表1 不同厂商提供的具有不同相位噪声的多种收发器的最大阻碍水平对比(略)
在这个简化的示例中,容易看出LO相位噪声对最大阻塞水平的重要性。在10 MHz偏移时,-142 dBc/Hz的LO性能将产生-30 dBm的最大阻塞水平。
相比之下,对于LO相位噪声为-130 dBc/Hz(同样在10 MHz偏移时)的收发器, 其最大阻塞水平为-42dBm。为了实现类似的性能,天线输入端需要使用外部RF 频段选择或SAW滤波器来改善阻塞性能。然而,这会提高系统总成本,RF滤波器的插入损耗也会降低接收机的噪声系数。
无线计量应用还必须考虑接收机的IIP2和IIP3性能,特别是在城市环境下,其中的高带内和带外干扰水平可能会在混频器输出端产生有害频谱产物,从而限制接收机的可用动态范围。作为器件对双音干扰的韧性要求的基准,本例所述收发器的实测IIP2 为+18.5 dBm,IIP3为-11.5 dBm,同时功耗保持在12.8 mA的较低水平。此外,片内RISC处理器支持片内里德所罗门前向纠错(FEC)功能,这使它对瞬态干扰或快速信号衰落环境所造成的突发类型错误更具韧性。
相位噪声的重要性及其对接收机动态范围性能的影响,对空闲信道评估(CCA)也有意义。在基于竞争的“先听后发”MAC协议中,表计的接收机会在它要用来发射的信道上进行功率测量。空闲信道指接收机“看到”的功率测量结果接近热噪底的信道。线性度和/或相位噪声规格不佳的无线电可能会将大干扰信号看作高噪声,导致始终不能通过CCA测试。由于这种失败,严重干扰或线性度/相位噪声规格不足可能会妨碍某些节点与网络通信。
总而言之,用于计量基础设施的多数收发器都是在成本和功耗限制范围内提供最高性能,这需要精心细致的设计以及对许多参数进行艰难的权衡。系统设计人员必须明白,除了灵敏度和信道选择之外,还要分析接收机的非线性度及其抗干扰能力,并将其视为智能电网无线网络设计的一部分。
影响当前部署的未来问题
对AM器件的干扰增加
计量通信系统所在的环境预期会不断变化。流应用或高集中度需要更高的带宽,调制方案将更加复杂,需要大量幅度调制(AM)器件,因而干扰可能会更加严重。考虑到这些极具挑战性的干扰,IIP2和IIP3规格对于无线电和网络性能将变得更加重要。
窄带越来越窄
最近,FCC提高了Part 90特许执照频段的频谱效率要求,美国的许多计量系统都使用这一频段。Part 90私人陆地移动服务频段以前分配有12.5 kHz和25 kHz信道,后来增加了6.25 kHz信道。25 kHz信道正在逐渐淘汰,并且增加了提高频谱效率的要求,以便支持每6.25 kHz带宽4.8 kbps的数据速率。随着时间推移,预计全球都会实施更加严厉的频谱效率规定,迫使业界使用更加复杂的调制或更低的调制指数。
为新的协议和安全标准提供更大裕量
智能电网的RF挑战可以概括为预估当前及未来的频谱挑战,并且适当地权衡RF器件的性能、功耗与成本。随着工业通用的协议和网络安全标准日渐被采用,业界需要更多适应未来发展的策略,以便扩展到所有资源,包括RF、处理器和存储器。一个例子是ZigBee SEP 1.0预计会升级到ZigBee SEP 2.0。许多智能表计支持ZigBee认证网络,使用智能能源配置方案1.0与未来的家用设备通信。新的ZigBee智能能源配置方案2.0正在开发之中,支持基于IP的寻址,并且重新定义了MAC和PHY之上的各层。电力公司强烈希望部署能够支持现有SEP 1.0标准的电表,同时希望确保在新的配置方案完成后,电表能够下载新的配置方案。这只是有关新标准的许多升级要求中的一个示例,所有这些都需要在处理能力和存储器方面提供更大的裕量。
总结
智能电网在技术、市场和社会方面带来了许多挑战。RF设计人员必须提出新的优化措施,满足工业级产品的需求,使其能在日益拥挤的频谱环境中数十年如一日地工作,由此我们将获得能够灵活适应电力需求和供应发展的电网基础设施。