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智能电表集中器无线通信检测实验环境搭建解决方案

根据《中国南方电网有限责任公司低压电力用户集中抄表系统集中器技术规范》对集中器的要求,集中器和主站之间可以采用GPRS/CDMA/3G以太网、光纤等方式进行互联互通。在实际应用中由于GPRS/CDMA/3G采用无线回传方式具有布网迅速,安装便利等优势,得以广泛应用。但是由于采用的是公网网络进行传输,其实际无线环境复杂多变,如何评估、检测集中器在各种复杂、恶劣无线环境下的工作性能,对提升集中器质量、保证实际工作时稳定可靠就非常必要了。

集中器无线通信可靠性主要取决于两个方面:

第一:通信模块在各种无线工作环境下的适应能力,即自身可靠性;

第二:通信控制软硬件稳定性与健壮性。

   想要检测以上两点,首先要搭建一个测试环境,要能够充分模拟复杂的无线环境,然后要在各种无线环境下对通信模块以及控制软硬件加大压力测试力度。对于通信模块的无线环境指标主要有2个关键指标衡量:

1、 接收信号强度;

根据中国移动通信公司《室内分布系统验收规范建设规范第一分册》要求,室内分布信号GSM系统要保证覆盖区域边缘信号BCCH信道强度最低要求大于-85dBm,并且在此信号强度下语音接通成功率大于99%。由此可参考该标准,要求GSM回传集中器的正常工作的最小BCCH信号强度为-85dBm;

根据中国电信公司《中国电信移动网络建设无线网工程验收规范:无线网室内分布分册》要求,室内分布CDM系统要保证前向载波接收功率最小需大于-87dBm,并且在此信号强度下语音接通率为99%。由此可参考该标准,要求 CDMA回传集中器的正常工作最小前向载波信号强度为-87dBm。

此外根据室外无线网络覆盖和室内无线网络覆盖经验大部分场景最大接收信号强度不会超过-30dBm,同时考虑到集中器安装环境多在楼宇角落等位置,实际工作环境中也很少有超过-30dBm接收信号的场景。因此建议最强实验信号可以界定为-30dBm。


因此可用三种典型接收信号强度来测试:

集中器通信类型
测试信号最小功率 测试信号最大功率 测试信号中等功率
GSM -85dBm -30dBm -60dBm
CDMA -87dBm
-30dBm
-60dBm



2、 接收信号信噪比;

由于通信无线信号在实际环境中都存在一定的干扰信号,因此对集中器的无线通信进行加扰测试,以判断其在真实无线环境下的工作性能也必要。

根据GSM网络规范要求同频干扰保护比:C/I≥9dB,同时工程实施时会留有3dB余量,因此实际网络中同频干扰比一般≥12dB;邻频干扰保护比:C/A≥-9dB,同时工程实施时会留有3dB余量,因此实际网络中邻频干扰比一般≥-6dB。因此对于GSM通信的集中器可以分别加扰对同频和邻频进行加扰测试。

由于CDMA系统本身为自干扰系统,一般工程要求在忙时最强导频信号Ec/Io≥-7dB,如果外加干扰会影响本省CDMA网络调节,因此建议对于CDMA通行的集中器不做加扰测试,仅监测实际工作时的Ec/Io值即可。

总结前述对集中器无线通信测试可搭建如图一,图二的测试环境并按以下测试步骤开展测试:


                                                   

                                              图一:不同信号强度下通信测试




                                                

                                                图二:最小信号下加扰测试



GSM通信集中器测试步骤:

1、 搭建如图一的测试环境(测试环境具体要求见附件),向屏蔽房中引入空间无线GSM通信信号;

2、 利用测试手机测试屏蔽房中典型位置信号强度,通过调节智能无线信号增强站输出功率,确保屏蔽房信号最小位置BCCH信道场强等于-30dBm;测试此时集中器通信成功率。

3、 调节智能无线信号增强站输出功率,确保屏蔽房信号最小位置BCCH信道场强等于-60dBm;测试此时集中器通信成功率。

4、 调节智能无线信号增强站输出功率,确保屏蔽房信号最小位置BCCH信道场强等于-85dBm;测试此时集中器通信成功率。

5、 如图2,加入同频干扰信号,使同频干扰比C/I等于12dB,同时确保屏蔽房信号最小位置BCCH信道场强等于-85dBm;测试此时集中器通信成功率。

6、 如图2,加入邻频干扰信号,使同频干扰比C/A等于-6dB,同时确保屏蔽房信号最小位置BCCH信道场强等于-85dBm;测试此时集中器通信成功率。

                          

CDMA通信集中器测试步骤:

1、 搭建如图一的测试环境(测试环境具体要求见附件),向屏蔽房中引入空间无线CDMA通信信号;

2、 利用测试手机测试屏蔽房中典型位置信号强度,通过调节智能无线信号增强站输出功率,确保屏蔽房信号最小位置导频信号场强等于-30dBm;测试此时集中器通信成功率。

3、 调节智能无线信号增强站输出功率,确保屏蔽房信号最小位置导频信号场强等于-60dBm;测试此时集中器通信成功率。

4、 调节智能无线信号增强站输出功率,确保屏蔽房信号最小位置导频信号场强等于-87dBm;测试此时集中器通信成功率。

附件:

测试环境设备关键技术要求:


一、GSM智能无线信号增强站

工作频段(MHz)

上行:889-909,下行:934-954
载频数 16个
最大增益(dB) 上、下行:95
增益调节范围 上、下行0dB-30dB独立可调,1dB步进
最大输出功率(总功率)(dBm) 上行:33,下行:37
噪声系数(dB) ≤5
智能功能
无线信道自动跟踪、上行载波噪声抑制
最大射频输入(非损坏)(dBm) -10
本地控制 利用设备上的RJ-45网络接口至PC机
射频接头 50Ω N-K
工作电源 AV200V-240V/50Hz±5Hz
工作温度 -40℃-+55℃
相对湿度 ≤95%
防护等级 符合IP65

二、CDMA智能无线信号增强站
工作频段 上行:825-835;下行:870-880
最大输出功率(dBm)
上行:20;下行:37
最大增益(dB)
上、下行:90
增益调节步长及误差 上、下行0dB-25dB独立可调,1dB步进;误差:0dB-20dB≤±1dB,大于20dB≤±1.5dB
噪声系数 ≤5dB
波形质量因素 前、反向>0.990
本地监控 利用设备上的RS-232接口接至PC机
射频接头 50Ω N-K
工作温度 -40℃-+55℃
相对湿度 ≤95%
工作电源 AC165V-AC285V/45Hz-65Hz
防护等级 符合IP65

三、干扰源

发射频率(MHz) 800-1000
输出信号 CW连续波
输出功率调节步长及误差 0dB-20dB步进;误差:0dB-20dB≤±1dB
本地监控 利用设备上的RS-232接口接至PC机
射频接头 50Ω N-K
工作温度 -40℃-+55℃
相对湿度 ≤95%
工作电源 AC165V-AC285V/45Hz-65Hz



四、接收天线

频率范围(MHz) 800-960 1710-2500
垂直面波瓣宽度(°) 50 40
水平面波瓣宽度(°) 65 50
前后比(dB) ≥15
≥18
增益(dBi) 10 11
驻波比 ≤1.5
阻抗(Ω)
50
三阶交调 ≤135dBc(2*10W)
极化方式 垂直
最大功率(W) 50
接头型号 N座或用户指定
天线尺寸(mm) 400*265*65


五、覆盖天线

频率范围(MHz) 800-960 1710-2500
典型增益(dBi) 6 8
典型波瓣宽度 E:85,H:95±15 E:55,H:70±15
前后比(dB) 12 18
驻波比 ≤1.5

阻抗(Ω) 50
三阶交调(dBm/2*33dBm) ≤-107
极化方式 垂直
最大功率(W) 50
接头 N座或用户指定
尺寸(mm) 165*146*48
安装方式

壁挂式



六、屏蔽房及吸波材料

屏蔽房最小尺寸应为4m×4m×3m,下图所示屏蔽房的效果图。

七、 衰减器

工作频段 400MHz-3000MHz
最大衰减器 40dB
功率容量 500W(峰值)




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