双模通信技术规范：采集器模块技术规范20150105

1、采集器双模通信单元技术规范 目目 录录 前前 言言.0 1 范围范围.1 2 规范性引用文件规范性引用文件.1 3 3 定义定义.1 4 4 技术要求技术要求.1 4.1 工作频率 .2 4.2 基本参数 .2 4.3 通用无线电规范.3 4.4 载波物理层要求和定义.5 4.5 通用载波规范.5 4.6组网通信协议.错误错误!未定义书签。未定义书签。 4.7功能要求.错误错误!未定义书签。未定义书签。 4.8电磁兼容性要求.6 1 采集器双模通信单元技术规范 1 范围范围 本部分规定了双模通信系统采集器双模通信单元的技术指标、功能要求等方面的技术 要求以及运行质量管理等要求。 本规范以外的技

2、术要求参照南网电力公司和国网电力公司相关技术规范执行。 本部分适用于双模通信系统采集器主模块的制造、检验、使用和验收。 2 规范性引用规范性引用文件文件 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件， 其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据 本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件， 其最新版本适用于本规范。 GB/T 15464-1995 仪器仪表包装通用技术条件 GB/T 6113.102-2008 无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 DL/T 645-2007 多功能电能表通信协

3、议 DL/T 698.1-2009 电能信息采集与管理系统 第 1 部分：总则 DL/T 698.35-2008 电能信息采集终端技术规范-低压集中抄表终端特殊要求 Q/GDW 1373-2013 电力用户用电信息采集系统 功能规范 Q/GDW 1374.3-2013 电力用户用电信息采集系统技术规范 第三部分：通信单元技 术规范 Q/GDW 1376.1-2013 电力用户用电信息采集系统通信协议 第一部分：主站与采集 终端通信协议 Q/GDW 1376.2-2013 电力用户用电信息采集系统通信协议 第二部分：集中器本地通 信模块接口协议 Q/GDW 1379.4-2013 电力用户用电信

4、息采集系统检验技术规范 第四部分：通信单 元检验技术规范 3 定义 双模通信：是用电信息采集系统的本地通信技术的一种，曾用“双模异构”来表示此通 信技术，在本规范中其具体的含义是微功率无线通信技术和窄带载波通信技术的混合技术， 同时利用两种技术的优点，相互克服两种技术的缺点，实现最佳的本地通信技术。 4 技术要求 2 4.1 工作频率 微功率无线：公共计量频段 470MHz510MHz，符合微功率(短距离)无线电设备的 技术要求 （信部无2005423 号）和 Q/GDW 1374.3-2013 电力用户用电信息采集系统 技术规范 第三部分：通信单元技术规范的规定。 窄带载波：Q/GDW 13

5、74.3-2013 电力用户用电信息采集系统技术规范 第三部分： 通信单元技术规范的规定。 窄带载波的工作频率：工作频率位于 9KHz500 KHz. 微功率无线通信：微功率无线通信： 4.2 基本参数 4.2.1 工作频率范围 系统的工作频率为：470MHz510 MHz。 4.2.2 调制方式 调制是指把基带信号的变化规律，转变为射频载波信号的幅度、频域或相位等变化规 律的过程。本条规定调制方式使用FSK（Frequency Shift Keying），用两个频率特征信号 分别代表二进制的0和1。为了减小调制信号的带外频率分量，改善信号频率，基带信号采 用高斯滤波（GFSK）的方式，高斯滤

6、波器的BT值，取BT = 0.5。 表 1GFSK 符号编码 符号编码 “0”f0-f “1”f0+f 4.2.3 调制频率偏差 调制信号的频率相对于载波频率的摆动幅度值，频率偏差值为255kHz。 4.2.4 信道带宽 在4.2.3节定义的频率偏差之下，信道带宽小于100kHz。 4.2.5 码流发送顺序 码流发送的顺序定义为：低码位在前，高码位在后。 4.2.6 数据调制 如Error! Reference source not found.，来自PPDU PPDU（PHY Protocal Data Unit:物 理层协议数据单元）的二进制码流先进行白化（Data Whiting）处理，

7、白化处理后进入 GFSK调制器进行调制，GFSK调制器输出对应的调制信号。 白化GFSK调制器PPDU二进制码流调制信号 图 1数据调制白化处理 3 4.2.7 信道分配 通信信道定义在471MHz486MHz频段。这些信道的中心频率的定义如下: 共有33个信道组，每个信道组有两个信道。把信道组分成两类：0号信道组为一类，用 且仅用于组网维护（组网信道组）；1到32信道组为一类，用于抄表等应用（工作信道组）。 具体划分见表2： 表 2信道分配列表 信道组号 信道 0 (MHz) 信道 1 (MHz) 信道组号 信道 0 (MHz) 信道 1 (MHz) 0476.3484.717474.748

8、2.5 1471.5479.318474.9482.7 2471.7479.519475.1482.9 3471.9479.720475.3483.1 4472.1479.921475.5483.3 5472.3480.122475.7483.5 6472.5480.323475.9483.7 7472.7480.524476.1483.9 8472.9480.725476.5484.1 9473.1480.926476.7484.3 10473.3481.127476.9484.5 11473.5481.328477.1484.9 12473.7481.529477.3485.1 13473

9、.9481.730477.5485.3 14474.1481.931477.7485.5 15474.3482.132477.9485.7 16474.5482.3 4.2.8 信道切换时间 信道切换时间定义了发射器及接收器在一个信道频率切换到另外一个信道频率的时间 （包括一些必须的设置时间），信道切换时间应500us。 4.2.9 射频输出功率 射频输出功率是指天线辐射的功率（e.r.p）,不大于50mW (17dBm)。 4.2.10 带外杂散辐射 用特征频率调制时，在除载频和由于正常调制、切换瞬态引起的边带以及邻道以外离 散频率上的辐射的功率限值，带外杂散辐射发射限值应低于-36 dBm

10、。 4 4.3 通用无线电规范 4.3.1 发射器占用周期 传输数据时，发射器占用空中信道时间应500ms。 4.3.2 空中码元速率 空中码元速率是指射频信号在空中传输的速率，空中码元速率=10kbps，误差 0.05%。 4.3.3 接收机灵敏度 接收机能够可靠解调的最小信号强度，在使得接收器的接收误码率0.1%时，解调门 限值应低于-106dbm。 4.3.4 接收器抗干扰抑制 接收器在对于邻近信道干扰的抑制比为24dB。 4.3.5 发送到接收转换时间 发送到接收转换时间应500us。 4.3.6 接收到发送转换时间 接收到发送转换时间应500us。 4.3.7 发射中心频率容差 发射

11、特征频率偏离参考频率的最大允许偏差值，发射中心频率容差范围应20ppm。 4.3.8 接收信号强度指示器 RSSI测量值用一个字节表示，表示出RF信号场强,表达范围：-120dbm-40dbm（信号源 直接输入时），测量范围：-110dbm-50dbm（信号源直接输入时），误差容限3db。 场强小于等于-110dbm时,RSSI值都为110; 场强大于-110dbm且小于-50dbm时，RSSI值为场强值的绝对值，例如场强- 96dbm,RSSI值为96； 场强大于等于-50dbm时,RSSI值都为50。 接收信号的强度指示如图一所示： 5 图一 接收信号的强度指示 4.3.9 空闲信道评估

12、空闲信道评估用来指示当前信号是否处于空闲状态，空闲信道评估必须射频收发机处 于接收状态下进行，RSSI的测量时间在10kbps速率下应该在300us以上，RSSI判断的门限值 定义为-96dBm。 检测模式：无线能量检测（ED），在一个信道上检测空中的任何无线能量超过RSSI门 限，则当前检测的信道为忙。 参考 Q/GDW 11016-2013 电力用户用电信息采集系统通信协议 第 4 部分：微功率无 线通信数据传输协议相关的章节。 载波通信：载波通信： 中心频率需在 9KHz500 KHz 规定的范围。 4.4 载波物理层要求和定义 4.4.1 接收灵敏度 4.4.1.1 白噪声条件下解调门

13、限信噪比白噪声条件下解调门限信噪比 各速率下白噪声解调门限信噪比(db) 通信速率通信速率小于小于 1kbps1kbps5kbps大于大于 5kbps 信噪比信噪比15dB18dB21 dB 4.4.1.2 接收灵敏度接收灵敏度 各速率灵敏度(dBV) 通信速率通信速率小于小于 1kbps1kbps5kbps大于大于 5kbps 接收电平接收电平35dBuV38 dBuV41 dBuV 4.4.2 调制方式 可选择FSK、PSK、OFDM三种调制方式之一。 4.4.4 码元速率 码元速率不低于150波特。 4.5 通用载波规范 4.5.1 载波设备功率消耗 单相载波电能表用通信单元处于发射状态

14、时，功耗应不大于1.5W。 三相载波电能表用通信单元处于发射状态时，功耗应不大于2.5W。 采集器:守候状态，视在功率不大于5VA,有功功率不大于1.2W.传输状态下消耗的视在 功率不大于10VA,有功功率不大于3W。 厂站电能采集终端：在守候状态（非通信状态）下的机架式终端视在功率消耗应不大 于 30VA，有功功率消耗不大于 15W，在守候状态（非通信状态）下壁挂式终端功率消耗应 6 不大于 20VA，有功功率消耗不大于 10W。 4.5.2 输出信号电平限值 电平测量均在 GB/T 6113.102-2008 中第 4 章和附录 A 的 50/50uH+5（9kHz150kHz）和 50/

15、50Uh(150kHz)的 V 型人工电源网络。 4.5.3 带外传导骚扰电平 带外传导骚扰电平见表3 表3 带外传导骚扰电平限值 4.6双模通信功能 采集器双模通信节点是从节点，在收到主节点的命令时完成对应的操作。根据主节点 的命令，协同主节点完成微功率无线的组网、载波通信组网和双模的混合组网。 4.7功能要求 台区信号的发送功能：收到集中器双模主模块的命令后，指定的三相电表双模节点发 送台区定位信息。 微功率无线协同组网：按照微功率通信协议进行组网。 载波通信协同组网：响应集中器主模块的载波组网命令。 微功率无线和载波的场强收集：根据集中器主模块的命令，汇报场强信息，便于主节 点形成完整的

16、场强表 协同混合路由：根据集中器主模块的动态路由算法，实现消息路由转发。 4.8电磁兼容性要求 所属设备需要满足电磁兼容相关要求。 7 附录一附录一 互联互通微功率无线本地通道的检测方法互联互通微功率无线本地通道的检测方法 1.1 微功率无线检测环境微功率无线检测环境 使用无线电波暗室作为微功率无线检测环境，无线电波暗室对 800MHz 以下频率的 无线电信号有 70dB 以上 的抑制，可以提供比较干净的无线通信环境，隔离外界无线电波 对测试设备的干扰。无线电波暗室的选取和校准方法参见 IEC 60489-1-1999。 1.2 性能测试系统示意图性能测试系统示意图 图 1-1 是微功率通信性

17、能测试的系统示意图，系统由无线电波暗室，综测仪，互联 互通微功率无线协议发送器和误码分析仪组成。 图 1-1 微功率无线通信性能测试的系统示意图 微功率无线通信性能测试系统可以测试本地微功率通信模块的灵敏度、发射功率、 频率误差、杂散、射频分量（谐波）测试、占用带宽测试 、 频率偏移测试 、 发射机数 据速率和协议一致性测试。 8 1.3、微功率无线性能测试项目、微功率无线性能测试项目 序序 号号 测试项测试项目目 是否是否 自自动动 测试测试 1 频率偏移测试 2 发射性能测 试 发射机数据速率测试 3 灵敏度测试 4 微功率无线通信模块 射频性能测试 接收性能测 试 可接受中心频率偏移测试

18、 5 物理层信道完整性与一致性 6 物理层 信标的同步 7 网络维护请求 8 网络维护响应 9 MAC 层 信标帧 10 路由错误 11 场强收集命令 12 场强收集应答 13 入网申请请求 14 入网申请响应 15 发起一个源路由 16 中继一个源路由 17 广播通信 18 配置子节点 19 配置子节点应答 20 网络层 游离节点就绪 21 数据转发 22 设置串口 23 设置信道号 24 设置发射功率 25 设置重启 26 确认/否认帧 27 读取节点配置 28 协议一致性测试 应用层 设备升级 9 2.1 网络测试系统示意网络测试系统示意 图 2-2 是微功率无线网络测试的系统示意图，系

19、统由无线电波暗室，信号发送器， 程控衰减器等设备组成。 图 2-2 微功率无线网络测试的系统示意图 互联互通微功率网络测试系统完成主节点组网交互流程测试、从节点入网交互流程 测试、 事件上报测试、 从节点入网申请请求测试、 距离覆盖测试和网络功能测试包括从 节点进行点名、增加新节点、删除从节点等。详见 Q/GDW 11016-2013 电力用户用电信 息采集系统通信协议 第 4 部分：微功率无线通信数据传输协议标准。 2.2、微功率无线网络性能测试项目、微功率无线网络性能测试项目 序序 号号 测试项测试项目目 是否是否 自自动动 测试测试 1 路由层级 2 组网时间 3 组网测试 组网成功率

20、4 抄表业务功能测试 5 抄表业务性能测试 6 费控业务功能测试 7 费控业务性能测试 8 微功率无线通信网络 功能和性能评估 业务验证测 试 新业务功能测试 10 序序 号号 测试项测试项目目 是否是否 自自动动 测试测试 9 新业务性能测试 10 中心节点：广播组网信标帧 11 中心节点：场强收集 12 中心节点：配置子节点 13 中心节点：查询路由状态 14 从节点：转发信标帧 15 从节点：场强收集应答 16 从节点：配置子节点应答 17 交互流程测 试 从节点：从节点入网成功 18 同频干扰测试 19 抗干扰测试 临频干扰测试 20 混合测试 21 事件上报测 试 22 从节点入网

21、申请请求 23 距离覆盖测 试 测试每一个从节点的射频通 道 24 路由 25 网络管理功 能测试 增加、删除等 11 附录二附录二 载波通信本地通道的检测方法载波通信本地通道的检测方法 1. 目的目的 低压电力线为非专用总线通信信道，因此载波通信性能易受各种噪声影响，因此抗干 扰能力高低是能否解决在低压电力线上进行可靠通信的关键。 本测试方案主要针对不同的窄带载波通信技术方案在低压电力线复杂噪声环境下抗干 扰性能对比。 测试方法充分考虑了力求避免载波辐射的影响。 2. 接收性能测量接收性能测量 各载波通信单元的结构、接口、协议以及电气性能均要符合国家电网公司企业标准 Q/GDW1374.3-

22、2013电力用户用电信息采集系统技术规范：通信单元技术规范 测试方法参考：Q/GDW1379.4-2013电力用户用电信息采集系统检测技术规范：通信 单元检测技术规范 2.1. 试验环境试验环境 建立与外部电网“隔离”的信道环境。 人工电源网络：隔离频段范围 9khz30Mhz 负载电流16A；标准阻抗 50/50H。 发送端发送通信报文，分别以 40 个字节和 200 字节数据测量。 示波器（最好是电池供电） 、频谱仪、函数发生器、笔记本电脑（电池供电） 、电源滤 波器、人工电源网络、20dB 固定衰减器、0-70dB 可调衰减器、分离耦合器、同轴电缆 等。 2.1.2耦合回路耦合回路 耦合回路用于将被测通信单元发送的载波信号从强电侧耦合至弱电侧，同时将经 过衰减后的载波信号从弱点侧耦合至强电侧。 图 1 耦合回路电路图 12345678 A B C D 87654321 D C B A N 1 N 2 1 24 3