一、行業(yè)分析

1.1 行業(yè)發(fā)展背景

集中抄表產品在國內從上世紀90年代發(fā)展至今，已經將近有20年的歷史。其發(fā)展過程大致可劃分為3個階段。

i. 1992年至1998年8月

這個時期是集抄產品從起步到獲得市場和電力設備檢測權威部門認可的階段；這個階段的大部分時間里，因為鮮有實際的案例，一致認為抄表系統實在是太簡單了，市場是如此巨大，充滿了誘惑！這個時期是從產品在市場上出現到行業(yè)標準《低壓電力用戶集中抄表系統技術條件》（試行）的推廣開始。這個時期的產品不論市場還是技術普遍具有試驗和摸索的特點。

這時期的數據傳輸方式有：RS485總線，Can bus總線，低壓電力線載波通訊，LONWORKS技術，自制總線，無線傳輸等等，基本可以開發(fā)和想到的方式都被進行嘗試，但由于缺乏規(guī)范和統一性，產品的穩(wěn)定性，數據傳輸的可靠性及抄表數據的準確性等都面臨諸多的考驗。

ii. 1998年8月至2005年

這個時期一開始，行業(yè)標準DLT/698《低壓電力用戶集中抄表系統技術條件》正式頒布，同時隨著城鄉(xiāng)居民用電“一戶一表”工程的展開，集抄產品開始得到電力用戶的關注和耐心了解。

傳輸方式的變化：這時期的傳輸方式已不再是最開始的百家爭鳴，其中低壓電力線載波技術與RS485專線在此時期脫穎而出。

低壓電力線載波通信的應用水平大幅提升，國外芯片技術轉入國內，國內自主開發(fā)的載波技術芯片在市場嶄露頭角；依托巨大的低壓電力傳輸網絡，低壓電力線載波技術有著無可比擬的潛力優(yōu)勢。但此時期的低壓電力線載波因為技術成熟度不高，在數據傳輸的可靠性及實時性方面仍有缺陷。

而RS485專線技術以其傳輸的實時性及準確性的優(yōu)勢逐漸成為市場的主流，但其較高的布線成本及維護成本是阻礙其發(fā)展的主要原因。

iii. 2005年至今

到2005年，盡管集抄產品已經足足發(fā)展了10余年，但也就是這最近幾年，集抄產品在電力行業(yè)得到全面認可和重視，這以原行業(yè)標準DLT698-1999《低壓電力用戶集中抄表系統技術條件》升級為DLT698-2009《電能信息采集與管理系統》為根本標志（新行業(yè)國家標準正等待發(fā)改委審批）。南方電網以廣東電網為代表在2007年9月頒布了《廣東電網公司低壓電力用戶集中抄表系統技術條件及通訊規(guī)約（6個文件）》，國家電網在2010年頒布《用電信息采集系統》企業(yè)標準。從這些標準看出，電力用戶部門把集抄產品定位為電能信息采集和電力企業(yè)建立營銷管理系統的技術裝備。

此時的數據傳輸方式與之前相比加入了短距離無線通信方式：

短距離無線通訊技術在集中抄表產品發(fā)展之初就有應用，主要是集中器與采集器之間。但最初集中器端采用小功率FSK無線發(fā)射臺，采用專有頻段，需要向無線電管理委員會申請。無線通訊的優(yōu)點是無需布線，安裝方便，早期傳統的無線通信技術不成熟，無線通信硬件都采用模擬電路，雖然實現了無線抄表，但存在著很多缺點：第一、模擬電路隨溫度濕度變化，頻率偏移嚴重，可靠性不好；第二，通信速率低，距離近，功耗大，壽命短；第三，整體成本高，批量生產困難。這些缺點導致無線通信技術在抄表行業(yè)推廣困難，發(fā)展較慢。不過最近幾年，隨著無線通信技術的發(fā)展，無線通信硬件采用高精度集成封裝技術，環(huán)境溫度濕度變化的影響受到控制，頻率偏移小，可靠性大大提高；采用高效糾錯技術，保證通信數據100%正確；通信距離大大提高，成本也已降低，可以滿足抄表的要求。

無線通訊技術最近幾年發(fā)展很快，從頻率來分，有兩種無線通信技術。一種是ZigBee無線網絡技術；一種是433MHz470MHz開放頻段的無線通信技術,這是傳統無線通信技術的發(fā)展。

1.2 技術分析

i. 系統構造

當前集中抄表行業(yè)主流系統架構為：抄表中心（上位機）+集中器+采集器+表的四層架構或抄表中心（上位機）+集中器+表的三層架構。

其中抄表中心到集中器之間的鏈路是為上行信道；集中器到采集器、表或集中器到表的鏈路是為下行信道。

上行信道為遠程數據傳輸，目前應用最為廣泛的是以GSM/GPRS等現有的移動通信網絡作為遠程數據傳輸手段。其優(yōu)點在于技術成熟，網絡覆蓋良好，但成本方面是需要考量的一個方面。其次部分使用到低壓電力線載波或電話線網絡進行遠程的數據傳輸，其優(yōu)勢在于網絡覆蓋率好，但缺點在技術發(fā)展緩慢，低壓電力線信道質量惡劣，實時性差、數據準確性不足等。

下行信道為短距離數據傳輸，目前主流應用是低壓電力線載波技術及短距離無線傳輸技術。上述已提到低壓電力線載波技術的特點，而其缺點信道質量問題在短距離傳輸中表現不太明顯，能較好適應短距離的數據傳輸工作；而短距離無線傳輸技術近幾年發(fā)展迅速，其可靠性及數據準確性方面表現要優(yōu)于低壓電力線載波技術。

ii. 短距離無線傳輸技術

短距離無線通信傳輸技術的核心是短距離無線數傳模塊，應用于集中器、采集器和采集表中。目前應用最廣泛的是處于ISW--470MHz頻段。根據國家電網企業(yè)標準——基于微功率無線通信的數據傳輸協議，其指標如下：

系統的工作頻率 470MHz～486MHz

調制方式 FSK（Frequency Shift Keying）

基帶信號濾波方式 高斯濾波（GFSK）

頻率偏差值 25±5kHz

信道帶寬 100kHz

信道切換時間 ≤500us

射頻輸出功率 不大于50mW (17dBm)

空中碼元速率 10kbps，誤差≤0.05%

發(fā)射器占用周期 ≤500毫秒

接收機靈敏度 -106dBm，接收誤碼率≤1%

二、測試需求分析

2.1 項目原理

短距離無線通信技術是目前集中抄表行業(yè)中下行信道最主流的兩種短距離數據傳輸手段之一。而短距離無線通信技術的核心在于ISW頻段的無線數傳模塊上。

該模塊完成將電表的數據傳輸到采集器端或者采集器端數據匯總傳輸到集中器端，完成集中抄表中覆蓋小區(qū)“最后一公里”的數據采集。

ISW頻段無線數傳模塊為收發(fā)一體的模塊，需對其整個收發(fā)過程中數據傳輸的距離，數據傳輸的穩(wěn)定性、準確性，接收數據的能力，接收數據的準確性等進行評估。即對模塊的整個收發(fā)性能進行測試。

對于任何一個無線通信系統而言，都需對其TX及RX性能進行分析。短距離無線通信技術作為無線通信的一種方式，同樣適用。

一般而言，TX性能代表其發(fā)射信號的能力，要求發(fā)射信號功率滿足設計要求，發(fā)射信號頻率準確，發(fā)射信號同時產生帶外雜散；RX性能代表其接受信號的能力，要求能夠接收到足夠弱的信號（靈敏度高），接收弱信號的時候保證數據的準確性（誤碼率低）等。

2.2 測試需求

短距離無線數傳模塊需對其TX,RX參數進行測試，參考《基于微功率無線通信的數據傳輸協議》指標，需測試的參數包括TX：發(fā)射功率，發(fā)射頻點，頻率偏移值；RX：接收靈敏度及接收誤碼率。

在無線通信系統中，TX性能測試一般使用頻譜分析儀測試，可測試其發(fā)射功率（或通道功率），發(fā)射頻點、頻率偏移值，帶外雜散等等。RX性能測試一般使用射頻信號源，發(fā)射低功率信號測試系統的接收靈敏度指標及該指標下的誤碼率。

2.3 業(yè)界測試方法

業(yè)界目前針對無線數傳模塊的測試方法是使用頻譜分析儀進行對TX性能的分析，測試模塊所發(fā)射GFSK信號中心頻率點功率值，頻率偏移值及帶外雜散等參數。使用矢量射頻信號源+誤碼率分析選件測試模塊的RX性能，測定其接收靈敏度及該靈敏度下的誤碼率等。

三、RIGOL解決方案

3.1 方案概述

i. 系統組成

A. 硬件部分

a) DSG3000射頻信號源+IQ選件

功能：模擬微功率無線通信模塊所需發(fā)射的470MHz頻點GFSK信號

b) DSA800頻譜分析儀

功能：測試微功率無線通信模塊所發(fā)射的470MHz頻點GFSK信號的功率及頻點偏移值

c) DS4000數字示波器

功能：接收微功率無線通信模塊解調的基帶信號，并做解碼分析，將解碼結果輸出

B. 軟件部分

a) 功率及誤碼率分析軟件（應用于計算機中）

功能：分析測試微功率無線通信模塊所發(fā)射信號頻率偏移值及功率值；根據誤碼率測試微功率無線通信模塊的接收靈敏度指標

ii. 系統介紹

A. 功能說明

a) 通過串口通信，發(fā)送指令進行對模塊的收發(fā)狀態(tài)改變，按先發(fā)射后接收的測試流程分別對模塊的發(fā)射功率值、頻率偏移值及模塊的接收最低靈敏度及誤碼率進行分析，得到模塊的發(fā)射功率指標及接收靈敏度指標。模塊要求發(fā)射功率值>18dBm，接收靈敏度<-106dBm并誤碼率<0.1%。通過此系統可實現以上兩個指標測試，測試誤差<1dBm。

b) 此系統更適用于產線測試，整個測試流程由軟件控制，并且通過軟件與工裝的通信，自動完成發(fā)射與接收模式的切換，滿足自動化測試生產的需求，效率較高。

3.2 測試流程圖

3.3 方案分析

RIGOL的測試方案可完成對無線微功率模塊的TX及RX性能測試，且測試的準確性方面與國外品牌一致，并且在自動化生產測試中由于軟件的靈活及操作的便捷性更具備優(yōu)勢。

而最大的優(yōu)勢還是在于成本的控制上，國外品牌搭建的測試系統價值在25萬以上，而RIGOL的微功率模塊測試方案價格可控制在15萬左右，性價比極高。

四、總結

短距離無線傳輸不僅僅應用于集中抄表行業(yè)，目前在智能家居、智能穿戴設備等方面應用也十分廣泛，是構建物聯網的重要組成部分。目前提供給短距離無線抄表客戶的測試方案靈活且可拓展性強，針對其他調制方式的模塊只需對方案稍作修改即可。