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介绍4G模块通讯性能的一种测试方法 一、背景 故障指示器，是指一种安装在电力线（架空线、电缆及母排）上指示故障电流的装置。大多数故障指示器仅可以通过检测短路电流的特征来判别、指示短路故障。故障指示器通过自带的4G模块与主站进行数据通讯，完成遥测、遥控、遥信等信息传输。在实际应用中，由于现场安装环境恶劣，远离移动、联通、电信三大运营商的移动基站，部分区域的4G信号不稳定，导致4G模块自动频繁地切换2G信号和4G信号，大批量的SIM卡出现损坏，无法正常工作，影响用电企业、居民的正常用电，同时对电力企业造成一定困扰。 为此，针对4G模块通讯性能的测试成为一种必要工作，本文主要介绍一种移远4G模块的通讯性能测试方法。 二、测试原理 考虑到正常条件下，4G模块接收的信号会受到周围多个基站的影响，为此，要利用GTEM小室、手机信号放大器、信号衰减器等设备，创造一个相对信号纯净的空间，见图1。试验原理为模拟现场4G信号强度发生变化时，测试设备与主站的4G天线通讯性能。首先，GTEM小室在封闭状态下，内部四轴飞行器信号。室外的基站信号通过手机信号放大器放大，经信号衰减器后接入到GTEM小室，那么GTEM小室内的手机信号强度便可人为可控，且只受信号放大器指定的信号放大频段的影响。 图1 测试图 简单介绍一下，手机网络制式的“模”和“频”。 模，是手机的通信模式，中国移动网络制式为2G：GSM模式；3G：TD-SCDMA模式；4G：TD-LTE和FDD-LTE混合模式。中国联通网络模式为2G：GSM模式；3G：WCDMA模式；4G：TD-LTE和FDD-LTE混合模式。中国电信网络模式为2G：CDMA模式；3G：CDMA2000模式；4G：TD-LTE和FDD-LTE混合模式。上述所有模式共同组成了“七模”。频，是对通信模式的细分，可以理解为每种模式下又分为不同的频段。手机支持频率越多，支持的网络就更多，手机的漫游性就越好。比如中国的4G手机，在中国运行在1900MHz这个频率上，当手机漫游到美国的时候，可能需要运行在2200MHz频率上，到法国又可能需要运行在1800MHz这个频率上。 当前我国的三大运营商的频段划分可查看图2，从图中红色框可知，我们可以选择移动1800MHz、联通的1800MHz、电信2100MHz作为本测试方案的信号放大频段。 图2 三大运营商频段划分 这里的信号测试工装实际上是与测试4G模块型号相同的另外一个4G模块，其主要作用是监测测试过程中GTEM小室内的信号强度。 三、主要测试设备 经过筛选，最终选用了JR20C-CDW型手机信号放大器，见图3，它支持800MHz、1800MHz、2100MHz三个频段的信号放大功能。 图3 手机信号放大器 信号衰减器的选择主要考虑与手机信号放大器接口（SMA）的一致性，连续可调性。经过筛选，选择了SMA型（N型）0-90步进式同轴衰减器，它可在不中断电路的情况下以1dB步进形式调节电路的信号电平，用于调测试系统中的功率电平，具有体积小、精度高、稳定可靠等特点。其工作频率为DC-3.0GHz、衰减调节范围为0-90dB步进、衰减步进为1.2.4.8.16.20.20.20dB，见图4。 图4 信号衰减器 四、试验步骤 1. 配置主站，调节信号衰减器的衰减值为0dB，使暂态录波型故障指示器与主站正常通讯； 2. 使用维护软件配置RTU点表，在RTU1中配置遥信类型“A相短路总 动作”（需与主站顺序一致），过流定值设为150A，有电定值3A，确认时间3秒。 3. 连接一个采集单元A至微机继电保护测试系统的Ia和In，设置微机继电保护测试系统的状态序列，使汇集单元持续上送SOE至主站。状态1：Ia为1A、持续时间30秒；状态2：Ia为5A、持续时间0.1秒；状态3：Ia为0A、持续时间29.9秒；循环60次。 4. 通过串口连接电脑和信号测试工装（安装4G物联网卡用于监测4G信号），设置串口调试助手的波特率9600、数据位8、校验位0，停止位1，换行发送AT+QENG=“servingcell”，按照图5读取串口调试助手收到的报文中当前信号的模式、频段、强度； 图5 信号参数读取 5. 查看主站接收的“A相短路总 动作”SOE报文，两帧间隔应为60±5秒； 6. 依次调节信号衰减器，通过串口调试助手查看信号强度为-95dBm、-100dBm、-105dBm、-110dBm，重复步骤D、E； 7. 检测结束后，记录结果，填写4G模块通讯性能试验原始记录，见图6。 图6 4G模块通讯性能试验原始记录 五、总结 经长期测试证明，该测试方法，明确了4G模块在指定的4G频段下正常工作的信号强度范围，为故障指示器现场安装调试提供数据支撑，减少4G模块因信号质量差自动切换频段带来的烧卡问题。同时，该测试方法也适用于4G模块、4G天线的筛选，具有很强的实用价值。
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