第246部分型智能采集终端底层通信协议

1、河南省电力公司企业标准 Q/GDW- HN -2-4-6-2009 2009-6-20 发布 2009-07-01 实施 河南省电力公司 发布 Q/GDW 河南省电能信息采集与管理系统河南省电能信息采集与管理系统 第第 2-4-62-4-6 部分：部分： 型智能采集终端通信规约型智能采集终端通信规约 6 6 目目 次次 1范围范围.1 2规范性引用文件规范性引用文件.1 3术语、定义和缩略语术语、定义和缩略语.2 3.1物理层.2 3.2数据链路层.2 3.3应用层.2 3.4GFSK.2 3.5AFC.2 3.6信道.2 3.7衰减.2 3.8增益.2 3.9信号.3 3.10噪声.3 3.

2、11灵敏度.3 3.12频率响应.3 4链路层链路层.3 4.1无线数据传输过程.3 4.2卷积码编码原理.3 4.3交织码编码原理.5 4.4维特比解码技术.6 5物理层物理层.10 5.1物理信道.10 5.2调制方式.10 5.3载波频率.10 5.4通信速率.10 5.5通信方式.10 5.6码元编码.10 5.7码元解码.10 5.8字节传输顺序.11 1范围 本标准的应用范围是基于微功率无线方式的通信模块所需要的技术规范及链路层通信规范及要求。 本部分适用于采用近距离无线通信等传输通道的本地通信组网方式，适用于集中器对电能表或采 集终端执行主从问答方式的数据通信。 2规范性引用文件

3、 下列文件中凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适 用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议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，其最新版本适用于本部分。 下列标准的条文，通过本技术要求的引用而构成本技术要求标准的条文。本技术要求中未作明确 规定的内容，必须满足下列标准的条文。 Q/GDW XXX-200X 电力用户用电信息采集系统 集中器型式规范 DL/T 698.42-200X 电能信息采集与管理系统 第 4-2 部分 通信协议集中器下行通信 GB/T13622-1992 无线电管理术语 GB/T12046-1989 无线电发射

4、的标识及必要带宽的确定 GB/T12572-1990 发射机频率容限 GB13421-1992 无线电发射杂散发射功率电平的限值和测量方法 GB/T15541-1995 发射频率的测量方法 GB12193-1990 移动通信调频无线电话接收机测量方法 GB/T15938-1995 无线寻呼系统设备通用规范 GB/T15874-1995 集群移动通信系统设备通用规范 GB/T15658-1995 城市无线电噪声测量方法 GB4824-1996 工业、科学和医疗（ISM）射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值 GB/T6113-1995 无线电干扰和抗扰度测量设备规范 GB6281-1986 陆地移

5、动业务（16K0F3E）所要求的同波道干扰标准 GB13621-92 100MHZ1GHZ 模拟接力通信系统的容量系列波道配置及设备的主要技术要求 GB6282-86 251000MHZ 陆地移动通信网通过用户线接入公用通信网的接口参数 GB/T4958.14-92 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 GB/T4958.15-92 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 GB/T4958.16-92 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 GB/T4958.17-92 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 GB11410-89 短波广播网覆盖技术规定 GB13614-92 短波无线电测向台(站)

6、电磁环境要求 GB13617-92 短波无线电收信台(站)电磁环境要求 GB12572-90 发射机频率容限技术要求 GBT12640-90 数字微波接力通信设备测量方法 GB13159-91 数字微波接力通信系统进网技术要求 GB12638-90 微波和超短波特性设备辐射安全要求 GBT13619-92 微波接力通信系统干扰计算方法 GB13616-92 微波接力站电磁环境保护要求 GB12046-89 无线电发射的标识及必要带宽的确定 GB13421-92 无线电发射机杂散发射功率电平的限值和测量方法 GB13622-92 无线电管理术语 GB/T14431-93 无线电业务要求的信号及干

7、扰保护比和最小可用场强 GB/T15938-95 无线寻呼系统设备总规范 GB/T15844.1-95 移动通信调频无线电话通用技术条件 国家无线电管理委员会微功率（短距离）无线电设备的技术要求 中华人民共和国无线电管理条例 3术语、定义和缩略语 除下列定义外，DL/T698 其它部分的定义适用于本部分。 3.1物理层 规定了数据终端设备或手持单元与费率装置之间的物理接口、接口的物理和电气特性，负责物理 媒体上信息的接收和发送。 3.2数据链路层 负责主设备与从设备之间通信链路的建立并以帧为单位传输信息，保证信息的顺序传送，具有传 输差错检测功能。 3.3应用层 利用数据链路层的信息传递功能，

8、在主设备与从设备之间发送、接收各种数据信息。 3.4GFSK 高斯频移键控 ，一种在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度，来获得更加 紧凑的频谱。 3.5AFC 自动频率控制，无线调制技术的一种纠错方式 3.6信道 是信号的传输媒质，可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆 及光缆等。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及 各种散射信道等 。 3.7衰减 电能在传输过程中，随时间或距离逐渐减弱的现象，称为衷减。 3.8增益 在电子放大设备中，表征其功率放大倍数。一般用输出功率同输入功率之比值的对数表示。 3.9信号 利

9、用电流（电压）、无线电波等传送信息时，带有信息的电流（电压）、无线电波等均称为电信号 （也简称为信号），如广播信号、电视信号和雷达信号等。信号有三个基本指标：持续时间、频带宽 度和强弱程度。 3.10噪声 也称为噪音。不同频率和不同强度的声音，无规律地组合在一起，听起来有嘈杂之感的即为噪声。在 电路中，由于电子的持续杂乱运动或冲击性的杂乱运动而形成频率范围比较宽的干扰，称为噪声。在 无线电接收设备中，一切非有用电信号，统称为噪声。 3.11灵敏度 是指无线电接收设备或电子仪器对微小外加信号显示出的敏感程度。 3.12频率响应 它是无线电电子设备的重要指标之一，是指无线电放大设备或网络的增益（或

10、衷减）随频率变化 的情况。 4链路层 本协议描述了链路数据包的生成与检测。 4.1无线数据传输过程 无线模块通讯时，当从串口接收到应用层用户数据开始一次无线数据传输前首先对应用层数据进 行编码，编码方式为： 第一步：在用户数据前加上前导字符串：0 x53 0 x75 0 x6E 0 x72 0 x61 0 x79，然后加上信道编号 （0 x000 x07）,再加上 5 个字节频点数据共 12 个字节。 第二步：进行一次编码，将数据由 8 位变成 10 位，对系统数据第 10 位为 1，对用户数据，第 10 位为 0，如果用户数据有第 9 位（校验位） ，则将这一位编码在第 9 位。 第三步：卷

11、积码编码 第四步：交织码编码 编码完成后，将编码数据通过无线单元发送出去。 数据发送完成后，发送结束码 0 x45 0 x4E 0 x44 0 x53，结束码在发送前，也按照上述编码格式进 行编码。 接收方接收到数据后，利用维特比解码方法进行数据解码；如果无线模块在解码数据中检索到系 统数据 0 x53 0 x75 0 x6E 0 x72 0 x61 0 x79，和与本模块信道一直的信道号之后，开始接收频点数据， 如果信道与频点数据一致，开始接收用户数据，并将从空中接收的用户数据发送到串行口，当接收到 系统数据结束码 0 x45 0 x4E 0 x44 0 x53 时，本轮无线数据传输结束。

12、4.2卷积码编码原理 卷积码编码把 k 个信息比特编成 n 个比特，k 和 n 通常很小，特别适宜于以串行形式传输信息， 减小了编码延时。卷积码中编码后的 n 个码元不仅与当前段的 k 个信息有关，而且也与前面（N-1） 段的信息有关，编码过程中相互关联的码元为 nN 个。因此，这 N 时间内的码元数目 nN 通常被称为 这种码的约束长度。卷积码的纠错能力随着 N 的增加而增大。 卷积码编码器在一段时间内输出的 n 位码，不仅与本段时间内的 k 位信息位有关，而且还与前面 m 段规定时间内的信息位有关，这里的 mN-1 通常用（n，k，m）表示卷积码，下图就是一个卷积 码的编码器，该卷积码的

13、n = 2，k = 1，m = 2，因此，它的约束长度 nN = n(m+1) = 23 = 6。 其中，与为移位寄存器，它们的起始状态均为零。、与、之间的关系如 下： 假如输入的信息为 D = 11010，为了使信息 D 全部通过移位寄存器，还必须在信息位后面加 3 个零。下表列出了对信息 D 进行卷积编码时的状态。 输入信息 D 11010000 b3b20 00 11 11 00 11 00 00 0 输出 C1C2 1 10 10 10 01 01 10 00 0 信息 D 进行卷积编码时的状态 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交织码编码原理 将 i 个能纠 t 个错的分组码（n，k）中的码元比特排列成 i 行 n 列的方阵。每个码元比特记作 B（i，n） 。如下图所示，交织前如果遇到连续 j 个比特的突发错误（用阴影方块表示） ，且 jt，对其 中的连续两个码组而言，错误数已远远大于纠错能力 t，因而无法正确对出错码组进行纠错。交织后， 总的比特数不变，传输次序由原来的 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）转变为 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。此时因干扰或 衰落引起的突发错误图样正好落在分组码的纠错能力范围内，可以正确纠错错误。通常把码组数 i 称 为交织度，用这种方法构造的码称为交织码。使用交织编码的好处是提高了抗突发错误的能力但不增 加新的监督码元，从而不会降低编码效率。理论上交织度

17、 i 越大，抗突发错误的能力就越强，但是要 求译码器的暂存区就越大，而且译码延时也相应加大。无线数传过程中根据用户数据量大小采用 18 个字节进行交织编码。 4.4维特比解码技术 数据传输完成后还要经过解码才能得到正确的数据。在无线数据传输中利用维特比解码技术可 以实现高效实时解码。 解码的过程就是逆过程。算法规定 t 时刻收到的数据都要进行 64 次比较，就是 64 个状态每条路 有两条分支（因为输入 0 或 1） ，同时，跳传到不同的两个状态中去，将两条相应的输出和实际接收到 的输出比较，量度值大的抛弃（也就是比较结果相差大的） ，留下来的就叫做幸存路径，将幸存路径 加上上一时刻幸存路径的

18、量度然后保存，这样 64 条幸存路径就增加了一步。在译码结束的时候，从 6 4 条幸存路径中选出一条量度最小的，反推出这条幸存路径（叫做回溯） ，得出相应的译码输出。 以下是维特比译码代码： 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