0.前言
双模通讯以其低功耗、组网灵活等特点，在通信数据传输网络中，愈加广泛应用，逐渐成为信息采集和传输链路中重要的部件或单元之一。双模通讯无线通信在现场实际应用中，经常出现无法正常通信、故障点不好判断的问题，这种情况给生产企业带来了巨大压力。传统的检测方式只能检测上线是否成功、数据能否正常交互，无法对通信质量进行定量和定性的分析验证。针对上述情况研发现场测试仪对双模通讯的主要性能参数，按照国家电网相关标准和技术规范，进行统一测试，从而对其指标以及互联互通性能进行检测和评估。以便有效提高用电信息采集系统的稳定性、可靠性和可扩展性。
1.研究的目的和意义
通过建立双模通信单元互联互通综合测试平台提高工作人员的检修效率，此平台涵盖通信协议一致性测试、通信性能测试以及互操作性测试功能。具备开展双模通信单元对标检测能力，运用平台开展双模通信单元模块混装、抄读策略、环境适应性等创新性运用研究能力。
2.性能要求
2.1兼容性：严格遵守双模技术规范物理层、链路层、应用层标准；可调整组网最大超时，兼容所有STA扫频方案；支持不同厂家远程通信模块和本地通信单元检测；
2.2适用性：载波链路层下发无线option及频点信息，无需推动各供货厂家增加额外645接口；即插即用接口，支持终端、单三相表本地通信单元；防干扰：带金属外壳，防止载波信道辐射干扰；内置强效隔离衰减，多设备无串扰；无线频点可设置，最多可支持48个频点共同测试（48台设备），无需加强屏蔽箱，防止无线信道冲突、邻道干扰。
2.3高效性：同时启动，单载波测试仅需35~80S；同时启动，双信道测试仅需60~120S.
3.HPLC通信单元互联互通测试设备技术
3.1物料层和数据层、通讯等功能设计思路
1）物理层一致性测试功能：物理层一致性测试中采用标准发射机，受控发送各类物理报文，验证待测接收机的正确性，采用标准接收机，受控接收待测发射机的各类物理报文，验证待测发射机的正确性。标准发射机具有MPDU报文生成功能，仿真DA发送数据生成功能，衰减模拟、频偏模拟、噪声叠加功能。标准接收机具有仿真AD接收数据功能，MPDU报文解析比对功能。2）数据链路层一致性测试功能：数据链路层的行为分CCO和STA两类，因此其功能验证分别进行测试，针对STA的所有场景，开发STA链路层一致性测试设备，模拟所有入网、路径建立、路径维护、路由转发等行为，验证待测STA设备链路层的正确性；对CCO的所有场景，开发CCO链路层一致性测试设备，模拟组网、网络建立、网络维护、数据通信等行为，验证待测CCO设备链路层的正确性。3）应用层一致性测试功能：应用层一致性测试中，开发标准集中器和标准电能表，搭建由待测CCO和STA构成的待测通信环境，在系统中部署多个监听点，对系统中的所有报文进行记录，通过记录报文的上位机分析验证待测系统对集中器主动抄表、路由模块主动抄表、并发抄表测试、从节点主动注册测试、广播校时测试、事件上报测试、转发帧测试实现的正确性。4）工作频段测试功能：可依据Q/GDW 1379.4测试HPLC通信单元模块的工作频段。5）功率谱密度测试功能：可依据Q/GDW 1379.4测试HPLC通信单元模块的功率谱密度。6）通信速率测试功能：可测试HPLC通信单元模块（220V接口）的物理层吞吐量，需选择大数据量的压力测试。7）抗衰减性能测试功能：通过设置衰减器，构建不同接收功率电平的测试信号，测试HPLC通信单元模块的点对点灵敏度指标。8）抗噪声性能测试功能：通过各类噪声，含白噪声、窄带噪声、脉冲噪声等信号叠加，测试HPLC通信单元模块的点对点抗噪声指标。9）抗频偏性能测试功能：通过采样偏差叠加，测试HPLC通信单元模块的点对点抗频偏指标。10）互操作性测试功能：通过信号发生器、衰减器、阻抗变换设备搭建噪声可设、阻抗可变、衰减可调的多级路由的通信环境，HPLC通信单元信道需采用含有工频信号的信道环境，在此环境下搭建标准节点与被测节点，测试HPLC通信单元模块的组网时间、组网成功率、抄表时间、抄表成功率，同时验证事件上报、广播校时、多网络协调等业务功能。
3.2软件功能和仿真设计方案
测试平台主控软件采用面向对象语言 Java 编写，开发环境选用 Eclipse，在技术架构方面，检测平台主控软件采用 J2EE 开发的技术架构。在功能模块方面，主控软件采用 IT 界流行的 Spring 框架。将使用接口的复杂度降低到零，可以很有条理地将软件各部分连贯、组织起来。另外，主控软件对各功能块、协议块，都进行分级、分包处理，充分利用包机制的优点，分隔类名空间，更好地组织数量庞大的类。在数据存取方面，主控软件采用 IT 界流行的 Hibernate 框架、HSQLDB 数据库。在多任务调度处理方面，主控软件采用了事件总线机制。主控软件主要通过各种串口与下位机进行通信，与仪器通信采用 GPIB，以实现对整个平台的集中控制。由于要快速、频繁地处理串口通信，本软件设计了事件总线机制，以实现对多个串口收到数据的集中分析，并根据设计的业务逻辑，自动将任务分解、分配给各功能块，各功能模块具体执行对应任务，如回应串口数据、产生对应动作等等，相当于在软件中建立了一个统一调度平台，保证快速、准确地实现多任务处理。
1）测试软件包含国网计量中心发布的HPLC通信单元测试用例。测试软件使用国网公司认可的功能组件开发，并获得相关著作权人授权许可，同时测试软件取得国网公司总部级计量检测机构出具的软件一致性测试报告。2）协议一致性测试软件包含如下功能：MPDU报文仿真生成功能、MPDU报文分析功能、发射机DA数据仿真生成功能、接收机AD数据解调功能、报文侦听功能以及测试结果导出功能。3）性能测试软件需要包含如下功能：噪声信号叠加功能、频偏注入功能、信道模拟功能以及测试结果导出功能。4）互操作性测试软件功能：标准场景模拟功能、报文侦听功能、设备行为分析功能以及测试结果导出功能。
3.3测试系统结构和功能设计方案
1）采用工控标准机架结构，实现系统集中控制和分散侦听。2）采用自控技术完成网络环境的衰减、噪声及阻抗设置。3）同时支持快速一键检测及深度分析功能，配套保存测试报文。4）采用分层模块化设计，实现软硬件功能的灵活可配置。
3.4装置性能与精度设计方案
系统软件主要包括物理接口、UI 应用界面等几个部分，物理接口主要包括 GPIB 通信接口和 RS232 通信接口，主要实现测试设备和 PC 机的通信连接；UI 应用界面主要包括测试参数配置、显示界面、测试主界面和测试日志等几部分，主要完成各项测试功能，并将测试结果进行打印输出；数据库主要添加了 MYSQL 和hsqldb 接口，可以通过本地和远程进行存储数据。
HPLC通信单元环境构建规模：15级路由、6个串扰台区、4个噪声注入点、4个阻抗切换点；台区串扰方式：CCO间耦合、STA间耦合、混合耦合；接收机频率范围：9kHz~3GHz；接收电平范围：-146dBm~+25dBm；射频衰减器：127dB/1dB步进；工频隔离衰减器接口：4芯屏蔽航空头接口；工频通道隔离度：≥75dB；射频通道参数：70dB，2dB步进；模拟负载阻抗种类：容性、阻性；容性负载：0.1uF、0.01uF、0.001uF；阻性负载：5欧姆、50欧姆、100欧姆；虚拟表计规模：≥20只/级；CCO插槽数：≥12；STA插槽数：≥153；屏蔽性能：100kHz~2000MHz内≥70dB；开闭方式：全电控制；信号接口：四芯屏蔽航空头(AC)、DC、DB15、RJ45。
4.结论
本文主要针对双模通信模块现场测试仪系统的研究，主要工作及成果如下：确定了双模通信模块现场测试仪现场发射性能测试、接收性能测试、互联互通性能测试等性能。完成了系统调试和校准工作，验证了系统的有效性。
参考文献
[1] 唐悦．用电信息采集终端微功率无线信道通信网络结构分析 [J]. 电测与仪表，2013,50(31)56-62
HPLC通信单元互联互通技术规范Q/GDW 11612-2016
