CN1423805A - 改进的单向自动仪表读数系统 - Google Patents

Abstract

用在单向自动仪表读数系统中的仪表接口单元包括:第一装置,用于频繁发射适合于手持或移动接收机接收的短脉冲串传输；和第二装置,用于发射适合于固定网络第一层接收站接收的窄带数据消息。第一层接收站中的接收机有抑制装置,用于抑制短传输以避免与来自第二发射装置的慢速脉冲串发生干扰。通过随机改变各个短脉冲串之间的时间周期,可以避免这些短脉冲串之间反复的分组冲突。

Description

改进的单向自动仪表读数系统

发明背景

本发明涉及自动仪表读数系统(AMR)，具体涉及用在单向自动仪表读数系统中的仪表接口单元。在这种“单向”系统中，与“请求式”系统不同，仪表接口单元只进行发射。所以，通过去掉请求式系统所需的接收机，减少必需的无线电电路，从而使仪表接口单元的成本保持最低。

有两种类型的自动仪表读数系统结构，“移动”网络系统和“固定”网络系统。在移动类型系统中，仪表是由手持或移动阅读器读出的，阅读器移动通过被读仪表的附近。在此情况下，仅需要有相对短射程的无线电发射机。在第二种固定网络型自动仪表读数系统中，提供一个固定网络，每个仪表接口单元发射信号给固定网络。在此情况下，若固定网络中接收站的数目保持在合理的数目上，则仪表接口单元中的发射机要求相对长的射程。

技术问题

在需要安装固定网络的许多情况下，存在这样一个技术问题，给第一层接收站寻找合适的场所。

现有技术方案

给第一层接收站使用手持或移动阅读器可以解决这个技术问题。GB-A-2330279(WO99/18700)描述产生和接收短的低能量传输的方法，这些传输可以非常频繁地进行，从而使被接收的消息有最小的延迟。若传输可以非常频繁地进行和无线电射程是适当的，则以正常公路速度行驶的车辆，例如，40Km/h，仍然可以拾取所有的读数。

现有技术缺点

遗憾的是，由于电池可用功率的限制和为了减少信道拥塞，这些“盲目”传输必须是非常短并有高数据速率。这意味着，阅读器的接收机有宽的无线电带宽和低的灵敏度，因此给出有限的射程。若在固定网络系统中使用相同的快速频繁传输，则射程是非常有限的，从而要求有非常高密度的接收点。

安装仪表接口单元是安装自动仪表阅读系统的装置成本之一。很清楚，若找到第一层接收站的本地场所，则在安装之后替换仪表接口单元是不切实际的。

单向固定网络要求的例子

在平均低功率移动AMR系统中，在MIU与阅读器之间可以获得约100m的射程。这相当于约110dB(10dBm发射机和100dBm灵敏度接收机)的链路预算和400-1000MHz工作频率的方案。若阅读车辆以约40km/h的速度移动，则各次传输之间的最大时间限制在5秒左右。这可以保证阅读器有机会从每个MIU至少接收两次传输。数据消息的持续时间是在1-2ms的范围内，若该消息是约120比特长，则需要的数据速率约为100kbps。若利用直接频移键控(DFSK)调制，则接收机的噪声带宽必须是约400kHz。

在纯固定网络系统中，MIU总是在阅读器的射程内，因此，传输速率不太重要。每日几次可能是合适的，典型的速率为每4小时1次。这意味着，利用相同的电池容量，传输能够持续很长的时间，因此，可以利用慢速数据率发送消息，例如，200bits/s。若利用相同的数据分组和调制指数，则接收机的噪声带宽可以减小到约4kHz。这就可以提高接收机灵敏度约20dB。升高接收机天线和提供少量天线增益可以再给出10dB的链路预算。

所以，快速数据率移动系统的总增益是30dB或1000倍功率增益。在自由空间传播的理论中，这在100m射程内可以增大√1000或333倍。在平均城市条件的实际中，这种改进是7至20倍。这意味着，对于窄带固定接收机，100米射程宽带移动系统可以获得约700米的射程。

发明方案

按照本发明，提供一种用在单向自动仪表读数系统中的仪表接口单元，包括：第一装置，用于频繁发射适合于手持或移动接收机接收的短脉冲串传输；和第二装置，用于发射适合于固定网络第一层接收站接收的窄带数据消息。

在以下的描述中，来自第一发射装置的传输称之为快速分组，而来自第二发射装置的传输称之为慢速分组。

这个方案的优点是，当找到第一层接收站的场所时，这些场所可以立刻投入使用，而不需要改变成相关仪表接口单元的操作。只要忽略快速分组，取而代之的是，解码慢速分组。这就允许单纯升级移动系统到固定网络系统，或者，若固定网络发生故障，则从车辆阅读器中读出仪表读数。相同仪表单元中存在两个发射装置产生它自身的技术问题，但是我们发现，在以下描述的实施例中可以解决这些问题。

按照本发明，还提供用于这种仪表接口单元的接收机，可以消除来自无用传输的干扰。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在通过举例并参照所附示意图描述本发明的几个实施例，其中：

图1表示按照本发明第一个实施例的接收机示意图，该接收机用在慢速模固定网络第一层接收站中；

图2表示另一个实施例的慢速模接收机示意图；和

图3描述快速分组定时以避免数据冲突的示意图。

优选实施例描述

仪表接口单元(MIU)包括：第一慢速发射机和第二快速发射机。两个发射机能够同时工作以发送快速和慢速数据分组。最简单的方案是给每种类型的传输使用不同的无线电信道，但是，这就给MIU中的发射机增加相当大的成本。在所描述的实施例中，两个发射机使用相同的信道，但是只有单个调制器用于产生快速和慢速分组。

若MIU调制器有足够的带宽，则可以利用快速模100kbps数据传输交叉慢速模200bps数据传输。例如，每5秒可以发送快速模，而每8小时发送慢速模。可能需要减小快速传输的速率，以便有足够的电池功率用于慢速传输。

设计成接收快速分组传输的移动阅读器不会受慢速传输的不利影响，因为它们通常仅仅每8小时发生1秒钟。即使在射程内有50个MIU的情况下，慢速传输占用的信道小于0.2％。

若我们假设射程内来自所有MIU的快速传输确认为泊松型分布的随机图形，则信道R的占用率或吞吐量是由以下的公式给出：

R＝λτ                                       (2.1)

其中：λ是每秒平均的分组到达率

      τ是以秒表示的分组持续时间

在任何时间周期内不发生传输的泊松分布概率是由以下的公式给出：

Pr(O)＝-e^-R                                 (2.2)

在一个实际例子中，若每5秒发生来自50个MIU的50个快速传输和慢速分组持续时间是1秒，则根据公式(2.1)，R＝10，在慢速传输期间与快速分组不干扰的概率是：

         ＝1-Pr(O)

         ＝1--e^-10

         ＝1(近似值)

即，快速模分组与慢速模分组发生干扰的概率为100％。

实际上，FM俘获效应有助于抑制任何弱于所需慢速模传输的快速分组，但是，该系统对于弱信号仍然不能工作。

慢速模接收机

若以200bits/s发送慢速模，则每比特的持续时间为5ms，它远远长于整个快速模脉冲串的时间。这就在每个数据比特中产生快速传输凿穿小孔的效应。典型的现有慢速接收机采用窄带滤波器以得到所需的噪声带宽，这个滤波器的效应是因振铃现象延长短的快速传输到几个豪秒。

本申请描述用于抑制快速传输干扰固定网络第一层接收站中慢速模接收机的两个方法。

噪声熄灭装置技术

第一个方法类似于高性能通信接收机中采用的方法，停止被窄带滤波器延长的点火干扰型噪声脉冲和中断接收。

图1表示接收机的第一和第二中频部分(IF)的方框图。我们假设，带宽很宽的常规RF放大器和混频器放置在第一IF之前。

第一IF滤波器10有几百kHz宽的带宽，因此，它可以传输快速和慢速数据而没有任何的失真或脉冲延长。然后，来自滤波器10的信号传输通过通常保持闭合的传输门12。然后，该信号被混频器14和本地振荡器16转换成低频和窄带的第二IF信号。

混频器14的输出馈入到窄带IF滤波器18，然后馈入到常规放大器和FM检测器/数据恢复电路20。在接收到慢速模传输时，可以从检测器20取出任选的自动频率控制(AFC)信号并输入到本地振荡器16，按照这样的方式，AFC跟踪输入信号并去除调谐误差。在实际的系统中，可能需要使AFC电压扫描，因此，它会跟踪慢速传输的前同步信号。

单稳态电路24控制传输门12。高速检测器26连接到第一IF滤波器10的输出端。若检测到快速模脉冲串，则检测器26适合于触发单稳态电路24。这就使传输门12开启，以避免快速脉冲串到达第二混频器14。按照这样的方式，在快速脉冲串到达窄带滤波器18之前，它的能量被抑制，因此，不会使它产生振铃现象。

调整单稳态电路24的周期，使得慢速模传输中的宽数据比特有最小的中断。通常，这个中断可能是1至2ms，仅仅是5ms慢速数据比特周期的一部分。

若快速模传输太弱而不能触发检测器26，则它大概也不会影响慢速数据。

抑制快速分组的DSP方案

数字信号处理(DSP)提供一种慢速模传输接收机的简单解决方案，它表示在图2中。这个接收机还要求混频器和本地振荡器(未画出)转换到IF频率。然后，接收的信号馈入到通常为10.7MHz的宽带IF滤波器30。然后，滤波器30输出的信号被放大器32放大并输出到模数转换器(ADC)34。然后，DSP36处理这个数字信号，恢复的慢速数据传输到系统的其余部分。

利用DSP软件可以实施类似于图1实施例中描述的硬件功能。或者，可以在DSP中合成不产生振铃现象的窄带有限脉冲响应(FIR)滤波器。按照这样的方式，快速脉冲串不会延长，因此，在不影响所需数据的情况下，可以从软件中去除这些快速脉冲串。

改进的数据冲突技术

上述系统依靠所有来自每个MIU的传输是按照随机方式被接收的。实际上，这种情况不总是容易获得的。一个主要危险是，若两个快速分组传输在一个循环上发生冲突，则很可能在下一个循环上，例如，5秒以后，这两个快速分组传输再次冲突。于是，需要等待直到两个MIU时钟之间微小差别可以使这两个分组传输充分偏移，使它们不发生重叠。

以前，利用低稳定性RC定时时钟以保证足够的误差而获得这个偏移。在未来，很可能是这样的情况，下一代MIU有内部实时时钟。这些时钟设计成有最佳的稳定性，因此，若这两个时钟用于确定传输时间，则两个冲突MIU可以在相当长的时间内保持同步，几乎不可能读出任一个MIU。为了解决这个问题，我们建议采用规则和准确的定时时钟周期，但是给定时添加一些随机量以避免相继的冲突。按照这样的方法，第一发射机改变每个相继短脉冲串传输之间的时间周期。参照图3说明这个解决方案。

基本定时周期规定为T，例如，4秒，在这个周期上添加周期t×n(其中t是分组持续时间，而n是随机数)以确定下一个快速分组的定时。

有若干种方法可以产生随机数或伪随机数。例如：

1.利用随机数发生器，例如，单元序列号作为种子的伪噪声(PN)序列。这可以通过软件或硬件实现。

2.利用测量脉冲复位的快速计数器，因此，n是发生最后一个测量脉冲时间的函数。

最好是，最大随机周期nt仅占主周期T的一部分，以防止两次传输之间的时间有很大的变化，这可能是移动系统的缺点。利用稳定时钟和真正随机化还使电池寿命的计算更加容易，因为两次传输之间的平均时间正好为T+nt/2。

Claims (7)

1.一种用在单向自动仪表读数系统中的仪表接口单元，包括：第一装置，用于频繁发射适合于手持或移动接收机接收的短脉冲串传输；和第二装置，用于发射适合于固定网络第一层接收站接收的窄带数据消息。

2.按照权利要求1的仪表接口单元，其中第一发射装置和第二发射装置工作在相同的无线电信道上。

3.按照权利要求1的仪表接口单元，其中第一装置适合于改变每次相继短脉冲串传输之间的时间周期。

4.按照权利要求3的仪表接口单元，其中时间周期为T+n×t，T是基时周期，t是短脉冲串传输的持续时间，和n是随机数。

5.一种用在固定网络第一层接收站中的接收机，用于接收按照权利要求1至4中任一个的仪表接口单元的第二发射装置发射的信号，包括：一个装置，用于检测短脉冲串传输的存在，并在接收的信号传输通过窄带滤波器之前抑制该信号。

6.按照权利要求5的接收机，其中高速检测器控制开启的单稳态以避免短脉冲串传输到达该接收机的第二IF级。

7.按照权利要求5的接收机，其中数字信号处理装置实施抑制操作。

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