JP2004518313A - 低速／大電力の周波数ホッピングを利用するスペクトル拡散計器読み取りシステム - Google Patents
低速／大電力の周波数ホッピングを利用するスペクトル拡散計器読み取りシステム Download PDFInfo
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Abstract
スペクトル拡散計器読み取りシステムは、計器読み取りシステムの符号化送信機レベルと中継器レベルとにおいて大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散（ＨＰＳＳ）送信を使用可能にする。複数のエンドポイント符号化送信機装置は各々１つの需給計器に接続され、対応する需給計器に関する計量データを含む大電力のＦＨＳＳ信号を送信する。符号化送信機装置より少ない個数の中間の送受信機装置は、ＦＨＳＳ信号を受信して再送信する。基地局は、ＦＨＳＳ信号を受信する受信機を含む。好ましくは、基地局は、符号化送信機装置と中間の送受信機装置の両方からＦＨＳＳ信号を受信でき、中間の送受信機装置は、基地局へ計量データをブロック再送信する前に複数の符号化送信機装置から計量データを集める。好ましくは、ＦＨＳＳ信号は、電力消費量を低減しかつ装置のバッテリの寿命を延ばすために少なくとも１ホップ当たり１分の最大ホッピングレートで送信される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はユーティリティの計量システムに関し、特に、ユーティリティの消費量データを送信するために周波数ホッピングスペクトル拡散無線通信を利用する、ユーティリティの計量システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線による自動的なメータ読み取りシステムは公知である。典型的には、各需給計器（ユーティリティ・メータ）に、計器の読み取り指示値を収集しかつこれらの読み取り指示値を無線ネットワークを介して中央局へ周期的に送信するための、バッテリで電力供給される符号化器が設けられている。符号化器に対してバッテリで電力供給する必要性と、無線送信を管理する規則とによって課される電力の制限は、事実上、中央局へ直接に無線送信することへの妨げとなっている。代わりに、例えば米国特許第５，０５６，１０７号の明細書に記述されているように、無線メータ読み取りシステムは、典型的には、複数の計器の符号化器にてなるグループからの送信信号を受信しかつこれらのメッセージをネットワークにおける次の高位の層へと転送する、重複する複数の中間の受信局にてなる階層化されたネットワークを利用している。これらのタイプの階層化された無線送信ネットワークは、大都市エリア用の需給計器読み取りシステムの一部として配備される必要がある何千個もの符号化送信機のうちで、より低い電力の、免許を必要としない（ｕｎｌｉｃｅｎｓｅｄ）無線送信機の使用を見込んでいる。
【０００３】
１９８５年、ＦＣＣは、無線ネットワーク製品の製造及び使用を刺激する試みとして、免許を必要としない装置を管理する無線スペクトル規則に係るパート１５を改正した。この改正は、無線ネットワーク製品が、スペクトル拡散変調を用いて産業、科学及び医学（ＩＳＭ）の帯域において動作することを認可した。使用されてもよいＩＳＭ周波数は、９０２乃至９２８ＭＨｚ、２．４乃至２．４８３５ＧＨｚ、及び５．７２５乃至５．８５０ＧＨｚを含む。ＦＣＣは、当該製品が所定の必要条件を満たしていれば、ユーザが、ＦＣＣの免許を得ることなく、ユーティリティの計量システムのような無線製品を動作させることを認めている。周波数スペクトルに係るこの規制緩和は、ユーザの組織が、既存の無線システムとの干渉を回避するように、費用及び時間のかかる周波数計画を実施して無線の導入を調整する必要性を取り除く。
【０００４】
スペクトル拡散変調器は、より広い範囲に信号を拡散させる２つの方法のうちの１つを使用している。その第１の方法は直接拡散スペクトル拡散、又はＤＳＳＳであり、第２の方法は周波数ホッピングスペクトル拡散、又はＦＨＳＳである。ＤＳＳＳは、送信局におけるデータ信号をより高いデータレートのビット列と合成し、当該ビット列は、多くの場合、チップコードと呼ばれる（処理利得としても知られている）。高い処理利得は、干渉に対する信号の抵抗力を増大させる。これに対して、ＦＨＳＳは、干渉を防止するために、多数の画成された周波数チャンネルにわたってランダムにホップされるデータ信号の分散に依存する。ＤＳＳＳはＦＨＳＳより高い潜在的なデータ伝送レートを有しているが、ＤＳＳＳはＦＨＳＳより格段にコストが高く、電力消費量も多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第５，６６１，７５０号の明細書は、大電力の送信機を利用してもなおＦＣＣのパート１５．２４７の要件に準拠するように設計されたユーティリティの計量のためのＤＳＳＳシステムについて記述している。特にこのシステムにおいては、送信機は、元の信号より広い帯域幅にわたって信号を拡散させる擬似ランダムパターンを用いて送信信号を変調するために１つの変調器を利用し、位相反転パターンを用いて信号のプリアンブルを変調するために第２の変調器を使用する。位相反転パターンは送信機によって生成されるスペクトル線の個数を増大させ、これにより、ブロードキャスト信号の電力密度を低下させる。ここで、上記電力密度は、ＤＳＳＳの場合は任意の３ＫＨｚの帯域幅で＋８ｄＢｍである。しかしながら、位相反転パターンは低い電力密度の必要条件に対処するものではあるものの、ＤＳＳＳに関連付けられたコストの増大に対処するものではなく、実際に、位相反転変調器を付加することは、送信機のコストを増大させるであろう。さらに、これは、ＤＳＳＳ受信機が依然として雑音に対してはなはだしく脆弱であることに対処するものではなく、かつ、これは、ユーティリティのサブ計量（ｓｕｂ−ｍｅｔｅｒｉｎｇ）のアプリケーションにおいて重大かつ重要な特徴である信号衝突回避のために、時間及び周波数ではなく時間のみが使用可能であるという問題に対処していない。
【０００６】
ＦＨＳＳは、データ信号を取りこみ、これを、広帯域の周波数にわたる時間の関数として周波数から周波数へとホップする搬送波信号を用いて変調することにより動作する。ＦＨＳＳを使用すれば、搬送波周波数は周期的に変化する。共に同じ周波数及び同じ時間で送信されていても狭帯域システムからの干渉信号はスペクトル拡散信号にしか影響しないので、周波数ホッピング技術は干渉を低減させる。従って、全体としての干渉は非常に低くなり、ビット誤りははほとんど存在しなくなるか、もしくは、まったく存在しなくなる。
【０００７】
ホッピングコードは、無線機が送信する周波数及び及びその順序を決定する。信号を正しく受信するためには、受信機はその同じホッピングコードに設定されて、正しい時間及び適正な周波数で到来信号を受信する必要がある。無線機が１つの周波数上で干渉に遭遇すれば、無線機は他の周波数における次のホップで信号を再送信する。ＦＨＳＳは、その変調技術の性質に起因して、最大で２Ｍｂｐｓまでのデータレートを達成可能である。複数の動作中の無線機がそれぞれ異なるホッピングパターンを使用することを仮定すれば、それら動作中の無線機に同じ周波数帯内でＦＨＳＳを使用させかつ干渉させないようにすることが可能である。
【０００８】
米国特許第５，４３０，７５９号、第５，４９９，２６６号、第５，５４６，４２２号、第５，７１２，８６７号及び第５，８７０，４２６号の明細書は、拡張された到達範囲にわたって複数の移動体ページャに対する小電力通信を提供する、ページングネットワークのためのＦＨＳＳシステムについて記述している。これらの特許においては、ユーティリティの計量はページングネットワークのための潜在的なアプリケーションとみなされているが、ページングシステムと需給計器読み取りシステムとの間には、需給計器読み取りのアプリケーションではページングネットワークのＦＨＳＳ技術を首尾良く利用する能力が限定されるという重要な相違点がある。ページャが移動体であるページングシステムとは異なり、需給計器の符号化送信機（ｅｎｃｏｄｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）は単一の場所に固定され、受信の到達範囲は、実際上、その場所から利用可能なアンテナパターンによって決定される。双方向のページングシステムはページャからネットワークへの制限された通信を提供することはできるが、このページングシステムは、比較的狭いエリアに集中された多数の装置による大量のデータの連続的かつ周期的な伝達を処理するようには設計されていない。
【０００９】
無線通信（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒａｄｉｏ）ネットワークのコンテキストにおけるメータ読み取りアプリケーションに関する問題点の１つは、比較的狭いエリアに集中された多数の装置による送信信号の間での衝突の可能性にある。例えば、この問題は、複数のユーティリティのアカウントが同じ建物又は同じ集合建物に設けられているアパート、高層建築物、オフィスビル又は他の居住施設における多数の装置にわたって、ユーティリティの使用量の読み取り指示値を割り当てることを必要とする、サブ計量アプリケーションのコンテキストにおいて特に深刻である。サブ計量アプリケーションはまた、有効なアンテナ到達範囲を制限するかあるいはブロックする構造に起因して、設置及び動作に関して苛酷な課題をもたらしがちである。
【００１０】
サブ計量アプリケーションとして開発されたメータ読み取りシステムの１つに、イノヴォニクス（Ｉｎｏｖｏｎｉｃｓ）のタップウォッチ（ＴａｐＷａｔｃｈ）（登録商標）システムがある。このシステムでは、各需給計器に設けられたエンドポイント符号化送信機が、０．５ｍＷ未満の電力を有しかつＦＣＣのパート１５．２４９に準拠して動作する、小電力のＦＨＳＳ送信機を利用している。複数の中間の中継器にてなるネットワークは、エンドポイント送信機から小電力のＦＨＳＳ送信信号を受信し、これらの送信信号をＤＳＳＳ送信信号に変換し、上記ＤＳＳＳ送信信号は、収集して処理するために、ＦＣＣのパート１５．２４７に準拠して動作する大電力送信機によって基地局へ再送信される。このアプローチは、より低いコストのエンドポイント符号化送信機の使用を可能にするが、それは中間の中継器のコストを増大させる。さらに、エンドポイント符号化送信機は小電力であるので、それらの送信範囲は制限され、例えばユーティリティのサブ計量アプリケーションにおける効果的な到達範囲のためにはさらに多くの中間の中継器が必要とされ、これによってシステム全体のコストがさらに増大する。
【００１１】
上述の観点から、スペクトル拡散装置を管理するＦＣＣのパート１５．２４７の規則に準拠し、長寿命のバッテリで電力供給されるエンドポイント送信機及び中間の中継器の使用を見込むとともに、より低い全体的なシステムを可能にし、かつ改善された信号衝突の回避をも可能にする、特にユーティリティのサブ計量に適する需給計器読み取りシステムが必要とされている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、計器読み取りシステムの符号化送信機と中継器との両方のレベルにおいて、大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散（ＨＰＳＳ）送信の利用を可能にするスペクトル拡散計器読み取りシステムである。複数のエンドポイント符号化送信機装置は各々需給計器に接続され、少なくとも対応する需給計器に関する計量データを含む大電力のＦＨＳＳ信号を送信する。エンドポイント符号化送信機装置の個数よりも少ない個数である複数の中間の送受信機装置は、この大電力のＦＨＳＳ信号を受信し、かつ再送信する。基地局は、大電力のＦＨＳＳ信号を受信する受信機を含んでいる。好ましくは、基地局は符号化送信機装置及び中間の送受信機装置の両方から大電力のＦＨＳＳ信号を受信可能であり、かつ中間の送受信機装置は、複数の符号化送信機装置から計量データを集計し、その後で、基地局への計量データのブロック再送信を行う。好ましくは、大電力のＦＨＳＳ信号は、電力消費量を低減しかつ装置のバッテリ寿命を延ばすために、少なくとも１ホップ当たり１分の最大ホッピングレートで送信される。
【００１３】
既存の技術とは異なり、本発明は、コスト及び配備に関してより効率的な計器読み取りシステムを提供する。エンドポイントと中間との両方のレベルにおける大電力のＦＨＳＳ信号の使用は、これらの装置のコストを低下させると同時に、特にサブ計量のアプリケーションにおいて、有効な到達範囲を提供するために配備される必要がある中間の送受信機の個数を減らす。この大電力のＦＨＳＳ信号は、ＦＣＣのパート１５．２４７に準拠している。
【００１４】
１つの実施形態では、計器（メータ）のエンドポイント符号化送信機装置は、周波数ホッピングスペクトル拡散信号を使用して需給計器から消費量データを送信する無線周波数サブシステムと、第１のプロセッサ及び第２のプロセッサを備えたディジタルサブシステムとを含んでいる。第１のプロセッサは連続的に動作して無線周波数サブシステムの動作を制御するが、第２のプロセッサは無線周波数サブシステムの利用時にのみ動作する。
【００１５】
もう１つの実施形態では、計器のエンドポイント符号化送信機装置は、周波数ホッピングスペクトル拡散信号を使用して需給計器から消費量データを送信する無線周波数サブシステムと、バッテリによって電力供給されるディジタルサブシステムとを含んでいる。無線周波数サブシステムが送信する時刻が近づくと、ディジタルサブシステムはチャージポンプキャパシタに充電を命令する。チャージポンプキャパシタが充電されると、ディジタルサブシステムは、少なくとも一部の無線周波数サブシステムが消費量データの送信の間にチャージポンプキャパシタを放電することを可能にする。
【００１６】
もう１つの実施形態では、計器のエンドポイント符号化送信機装置は、設置後の最初の時間期間には、通常の低速の周波数ホッピングモードではなく、高速の周波数ホッピングスペクトル拡散モードを使用する設置モードで動作するように構成されている。この高速モードは設置を簡単化することを可能にし、かつ、低速モードで動作していれば符号化送信機が中継器又は基地局とのＦＨＳＳ送信を開始する間に必要とされるはずの遅延を最小化する。
【００１７】
さらにもう１つの実施形態では、計器のエンドポイント符号化送信機装置は、少なくとも基地局に対して消費量データを送信し、ここで、送信される消費量データは複数のデータのバケットの形式であり、各バケットは所定の時間期間の消費量データを表し、基地局装置は上記消費量データから所望の消費量データを検索することができる。
【００１８】
さらにもう１つの実施形態では、符号化送信機装置及び送受信機装置の各々は、上記符号化送信機装置又は送受信機装置によって保持されて待ち時間情報の計算に使用される送信計数値を受信して取り入れる。基地局は、タイムスタンプと待ち時間情報との組合せから実際の計器読み取り時間の正確な計算値を決定できるように、実時間のクロックを用いて、各受信された送信のタイムスタンプを生成する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るユーティリティの計量システムは、典型的には複数住居の環境又は高層建築の環境内に配置された複数の水道、電気及びガスの需給計器、例えば最大で１０００個までの需給計器上のデータをモニタリングしかつ保持するように動作する。
【００２０】
Ｉ． システムの構成要素
図１を参照すると、ユーティリティの計量システム２０は、一般に、ガスＰＥＴモジュール２２１と、水道ＰＥＴモジュール２２２と、電気ＰＥＴモジュール２２３とを含む複数の計器のエンドポイント符号化送信機装置（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ ｅｎｃｏｄｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ）又はＰＥＴモジュール２２を備えている。システム２０はさらに、複数の中継器装置２４と、１つ又はそれよりも多くの基地局装置２６と、ヘッドエンドの、ソフトウェアで駆動されるメータ読み取り指示値解析装置２８とを備えている。
【００２１】
Ｉ．Ａ． ＰＥＴモジュール
各ＰＥＴモジュール２２は、好ましくは無線周波数（ＲＦ）の送信専用装置であって、ユーティリティの消費量及び改ざん情報を収集して符号化し、次いで、このデータを、周期的に、例えば１０分乃至１５分毎に、大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散（ＦＨＳＳ）技術を用いてＲＦを介して中継器装置２４又は基地局装置２６へ他の情報と共に送信する。電気ＰＥＴモジュール２２３は、好ましくは標準的なメータのガラスの下に設置され、バッテリーの電源を必要としない。各々ガス及び水道用であるＰＥＴモジュール２２１及び２２２は、好ましくは、長寿命のバッテリにより電力供給される、それ自体で完備した小電力装置である。ここで、ＰＥＴモジュール２２１及び２２２は、電力消費量を最小化してバッテリの寿命を延ばすとともに、ＲＦ帯域における他のユーザとの不必要なＲＦ干渉を最小化するために、非常に低速の“バブルアップ”レートを利用する。ＰＥＴモジュール２２の各々は、製造過程の間にメータの製造業者によって設置されるように、又は既設のメータの中に容易に後付けされるように設計されている。
【００２２】
ＰＥＴモジュール２２は、大電力のスペクトル拡散装置（すなわち、０．５ｍＷを超える電力出力を有する周波数ホッピングスペクトル拡散装置）を管理するＦＣＣのパート１５．２４７の規則に準拠している。ＰＥＴモジュール２２は、９００ＭＨｚの免許を必要としない帯域において、５０ミリ秒を超えない伝送レートにより４０ミリワットの最大ピーク電力レベルで動作する。ＰＥＴモジュール２２は、ＦＣＣのＲＦ放射レベルに準拠させるために、あらゆる人から２０センチメートル（７．９インチ）の距離を保って永久的に取り付けられる必要がある。ＰＥＴモジュール２２は、好ましくはいかなる方法によっても改変可能であってはならず、かつ、ユーザが保守することが可能な部品を一切含まない。
【００２３】
Ｉ．Ｂ． 中継器装置
各中継器装置２４は、ＰＥＴモジュール２２からＲＦを介して水道、電気、ガス及び使用量データを収集し、このデータをＲＦを介して基地局装置２６へ転送する。これは、好ましくは、複数のＰＥＴモジュールからの送信信号を１つのブロックの送信フォーマットにまとめる蓄積転送機能によって達成されるが、単一の蓄積転送（ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｏｒｅ ａｎｄ ｆｏｒｗａｒｄ）のアプローチや、あるいは即時の再送信のアプローチすらも使用可能である。特に、各中継器装置２４は、周囲の複数のＰＥＴモジュール２２からＰＥＴモジュールＲＦ送信信号を受信し、タイムスタンプを付与し、予め決められた時間になると、記憶されたＰＥＴモジュールデータを他の中継器装置２４又は基地局装置２６に転送する。中継器装置２４は、それの収集されたデータを送信するために、一定時刻での動作を基準とした周波数ホッピングスペクトル拡散（ＦＨＳＳ）を利用する。好ましくは、送信は比較的短く、例えば４００ミリ秒未満であり、１回の送信毎に最大で４５個までのＰＥＴモジュールメッセージを伝達する。中継器装置２４はまた、各送信に識別番号を提供する。システムデータベースへの受入れを可能にするために、基地局装置２６には、システム２０内のすべての中継器装置２４の識別番号が入力されている。
【００２４】
中継器装置２４は、大電力のスペクトル拡散装置を管理するＦＣＣのパート１５．２４７の規則に準拠している。中継器装置の送受信機は、９００ＭＨｚの免許を必要としない帯域において、２０秒毎に１回の送信を超えない伝送レートと４００ミリ秒を超えない送信時間とにより、１００ミリワットの最大電力レベルで動作する。中継器装置２４はどのような場所にも取り付け可能であるが、そのアンテナは、ＦＣＣのＲＦ放射レベルに準拠させるために、あらゆる人から２メートル（６．７フィート）の距離を保って永久的に取り付けられる必要がある。中継器装置２４のアンテナ及び同軸ケーブルはいかなる方法によっても改変可能であってはならず、ユーザが保守することが可能な部品を一切含んでいない。
【００２５】
中継器装置２４は、１つの方向に発生する可能性のあるアンテナ干渉を打ち消すために使用される。ＰＥＴモジュール２２のアンテナ信号が障害物によって妨害されれば、受信機はＰＥＴモジュールメッセージを受信することができない。中継器装置２４を使用することは方位角ダイバーシティを提供する。すなわち、障害物によって妨害される信号は、そのアンテナパターンがＰＥＴモジュール２２のアンテナパターンと重複している１つ又はそれよりも多くの他の中継器装置２４によって捕捉されることが可能である。
【００２６】
Ｉ．Ｃ． 基地局装置
各基地局装置２６は、中継器装置２４と同様の構成であるが、基地局装置２６はユーティリティデータをメータ読み取り指示値解析装置２８に送信するための装置を備えている点が異なる。基地局ポイント符号化送受信機遠隔コレクタ（ｂａｓｅ ｐｏｉｎｔ ｅｎｃｏｄｅｒ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ；ＰＥＴＲＣ）装置２６からの送信は、好ましくは、標準型の電話接続（ＰＳＴＮ）３０を介して、もしくは代替としてセルラー接続を介して実行される。各基地ＰＥＴＲＣ装置２６は、好ましくは、電力及び電話回線との相互接続を容易に利用可能な、多数の居住施設の集合体における中央の地点に設けられる。ある好ましい実施形態では、各基地局装置２６は、最大で１０００個までのＰＥＴモジュール２２上のデータをモニタリングし、保持することができる。ＰＥＴモジュール２２及び／又は中継器装置２４からのデータは、ＰＥＴモジュール２２及び中継器装置２４のコストを最小化しながら各基地局装置２６の到達範囲を最大化する、周波数ホッピングスペクトル拡散（ＦＨＳＳ）の大電力ＲＦ技術を用いて収集される。
【００２７】
Ｉ．Ｄ． メータ読み取り指示値解析装置
メータ読み取り指示値解析装置２８は、好ましくは基地局装置２６によりＰＳＴＮ又はセルラー電話機を介して送信された、使用量データを処理するように動作する。必要なだけの有効なメータ読み取りの到達範囲を提供するために、例えば大都市エリアには、多数の基地局装置２６を配備可能であるということは理解されるであろう。メータ読み取り指示値解析装置２８は好ましくは標準型のＰＣを備え、それによって、これは、基地局装置２６から受信されたデータを処理できる上に、ユーザが重要な情報を抽出して報告することを可能にする対話型のグラフィカルユーザインタフェースも提供する。メータ読み取り指示値解析装置によって実行されるソフトウェアは、好ましくはアイトロン（Ｉｔｒｏｎ）のＭＶ−ＲＳメータ読み取りソフトウェアである。
【００２８】
システム２０の構成要素の導入及び取付けに関するさらなる詳細は、ここに参照用として含まれている、２００１年２月２０日付けのアイトロンの“ＰＥＴＮＥＴサブ計量システムに使用されるＰＥＴＲＣ及びＰＥＴ中継器装置のための導入ガイド（Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ＰＥＴＲＣ ａｎｄ ＰＥＴ Ｒｅｐｅａｔｅｒ Ｕｎｉｔｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＰＥＴＮＥＴ Ｓｕｂｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）”に記述されている。
【００２９】
ＩＩ． システムの動作
ＩＩ．Ａ． ＰＥＴモジュール−ハードウェアの詳細
ＰＥＴモジュール２２は、９０２乃至９２８ＭＨｚの周波数帯で動作する、完全なシンセサイザを備えたＦＭ送信機（ｆｕｌｌｙ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ＦＭ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）である。ＰＥＴモジュール２２は、ＦＣＣのパート１５．４２７の規則に準拠して、２５個のチャンネルを利用可能な周波数ホッパとして動作する。ＰＥＴモジュール２２のＲＦ公称出力電力は、＋／−７５ＫＨｚの変調及び５０ミリ秒のメッセージ送信時間のときに、＋１５ｄＢｍである。ＰＥＴモジュール２２はアンテナを含み、完全にそれ自体で完備しており、ユーザが保守することが可能な部品を一切もたない。ＰＥＴモジュールは、非同期モードにおいて、１０乃至１５分のメッセージ送信レートで、最も好ましくは１０分のメッセージ送信レートで動作し、５年の推定バッテリ寿命を提供する。ＰＥＴモジュール２２は擬似ランダムの周波数及び時間で送信し、２５個のランダム周波数のすべてを順序付けする能力を有するとともに、好ましくは２５個の捕捉チャンネルのうちの６個のチャンネルのみ、すなわち３個のより低い捕捉チャンネル及び３個のより高い捕捉チャンネルのみを利用し、ＰＥＴモジュールはこれらの６個のチャンネルを用いてローテーションを実行する。しかしながら、２５個のチャンネルのうちのいずれが捕捉チャンネルとみなされてもよく、これは基地局装置２６の構成に依存する。
【００３０】
図２には、ＰＥＴモジュール２２の送信機の主要な構成要素を表すブロック図が示されている。図示されたように、ＰＥＴモジュール２２は、ＲＦサブシステム３０をディジタルサブシステム３２と組み合わせて利用している。ＲＦサブシステム３０は電圧制御発振器（ＶＣＯ）３４を含み、これの後段にピン（ｐｉｎ）ダイオード減衰器（ＲＦスイッチとしても知られている）３６が続いて接続されている。ＲＦスイッチ３６の後段にはＲＦ電力増幅器３８が続いて接続され、ＲＦ電力スイッチ３６の後段には、高調波抑圧のための低域通過フィルタ４０が続いて接続されている。低域通過フィルタ４０の後段には、４分の１波長ダイポールアンテナ４２が続いて接続されている。周波数シンセサイザ４４はＶＣＯ３４を適正なチャンネルに同調させかつこのチャンネルを可変な負荷の条件下で保持するために設けられて動作させられる。
【００３１】
ＲＦスイッチ３６は、好ましくは、遮断型の反射スイッチ（ｓｈｕｔ ｔｙｐｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ）として使用される２つのＰＩＮダイオードで構成される。ＰＩＮダイオードは、好ましくは、ＲＦの場合には、接地に対するこれらの組み合わされた“オン”インピーダンスを低減させるために並列になり、直流の場合には、これらを動作させるために必要な電流を低減させるために直列になる。ＲＦスイッチ３６は、それがオンとオフになるレートを制御するために、低域通過フィルタによって駆動されるエミッタフォロワによって制御される。
【００３２】
低域通過フィルタ４０は、好ましくは、高調波放射を低減させるために使用される５次の低域通過フィルタである。その好ましい構成において、低域通過フィルタ４０はインダクタの代わりに伝送線路を利用し、かつキャパシタの低い自己共振周波数のために、フィルタの３つのノードの各々で２つのキャパシタを利用する。この自己共振は２次高調波に近い遮断帯域において発生し、実際に、これは、自己共振の発生の仕方が異なる場合よりもフィルタ性能を向上させることを援助する。結果的に得られるフィルタは、比較的狭い通過帯域応答を有し、かつ約１ｄＢの挿入損失を有する。
【００３３】
ディジタルサブシステム３２は、２つのマイクロプロセッサ、すなわち（１）主プロセッサ４６と、（２）通信（ＣＯＭＭ）プロセッサ４８とを含んでいる。主プロセッサ４６は連続的に動作するが、電力を節約するために３２ＫＨｚ発振器５０を利用して低速で動作する。主プロセッサ４６は、製造中にＰＥＴモジュール２２のシリアル番号及びホップシーケンスを用いてプログラミングされる。主プロセッサ４６は、ホップシーケンスにおける位置を保持すること、センサデータを蓄積すること、送信機の電源充電回路５２（以下に説明される）の動作、ＰＥＴモジュールのバッテリ５４の状態をモニタリングすること、及び、ＰＥＴモジュールメッセージの送信時刻において、送信されるべきメッセージ及び使用されるべき周波数をＣＯＭＭプロセッサ４８に供給することを含む、ＰＥＴモジュール２２内におけるシステム全体のタイミング及び監視への責務を有している。主プロセッサ４６には、好ましくは、ＰＥＴモジュール２２の製造及び設置を補助する様々なテストモードが付加的に提供される。
【００３４】
例えば、ＰＥＴモジュール２２を設置する際には、新しいＰＥＴモジュール２２は、それが、基地局装置２６への送信を行うための６個の捕捉チャンネルを発見するまで、２５個すべての捕捉チャンネルにわたるローテーションを実行する。ＰＥＴモジュール２２の通常の動作の間には、こうしたチャンネルのローテーションは、標準的な確立された送信パターンを利用して４時間以上かけて行われるが、しかしながら、設置時には、ＰＥＴモジュールは好ましくは高速モードで動作し、この高速モードにおいて、ＰＥＴモジュール２２は約１０秒毎に１個のレートで２５個の捕捉チャンネルのすべてに対するローテーションを最大で４０分かけて行う。こうした高速モードにより、ＰＥＴモジュール２２の設置者は、かなり短い時間期間のうちに設置及び動作を検証することができる。
【００３５】
ＣＯＭＭプロセッサ４８は、ＲＦサブシステム３０が使用されているときにのみ動作し、水晶発振器５６によって供給される４ＭＨｚのクロックレートを利用する。ＣＯＭＭプロセッサ４８は、主プロセッサ４６から、送信されるべきＰＥＴモジュールメッセージと、メッセージを送信するためのチャンネルとを受信する。ＣＯＭＭプロセッサ４８は、当該メッセージに関する３２ビットの巡回冗長符号（ＣＲＣ）を計算し、かつ低域通過フィルタ５６及び変調調整回路５８を介してＶＣＯ３４をモニタリングすることによって周波数シンセサイザ４４を適切な周波数に設定するように動作する。それに加えて、ＣＯＭＭプロセッサ４８は、帯域外のスプリアスを最小化するために、制御された方法でオンする際の出力電力をその最大値にまで増大させるように動作する。主プロセッサ４６の場合と同様に、ＣＯＭＭプロセッサ４８には、好ましくはＰＥＴモジュール２２の製造及び設置を補助する様々なテストモードが提供される。
【００３６】
代替として、主プロセッサ４６及びＣＯＭＭプロセッサ４８は、テキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から利用可能なもののような、単一の高低２速式プロセッサ（ｓｉｎｇｌｅ ｄｕａｌ−ｓｐｅｅｄ ｈｉ−ｌｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）として組み合わされることも可能である。
【００３７】
ディジタルサブシステム３２はさらに、主プロセッサ４６による高速のサンプリングを必要とすることなく短い継続時間のパルスを捕捉するための、バウンスの除去（ｄｅｂｏｕｎｃｅ）及び２で除算する（ｄｉｖｉｄｅ−ｂｙ−ｔｗｏ）回路のようなメータ入力調整回路６０、すなわちセンサインタフェース回路を含んでいる。しかしながら、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、例えばレジスタ型センサである他の多くのタイプのセンサインタフェース回路が適宜に、もしくは所望により使用されてもよい。
【００３８】
図２において電源制御と記されたブロック５２で表示されている送信機の電源充電回路は、ＰＥＴモジュールメッセージの送信中に、安定化された５ボルトを最大で２００ミリアンペアまで供給することができるが、現時点でのＰＥＴモジュールの設計は５０ミリアンペアのみを必要としている。送信機の電源充電回路のための公称の充電電流は、充電サイクルにおいて３ミリアンペアの電流と１ミリアンペア未満の電流との間で変化する。送信機の電源充電回路はチャージポンプを使用して、４７００マイクロファラドのような大容量（ｌａｒｇｅ ｖａｌｕｅ）キャパシタを約６ボルトにまでゆっくりと充電する。電力増幅器３８は、ＰＥＴモジュールメッセージの送信中にこのキャパシタを放電するので、ＰＥＴモジュール２２はバッテリの放電を抑えながら大電力の送信機を有することができる。
【００３９】
上述のＰＥＴモジュール送信機２２は、好ましくは、両面ＰＣ基板の設計を使用して製造される。両面の設計は、多層基板の設計よりも困難であるが製造コストを大幅に低減する。両面の設計に関して設計上で考慮すべき問題は、ＲＦ部における接地面を通過するトレースを残さないことを含むが、これは、信頼性及び反復性が高いＲＦ性能にとっては決定的な特徴である。さらに設計上で考慮すべき問題は、ＲＦ性能をさらに改善するために基板の接地面の側上でトレースの総数を制限することと、インダクタンスを減少させるために、接地面へのＲＦ接続に直径の大きい穴を利用することとを含む。
【００４０】
ＩＩ．Ｂ． ＰＥＴモジュールの動作
動作中、主プロセッサ４６は、時間と、需給計器からのセンサ計数値と、需給計器からの改ざん計数値とを連続的に追跡し続ける。ＰＥＴモジュールメッセージを送信する時刻の３０秒前になると、主プロセッサ４６は、チャージポンプキャパシタが完全に充電されているという指示を主プロセッサ４６がチャージポンプから受信するまで、送信機の電源充電回路５２のチャージポンプに１ＫＨｚのパルスを供給する。主プロセッサ４６が、送信時刻までに完全に充電されたという信号を受信しなければ、主プロセッサ４６内でバッテリ電力低下フラグが設定される。
【００４１】
送信時刻において、キャパシタが完全に充電されたという指示を受信していれば、主プロセッサ４６は、ＣＯＭＭプロセッサ４８をオンにしてかつＣＯＭＭプロセッサ４８からの応答を待機することによって、ＰＥＴモジュール送信機の“バブルアップ”アーキテクチャの動作を開始する。応答が戻されなければ、主プロセッサ４６はＣＯＭＭプロセッサ４８をオフにする。ＰＥＴモジュールメッセージデータと周波数送信データとに関する要求の形式で到来するＣＯＭＭプロセッサ４８からの応答を受信すると、主プロセッサ４６はその要求に応答する。ＣＯＭＭプロセッサ４８は、要求したデータを受信すると、プロセッサ間のチェックサムを検査してそのメッセージ送信動作を継続すべきか否かを決定する。
【００４２】
図３には、主プロセッサ４６からＣＯＭＭプロセッサ４８への、チェックサムを含むＰＥＴモジュールメッセージビット列の図が示されている。図示されたように、メッセージビット列は、４個のゼロビットと、ドットパターン（ｄｏｔｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）のバイト数を表示する４ビットとで構成されるフィールド６４を含んでいる。メッセージビット列はさらに、後続するバイト数を表示する８ビットを供給するフィールド６６を含んでいる。メッセージビット列は、続いてチェックサムの計算を含むバイトを供給し、これらがフィールド６８乃至８０を構成する。フィールド６８は８ビットのホップ計数値を供給し、フィールド７０はフラグ及び改ざんビットの変化を表示する８ビット送信を供給し、フィールド７２はＰＥＴモジュール２２のハードウェアのタイプに関する８ビット表示を供給し、フィールド７４は、ＰＥＴモジュール２２が接続されている需給計器のレジスタ２の消費量パルス計数値を表示する３２ビット送信を供給し、フィールド７６は、ＰＥＴモジュール２２が接続されている需給計器のレジスタ１の消費量パルス計数値を表示する３２ビット送信を供給し、フィールド７８はＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号を供給する３２ビット送信を供給し、フィールド８０はＰＥＴモジュール２２によって送信されているメッセージのタイプに関する８ビット送信を供給する。メッセージビット列の最後のフィールド８２は、２の補数のチェックサムに関する８ビット送信を含んでいる。各フィールドでは、最下位バイト（ＬＳＢ）が最初にＣＯＭＭプロセッサ４８に送信され、最上位バイト（ＭＳＢ）が最後にＣＯＭＭプロセッサ４８に送信されるということを注意する。
【００４３】
チェックサム毎にＣＯＭＭプロセッサ４８が継続すべきであると決定すれば、ＣＯＭＭプロセッサ４８は送信機の順序づけられたターンオン、又は“バブルアップ”動作を実行し、帯域外のスプリアスの発生を防止する。ターンオンとメッセージの送信とターンオフのシーケンスは約４０ミリ秒で行われる。ターンオンのシーケンスは、好ましくは下記のように発生する。
【００４４】
１．ＶＣＯ３４と電力増幅器３８との間のＲＦスイッチ３６がオフされ、これにより電力増幅器３８へのＲＦが約１０ｄＢほど減衰される。（注意：ＲＦスイッチ３６は、これが“オフ”状態にある間に直流電流を流し、それが“オン”状態にある間は電流を流さない。）
２．シンセサイザ４４の周波数が設定される。
３．ＲＦスイッチ３６がＲＦのターンオフを完了させるための遅延が提供される。
４．ＶＣＯ３４がオンにされる。ＶＣＯ３４はゆっくりとオンになる。シンセサイザ４４は、ＶＣＯ３４がその通常の動作電力より１０ｄＢ乃至２０ｄＢだけ小さいときはロックされ、これにより、シンセサイザ４４がロックされている間には、ロックされていなければ発生するはずの帯域外のスプリアスが大幅に低減される。ＶＣＯ３４は、好ましくは、その周波数がその電力レベルの変化ほど大きくは変化しないように設計される。
５．シンセサイザ４４が安定しかつＶＣＯ３４がフルパワーに到達するための遅延が提供される。
６．電力増幅器３８が速い動作でオンにされる。
７．ＲＦスイッチ３６がオンされる。これは、シンセサイザ４４のロックを外し、帯域外のスプリアスを発生させるノッキングを防止するようにゆっくりとオンされる。
８．３２ビットＣＲＣがＣＯＭＭプロセッサ４８によって計算される。
９．ＲＦスイッチ３６にＲＦを完全にオンさせることを可能にし、かつ基地局装置の送受信機が周波数ロックを捕捉するためのフルパワーの変調されていない搬送波を供給することを可能にする遅延が提供される。
１０．ＰＥＴモジュールメッセージが送信される。
【００４５】
上述の“バブルアップ”動作を使用することは、同一チャンネル帯域干渉をほとんど発生しない送信機を提供するだけでなく、（６００秒乃至９００秒、すなわち１０分乃至１５分に一度の送信を仮定して）バッテリ交換なしで５年にわたる寿命を有するＰＥＴモジュール送信機を提供する。
【００４６】
ＰＥＴモジュールメッセージの送信に続いて、ＰＥＴモジュール送信機は、好ましくは、帯域外のスプリアスの発生を防止するために所定のシーケンスでオフにされる。このシーケンスは、好ましくは下記の通りである。
【００４７】
１．ＲＦスイッチ３６は、シンセサイザ４４のロックを外すノッキングを防止するように、ゆっくりとＲＦをオフする。
２．ＲＦスイッチ３６を最大減衰に到達させるための遅延が提供される。
３．電力増幅器３８がオフにされる。
４．電力増幅器のターンオフを完了させるための遅延が提供される。
５．ＶＣＯ３４がオフにされる。
６．電流を節約するためにＲＦスイッチ３６がオンされる（ＲＦスイッチがＲＦ信号を減衰するとき、ＲＦスイッチには電流が流れる）。
７．ＣＯＭＭプロセッサ４８から主プロセッサ４６へ、ＰＥＴモジュールメッセージの送信が完了したことを通知し、かつＣＯＭＭプロセッサ４８の電源をオフにさせるメッセージが送信される。
８．次いでＣＯＭＭプロセッサ４８は、電流を節約するためにスリープモードに入る。
【００４８】
ＰＥＴモジュール２２による周波数変調の使用は多数の利益をもたらし、例えば、正確に制御可能でありかつ±１００ＰＰＭの搬送波の安定性のための、周波数合成された送信周波数をもたらす。さらに、周波数変調の使用は、マイクロ波ＶＣＯの精度及び安定性に関する本質的な必要条件が自走式の設計に比べて格段に軽減されるので、ＰＥＴモジュール２２の簡単化された製造過程を可能にする。それに加えて、周波数変調の使用は、例えば３６０ＫＨｚであるより狭い受信機の帯域幅の使用を可能にして結果的に改善された感度をもたらし、かつ、各捕捉チャンネルの位置が正確に知られているという理由から、より高速でより信頼性の高いホップ同期化処理を可能にし、このことは、基地局装置受信機の信号処理の必要条件を、シンセサイザを含まないアーキテクチャを用いたＦＣＣのパート１５．２４９の設計が使用された場合の必要条件よりも遙かに簡単化する。
【００４９】
上述されたように、ＰＥＴモジュール送信機の公称出力電力は、より狭い帯域幅の受信機（−１１０ｄＢＭ）で＋１５ｄＢｍである。ＦＣＣのパート１５．２４９によって制限された電力の範囲において動作する既存のアイトロン ＥＲＴ（登録商標）（−１０５ｄＢＭのより広い帯域幅の受信機で−６ｄＢＭ）に比べると、本発明は、“利用可能な”電力を、アイトロン ＥＲＴ（登録商標）に対して最大で４００倍まで提供する。有効電力のこの増大分は、従来の許容し難いほどのリンクマージンの不良と、Ｒ−４の伝搬定数とを改善するために使用される。ＰＥＴモジュール２２送信機の送信範囲は、アイトロン ＥＲＴ（登録商標）又はＦＣＣのパート１５．２４９に準拠して動作する他の任意のより小さい電力の装置に比べると、最大で約６倍までのファクタで増大する。これにより、必要な中間の到達範囲ゾーン（基地局装置２６の中継器装置２４の場所によって生成される到達範囲ゾーン）の個数は、５倍乃至２５倍の間のファクタで減少する（到達範囲は伝送半径の増加分の２乗で増大する）。こうして、ＰＥＴモジュール２２送信機の到達範囲は増大するので、必要な中間の到達範囲ゾーンの個数は減少する。送受信機の単価と、需給計器読み取りシステムの有効な到達範囲を提供するために必要な送受信機の個数とを共に低減させることにより、本発明に係るシステム２０の総コストは、アイトロン ＥＲＴ（登録商標）モジュールのような従来の符号化送信機技術を用いて実装された需給計器読み取りシステムの総コストより遙かに低い。
【００５０】
ＰＥＴモジュール２２送信機は、好ましくは複数のメッセージのタイプをサポートし、単にメッセージのタイプフィールドを変更するだけでまったく異なるメッセージ構造の使用を可能にする。ドットパターンは好ましくはメッセージに先行し、受信機及び符号化器の性能の向上を促進する。図４乃至図９は、様々なメッセージのタイプを含むビット列の図を示している。図４はタイプ“１０”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図５はタイプ“１１”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図６はタイプ“１２”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図７はタイプ“１３”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図８はタイプ“１４”（１０進法）のメッセージタイプであり、図９はタイプ“１７”（１０進法）のメッセージのタイプである。利用されるメッセージのタイプは、何のデータが使用され、かつ、データを送信するために何のホップシーケンスが使用されるかを決定する。
【００５１】
例えば、図４のタイプ“１０”のメッセージは、第１の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１の消費量パルス計数値を送信する。タイプ“１０”のメッセージは、ドットパターンフィールド８６と、４ビットのメッセージのプリアンブルフィールド８８と、８ビットのメッセージ長フィールド９０と、８ビットの、１の補数のメッセージ長フィールド９２と、メッセージ９４とを含んでいる。メッセージ９４は、８ビットのメッセージのタイプフィールド９６と、可変長のメッセージ本文フィールド９８と、１６又は３２ビットのＣＲＣ１０８とを含んでいる。メッセージ本文フィールド９８は、好ましくは、フィールド１００に３２ビットのＰＥＴモジュール識別／シリアル番号を含み、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１に関する３２ビットの消費量パルス計数値１０２と、ＰＥＴモジュールハードウェアのタイプを表示するハードウェアフィールド１０４と、フラグ及び改ざんビットのための８ビットのフィールド１０６とを含んでいる。
【００５２】
タイプ“１１”のメッセージは、図５に示されたように、第１の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１の消費量パルス計数値を送信し、それに加えて９個のバケットの“デルタ”消費量データを送信する。送信される９個のバケットは５分間のレジスタデータを表し、バケット“０”は５分の経過時間を有し、最初に送信され、バケット“８”は４５分の経過時間を有し、最後に送信される。バケットの使用により、基地局装置２６の受信機は、実際に基地局装置２６がＰＥＴモジュールのメッセージ送信を受信する時刻に関わらず、所望の時点に戻って消費量データを再構成することができる。このメッセージ構造におけるフィールドは、タイプ“１０”のメッセージの場合と同様であるが、メッセージ本文フィールド９８に９個のバケットを含む９バイトが追加されている。
【００５３】
タイプ“１２”のメッセージは、図６に示されたように、第２の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１及び２の消費量パルス計数値を送信する。このメッセージ構造におけるフィールドはタイプ“１０”のメッセージの場合と同様であるが、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ２内の消費量データのために、第２の３２ビット消費量パルス計数値フィールド１０２が追加されている。
【００５４】
タイプ“１３”のメッセージは、図７に示されたように、以前に送信されたメッセージを再送信する中継器メッセージのタイプである。このメッセージ構造におけるフィールドはタイプ“１０”のメッセージの場合と同様であるが、メッセージ本文フィールド９８がメッセージのタイプフィールド９６を取り入れるとともに、８ビットのルートフィールド１１２と、８ビットのグループフィールド１１４と、８ビットのサブグループフィールド１１６と、フィールド１１８内の、以前に送信された元のメッセージデータとを取り入れている点が相違している。ルート、グループ及びサブグループのコーディングの使用は、システム間のクロストークの最小化を可能にし、システム内では、重複する到達範囲エリアにおける冗長なデータを最小化し、これにより、到達範囲及びチャンネルの効率が改善される。フィールド１１８内の元のメッセージデータは、元のＣＲＣ１０８までを含むが元のＣＲＣ１０８は含まない、元のメッセージのタイプを含んでいる。
【００５５】
タイプ“１４”のメッセージは、図８に示されたように、メッセージ構造において上述のタイプ“１２”のメッセージの場合と同じである。しかしながら、タイプ“１４”のメッセージは、第１の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルとは異なる、第２の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って送信される。衝突をさらに最小化するためには、ＰＥＴモジュールの中に多数のホップテーブルをプログラミングすることが可能であり、これによりＲＦチャンネルの利用率及び効率はさらに向上する。
【００５６】
タイプ“１７”のメッセージは、図９に示されたように大きなブロックのモードのメッセージのタイプであり、ここでは、最大で４５個までのＰＥＴモジュールメッセージが単一の大きなブロックで送信可能である。メッセージ構造の開始部は、フィールド８６、８８、９０及び９２を含むとともに、メッセージのタイプフィールド９６を含む、上述の構成と同様である。メッセージ長は、好ましくは、ＣＲＣで保護されたメッセージの全体を復号化する前に、適正なメッセージを復号化する精度を改善するために２度反復される（オリジナルと補数）。メッセージの初期にこのテストを利用することにより、長い誤ったメッセージ長は大幅に最小化され、新規なメッセージの効率的な復号復元が達成される。発信元は、好ましくは装置の送信に係るローカルなシリアル番号である。宛先は最初はゼロに設定され、受信機の復号化回路内で、受信機は発信元、宛先を有効化する（イネーブルにする）ように選択的に構成されてもよい。第１及び第２のペイロードはブロック識別子である。第１のペイロードはデフォルトで１に設定され、第２のペイロードはそのブロックに含まれるＰＥＴ送信の個数に設定される。次のパケット間隔は、好ましくは、次の送信までの期間に後続する時間を識別する。この間隔情報は、中継器と基地局との間のブロック送信の選択的な調整を可能にして、性能を最適化する。送信カウンタは、各再送信と元の読み取りとの間の待ち時間を決定できるように、再送信の待ち時間を計算するために使用される。好ましくは、その装置の送信計数値は、ネットワーク中での各再送信のステップにおいて付加される。ヘッドエンドでは、この情報は、待ち時間情報が添付された実時間のクロックを用いて、正確にタイムスタンプが付与され、実際のメータ読み取り時刻の正確な計算を可能にする。
【００５７】
上記説明は好ましいメッセージ及び最も頻繁に使用されているメッセージの構造を提示しているが、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく他のメッセージのタイプを使用してもよいということは注意される必要がある
【００５８】
ＩＩ．Ｃ． 中継器装置及び基地局装置−ハードウェアの詳細
図１０は、基地局装置２６のロジックボード、及び同様に中継器装置２４のロジックボードを構成する主要な構成要素のブロック図を示している。図示されたように、基地局装置２６は、一般に、主コントローラ１３０と、符号化器１３２と、復号化器１３４と、送受信機１３６とを備えている。主コントローラ１３０は、ＲＳ−２３２通信回線１３８を介してユーザプログラミングのためのコンソール（操作卓）に接続可能である。さらに、主コントローラ１３０は、好ましくは３つの異なるメモリ、すなわちＥＥＰＲＯＭ１４０とＲＡＭ１４２とＲＯＭ１４４とによってサポートされる。主コントローラ１３０は、一般に、基地局装置２６のアプリケーション及び診断ソフトウェアを実行するとともに、あらゆる外部のユーザインタフェースを処理する。主コントローラ１３０はまたロジックボード上のより低いレベルのプロセッサの動作を制御し、これらのプロセッサは次いで基地局装置の送受信機１３６を制御する。
【００５９】
符号化器１３２は、一般に、送受信機１３６のＲＦボードとの低レベルのインタフェースを処理する。符号化器１３２は、一般に、送受信機１３６のＲＦボード上のシンセサイザとの通信に対する責務を有するとともに、ＲＦボード上のラコン（ＲＡＫＯＮ）を制御する。復号化器１３４は、一般に、送受信機１３６から未処理のデータを取得し、有効なメッセージのプリアンブルを復号化するように試み、次いで、主コントローラ１３０に転送するためにシフトレジスタのマイクロチップ１４６を用いることによってそのメッセージをバッファリングするように動作する。基地局装置２６に対する直流入力１４８及び交流入力１５０は、必要に応じて電源レギュレータ１５２により調整される。
【００６０】
主コントローラ１３０は、好ましくはダラス（Ｄａｌｌａｓ）の８０Ｃ３２０であり、単一の通信プロトコルを用いて、好ましくはＰＩＣ １６Ｃ７７である符号化器１３２と、復号化器１３４との両方と通信する。主コントローラ１３０の動作パラメータ用として利用される４個の構成メモリ領域が存在する。基地局装置２６のデフォルトの構成は、主コントローラ１３０のためのプログラムコードの一部としてＲＯＭ１４４の中に記憶され、新たな基地局装置２６を初期設定するための開始点を提供する。残りの３個の領域はＥＥＰＲＯＭ１４０に存在し、基地局装置２６の設置過程の間に変化することを許容している。特に、残りの３個の構成メモリ領域は、主コントローラ１３０に基本的な構成パラメータを供給する基本的構成テーブルと、構成パラメータのバックアップコピーを供給して、基本的構成テーブルが“不良”と見なされた場合に利用されるバックアップ構成テーブルと、基地局装置２６の診断モードの動作を完了させるための設定値を使用してプログラミングされている工場設定領域とを含んでいる。
【００６１】
符号化器１３２は送受信機１３６の動作を制御し、かつ、シンセサイザをロードすること、様々な電力レベルを設定すること、送信動作と受信動作間で切り換ること、及び、送信されたデータストリームを、マンチェスター符号で符号化されたデータへ変換することのような、低レベルの動作（アクティビティ）を実行する。
【００６２】
復号化器１３４は、好ましくはプログラム可能なロジックとマイクロコントローラとの組み合せによって実装される。図１１には復号化器１３４のブロック図が示され、復号化器１３４の３つの主要部分が示されている。復号化器１３４の３つの主要部分は、ラティス（Ｌａｔｔｉｃｅ）のＩＳＰ１０１６プログラマブル・ロジックデバイス１５６と、好ましくは２６２Ｋｈｚでクロックされた１０２４ビット遅延線を利用するＰＩＣ１６Ｃ６２２マイクロコントローラであるシフトレジスタのマイクロチップ１４６と、統合化されたアナログ・ディジタル変換器を備えた、ＥＰＲＯＭに基づくマイクロコントローラであるＰＩＣ１６Ｃ７４Ａマイクロコントローラ１５８とを含んでいる。
【００６３】
デバイス１５６の入力には、雑音のある未処理の無線データが印加される。信号は１９．６６０８ＭＨｚのクロック１６０に同期化され、ディジタル積分器１６２を通過するように供給されてすべての高い周波数の雑音がろ波される。ろ波されたこの信号は、遅延シフトレジスタのマイクロチップ１４６を介して送られる。シフトレジスタの後段で、この時点で遅延されているデータ信号はデバイス１５６において再び同期化される。存在する２つのデータストリーム、すなわちろ波されたデータ信号と遅延されたデータ信号とは、マイクロコントローラ１５８内の位相ロックループ（ＰＬＬ）がどちらかのデータ信号にロックすることができるように、デバイス１５６内のステアリング（操向）ロジック１６４によって選択されることが可能である。遅延されたデータは常にデータ積分器１６２に接続されているということを注意する。データ積分器１６２は、遅延されたデータを１６×のクロックレートでサンプリングし、マイクロコントローラ１５８によるサンプリングのために各データビットをろ波する。デバイス１５６内では、ディジタルの、再トリガーしないワンショットが生成され、ＰＬＬアルゴリズムのために雑音のある未処理のクロックが供給される。マイクロコントローラ１５８は、データストリームの同期化のためにＰＬＬを供給し、送信されたデータビットをアセンブルしてデータパケットにする。ディジタルＰＬＬは、＋／−２％の周波数ロック範囲を有している。マイクロコントローラ１５８内のプログラム可能なカウンタは、クロックレベル入力の各エッジをサンプリングするために使用される。エッジ間（位相）の時間はマイクロコントローラ１５８によってモニタリングされ、マイクロコントローラ１５８によって生成される出力の再構成されたＰＬＬクロックは、データストリームをサンプリングするために使用される最終的なＰＬＬクロックを供給するように適宜調整される。
【００６４】
送受信機１３６は、ＰＥＴモジュール２２を追跡するための自動周波数制御装置（ＡＦＣ）を有するＦＭ受信機と、集線装置間の転送を利用するＦＭ送信機とを含んでいる。ＦＭ受信機は、好ましくは、高いＩＦ（中間周波数）において約１．３ＭＨｚのＩＦ帯域幅を有し、低いＩＦにおいて３６０ＫＨｚの帯域幅を有し、かつ２０ＫＨｚの検波後の帯域幅を有するデュアルコンバージョン型のスーパーヘテロダインＦＭ受信機である。本受信機は、シンセサイザを備えたステッピング局部発振器（ＬＯ）を用いることによって９０２乃至９２８ＭＨｚの帯域を走査し、中間の１１０．６ＭＨｚの高いＩＦを生成する。１１０．６ＭＨｚのＩＦは緩衝増幅され、９９．９の第２のＬＯと接続された第２のミキサに印加されて１０．７ＭＨｚの第２のＩＦ周波数にダウンコンバートされる。３６０ＫＨｚのＩＦの最小の帯域幅は、ＰＥＴモジュール２２及び中継器装置２４の送信機の２０ｄＢの占有された帯域幅と整合するとともに、周波数の安定性と、構成要素の変化と、基地局装置２６、中継器装置２４及びＰＥＴモジュール２２の経年変化とに対して付加的な許容度を提供する必要がある。ＦＭ信号は直角位相検波器で復調されてデータスライサに印加され、ハード制限された５ボルトの１６キロビットの毎秒のデータが生成される。データは、基地局装置２６又は中継器装置２４のロジックボードに転送され、さらに処理される。
【００６５】
図１２は、送受信機１３６の詳細なブロック図である。図１４には、送受信機１３６を実装するＲＦ回路基板１３８の好ましい一実施形態を表す、対応する図が示されている。ＲＦ基板１３８は、好ましくは、図１５に示されたようにクラムシェル１４０内に封入されている。クラムシェル１４０は、ＲＦ基板１３８上の様々な回路間を遮蔽し絶縁するために使用される、内部に画成された複数のパーティション１４２を有している。パーティション１４２はＲＦ基板１３８上の対応する接地構造体１４４と組み合わされて結合され、クラムシェル１４０と結合するとＲＦ基板１３８の回路の様々な部分を互いに絶縁する。仕切られた区画間のクロストークを除去するため、フィードスルー（貫通接続）が多く使用されている。
【００６６】
ＩＩ．Ｃ．１ 送受信機のハードウェア−９００ＭＨｚ受信機
９００ＭＨｚ受信機の雑音指数は、主として、フィルタ３０１と増幅器回路２０２及び２０３とで構成されるフロントエンド構成要素によって確立される。ＲＦフィルタ３０１は、１ｄＢ未満の挿入損失を有する帯域通過フィルタである。ＬＮＡ増幅器２０２は、約１．２ｄＢの雑音指数を有する。増幅器２０３は、広帯域信号の利得を増大（ブースト）させる働きをし、これがフィルタ２０４に供給される。フィルタ２０４は、９１５ＭＨｚを中心とする２５ＭＨｚの通過帯域を有する３極セラミックフィルタである。それに加えて、増幅器２０２は、受動的なミキサ２０５がもたらす雑音をマスキングするのに十分な利得を提供する。挿入損失と雑音指数との合計は約２ｄＢであり、付加的な１０分の数ｄＢの雑音指数が下流側の受信機の損失及び雑音指数によってもたらされる。目標は、３ｄＢ未満のシステム雑音指数を達成すると同時に、高い入力ＩＰ３性能を達成することにある。受信機の優れた入力ダイナミックレンジと優れた雑音指数とは、通常は相反する目標であるので、雑音指数とＩＰ３との間の幾分かのトレードオフが予想されることになる。増幅器２０２は約１２ｄＢの利得を有し、増幅器２０３は１２ｄＢの利得を有するため、これらのステージは共に、システムのＩＰ３の必要条件を満たすのに十分な出力ＩＰ３の数値を有している。
【００６７】
ミキサ２０５は、＋１８ｄＢｍの入力ＩＰ３と約９ｄＢの変換損失を有する、受動的な二重平衡型のダイオードミキサである。ダイナミックレンジが高いので、＋１７ｄＢｍの中電力ＬＯ駆動レベルが必要であり、これは電力増幅器２５３によって供給される。この増幅器はまた、送信機のためにＰＡ機能も提供する。シンセサイザを備えたステッピングＶＣＯ２５０は、約７９０ＭＨｚから８１６ＭＨｚまでで動作する。これは、基準発振器に対して位相ロックされ、温度に対する周波数安定性を保持するために温度補償が行われる。ＶＣＯ２５０の同調電圧は、ロジックボードからの信号によって制御されるシンセサイザから導出される。現時点では、装置が動作しているチャンネル数は２５個であり、表１にこれが示されている。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１において太字で示されているチャンネルは、ローテーションの使用に基づいて走査される複数の捕捉チャンネルとして識別されたチャンネルである。好ましくは、３個のより高い周波数チャンネルと３個のより低い周波数チャンネルにてなる６個の捕捉チャンネルのみが存在する。捕捉チャンネルは、既存のアイトロン ＥＲＴ（登録商標）技術により本発明の場合の捕捉チャンネルとして使用される中心周波数の使用を回避することによって、このアイトロン ＥＲＴ（登録商標）技術との後方互換性を可能にするように、送信スペクトルの上端及び下端において選択される。好ましくは、２つ又はそれよりも多くのシステム間に干渉を生じることなく同じ到達範囲にわたって複数の需給計器読み取りシステム２０を配備できるようにするために、交替可能な２つ又はそれよりも多くの捕捉チャンネルのセットが存在する。送受信機１３６は、複数の捕捉チャンネルを使用してプログラミングされる。
【００７０】
増幅器２０６は約１４ｄＢの利得を有し、ＳＡＷフィルタ３０３に先行して１１０．６ＭＨｚのＩＦ信号をバッファリングする働きをする。増幅器２０６は、システムのダイナミックレンジの必要条件を保持する＋３０ｄＢｍの出力ＩＰ３を有している。フィルタ３０３は、イメージ周波数を低減するための、９００ＭＨｚ受信機中の帯域制限装置であって、入力熱雑音のフロア値と、到来するＰＥＴ及びＰＥＴ中継器のメッセージに対する公称の感度との両方を確立する。フィルタ３０３は、８．５ｄＢの損失を有する１．５ＭＨｚの３ｄＢ帯域幅を有する。増幅器２０７によって、付加的な１４ｄＢのＩＦ利得がもたらされる。次に、増幅器２０７の出力は、ミキサ２０８によって１０．７ＭＨｚにダウンコンバージョンされる。ミキサ２０８による変換のためのＬＯは、シンセサイザを備えた９９．９ＭＨｚのＶＣＯ２５１から提供される。１０．７ＭＨｚの信号は、次に１６ＭＨｚの低域通過フィルタ３０４によってろ波され、次に２３ｄＢの利得を有する増幅器２０９によって緩衝増幅される。次に信号は、７ｄＢの損失を有する、各々３６０ＫＨｚである３つの帯域通過セラミックフィルタ３０５とインピーダンスを整合され、ＦＭ検波器回路２１１に提示される。
【００７１】
検波器回路２１１は、約７０ｄＢの利得を有する制限ＩＦ増幅器である。これは高速ＲＳＳＩ出力を特徴とし、ＰＥＴＲＣ装置のロジックボードがＰＥＴモジュールの送信ＲＦ信号強度を決定するために使用される。ＲＳＳＩ出力及びＲＦの伝送曲線（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｕｒｖｅ）は対数的であるが、これは、復調される振幅がＩＦ信号の振幅に関して非線形であることを意味する。ＲＦダイナミックレンジは、利得、すなわち７０ｄＢにほぼ等しい。使用される特定の検波器は、伝送曲線の最も“直線的な”部分で動作しかつシステムの雑音指数が利得について制限されないことを保証するために、約４０ｄＢのシステム利得が先行することを必要とする。
【００７２】
ＦＭ情報は直角位相検波器２１５から導出され、３１２ａ及び３１２ｂで構成される低域通過フィルタに印加される。復調された信号は、ベースバンド信号対雑音比を改善するために低域通過フィルタでろ波され、次にしきい値検出器／ビットスライサとして機能するコンパレータ２１４ａに印加される。次に、５ボルトのディジタルロジックが排他的“ＯＲ”ゲート及びＦＭ位相調整レベルと組み合わされて、ＰＥＴのマンチェスター符号で符号化されたデータの正確な位相調整をロジックボードの復号化回路に提供する。
【００７３】
ＩＩ．Ｃ．２ 送受信機のハードウェア−９００ＭＨｚ送信機
以降は、送受信機１３６の送信機部分において利用される回路の詳細な議論である。ＰＥＴ中継器の送信機は、９００ＭＨｚの周波数範囲で動作する、シンセサイザを備えたＶＣＯ（電圧制御発振器）を利用している。ＶＣＯは、トランジスタ２６０と関連付けられた構成要素とで構成されている。この回路の出力は回路４０２に印加され、回路４０２は、動作のモード（すなわち受信又は送信）に依存して、受信されたＶＣＯ又は送信するＶＣＯの何れかをＲＦ電力前置増幅器（４００）及びシンセサイザの入力へ送りこむ（又はルーティングする）。増幅器４００の出力は６ｄＢの分離パッドに印加され、次いで最後の電力増幅器である増幅器４０３に印加される。この増幅器は、送信モードにあるときは送信機電力出力を提供するとともに、受信モードにあるときは受信機ＬＯ（局部発振器）を提供する。従って、この増幅器は７９０から９２８Ｍｈｚまでの非常に広い周波数範囲にわたって動作される。送信モードにある場合、増幅器４０３の出力は回路４０４に印加され、アンテナは、受信機の帯域通過フィルタ３２５又は送信機の帯域通過フィルタ３２５の何れかに対して切り換えられる。フィルタ３２５の出力は第２のアンテナスイッチに印加され、低域通過フィルタでろ波されてスイッチ４５０に印加される。スイッチ４５０は、帯域通過フィルタでろ波されて出力コネクタに印加される前の最後の出力アンテナスイッチである。
【００７４】
送信機及び受信機は、ＬＭＸ２３１６シンセサイザ５００を利用する。このシンセサイザ５００は、チップ選択と、ロジックボードのマイクロプロセッサからのデータ回線及びクロック回線とを使用することによって制御される。ＤＣＸＯから取得される４．１ＭＨｚの基準信号は、非常に正確な周波数／時間のベースをシンセサイザ５００に提供する。シンセサイザ５００からの出力は、ＶＣＯ４００に印加される前に、１ＫＨｚで３ｄＢのループ帯域幅を使用する。
【００７５】
送信モードでは、ロジックボードのマイクロプロセッサで発生した変調データが抵抗器５４３に印加される。抵抗器５４３は、送信機の変調回路５１０の偏移を調整する。送信機の変調回路５１０は、主として、送信機をＦＭ変調するために送信ＶＣＯ４００に対して容量的に疎結合で接続されたセラミック抵抗器５４４で構成される。典型的には、変調設定値は＋／−７５ＫＨｚである。
【００７６】
ＩＩ．Ｃ．３ 送受信機のハードウェア−基準周波数発振器
発振器２１９は、１６．４ＭＨｚで動作し、温度の影響を受ける、ディジタル補正された水晶発振器である。装置の製造者によって実行されるように、摂氏０．５度の増分を用いて発振器２１９を較正することにより、比較的高い安定性が達成されている。それに加えて、補正データは、Ｄ／Ａ変換器へ供給されるディジタルワードであって、次いでＤ／Ａ変換器は発振器を正しい周波数に同調する。較正データは、ＥＥＰＲＯＭモジュールに記憶される。基準発振器２１９は、ロジックボードによって駆動され、０．５度変化する毎に以下のイベントのシーケンスが実行される。（１）符号化器は温度センサを読み取り、データはクロック同期されてセンサからシリアルバスを介して出力される。（２）符号化器はＥＥＰＲＯＭにおける適正な記憶場所を読み出し、シリアルバスを介して適正なデータを検索する。（３）適正データは次に、シリアルバスを介して、搭載されたＤ／Ａ変換器へリダイレクトされる。（４）ＤＡＣ出力は水晶発振器内のバラクタを駆動して周波数を補正させる。
【００７７】
増幅器２２９Ａ及び２２９Ｂは、緩衝増幅器及びレベルシフタとして動作し、４で除算する回路２３０Ａ及び２３０Ｂに、５ボルトのＴＴＬレベルを提供する。回路２３０の出力は４．１ＭＨｚのＴＴＬ信号であり、送受信機基板１３８全体にわたる個別の回路に対して駆動レベルを分離する増幅器２２９Ｃ，Ｄ，Ｅ入力に印加される。
【００７８】
発振器２１９はまた、受信モードの間にＡＦＣ（自動周波数制御）回路によって変調されることも可能である。これは、ＡＦＣの出力信号を発振器２１９のＤＡＣ出力に結合することにより達成される。これは、回路２２８Ｃ及び２２８Ｄによって達成される。回路２２８Ｄの出力は、次に発振器２１９のＤＡＣ入力に再び印加される。
【００７９】
ＩＩ．Ｃ．３ 送受信機のハードウェア−自動周波数制御装置（ＡＦＣ）
ＡＦＣは、＋／−６０ＫＨｚまでの範囲で分離された搬送波周波数によるＰＥＴデータ送信の適正な復号化を可能にする。これは、よりコストが低く安定性も低い水晶を基準周波数として許容することにより、ＰＥＴモジュールのコストをさらに下げる。これは、好ましくはマイクロプロセッサ２１８（単一のチップのマイクロプロセッサ）とその関連付けられた回路とによって達成される。システムは、ロジックボードのマイクロプロセッサによって決定されるＲＳＳＩしきい値レベルである信号の検出によってトリガーされる。しきい値レベルの調整は、フィルタ３３２Ａ、３３２Ｂ、３３２Ｃ及び３３２Ｄで構成される２つの帯域通過フィルタ部分の組み合わせによって達成される。マイクロプロセッサ２１８は、信号のフラグが検出されると、アナログゲート２３１Ａ、２３１Ｂ及び２３１Ｃを制御する。これらのゲートはフィルタ３２８Ａ及び３２８Ｂの帯域通過特性を変化させ、このことは、ＰＥＴ送信機及びＰＥＴ受信機の搬送波オフセットに比例するオフセットした直流電圧を供給する。オフセット直流電圧はフィルタ３２８Ｃに印加され、フィルタ３２８Ｃは基準発振器２１９を変調する。
【００８０】
ＩＩ．Ｃ．３ 送受信機のハードウェア−電力調整
電源１５２は、基本的に、３つの単一のチップのバックスイッチレギュレータ（図示せず。）に入力電力を供給する無調整の電源を構成している。これらのスイッチャレギュレータは、システムに＋６ボルトと＋６ボルト（ＰＡ）と可変電源とを供給して、システムバッテリが接続されていればこれを充電する。＋６ボルト電源からは、低いオーバーヘッドの線形レギュレータによって＋５ボルト電源が生成される。さらに、＋５ボルト電源からは−５ボルトのバイアス電源が生成される。＋３ボルトの基準電源は＋６ボルト電源から生成される。システムの温度基準及びバッテリ電圧と、電流モニタは、主コントローラ１３０による使用のために電源１５２に組み込まれ、そのため、情報は、完全に閉じたループのシステムにおいてバッテリの充電を制御するように使用可能である。ハードワイヤード電圧コンパレータ（図示せず。）は、無調整の直流電源１４８又はバッテリの何れかから動作を管理する。
【００８１】
ＩＩ．Ｄ． 中継器装置及び基地局装置−動作
基地局装置２６及び中継器装置２４は、ＰＥＴモジュールで送信されたメッセージの受信が発生するまで、ユーザによる構成が可能な複数の捕捉チャンネルをモニタリングする送受信機を利用する。ＰＥＴメッセージが復号化されると、基地局装置２６は、基地局装置２６のメモリに記憶された擬似ランダムホップシーケンス及び到来時刻に関する情報によってホッピング送信を追跡する。特に、各ＰＥＴモジュール２２は、それ自体のタイミングシーケンスに基づいて所定の周波数にホップする。送受信機は、ＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号を供給するＰＥＴモジュールメッセージをモニタリングし、この識別／シリアル番号に基づいて装置２４又は２６がその特定のＰＥＴモジュール２２の送信の時間及び周波数を認識する。またこれにより、装置２４又は２６は、時間及び周波数における衝突が発生しうる時間を認識し、それに応じて、ＰＥＴモジュールメッセージの受信を調整することができる。
【００８２】
動作において、最初に基地局装置及び中継器装置が初期設定される。特に、主コントローラ１３０の内部では、すべてのタイマーと、カウンタと、送信及び受信の間隔とが設定される。基地局装置２６の内部では、モデムが初期設定される。さらに、主コントローラ１３０はその予期されるＰＥＴモジュールメッセージの到来リストを確立し、この到来リストにおいて、メッセージの到来時刻が決定され、到来チャンネルが決定され、受信機の窓（ウィンドウ）が決定される。
【００８３】
図１３には、ＰＥＴ送信のタイミングの例が示されている。図示されたように、最初のＰＥＴモジュールデータの送信は、第１の期間タイミング２１８の後になると予期されている。第１の期間タイミング２１８は、９９．９７５ミリ秒が乗算されたＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号の最下位バイト（ＬＳＢ）として定義されるシリアル番号遅延２２０と、６００秒遅延２２２とを含んでいる。次の期間タイミングは現在の期間の終わりにおいて直ちに開始するため、例えば期間タイミング２２４である期間＋１に対する初期タイミングは、現在の期間の実際の送信時間に重複する。
【００８４】
図１４には、受信機の窓のタイミングの例が、図１３の期間タイミングに関連させて示されている。図示されたように、中継器装置２４又は基地局装置２６の送受信機１３６は、ＰＥＴモジュールメッセージを受信するために、発振器の水晶の公差とＰＥＴモジュールメッセージのプリアンブルの検出とを補償する３８０ミリ秒の最小の窓を必要としている。第１の期間タイミング２１８が分かれば、主コントローラ１３０は、送受信機１３６に指令してデータ送信の前の１８０ミリ秒の受信を開始させ、プリアンブル検出のために２０ミリ秒を割り当て、プリアンブル検出の後の他の１８０ミリ秒を提供することができる。
【００８５】
主コントローラ１３０の初期設定は、適正なタイミングからずれたＰＥＴモジュールメッセージが処理される方法と、ＰＥＴモジュールが、予想される到来リストから除去される時期と、ドリフトに合わせて調整する方法とを確立することも含む。さらに、送受信機１３６を介して大きなブロックを受信するためのパラメータも確立される。例えば、送受信機１３６を介して大きなデータのブロックが受信されると、それは復号化され、主コントローラ１３０はデータの完全性を検証するように動作する。検証されたデータから、次に主コントローラ１３０は、ＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号を、ＰＥＴモジュール２２に係る主コントローラのローカルリストと比較する。主コントローラ１３０はまた、データからのタイミング期間及び使用されているホッピングシーケンスを決定し、次の大きなブロックデータ受信の到来時刻を計算する。受信の窓のタイミングが適正なタイミングからずれている場合、この計算は主コントローラによって調整される。最後に、主コントローラは、後の送信のためにそのＰＥＴモジュールのデータベース内にデータを入力して記憶する。
【００８６】
主コントローラ１３０のための追加的な初期設定パラメータは、例えばＰＥＴモジュールのデータベース内に配置された、転送されるＰＥＴモジュールメッセージを管理する方法と、大きなブロックのための送信スケジュールを管理する方法と、例えばＰＥＴモジュールがデータベース内で存続している期間のような、データベースの管理と、新規なＰＥＴモジュールによってデータベースが更新される方法と、定期的な間隔でデータベースがクリーンアップされる方法とを含む。主コントローラ１３０はまた、好ましくは、各捕捉チャンネル上の成功ヒット数を計数するように初期設定される。
【００８７】
いったん初期設定されると、主コントローラ１３０は、ＥＥＰＲＯＭ１４０の基本的構成テーブルにおけるＣＲＣをチェックする。ＣＲＣが有効であれば、基本的構成テーブルにおける構成パラメータが主コントローラにロードされる。そうでなければ、主コントローラはＥＥＰＲＯＭ１４０のバックアップ構成テーブルにおけるＣＲＣをチェックし、有効であれば、バックアップテーブルから基本的構成テーブルを再び書き込み、これにより次いで構成パラメータが主コントローラ１３０にロードされる。構成パラメータがロードされると、主コントローラはＰＥＴモジュールのデータテーブルをフォーマットするように動作し、それに加えて、復号化器１３４が送受信機１３６によって受信されているＰＥＴモジュールメッセージを復号化する動作を開始するように命令する。
【００８８】
復号化器１３４は、以下のステップを実行することによって、ＰＥＴモジュールメッセージの送信パケットを検出するように動作する。
【００８９】
１．ろ波されたデータ信号にマイクロコントローラ１５８の位相ロックループ（ＰＬＬ）がロックされている間に、有効なプリアンブルを検出する。
２．マイクロコントローラ１５８のＰＬＬ追跡を、上述のように生成される遅延されたデータ信号に切り換える。
３．主コントローラ１３０に、有効なプリアンブルの検出について通知する。
４．残りのメッセージパケット、すなわちプリアンブルを超えた部分を、復号化器のマイクロコントローラ１５８へシフトし、ここで、それは主コントローラ１３０へ送信される。
５．ＰＬＬ追跡を、ろ波されたデータ信号に戻すように切り換え、メッセージパケットのプリアンブル探索を再び開始する。
【００９０】
ＰＥＴモジュール２２からの有効でありかつ復号化されたデータパケットが、復号化器１３４から利用可能であれば、主コントローラ１３０はそのデータパケットを読み取り、それが装置２４によって処理されるべきか、あるいは装置２６によって処理されるべきかを決定するように動作する。中継器装置２４の場合は、中継器装置２６が記録を作り、復号されたデータをそれに記憶する。現在の中継器装置２４が送信を行う時刻に達すると、記憶されたＰＥＴモジュールのメッセージデータは符号化器１３２によって符号化され、ＦＨＳＳ ＲＦを介して次の中継器装置２４又は基地局装置２６に転送される。この処理は、現在のすべてのＰＥＴモジュールメッセージが基地局装置２６へ送信されるまで反復される。
【００９１】
符号化器１３２は、ＰＳＰ（パラレルスレーブポート）を介して主コントローラ１３０からそのコマンド及びデータを受信する。符号化処理の間、データは、バイナリフォーマットで符号化器１３２に到来し、送信のためにマンチェスター符号で符号化されたフォーマットに変換される。変調方法はＦＭであり、マンチェスターデータはＦＭ偏移変調技術を提供する。主コントローラ１３０は、符号化器がビットにクロック同期して正確なペースで出力するので“送信するバイト”の定常的なフローを保持し、これにより、送受信機１３６の送信機に入力される変調が制御される。データストリームの始まりにおいて、主コントローラ１３０は、好ましくは符号化器のセットアップ動作を指示するための長さバイト及び送信機同調バイトを含んでいる。一方、符号化器１３２は、それが受信するコマンド毎又はデータストリング毎に、主コントローラ１３０に応答信号を送信し、完全なトランザクションが発生したことを確認する。符号化器１３２は、好ましくは、受信されたデータの最初の文字を、トランザクションの肯定応答信号として応答する。
【００９２】
ＰＥＴモジュールのメッセージデータがＰＥＴモジュール２２又は中継器装置２４を介して基地局装置２６に到達すると、基地局装置２６の主コントローラ１３０は、そのメッセージを発したＰＥＴモジュール２２がそのＰＥＴモジュールデータテーブル内にあるか否かを決定する。ＰＥＴモジュールデータテーブル内にあれば、当該テーブル内のこのＰＥＴモジュール２２のためのデータバッファが復号化を完了した後の新たなＰＥＴモジュールデータで更新され、データには現在のタイマー値でタイムスタンプが付与され、このＰＥＴモジュール２２に関するメッセージ受信数が増分される。メッセージを送信したＰＥＴモジュール２２が主コントローラのデータテーブル内に予め確立されておらず、かつテーブルに新規なエントリのための余地がある場合は、主コントローラ１３０は、そのＰＥＴモジュールのためにテーブルにその新規なエントリを生成し、データバッファにメッセージデータを記憶し、メッセージ受信の計数値を１に設定し、データにタイムスタンプを付与する。主コントローラが新規なＰＥＴモジュールのための余地をもたない場合は、メッセージデータは主コントローラ１３０によって単に廃棄される。
【００９３】
ＰＥＴモジュールのメッセージが確立されて記憶されると、基地局装置２６は、タイムスタンプ及びメッセージ受信計数値を含むメッセージデータを、ＰＳＴＮ又はセルラー電話機を通じて、解析又は他の所望の用途のためにヘッドエンドのメータ読み取りソフト２８に送信するように動作する。
【００９４】
本発明は、その本質的な特長の意図から逸脱することなく他の特定の形式で実施されることが可能である。従って、説明された実施形態は、あらゆる点で例示的なものであって、限定的なものではないという点は考慮されなければならない。本発明の範囲を示すためには、以上の説明ではなく、添付の請求の範囲が参照される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るユーティリティのサブ計量システムの一実施形態の概略図である。
【図２】本発明に係るＰＥＴモジュール送信機のブロック図である。
【図３】図２のＰＥＴモジュール送信機内で利用される、主プロセッサから１つの通信プロセッサまでのメッセージビット列を示す図である。
【図４】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造の例を示す図である。
【図５】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図６】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図７】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図８】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図９】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図１０】本発明に係るシステムの基地局装置と中継器装置との両方のロジックボードを備えた主な構成要素のブロック図である。
【図１１】好ましくは図１０のロジックボード内で使用される復号化器のブロック図である。
【図１２】本発明に係るシステムの基地局装置及び中継器の送受信機のブロック図である。
【図１３】ＰＥＴモジュールのメッセージ送信のタイミング図である。
【図１４】受信機の窓のタイミング図である。
【図１５】図１０の送受信機回路基板の好ましい一実施形態を表す図である。
【図１６】図１５の回路基板用クラムシェルの斜視図である。
【符号の説明】
２０…ユーティリティの計量システム、
２２…ＰＥＴモジュール、
２４…中継器装置、
２６…基地局装置、
２８…メータ読み取り指示値解析装置、
３０…ＲＦサブシステム、
３２…ディジタルサブシステム、
３４…電圧制御発振器（ＶＣＯ）、
３６…ピン（ｐｉｎ）ダイオード減衰器、
３８…ＲＦ電力増幅器、
４０…低域通過フィルタ、
４２…４分の１波長ダイポールアンテナ、
４４…周波数シンセサイザ、
４６…主プロセッサ、
４８…通信（ＣＯＭＭ）プロセッサ、
５０…３２ＫＨｚ発振器、
５２…電源充電回路、
５４…バッテリ、
５６…水晶発振器、
５８…変調調整回路、
６０…メータ入力調整回路、
１３０…主コントローラ、
１３２…符号化器、
１３４…復号化器、
１３６…送受信機、
１３８…ＲＳ−２３２通信回線、
１４０…ＥＥＰＲＯＭ、
１４２…ＲＡＭ、
１４４…ＲＯＭ、
１４６…シフトレジスタのマイクロチップ、
１４８…直流入力、
１５０…交流入力、
１５２…電源レギュレータ、
１５６…プログラマブル・ロジックデバイス、
１５８…マイクロコントローラ、
１６０…クロック、
１６２…ディジタル積分器、
１６４…ステアリング（操向）ロジック、
２２１…ガスＰＥＴモジュール、
２２２…水道ＰＥＴモジュール、
２２３…電気ＰＥＴモジュール。
【発明の属する技術分野】
本発明はユーティリティの計量システムに関し、特に、ユーティリティの消費量データを送信するために周波数ホッピングスペクトル拡散無線通信を利用する、ユーティリティの計量システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線による自動的なメータ読み取りシステムは公知である。典型的には、各需給計器（ユーティリティ・メータ）に、計器の読み取り指示値を収集しかつこれらの読み取り指示値を無線ネットワークを介して中央局へ周期的に送信するための、バッテリで電力供給される符号化器が設けられている。符号化器に対してバッテリで電力供給する必要性と、無線送信を管理する規則とによって課される電力の制限は、事実上、中央局へ直接に無線送信することへの妨げとなっている。代わりに、例えば米国特許第５，０５６，１０７号の明細書に記述されているように、無線メータ読み取りシステムは、典型的には、複数の計器の符号化器にてなるグループからの送信信号を受信しかつこれらのメッセージをネットワークにおける次の高位の層へと転送する、重複する複数の中間の受信局にてなる階層化されたネットワークを利用している。これらのタイプの階層化された無線送信ネットワークは、大都市エリア用の需給計器読み取りシステムの一部として配備される必要がある何千個もの符号化送信機のうちで、より低い電力の、免許を必要としない（ｕｎｌｉｃｅｎｓｅｄ）無線送信機の使用を見込んでいる。
【０００３】
１９８５年、ＦＣＣは、無線ネットワーク製品の製造及び使用を刺激する試みとして、免許を必要としない装置を管理する無線スペクトル規則に係るパート１５を改正した。この改正は、無線ネットワーク製品が、スペクトル拡散変調を用いて産業、科学及び医学（ＩＳＭ）の帯域において動作することを認可した。使用されてもよいＩＳＭ周波数は、９０２乃至９２８ＭＨｚ、２．４乃至２．４８３５ＧＨｚ、及び５．７２５乃至５．８５０ＧＨｚを含む。ＦＣＣは、当該製品が所定の必要条件を満たしていれば、ユーザが、ＦＣＣの免許を得ることなく、ユーティリティの計量システムのような無線製品を動作させることを認めている。周波数スペクトルに係るこの規制緩和は、ユーザの組織が、既存の無線システムとの干渉を回避するように、費用及び時間のかかる周波数計画を実施して無線の導入を調整する必要性を取り除く。
【０００４】
スペクトル拡散変調器は、より広い範囲に信号を拡散させる２つの方法のうちの１つを使用している。その第１の方法は直接拡散スペクトル拡散、又はＤＳＳＳであり、第２の方法は周波数ホッピングスペクトル拡散、又はＦＨＳＳである。ＤＳＳＳは、送信局におけるデータ信号をより高いデータレートのビット列と合成し、当該ビット列は、多くの場合、チップコードと呼ばれる（処理利得としても知られている）。高い処理利得は、干渉に対する信号の抵抗力を増大させる。これに対して、ＦＨＳＳは、干渉を防止するために、多数の画成された周波数チャンネルにわたってランダムにホップされるデータ信号の分散に依存する。ＤＳＳＳはＦＨＳＳより高い潜在的なデータ伝送レートを有しているが、ＤＳＳＳはＦＨＳＳより格段にコストが高く、電力消費量も多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第５，６６１，７５０号の明細書は、大電力の送信機を利用してもなおＦＣＣのパート１５．２４７の要件に準拠するように設計されたユーティリティの計量のためのＤＳＳＳシステムについて記述している。特にこのシステムにおいては、送信機は、元の信号より広い帯域幅にわたって信号を拡散させる擬似ランダムパターンを用いて送信信号を変調するために１つの変調器を利用し、位相反転パターンを用いて信号のプリアンブルを変調するために第２の変調器を使用する。位相反転パターンは送信機によって生成されるスペクトル線の個数を増大させ、これにより、ブロードキャスト信号の電力密度を低下させる。ここで、上記電力密度は、ＤＳＳＳの場合は任意の３ＫＨｚの帯域幅で＋８ｄＢｍである。しかしながら、位相反転パターンは低い電力密度の必要条件に対処するものではあるものの、ＤＳＳＳに関連付けられたコストの増大に対処するものではなく、実際に、位相反転変調器を付加することは、送信機のコストを増大させるであろう。さらに、これは、ＤＳＳＳ受信機が依然として雑音に対してはなはだしく脆弱であることに対処するものではなく、かつ、これは、ユーティリティのサブ計量（ｓｕｂ−ｍｅｔｅｒｉｎｇ）のアプリケーションにおいて重大かつ重要な特徴である信号衝突回避のために、時間及び周波数ではなく時間のみが使用可能であるという問題に対処していない。
【０００６】
ＦＨＳＳは、データ信号を取りこみ、これを、広帯域の周波数にわたる時間の関数として周波数から周波数へとホップする搬送波信号を用いて変調することにより動作する。ＦＨＳＳを使用すれば、搬送波周波数は周期的に変化する。共に同じ周波数及び同じ時間で送信されていても狭帯域システムからの干渉信号はスペクトル拡散信号にしか影響しないので、周波数ホッピング技術は干渉を低減させる。従って、全体としての干渉は非常に低くなり、ビット誤りははほとんど存在しなくなるか、もしくは、まったく存在しなくなる。
【０００７】
ホッピングコードは、無線機が送信する周波数及び及びその順序を決定する。信号を正しく受信するためには、受信機はその同じホッピングコードに設定されて、正しい時間及び適正な周波数で到来信号を受信する必要がある。無線機が１つの周波数上で干渉に遭遇すれば、無線機は他の周波数における次のホップで信号を再送信する。ＦＨＳＳは、その変調技術の性質に起因して、最大で２Ｍｂｐｓまでのデータレートを達成可能である。複数の動作中の無線機がそれぞれ異なるホッピングパターンを使用することを仮定すれば、それら動作中の無線機に同じ周波数帯内でＦＨＳＳを使用させかつ干渉させないようにすることが可能である。
【０００８】
米国特許第５，４３０，７５９号、第５，４９９，２６６号、第５，５４６，４２２号、第５，７１２，８６７号及び第５，８７０，４２６号の明細書は、拡張された到達範囲にわたって複数の移動体ページャに対する小電力通信を提供する、ページングネットワークのためのＦＨＳＳシステムについて記述している。これらの特許においては、ユーティリティの計量はページングネットワークのための潜在的なアプリケーションとみなされているが、ページングシステムと需給計器読み取りシステムとの間には、需給計器読み取りのアプリケーションではページングネットワークのＦＨＳＳ技術を首尾良く利用する能力が限定されるという重要な相違点がある。ページャが移動体であるページングシステムとは異なり、需給計器の符号化送信機（ｅｎｃｏｄｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）は単一の場所に固定され、受信の到達範囲は、実際上、その場所から利用可能なアンテナパターンによって決定される。双方向のページングシステムはページャからネットワークへの制限された通信を提供することはできるが、このページングシステムは、比較的狭いエリアに集中された多数の装置による大量のデータの連続的かつ周期的な伝達を処理するようには設計されていない。
【０００９】
無線通信（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒａｄｉｏ）ネットワークのコンテキストにおけるメータ読み取りアプリケーションに関する問題点の１つは、比較的狭いエリアに集中された多数の装置による送信信号の間での衝突の可能性にある。例えば、この問題は、複数のユーティリティのアカウントが同じ建物又は同じ集合建物に設けられているアパート、高層建築物、オフィスビル又は他の居住施設における多数の装置にわたって、ユーティリティの使用量の読み取り指示値を割り当てることを必要とする、サブ計量アプリケーションのコンテキストにおいて特に深刻である。サブ計量アプリケーションはまた、有効なアンテナ到達範囲を制限するかあるいはブロックする構造に起因して、設置及び動作に関して苛酷な課題をもたらしがちである。
【００１０】
サブ計量アプリケーションとして開発されたメータ読み取りシステムの１つに、イノヴォニクス（Ｉｎｏｖｏｎｉｃｓ）のタップウォッチ（ＴａｐＷａｔｃｈ）（登録商標）システムがある。このシステムでは、各需給計器に設けられたエンドポイント符号化送信機が、０．５ｍＷ未満の電力を有しかつＦＣＣのパート１５．２４９に準拠して動作する、小電力のＦＨＳＳ送信機を利用している。複数の中間の中継器にてなるネットワークは、エンドポイント送信機から小電力のＦＨＳＳ送信信号を受信し、これらの送信信号をＤＳＳＳ送信信号に変換し、上記ＤＳＳＳ送信信号は、収集して処理するために、ＦＣＣのパート１５．２４７に準拠して動作する大電力送信機によって基地局へ再送信される。このアプローチは、より低いコストのエンドポイント符号化送信機の使用を可能にするが、それは中間の中継器のコストを増大させる。さらに、エンドポイント符号化送信機は小電力であるので、それらの送信範囲は制限され、例えばユーティリティのサブ計量アプリケーションにおける効果的な到達範囲のためにはさらに多くの中間の中継器が必要とされ、これによってシステム全体のコストがさらに増大する。
【００１１】
上述の観点から、スペクトル拡散装置を管理するＦＣＣのパート１５．２４７の規則に準拠し、長寿命のバッテリで電力供給されるエンドポイント送信機及び中間の中継器の使用を見込むとともに、より低い全体的なシステムを可能にし、かつ改善された信号衝突の回避をも可能にする、特にユーティリティのサブ計量に適する需給計器読み取りシステムが必要とされている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、計器読み取りシステムの符号化送信機と中継器との両方のレベルにおいて、大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散（ＨＰＳＳ）送信の利用を可能にするスペクトル拡散計器読み取りシステムである。複数のエンドポイント符号化送信機装置は各々需給計器に接続され、少なくとも対応する需給計器に関する計量データを含む大電力のＦＨＳＳ信号を送信する。エンドポイント符号化送信機装置の個数よりも少ない個数である複数の中間の送受信機装置は、この大電力のＦＨＳＳ信号を受信し、かつ再送信する。基地局は、大電力のＦＨＳＳ信号を受信する受信機を含んでいる。好ましくは、基地局は符号化送信機装置及び中間の送受信機装置の両方から大電力のＦＨＳＳ信号を受信可能であり、かつ中間の送受信機装置は、複数の符号化送信機装置から計量データを集計し、その後で、基地局への計量データのブロック再送信を行う。好ましくは、大電力のＦＨＳＳ信号は、電力消費量を低減しかつ装置のバッテリ寿命を延ばすために、少なくとも１ホップ当たり１分の最大ホッピングレートで送信される。
【００１３】
既存の技術とは異なり、本発明は、コスト及び配備に関してより効率的な計器読み取りシステムを提供する。エンドポイントと中間との両方のレベルにおける大電力のＦＨＳＳ信号の使用は、これらの装置のコストを低下させると同時に、特にサブ計量のアプリケーションにおいて、有効な到達範囲を提供するために配備される必要がある中間の送受信機の個数を減らす。この大電力のＦＨＳＳ信号は、ＦＣＣのパート１５．２４７に準拠している。
【００１４】
１つの実施形態では、計器（メータ）のエンドポイント符号化送信機装置は、周波数ホッピングスペクトル拡散信号を使用して需給計器から消費量データを送信する無線周波数サブシステムと、第１のプロセッサ及び第２のプロセッサを備えたディジタルサブシステムとを含んでいる。第１のプロセッサは連続的に動作して無線周波数サブシステムの動作を制御するが、第２のプロセッサは無線周波数サブシステムの利用時にのみ動作する。
【００１５】
もう１つの実施形態では、計器のエンドポイント符号化送信機装置は、周波数ホッピングスペクトル拡散信号を使用して需給計器から消費量データを送信する無線周波数サブシステムと、バッテリによって電力供給されるディジタルサブシステムとを含んでいる。無線周波数サブシステムが送信する時刻が近づくと、ディジタルサブシステムはチャージポンプキャパシタに充電を命令する。チャージポンプキャパシタが充電されると、ディジタルサブシステムは、少なくとも一部の無線周波数サブシステムが消費量データの送信の間にチャージポンプキャパシタを放電することを可能にする。
【００１６】
もう１つの実施形態では、計器のエンドポイント符号化送信機装置は、設置後の最初の時間期間には、通常の低速の周波数ホッピングモードではなく、高速の周波数ホッピングスペクトル拡散モードを使用する設置モードで動作するように構成されている。この高速モードは設置を簡単化することを可能にし、かつ、低速モードで動作していれば符号化送信機が中継器又は基地局とのＦＨＳＳ送信を開始する間に必要とされるはずの遅延を最小化する。
【００１７】
さらにもう１つの実施形態では、計器のエンドポイント符号化送信機装置は、少なくとも基地局に対して消費量データを送信し、ここで、送信される消費量データは複数のデータのバケットの形式であり、各バケットは所定の時間期間の消費量データを表し、基地局装置は上記消費量データから所望の消費量データを検索することができる。
【００１８】
さらにもう１つの実施形態では、符号化送信機装置及び送受信機装置の各々は、上記符号化送信機装置又は送受信機装置によって保持されて待ち時間情報の計算に使用される送信計数値を受信して取り入れる。基地局は、タイムスタンプと待ち時間情報との組合せから実際の計器読み取り時間の正確な計算値を決定できるように、実時間のクロックを用いて、各受信された送信のタイムスタンプを生成する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るユーティリティの計量システムは、典型的には複数住居の環境又は高層建築の環境内に配置された複数の水道、電気及びガスの需給計器、例えば最大で１０００個までの需給計器上のデータをモニタリングしかつ保持するように動作する。
【００２０】
Ｉ． システムの構成要素
図１を参照すると、ユーティリティの計量システム２０は、一般に、ガスＰＥＴモジュール２２１と、水道ＰＥＴモジュール２２２と、電気ＰＥＴモジュール２２３とを含む複数の計器のエンドポイント符号化送信機装置（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ ｅｎｃｏｄｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ）又はＰＥＴモジュール２２を備えている。システム２０はさらに、複数の中継器装置２４と、１つ又はそれよりも多くの基地局装置２６と、ヘッドエンドの、ソフトウェアで駆動されるメータ読み取り指示値解析装置２８とを備えている。
【００２１】
Ｉ．Ａ． ＰＥＴモジュール
各ＰＥＴモジュール２２は、好ましくは無線周波数（ＲＦ）の送信専用装置であって、ユーティリティの消費量及び改ざん情報を収集して符号化し、次いで、このデータを、周期的に、例えば１０分乃至１５分毎に、大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散（ＦＨＳＳ）技術を用いてＲＦを介して中継器装置２４又は基地局装置２６へ他の情報と共に送信する。電気ＰＥＴモジュール２２３は、好ましくは標準的なメータのガラスの下に設置され、バッテリーの電源を必要としない。各々ガス及び水道用であるＰＥＴモジュール２２１及び２２２は、好ましくは、長寿命のバッテリにより電力供給される、それ自体で完備した小電力装置である。ここで、ＰＥＴモジュール２２１及び２２２は、電力消費量を最小化してバッテリの寿命を延ばすとともに、ＲＦ帯域における他のユーザとの不必要なＲＦ干渉を最小化するために、非常に低速の“バブルアップ”レートを利用する。ＰＥＴモジュール２２の各々は、製造過程の間にメータの製造業者によって設置されるように、又は既設のメータの中に容易に後付けされるように設計されている。
【００２２】
ＰＥＴモジュール２２は、大電力のスペクトル拡散装置（すなわち、０．５ｍＷを超える電力出力を有する周波数ホッピングスペクトル拡散装置）を管理するＦＣＣのパート１５．２４７の規則に準拠している。ＰＥＴモジュール２２は、９００ＭＨｚの免許を必要としない帯域において、５０ミリ秒を超えない伝送レートにより４０ミリワットの最大ピーク電力レベルで動作する。ＰＥＴモジュール２２は、ＦＣＣのＲＦ放射レベルに準拠させるために、あらゆる人から２０センチメートル（７．９インチ）の距離を保って永久的に取り付けられる必要がある。ＰＥＴモジュール２２は、好ましくはいかなる方法によっても改変可能であってはならず、かつ、ユーザが保守することが可能な部品を一切含まない。
【００２３】
Ｉ．Ｂ． 中継器装置
各中継器装置２４は、ＰＥＴモジュール２２からＲＦを介して水道、電気、ガス及び使用量データを収集し、このデータをＲＦを介して基地局装置２６へ転送する。これは、好ましくは、複数のＰＥＴモジュールからの送信信号を１つのブロックの送信フォーマットにまとめる蓄積転送機能によって達成されるが、単一の蓄積転送（ｓｉｎｇｌｅ ｓｔｏｒｅ ａｎｄ ｆｏｒｗａｒｄ）のアプローチや、あるいは即時の再送信のアプローチすらも使用可能である。特に、各中継器装置２４は、周囲の複数のＰＥＴモジュール２２からＰＥＴモジュールＲＦ送信信号を受信し、タイムスタンプを付与し、予め決められた時間になると、記憶されたＰＥＴモジュールデータを他の中継器装置２４又は基地局装置２６に転送する。中継器装置２４は、それの収集されたデータを送信するために、一定時刻での動作を基準とした周波数ホッピングスペクトル拡散（ＦＨＳＳ）を利用する。好ましくは、送信は比較的短く、例えば４００ミリ秒未満であり、１回の送信毎に最大で４５個までのＰＥＴモジュールメッセージを伝達する。中継器装置２４はまた、各送信に識別番号を提供する。システムデータベースへの受入れを可能にするために、基地局装置２６には、システム２０内のすべての中継器装置２４の識別番号が入力されている。
【００２４】
中継器装置２４は、大電力のスペクトル拡散装置を管理するＦＣＣのパート１５．２４７の規則に準拠している。中継器装置の送受信機は、９００ＭＨｚの免許を必要としない帯域において、２０秒毎に１回の送信を超えない伝送レートと４００ミリ秒を超えない送信時間とにより、１００ミリワットの最大電力レベルで動作する。中継器装置２４はどのような場所にも取り付け可能であるが、そのアンテナは、ＦＣＣのＲＦ放射レベルに準拠させるために、あらゆる人から２メートル（６．７フィート）の距離を保って永久的に取り付けられる必要がある。中継器装置２４のアンテナ及び同軸ケーブルはいかなる方法によっても改変可能であってはならず、ユーザが保守することが可能な部品を一切含んでいない。
【００２５】
中継器装置２４は、１つの方向に発生する可能性のあるアンテナ干渉を打ち消すために使用される。ＰＥＴモジュール２２のアンテナ信号が障害物によって妨害されれば、受信機はＰＥＴモジュールメッセージを受信することができない。中継器装置２４を使用することは方位角ダイバーシティを提供する。すなわち、障害物によって妨害される信号は、そのアンテナパターンがＰＥＴモジュール２２のアンテナパターンと重複している１つ又はそれよりも多くの他の中継器装置２４によって捕捉されることが可能である。
【００２６】
Ｉ．Ｃ． 基地局装置
各基地局装置２６は、中継器装置２４と同様の構成であるが、基地局装置２６はユーティリティデータをメータ読み取り指示値解析装置２８に送信するための装置を備えている点が異なる。基地局ポイント符号化送受信機遠隔コレクタ（ｂａｓｅ ｐｏｉｎｔ ｅｎｃｏｄｅｒ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ；ＰＥＴＲＣ）装置２６からの送信は、好ましくは、標準型の電話接続（ＰＳＴＮ）３０を介して、もしくは代替としてセルラー接続を介して実行される。各基地ＰＥＴＲＣ装置２６は、好ましくは、電力及び電話回線との相互接続を容易に利用可能な、多数の居住施設の集合体における中央の地点に設けられる。ある好ましい実施形態では、各基地局装置２６は、最大で１０００個までのＰＥＴモジュール２２上のデータをモニタリングし、保持することができる。ＰＥＴモジュール２２及び／又は中継器装置２４からのデータは、ＰＥＴモジュール２２及び中継器装置２４のコストを最小化しながら各基地局装置２６の到達範囲を最大化する、周波数ホッピングスペクトル拡散（ＦＨＳＳ）の大電力ＲＦ技術を用いて収集される。
【００２７】
Ｉ．Ｄ． メータ読み取り指示値解析装置
メータ読み取り指示値解析装置２８は、好ましくは基地局装置２６によりＰＳＴＮ又はセルラー電話機を介して送信された、使用量データを処理するように動作する。必要なだけの有効なメータ読み取りの到達範囲を提供するために、例えば大都市エリアには、多数の基地局装置２６を配備可能であるということは理解されるであろう。メータ読み取り指示値解析装置２８は好ましくは標準型のＰＣを備え、それによって、これは、基地局装置２６から受信されたデータを処理できる上に、ユーザが重要な情報を抽出して報告することを可能にする対話型のグラフィカルユーザインタフェースも提供する。メータ読み取り指示値解析装置によって実行されるソフトウェアは、好ましくはアイトロン（Ｉｔｒｏｎ）のＭＶ−ＲＳメータ読み取りソフトウェアである。
【００２８】
システム２０の構成要素の導入及び取付けに関するさらなる詳細は、ここに参照用として含まれている、２００１年２月２０日付けのアイトロンの“ＰＥＴＮＥＴサブ計量システムに使用されるＰＥＴＲＣ及びＰＥＴ中継器装置のための導入ガイド（Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ＰＥＴＲＣ ａｎｄ ＰＥＴ Ｒｅｐｅａｔｅｒ Ｕｎｉｔｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＰＥＴＮＥＴ Ｓｕｂｍｅｔｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）”に記述されている。
【００２９】
ＩＩ． システムの動作
ＩＩ．Ａ． ＰＥＴモジュール−ハードウェアの詳細
ＰＥＴモジュール２２は、９０２乃至９２８ＭＨｚの周波数帯で動作する、完全なシンセサイザを備えたＦＭ送信機（ｆｕｌｌｙ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ＦＭ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）である。ＰＥＴモジュール２２は、ＦＣＣのパート１５．４２７の規則に準拠して、２５個のチャンネルを利用可能な周波数ホッパとして動作する。ＰＥＴモジュール２２のＲＦ公称出力電力は、＋／−７５ＫＨｚの変調及び５０ミリ秒のメッセージ送信時間のときに、＋１５ｄＢｍである。ＰＥＴモジュール２２はアンテナを含み、完全にそれ自体で完備しており、ユーザが保守することが可能な部品を一切もたない。ＰＥＴモジュールは、非同期モードにおいて、１０乃至１５分のメッセージ送信レートで、最も好ましくは１０分のメッセージ送信レートで動作し、５年の推定バッテリ寿命を提供する。ＰＥＴモジュール２２は擬似ランダムの周波数及び時間で送信し、２５個のランダム周波数のすべてを順序付けする能力を有するとともに、好ましくは２５個の捕捉チャンネルのうちの６個のチャンネルのみ、すなわち３個のより低い捕捉チャンネル及び３個のより高い捕捉チャンネルのみを利用し、ＰＥＴモジュールはこれらの６個のチャンネルを用いてローテーションを実行する。しかしながら、２５個のチャンネルのうちのいずれが捕捉チャンネルとみなされてもよく、これは基地局装置２６の構成に依存する。
【００３０】
図２には、ＰＥＴモジュール２２の送信機の主要な構成要素を表すブロック図が示されている。図示されたように、ＰＥＴモジュール２２は、ＲＦサブシステム３０をディジタルサブシステム３２と組み合わせて利用している。ＲＦサブシステム３０は電圧制御発振器（ＶＣＯ）３４を含み、これの後段にピン（ｐｉｎ）ダイオード減衰器（ＲＦスイッチとしても知られている）３６が続いて接続されている。ＲＦスイッチ３６の後段にはＲＦ電力増幅器３８が続いて接続され、ＲＦ電力スイッチ３６の後段には、高調波抑圧のための低域通過フィルタ４０が続いて接続されている。低域通過フィルタ４０の後段には、４分の１波長ダイポールアンテナ４２が続いて接続されている。周波数シンセサイザ４４はＶＣＯ３４を適正なチャンネルに同調させかつこのチャンネルを可変な負荷の条件下で保持するために設けられて動作させられる。
【００３１】
ＲＦスイッチ３６は、好ましくは、遮断型の反射スイッチ（ｓｈｕｔ ｔｙｐｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈ）として使用される２つのＰＩＮダイオードで構成される。ＰＩＮダイオードは、好ましくは、ＲＦの場合には、接地に対するこれらの組み合わされた“オン”インピーダンスを低減させるために並列になり、直流の場合には、これらを動作させるために必要な電流を低減させるために直列になる。ＲＦスイッチ３６は、それがオンとオフになるレートを制御するために、低域通過フィルタによって駆動されるエミッタフォロワによって制御される。
【００３２】
低域通過フィルタ４０は、好ましくは、高調波放射を低減させるために使用される５次の低域通過フィルタである。その好ましい構成において、低域通過フィルタ４０はインダクタの代わりに伝送線路を利用し、かつキャパシタの低い自己共振周波数のために、フィルタの３つのノードの各々で２つのキャパシタを利用する。この自己共振は２次高調波に近い遮断帯域において発生し、実際に、これは、自己共振の発生の仕方が異なる場合よりもフィルタ性能を向上させることを援助する。結果的に得られるフィルタは、比較的狭い通過帯域応答を有し、かつ約１ｄＢの挿入損失を有する。
【００３３】
ディジタルサブシステム３２は、２つのマイクロプロセッサ、すなわち（１）主プロセッサ４６と、（２）通信（ＣＯＭＭ）プロセッサ４８とを含んでいる。主プロセッサ４６は連続的に動作するが、電力を節約するために３２ＫＨｚ発振器５０を利用して低速で動作する。主プロセッサ４６は、製造中にＰＥＴモジュール２２のシリアル番号及びホップシーケンスを用いてプログラミングされる。主プロセッサ４６は、ホップシーケンスにおける位置を保持すること、センサデータを蓄積すること、送信機の電源充電回路５２（以下に説明される）の動作、ＰＥＴモジュールのバッテリ５４の状態をモニタリングすること、及び、ＰＥＴモジュールメッセージの送信時刻において、送信されるべきメッセージ及び使用されるべき周波数をＣＯＭＭプロセッサ４８に供給することを含む、ＰＥＴモジュール２２内におけるシステム全体のタイミング及び監視への責務を有している。主プロセッサ４６には、好ましくは、ＰＥＴモジュール２２の製造及び設置を補助する様々なテストモードが付加的に提供される。
【００３４】
例えば、ＰＥＴモジュール２２を設置する際には、新しいＰＥＴモジュール２２は、それが、基地局装置２６への送信を行うための６個の捕捉チャンネルを発見するまで、２５個すべての捕捉チャンネルにわたるローテーションを実行する。ＰＥＴモジュール２２の通常の動作の間には、こうしたチャンネルのローテーションは、標準的な確立された送信パターンを利用して４時間以上かけて行われるが、しかしながら、設置時には、ＰＥＴモジュールは好ましくは高速モードで動作し、この高速モードにおいて、ＰＥＴモジュール２２は約１０秒毎に１個のレートで２５個の捕捉チャンネルのすべてに対するローテーションを最大で４０分かけて行う。こうした高速モードにより、ＰＥＴモジュール２２の設置者は、かなり短い時間期間のうちに設置及び動作を検証することができる。
【００３５】
ＣＯＭＭプロセッサ４８は、ＲＦサブシステム３０が使用されているときにのみ動作し、水晶発振器５６によって供給される４ＭＨｚのクロックレートを利用する。ＣＯＭＭプロセッサ４８は、主プロセッサ４６から、送信されるべきＰＥＴモジュールメッセージと、メッセージを送信するためのチャンネルとを受信する。ＣＯＭＭプロセッサ４８は、当該メッセージに関する３２ビットの巡回冗長符号（ＣＲＣ）を計算し、かつ低域通過フィルタ５６及び変調調整回路５８を介してＶＣＯ３４をモニタリングすることによって周波数シンセサイザ４４を適切な周波数に設定するように動作する。それに加えて、ＣＯＭＭプロセッサ４８は、帯域外のスプリアスを最小化するために、制御された方法でオンする際の出力電力をその最大値にまで増大させるように動作する。主プロセッサ４６の場合と同様に、ＣＯＭＭプロセッサ４８には、好ましくはＰＥＴモジュール２２の製造及び設置を補助する様々なテストモードが提供される。
【００３６】
代替として、主プロセッサ４６及びＣＯＭＭプロセッサ４８は、テキサス・インスツルメンツ（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から利用可能なもののような、単一の高低２速式プロセッサ（ｓｉｎｇｌｅ ｄｕａｌ−ｓｐｅｅｄ ｈｉ−ｌｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）として組み合わされることも可能である。
【００３７】
ディジタルサブシステム３２はさらに、主プロセッサ４６による高速のサンプリングを必要とすることなく短い継続時間のパルスを捕捉するための、バウンスの除去（ｄｅｂｏｕｎｃｅ）及び２で除算する（ｄｉｖｉｄｅ−ｂｙ−ｔｗｏ）回路のようなメータ入力調整回路６０、すなわちセンサインタフェース回路を含んでいる。しかしながら、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、例えばレジスタ型センサである他の多くのタイプのセンサインタフェース回路が適宜に、もしくは所望により使用されてもよい。
【００３８】
図２において電源制御と記されたブロック５２で表示されている送信機の電源充電回路は、ＰＥＴモジュールメッセージの送信中に、安定化された５ボルトを最大で２００ミリアンペアまで供給することができるが、現時点でのＰＥＴモジュールの設計は５０ミリアンペアのみを必要としている。送信機の電源充電回路のための公称の充電電流は、充電サイクルにおいて３ミリアンペアの電流と１ミリアンペア未満の電流との間で変化する。送信機の電源充電回路はチャージポンプを使用して、４７００マイクロファラドのような大容量（ｌａｒｇｅ ｖａｌｕｅ）キャパシタを約６ボルトにまでゆっくりと充電する。電力増幅器３８は、ＰＥＴモジュールメッセージの送信中にこのキャパシタを放電するので、ＰＥＴモジュール２２はバッテリの放電を抑えながら大電力の送信機を有することができる。
【００３９】
上述のＰＥＴモジュール送信機２２は、好ましくは、両面ＰＣ基板の設計を使用して製造される。両面の設計は、多層基板の設計よりも困難であるが製造コストを大幅に低減する。両面の設計に関して設計上で考慮すべき問題は、ＲＦ部における接地面を通過するトレースを残さないことを含むが、これは、信頼性及び反復性が高いＲＦ性能にとっては決定的な特徴である。さらに設計上で考慮すべき問題は、ＲＦ性能をさらに改善するために基板の接地面の側上でトレースの総数を制限することと、インダクタンスを減少させるために、接地面へのＲＦ接続に直径の大きい穴を利用することとを含む。
【００４０】
ＩＩ．Ｂ． ＰＥＴモジュールの動作
動作中、主プロセッサ４６は、時間と、需給計器からのセンサ計数値と、需給計器からの改ざん計数値とを連続的に追跡し続ける。ＰＥＴモジュールメッセージを送信する時刻の３０秒前になると、主プロセッサ４６は、チャージポンプキャパシタが完全に充電されているという指示を主プロセッサ４６がチャージポンプから受信するまで、送信機の電源充電回路５２のチャージポンプに１ＫＨｚのパルスを供給する。主プロセッサ４６が、送信時刻までに完全に充電されたという信号を受信しなければ、主プロセッサ４６内でバッテリ電力低下フラグが設定される。
【００４１】
送信時刻において、キャパシタが完全に充電されたという指示を受信していれば、主プロセッサ４６は、ＣＯＭＭプロセッサ４８をオンにしてかつＣＯＭＭプロセッサ４８からの応答を待機することによって、ＰＥＴモジュール送信機の“バブルアップ”アーキテクチャの動作を開始する。応答が戻されなければ、主プロセッサ４６はＣＯＭＭプロセッサ４８をオフにする。ＰＥＴモジュールメッセージデータと周波数送信データとに関する要求の形式で到来するＣＯＭＭプロセッサ４８からの応答を受信すると、主プロセッサ４６はその要求に応答する。ＣＯＭＭプロセッサ４８は、要求したデータを受信すると、プロセッサ間のチェックサムを検査してそのメッセージ送信動作を継続すべきか否かを決定する。
【００４２】
図３には、主プロセッサ４６からＣＯＭＭプロセッサ４８への、チェックサムを含むＰＥＴモジュールメッセージビット列の図が示されている。図示されたように、メッセージビット列は、４個のゼロビットと、ドットパターン（ｄｏｔｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）のバイト数を表示する４ビットとで構成されるフィールド６４を含んでいる。メッセージビット列はさらに、後続するバイト数を表示する８ビットを供給するフィールド６６を含んでいる。メッセージビット列は、続いてチェックサムの計算を含むバイトを供給し、これらがフィールド６８乃至８０を構成する。フィールド６８は８ビットのホップ計数値を供給し、フィールド７０はフラグ及び改ざんビットの変化を表示する８ビット送信を供給し、フィールド７２はＰＥＴモジュール２２のハードウェアのタイプに関する８ビット表示を供給し、フィールド７４は、ＰＥＴモジュール２２が接続されている需給計器のレジスタ２の消費量パルス計数値を表示する３２ビット送信を供給し、フィールド７６は、ＰＥＴモジュール２２が接続されている需給計器のレジスタ１の消費量パルス計数値を表示する３２ビット送信を供給し、フィールド７８はＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号を供給する３２ビット送信を供給し、フィールド８０はＰＥＴモジュール２２によって送信されているメッセージのタイプに関する８ビット送信を供給する。メッセージビット列の最後のフィールド８２は、２の補数のチェックサムに関する８ビット送信を含んでいる。各フィールドでは、最下位バイト（ＬＳＢ）が最初にＣＯＭＭプロセッサ４８に送信され、最上位バイト（ＭＳＢ）が最後にＣＯＭＭプロセッサ４８に送信されるということを注意する。
【００４３】
チェックサム毎にＣＯＭＭプロセッサ４８が継続すべきであると決定すれば、ＣＯＭＭプロセッサ４８は送信機の順序づけられたターンオン、又は“バブルアップ”動作を実行し、帯域外のスプリアスの発生を防止する。ターンオンとメッセージの送信とターンオフのシーケンスは約４０ミリ秒で行われる。ターンオンのシーケンスは、好ましくは下記のように発生する。
【００４４】
１．ＶＣＯ３４と電力増幅器３８との間のＲＦスイッチ３６がオフされ、これにより電力増幅器３８へのＲＦが約１０ｄＢほど減衰される。（注意：ＲＦスイッチ３６は、これが“オフ”状態にある間に直流電流を流し、それが“オン”状態にある間は電流を流さない。）
２．シンセサイザ４４の周波数が設定される。
３．ＲＦスイッチ３６がＲＦのターンオフを完了させるための遅延が提供される。
４．ＶＣＯ３４がオンにされる。ＶＣＯ３４はゆっくりとオンになる。シンセサイザ４４は、ＶＣＯ３４がその通常の動作電力より１０ｄＢ乃至２０ｄＢだけ小さいときはロックされ、これにより、シンセサイザ４４がロックされている間には、ロックされていなければ発生するはずの帯域外のスプリアスが大幅に低減される。ＶＣＯ３４は、好ましくは、その周波数がその電力レベルの変化ほど大きくは変化しないように設計される。
５．シンセサイザ４４が安定しかつＶＣＯ３４がフルパワーに到達するための遅延が提供される。
６．電力増幅器３８が速い動作でオンにされる。
７．ＲＦスイッチ３６がオンされる。これは、シンセサイザ４４のロックを外し、帯域外のスプリアスを発生させるノッキングを防止するようにゆっくりとオンされる。
８．３２ビットＣＲＣがＣＯＭＭプロセッサ４８によって計算される。
９．ＲＦスイッチ３６にＲＦを完全にオンさせることを可能にし、かつ基地局装置の送受信機が周波数ロックを捕捉するためのフルパワーの変調されていない搬送波を供給することを可能にする遅延が提供される。
１０．ＰＥＴモジュールメッセージが送信される。
【００４５】
上述の“バブルアップ”動作を使用することは、同一チャンネル帯域干渉をほとんど発生しない送信機を提供するだけでなく、（６００秒乃至９００秒、すなわち１０分乃至１５分に一度の送信を仮定して）バッテリ交換なしで５年にわたる寿命を有するＰＥＴモジュール送信機を提供する。
【００４６】
ＰＥＴモジュールメッセージの送信に続いて、ＰＥＴモジュール送信機は、好ましくは、帯域外のスプリアスの発生を防止するために所定のシーケンスでオフにされる。このシーケンスは、好ましくは下記の通りである。
【００４７】
１．ＲＦスイッチ３６は、シンセサイザ４４のロックを外すノッキングを防止するように、ゆっくりとＲＦをオフする。
２．ＲＦスイッチ３６を最大減衰に到達させるための遅延が提供される。
３．電力増幅器３８がオフにされる。
４．電力増幅器のターンオフを完了させるための遅延が提供される。
５．ＶＣＯ３４がオフにされる。
６．電流を節約するためにＲＦスイッチ３６がオンされる（ＲＦスイッチがＲＦ信号を減衰するとき、ＲＦスイッチには電流が流れる）。
７．ＣＯＭＭプロセッサ４８から主プロセッサ４６へ、ＰＥＴモジュールメッセージの送信が完了したことを通知し、かつＣＯＭＭプロセッサ４８の電源をオフにさせるメッセージが送信される。
８．次いでＣＯＭＭプロセッサ４８は、電流を節約するためにスリープモードに入る。
【００４８】
ＰＥＴモジュール２２による周波数変調の使用は多数の利益をもたらし、例えば、正確に制御可能でありかつ±１００ＰＰＭの搬送波の安定性のための、周波数合成された送信周波数をもたらす。さらに、周波数変調の使用は、マイクロ波ＶＣＯの精度及び安定性に関する本質的な必要条件が自走式の設計に比べて格段に軽減されるので、ＰＥＴモジュール２２の簡単化された製造過程を可能にする。それに加えて、周波数変調の使用は、例えば３６０ＫＨｚであるより狭い受信機の帯域幅の使用を可能にして結果的に改善された感度をもたらし、かつ、各捕捉チャンネルの位置が正確に知られているという理由から、より高速でより信頼性の高いホップ同期化処理を可能にし、このことは、基地局装置受信機の信号処理の必要条件を、シンセサイザを含まないアーキテクチャを用いたＦＣＣのパート１５．２４９の設計が使用された場合の必要条件よりも遙かに簡単化する。
【００４９】
上述されたように、ＰＥＴモジュール送信機の公称出力電力は、より狭い帯域幅の受信機（−１１０ｄＢＭ）で＋１５ｄＢｍである。ＦＣＣのパート１５．２４９によって制限された電力の範囲において動作する既存のアイトロン ＥＲＴ（登録商標）（−１０５ｄＢＭのより広い帯域幅の受信機で−６ｄＢＭ）に比べると、本発明は、“利用可能な”電力を、アイトロン ＥＲＴ（登録商標）に対して最大で４００倍まで提供する。有効電力のこの増大分は、従来の許容し難いほどのリンクマージンの不良と、Ｒ−４の伝搬定数とを改善するために使用される。ＰＥＴモジュール２２送信機の送信範囲は、アイトロン ＥＲＴ（登録商標）又はＦＣＣのパート１５．２４９に準拠して動作する他の任意のより小さい電力の装置に比べると、最大で約６倍までのファクタで増大する。これにより、必要な中間の到達範囲ゾーン（基地局装置２６の中継器装置２４の場所によって生成される到達範囲ゾーン）の個数は、５倍乃至２５倍の間のファクタで減少する（到達範囲は伝送半径の増加分の２乗で増大する）。こうして、ＰＥＴモジュール２２送信機の到達範囲は増大するので、必要な中間の到達範囲ゾーンの個数は減少する。送受信機の単価と、需給計器読み取りシステムの有効な到達範囲を提供するために必要な送受信機の個数とを共に低減させることにより、本発明に係るシステム２０の総コストは、アイトロン ＥＲＴ（登録商標）モジュールのような従来の符号化送信機技術を用いて実装された需給計器読み取りシステムの総コストより遙かに低い。
【００５０】
ＰＥＴモジュール２２送信機は、好ましくは複数のメッセージのタイプをサポートし、単にメッセージのタイプフィールドを変更するだけでまったく異なるメッセージ構造の使用を可能にする。ドットパターンは好ましくはメッセージに先行し、受信機及び符号化器の性能の向上を促進する。図４乃至図９は、様々なメッセージのタイプを含むビット列の図を示している。図４はタイプ“１０”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図５はタイプ“１１”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図６はタイプ“１２”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図７はタイプ“１３”（１０進法）のメッセージのタイプであり、図８はタイプ“１４”（１０進法）のメッセージタイプであり、図９はタイプ“１７”（１０進法）のメッセージのタイプである。利用されるメッセージのタイプは、何のデータが使用され、かつ、データを送信するために何のホップシーケンスが使用されるかを決定する。
【００５１】
例えば、図４のタイプ“１０”のメッセージは、第１の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１の消費量パルス計数値を送信する。タイプ“１０”のメッセージは、ドットパターンフィールド８６と、４ビットのメッセージのプリアンブルフィールド８８と、８ビットのメッセージ長フィールド９０と、８ビットの、１の補数のメッセージ長フィールド９２と、メッセージ９４とを含んでいる。メッセージ９４は、８ビットのメッセージのタイプフィールド９６と、可変長のメッセージ本文フィールド９８と、１６又は３２ビットのＣＲＣ１０８とを含んでいる。メッセージ本文フィールド９８は、好ましくは、フィールド１００に３２ビットのＰＥＴモジュール識別／シリアル番号を含み、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１に関する３２ビットの消費量パルス計数値１０２と、ＰＥＴモジュールハードウェアのタイプを表示するハードウェアフィールド１０４と、フラグ及び改ざんビットのための８ビットのフィールド１０６とを含んでいる。
【００５２】
タイプ“１１”のメッセージは、図５に示されたように、第１の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１の消費量パルス計数値を送信し、それに加えて９個のバケットの“デルタ”消費量データを送信する。送信される９個のバケットは５分間のレジスタデータを表し、バケット“０”は５分の経過時間を有し、最初に送信され、バケット“８”は４５分の経過時間を有し、最後に送信される。バケットの使用により、基地局装置２６の受信機は、実際に基地局装置２６がＰＥＴモジュールのメッセージ送信を受信する時刻に関わらず、所望の時点に戻って消費量データを再構成することができる。このメッセージ構造におけるフィールドは、タイプ“１０”のメッセージの場合と同様であるが、メッセージ本文フィールド９８に９個のバケットを含む９バイトが追加されている。
【００５３】
タイプ“１２”のメッセージは、図６に示されたように、第２の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ１及び２の消費量パルス計数値を送信する。このメッセージ構造におけるフィールドはタイプ“１０”のメッセージの場合と同様であるが、ＰＥＴモジュール２２が接続された需給計器のレジスタ２内の消費量データのために、第２の３２ビット消費量パルス計数値フィールド１０２が追加されている。
【００５４】
タイプ“１３”のメッセージは、図７に示されたように、以前に送信されたメッセージを再送信する中継器メッセージのタイプである。このメッセージ構造におけるフィールドはタイプ“１０”のメッセージの場合と同様であるが、メッセージ本文フィールド９８がメッセージのタイプフィールド９６を取り入れるとともに、８ビットのルートフィールド１１２と、８ビットのグループフィールド１１４と、８ビットのサブグループフィールド１１６と、フィールド１１８内の、以前に送信された元のメッセージデータとを取り入れている点が相違している。ルート、グループ及びサブグループのコーディングの使用は、システム間のクロストークの最小化を可能にし、システム内では、重複する到達範囲エリアにおける冗長なデータを最小化し、これにより、到達範囲及びチャンネルの効率が改善される。フィールド１１８内の元のメッセージデータは、元のＣＲＣ１０８までを含むが元のＣＲＣ１０８は含まない、元のメッセージのタイプを含んでいる。
【００５５】
タイプ“１４”のメッセージは、図８に示されたように、メッセージ構造において上述のタイプ“１２”のメッセージの場合と同じである。しかしながら、タイプ“１４”のメッセージは、第１の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルとは異なる、第２の予めプログラミングされたホップシーケンステーブルに従って送信される。衝突をさらに最小化するためには、ＰＥＴモジュールの中に多数のホップテーブルをプログラミングすることが可能であり、これによりＲＦチャンネルの利用率及び効率はさらに向上する。
【００５６】
タイプ“１７”のメッセージは、図９に示されたように大きなブロックのモードのメッセージのタイプであり、ここでは、最大で４５個までのＰＥＴモジュールメッセージが単一の大きなブロックで送信可能である。メッセージ構造の開始部は、フィールド８６、８８、９０及び９２を含むとともに、メッセージのタイプフィールド９６を含む、上述の構成と同様である。メッセージ長は、好ましくは、ＣＲＣで保護されたメッセージの全体を復号化する前に、適正なメッセージを復号化する精度を改善するために２度反復される（オリジナルと補数）。メッセージの初期にこのテストを利用することにより、長い誤ったメッセージ長は大幅に最小化され、新規なメッセージの効率的な復号復元が達成される。発信元は、好ましくは装置の送信に係るローカルなシリアル番号である。宛先は最初はゼロに設定され、受信機の復号化回路内で、受信機は発信元、宛先を有効化する（イネーブルにする）ように選択的に構成されてもよい。第１及び第２のペイロードはブロック識別子である。第１のペイロードはデフォルトで１に設定され、第２のペイロードはそのブロックに含まれるＰＥＴ送信の個数に設定される。次のパケット間隔は、好ましくは、次の送信までの期間に後続する時間を識別する。この間隔情報は、中継器と基地局との間のブロック送信の選択的な調整を可能にして、性能を最適化する。送信カウンタは、各再送信と元の読み取りとの間の待ち時間を決定できるように、再送信の待ち時間を計算するために使用される。好ましくは、その装置の送信計数値は、ネットワーク中での各再送信のステップにおいて付加される。ヘッドエンドでは、この情報は、待ち時間情報が添付された実時間のクロックを用いて、正確にタイムスタンプが付与され、実際のメータ読み取り時刻の正確な計算を可能にする。
【００５７】
上記説明は好ましいメッセージ及び最も頻繁に使用されているメッセージの構造を提示しているが、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく他のメッセージのタイプを使用してもよいということは注意される必要がある
【００５８】
ＩＩ．Ｃ． 中継器装置及び基地局装置−ハードウェアの詳細
図１０は、基地局装置２６のロジックボード、及び同様に中継器装置２４のロジックボードを構成する主要な構成要素のブロック図を示している。図示されたように、基地局装置２６は、一般に、主コントローラ１３０と、符号化器１３２と、復号化器１３４と、送受信機１３６とを備えている。主コントローラ１３０は、ＲＳ−２３２通信回線１３８を介してユーザプログラミングのためのコンソール（操作卓）に接続可能である。さらに、主コントローラ１３０は、好ましくは３つの異なるメモリ、すなわちＥＥＰＲＯＭ１４０とＲＡＭ１４２とＲＯＭ１４４とによってサポートされる。主コントローラ１３０は、一般に、基地局装置２６のアプリケーション及び診断ソフトウェアを実行するとともに、あらゆる外部のユーザインタフェースを処理する。主コントローラ１３０はまたロジックボード上のより低いレベルのプロセッサの動作を制御し、これらのプロセッサは次いで基地局装置の送受信機１３６を制御する。
【００５９】
符号化器１３２は、一般に、送受信機１３６のＲＦボードとの低レベルのインタフェースを処理する。符号化器１３２は、一般に、送受信機１３６のＲＦボード上のシンセサイザとの通信に対する責務を有するとともに、ＲＦボード上のラコン（ＲＡＫＯＮ）を制御する。復号化器１３４は、一般に、送受信機１３６から未処理のデータを取得し、有効なメッセージのプリアンブルを復号化するように試み、次いで、主コントローラ１３０に転送するためにシフトレジスタのマイクロチップ１４６を用いることによってそのメッセージをバッファリングするように動作する。基地局装置２６に対する直流入力１４８及び交流入力１５０は、必要に応じて電源レギュレータ１５２により調整される。
【００６０】
主コントローラ１３０は、好ましくはダラス（Ｄａｌｌａｓ）の８０Ｃ３２０であり、単一の通信プロトコルを用いて、好ましくはＰＩＣ １６Ｃ７７である符号化器１３２と、復号化器１３４との両方と通信する。主コントローラ１３０の動作パラメータ用として利用される４個の構成メモリ領域が存在する。基地局装置２６のデフォルトの構成は、主コントローラ１３０のためのプログラムコードの一部としてＲＯＭ１４４の中に記憶され、新たな基地局装置２６を初期設定するための開始点を提供する。残りの３個の領域はＥＥＰＲＯＭ１４０に存在し、基地局装置２６の設置過程の間に変化することを許容している。特に、残りの３個の構成メモリ領域は、主コントローラ１３０に基本的な構成パラメータを供給する基本的構成テーブルと、構成パラメータのバックアップコピーを供給して、基本的構成テーブルが“不良”と見なされた場合に利用されるバックアップ構成テーブルと、基地局装置２６の診断モードの動作を完了させるための設定値を使用してプログラミングされている工場設定領域とを含んでいる。
【００６１】
符号化器１３２は送受信機１３６の動作を制御し、かつ、シンセサイザをロードすること、様々な電力レベルを設定すること、送信動作と受信動作間で切り換ること、及び、送信されたデータストリームを、マンチェスター符号で符号化されたデータへ変換することのような、低レベルの動作（アクティビティ）を実行する。
【００６２】
復号化器１３４は、好ましくはプログラム可能なロジックとマイクロコントローラとの組み合せによって実装される。図１１には復号化器１３４のブロック図が示され、復号化器１３４の３つの主要部分が示されている。復号化器１３４の３つの主要部分は、ラティス（Ｌａｔｔｉｃｅ）のＩＳＰ１０１６プログラマブル・ロジックデバイス１５６と、好ましくは２６２Ｋｈｚでクロックされた１０２４ビット遅延線を利用するＰＩＣ１６Ｃ６２２マイクロコントローラであるシフトレジスタのマイクロチップ１４６と、統合化されたアナログ・ディジタル変換器を備えた、ＥＰＲＯＭに基づくマイクロコントローラであるＰＩＣ１６Ｃ７４Ａマイクロコントローラ１５８とを含んでいる。
【００６３】
デバイス１５６の入力には、雑音のある未処理の無線データが印加される。信号は１９．６６０８ＭＨｚのクロック１６０に同期化され、ディジタル積分器１６２を通過するように供給されてすべての高い周波数の雑音がろ波される。ろ波されたこの信号は、遅延シフトレジスタのマイクロチップ１４６を介して送られる。シフトレジスタの後段で、この時点で遅延されているデータ信号はデバイス１５６において再び同期化される。存在する２つのデータストリーム、すなわちろ波されたデータ信号と遅延されたデータ信号とは、マイクロコントローラ１５８内の位相ロックループ（ＰＬＬ）がどちらかのデータ信号にロックすることができるように、デバイス１５６内のステアリング（操向）ロジック１６４によって選択されることが可能である。遅延されたデータは常にデータ積分器１６２に接続されているということを注意する。データ積分器１６２は、遅延されたデータを１６×のクロックレートでサンプリングし、マイクロコントローラ１５８によるサンプリングのために各データビットをろ波する。デバイス１５６内では、ディジタルの、再トリガーしないワンショットが生成され、ＰＬＬアルゴリズムのために雑音のある未処理のクロックが供給される。マイクロコントローラ１５８は、データストリームの同期化のためにＰＬＬを供給し、送信されたデータビットをアセンブルしてデータパケットにする。ディジタルＰＬＬは、＋／−２％の周波数ロック範囲を有している。マイクロコントローラ１５８内のプログラム可能なカウンタは、クロックレベル入力の各エッジをサンプリングするために使用される。エッジ間（位相）の時間はマイクロコントローラ１５８によってモニタリングされ、マイクロコントローラ１５８によって生成される出力の再構成されたＰＬＬクロックは、データストリームをサンプリングするために使用される最終的なＰＬＬクロックを供給するように適宜調整される。
【００６４】
送受信機１３６は、ＰＥＴモジュール２２を追跡するための自動周波数制御装置（ＡＦＣ）を有するＦＭ受信機と、集線装置間の転送を利用するＦＭ送信機とを含んでいる。ＦＭ受信機は、好ましくは、高いＩＦ（中間周波数）において約１．３ＭＨｚのＩＦ帯域幅を有し、低いＩＦにおいて３６０ＫＨｚの帯域幅を有し、かつ２０ＫＨｚの検波後の帯域幅を有するデュアルコンバージョン型のスーパーヘテロダインＦＭ受信機である。本受信機は、シンセサイザを備えたステッピング局部発振器（ＬＯ）を用いることによって９０２乃至９２８ＭＨｚの帯域を走査し、中間の１１０．６ＭＨｚの高いＩＦを生成する。１１０．６ＭＨｚのＩＦは緩衝増幅され、９９．９の第２のＬＯと接続された第２のミキサに印加されて１０．７ＭＨｚの第２のＩＦ周波数にダウンコンバートされる。３６０ＫＨｚのＩＦの最小の帯域幅は、ＰＥＴモジュール２２及び中継器装置２４の送信機の２０ｄＢの占有された帯域幅と整合するとともに、周波数の安定性と、構成要素の変化と、基地局装置２６、中継器装置２４及びＰＥＴモジュール２２の経年変化とに対して付加的な許容度を提供する必要がある。ＦＭ信号は直角位相検波器で復調されてデータスライサに印加され、ハード制限された５ボルトの１６キロビットの毎秒のデータが生成される。データは、基地局装置２６又は中継器装置２４のロジックボードに転送され、さらに処理される。
【００６５】
図１２は、送受信機１３６の詳細なブロック図である。図１４には、送受信機１３６を実装するＲＦ回路基板１３８の好ましい一実施形態を表す、対応する図が示されている。ＲＦ基板１３８は、好ましくは、図１５に示されたようにクラムシェル１４０内に封入されている。クラムシェル１４０は、ＲＦ基板１３８上の様々な回路間を遮蔽し絶縁するために使用される、内部に画成された複数のパーティション１４２を有している。パーティション１４２はＲＦ基板１３８上の対応する接地構造体１４４と組み合わされて結合され、クラムシェル１４０と結合するとＲＦ基板１３８の回路の様々な部分を互いに絶縁する。仕切られた区画間のクロストークを除去するため、フィードスルー（貫通接続）が多く使用されている。
【００６６】
ＩＩ．Ｃ．１ 送受信機のハードウェア−９００ＭＨｚ受信機
９００ＭＨｚ受信機の雑音指数は、主として、フィルタ３０１と増幅器回路２０２及び２０３とで構成されるフロントエンド構成要素によって確立される。ＲＦフィルタ３０１は、１ｄＢ未満の挿入損失を有する帯域通過フィルタである。ＬＮＡ増幅器２０２は、約１．２ｄＢの雑音指数を有する。増幅器２０３は、広帯域信号の利得を増大（ブースト）させる働きをし、これがフィルタ２０４に供給される。フィルタ２０４は、９１５ＭＨｚを中心とする２５ＭＨｚの通過帯域を有する３極セラミックフィルタである。それに加えて、増幅器２０２は、受動的なミキサ２０５がもたらす雑音をマスキングするのに十分な利得を提供する。挿入損失と雑音指数との合計は約２ｄＢであり、付加的な１０分の数ｄＢの雑音指数が下流側の受信機の損失及び雑音指数によってもたらされる。目標は、３ｄＢ未満のシステム雑音指数を達成すると同時に、高い入力ＩＰ３性能を達成することにある。受信機の優れた入力ダイナミックレンジと優れた雑音指数とは、通常は相反する目標であるので、雑音指数とＩＰ３との間の幾分かのトレードオフが予想されることになる。増幅器２０２は約１２ｄＢの利得を有し、増幅器２０３は１２ｄＢの利得を有するため、これらのステージは共に、システムのＩＰ３の必要条件を満たすのに十分な出力ＩＰ３の数値を有している。
【００６７】
ミキサ２０５は、＋１８ｄＢｍの入力ＩＰ３と約９ｄＢの変換損失を有する、受動的な二重平衡型のダイオードミキサである。ダイナミックレンジが高いので、＋１７ｄＢｍの中電力ＬＯ駆動レベルが必要であり、これは電力増幅器２５３によって供給される。この増幅器はまた、送信機のためにＰＡ機能も提供する。シンセサイザを備えたステッピングＶＣＯ２５０は、約７９０ＭＨｚから８１６ＭＨｚまでで動作する。これは、基準発振器に対して位相ロックされ、温度に対する周波数安定性を保持するために温度補償が行われる。ＶＣＯ２５０の同調電圧は、ロジックボードからの信号によって制御されるシンセサイザから導出される。現時点では、装置が動作しているチャンネル数は２５個であり、表１にこれが示されている。
【００６８】
【表１】
表１において太字で示されているチャンネルは、ローテーションの使用に基づいて走査される複数の捕捉チャンネルとして識別されたチャンネルである。好ましくは、３個のより高い周波数チャンネルと３個のより低い周波数チャンネルにてなる６個の捕捉チャンネルのみが存在する。捕捉チャンネルは、既存のアイトロン ＥＲＴ（登録商標）技術により本発明の場合の捕捉チャンネルとして使用される中心周波数の使用を回避することによって、このアイトロン ＥＲＴ（登録商標）技術との後方互換性を可能にするように、送信スペクトルの上端及び下端において選択される。好ましくは、２つ又はそれよりも多くのシステム間に干渉を生じることなく同じ到達範囲にわたって複数の需給計器読み取りシステム２０を配備できるようにするために、交替可能な２つ又はそれよりも多くの捕捉チャンネルのセットが存在する。送受信機１３６は、複数の捕捉チャンネルを使用してプログラミングされる。
【００７０】
増幅器２０６は約１４ｄＢの利得を有し、ＳＡＷフィルタ３０３に先行して１１０．６ＭＨｚのＩＦ信号をバッファリングする働きをする。増幅器２０６は、システムのダイナミックレンジの必要条件を保持する＋３０ｄＢｍの出力ＩＰ３を有している。フィルタ３０３は、イメージ周波数を低減するための、９００ＭＨｚ受信機中の帯域制限装置であって、入力熱雑音のフロア値と、到来するＰＥＴ及びＰＥＴ中継器のメッセージに対する公称の感度との両方を確立する。フィルタ３０３は、８．５ｄＢの損失を有する１．５ＭＨｚの３ｄＢ帯域幅を有する。増幅器２０７によって、付加的な１４ｄＢのＩＦ利得がもたらされる。次に、増幅器２０７の出力は、ミキサ２０８によって１０．７ＭＨｚにダウンコンバージョンされる。ミキサ２０８による変換のためのＬＯは、シンセサイザを備えた９９．９ＭＨｚのＶＣＯ２５１から提供される。１０．７ＭＨｚの信号は、次に１６ＭＨｚの低域通過フィルタ３０４によってろ波され、次に２３ｄＢの利得を有する増幅器２０９によって緩衝増幅される。次に信号は、７ｄＢの損失を有する、各々３６０ＫＨｚである３つの帯域通過セラミックフィルタ３０５とインピーダンスを整合され、ＦＭ検波器回路２１１に提示される。
【００７１】
検波器回路２１１は、約７０ｄＢの利得を有する制限ＩＦ増幅器である。これは高速ＲＳＳＩ出力を特徴とし、ＰＥＴＲＣ装置のロジックボードがＰＥＴモジュールの送信ＲＦ信号強度を決定するために使用される。ＲＳＳＩ出力及びＲＦの伝送曲線（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｕｒｖｅ）は対数的であるが、これは、復調される振幅がＩＦ信号の振幅に関して非線形であることを意味する。ＲＦダイナミックレンジは、利得、すなわち７０ｄＢにほぼ等しい。使用される特定の検波器は、伝送曲線の最も“直線的な”部分で動作しかつシステムの雑音指数が利得について制限されないことを保証するために、約４０ｄＢのシステム利得が先行することを必要とする。
【００７２】
ＦＭ情報は直角位相検波器２１５から導出され、３１２ａ及び３１２ｂで構成される低域通過フィルタに印加される。復調された信号は、ベースバンド信号対雑音比を改善するために低域通過フィルタでろ波され、次にしきい値検出器／ビットスライサとして機能するコンパレータ２１４ａに印加される。次に、５ボルトのディジタルロジックが排他的“ＯＲ”ゲート及びＦＭ位相調整レベルと組み合わされて、ＰＥＴのマンチェスター符号で符号化されたデータの正確な位相調整をロジックボードの復号化回路に提供する。
【００７３】
ＩＩ．Ｃ．２ 送受信機のハードウェア−９００ＭＨｚ送信機
以降は、送受信機１３６の送信機部分において利用される回路の詳細な議論である。ＰＥＴ中継器の送信機は、９００ＭＨｚの周波数範囲で動作する、シンセサイザを備えたＶＣＯ（電圧制御発振器）を利用している。ＶＣＯは、トランジスタ２６０と関連付けられた構成要素とで構成されている。この回路の出力は回路４０２に印加され、回路４０２は、動作のモード（すなわち受信又は送信）に依存して、受信されたＶＣＯ又は送信するＶＣＯの何れかをＲＦ電力前置増幅器（４００）及びシンセサイザの入力へ送りこむ（又はルーティングする）。増幅器４００の出力は６ｄＢの分離パッドに印加され、次いで最後の電力増幅器である増幅器４０３に印加される。この増幅器は、送信モードにあるときは送信機電力出力を提供するとともに、受信モードにあるときは受信機ＬＯ（局部発振器）を提供する。従って、この増幅器は７９０から９２８Ｍｈｚまでの非常に広い周波数範囲にわたって動作される。送信モードにある場合、増幅器４０３の出力は回路４０４に印加され、アンテナは、受信機の帯域通過フィルタ３２５又は送信機の帯域通過フィルタ３２５の何れかに対して切り換えられる。フィルタ３２５の出力は第２のアンテナスイッチに印加され、低域通過フィルタでろ波されてスイッチ４５０に印加される。スイッチ４５０は、帯域通過フィルタでろ波されて出力コネクタに印加される前の最後の出力アンテナスイッチである。
【００７４】
送信機及び受信機は、ＬＭＸ２３１６シンセサイザ５００を利用する。このシンセサイザ５００は、チップ選択と、ロジックボードのマイクロプロセッサからのデータ回線及びクロック回線とを使用することによって制御される。ＤＣＸＯから取得される４．１ＭＨｚの基準信号は、非常に正確な周波数／時間のベースをシンセサイザ５００に提供する。シンセサイザ５００からの出力は、ＶＣＯ４００に印加される前に、１ＫＨｚで３ｄＢのループ帯域幅を使用する。
【００７５】
送信モードでは、ロジックボードのマイクロプロセッサで発生した変調データが抵抗器５４３に印加される。抵抗器５４３は、送信機の変調回路５１０の偏移を調整する。送信機の変調回路５１０は、主として、送信機をＦＭ変調するために送信ＶＣＯ４００に対して容量的に疎結合で接続されたセラミック抵抗器５４４で構成される。典型的には、変調設定値は＋／−７５ＫＨｚである。
【００７６】
ＩＩ．Ｃ．３ 送受信機のハードウェア−基準周波数発振器
発振器２１９は、１６．４ＭＨｚで動作し、温度の影響を受ける、ディジタル補正された水晶発振器である。装置の製造者によって実行されるように、摂氏０．５度の増分を用いて発振器２１９を較正することにより、比較的高い安定性が達成されている。それに加えて、補正データは、Ｄ／Ａ変換器へ供給されるディジタルワードであって、次いでＤ／Ａ変換器は発振器を正しい周波数に同調する。較正データは、ＥＥＰＲＯＭモジュールに記憶される。基準発振器２１９は、ロジックボードによって駆動され、０．５度変化する毎に以下のイベントのシーケンスが実行される。（１）符号化器は温度センサを読み取り、データはクロック同期されてセンサからシリアルバスを介して出力される。（２）符号化器はＥＥＰＲＯＭにおける適正な記憶場所を読み出し、シリアルバスを介して適正なデータを検索する。（３）適正データは次に、シリアルバスを介して、搭載されたＤ／Ａ変換器へリダイレクトされる。（４）ＤＡＣ出力は水晶発振器内のバラクタを駆動して周波数を補正させる。
【００７７】
増幅器２２９Ａ及び２２９Ｂは、緩衝増幅器及びレベルシフタとして動作し、４で除算する回路２３０Ａ及び２３０Ｂに、５ボルトのＴＴＬレベルを提供する。回路２３０の出力は４．１ＭＨｚのＴＴＬ信号であり、送受信機基板１３８全体にわたる個別の回路に対して駆動レベルを分離する増幅器２２９Ｃ，Ｄ，Ｅ入力に印加される。
【００７８】
発振器２１９はまた、受信モードの間にＡＦＣ（自動周波数制御）回路によって変調されることも可能である。これは、ＡＦＣの出力信号を発振器２１９のＤＡＣ出力に結合することにより達成される。これは、回路２２８Ｃ及び２２８Ｄによって達成される。回路２２８Ｄの出力は、次に発振器２１９のＤＡＣ入力に再び印加される。
【００７９】
ＩＩ．Ｃ．３ 送受信機のハードウェア−自動周波数制御装置（ＡＦＣ）
ＡＦＣは、＋／−６０ＫＨｚまでの範囲で分離された搬送波周波数によるＰＥＴデータ送信の適正な復号化を可能にする。これは、よりコストが低く安定性も低い水晶を基準周波数として許容することにより、ＰＥＴモジュールのコストをさらに下げる。これは、好ましくはマイクロプロセッサ２１８（単一のチップのマイクロプロセッサ）とその関連付けられた回路とによって達成される。システムは、ロジックボードのマイクロプロセッサによって決定されるＲＳＳＩしきい値レベルである信号の検出によってトリガーされる。しきい値レベルの調整は、フィルタ３３２Ａ、３３２Ｂ、３３２Ｃ及び３３２Ｄで構成される２つの帯域通過フィルタ部分の組み合わせによって達成される。マイクロプロセッサ２１８は、信号のフラグが検出されると、アナログゲート２３１Ａ、２３１Ｂ及び２３１Ｃを制御する。これらのゲートはフィルタ３２８Ａ及び３２８Ｂの帯域通過特性を変化させ、このことは、ＰＥＴ送信機及びＰＥＴ受信機の搬送波オフセットに比例するオフセットした直流電圧を供給する。オフセット直流電圧はフィルタ３２８Ｃに印加され、フィルタ３２８Ｃは基準発振器２１９を変調する。
【００８０】
ＩＩ．Ｃ．３ 送受信機のハードウェア−電力調整
電源１５２は、基本的に、３つの単一のチップのバックスイッチレギュレータ（図示せず。）に入力電力を供給する無調整の電源を構成している。これらのスイッチャレギュレータは、システムに＋６ボルトと＋６ボルト（ＰＡ）と可変電源とを供給して、システムバッテリが接続されていればこれを充電する。＋６ボルト電源からは、低いオーバーヘッドの線形レギュレータによって＋５ボルト電源が生成される。さらに、＋５ボルト電源からは−５ボルトのバイアス電源が生成される。＋３ボルトの基準電源は＋６ボルト電源から生成される。システムの温度基準及びバッテリ電圧と、電流モニタは、主コントローラ１３０による使用のために電源１５２に組み込まれ、そのため、情報は、完全に閉じたループのシステムにおいてバッテリの充電を制御するように使用可能である。ハードワイヤード電圧コンパレータ（図示せず。）は、無調整の直流電源１４８又はバッテリの何れかから動作を管理する。
【００８１】
ＩＩ．Ｄ． 中継器装置及び基地局装置−動作
基地局装置２６及び中継器装置２４は、ＰＥＴモジュールで送信されたメッセージの受信が発生するまで、ユーザによる構成が可能な複数の捕捉チャンネルをモニタリングする送受信機を利用する。ＰＥＴメッセージが復号化されると、基地局装置２６は、基地局装置２６のメモリに記憶された擬似ランダムホップシーケンス及び到来時刻に関する情報によってホッピング送信を追跡する。特に、各ＰＥＴモジュール２２は、それ自体のタイミングシーケンスに基づいて所定の周波数にホップする。送受信機は、ＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号を供給するＰＥＴモジュールメッセージをモニタリングし、この識別／シリアル番号に基づいて装置２４又は２６がその特定のＰＥＴモジュール２２の送信の時間及び周波数を認識する。またこれにより、装置２４又は２６は、時間及び周波数における衝突が発生しうる時間を認識し、それに応じて、ＰＥＴモジュールメッセージの受信を調整することができる。
【００８２】
動作において、最初に基地局装置及び中継器装置が初期設定される。特に、主コントローラ１３０の内部では、すべてのタイマーと、カウンタと、送信及び受信の間隔とが設定される。基地局装置２６の内部では、モデムが初期設定される。さらに、主コントローラ１３０はその予期されるＰＥＴモジュールメッセージの到来リストを確立し、この到来リストにおいて、メッセージの到来時刻が決定され、到来チャンネルが決定され、受信機の窓（ウィンドウ）が決定される。
【００８３】
図１３には、ＰＥＴ送信のタイミングの例が示されている。図示されたように、最初のＰＥＴモジュールデータの送信は、第１の期間タイミング２１８の後になると予期されている。第１の期間タイミング２１８は、９９．９７５ミリ秒が乗算されたＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号の最下位バイト（ＬＳＢ）として定義されるシリアル番号遅延２２０と、６００秒遅延２２２とを含んでいる。次の期間タイミングは現在の期間の終わりにおいて直ちに開始するため、例えば期間タイミング２２４である期間＋１に対する初期タイミングは、現在の期間の実際の送信時間に重複する。
【００８４】
図１４には、受信機の窓のタイミングの例が、図１３の期間タイミングに関連させて示されている。図示されたように、中継器装置２４又は基地局装置２６の送受信機１３６は、ＰＥＴモジュールメッセージを受信するために、発振器の水晶の公差とＰＥＴモジュールメッセージのプリアンブルの検出とを補償する３８０ミリ秒の最小の窓を必要としている。第１の期間タイミング２１８が分かれば、主コントローラ１３０は、送受信機１３６に指令してデータ送信の前の１８０ミリ秒の受信を開始させ、プリアンブル検出のために２０ミリ秒を割り当て、プリアンブル検出の後の他の１８０ミリ秒を提供することができる。
【００８５】
主コントローラ１３０の初期設定は、適正なタイミングからずれたＰＥＴモジュールメッセージが処理される方法と、ＰＥＴモジュールが、予想される到来リストから除去される時期と、ドリフトに合わせて調整する方法とを確立することも含む。さらに、送受信機１３６を介して大きなブロックを受信するためのパラメータも確立される。例えば、送受信機１３６を介して大きなデータのブロックが受信されると、それは復号化され、主コントローラ１３０はデータの完全性を検証するように動作する。検証されたデータから、次に主コントローラ１３０は、ＰＥＴモジュールの識別／シリアル番号を、ＰＥＴモジュール２２に係る主コントローラのローカルリストと比較する。主コントローラ１３０はまた、データからのタイミング期間及び使用されているホッピングシーケンスを決定し、次の大きなブロックデータ受信の到来時刻を計算する。受信の窓のタイミングが適正なタイミングからずれている場合、この計算は主コントローラによって調整される。最後に、主コントローラは、後の送信のためにそのＰＥＴモジュールのデータベース内にデータを入力して記憶する。
【００８６】
主コントローラ１３０のための追加的な初期設定パラメータは、例えばＰＥＴモジュールのデータベース内に配置された、転送されるＰＥＴモジュールメッセージを管理する方法と、大きなブロックのための送信スケジュールを管理する方法と、例えばＰＥＴモジュールがデータベース内で存続している期間のような、データベースの管理と、新規なＰＥＴモジュールによってデータベースが更新される方法と、定期的な間隔でデータベースがクリーンアップされる方法とを含む。主コントローラ１３０はまた、好ましくは、各捕捉チャンネル上の成功ヒット数を計数するように初期設定される。
【００８７】
いったん初期設定されると、主コントローラ１３０は、ＥＥＰＲＯＭ１４０の基本的構成テーブルにおけるＣＲＣをチェックする。ＣＲＣが有効であれば、基本的構成テーブルにおける構成パラメータが主コントローラにロードされる。そうでなければ、主コントローラはＥＥＰＲＯＭ１４０のバックアップ構成テーブルにおけるＣＲＣをチェックし、有効であれば、バックアップテーブルから基本的構成テーブルを再び書き込み、これにより次いで構成パラメータが主コントローラ１３０にロードされる。構成パラメータがロードされると、主コントローラはＰＥＴモジュールのデータテーブルをフォーマットするように動作し、それに加えて、復号化器１３４が送受信機１３６によって受信されているＰＥＴモジュールメッセージを復号化する動作を開始するように命令する。
【００８８】
復号化器１３４は、以下のステップを実行することによって、ＰＥＴモジュールメッセージの送信パケットを検出するように動作する。
【００８９】
１．ろ波されたデータ信号にマイクロコントローラ１５８の位相ロックループ（ＰＬＬ）がロックされている間に、有効なプリアンブルを検出する。
２．マイクロコントローラ１５８のＰＬＬ追跡を、上述のように生成される遅延されたデータ信号に切り換える。
３．主コントローラ１３０に、有効なプリアンブルの検出について通知する。
４．残りのメッセージパケット、すなわちプリアンブルを超えた部分を、復号化器のマイクロコントローラ１５８へシフトし、ここで、それは主コントローラ１３０へ送信される。
５．ＰＬＬ追跡を、ろ波されたデータ信号に戻すように切り換え、メッセージパケットのプリアンブル探索を再び開始する。
【００９０】
ＰＥＴモジュール２２からの有効でありかつ復号化されたデータパケットが、復号化器１３４から利用可能であれば、主コントローラ１３０はそのデータパケットを読み取り、それが装置２４によって処理されるべきか、あるいは装置２６によって処理されるべきかを決定するように動作する。中継器装置２４の場合は、中継器装置２６が記録を作り、復号されたデータをそれに記憶する。現在の中継器装置２４が送信を行う時刻に達すると、記憶されたＰＥＴモジュールのメッセージデータは符号化器１３２によって符号化され、ＦＨＳＳ ＲＦを介して次の中継器装置２４又は基地局装置２６に転送される。この処理は、現在のすべてのＰＥＴモジュールメッセージが基地局装置２６へ送信されるまで反復される。
【００９１】
符号化器１３２は、ＰＳＰ（パラレルスレーブポート）を介して主コントローラ１３０からそのコマンド及びデータを受信する。符号化処理の間、データは、バイナリフォーマットで符号化器１３２に到来し、送信のためにマンチェスター符号で符号化されたフォーマットに変換される。変調方法はＦＭであり、マンチェスターデータはＦＭ偏移変調技術を提供する。主コントローラ１３０は、符号化器がビットにクロック同期して正確なペースで出力するので“送信するバイト”の定常的なフローを保持し、これにより、送受信機１３６の送信機に入力される変調が制御される。データストリームの始まりにおいて、主コントローラ１３０は、好ましくは符号化器のセットアップ動作を指示するための長さバイト及び送信機同調バイトを含んでいる。一方、符号化器１３２は、それが受信するコマンド毎又はデータストリング毎に、主コントローラ１３０に応答信号を送信し、完全なトランザクションが発生したことを確認する。符号化器１３２は、好ましくは、受信されたデータの最初の文字を、トランザクションの肯定応答信号として応答する。
【００９２】
ＰＥＴモジュールのメッセージデータがＰＥＴモジュール２２又は中継器装置２４を介して基地局装置２６に到達すると、基地局装置２６の主コントローラ１３０は、そのメッセージを発したＰＥＴモジュール２２がそのＰＥＴモジュールデータテーブル内にあるか否かを決定する。ＰＥＴモジュールデータテーブル内にあれば、当該テーブル内のこのＰＥＴモジュール２２のためのデータバッファが復号化を完了した後の新たなＰＥＴモジュールデータで更新され、データには現在のタイマー値でタイムスタンプが付与され、このＰＥＴモジュール２２に関するメッセージ受信数が増分される。メッセージを送信したＰＥＴモジュール２２が主コントローラのデータテーブル内に予め確立されておらず、かつテーブルに新規なエントリのための余地がある場合は、主コントローラ１３０は、そのＰＥＴモジュールのためにテーブルにその新規なエントリを生成し、データバッファにメッセージデータを記憶し、メッセージ受信の計数値を１に設定し、データにタイムスタンプを付与する。主コントローラが新規なＰＥＴモジュールのための余地をもたない場合は、メッセージデータは主コントローラ１３０によって単に廃棄される。
【００９３】
ＰＥＴモジュールのメッセージが確立されて記憶されると、基地局装置２６は、タイムスタンプ及びメッセージ受信計数値を含むメッセージデータを、ＰＳＴＮ又はセルラー電話機を通じて、解析又は他の所望の用途のためにヘッドエンドのメータ読み取りソフト２８に送信するように動作する。
【００９４】
本発明は、その本質的な特長の意図から逸脱することなく他の特定の形式で実施されることが可能である。従って、説明された実施形態は、あらゆる点で例示的なものであって、限定的なものではないという点は考慮されなければならない。本発明の範囲を示すためには、以上の説明ではなく、添付の請求の範囲が参照される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るユーティリティのサブ計量システムの一実施形態の概略図である。
【図２】本発明に係るＰＥＴモジュール送信機のブロック図である。
【図３】図２のＰＥＴモジュール送信機内で利用される、主プロセッサから１つの通信プロセッサまでのメッセージビット列を示す図である。
【図４】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造の例を示す図である。
【図５】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図６】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図７】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図８】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図９】本発明に係るシステムによってサポートされるメッセージ構造のもう１つの例を示す図である。
【図１０】本発明に係るシステムの基地局装置と中継器装置との両方のロジックボードを備えた主な構成要素のブロック図である。
【図１１】好ましくは図１０のロジックボード内で使用される復号化器のブロック図である。
【図１２】本発明に係るシステムの基地局装置及び中継器の送受信機のブロック図である。
【図１３】ＰＥＴモジュールのメッセージ送信のタイミング図である。
【図１４】受信機の窓のタイミング図である。
【図１５】図１０の送受信機回路基板の好ましい一実施形態を表す図である。
【図１６】図１５の回路基板用クラムシェルの斜視図である。
【符号の説明】
２０…ユーティリティの計量システム、
２２…ＰＥＴモジュール、
２４…中継器装置、
２６…基地局装置、
２８…メータ読み取り指示値解析装置、
３０…ＲＦサブシステム、
３２…ディジタルサブシステム、
３４…電圧制御発振器（ＶＣＯ）、
３６…ピン（ｐｉｎ）ダイオード減衰器、
３８…ＲＦ電力増幅器、
４０…低域通過フィルタ、
４２…４分の１波長ダイポールアンテナ、
４４…周波数シンセサイザ、
４６…主プロセッサ、
４８…通信（ＣＯＭＭ）プロセッサ、
５０…３２ＫＨｚ発振器、
５２…電源充電回路、
５４…バッテリ、
５６…水晶発振器、
５８…変調調整回路、
６０…メータ入力調整回路、
１３０…主コントローラ、
１３２…符号化器、
１３４…復号化器、
１３６…送受信機、
１３８…ＲＳ−２３２通信回線、
１４０…ＥＥＰＲＯＭ、
１４２…ＲＡＭ、
１４４…ＲＯＭ、
１４６…シフトレジスタのマイクロチップ、
１４８…直流入力、
１５０…交流入力、
１５２…電源レギュレータ、
１５６…プログラマブル・ロジックデバイス、
１５８…マイクロコントローラ、
１６０…クロック、
１６２…ディジタル積分器、
１６４…ステアリング（操向）ロジック、
２２１…ガスＰＥＴモジュール、
２２２…水道ＰＥＴモジュール、
２２３…電気ＰＥＴモジュール。
Claims (14)
- それぞれ需給計器に動作可能に接続され、かつ少なくとも対応する上記需給計器に関する計量データを含む大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散信号を送信する複数のエンドポイント符号化送信機装置と、
複数の中間の送受信機装置とを備え、上記中間の送受信機装置の個数は上記エンドポイント符号化送信機装置の個数より少なく、上記中間の送受信機装置の各々は上記大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散信号を受信して再送信し、
上記大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散信号を受信する受信機を有する基地局を備えたスペクトル拡散計器読み取りシステム。 - 上記大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散信号はＦＣＣのパート１５．２４７に準拠している請求項１記載のシステム。
- 上記大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散信号は、少なくとも１ホップ当たり１分の最大ホッピングレートで送信される請求項１記載のシステム。
- 上記大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散信号は少なくとも２５個のチャンネルを含み、そのうちの少なくとも２個は捕捉チャンネルとして予約されている請求項１記載のシステム。
- 需給計器読み取りシステムの一部を形成する需給計器に動作可能に接続された、計器のエンドポイント符号化送信機装置であって、
周波数ホッピングスペクトル拡散信号を使用して上記需給計器から消費量データを送信する無線周波数サブシステムと、
第１のプロセッサと第２のプロセッサとを含むディジタルサブシステムとを備え、上記第１のプロセッサは上記無線周波数サブシステムの動作を連続的に実行しかつ制御し、上記第２のプロセッサは上記無線周波数サブシステムの利用時にのみ動作する装置。 - 上記第１のプロセッサは低速で動作し、上記第２のプロセッサは高速で動作する請求項５記載の装置。
- 上記第１のプロセッサと上記第２のプロセッサとは２つの別個のプロセッサで構成される請求項６記載の装置。
- 需給計器読み取りシステムの一部を形成する需給計器に動作可能に接続された、計器のエンドポイント符号化送信機装置であって、
周波数ホッピングスペクトル拡散信号を使用して上記需給計器から消費量データを送信する無線周波数サブシステムと、
バッテリによって電力供給されるディジタルサブシステムとを備え、上記無線周波数サブシステムが送信する時刻が近づくと、上記ディジタルサブシステムはチャージポンプキャパシタに充電を指令し、上記チャージポンプキャパシタが充電されると、上記ディジタルサブシステムは、少なくとも一部の上記無線周波数サブシステムが、上記消費量データの送信中に上記チャージポンプキャパシタを放電することを可能にする装置。 - 送信中の上記無線周波数サブシステムによる上記チャージポンプキャパシタの利用は、上記バッテリの放電を制限する請求項８記載の装置。
- 上記ディジタルサブシステムは第１の低速プロセッサと第２の高速プロセッサとを含み、上記第１の低速プロセッサは上記バッテリの状態をモニタリングして上記バッテリの状態を上記第２の高速プロセッサに転送する請求項８記載の装置。
- それぞれ需給計器に動作可能に接続されかつ低速の周波数ホッピングスペクトル拡散モードを使用してデータを送信する複数の計器のエンドポイント符号化送信機装置と、
上記複数の符号化送信機装置からの送信信号を受信する少なくとも１つの基地局装置とを備え、
上記複数の計器のエンドポイント符号化送信機装置のうちの１つの設置に際して、上記設置された計器のエンドポイント符号化送信機装置は、初期期間にわたって高速の周波数ホッピングスペクトル拡散モードを使用する設置モードで動作する需給計器の読み取りシステム。 - 需給計器に動作可能に接続された計器のエンドポイント符号化送信機装置と、
少なくとも１つの基地局装置とを備え、
上記計器のエンドポイント符号化送信機装置は、周波数ホッピングスペクトル拡散を利用することによって消費量データを少なくとも上記基地局装置に送信し、上記送信された消費量データは複数のデータのバケットの形式であり、各バケットは上記基地局装置がそこから所望の消費量データを検索する消費量データの時間期間を表す需給計器の読み取りシステム。 - 上記基地局装置は、時間及び周波数の送信衝突回避方式を、上記バケット送信と組み合わせて利用する請求項１２記載のシステム。
- スペクトル拡散計器読み取りシステムであって、
それぞれ需給計器に動作可能に接続され、かつ少なくとも対応する上記需給計器に関する計量データを含む周波数ホッピングスペクトル拡散信号を送信する複数のエンドポイント符号化送信機装置と、
複数の中間の送受信機装置とを備え、上記中間の送受信機装置の個数は上記エンドポイント符号化送信機装置の個数より少なく、上記中間の送受信機装置の各々は上記周波数ホッピングスペクトル拡散信号を受信して再送信し、
上記大電力の周波数ホッピングスペクトル拡散信号を受信する受信機を有する基地局を備え、
上記符号化送信機装置及び上記送受信機装置の各々は、上記符号化送信機装置又は上記送受信機装置によって保持されて待ち時間情報を計算するために使用される送信計数値を取り入れ、上記基地局は、各受信された送信信号に実時間のクロックでタイムスタンプを付与するため、上記タイムスタンプと上記待ち時間情報との組み合わせから実際の計器読み取り時刻の正確な計算値を決定することが可能なシステム。
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