从电力线宽带通信技术诞生开始.其目的就是解决“最后一千米”的问题，并提供高速的互联网接入服务。随着智能电网概念的提出，电网与电信网、广播电视网、互联网如何有机融合成为智能电网信息化、自动化、互动化的智能技术特征实现的关键点。而电力线宽带通信正是实现“多网融合” 和智能电网用户侧交互功能的有效手段。因此，开展智能电网电力线宽带通信性能测试具有理论研究和指导实践的重要意义。
1 电力线宽带通信相关应用
电力线载波(PLC，Power Line Carrier)通信是指利用电力线作为传输介质，实现数据、话音、图像等综合业务高速传输的通信技术。根据载波频率、载波速率、载波调制方式，行业内部分为两大阵营：低速窄带阵营和高速宽带阵营。
电力线宽带通信采用扩频通信技术和 交频分复用技术，在通信速率、调制方式和效率、芯片功能等方面都优于电力线窄带载波通信。
随着智能电网研究的兴起，电力线宽带通信技术在建设智能电网的大环境下，应用前景十分广泛. 包括视频点播、AMR fAutomation MeterReading，远程抄表)、负载控制、变压器监控、电能质量远程测量、安全监视、分时费率、动态计费和其他各种增值服务等。而电力线宽带通信能力能否满足、如何满足智能电网环境下用户的交互需求是“多网融合”及智能电网发展中需要重点解决的问题。因而测试验证电力线宽带通信技术对于智能电网环境下多种服务的支撑能力具有重要的现实意义。
2 智能电网电力线宽带通信性能测试方案
智能电网电力线宽带通信性能测试针对智能电网的交互功能，测试电力线宽带通信设备对“三网合一”中视频点播的支撑能力。本测试主要通过电力线通信网络提供视频服务，检验电力线宽带通信性能是否满足网络宽带视频业务的需求。
主要内容包括：①选取主流的5个厂商的5种PLC设备、3种电源应用环境和4个不同码流带宽的视频文件，测试并发视频点播时支持的最大有效用户数;② 选择对电力线宽带通信信号有明显干扰的电器和隔离干扰源的插座，测试干扰及干扰隔离效果。
2.1 测试平台
本次测试通过一个视频点播系统来对电力线宽带通信性能进行评估，拓扑结构如图l所示。
参加测试的PLC设备包括5个厂商的5种主流产品，设备厂商、设备型号、PLC芯片及物理速率见表1所列。
测试中用于点播的4个视频文件码流带宽分别为486，1 550，4 096.7 092 kbit/s。其中，486 kbit/s视频代表了普通的互联网流媒体播放质量，可提供等同于VCD的播放质量.略高于目前互联网中视频的常用速率300 kbit/s：1 550 kbit/s视频可提供等同于DVD的播放质量：4 096 kbit/s代表了高清电视的播放要求：7 092 kbit/s则属于比较少见的高速视频流。
测试采用的3种电源环境均在实验室内部署，包括机房电源、净化电源l和净化电源2，以比较不同的电源环境对电力线宽带通信性能的影响。机房电源环境是指在机房实验室中采用普通市电为PLC设备供电;净化电源1环境采用UPS为PLC设备、视频服务器及客户端计算机供电：净化电源2环境是UPS电源只为PLC设备供电，其他用电设备使用普通市电供电。
干扰源选择国际上电力线宽带通信测试常用的干扰电器：电吹风和节能灯。
2.2 测试软件及仪器
2.2.1操作系统和检测软件
服务器和客户端采用Windows XP Profes—sional SP3操作系统。
网络流量检测软件使用SpotLight(版本3.7.0.304)免费版，用于检测服务器和客户端在视频点播时的网络吞吐量。
2.2.2视频播放软件
本次测试中有6台客户端，但在测试较高速率PLC设备时.最大并发视频点播数量会大于6个，客户端明显不足。为了能够模拟更多个用户并发点播，在客户端计算机上分别安装了3个视频播放软件，可同时模拟18个用户点播。3个视频播放软件分别是：Windows Media Player 9(版本9.00.00.4503)、暴风影音(版本3.8.4.9)和KMPlayer(版本2.9.4.1435)
2.2.3相关仪器
为了测试PLC设备和信号干扰源的频谱特性和谐波特性，测试平台中使用了频谱仪、示波器、信号发生器、隔离插座及辅助线缆。包括安捷伦(Agilent)4395A 网络/频谱/阻抗分析仪、泰克(Tektronix)3012B数字示波器、安捷伦33250A函数/任意波形发生器、安捷伦82357A USB/GBIP接口转接器、PREMO P一1240—022耦合器和隔离插座。
2.3 测试流程
按图1所示搭建视频点播测试平台.选择一种PLC设备和电源环境：客户端通过PLC网络点播服务器上的某一视频文件，若能够正常播放视频，则增加客户端点播数量，直到视频文件不能正常播放，或达到测试平台最大客户端点播数量.记录测试数据，包括测试环境、客户端数量、各客户端速率、服务器总流量及其流量截图;测试4个不同码流带宽的视频文件、3种电源环境和5种PLC设备，共计60个测试条件，分别记录测试数据。测试流程如图2所示。
3 测试结果与分析
3.1 测试结果
本次测试结果汇总见表2所列，其中峰值代表应用设备所能获得的实际最大传输速率：稳定性代表该设备运行中稳定程度(是否存在速度震荡等情况);可支持视频数量是指视频文件正常播放情况下，能够支持的最大客户端数。
测试中将5种PLC设备分为2组，第1组是物理速率在50 Mbit/s以下。第2组是物理速率在50 Mbit/s以上。由于第2组设备在点播视频1和视频2时，最大客户端数达到18个以上，超出了测试平台的最大模拟客户端数， 因此在表2中没有给出具体数值。5种被测设备在不同的电源条件下可以达到的传输速率峰值如图3所示。
图3中数据通过网络流量检测软件SpotLight抓取分析得来，纵坐标越大.说明该设备支持并发视频点播服务的能力越强。其中GRIDCOM 200 Mbit/s设备最大速率峰值接近50 Mbit/s，是5种测试设备中速率最高的。测试设备在加入干扰源后传输性能都会发生不同程度下降，加干扰后性能下降幅度指加入干扰源前后该产品传输效率下降的百分比。
3.2 测试结果分析
3.2.1电力线宽带通信的特征
1)服务器端吞吐量特征。当服务器端吞吐量未达到峰值之前，其上行速率会随着客户端请求进程数的增加而逐渐上升直到峰值，之后流量会处于一个相对稳定状态，若再接到客户端的视频请求，服务器端的吞吐量不会继续上升。但客户端点播的视频播放会出现声音不连续、图像时延等质量下降现象
2)客户端吞吐量特征。客户端吞吐量典型曲线如图4所示 该图显示了GRIDCOM 200Mbit/s产品播放点播高速视频流时(播放速率为7 092 kbit/s)，客户端的数据传输性能随着请求服务的客户端数量增加而变化的趋势，具有一定的代表性。
图4中，随着请求服务的客户端数量增加，客户端1的吞吐量曲线不断振荡走低， 直至低于视频流顺畅播放所需的速率。此处测试采用的高速视频流顺畅播放速率为7 092 kbit/s，当视频点播客户端数达到9个时，客户端1吞吐量立即降至4 000 kbit/s左右.此时并发点播的多个视频会轮流出现声音断续、图像时延的现象，播放效果变得用户不能接受其他客户端的吞吐量曲线也呈现与客户端l基本一致的变化规律. 因此图4具有一定的代表性。是客户端吞吐量变化的典型曲线。
3)电源环境影响。本次实验采用了3种电源环境：机房电源、净化电源1、净化电源2，分别对5种PLC设备进行测试。综合来看，在其他测试条件相同的情况下，采用不同的电源设备，网络传输性能和服务质量差异并不大。通过对3种电源环境的频谱测试发现，3种电源环境的频谱特性差异较小，因此测试的结果近似。
3.2.2 抗干扰性能
在电力线宽带通信抗干扰性能测试中，使用了对PLC信号传输影响较大的电吹风和节能灯。
测试模拟了2种干扰情况：① 将干扰源直接加载在PLC信号传输的电力线上;②将干扰源加载在PI C信号传输电力线外延3 In的位置。干扰对不同PLC设备传输速率影响变化率见表4和表5所列，表中数值是指传输速率下降的幅度。
测试数据表明，不同干扰源对同一PLC设备影响程度不同，同一干扰源对不同PLC设备影响程度也不相同。对于所有的PLC设备，直接添加干扰源的情况下干扰变化率较大，在电源延长线上添加干扰较小。从表4中可以看出，Yili Front200 Mbit/s综合抗干扰性能最佳。
本次测试中还补充了隔离插座对干扰源的隔离效果。测试数据表明，在其他测试条件相同的情况下，使用隔离插座的干扰源比直接添加干扰源对PLC设备传输速率影响降低了24%。隔离插座的频谱曲线如图5所示。图中上方的曲线是未经隔离插座的频谱，下方的曲线是经过隔离插座后的频谱，可以看出.8～30 MHz频段上，经过隔离插座可增加30 dB的衰减，具有明显的隔离效果。
3.3 测试结论及建议
测试表明.200 Mbids速率的PLC设备能承担高清视频点播业务。在200 Mbit/s速率的电力线宽带通信设备组网环境下，能够支持20个以上客户端同时点播等同于DVD效果的1.5 Mbit/s码流视频文件，支持12个以上客户端同时点播等同于高清视频的4 Mbit/s码流视频文件，可实现正常播放。为保证视频点播业务的效果，更好地发挥PLC的设备性能，对实际应用提出下列建议。
1)综合考虑稳定性和抗干扰性。选用PLC设备时应综合考虑稳定性和抗干扰性，建议在满足国家或地区电磁辐射要求的条件下，选用抗干扰性高的设备。
2)采取措施隔离干扰源。家用电器的干扰是电力线宽带通信在实际应用环境下必须考虑的影响因素，在实际应用中，可以将电力线通信设备与家用电器在空间上分开使用，或使用隔离插座等设备，以降低对PLC信号传输的影响。
4 结语
基于本次智能电网电力线宽带通信性能测试的结果，智能电网客户服务试点— — 北京莲香园小区选取GRIDCOM 200 Mbit/s产品搭建了试点系统，开通了视频点播、IP电话和互联网接人于一体的服务，试点实现用电信息采集和视频点播等服务，使用效果良好。文章测试了电力线宽带通信设备对视频点播等智能电网用户服务的支撑能力，并基于本次电力线宽带通信性能的测试结果，在智能电网客户服务试点小区实现了宽带视频点播等用户服务，为进一步建立用户与电网之间实时连接、互动、开放的智能小区提供了参考与支撑
