第246部分型智能采集終端底層通信協(xié)議

1、河南省電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/GDW- HN -2-4-6-2009 2009-6-20 發(fā)布 2009-07-01 實(shí)施 河南省電力公司 發(fā)布 Q/GDW 河南省電能信息采集與管理系統(tǒng)河南省電能信息采集與管理系統(tǒng) 第第 2-4-62-4-6 部分：部分： 型智能采集終端通信規(guī)約型智能采集終端通信規(guī)約 6 6 目目 次次 1范圍范圍.1 2規(guī)范性引用文件規(guī)范性引用文件.1 3術(shù)語、定義和縮略語術(shù)語、定義和縮略語.2 3.1物理層.2 3.2數(shù)據(jù)鏈路層.2 3.3應(yīng)用層.2 3.4GFSK.2 3.5AFC.2 3.6信道.2 3.7衰減.2 3.8增益.2 3.9信號.3 3.10噪聲.3 3.

2、11靈敏度.3 3.12頻率響應(yīng).3 4鏈路層鏈路層.3 4.1無線數(shù)據(jù)傳輸過程.3 4.2卷積碼編碼原理.3 4.3交織碼編碼原理.5 4.4維特比解碼技術(shù).6 5物理層物理層.10 5.1物理信道.10 5.2調(diào)制方式.10 5.3載波頻率.10 5.4通信速率.10 5.5通信方式.10 5.6碼元編碼.10 5.7碼元解碼.10 5.8字節(jié)傳輸順序.11 1范圍 本標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍是基于微功率無線方式的通信模塊所需要的技術(shù)規(guī)范及鏈路層通信規(guī)范及要求。 本部分適用于采用近距離無線通信等傳輸通道的本地通信組網(wǎng)方式，適用于集中器對電能表或采 集終端執(zhí)行主從問答方式的數(shù)據(jù)通信。 2規(guī)范性引用文件

3、 下列文件中凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適 用于本部分，然而，鼓勵根據(jù)本部分達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用些文件的最新版本。凡是不注日 期的引用文件，其最新版本適用于本部分。 下列標(biāo)準(zhǔn)的條文，通過本技術(shù)要求的引用而構(gòu)成本技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)的條文。本技術(shù)要求中未作明確 規(guī)定的內(nèi)容，必須滿足下列標(biāo)準(zhǔn)的條文。 Q/GDW XXX-200X 電力用戶用電信息采集系統(tǒng) 集中器型式規(guī)范 DL/T 698.42-200X 電能信息采集與管理系統(tǒng) 第 4-2 部分 通信協(xié)議集中器下行通信 GB/T13622-1992 無線電管理術(shù)語 GB/T12046-1989 無線電發(fā)射

4、的標(biāo)識及必要帶寬的確定 GB/T12572-1990 發(fā)射機(jī)頻率容限 GB13421-1992 無線電發(fā)射雜散發(fā)射功率電平的限值和測量方法 GB/T15541-1995 發(fā)射頻率的測量方法 GB12193-1990 移動通信調(diào)頻無線電話接收機(jī)測量方法 GB/T15938-1995 無線尋呼系統(tǒng)設(shè)備通用規(guī)范 GB/T15874-1995 集群移動通信系統(tǒng)設(shè)備通用規(guī)范 GB/T15658-1995 城市無線電噪聲測量方法 GB4824-1996 工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）射頻設(shè)備電磁騷擾特性的測量方法和限值 GB/T6113-1995 無線電干擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范 GB6281-1986 陸地移

5、動業(yè)務(wù)（16K0F3E）所要求的同波道干擾標(biāo)準(zhǔn) GB13621-92 100MHZ1GHZ 模擬接力通信系統(tǒng)的容量系列波道配置及設(shè)備的主要技術(shù)要求 GB6282-86 251000MHZ 陸地移動通信網(wǎng)通過用戶線接入公用通信網(wǎng)的接口參數(shù) GB/T4958.14-92 地面無線電接力系統(tǒng)所用設(shè)備的測量方法 GB/T4958.15-92 地面無線電接力系統(tǒng)所用設(shè)備的測量方法 GB/T4958.16-92 地面無線電接力系統(tǒng)所用設(shè)備的測量方法 GB/T4958.17-92 地面無線電接力系統(tǒng)所用設(shè)備的測量方法 GB11410-89 短波廣播網(wǎng)覆蓋技術(shù)規(guī)定 GB13614-92 短波無線電測向臺(站)

6、電磁環(huán)境要求 GB13617-92 短波無線電收信臺(站)電磁環(huán)境要求 GB12572-90 發(fā)射機(jī)頻率容限技術(shù)要求 GBT12640-90 數(shù)字微波接力通信設(shè)備測量方法 GB13159-91 數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求 GB12638-90 微波和超短波特性設(shè)備輻射安全要求 GBT13619-92 微波接力通信系統(tǒng)干擾計算方法 GB13616-92 微波接力站電磁環(huán)境保護(hù)要求 GB12046-89 無線電發(fā)射的標(biāo)識及必要帶寬的確定 GB13421-92 無線電發(fā)射機(jī)雜散發(fā)射功率電平的限值和測量方法 GB13622-92 無線電管理術(shù)語 GB/T14431-93 無線電業(yè)務(wù)要求的信號及干

7、擾保護(hù)比和最小可用場強(qiáng) GB/T15938-95 無線尋呼系統(tǒng)設(shè)備總規(guī)范 GB/T15844.1-95 移動通信調(diào)頻無線電話通用技術(shù)條件 國家無線電管理委員會微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求 中華人民共和國無線電管理?xiàng)l例 3術(shù)語、定義和縮略語 除下列定義外，DL/T698 其它部分的定義適用于本部分。 3.1物理層 規(guī)定了數(shù)據(jù)終端設(shè)備或手持單元與費(fèi)率裝置之間的物理接口、接口的物理和電氣特性，負(fù)責(zé)物理 媒體上信息的接收和發(fā)送。 3.2數(shù)據(jù)鏈路層 負(fù)責(zé)主設(shè)備與從設(shè)備之間通信鏈路的建立并以幀為單位傳輸信息，保證信息的順序傳送，具有傳 輸差錯檢測功能。 3.3應(yīng)用層 利用數(shù)據(jù)鏈路層的信息傳遞功能，

8、在主設(shè)備與從設(shè)備之間發(fā)送、接收各種數(shù)據(jù)信息。 3.4GFSK 高斯頻移鍵控 ，一種在調(diào)制之前通過一個高斯低通濾波器來限制信號的頻譜寬度，來獲得更加 緊湊的頻譜。 3.5AFC 自動頻率控制，無線調(diào)制技術(shù)的一種糾錯方式 3.6信道 是信號的傳輸媒質(zhì)，可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜 及光纜等。無線信道有地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼以及 各種散射信道等 。 3.7衰減 電能在傳輸過程中，隨時間或距離逐漸減弱的現(xiàn)象，稱為衷減。 3.8增益 在電子放大設(shè)備中，表征其功率放大倍數(shù)。一般用輸出功率同輸入功率之比值的對數(shù)表示。 3.9信號 利

9、用電流（電壓）、無線電波等傳送信息時，帶有信息的電流（電壓）、無線電波等均稱為電信號 （也簡稱為信號），如廣播信號、電視信號和雷達(dá)信號等。信號有三個基本指標(biāo)：持續(xù)時間、頻帶寬 度和強(qiáng)弱程度。 3.10噪聲 也稱為噪音。不同頻率和不同強(qiáng)度的聲音，無規(guī)律地組合在一起，聽起來有嘈雜之感的即為噪聲。在 電路中，由于電子的持續(xù)雜亂運(yùn)動或沖擊性的雜亂運(yùn)動而形成頻率范圍比較寬的干擾，稱為噪聲。在 無線電接收設(shè)備中，一切非有用電信號，統(tǒng)稱為噪聲。 3.11靈敏度 是指無線電接收設(shè)備或電子儀器對微小外加信號顯示出的敏感程度。 3.12頻率響應(yīng) 它是無線電電子設(shè)備的重要指標(biāo)之一，是指無線電放大設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的增益（或

10、衷減）隨頻率變化 的情況。 4鏈路層 本協(xié)議描述了鏈路數(shù)據(jù)包的生成與檢測。 4.1無線數(shù)據(jù)傳輸過程 無線模塊通訊時，當(dāng)從串口接收到應(yīng)用層用戶數(shù)據(jù)開始一次無線數(shù)據(jù)傳輸前首先對應(yīng)用層數(shù)據(jù)進(jìn) 行編碼，編碼方式為： 第一步：在用戶數(shù)據(jù)前加上前導(dǎo)字符串：0 x53 0 x75 0 x6E 0 x72 0 x61 0 x79，然后加上信道編號 （0 x000 x07）,再加上 5 個字節(jié)頻點(diǎn)數(shù)據(jù)共 12 個字節(jié)。 第二步：進(jìn)行一次編碼，將數(shù)據(jù)由 8 位變成 10 位，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)第 10 位為 1，對用戶數(shù)據(jù)，第 10 位為 0，如果用戶數(shù)據(jù)有第 9 位（校驗(yàn)位） ，則將這一位編碼在第 9 位。 第三步：卷

11、積碼編碼 第四步：交織碼編碼 編碼完成后，將編碼數(shù)據(jù)通過無線單元發(fā)送出去。 數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，發(fā)送結(jié)束碼 0 x45 0 x4E 0 x44 0 x53，結(jié)束碼在發(fā)送前，也按照上述編碼格式進(jìn) 行編碼。 接收方接收到數(shù)據(jù)后，利用維特比解碼方法進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼；如果無線模塊在解碼數(shù)據(jù)中檢索到系 統(tǒng)數(shù)據(jù) 0 x53 0 x75 0 x6E 0 x72 0 x61 0 x79，和與本模塊信道一直的信道號之后，開始接收頻點(diǎn)數(shù)據(jù)， 如果信道與頻點(diǎn)數(shù)據(jù)一致，開始接收用戶數(shù)據(jù)，并將從空中接收的用戶數(shù)據(jù)發(fā)送到串行口，當(dāng)接收到 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)束碼 0 x45 0 x4E 0 x44 0 x53 時，本輪無線數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

12、4.2卷積碼編碼原理 卷積碼編碼把 k 個信息比特編成 n 個比特，k 和 n 通常很小，特別適宜于以串行形式傳輸信息， 減小了編碼延時。卷積碼中編碼后的 n 個碼元不僅與當(dāng)前段的 k 個信息有關(guān)，而且也與前面（N-1） 段的信息有關(guān)，編碼過程中相互關(guān)聯(lián)的碼元為 nN 個。因此，這 N 時間內(nèi)的碼元數(shù)目 nN 通常被稱為 這種碼的約束長度。卷積碼的糾錯能力隨著 N 的增加而增大。 卷積碼編碼器在一段時間內(nèi)輸出的 n 位碼，不僅與本段時間內(nèi)的 k 位信息位有關(guān)，而且還與前面 m 段規(guī)定時間內(nèi)的信息位有關(guān)，這里的 mN-1 通常用（n，k，m）表示卷積碼，下圖就是一個卷積 碼的編碼器，該卷積碼的

13、n = 2，k = 1，m = 2，因此，它的約束長度 nN = n(m+1) = 23 = 6。 其中，與為移位寄存器，它們的起始狀態(tài)均為零。、與、之間的關(guān)系如 下： 假如輸入的信息為 D = 11010，為了使信息 D 全部通過移位寄存器，還必須在信息位后面加 3 個零。下表列出了對信息 D 進(jìn)行卷積編碼時的狀態(tài)。 輸入信息 D 11010000 b3b20 00 11 11 00 11 00 00 0 輸出 C1C2 1 10 10 10 01 01 10 00 0 信息 D 進(jìn)行卷積編碼時的狀態(tài) void Convolutional(unsigned char *cPtr1) unsi

14、gned char i,j=*cPtr1; unsigned char k; unsigned char cConvolutional_In_DataH=*(cPtr1+1); unsigned char cReg_Bit0,cReg_Bit1,cReg_Bit2; cConvolutional_In_DataH=2; if(j if(j j=2; for(i=0;i1); cReg_Bit0=j j=1; cReg_Bit1=j cReg_Bit2=(j1) if(cConvolutional_In_DataH cConvolutional_In_DataH=1; k=3; k if(cRe

15、g_Bit2) k|=0 x08; if(cReg_Bit2!=cReg_Bit1) k|=0 x10; if(cReg_Bit2cReg_Bit1cReg_Bit0) k|=0 x20; *(cPtr1+(i1)=k; 4.3交織碼編碼原理 將 i 個能糾 t 個錯的分組碼（n，k）中的碼元比特排列成 i 行 n 列的方陣。每個碼元比特記作 B（i，n） 。如下圖所示，交織前如果遇到連續(xù) j 個比特的突發(fā)錯誤（用陰影方塊表示） ，且 jt，對其 中的連續(xù)兩個碼組而言，錯誤數(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于糾錯能力 t，因而無法正確對出錯碼組進(jìn)行糾錯。交織后， 總的比特數(shù)不變，傳輸次序由原來的 B（1，1） ，B（

16、1，2） ，B（1，3）B（1，n） ，B（2，1） ， B（2，2） ，B（2，3）B（2，n） ，B（i，1） ，B（i，2） ，B（i，3）B（i，n）轉(zhuǎn)變?yōu)?B（1，1） ，B（2，1） ，B（3，1）B（i，1） ，B（1，2） ，B（2，2） ， B（3，2）B（i，2）B（1，n） ，B（2，n） ，B（3，n） ，B（i，n）的次序。此時因干擾或 衰落引起的突發(fā)錯誤圖樣正好落在分組碼的糾錯能力范圍內(nèi)，可以正確糾錯錯誤。通常把碼組數(shù) i 稱 為交織度，用這種方法構(gòu)造的碼稱為交織碼。使用交織編碼的好處是提高了抗突發(fā)錯誤的能力但不增 加新的監(jiān)督碼元，從而不會降低編碼效率。理論上交織度

17、 i 越大，抗突發(fā)錯誤的能力就越強(qiáng)，但是要 求譯碼器的暫存區(qū)就越大，而且譯碼延時也相應(yīng)加大。無線數(shù)傳過程中根據(jù)用戶數(shù)據(jù)量大小采用 18 個字節(jié)進(jìn)行交織編碼。 4.4維特比解碼技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸完成后還要經(jīng)過解碼才能得到正確的數(shù)據(jù)。在無線數(shù)據(jù)傳輸中利用維特比解碼技術(shù)可 以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時解碼。 解碼的過程就是逆過程。算法規(guī)定 t 時刻收到的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行 64 次比較，就是 64 個狀態(tài)每條路 有兩條分支（因?yàn)檩斎?0 或 1） ，同時，跳傳到不同的兩個狀態(tài)中去，將兩條相應(yīng)的輸出和實(shí)際接收到 的輸出比較，量度值大的拋棄（也就是比較結(jié)果相差大的） ，留下來的就叫做幸存路徑，將幸存路徑 加上上一時刻幸存路徑的

18、量度然后保存，這樣 64 條幸存路徑就增加了一步。在譯碼結(jié)束的時候，從 6 4 條幸存路徑中選出一條量度最小的，反推出這條幸存路徑（叫做回溯） ，得出相應(yīng)的譯碼輸出。 以下是維特比譯碼代碼： int Viterbi (int Xi, int Yi, int modd) short State8, Xb, Yb, Nx, Ny, Qx, Qy, Ix, Iy, Id; short c, i, j, tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tt, ss, pp; int Distance8, dist1, dist0, DataOut, Sht; Mod *Mcurr; Mcurr = (

19、Mod*) modd; Sht = Mcurr-TSht; for (c = 0; c TXsc) TYsc) TNxc; Ny = Mcurr-TNyc; Qx = (Mcurr-TQx) TQy) 10; Iy = Ny; for (i = 0; i Ny; i+) if (Yi Yb) Iy = i; break; Yb += Qy; Ix = Nx; for (i = 0; i Nx; i+) if (Xi Stc + Id); tmp1 = *(Mcurr-Xcc + Id); tmp2 = *(Mcurr-Ycc + Id); if (Statec != SS) tmp3 = Xi

20、 - (tmp1 10); tmp4 = Yi - (tmp2 Xcc + tmp1) Ycc + tmp1) Xcc + tmp2) Ycc + tmp2) Stc + tmp2); if (dist1 Stc + tmp1); dist0 = 0 x7FFFFFFF; for (c = 0; c 4; c+) if (Distancec dist0) dist0 = Distancec; Id = c; DelayStateDStCurr0 = TMBackward0Id; DelayStateDStCurr2 = TMBackward2Id; DelayStateDStCurr4 = T

21、MBackward4Id; DelayStateDStCurr6 = TMBackward6Id; PathStateDStCurr0 = StateId; dist1 = 0 x7FFFFFFF; for (c = 4; c 8; c+) if (Distancec dist1) dist1 = Distancec; Id = c; DelayStateDStCurr1 = TMBackward1Id-4; DelayStateDStCurr3 = TMBackward3Id-4; DelayStateDStCurr5 = TMBackward5Id-4; DelayStateDStCurr7 = TMBackward7Id-4; PathStateDStCurr1 = StateId; for (i = 0; i 8; i+) Distancei = AccDisti; for (i = 0; i 8; i+) Id = DelayStateDStCurri; AccDisti = DistanceId / 8 * 7; for (i = 0; i 8; i+=2) AccDisti += dist0 / 8; for (i = 1; i 8; i+=2) AccDisti += d