基于电力信息可视化采集的230_MHz射频技术研究_梁盈威.pdf

自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期计算机与通信技术Computer and Communication TechnologyTechniques ofAutomation&Applications基于电力信息可视化采集的230 MHz射频技术研究*梁盈威,杨秋勇,苏华权（广东电网有限责任公司，广东 广州 510000）摘要:原有的230 MHz射频技术在授权用户受到认知用户干扰时，通信过程误码率较高，为此，提出一种基于电力信息可视化采集的230 MHz射频技术。设计射频技术中接收灵敏度、动态范围、接收带外抑制等接收发射指标，优化基带对有用信号的调节，消除认知用户的干扰；引入可视化信息采集技术，由230 MHz无线专网承担通信工作，设计时序逻辑控制，采用过分配方式定义GTS和CFP的分配，保留通信过程中的处理时间，减小干扰。对比实验结果表明在光谱强度相同时，设计的技术误码率较低，具有有效性。关键词:电力信息；可视化采集；信道干扰；信号生成;射频技术中图分类号：TP391.44文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)06-0127-04Research on 230 MHz RF TechnologyBased on Visualized Power Information AcquisitionLIANG Ying-wei,YANG Qiu-yong,SU Hua-quan(Guangdong Grid Co,Guangzhou 510000 China)Abstract:The original 230 MHz radio frequency technology has a high bit error rate in the communication process when the authorized us-ers are interfered by cognitive users.Therefore,a 230MHz radio frequency technology based on visual acquisition of power infor-mation is proposed.In order to optimize the adjustment of baseband to useful signals and eliminate the interference of cognitiveusers,the receiving and transmitting indexes such as receiving sensitivity,dynamic range and receiving out of band suppressionin RF technology are designed;the visual information acquisition technology is introduced,the 230MHz wireless private networkis responsible for the communication work,the timing logic control is designed,and the allocation of GTS and CFP is defined bythe over allocation method,so as to retain the processing in the communication process time,reduce interference.The experimen-tal results show that when the spectral intensity is the same,the bit error rate of the designed technology is low,and it is effective.Keywords:electric power information;visual acquisition;channel interference;signal generation;RF technology*基金项目：广东电网有限责任公司科技项目（037800KK52190007）收稿日期:2021-04-30DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）06-0127-04.1引言在电力用户的相关信息采集中，不仅包括用户个人信息，更重要的是要对用户用电量进行实时监测，在完成采集后进行信息传输和通信，对于智能配电网来说，这是电力系统信息采集的重要组成部分。国家为了保证电力通信的实时和完整，将230 MHz专用频段进行划分，作为全双工通信的使用频点，并完全地适配于配电网自动化1。一些欧美国家已经将无线传播射频技术应用在远程无线电力抄表系统的技术研究中，并将这项应用大规模推广，实践证明，在应用这项技术之后，电网能够实现90%以上电力用户信息的自动采集，大大节约了人力成本和相关资源。但是我国在这方面的起步较晚，电力通信在射频无线传播中目前广泛应用的还是230 MHz专网通信。文献2中主要针对223-235 MHz电力授权无线频段，设计了基于本地通信的无线自组网络230 MHz的电力无线专网的补强方案，解决了射频技术的信号弱和覆盖盲区问题；文献3中对230 MHz射频技术进行了峰值频谱以及效率等指标的制定，并给出了相关的检测方法和建议。以上文献的两种技术，对于授权用户受到认知用户干扰的情况下，其误码率都比较高。针对以上两文献中技术所存在的缺陷，提出了一种基于电力信息可视化采集的230 MHz射频技术。2基于电力信息可视化采集的230 MHz射频技术研究2.1设计射频技术的接收发射指标在电力系统的射频技术中，其中具有的超外差结构系统主要采用的是变频方式，为了在射频技术中具有更好的选择性，在电路中需要使用中频滤波器4-5。在接收127计算机与通信技术Computer and Communication Technology自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications机的相关指标中，接收灵敏度是一个重要的部分。接收灵敏度的计算公式如下：(1)式中，YT为信道宽度，ZX表示射频技术中的噪声系数，表示解调门限。从式(1)中可以看出，在带宽内热噪声功率恒定不变的情况下，信道带宽和解调门限无法进行改变，因此想要提高接收灵敏度，只有采取降低射频噪声系数的方法才能实现增益的提高。在这种情况下，可以选择射频技术的前几级加入LNA。另一个接收发射指标就是动态范围，在电力系统中，射频技术的使用主要是从天线来的RF信号6-7，这些RF信号在工作的过程中，接收和发射功率方面各有不同，并且不同信号功率数值之间的大小相差比较悬殊。这就相应会产生信号之间的非线性互调，最终导致授权用户受到认知用户的干扰，导致信号失真或产生新的频谱分量。为了防止射频信号产生上述的干扰，需要在射频技术的接收链路中，通过控制AGC来保证ADC的信号能够正常显示，并通过控制机制保证采样幅度在一定的动态范围之内，在射频信号中通常用到的动态范围一般情况下分为线性动态范围和无杂散动态范围8。对于射频技术中的接收机和发射机来说，线性动态范围主要是指设备的低功率与高功率之间的功率范围，当接收功率较大时，交调的失真也会更加明显。当实际的信号工作功率在范围内使系统寄生的响应为最小状态时，此时为无杂散动态范围。最后一个接收发射指标就是接收带外抑制，其中的链路抑制主要包括杂散抑制、邻道抑制、阻塞抑制。当认知用户产生的干扰功率较大时，会产生相应的抑制。影响示意图如下所示：图1倒易混频对邻道的影响在干扰功率较大的情况下，导致的结果为信号的信道基带幅度的变化处于非线性变化过程，恶化EVM的工作频率变化，使得倒易混频的输出基带信号产生严重的互调，导致基带无法得到解调。在射频技术的设计中，本文将重新设计阻塞带宽的值，将其带宽的值设定为偏离载波10%。在设计的过程中，将基带前级所携带的分段滤波器带宽设置为5 dB，该值所占载波带宽的值约为5%。对射频技术中的接收发射指标进行设计能够保证基带对于有用信号的调节，保证通信质量。2.2引入可视化信息采集技术230 MHz射频技术是以传统的电力负荷管理系统为基础发展而来的，本文设计的技术除了能够实现原有的功能，在通讯方面还能克服较多的缺陷。在电力系统中，主要的用电信息采集对象是专线、专变用户以及工商业两用居民和公变考核计量点用户。在可视化信息采集技术中，应用的通信信道主要由230 MHz无线专网承担通信工作。与传统的通讯网络相比，引入可视化的信息采集技术能够使得通信速率更高，增强其纠错能力和自组网能力，其中的路由算法模块记录达到50强，需要按照场强进行大小排序，记录的数量可以改为能够随意设置的属性，将原有的链路命令根据实现的方案在基站中进行扩展与实现，完成通信时序的控制。在时序控制中，基站无法覆盖的设备需要采用非信标的碰撞逻辑。时序控制如图2所示。图2时序逻辑控制图在图2中，A代表基站，B代表基站能够覆盖的设备，C代表基站无法覆盖的设备。在时序逻辑中，未来对语音通信的支持会采用信标由以协调器作为基站的方式完成发送。在信标中，从根源上看就是设备在GTS和CFP上的分配次序。在两行衔接中的两级中，基站按照通信的需要等对设备进行请求分配和收回GTS时槽。为了保证不受到其他用户的干扰，基站采用过分配方式，将N个时槽分配给大于N的数量的设备，这样使得多个设备共享时槽，当有些设备的报文较短时，在完成较短报文的解析后，可以压缩出一定量的时槽，留给共享时槽次序排名靠后的后备的设备来使用，在这期间可以为报文应答帧的响应和中继保留处理时间，保证用户在通信中不受到干扰。至此完成基于电力信息可视化采集的230 MHz射频技术研究。3实验3.1实验准备为了验证本文设计的基于电力信息可视化采集的230 MHz射频技术具有一定的有效性，本文设计相关的模拟实验。在电力无线电的专用宽带传输频段中，会存128自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期计算机与通信技术Computer and Communication TechnologyTechniques ofAutomation&Applications在系统频谱之间共存干扰的问题，本文的实验需要验证在系统共存的条件下，方案能否满足业务之间互不干扰的要求，因此在实验中需要构建试验网络进行验证。在实验中，引入SystemVue软件进行环境仿真，能够充分考虑各种射频效应，对以信号处理为硬件平台核心的射频技术的实现提供平台。首先需要在软件中创建自定义的复杂信号，主要包括矢量信号、噪声、干扰等，为电力信息采集射频通信技术等复杂系统提供分析设计的条件，并借助不同信号源之间的连接能力，对产生的真实信号进行测试。在完成复杂信号的自定义后，使用软件进行信号的处理和分析，并通过控制安捷伦测试仪表，软件和硬件共同配合，得到仿真的系统如图3所示。图3基于SystemVue软件的仿真环境示意图图3中，仿真环境选择的数字调制方式为QPSK的单载波方式，这种单载波方式在一个离散窄带频点内只有一个载波，中心载频在频点的中心来模拟信号发送端。为了实现对230 MHz专网系统信号进行接收和解调，对仿真环境中的下变频、低通滤波和数字解调等电路进行设计。在电力系统中，处于宽带模式和窄带模式共存情况，因此需要利用软件编程来生成OFDM的信号，根据目前现有的专网系统通信方式，采用AIC算法完成信号的生成，过程如图4所示。在仿真环境中，设置电力信息可视化采集的共存参数，如表1。在上述的仿真环境下，分别使用本文设计的基于电力信息可视化采集的230 MHz射频技术和传统的射频技术进行仿真，并将得到的结果进行统计与分析。3.2实验结果统计与分析在表1的仿真环境下，分别得到两种技术的变频信号频