在復雜的大型通信網絡中，通信過程是由一系列通信節點相互中繼轉發組成的。2個相鄰節點的直接通信(點對點通信)性能的優劣直接決定了整個通信網絡的通信性能。因此，有必要針對點對點通信的性能進行測試和評價。
點對點通信的性能主要體現在系統誤碼率、系統傳輸速率等方面。誤碼率在通信系統中具有舉足輕重的地位，通常誤碼率可以通過理論仿真得到，也可以通過現場測試或者是實驗室測試得到。誤碼率可以用來分析當前信道環境下系統的通信性能，為系統的性能比較、系統的改進設計提供可靠的衡量指標。
本文設計的點對點通信測試系統是在低壓電力線信道環境下，測試2個載波通信單元的點對點通信的能力。電力線信道的環境復雜，負載變化大，會造成電力線信道的多徑產生，并且由于各種開關電源等影響，信道環境中存在脈沖干擾、周期性噪聲等干擾源。這些干擾對通信性能有很大的影響，而且由于信道中傳輸的報文數據的長度不同，產生的影響也各不相同。目前，國內外的各類報導中關于低壓電力線信道的建模很少，因此在這種復雜的信道環境下測試通信單元的通信性能(比如誤碼率)是非常有必要的。通過這類測試，不僅可以縱向比較自身載波通信單元的點對點通信能力，還可以橫向比較不同廠家各個類別的載波通信單元在相同的信道環境下點對點通信性能，為整體通信系統的改進和設計提供一定的指導依據。
1 測試系統設計
測試系統整體結構圖如圖1所示。
此測試系統的搭建主要由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分主要由以下幾個方面：
(1)凈化電源部分：主要是在電力線與測試系統之間加入隔離器，將電力線上的高頻噪聲濾除掉，從而為測試系統提供一個相對純凈的電信號。
(2)載波通信單元：2個載波通信單元分別標識為A、B，并分別連接計算機的COM1、COM2串口。由于載波通信單元具有透傳數據的功能，A能夠接收計算機通過COM1口傳來的0、1形式的數據串，并將該數據串通過電力線透傳給B，B收到后去掉透傳信息恢復出原始的數據串并通過COM2口傳給計算機。
(3)可調衰減器：衰減頻率5 kHz～500 kHz，衰減倍數0～90 dB，接在2個載波通信模塊之間，可以根據測試需要來調整衰減倍數。
(4)噪聲信號發生器：此設備可以根據測試需要產生高斯白噪聲、脈沖干擾信號、正弦波干擾信號，通過信號耦合裝置將產生的干擾耦合到A、B通信的電力線信道上，從而可以測試在不同的干擾環境下兩個載波單元的通信性能。
(5)信號耦合裝置：通帶頻率5 kHz～500 kHz，此設備加在強電220 V與噪聲信號發生器之間，主要作用是隔離強電，防止噪聲信號發生器被高壓擊穿短路。
(6)計算機：要求有2個串口COM1、COM2，可以進行串口通信，并分別連接載波通信單元A和B。
測試軟件部分是利用VC++平臺自主開發的一款能夠通過串口發送、接收數據，可以實現比較、計算誤碼率，數據傳輸速率以及對模塊整體通信性能評價打分的測試軟件。
此測試軟件主要能夠實現以下功能：
(1)設置傳輸的報文的長度和數目。默認設置為16 B、32 B、64 B、128 B、192 B的報文各16條。
(2)根據設定的默認設置或自定義設置來產生數據串。由于載波通信單元具有透傳報文的能力，因此傳輸的報文為隨機生成的數據串，并通過COM1和COM2發收這些數據串。
(3)計算報文級和碼元級的誤碼率。報文級誤碼率＝(含錯誤位數據串個數＋發出未收到的數據串個數)÷傳送的數據串總數；碼元級誤碼率＝錯誤位數÷收到總位數。
(4)計算有效的通信速率。有效通信速率＝傳輸的數據串之和÷傳送數據串總的通信時間；其中傳送數據串總的通信時間的統計是從一個數據串發送完成到這個數據串開始接收的時間，包括通信模塊內部處理數據串的時間。
(5)根據誤碼率和有效數據傳輸速率進行整體的通信性能評價和打分。
(6)將數據保存到電腦硬盤上以便進行數據查詢。
軟件設計主界面如圖2所示。
誤碼率的最終結果體現在報文成功率欄中。從計算機發送到載波通信單元的報文格式是雙方提前約定好的，報文第一個字節用來約定幀頭，第二個字節用來約定使用的通信方式，第三個字節為約定要傳輸的數據串的長度，長度不包括停止字節和校驗字節，在報文的最后加上停止字節和校驗字節。
在設計好測試所需要的軟件和硬件部分后，將軟件和硬件部分連接起來，形成整體的測試系統。首先將隔離器連接在電力線上，從隔離器的輸出端連接出兩個點A和B，并分別連接載波通信單元A和載波通信單元B，再將載波通信單元A、B分別與計算機串口連接，設置串口參數，使其能夠通信。將衰減器連接到A、B載波通信單元之間，根據測試需要調整好衰減倍數。然后將噪聲信號發生器和信號耦合裝置接到電力線上，設置好需要測試的噪聲干擾信號。測試硬件環境搭建完成之后，在計算機上運行誤碼率測試軟件，根據測試的需要來設置所要發送的數據串的長度和條數、時間間隔等參數，通過點擊自動發送，計算機自動按照生產的數據串依次向串口發送，在報文接收界面可以收到另一個串口接收到的返回的數據串。在發送和接收完畢后，根據所需要比較的功能來進行誤碼率計算，可以得到此次通信的性能評分。
2 性能評價模型
在通信環境(噪音、衰減、阻抗、溫度等)一致、所傳輸數據串長度相等、發送功率相同的情況下，電力線通信的誤碼率與通信速率相關。通常，低速率意味著高抗干擾、高穿透能力，從而表現為高成功率；而高速率往往意味著低成功率，但又可以通過多次重發提高成功率。所以，單純以通信成功率評價一個通信技術的性能顯然太片面，把時間因素考慮進去會更合理一些。為此，本文建立成功率與通信速率的關系，將通信速率等效到1 kb/s下重新計算成功率，以便更合理地評價和對比各種電力線通信技術的性能。
假設某個電力線通信技術的誤碼率為p(成功率是 1－p)，其通信速率為 v(單位b/s)，則這種技術下重復發送 v/1 000遍便可等效到1 kb/s的通信速率，此時的成功率為：
式(1)便是本文的評價模型，Q為一個[0，1]之間的數值，它是通信速率轉換為1 kb/s后的成功率。為了方便測試，將該數值放大100倍，得到技術測試得分E＝100 Q，從技術測試得分上的高低便可以客觀地評價通信性能的優劣。
式(1)所建立的評價模型可以用于碼元級性能評價，也可用于報文級性能評價， 取決于p是取碼元級誤碼率還是報文級誤碼率。通常，在研發過程中注重碼元級誤碼率，在實際應用中強調的是報文級誤碼率。
3 測試實例
本文對東軟載波科技股份有限公司的第3代電力線載波通信單元進行了實際測試。通過調節衰減器的衰減倍數來測試其通信性能的變化。表1、表2分別為幅度衰減倍數為0 dB和50 dB時測試的通信性能。
由此可以看出，表1中，測試1、2情況下，兩個載波通信模塊之間沒有幅度上的衰減，二者的通信成功率都是100%，所以此時技術測試得分都是滿分，到達了模塊的最佳通信性能。
表2中，測試3、4情況下，兩個載波通信單元之間加入了50 dB的幅度上的衰減的時候，也就是說兩個單元之間的通信的信號幅度衰減了105倍，測試3中的通信成功率雖然比測試4的高很多，但是其有效通信速率比測試4的低很多，根據測試系統的整體評價，測試3的總體得分不如測試4的整體得分高。從而更進一步地驗證了測試系統在通信性能上測試的公平性、靈活性。
本文中設計的電力線點對點通信性能測試系統測試原理簡單，測試環境搭建方便，測試軟件使用簡單靈活，通過測試結果可以看到，此測試系統可以很直觀、公平地比較出載波通信單元的通信性能，為整體通信系統的設計、性能的改進提供了一定的數據指導。
