点；矢量信号源，用于将中频信号变频至原输入的射频信号的频率上，并设置整个模拟过程中信号的衰减值；指标测试计算机，用于控制信号发送和对所述矢量信号源上变频后的信号进行测试和分析；两个环形器，用于隔离整个系统的发射链路和接收链路，使得整个系统形成为双向链路。本实用新型现对不同台区条件下无线产品的性能检定，依据微功率无线检测标准中的一些参数指标实现对微功率无线产品的检测工作。

Description

微功率无线通信仿真系统

技术领域

本实用新型涉及智能用电领域中的微功率无线通信产品检测技术，特别涉及一种微功率无线通信仿真系统。

背景技术

随着用电信息采集系统的建设和智能用电技术的发展，使得各种无线通信产品被越来越多的用于计量装备和智能交互终端，以便于实现数据传输、状态监控和远程控制功能。就目前发展趋势来看，通信网已经逐步与计量终端等传感器合成为通信网联网络，从而形成了“物联通信网”的概念。

将微功率无线通信技术应用在低压配电网电能信息采集系统与管理系统领域一直是电力行业应用关注的热点，近年来，在北美、澳大利亚、欧洲等国家和地区面向配电网应用的无线自组织网络系统也开始大规模部署和应用，国内也有几个行业公司推出了相关的产品和无线自动抄表系统解决方案，并在区域市场经过几年时间的试点和开始规模化的应用。

应用的日益广泛，随之而来的却是用电侧各种无线通信产品性能技术发展的相对滞后。现阶段，由于受到技术水平的制约，微功率无线通信产品的检测仅仅停留在各个行业公司内部，并未形成统一化的技术检测，并且模拟手段比较简单，能够模拟的性能指标很少，模拟过程中也无法有效模拟无线信道的特性，效果并不理想。

随着仪器自动化技术的发展和计算机处理能力的提高，采用计算机仿真技术，即通过建立器件、部件乃至系统的模型，来完成对通信产品的分析、设计以及性能优化与评估测试，显示出了强大的优势。

现有的无线信道仿真系统多针对无线公网环境进行测试，且产生了多种较为成熟的设备和技术方案。

其中以美国Agilent公司的产品较为多见，Agilent公司的N5106A PXBMIMO接收机测试仪可准确仿真复杂的无线信道特征，如时变多径延时分布、快衰落(Rayleigh、Rician和Nakagami)、慢衰落(阴影效应)以及信道损耗、噪声及多普勒效应等，并且能够有效的解决在实际无线信道条件下多天线信号产生和信道仿真的需求，可以快速生成真实环境下的MIMO环境和MIMO信道。

图1为公网的无线信道模拟方案，由N9020A MXA频谱仪、N5106A PXB和E4438C矢量信号源构成，E4438C与N9020A分别完成信号的上变频和下变频功能，N5106PXB内有预置的WCDMA、GSM/GPRS多种制式下的标准无线信道衰落模型，测试过程中采用E5515C（无线综测仪）模拟基站信号即可对下行链路的产品性能进行测试。图2为测试系统的接线图，根据实际环境完成无线信道参数的设置，可实现对被测产品的性能指标检测，其中，无线综测仪发送测试信号，在无线公网中模拟主站，其中的被测产品为无线公网测试产品，比如手机等，可检测被测产品的最大最小输出功率、频率容限及占用带宽等指标。

以上测试系统为单工通信，未能形成测试环路，若应用于微功率无线测试则无法模拟集中器模块与表模块的双向命令与数据传送功能，无法实现对数据采集成功率指标的测试。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种微功率无线通信仿真系统，用于实现微功率无线通信的测试。

本实用新型提供了一种微功率无线通信仿真系统，包括：

频谱分析仪，用于利用内部本振将被测信号下变至中频信号，送入接收机测试仪中进行分析处理；

接收机测试仪，用于将所述频谱分析仪输入的中频信号进行数字化处理，对数字信号进行衰落仿真，根据不同应用环境设置相应的信道参数，模拟被测信号经过不同台区的衰落特点；

矢量信号源，用于对经过所述接收机测试仪仿真的信号进行上变频处理，将中频信号变频至原输入的射频信号的频率上，并设置整个模拟过程中信号的衰减值；

指标测试计算机，用于控制信号发送和对所述矢量信号源上变频后的信号进行测试和分析；

两个环形器，分别与所述频谱分析仪及矢量信号源相连，用于隔离整个系统的发射链路和接收链路，使得整个系统形成为双向链路。

本实用新型将无线公网信道测试系统应用于电力领域中的微功率无线产品的检测中，并针对此测试系统应用于用电信息采集系统本地通信领域中存在的不足之处进行改进，搭建了可模拟微功率无线信道的信道仿真测试系统。通过建立接近现场台区特征的无线信道环境，可实现对不同台区条件下无线产品的性能检定，依据微功率无线检测标准中的一些参数指标实现对微功率无线产品的检测工作。

附图说明

图1为现有技术中无线公网的测试系统结构图；

图2为现有技术中图1所示测试系统的接线图；

图3为本实用新型实施例提供的微功率无线通信仿真系统的结构图；

图4为本实用新型实施例中图3所示仿真系统的接线图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型将无线公网信道测试系统应用于电力领域中的微功率无线产品的检测中，并针对此测试系统应用于用电信息采集系统本地通信领域中存在的不足之处进行改进，搭建了可模拟微功率无线信道的信道仿真测试系统。通过建立接近现场台区特征的无线信道环境，可实现对不同台区条件下无线产品的性能检定，依据微功率无线检测标准中的一些参数指标实现对微功率无线产品的检测工作。

图3为本实用新型实施例提供的微功率无线通信仿真系统的结构图，该系统主要由频谱分析仪、接收机测试仪、矢量信号源、环形器、屏蔽箱和指标测试计算机构成，其中：

频谱分析仪1，作为整个系统衰落仿真的射频输入，其工作原理等同于一个超外差接收机，基本功能是由内部本振来将被测信号下变至中频信号，然后在中频上进行分析处理，得到幅度和频谱。采用Agilent N9020A MXA频谱仪。

接收机测试仪2，用于将频谱分析仪输入的中频信号进行数字化处理，对数字信号进行衰落仿真，不同应用环境的信道特点不尽相同，设置的信道参数值也不同。可根据实测或理论分析已建立完成的农村、城镇和大城市等用电台区信道的模型来设置信道参数，完成包括衰减值、多径参数、相位、噪声以及环境的其他特有参数等的设置，建立预置信道模型，模拟被测信号经过不同台区的衰落特点。采用N5106A PXB。

矢量信号源3，用于对经过接收机测试仪仿真的信号进行上变频处理，将中频信号变频至原输入的射频信号的频率上，同时可设置整个模拟过程中信号的衰减值。此时由矢量信号源输出的信号即为经过预置台区信道仿真后的射频信号。采用E4438C矢量信号源。

指标测试计算机4，用于控制信号发送和对接收信号进行测试，经矢量信号源上变频后的信号直接送入指标测试计算机中进行测试和分析，包括对抄读成功率的测试、串口数据的监测以及通信协议的测试，并可连接示波器、频谱分析仪等仪器，对信号的接受灵敏度、可接受频偏等其他指标进行测试。

环形器5，环形器通过接口与接口之间的衰减隔离实现单向时针的通路，用于隔离整个系统的发射链路和接收链路，使得整个系统形成为双向链路。无线公网测试只要求对终端产品进行测试，因此测试方向为单向链路；而对于微功率无线通信方式，发送端和接收端都有相应的测试指标，因此需要模拟双向链路。环形器的接入并不改变信号的特性，因此不论是输入或者输出信号经过环形器都保持原有的信号特性，只在接口与接口间存在固定的衰减量，信号在接口间传输的过程中会造成一定的衰减，但其数值相对于实际信道环境的衰减很小，可以忽略不计，若要精确计量，可在信道设置的时候对信道参数进行更正。本实施例中的两个环形器均采用三个接口（一个环形器在频谱分析仪侧，一个在矢量信号源侧，图3中标出了环形器单向导通信号的方向），由于环形器的单向时针导通性，三个接口需根据导通的方向分别连接输入输出设备以及被测产品，满足收发链路各自隔离即可。可采用射频馈线建立环形器与产品以及测试设备之间的连接关系，若接口不同则可通过不同的转接头或其它连接器件辅助建立连接。包含测试频段范围以及功率要求的环形器均可接入系统。

屏蔽箱8，用于避免被测产品发送和接收信号时信号的旁漏，屏蔽隔离信号，避免了因此造成的测试不准确，这样可以认为信号的接收和发送只通过规定的链路。

图4为图3所示系统的接线图，采用专用配置的连接线将频谱分析仪1、接收机测试仪2、矢量信号源3后面板的数字总线（Digital Bus）以及输入输出的10MHz参考信号按照图示连接好，设备之间的LAN由于接口不够，可将所有设备连接在同一个交换机上，各自设备设置好IP地址。接入环形器5和表模块7（表模块可安装在电表内，也可安装在相应产品的调试板上计算机控制，集中器模块安装在调试板上），连接线为射频馈线。将集中器模块6和表模块7放入屏蔽箱内，上电，集中器模块可通过测试板由计算机的USB口供电。图中的集中器模块和表模块是被测产品。

建立好系统后，按照测试要求设置接收机测试仪2、频谱分析仪1和信号发生器3的参数，由计算机软件控制集中器模块6发送命令。可用信号分析软件、频谱分析仪和示波器观察和分析信号，测试产品指标。

本系统在原仿真系统基础之上，接入环形器，建立了从接收端到发送端命令的发送功能；产品安置在屏蔽箱中，可抵制外界因素对产品的影响，使产品性能检测结果更加可信；通过计算机软件对通信结果进行统计分析，使检测流程更加严密。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种微功率无线通信仿真系统，其特征在于，包括：

频谱分析仪，用于利用内部本振将被测信号下变至中频信号，送入接收机测试仪中进行分析处理；

接收机测试仪，用于将所述频谱分析仪输入的中频信号进行数字化处理，对数字信号进行衰落仿真，根据不同应用环境设置相应的信道参数，模拟被测信号经过不同台区的衰落特点；

矢量信号源，用于对经过所述接收机测试仪仿真的信号进行上变频处理，将中频信号变频至原输入的射频信号的频率上，并设置整个模拟过程中信号的衰减值；

指标测试计算机，用于控制信号发送和对所述矢量信号源上变频后的信号进行测试和分析；

两个环形器，分别与所述频谱分析仪及矢量信号源相连，用于隔离整个系统的发射链路和接收链路，使得整个系统形成为双向链路。

2.根据权利要求1所述的微功率无线通信仿真系统，其特征在于，该系统进一步包括：

屏蔽箱，所述被测产品放置于屏蔽箱中，用于避免被测产品发送和接收信号时信号的旁漏，屏蔽隔离信号。

3.根据权利要求1或2所述的微功率无线通信仿真系统，其特征在于，所述两个环形器中的一个设置于在频谱分析仪侧，另一个设置于矢量信号源侧，均采用三个接口，根据导通的方向分别连接输入输出设备以及被测产品。

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