在復雜的大型通信網絡中，通信過程是由一系列通信節(jié)點相互中繼轉發(fā)組成的。2個相鄰節(jié)點的直接通信(點對點通信)性能的優(yōu)劣直接決定了整個通信網絡的通信性能。因此，有必要針對點對點通信的性能進行測試和評價。
    點對點通信的性能主要體現在系統誤碼率、系統傳輸速率等方面。誤碼率在通信系統中具有舉足輕重的地位，通常誤碼率可以通過理論仿真得到，也可以通過現場測試或者是實驗室測試得到。誤碼率可以用來分析當前信道環(huán)境下系統的通信性能，為系統的性能比較、系統的改進設計提供可靠的衡量指標。
    本文設計的點對點通信測試系統是在低壓電力線信道環(huán)境下，測試2個載波通信單元的點對點通信的能力。電力線信道的環(huán)境復雜，負載變化大，會造成電力線信道的多徑產生，并且由于各種開關電源等影響，信道環(huán)境中存在脈沖干擾、周期性噪聲等干擾源。這些干擾對通信性能有很大的影響，而且由于信道中傳輸的報文數據的長度不同，產生的影響也各不相同。目前，國內外的各類報導中關于低壓電力線信道的建模很少，因此在這種復雜的信道環(huán)境下測試通信單元的通信性能(比如誤碼率)是非常有必要的。通過這類測試，不僅可以縱向比較自身載波通信單元的點對點通信能力，還可以橫向比較不同廠家各個類別的載波通信單元在相同的信道環(huán)境下點對點通信性能，為整體通信系統的改進和設計提供一定的指導依據。
1 測試系統設計
    測試系統整體結構圖如圖1所示。

    此測試系統的搭建主要由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分主要由以下幾個方面：
    (1)凈化電源部分：主要是在電力線與測試系統之間加入隔離器，將電力線上的高頻噪聲濾除掉，從而為測試系統提供一個相對純凈的電信號。
    (2)載波通信單元：2個載波通信單元分別標識為A、B，并分別連接計算機的COM1、COM2串口。由于載波通信單元具有透傳數據的功能，A能夠接收計算機通過COM1口傳來的0、1形式的數據串，并將該數據串通過電力線透傳給B，B收到后去掉透傳信息恢復出原始的數據串并通過COM2口傳給計算機。
    (3)可調衰減器：衰減頻率5 kHz～500 kHz，衰減倍數0～90 dB，接在2個載波通信模塊之間，可以根據測試需要來調整衰減倍數。
    (4)噪聲信號發(fā)生器：此設備可以根據測試需要產生高斯白噪聲、脈沖干擾信號、正弦波干擾信號，通過信號耦合裝置將產生的干擾耦合到A、B通信的電力線信道上，從而可以測試在不同的干擾環(huán)境下兩個載波單元的通信性能。
    (5)信號耦合裝置：通帶頻率5 kHz～500 kHz，此設備加在強電220 V與噪聲信號發(fā)生器之間，主要作用是隔離強電，防止噪聲信號發(fā)生器被高壓擊穿短路。
    (6)計算機：要求有2個串口COM1、COM2，可以進行串口通信，并分別連接載波通信單元A和B。
    測試軟件部分是利用VC++平臺自主開發(fā)的一款能夠通過串口發(fā)送、接收數據，可以實現比較、計算誤碼率，數據傳輸速率以及對模塊整體通信性能評價打分的測試軟件。
    此測試軟件主要能夠實現以下功能：
    (1)設置傳輸的報文的長度和數目。默認設置為16 B、32 B、64 B、128 B、192 B的報文各16條。
    (2)根據設定的默認設置或自定義設置來產生數據串。由于載波通信單元具有透傳報文的能力，因此傳輸的報文為隨機生成的數據串，并通過COM1和COM2發(fā)收這些數據串。
    (3)計算報文級和碼元級的誤碼率。報文級誤碼率＝(含錯誤位數據串個數＋發(fā)出未收到的數據串個數)÷傳送的數據串總數；碼元級誤碼率＝錯誤位數÷收到總位數。
    (4)計算有效的通信速率。有效通信速率＝傳輸的數據串之和÷傳送數據串總的通信時間；其中傳送數據串總的通信時間的統計是從一個數據串發(fā)送完成到這個數據串開始接收的時間，包括通信模塊內部處理數據串的時間。
    (5)根據誤碼率和有效數據傳輸速率進行整體的通信性能評價和打分。
    (6)將數據保存到電腦硬盤上以便進行數據查詢。
    軟件設計主界面如圖2所示。

    誤碼率的最終結果體現在報文成功率欄中。從計算機發(fā)送到載波通信單元的報文格式是雙方提前約定好的，報文第一個字節(jié)用來約定幀頭，第二個字節(jié)用來約定使用的通信方式，第三個字節(jié)為約定要傳輸的數據串的長度，長度不包括停止字節(jié)和校驗字節(jié)，在報文的最后加上停止字節(jié)和校驗字節(jié)。
    在設計好測試所需要的軟件和硬件部分后，將軟件和硬件部分連接起來，形成整體的測試系統。首先將隔離器連接在電力線上，從隔離器的輸出端連接出兩個點A和B，并分別連接載波通信單元A和載波通信單元B，再將載波通信單元A、B分別與計算機串口連接，設置串口參數，使其能夠通信。將衰減器連接到A、B載波通信單元之間，根據測試需要調整好衰減倍數。然后將噪聲信號發(fā)生器和信號耦合裝置接到電力線上，設置好需要測試的噪聲干擾信號。測試硬件環(huán)境搭建完成之后，在計算機上運行誤碼率測試軟件，根據測試的需要來設置所要發(fā)送的數據串的長度和條數、時間間隔等參數，通過點擊自動發(fā)送，計算機自動按照生產的數據串依次向串口發(fā)送，在報文接收界面可以收到另一個串口接收到的返回的數據串。在發(fā)送和接收完畢后，根據所需要比較的功能來進行誤碼率計算，可以得到此次通信的性能評分。
2 性能評價模型
    在通信環(huán)境(噪音、衰減、阻抗、溫度等)一致、所傳輸數據串長度相等、發(fā)送功率相同的情況下，電力線通信的誤碼率與通信速率相關。通常，低速率意味著高抗干擾、高穿透能力，從而表現為高成功率；而高速率往往意味著低成功率，但又可以通過多次重發(fā)提高成功率。所以，單純以通信成功率評價一個通信技術的性能顯然太片面，把時間因素考慮進去會更合理一些。為此，本文建立成功率與通信速率的關系，將通信速率等效到1 kb/s下重新計算成功率，以便更合理地評價和對比各種電力線通信技術的性能。
    假設某個電力線通信技術的誤碼率為p(成功率是 1－p)，其通信速率為 v(單位b/s)，則這種技術下重復發(fā)送 v/1 000遍便可等效到1 kb/s的通信速率，此時的成功率為：
   
    式(1)便是本文的評價模型，Q為一個[0，1]之間的數值，它是通信速率轉換為1 kb/s后的成功率。為了方便測試，將該數值放大100倍，得到技術測試得分E＝100 Q，從技術測試得分上的高低便可以客觀地評價通信性能的優(yōu)劣。
    式(1)所建立的評價模型可以用于碼元級性能評價，也可用于報文級性能評價， 取決于p是取碼元級誤碼率還是報文級誤碼率。通常，在研發(fā)過程中注重碼元級誤碼率，在實際應用中強調的是報文級誤碼率。
3 測試實例
    本文對東軟載波科技股份有限公司的第3代電力線載波通信單元進行了實際測試。通過調節(jié)衰減器的衰減倍數來測試其通信性能的變化。表1、表2分別為幅度衰減倍數為0 dB和50 dB時測試的通信性能。
    由此可以看出，表1中，測試1、2情況下，兩個載波通信模塊之間沒有幅度上的衰減，二者的通信成功率都是100%，所以此時技術測試得分都是滿分，到達了模塊的最佳通信性能。
    表2中，測試3、4情況下，兩個載波通信單元之間加入了50 dB的幅度上的衰減的時候，也就是說兩個單
元之間的通信的信號幅度衰減了105倍，測試3中的通信成功率雖然比測試4的高很多，但是其有效通信速率比測試4的低很多，根據測試系統的整體評價，測試3的總體得分不如測試4的整體得分高。從而更進一步地驗證了測試系統在通信性能上測試的公平性、靈活性。
    本文中設計的電力線點對點通信性能測試系統測試原理簡單，測試環(huán)境搭建方便，測試軟件使用簡單靈活，通過測試結果可以看到，此測試系統可以很直觀、公平地比較出載波通信單元的通信性能，為整體通信系統的設計、性能的改進提供了一定的數據指導。