CN201947264U - 物联网远程抄表系统用无线信号保障装置 - Google Patents
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Abstract
一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，它为一体化天线或者包括一体化天线和增设的放大电路，所述的一体化天线，由射频电缆线和天线直接连接而成，天线接收来自基站的下行信号，经射频电缆传输下行信号至抄表系统采集终端的GPRS通讯模块，同时射频电缆将抄表系统采集终端GPRS通讯模块的上行信号传输至天线，由天线发送至基站。本实用新型确保抄表采集终端无线通信良好、无障碍，彻底解决了无线信号不稳定问题，提高了终端设备的无线信号服务能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线信号通信与物联网领域，尤其是物联网远程抄表系统用无线信号保障装置。
背景技术
目前，用电信息抄表采集系统项目是电力公司智能电网建设的重点工程之一，也是全国规模最大的物联网项目，该系统主要由抄表采集终端、GPRS通讯模块(该模块外置吸盘天线)和后台监控中心组成。抄表采集终端主要负责用电信息的查询、采集和监控；GPRS通讯模块主要负责信息数据的传送、控制信息下发等。
抄表采集终端与用户电表互联，通过GPRS通讯模块实现无线拨号上网，由GPRS网络进行信息数据的传送和控制，从而保障采集终端对用户用电信息的采集和查询。由于抄表采集终端安装位置多在楼道深处、地下室、电表箱中等无线信号屏蔽较为严重的区域，所以极易造成抄表采集终端上线率低或无法上线，直接导致电力后台监控中心无法对采集终端进行远程有效操控。
根据电力相关技术资料反馈，采集终端GPRS通讯模块的接收灵敏度指标为-92dBm，小于一般手机的-102dBm，采集终端信号强度指示灯判断标准为：
①红色灯：小于-89dbm；②橙色灯：-89dbm～-65dbm之间；③绿色灯：大于-65dbm；
信号场强大于-89dBm以后，基本上能满足信息采集，但这里还有个条件，GPRS通讯模块还检测信号的信号品质。如果误码率在小于0.4％时(信号质量0-1级)，通讯非常可靠；误码率在0.4％～3.2％之间(信号质量2-4级)，可以保证模块拨号成功；误码率在3.2％～6.4％之间(信号质量5级)，模块处于通与不通的临界状态；误码率在6.4％以上(信号质量6-7级)，无法通讯。
GPRS通讯模块自带的天线及线缆参数如下：
由上表可知，通讯模块天线增益为3dBi，线缆的衰耗(以GSM为例)为0.4249dB/m，线缆长3米，损耗为1.3dB，则整个外置吸盘天线的增益仅为1.7dBi。抄表采集终端设备中的GPRS通讯模块本身接收信号的灵敏度较低，上下行增益太小，无法满足复杂环境下的通信需求，通常设备要求无线信号强度在-75dBm左右才能长期稳定工作，工作状态才能达到最佳。
综上所述，现有的用电信息抄表采集系统中的GPRS通讯模块接收电平门限较一般手机低10dBm左右，灵敏度较低，现有的通讯模块上下行增益较小，抗干扰能力不足，无法满足复杂环境下的通信需求；外置吸盘天线增益太小，线缆衰减太大，引线长度不足，在楼道深处、地下室、电表箱中等无线信号屏蔽较严重区域，GPRS通讯模块根本无法正常工作。现有的常见改进方案是将高增益天线与与低损耗射频电缆在施工现场进行焊接连接，无线信号能有部分改善，但同时也增加了新的故障点和工作量，且接头部分没有处理好的话，容易产生信号衰减大的问题，导致抄表采集终端无法上传，
发明内容
本实用新型的目的是针对现有抄表采集终端系统的不足，提供了一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，该装置可以与现有的终端设备成功‘握手’，彻底解决现有技术中的无线信号不足问题，能有效提高抄表采集终端设备的信道增益、信号强度和信号质量，保障用电信息采集系统稳定工作，提升设备服务能力。
本实用新型的技术方案是：
一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，它为一体化天线，由射频电缆线和天线直接连接而成，天线接收来自基站的下行信号，经射频电缆传输下行信号至抄表系统采集终端的GPRS通讯模块，同时射频电缆将抄表系统采集终端GPRS通讯模块的上行信号传输至天线，由天线发送至基站。
本实用新型的天线为高增益小型鞭状天线。
本实用新型的一体化天线通过SMA弯头接口与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块的接口相连。
一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，它包括一体化天线及增设的放大电路，所述的一体化天线接收来自基站的下行信号，一体化天线与放大电路相连，放大电路放大下行信号后传输至抄表系统采集终端的GPRS通讯模块，同时该放大电路接收来自抄表系统采集终端GPRS通讯模块的上行信号，放大该上行信号后通过一体化天线发送至基站。
本实用新型的放大电路包括两双工器和两低噪声放大器，所述的第一双工器通过一体化天线接收来自基站的下行信号，第一双工器的下行信号输出通过第一低噪声放大器后输入第二双工器的下行信号输入端，第二双工器与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块进行通信，接收来自抄表系统采集终端GPRS模块的上行信号，第二双工器的上行信号输出通过第二低噪声放大器后输入第一双工器的上行信号输入端，第一双工器通过一体化天线发送上行信号至基站。
本实用新型的放大电路包括两双工器、两低噪声放大器、两滤波器和两功率放大器，所述的第一双工器通过一体化天线接收来自基站的下行信号，第一双工器的下行信号输出依次通过第一低噪声放大器、第一滤波器和第一功率放大器后输入第二双工器的下行信号输入端，第二双工器与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块进行通信，接收来自抄表系统采集终端GPRS模块的上行信号，第二双工器的上行信号输出依次通过第二低噪声放大器、第二滤波器和第二功率放大器后输入第一双工器的上行信号输入端，第一双工器通过一体化天线发送上行信号至基站。
本实用新型的两低噪声放大器和两功率放大器分别连接相应的自动电平控制电路ALC和自动增益控制电路MGC。
本实用新型的放大电路通过SMA弯头接口与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块的接口相连。
当无线信号保障装置接收到来自基站的下行信号时，经过低噪放大，滤波器滤除掉带外杂波后，再经过功放器放大功率，经双工器输出到抄表采集终端GPRS通讯模块，完成信号下行通道功能；无线信号保障装置接收到抄表采集终端GPRS通讯模块输出的上行信号后，经过低噪声放大、滤波和功率放大，由双工器将上行信号传送到基站，完成信号上行通道功能。考虑到空间信号传输过程的衰落效应，在上、下行通道中分别加有MGC和ALC电路，达到信道增益平衡和输出自动稳幅功能。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的无线信号保障装置是对用电信息抄表采集系统中通信模块单元的功能增强和完善，提高通讯模块单元上下行无线通信质量，保障GPRS信噪比，确保抄表采集终端无线通信良好，信息采集无障碍。
本实用新型提高了抄表采集终端设备的信道增益、信号强度和信号质量，使得GPRS通讯模块上网无障碍，彻底解决了用电信息采集系统无线信号不稳定问题，提高了终端设备的无线信号服务能力。
本实用新型主要在于在现有的用电信息抄表采集系统中加入了无线信号保障装置，该装置采用了先进的微电子电路集成技术，全双工，一体化天线设计；具有线性功率放大功能，能有效抑制互调和杂散干扰；设备采用ALC技术，输出电平连续可调，自动稳幅；内置自动增益控制，即插即用，并提供电源指示和上、下行输出功率高低指示。本实用新型亦可用于水表、环保数据采集，煤气抄表，供热供暖抄表，水文水利数据采集，地震预报数据采集等领域。
本实用新型采用的一体化高增益天线，即射频电缆线与高增益小型鞭状天线组合，配备5米/15米/30米/50米等长度不一的一体化天线，应对不同环境下的安装，该天线能有效增强装置设备的上下行信号增益。
本实用新型的装置采用超小型设计，体积小，重量轻；最大电功率只有3瓦，功耗低，使用寿命长。装置输出接口灵活多变，适配能力强，可以适用于其他行业的任何信息采集系统，例如自来水公司、燃气公司、供热供暖公司等行业的信息化应用。
本实用新型的无线信号保障装置通过SMA弯头接口与抄表采集终端中的GPRS通讯模块接口相连，一体化高增益天线布放到室外，装置设备电源直接从抄表采集终端箱体盒中的空开取电，方便简单。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图之一。
图2是本实用新型的原理框图之二。
图3是本实用新型的原理框图之三。
图4是本实用新型的原理框图之四。
图5是图3放大电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，它为一体化天线，由射频电缆线和天线直接连接而成，天线接收来自基站的下行信号，经射频电缆传输下行信号至抄表系统采集终端的GPRS通讯模块，同时射频电缆将抄表系统采集终端GPRS通讯模块的上行信号传输至天线，由天线发送至基站。；所述的天线为高增益小型鞭状天线。具体使用时，配备5米/15米/30米/50米等长度不一的一体化天线，应对不同环境下的安装，该天线能有效增强装置设备的上下行信号增益。其中：基站即公用移动通信基站是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。
如图2所示，一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，它包括一体化天线和放大电路，所述的一体化天线接收来自基站的下行信号，一体化天线与放大电路相连，放大电路放大下行信号后传输至抄表系统采集终端的GPRS通讯模块，同时该放大电路接收来自抄表系统采集终端GPRS通讯模块的上行信号，放大该上行信号后通过一体化天线发送至基站。
如图3所示，放大电路包括两双工器和两低噪声放大器，所述的第一双工器通过一体化天线接收来自基站的下行信号，第一双工器的下行信号输出通过第一低噪声放大器后输入第二双工器的下行信号输入端，第二双工器与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块进行通信，接收来自抄表系统采集终端GPRS模块的上行信号，第二双工器的上行信号输出通过第二低噪声放大器后输入第一双工器的上行信号输入端，第一双工器通过一体化天线发送上行信号至基站。
如图4所示，放大电路包括两双工器、两低噪声放大器、两滤波器和两功率放大器，所述的第一双工器通过一体化天线接收来自基站的下行信号，第一双工器的下行信号输出依次通过第一低噪声放大器、第一滤波器和第一功率放大器后输入第二双工器的下行信号输入端，第二双工器与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块进行通信，接收来自抄表系统采集终端GPRS模块的上行信号，第二双工器的上行信号输出依次通过第二低噪声放大器、第二滤波器和第二功率放大器后输入第一双工器的上行信号输入端，第一双工器通过一体化天线发送上行信号至基站。
本实用新型的两低噪声放大器和两功率放大器分别连接相应的自动电平控制电路ALC和自动增益控制电路MGC；采用ALC技术，输出电平连续可调，自动稳幅；内置自动增益控制MGC，即插即用，并提供电源指示和上、下行输出功率高低指示。
本实用新型的无线信号保障装置通过SMA弯头接口与采集终端GPRS通讯模块的接口相连。
当无线信号保障装置接收到来自基站的下行信号时，经过低噪放大，滤波器滤除掉带外杂波后，再经过功放器放大功率，经双工器输出到抄表采集终端GPRS通讯模块，完成信号下行通道功能；无线信号保障装置接收到抄表采集终端GPRS通讯模块输出的上行信号后，经过低噪声放大、滤波和功率放大，由双工器将上行信号传送到基站，完成信号上行通道功能。考虑到空间信号传输过程的衰落效应，在上、下行通道中分别加有MGC和ALC电路，达到信道增益平衡和输出自动稳幅功能。
无线信号保障装置安装前，抄表采集终端接收电平在-95dbm以上，终端信号强度指示灯亮红灯，电力后台网管中心显示终端未上线，无法进行远程监控；无线信号保障装置安装后，在网络所有参数保持不变的情况下，抄表采集终端信号电平达到-80dbm左右，信号质量为1级，终端信号强度指示灯亮橙灯，电力后台网管中心显示终端上线稳定，能有效进行远程监控。
测试可以看出，无线信号保障装置在小范围覆盖区域(小于10平方米)使用不会对运营商基站造成实质性影响。主要是因为：无线信号保障装置(10dBm)的上行最大增益为GRX＝15dB，下行最大增益为GTX＝20dB，最大噪声系数为NF＝5dB。假设基站输出功率为43dBm，保障装置达到最大输出的时候，下行端口信号最大为Pout-GTX＝10dBm(10mW)-20dB＝-10dBm，此时从基站到保障装置的最小路径损耗为Ls＝PBTS-(-10dBm)＝43-(-10)＝53dB。保障装置的上行输出低噪声电平为PNRX＝PN+GRX+NF＝-124+15+5＝-104dBm(其中，PN为常温下200kHz带宽的环境白噪声-124dBm)，则保障装置上行输出低噪声到达基站上行输入端的噪声功率为：PNBTS＝PNRX-Ls＝-104dBm-53dB＝-157dBm＜-124dBm，保障装置噪声电平淹没在环境噪声之下。多个无线信号保障装置的RX噪声电平会产生功率叠加，当同扇区内保障装置的数量达到500个以上的时候，其叠加的低噪声电平接近-124dBm，才会达到对基站通信产生影响的临界状态，才能影响基站同扇区的RX接收灵敏度；一般情况下，同扇区信号覆盖下所安装的保障装置远小于500个，因此不会对运营商基站造成干扰。本发明的装置设备技术性能可靠性符合GB6993-86标准，电磁兼容性符合ETS300 694-4标准。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是它为一体化天线，由射频电缆线和天线直接连接而成，天线接收来自基站的下行信号，经射频电缆传输下行信号至抄表系统采集终端的GPRS通讯模块，同时射频电缆将抄表系统采集终端GPRS通讯模块的上行信号传输至天线，由天线发送至基站。
2.根据权利要求1所述的物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是所述的天线为高增益小型鞭状天线。
3.根据权利要求1所述的物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是所述的一体化天线通过SMA弯头接口与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块的接口相连。
4.一种物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是它包括权利要求1所述的一体化天线及增设的放大电路，所述的一体化天线接收来自基站的下行信号，一体化天线与放大电路相连，放大电路放大下行信号后传输至抄表系统采集终端的GPRS通讯模块，同时该放大电路接收来自抄表系统采集终端GPRS通讯模块的上行信号，放大该上行信号后通过一体化天线发送至基站。
5.根据权利要求4所述的物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是所述的放大电路包括两双工器和两低噪声放大器，所述的第一双工器通过一体化天线接收来自基站的下行信号，第一双工器的下行信号输出通过第一低噪声放大器后输入第二双工器的下行信号输入端，第二双工器与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块进行通信，接收来自抄表系统采集终端GPRS模块的上行信号，第二双工器的上行信号输出通过第二低噪声放大器后输入第一双工器的上行信号输入端，第一双工器通过一体化天线发送上行信号至基站。
6.根据权利要求4所述的物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是所述的放大电路包括两双工器、两低噪声放大器、两滤波器和两功率放大器，所述的第一双工器通过一体化天线接收来自基站的下行信号，第一双工器的下行信号输出依次通过第一低噪声放大器、第一滤波器和第一功率放大器后输入第二双工器的下行信号输入端，第二双工器与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块进行通信，接收来自抄表系统采集终端GPRS模块的上行信号，第二双工器的上行信号输出依次通过第二低噪声放大器、第二滤波器和第二功率放大器后输入第一双工器的上行信号输入端，第一双工器通过一体化天线发送上行信号至基站。
7.根据权利要求6所述的物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是所述的两低噪声放大器和两功率放大器分别连接相应的自动电平控制电路ALC和自动增益控制电路MGC。
8.根据权利要求5或6所述的物联网远程抄表系统用无线信号保障装置，其特征是所述的放大电路通过SMA弯头接口与抄表系统采集终端的GPRS通讯模块的接口相连。
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