改進的單向自動儀表讀數系統的製作方法
2023-09-18 23:55:55 2
專利名稱：改進的單向自動儀表讀數系統的製作方法
背景技術：
本發明涉及自動儀表讀數系統(AMR)，具體涉及用在單向自動儀表讀數系統中的儀表接口單元。在這種「單向」系統中，與「請求式」系統不同，儀表接口單元只進行發射。所以，通過去掉請求式系統所需的接收機，減少必需的無線電電路，從而使儀表接口單元的成本保持最低。
有兩種類型的自動儀表讀數系統結構，「移動」網絡系統和「固定」網絡系統。在移動類型系統中，儀表是由手持或移動閱讀器讀出的，閱讀器移動通過被讀儀表的附近。在此情況下，僅需要有相對短射程的無線電發射機。在第二種固定網絡型自動儀表讀數系統中，提供一個固定網絡，每個儀表接口單元發射信號給固定網絡。在此情況下，若固定網絡中接收站的數目保持在合理的數目上，則儀表接口單元中的發射機要求相對長的射程。
技術問題在需要安裝固定網絡的許多情況下，存在這樣一個技術問題，給第一層接收站尋找合適的場所。
現有技術方案給第一層接收站使用手持或移動閱讀器可以解決這個技術問題。GB-A-2330279(WO99/18700)描述產生和接收短的低能量傳輸的方法，這些傳輸可以非常頻繁地進行，從而使被接收的消息有最小的延遲。若傳輸可以非常頻繁地進行和無線電射程是適當的，則以正常公路速度行駛的車輛，例如，40Km/h，仍然可以拾取所有的讀數。
現有技術缺點遺憾的是，由於電池可用功率的限制和為了減少信道擁塞，這些「盲目」傳輸必須是非常短並有高數據速率。這意味著，閱讀器的接收機有寬的無線電帶寬和低的靈敏度，因此給出有限的射程。若在固定網絡系統中使用相同的快速頻繁傳輸，則射程是非常有限的，從而要求有非常高密度的接收點。
安裝儀表接口單元是安裝自動儀表閱讀系統的裝置成本之一。很清楚，若找到第一層接收站的本地場所，則在安裝之後替換儀表接口單元是不切實際的。
單向固定網絡要求的例子在平均低功率移動AMR系統中，在MIU與閱讀器之間可以獲得約100m的射程。這相當於約110dB(10dBm發射機和100dBm靈敏度接收機)的鏈路預算和400-1000MHz工作頻率的方案。若閱讀車輛以約40km/h的速度移動，則各次傳輸之間的最大時間限制在5秒左右。這可以保證閱讀器有機會從每個MIU至少接收兩次傳輸。數據消息的持續時間是在1-2ms的範圍內，若該消息是約120比特長，則需要的數據速率約為100kbps。若利用直接頻移鍵控(DFSK)調製，則接收機的噪聲帶寬必須是約400kHz。
在純固定網絡系統中，MIU總是在閱讀器的射程內，因此，傳輸速率不太重要。每日幾次可能是合適的，典型的速率為每4小時1次。這意味著，利用相同的電池容量，傳輸能夠持續很長的時間，因此，可以利用慢速數據率發送消息，例如，200bits/s。若利用相同的數據分組和調製指數，則接收機的噪聲帶寬可以減小到約4kHz。這就可以提高接收機靈敏度約20dB。升高接收機天線和提供少量天線增益可以再給出10dB的鏈路預算。
所以，快速數據率移動系統的總增益是30dB或1000倍功率增益。在自由空間傳播的理論中，這在100m射程內可以增大√1000或333倍。在平均城市條件的實際中，這種改進是7至20倍。這意味著，對於窄帶固定接收機，100米射程寬帶移動系統可以獲得約700米的射程。
發明方案按照本發明，提供一種用在單向自動儀表讀數系統中的儀表接口單元，包括第一裝置，用於頻繁發射適合於手持或移動接收機接收的短脈衝串傳輸；和第二裝置，用於發射適合於固定網絡第一層接收站接收的窄帶數據消息。
在以下的描述中，來自第一發射裝置的傳輸稱之為快速分組，而來自第二發射裝置的傳輸稱之為慢速分組。
這個方案的優點是，當找到第一層接收站的場所時，這些場所可以立刻投入使用，而不需要改變成相關儀表接口單元的操作。只要忽略快速分組，取而代之的是，解碼慢速分組。這就允許單純升級移動系統到固定網絡系統，或者，若固定網絡發生故障，則從車輛閱讀器中讀出儀表讀數。相同儀表單元中存在兩個發射裝置產生它自身的技術問題，但是我們發現，在以下描述的實施例中可以解決這些問題。
按照本發明，還提供用於這種儀表接口單元的接收機，可以消除來自無用傳輸的幹擾。
為了更好地理解本發明，現在通過舉例並參照所附示意圖描述本發明的幾個實施例，其中圖1表示按照本發明第一個實施例的接收機示意圖，該接收機用在慢速模固定網絡第一層接收站中；圖2表示另一個實施例的慢速模接收機示意圖；和圖3描述快速分組定時以避免數據衝突的示意圖。
優選實施例描述儀表接口單元(MIU)包括第一慢速發射機和第二快速發射機。兩個發射機能夠同時工作以發送快速和慢速數據分組。最簡單的方案是給每種類型的傳輸使用不同的無線電信道，但是，這就給MIU中的發射機增加相當大的成本。在所描述的實施例中，兩個發射機使用相同的信道，但是只有單個調製器用於產生快速和慢速分組。
若MIU調製器有足夠的帶寬，則可以利用快速模100kbps數據傳輸交叉慢速模200bps數據傳輸。例如，每5秒可以發送快速模，而每8小時發送慢速模。可能需要減小快速傳輸的速率，以便有足夠的電池功率用於慢速傳輸。
設計成接收快速分組傳輸的移動閱讀器不會受慢速傳輸的不利影響，因為它們通常僅僅每8小時發生1秒鐘。即使在射程內有50個MIU的情況下，慢速傳輸佔用的信道小於0.2％。
若我們假設射程內來自所有MIU的快速傳輸確認為泊松型分布的隨機圖形，則信道R的佔用率或吞吐量是由以下的公式給出R＝λτ (2.1)其中λ是每秒平均的分組到達率τ是以秒表示的分組持續時間在任何時間周期內不發生傳輸的泊松分布概率是由以下的公式給出Pr(O)＝-e-R(2.2)在一個實際例子中，若每5秒發生來自50個MIU的50個快速傳輸和慢速分組持續時間是1秒，則根據公式(2.1)，R＝10，在慢速傳輸期間與快速分組不幹擾的概率是＝1-Pr(O)＝1--e-10＝1(近似值)即，快速模分組與慢速模分組發生幹擾的概率為100％。
實際上，FM俘獲效應有助於抑制任何弱於所需慢速模傳輸的快速分組，但是，該系統對於弱信號仍然不能工作。
慢速模接收機若以200bits/s發送慢速模，則每比特的持續時間為5ms，它遠遠長於整個快速模脈衝串的時間。這就在每個數據比特中產生快速傳輸鑿穿小孔的效應。典型的現有慢速接收機採用窄帶濾波器以得到所需的噪聲帶寬，這個濾波器的效應是因振鈴現象延長短的快速傳輸到幾個豪秒。
本申請描述用於抑制快速傳輸幹擾固定網絡第一層接收站中慢速模接收機的兩個方法。
噪聲熄滅裝置技術第一個方法類似於高性能通信接收機中採用的方法，停止被窄帶濾波器延長的點火幹擾型噪聲脈衝和中斷接收。
圖1表示接收機的第一和第二中頻部分(IF)的方框圖。我們假設，帶寬很寬的常規RF放大器和混頻器放置在第一IF之前。
第一IF濾波器10有幾百kHz寬的帶寬，因此，它可以傳輸快速和慢速數據而沒有任何的失真或脈衝延長。然後，來自濾波器10的信號傳輸通過通常保持閉合的傳輸門12。然後，該信號被混頻器14和本地振蕩器16轉換成低頻和窄帶的第二IF信號。
混頻器14的輸出饋入到窄帶IF濾波器18，然後饋入到常規放大器和FM檢測器/數據恢復電路20。在接收到慢速模傳輸時，可以從檢測器20取出任選的自動頻率控制(AFC)信號並輸入到本地振蕩器16，按照這樣的方式，AFC跟蹤輸入信號並去除調諧誤差。在實際的系統中，可能需要使AFC電壓掃描，因此，它會跟蹤慢速傳輸的前同步信號。
單穩態電路24控制傳輸門12。高速檢測器26連接到第一IF濾波器10的輸出端。若檢測到快速模脈衝串，則檢測器26適合於觸發單穩態電路24。這就使傳輸門12開啟，以避免快速脈衝串到達第二混頻器14。按照這樣的方式，在快速脈衝串到達窄帶濾波器18之前，它的能量被抑制，因此，不會使它產生振鈴現象。
調整單穩態電路24的周期，使得慢速模傳輸中的寬數據比特有最小的中斷。通常，這個中斷可能是1至2ms，僅僅是5ms慢速數據比特周期的一部分。
若快速模傳輸太弱而不能觸發檢測器26，則它大概也不會影響慢速數據。
抑制快速分組的DSP方案數位訊號處理(DSP)提供一種慢速模傳輸接收機的簡單解決方案，它表示在圖2中。這個接收機還要求混頻器和本地振蕩器(未畫出)轉換到IF頻率。然後，接收的信號饋入到通常為10.7MHz的寬帶IF濾波器30。然後，濾波器30輸出的信號被放大器32放大並輸出到模數轉換器(ADC)34。然後，DSP36處理這個數位訊號，恢復的慢速數據傳輸到系統的其餘部分。
利用DSP軟體可以實施類似於圖1實施例中描述的硬體功能。或者，可以在DSP中合成不產生振鈴現象的窄帶有限脈衝響應(FIR)濾波器。按照這樣的方式，快速脈衝串不會延長，因此，在不影響所需數據的情況下，可以從軟體中去除這些快速脈衝串。
改進的數據衝突技術上述系統依靠所有來自每個MIU的傳輸是按照隨機方式被接收的。實際上，這種情況不總是容易獲得的。一個主要危險是，若兩個快速分組傳輸在一個循環上發生衝突，則很可能在下一個循環上，例如，5秒以後，這兩個快速分組傳輸再次衝突。於是，需要等待直到兩個MIU時鐘之間微小差別可以使這兩個分組傳輸充分偏移，使它們不發生重疊。
以前，利用低穩定性RC定時時鐘以保證足夠的誤差而獲得這個偏移。在未來，很可能是這樣的情況，下一代MIU有內部實時時鐘。這些時鐘設計成有最佳的穩定性，因此，若這兩個時鐘用於確定傳輸時間，則兩個衝突MIU可以在相當長的時間內保持同步，幾乎不可能讀出任一個MIU。為了解決這個問題，我們建議採用規則和準確的定時時鐘周期，但是給定時添加一些隨機量以避免相繼的衝突。按照這樣的方法，第一發射機改變每個相繼短脈衝串傳輸之間的時間周期。參照圖3說明這個解決方案。
基本定時周期規定為T，例如，4秒，在這個周期上添加周期t×n(其中t是分組持續時間，而n是隨機數)以確定下一個快速分組的定時。
有若干種方法可以產生隨機數或偽隨機數。例如
1.利用隨機數發生器，例如，單元序列號作為種子的偽噪聲(PN)序列。這可以通過軟體或硬體實現。
2.利用測量脈衝復位的快速計數器，因此，n是發生最後一個測量脈衝時間的函數。
最好是，最大隨機周期nt僅佔主周期T的一部分，以防止兩次傳輸之間的時間有很大的變化，這可能是移動系統的缺點。利用穩定時鐘和真正隨機化還使電池壽命的計算更加容易，因為兩次傳輸之間的平均時間正好為T+nt/2。
權利要求
1.一種用在單向自動儀表讀數系統中的儀表接口單元，包括第一裝置，用於頻繁發射適合於手持或移動接收機接收的短脈衝串傳輸；和第二裝置，用於發射適合於固定網絡第一層接收站接收的窄帶數據消息。
2.按照權利要求1的儀表接口單元，其中第一發射裝置和第二發射裝置工作在相同的無線電信道上。
3.按照權利要求1的儀表接口單元，其中第一裝置適合於改變每次相繼短脈衝串傳輸之間的時間周期。
4.按照權利要求3的儀表接口單元，其中時間周期為T+n×t，T是基時周期，t是短脈衝串傳輸的持續時間，和n是隨機數。
5.一種用在固定網絡第一層接收站中的接收機，用於接收按照權利要求1至4中任一個的儀表接口單元的第二發射裝置發射的信號，包括一個裝置，用於檢測短脈衝串傳輸的存在，並在接收的信號傳輸通過窄帶濾波器之前抑制該信號。
6.按照權利要求5的接收機，其中高速檢測器控制開啟的單穩態以避免短脈衝串傳輸到達該接收機的第二IF級。
7.按照權利要求5的接收機，其中數位訊號處理裝置實施抑制操作。
全文摘要
用在單向自動儀表讀數系統中的儀表接口單元包括:第一裝置,用於頻繁發射適合於手持或移動接收機接收的短脈衝串傳輸；和第二裝置,用於發射適合於固定網絡第一層接收站接收的窄帶數據消息。第一層接收站中的接收機有抑制裝置,用於抑制短傳輸以避免與來自第二發射裝置的慢速脈衝串發生幹擾。通過隨機改變各個短脈衝串之間的時間周期,可以避免這些短脈衝串之間反覆的分組衝突。
文檔編號H04Q9/00GK1423805SQ01805410
公開日2003年6月11日 申請日期2001年2月28日 優先權日2000年3月6日
發明者特倫斯·G·吉爾斯, 肯尼·斯蒂爾 申請人:高技術拉馬爾有限公司