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【中心議題】

• 介紹了短距離無線通信技術
• 研究了智能電表對短距離無線通信的檢測

【解決方案】

• 手持通信測試用分析儀
• 擴大儀器的多功能測試能力

0引言

在智能電表所應用的多種通信技術中，短距離無線通信技術由于具有可靠性高、信道資源豐富和運營成本低等優點，具有很強的競爭力。隨著因特網、多媒體和無線通信技術的發展，人們與信息網絡已經密不可分。

隨著短距離無線通信技術的發展,其應用已經非常廣泛。它以低成本的近距離無線連接為基礎,為固定與移動設備之間的通信環境建立了一個特別連接的信息溝通渠道。利用無線通信技術可將傳感器在線監測數據傳送到計算機進行處理,而經過計算機處理后的信息可再經無線通信渠道傳至各臺設備,非常方便地組成自動測量與控制系統。

1短距離無線通信技術

近年來，由于數據通信需求的推動，以及半導體、計算機等相關電子技術領域的快速發展，短距離無線與移動通信技術經歷了一個快速發展的階段，WLAN（Wi-Fi）技術、藍牙技術、UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）技術以及ZigBee技術等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是100 m以內的通信，分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信。高速短距離無線通信最高數據速率>10 Mbit/s，通信距離<10 m，典型技術有高速UWB、WirelessUSB；低速短距離無線通信的最低數據速率<1 Mbit/s，通信距離<10 m，典型技術有藍牙、ZigBee和低速UWB。對幾種短距離無線通信技術參數比較見表1所列。

1.1 ZigBee技術

2000年12月,IEEE成立了工作組,致力于開發一種可應用在固定、便攜或移動設備上的低成本、低功耗的低速率無線連接技術———ZigBee技術。美國HONEYWELL等公司于2001年8月發起成立了ZigBee聯盟,提出的ZigBee技術被確認為IEEE標準。ZigBee一詞來源于工蜂之間通過一種ZigZag形狀的舞蹈來傳遞新發現和食物源的位置、距離與方向等信息。因此，很容易想象應用ZigBee技術就是在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信，這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器。

1.2 UWB技術

UWB是1960年作為軍用雷達技術開發出來的，是一項使用從幾Hz～幾GHz的寬帶收發電波信號的技術。通過發射極短暫的脈沖信號，并接收和分析反射回來的脈沖位置，就可以得到檢測對象的信息。其特點是發送輸出功率非常小，甚至低于普通設備放射的噪聲。但是由于所使用的寬帶高達幾GHz，因此最大數據傳輸速度可以達到幾十～幾百Mbit/s，而耗電量只有原有系統的1/100～1/1 000。過去UWB無線技術一直應用于軍事雷達，很少用于無線通信。

美國聯邦通信委員會（FCC，Federal Communication Commission）于2002年4月通過了一項認可UWB可以用于民用的最終決定，作為室內通信用途，FCC已將3.1～10.6 GHz頻帶向UWB通信開放。

1.3藍牙技術

1994年，愛立信移動通訊公司（Ericsson Mobile）開始研究在移動電話及其附件之間實現低功耗、低成本無線接口的可行性。隨著項目的進展，愛立信公司意識到短距離無線通信的應用前景無限廣闊。愛立信將這項新的無線通信技術命名為藍牙，藍牙的英文名稱是Bluetooth。

1998年5月，愛立信、英特爾、東芝、諾基亞和IBM 5家公司組成的“藍牙專門興趣小組”（SIG，Bluetooth Special InterestGroup）把藍牙無線技術的理念正式推向社會，使其成為無線技術的全球規范。3Com、朗訊（Lucent）、微軟和摩托羅拉很快加盟SIG，與SIG的5個創始公司一同成為SIG的9個倡導發起者。1997年7月SIG公布了藍牙規范1.0版；1999年12月公布了藍牙規范1.0b版；2001年4月公布了目前最新的1.1版本藍牙規范。

1.4 Wi-Fi

Wi-Fi也是一種無線通信協議，正式名稱是IEEE802．11b，與藍牙一樣，同屬于短距離無線通信技術，Wi-Fi速率最高可達11 Mbit/s。雖然在數據安全性方面比藍牙技術要差一些，但在電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達100 m左右，家庭、辦公室、小一點的整棟大樓也可使用。

2短距離無線通信測試技術

2.1國內外研究現狀

在“無線＋寬帶”的大趨勢下，無論是蜂窩移動通信技術還是WiMAX，WLAN等無線寬帶技術，都面臨著同樣的考驗———信道多徑衰落和頻譜效率。與此類似，短距離無線通信性能檢測過程中，同樣需要解決這些問題。ETSI EN 300 220：適用于短距離無線通信設備，適合25 MHz～1 GHz頻率范圍內和最大功率是500 mW以下的無線設備的射頻測試需求。完整的檢測技術條件見表2、表3、表4所列。

2.2國內外短距離無線通信測試相關標準

1）表計及其遠程讀表的通信系統第4部分：無線讀表（在868～870 MHz短距設備頻帶的無線讀表），EN 13757-4:2005。

2）無線通信設備電磁兼容性要求和測量方法第8部分：短距離無線電設備（9 kHz~40 GHz），YD/T 1312.8-2004。

3）ETSI EN 300 220-1，V1.3.1：2000，電磁兼容性與無線頻譜問題（ERM，Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum Matters）；短距設備（SRD，Short Range Device）；在25～1 000 MHz的頻率范圍內使用最大功率為500 mW的無線裝置；第1部分:技術特征和測試方法。

4）ETSI EN 300 220-2，V1.3.1：2000，電磁兼容性與無線頻譜問題（ERM）；短距設備（SRD）；在25～1 000 MHz的頻率范圍內使用最大功率為500 mW的無線裝置；第2部分：非一致性目的的輔助參數。

5）ETSI EN 301 489-1，V1.4.1：2002，電磁兼容性與無線頻譜問題（ERM）；用于無線裝置和服務的電磁兼容性標準；第1部分：通用技術要求。

6）ETSI EN 301 489-3，V1.3.1：2001，電磁兼容性與無線頻譜問題（ERM）；短距設備（SRD）；在25～1 000 MHz頻率范圍內使用最大功率為500 mW的無線裝置；第3部分:在頻段9 kHz～40 GHz操作短距設備的特殊條件。

7）GT-T 16611-1996數傳電臺通用規范。國家技術監督局。

8）YD/T 1397-2005 900/1 800 MHz TDMA數字蜂窩移動通信網位置業務設備測試方法：服務移動位置中心與網關移動位置中心。

9）《微功率（短距離）無線電設備管理暫行規定》。1999年1月1日。

10）GB-T 12192-1990.Methods of measurement for radio transmitters employing F3E emission used in the mobile services。

11）GB-T 12193-1990.Methods of measurement for radio receivers employing F3E emission used in the mobile services。

12）Q/GDW379.4-2009。電力用戶用電信息采集系統檢驗技術規范第4部分：通信單元檢驗技術規范。

2.3研究內容和技術指標

在遵循各國規定技術標準的條件下，嚴格按照《微功率（短距離）無線電設備管理暫行規定》中的說明，以最低的成本設計出以盡可能小的失真量將信息傳輸到接收端的通信系統。美國聯邦通信委員會在1999年就對中國民用頻率和美國民用頻率系統的發射功率、信號帶寬、調制方式等技術指標做了詳細的規定。隨后歐洲的歐盟電信標準協會和中國的無線電管理委員會都基本上參考了FCC的技術指標，除了在射頻端的工作頻率和信道個數不同以外。下面以歐洲的歐盟電信標準協會的PMR（Private Land Mobile Radio，個人陸地移動無線電）為例闡述其官方規定的技術指標，見表5所列。

3通信測試和測試儀器

3.1通信測試的共同點

通信測試的面廣量大，信號復雜，指標各異，但其共同點和發展趨勢包括以下幾個方面。

1）通信系統的測量要求包括系統內發送部分、接收部分、通道及其部件的測試以及系統測試等內容，所要測試的各種指標大部分是以頻率（波長）及電平（功率）為主進行定義的。

2）測試設備的智能化程度正在提高，由于測試參數的分析要有智能分析軟件，從原始數據直接得出各種測量參數，并且要考慮與網絡系統相結合，以方便將測試數據下載到數據庫、電子數據表和質量分析包中，使測試數據得到充分利用。

3）由于通信技術發展迅速，往往一種新技術剛付之實用，更新的技術就已經推出，而通信測試儀器相對比較昂貴，考慮投資費用問題，儀器開發商必須考慮測試設備軟件化，測試軟件能升級以適應技術上的平滑過渡，若干種通信設備兼容并存的狀態。

4）前面提到的各種通信技術還在發展之中，有的標準尚未成熟，相應的測試技術也在不斷地發展，新的測試方法有待研究開發。

3.2通信測試儀器的發展趨勢

泰克公司近年推出全新設計的NetTek系列手持通信測試用的分析儀，如光時域反射計、發射機和干擾測試儀，這些現場儀器適合多種通信標準，并且具有較高的性能。

羅德與施瓦茨公司的RF通信測試儀器，是業界的知名產品，在2002年底第一次推出高性能手持頻譜分析儀FSH3，上限頻率達到3 GHz，性能可靠，功能豐富，適合在現場安裝、維護、測量，是具有實驗室儀器性能的頻譜分析儀。頻譜分析儀和矢量信號分析儀屬于通信測試的最重要產品。泰克公司和羅德與施瓦茨公司聯手合作將兩種儀器集成在一起，這種FSQ頻譜分析儀裝有IQ帶寬28 MHz的解調器，可捕捉和實時分析各種多載波的2．5 G和3 G信號，存儲量達到16 M采樣點，儀器具有這樣的帶寬和存儲量就不難分析W-CDMA的5個載波和鄰近信道的信號特性，并且為了迅速處理解調后的數據，FSQ還增加高速的后處理器以及3 G應用的矢量信號分析器軟件，擴大儀器的多功能測試能力。

目前，FSQ有3種型號：FSQ3，FSQ8，FSQ26，分別覆蓋3.6，8，26 GHz的頻段。安捷倫公司的GS-9200MCPA測試系統試圖延長設備從研發至生產的壽命，提供驗證研發的產品設計至實現規模的生產測試合二為一的完整系統，以節約測試投資。GS-9200還有被測器件多端口自動校準模塊，提高整個測試平臺的測試準確度。R&S公司幾十年來一直專注于無線通信測試技術并且在無線電通信及微波射頻的測試與測量，電視、無線電頻譜監測等行業處于世界領先地位。

4結束語

利用無線通信技術可將傳感器在線監測數據傳送到計算機進行處理,而經過計算機處理后的

信息可再經無線通信渠道傳至各臺設備,非常方便地組成自動測量與控制系統。這些儀表設備的共同特點是測試通信系統的主要表征系統指標的基本參數，同時將這些參數進行運算處理、分析，給出通信系統需要的指標參數，這樣參數測試將由基本測試向系統測試方向發展。