KR20030082536A

KR20030082536A - 저속/고전력 주파수 호핑 방식을 이용한 확산 스펙트럼검침 시스템

Info

Publication number: KR20030082536A
Application number: KR10-2003-7000922A
Authority: KR
Inventors: 쿠메랄토스콧; 맥코넬존
Original assignee: 이트론 인코포레이티드
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-10-22
Also published as: EP2381586A1; CA2414777C; JP2004518313A; CA2414777A1; US7283580B2; AU8074001A; AU2001280740B2; WO2002008866A2; US20020109607A1; BR0112613A; MXPA03000516A; WO2002008866A3; EP1320793A2

Abstract

본 발명의 확산 스펙트럼 검침 시스템은 검침 시스템의 인코더 송신기 및 중계기의 양 단계에서 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼(HPSS)의 이용을 가능하게 한다. 복수의 종단점 인코더 송신 장치는 유틸리티 계량기에 각각 연결되고 대응하는 유틸리티 계량기에 대한 적어도 검침 데이터를 포함하는 고전력 FHSS 신호를 전송한다. 종단점 인코더 송신 장치보다 그 수가 적은 복수의 중간 송수신 유닛은 고전력 FHSS 신호를 수신 및 재전송힌다. 기지국은 고전력 FHSS 신호를 수신하는 수신기를 포함한다. 바람직하게는, 기지국은 인코더 송신 장치와 중간 송수신 유닛, 양쪽으로부터 고전력 FHSS 신호를 수신할 수 있으면 좋고, 중간 송수신 유닛은 기지국으로의 검침 데이터의 전송을 차단하기 전에 다수개의 인코더 송신 장치로부터의 검침 데이터를 수집하는 것이 좋다. 바람직하게는 고전력 FHSS 신호는 장치의 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 연장하도록 호핑당 적어도 1분의 최대 호핑율로 전송되는 것이 좋다.

Description

저속/고전력 주파수 호핑 방식을 이용한 확산 스펙트럼 검침 시스템{SPREAD SPECTRUM METER READING SYSTEM UTILIZING LOW-SPEED/HIGH-POWER FREQUENCY HOPPING}

무선 자동 검침 시스템은 잘 알려져 있다. 통상적으로, 각각의 유틸리티 계량기에는, 검침값을 수집하여 그 검침값을 무선 네트워크를 통해 중앙국에 주기적으로 전송하는 배터리 구동 방식의 인코더가 설치되어 있다. 인코더를 배터리로 구동하기 위한 요건 및 무선 전송에 적용되는 규제 사항에 의해 부과되는 전력 제한은 중앙국으로의 직접적인 무선 전송을 사실상 방해한다. 대신에, 무선 검침 시스템은, 예컨대 미국 특허 제5,056,107호에 기재되어 있는 네트워크와 같이, 통상 여러개의 계량기 인코더로부터의 전송 메시지를 수신하고 다음 상위 계층에 그 메시지를 전달하는 중간 수신국들이 중복되는 계층형 네트워크를 이용한다. 이러한 형태의 계층형 무선 전송 네트워크에서는 대도시 지역에 유틸리티 검침 시스템의 일부로서 배치되어야만 하는 수천개의 인코더 송신기 가운데 저전력의 면허 불필요무선 송신기들의 사용을 고려한다.

1985년도에, 무선 네트워크 제품의 생산 및 이용을 시뮬레이트하기 위한 시도로서, FCC(미연방 통신 위원회)는 면허 불필요 장치를 통제하는 고주파 스펙트럼 규제와 관련된 파트 15를 개정하였다. 개정 승인된 무선 네트워크 제품은 확산 스펙트럼 변조를 이용하여 산업, 과학 및 의료용(ISM) 대역에서 동작한다. 사용 가능한 ISM 주파수대는 902∼908 MHz, 2.4∼2.4835 GHz, 및 5.725∼5.850 GHz를 포함한다. FCC는 사용자로 하여금, 유틸리티 검침 시스템과 같은 무선 제품이 소정의 요건을 충족하면 FCC 면허증을 획득하지 않고서도 상기 제품을 사용 가능하게 한다. 주파수 스펙트럼의 이러한 규제 철폐는, 기존의 고주파 시스템과의 간섭을 피하게 하는 고주파 설비들을 조정하기 위한 사용자 단체들이 비용과 시간 소모적인 주파수 계획을 수행할 필요성을 없앤다.

확산 스펙트럼 변조기는 광범위한 영역에 걸쳐 신호를 확산시킬 수 있는 2가지 방법 가운데 한가지 방법을 이용한다. 첫번째 방법은 직접 시퀀스 스펙트럼 분산(DSSS) 방법이며, 두번째 방법은 주파수 호핑 스펙트럼 분산(FHSS) 방법이다. DSSS는 송신국의 데이터 신호를, 치핑 코드[또는 확산 이득(processing gain)이라고도 알려진]라고 부르는 고속의 데이터 속도의 비트 시퀀스와 조합한다. 높은 확산 이득은 간섭에 대한 신호 저항을 향상시킨다. 한편, FHSS는 간섭을 피하도록 수개의 정해진 주파수 채널에서 랜덤하게 호핑된 데이터 신호의 분산에 의존한다. 잠재적인 데이터 전송율은 FHSS보다 DSSS이 더 높지만, DSSS는 FHSS보다 훨씬 고가이고 전력 소비도 더 많다.

미국 특허 제5,661,750호에는 고전력 송신기를 사용하면서 FCC 파트 15.247의 요건을 만족하도록 설계된 유틸리티 검침용 DSSS 시스템을 개시하고 있다. 상세하게 설명하면, 이 시스템에서, 송신기는 원신호보다 더 넓은 대역폭으로 신호를 확산시키기 위해, 변조기를 이용하여 전송 신호를 의사 랜덤 패턴으로 변조하고 제2 변조기를 이용하여 그 신호의 프리앰블(preamble)을 위상 반전 패턴으로 변조시킨다. 위상 반전 패턴은 송신기에 의해 생성되는 스펙트럼 라인 수를 증가시켜 방송 신호의 전력 밀도를 떨어뜨리므로, DSSS의 전력 밀도는 3개의 KHz 대역폭에서 +8 dBm이다. 그러나, 위상 반전 패턴이 저전력 밀도 요건은 해결하지만, DSSS에 관련된 비용 상승 문제는 해결하지 못하고, 사실상, 위상 반전 변조기가 추가되어 송신기 비용이 상승할 것이다. 또한, DSSS 수신기가 사실상 여전히 잡음에 취약하다는 점은 해결되지 못하고, 신호 충돌 방지를 위해 시간 및 주파수보다는 오직 시간만을 사용하는 문제를 해결하지 못하는데, 이러한 것들은 유틸리티 보조 검침 애플리케이션에서는 명백하고도 중요한 문제가 된다.

FHSS는 데이터 신호를 받아서, 그 신호를, 광대역의 주파수 대역에서 시간 함수로서 주파수에서 주파수로 호핑하는 캐리어 신호로 변조시켜 동작한다. FHSS에서, 캐리어 주파수는 주기적으로 변한다. 주파수 호핑 기술에서는, 협대역 시스템으로부터의 간섭을 일으키는 신호와 확산 스펙트럼 신호, 양 신호가 동일한 주파수와 동일한 시간에 전송되고 있다면 상기 협대역 시스템의 간섭 신호가 확산 스펙트럼 신호에만 영향을 끼칠 것이기 때문에 간섭이 감소된다. 그러므로, 전체 간섭이 매우 낮아져서, 비트 에러는 매우 적거나 없게 된다.

호핑 코드는 고주파가 전송할 주파수와 그 순서를 결정한다. 신호를 적절하게 수신하기 위해서, 수신기는 동일한 호핑 코드에 설정되어야 하며 올바른 시간과 정확한 주파수에서 입력되는 신호에 주의해야 한다. 고주파가 하나의 주파수상에서 간섭을 받는다면, 고주파는 그 신호를 또다른 주파수상에서 순차적인 호핑으로 신호를 재전송할 것이다. 이러한 변조 기술의 특성 때문에, FHSS는 2 Mbps에 이르는 데이터 속도를 달성할 수 있다. 고주파 각각이 서로 다른 호핑 패턴을 이용한다고 가정하면, 동일한 주파수 대역에서 FHSS를 이용해서 간섭을 일으키지 않는 동작 고주파들을 가질 수 있다.

미국 특허 제5,430,759호와, 제5,499,266호, 제5,546,422호, 제5,712,867호, 및 제5,870,426호는 확장된 커버리지 구역에서 모바일 페이저(pager)에 저전력 통신을 제공할 수 있는 페이징 네트워크(paging network)의 FHSS 시스템을 개시하고 있다. 이들 특허에서는 유틸리티 검침을 페이징 네트워크의 가능한 애플리케이션으로서 명시하고 있지만, 유틸리티 검침 시스템과 페이징 시스템간에는 유틸리티 검침 애플리케이션에서 페이징 네트워크 FHSS 기술을 성공적으로 이용할 수 있는 능력을 제한하는 중요한 차이점이 있다. 페이저가 모바일인 페이징 시스템과 달리, 유틸리티 계량기 인코더 송신기는 단일 위치에 고정되며 그 수신 커버리지 구역은 사실상 그 위치에서부터 이용 가능한 안테나 패턴에 의해 규정된다. 투 웨이 페이징 시스템은 페이저로부터 네트워크로의 한정된 통신을 제공할 수는 있지만, 이 페이징 시스템은 비교적 협소한 지역에 집중된 다수개의 유닛으로부터의 연속적이며 주기적인 대량의 데이터 통보를 처리하도록 설계되어 있지 않다.

무선 고주파 네트워크라는 점에서 검침 애플리케이션에 내재된 문제 가운데 하나는 비교적 협소한 지역에 집중된 다수개의 유닛들의 전송간에 있을 수 있는 충돌 가능성이다. 이 문제는, 예컨대 아파트, 고층 건물, 사무실 건물 또는 기타 주거지에 다수개의 유닛이 배치되어 있거나, 다수개의 유틸리티 계좌(계정)가 동일 건물이나 동일 건물 단지에 배치되어 있는 보조 검침 애플리케이션의 점에서 매우 민감하다. 보조 검침 애플리케이션은 유효한 안테나 커버리지를 제한하거나 차단하는 구조로 인해 설치 및 동작 면에서 심각한 문제를 나타내기도 한다.

보조 검침 애플리케이션을 위해 개발되었던 한 시스템이 Inovonics TapWatch(등록상표) 시스템이다. 이 시스템에서, 각각의 유틸리티 계량기에 부착된 종단점 인코더 송신기(point encoder transmitter : PET)는 0.5 mW 미만의 전력에서 FCC 파트 15.249에 의거하여 동작하는 저전력 FHSS 송신기를 이용한다. 네트워크의 중간 중계기는 종단점 송신기로부터의 저전력 FHSS 전송을 수신하여 이들 전송을, FCC 파트 15.247 하에서 동작하는 고전력 송신기에 의해, 수집 및 처리하는 기지국에 재전송되는 DSSS 전송으로 변환한다. 이 방식은 저가의 종단점 인코더 송신기의 사용은 고려하였지만, 중간 중계기의 비용이 증가한다. 또한, 종단점 인코더 송신기가 저전력이기 때문에, 그 전송 범위는 한정되고 보조 검침 유틸리티 애플리케이션의 유효 커버리지에 추가 중간 중계기가 요구되어, 예컨대 시스템의 전체적인 비용이 추가 상승된다.

전술한 바와 같이, 유틸리티 보조 검침에 특히 적합하고, 확산 스펙트럼 장치에 적용되는 FCC 규정 파트 15.247에 부합하며, 수명이 긴 배터리 구동식의 종단점 송신기와 중간 중계기의 사용이 가능하면서, 전체적으로 저가의 시스템을 가능하게 하고 또한 개선된 신호 충돌 방지를 가능하게 하는 유틸리티 검침 시스템이 필요하다.

본 발명은 유틸리티 검침 시스템(utility metering system)에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 주파수 호핑 확산 스펙트럼 방식의 무선 통신을 이용하여 유틸리티 소비량 데이터를 전송하는 유틸리티 검침 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 유틸리티 보조 검침 시스템의 실시예의 개괄도이다.

도 2는 본 발명의 PET 모듈 송신기의 블록도이다.

도 3은 도 2의 PET 모듈 송신기내에서 사용되는 메인 프로세서로부터 통신 프로세서로의 메시지 비트 시퀀스를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 시스템에 의해 지원되는 예시적인 메시지 구조를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 시스템에 의해 지원되는 메시지 구조의 다른 구조를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 시스템에 의해 지원되는 메시지 구조의 다른 구조를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 시스템에 의해 지원되는 메시지 구조의 다른 구조를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 시스템에 의해 지원되는 메시지 구조의 다른 구조를 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 시스템에 의해 지원되는 메시지 구조의 다른 구조를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 시스템의 중계 유닛과 기지국, 양쪽의 로직 보드를 포함하는 메인 구성 요소의 블록도이다.

도 11은 도 10의 로직 보드 내에 사용되면 좋은 디코더의 블록도이다.

도 12는 본 발명의 시스템의 중계기 및 기지 유닛의 송수신기의 블록도이다.

도 13은 PET 모듈 메시지 송신 타이밍도이다

도 14는 수신기 윈도우 타이밍도이다.

도 15는 양호한 실시예의 도 10의 송수신기 회로 기판의 도면이다.

도 16은 도 15의 회로 기판에 대한 클램셀(clam shell)의 사시도이다.

본 발명은 검침 시스템의 인코더 송신기와 중계기, 양 단계에서 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS)의 이용을 가능하게 하는 확산 스펙트럼 검침 시스템이다. 복수의 종단점 인코더 송신 장치(PET : point encoder tranmitter)는 유틸리티 계량기에 각각 접속되어, 대응하는 유틸리티 계량기에 대한 적어도 검침 데이터를 포함하는 고전력 FHSS 신호를 전송한다. 종단점 인코더 송신 장치보다 그 수가 적은 복수의 중간 송수신 유닛은 고전력 FHSS 신호를 수신 및 재전송한다. 기지국은 고전력 FHSS 신호를 수신하는 수신기를 포함한다. 바람직하게는, 기지국은 인코더 송신 장치와 중간 송수신 유닛, 양자로부터 고전력 FHSS 신호를 수신할 수 있으면 좋고, 중간 송수신 유닛은 기지국으로의 검침 데이터의 재전송을 차단하기 전에 다수개의 인코더 송신 장치로부터 검침 데이터를 수집하는 것이 좋다. 바람직하게는, 고전력 FHSS 신호는 그 장치들의 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 길게 하기 위해서 호핑당 적어도 1분의 최대 호핑율로 전송되는 것이 좋다.

기존의 기술과 달리, 본 발명은 비용 및 배치라는 면에서 더 효율적인 검침 시스템을 제공한다. 종단점 및 중간 단계, 양 단계에서 고전력 FHSS 신호를 사용하여 이들 장치의 비용을 줄이면서, 동시에, 특히 보조 검침 애플리케이션에 유효한 커버리지를 제공하기 위해 배치되어야 하는 중간 송수신기의 수를 줄일 수 있다.고전력 FHSS 신호는 FCC 파트 15.247에 부합한다.

일실시예에서, 계량기 종단점 인코더 송신 장치는 주파수 호핑 스펙트럼 확산 신호를 이용하여 유틸리티 계량기로부터 소비량 데이터를 전송하는 고주파 보조 시스템과, 제1 프로세서와 제2 프로세서를 구비한 디지털 보조 시스템을 포함한다. 제1 프로세서는 연속적으로 동작하고 고주파 보조 시스템의 동작을 제어하지만, 제2 프로세서는 고주파 보조 시스템의 사용 시에만 동작한다.

또 다른 실시예에서, 계량기 종단점 인코더 송신 장치는 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 이용하여 유틸리티 계량기로부터 소비량 데이터를 전송하는 고주파 보조 시스템과 배터리로 구동되는 디지털 보조 시스템을 포함한다. 고주파 보조 시스템의 전송 시간에 접근할 때, 디지털 보조 시스템은 전하 펌프 커패시터에 충전을 지시한다. 일단 전하 펌프 커패시터가 충전되면, 디지털 보조 시스템에 의해 적어도 고주파 보조 시스템의 일부에서는 소비량 데이터 송신 중에 전하 펌프 커패시터의 오프(off)를 수행한다.

또 다른 실시예에서, 계량기 종단점 인코더 송신 장치는 통상의 저속 주파수 호핑 모드 대신에, 고속의 주파수 호핑 확산 스펙트럼 모드를 이용하는 설치 모드로 설치한 후에, 처음 시간 동안 동작하도록 구성된다. 고속 모드에서는, 설치가 간단해 질 수 있고, 저속 모드로 동작한다면 인코더 송신기가 중계기 또는 기지국과의 FHSS 전송을 시작하였던 동안에 다른 방법으로 요구되었던 지연을 최소화한다.

또 다른 실시예에서, 계량기 종단점 인코더 송신 장치는 적어도 기지 유닛에소비량 데이터를 전송하는데, 이 전송된 소비량 데이터는 복수의 데이터 버킷의 형태이며, 각각의 버킷은 기지 유닛이 원하는 소비량 데이터를 검색할 수 있는, 일정 기간의 소비량 데이터(a period of time of consumption)를 나타낸다.

또 다른 실시예에서, 각각의 인코더 송신 장치 및 송수신 유닛은 그 장치나 유닛이 보유하고 있고 대기 시간 정보를 계산하는 데 이용되는 전송 카운터값을 포함한다. 기지국은 계산된 실제 검침 시간이 타임 스탬프와 대기 시간 정보의 조합으로부터 결정될 수 있도록 실시간 클록으로 각 수신된 전송을 타임 스탬프한다.

본 발명의 유틸리티 검침 시스템은 다세대 거주지(multi-dwelling) 또는 고층 환경에 통상적으로 배치되는 복수의 수도, 전기 및 가스 유틸리티 계량기, 예컨대 1000개까지의 유틸리티 계량기에 대한 데이터를 모니터 및 기억하도록 동작한다.

Ⅰ. 시스템 구성 요소

도 1을 참조하면, 유틸리티 검침 시스템(20)은 일반적으로, 가스 PET 모듈(221)과, 수도 PET 모듈(222), 및 전기 PET 모듈(223)을 비롯한 복수의 계량기종단점 인코더 송신 장치 또는 PET 모듈(22)을 포함한다. 시스템(20)은 또한 복수의 중계 유닛(24)과, 하나 이상의 기지 유닛(26), 및 헤드엔드의 소프트웨어 운용 방식의 검침 분석 장치(28)를 포함한다.

Ⅰ.A. PET 모듈

각 PET 모듈(22)은, 유틸리티 소비량 및 탬퍼(tamper) 정보를 수집하고 인코드한 다음 이들 데이터를 다른 정보와 함께 RF를 통해, 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS) 기술을 이용하여 주기적으로, 예컨대 10 내지 15분마다 중계 유닛(24) 또는 기지 유닛(26)에 전송하는 고주파(RF) 전송 전용 장치인 것이 좋다. 전기 PET 모듈(223)은 규격 계량기 유리면 아래에 설치되면 좋고 배터리 전력을 필요로 하지 않는다. 가스 및 수도용 PET 모듈(221, 222) 각각은 긴 수명의 배터리에 의해 전력이 공급되는 자체 내장형 저전력 유닛이면 좋고, PET 모듈(221, 222)은 RF 대역에서 다른 사용자에게 불필요한 RF 간섭을 최소화하고 또한 전력 소비를 최소화하여 배터리의 수명을 연장시키기 위해 매우 느린 "버블업(bubble up)" 비율을 사용한다. 각각의 PET 모듈(22)은 제조 공정 중에 계량기 제조업자가 실장하도록 설계되거나 기존 계량기에 용이하게 개장(改裝)되도록 설계된다.

PET 모듈(22)은 고전력 확산 스펙트럼 장치(즉, 전력 출력이 0.5 mW 이상인 주파수 호핑 확산 스펙트럼 장치)에 적용되는 FCC 규제의 파트 15.247에 부합한다. PET 모듈(22)은 40 mW의 최대 첨두 전력 레벨에서 50 ms를 초과하지 않는 전송율로 900 MHz의 면허 불필요 대역에서 동작한다. PET 모듈(22)은 FCC RF 노출 레벨에 부합하여 모든 사람과 20 cm(7.9 인치)의 거리를 유지하도록 영구 탑재된다. PET 모듈(22)은 어떤 방식으로도 변경될 수 없는 것이 좋고 사용자 서비스 가능한 부품은 없다.

Ⅰ.B. 중계 유닛

각각의 중계 유닛(24)은 PET 모듈(22)로부터 RF에 의해 수도, 전기, 및 가스 사용 데이터를 수집한 후에 RF를 통해 데이터를 기지 유닛(26)에 포워드한다. 하나씩 기억하여 포워드하는 방식이나 순간 재전송 방식을 이용할 수도 있지만, 다수개의 PET 모듈의 전송을 블록 전송 포맷으로 함께 그룹화하는 저장 및 포워드 기능에 의해 달성되는 것이 좋다. 구체적으로 설명하면, 각각의 중계 유닛(24)은 주변의 PET 모듈(22)로부터 PET 모듈 RF 전송을 수신하고, 타임 스탬프를 더하며, 미리 정해진 시간에, 저장된 PET 모듈 데이터를 다른 중계 유닛(24) 또는 기지 유닛(26)에 포워드한다. 중계 유닛(24)은 타임드(timed) 방식으로 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS)을 이용하여 그 수집된 정보를 전송한다. 전송은, 예컨대 400 ms 미만으로 비교적 빠르며, 전송당 45개까지의 PET 모듈 메시지를 통신한다. 중계 유닛(24)은 또한 전송할 때마다 식별 번호를 제공한다. 시스템 데이터베이스로 수신되도록 시스템(20)의 모든 중계 유닛(24)의 식별 번호는 기지 유닛(26)에 입력된다.

중계 유닛(24)은 고전력 확산 스펙트럼 장치에 적용되는 FCC 규제의 파트 15.247에 부합한다. 중계 유닛의 송수신기는 전송율이 1/20초의 전송율을 초과하지 않고 전송 시간이 40 ms를 초과하지 않는 100 mW의 최대 전력 레벨로 900 MHz의 면허 불필요 대역에서 동작한다. 중계 유닛(24)은 어느 위치에나 탑재될 수 있지만,그 안테나는 FCC RF 노출 레벨에 부합하여 모든 사람과 2 m(6.7 피트)의 거리를 유지하도록 영구 탑재되어야만 한다. 중계 유닛(24) 안테나와 동축 케이블은 어떤 방식으로도 변경될 수 없고 사용자 서비스 가능한 부품은 내장할 수 없다.

중계 유닛(24)은 한 방향에서 발생할 수 있는 안테나 간섭을 없애기 위해 사용된다. PET 모듈(22)의 안테나 신호가 장애물에 의해 차단되면, 수신기는 PET 모듈 메시지를 수신할 수 없다. 중계 유닛(24)을 사용함으로써 방위 다이버시티(azimuth diversity)가 제공되며, 즉 장애물에 의해 차단된 신호는 하나 이상의 다른 중계 유닛(24)의 안테나 패턴이 그 PET 모듈(22)의 신호를 중복하기 때문에 캡쳐될 수 있다.

Ⅰ.C. 기지 유닛

각각의 기지 유닛(26)은 유틸리티 데이터를 검침 분석 장치(28)에 전송하기 위해 설치된다는 점을 제외하고 중계 유닛(24)과 그 구성이 유사하다. 기지점 인코더 송수신기 리모트 콜렉터(PETRC) 유닛(26)으로부터의 전송은 표준 전화 접속(PSTN)(30) 또는 다른 방법으로서, 셀룰러(celluar) 접속을 통해 수행되는 것이 좋다. 각각의 기지 PETRC 유닛(26)은 전력선 및 전화선으로의 상호 접속의 용이함을 이용할 수 있는 다세대 거주 단지의 중앙점에 장착하는 것이 좋다. 양호한 실시예에서, 각 기지 유닛(26)은 1000개까지의 PET 모듈(22)에 대한 데이터를 모니터하고 기억할 수 있다. PET 모듈(22) 및/또는 중계 유닛(24)으로부터 수집된 데이터는 주파수 호핑 확산 스펙트럼(FHSS) 고전력 RF 기술에 의해 전송되며, 상기 기술은 각 기지 유닛(26)의 커버리지 구역을 최대화하면서, PET 모듈(22)과 중계유닛(24)의 비용을 최소화한다.

Ⅰ.D 검침 분석 장치

검침 분석 장치(28)는 PSTN 또는 셀룰러 전화를 통해 기지 유닛(26)에 의해 양호하게 전송된 사용량 데이터를 처리하도록 동작한다. 다수개의 기지 유닛(26)은, 예컨대 요구되는 유효 검침 커버리지를 제공하기 위해서 대도시 전역에 배치될 수 있다. 검침 분석 장치(28)는 기지 유닛(26)으로부터 수신된 데이터를 처리할 뿐만 아니라, 대화식 그래픽 사용자 인터페이스를 제공하여 사용자가 키 정보를 추출하여 통보할 수 있는 표준 PC를 포함하는 것이 좋다. 검침 분석 장치가 운용하는 소프트웨어는 이트론(Itron)의 MV-RS 검침 소프트웨어이면 좋다.

시스템(20)의 구성 요소의 설치 및 탑재에 관련한 세부 사항은 본 명세서에서 참조 문헌으로 포함되는, 2001년 2월 20일에 발간된 Itron의 "Installation Guide for the PETRC and PET Repeater Units used in the PETNET Submetering System"에서 찾을 수 있다.

Ⅱ. 시스템 동작

Ⅱ.A PET 모듈 - 하드웨서 상세

PET 모듈(22)은 902∼928 MHz 주파수 대역에서 동작하는 완전 합성된 FM 송신기이다. PET 모듈(22)은 25개 채널을 이용할 수 있는 주파수 호퍼(hopper)로서 FCC 규제 파트 15.427에 의거하여 동작한다. PET 모듈(22)의 RF 공칭 출력 전력은 ±75 KHz의 변조로 +15 dBm이고 메시지 전송 시간은 50 ms이다. PET 모듈(22)은 안테나를 포함하는 완전 자체 내장형이며 사용자 서비스 가능한 부품은 없다. PET 모듈(22)은 10∼15분의 메시지 전송율로, 가장 바람직하게는 10분의 전송율로 비동기 모드에서 동작하고, 추정 배터리 수명은 5년이다. PET 모듈(22)은 의사 랜덤 주파수와 시간에 따라 전송하며, 25 랜덤 주파수를 통해 시퀀싱할 수 있으면서, 25개 포착 채널(acquisition) 중 단지 6개, 즉 PET 모듈이 회전하는 상위 3개의 포착 채널과 하위 3개의 포착 채널만 이용하는 것이 좋다. 그러나, 25 채널 중 어떤 채널도 포착 채널로 고려될 수 있고 기지 유닛(26) 구성에 의존한다.

도 2는 PET 모듈(22)의 송신기의 주요 구성 요소를 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, PET 모듈(22)은 디지털 보조 시스템(32)과 함께 RF 보조 시스템(30)을 이용한다. RF 보조 시스템(30)은 핀 다이오드 감쇠기(a.k.a. RF 스위치)(36)를 따르는 전압 제어 발진기(VCO)(34)를 포함한다. RF 스위치(36)는 고조파 억제 저역 통과 필터(40)를 따르는 RF 전력 증폭기(38)에 의해 동조된다. 저역 통과 필터(40)는 1/4파 2극 안테나(42)를 따른다. 설치되는 주파수 합성기(44)는 VCO(34)를 적합한 채널에 동조시켜 가변 로드 상태하에서 채널을 유지시키도록 동작한다.

RF 스위치(36)는 폐쇄형(shut type) 반사 스위치로서 이용되는 2개의 PIN 다이오드로 구성되는 것이 좋다. PIN 다이오드는 그 결합된 "온(ON)" 임피던스를 접지까지 낮추도록 RF에 대해 병렬인 것인 좋고, 그 다이오드를 동작시키는데 필요한 전류가 감소되도록 DC에 대해서는 직렬인 것이 좋다. RF 스위치(36)는 그 스위치가 턴온 및 턴오프하는 비율을 제어하도록 저역 통과 필터에 의해 구동되는 이미터 팔로워에 의해 제어된다.

저역 통과 필터(40)는 고조파 방사를 줄이는데 사용되는 5번째 저역 통과 필터인 것이 좋다. 그 필터의 양호한 구성에 있어서, 저역 통과 필터(40)는 인덕터 대신에 전송 라인을 이용하고, 커패시터의 자기 공진 주파수가 낮기 때문에 필터의 3개 노드 각각에 2개의 커패시터를 사용한다. 이 자기 공진은 제2 고주파 근방의 저지 대역에서 발생하고, 이것은 실제로 다른 경우에서는 필터 성능을 향상시키는데 일조한다. 그 결과 필터는 다소 협소한 통과 대역 응답을 가지며 1 dB 근처에서 삽입 손실이 있다.

디지털 보조 시스템(32)은 2개의 마이크로프로세서, 즉 (1) 메인 프로세서(46)와 (2) 통신(COMM) 프로세서(48)를 포함한다. 메인 프로세서(46)는 연속적이지만, 전력을 절약하기 위해 32 KHz 발진기(50)를 이용하여 저속에서 작동한다. 메인 프로세서(46)는 제조 중에 PET 모듈(22)의 호핑 시퀀스와 일련 번호로 프로그램된다. 메인 프로세서(46)는 전체 시스템 타이밍 및 감시를 위한 PET 모듈(22) 내에서 호핑 시퀀스로 위치를 유지하고, 송신기 전력 공급 충전 회로(52)(이하에서 설명)의 센서 데이터 동작을 누적하며, PET 모듈 배터리(54)의 상태를 모니터하고, PET 모듈 메시지 전송 시간에 COMM 프로세서(48)에 사용될 주파수와 이 프로세서에 보내게 되는 메시지를 제공하는 것을 포함하는 동작을 행한다. 메인 프로세서(46)는 PET 모듈(22)의 설치 및 제조를 보조하기 위해 다양한 테스트 모드를 추가적으로 제공하는 것이 좋다.

예를 들어, PET 모듈(22)의 설치 시에, 새로운 PET 모듈(22)은 기지 유닛(26)으로의 전송 시에 6개의 포착 채널을 찾을 때까지 총 25개의 포착 채널을통해 회전한다. 채널 회전과 같은, PET 모듈(22)의 통상의 동작 과정은 표준 설정된 전송 패턴을 이용해서 총 4시간 걸리지만, 설치 시에, PET 모듈은 45여분 동안, 1/10 초의 비율로 25개의 포착 채널을 통해 회전하는 고속 모드에서 동작하는 것이 좋다. 이러한 고속 모드에서 PET 모듈(22)의 설치자는 합리적으로 짧은 기간 동안 설치 및 동작을 확인할 수 있다.

COMM 프로세서(48)는 RF 보조 시스템(30)이 사용되는 경우에만 동작하고, 수정 발진기(56)에 의해 제공되는, 4 MHz의 클록율을 이용한다. COMM 프로세서(48)는 전달될 PET 모듈 메시지와, 메인 프로세서(46)로부터 메시지를 보낼 때의 채널을 수신한다. COMM 프로세서(48)는 메시지에 대한 32비트 순환 용장 코드(CRC)를 계산하여 저역 통과 필터(56)와 변조 조절 회로(58)를 경유하여 VCO(34)의 모니터링을 통해 주파수 합성기(44)를 적합한 주파수로 설정하도록 동작한다. COMM 프로세서(48)는 또한, 대역외 스퍼(spur)를 최소화하기 위하여 제어된 방법으로 턴온 시의 출력 전력을 그 최대값까지 높이도록 동작한다. 메인 프로세서(46)와 같이, COMM 프로세서(48)에는 PET 모듈(22)의 제조 및 설치를 보조하기 위해 다양한 테스트 모드가 제공되는 것이 좋다.

다른 방법으로서, 메인 프로세서(46)와 COMM 프로세서(48)는 텍사스 인스트루먼트사에서 입수 가능한, 단일의 이중 속도 hi-lo 프로세서로 조합될 수 있다.

디지털 보조 시스템(32)은 메인 프로세서(46)에 의한 고속 샘플링을 필요로 하지 않고서도 짧은 구간 펄스를 캡쳐하기 위해 계량기 출력 상태 조절 회로(60), 즉 디바운스 회로 및 2 분할 회로와 같은 센서 인터페이스 회로를 더 포함한다. 그러나, 본 발명의 기술 사상 또는 범위에서 일탈하지 않고 적절하게 또는 원하는 대로, 여러 다른 형태의 센서 인터페이스 회로, 예컨대 레지스터형 센서를 사용할 수 있다.

전력 제어부인 도 2의 블록(52)으로 표시되는 송신기 전력 공급 충전 회로는 PET 모듈 메시지의 전송 중에 200여 mA에서 조절된 5 V를 공급할 수 있지만, 현재의 PET 모듈 설계는 단지 50 mA만을 필요로 한다. 송신기 전력 공급 충전 회로에 대한 공칭의 충전 전류는 충전 사이클 동안 3 mA와 1 mA 미만 사이에서 변한다. 송신기 전력 충전 회로는 충전 펌프를 이용하여, 예컨대 4700 ㎌의 대용량(large value) 커패시터를 약 6 V까지 천천히 충전시킨다. PET 모듈 메시지의 전송 동안에, 전력 증폭기(38)는 PET 모듈(22)에 고전력 송신기를 구비하게 하고 배터리 방전(drain)을 제한하는 상기 커패시터의 오프(off)를 실행한다.

전술한 PET 모듈 송신기(22)는 양면(two-sided) PC 보드 설계를 이용하여 제작되는 것이 좋다. 양면 설계는, 다층 보드 설계보다 제작에 어려움은 있지만, 생산 비용을 상당히 줄일 수 있다. 양면 설계에 관련된 설계 고려 사항으로서, RF 섹션의 접지면을 통과하는 트레이스가 없어야 하는데, 이것은 신뢰할 만하고 반복 가능한 RF 성능에 관건이 되는 특징이다. 또한 설계 시에는, 한층 개선된 PF 성능을 위해 보드의 접지면상에 트레이스의 총 갯수 제한, 및 인덕턴스를 줄이기 위해 접지면과의 RF 접속을 위해 더 넓은 직경의 비아홀의 이용을 고려해야 한다.

Ⅱ.B. PET 모듈 - 동작

동작 시에, 메인 프로세서(46)는 연속해서 시간을 트랙킹하고, 유틸리티 계량기로부터 센서 카운팅하며, 유틸리티 계량기로부터 탬퍼 카운팅한다. PET 모듈 메시지를 보내기 30초 전에, 메인 프로세서(46)는 충전 펌프 커패시터가 완전히 충전되었다는 표시를 충전 펌프로부터 받을 때까지 송신기 공급 충전 회로(52)의 충전 펌프에 1 KHz 펄스를 공급하고, 메인 프로세서(46)가 송신 시간까지 완전히 충전되었다는 신호를 받지 못한다면, 메인 프로세서(46) 내에 저배터리 플래그가 설정된다.

전송 시에, 커패시터의 완전 충전 표시를 수신하면, 메인 프로세서(46)는 COMM 프로세서(48)를 턴온하여, 그로부터 응답을 대기함으로써, PET 모듈 송신기의 "버블-업" 구조의 작동을 개시하고, 리턴되는 응답이 없으면, 메인 프로세서(46)는 COMM 프로세서(48)를 턴오프한다. COMM 프로세서(48)로부터 응답을 받을 때, 이 응답은 PET 모듈 메시지 데이터와 주파수 전송 데이터에 대한 요청의 형태이며, 메인 프로세서(46)는 그 응답에 응답한다. 요청된 데이터를 수신한 후, COMM 프로세서(48)는 그 메시지 전달 동작이 계속되어야만 하는지를 결정하기 위해 내부 프로세서 체크섬을 체크한다.

메인 프로세서(46)로부터 COMM 프로세서(48)로의, 체크섬을 포함하는, PET 모듈 메시지 비트 시퀀스의 도면이 도 3에 도시된다. 도시된 바와 같이, 메시지 비트 시퀀스는 점 패턴의 바이트 수를 나타내는 4개의 비트와 4개의 제로 비트로 이루어진 필드(64)를 포함한다. 메시지 비트 시퀀스는 후속 바이트의 수를 나타내는 8개의 비트를 제공하는 필드(66)를 더 포함한다. 이어서 메시지 비트 시퀀스는 필드(68) 내지 필드(80)로 이루어진, 체크섬 계산에 포함되는 바이트들을 제공한다.필드(68)는 8비트의 호핑 카운트를 제공하고, 필드(70)는 플래그와 탬퍼 비트에서의 트랜지션을 나타내는 8비트의 전송을 제공하고, 필드(72)는 PET 모듈(22) 하드웨어 타입을 나타내는 8비트의 전송을 제공하며, 필드(74)는 PET 모듈(22)이 접속되는 유틸리티 계량기의 레지스터 2의 소비량 펄스 카운트를 나타내는 32비트 전송을 제공하고, 필드(76)는 PET 모듈(22)이 연결되는 유틸리티 계량기의 레지스터 1의 소비량 펄스 카운트를 나타내는 32비트의 전송을 제공하고, 필드(78)는 PET 모듈 식별/일련 번호를 제공하는 32비트의 전송을 제공하며, 필드(80)는 PET 모듈(22)에 의해 전송될 메시지 타입의 8비트의 전송을 제공한다. 메시지 비트 시퀀스의 최종 필드(82)는 체크섬의 2의 보수의 8비트의 전송을 포함한다. 각각의 필드에서 최하위 바이트(LSB)가 먼저 COMM 프로세서(48)에 전송되고 최상위 바이트(MSB)가 나중에 COMM 프로세서(48)에 전송되는 것에 주의해야 한다.

COMM 프로세서(48)가 체크섬에 대해 계속해야만 하는지 결정한다면, COMM 프로세서(48)는 대역외 스퓨리어스 발생을 피하기 위하여 송신기의, 시퀀스 턴온 또는 "버블-업" 동작을 행한다. 전체적인 턴온, 메시지 전달 및 시퀀스 턴오프에는 대략 40 ms가 걸린다. 턴온 시퀀스는 다음과 같이 일어나는 것이 좋다.

1. VCO(34)와 전력 증폭기(38) 사이에 있는 RF 스위치(36)가 턴오프되어, RF를 전력 증폭기(38)에서 약 10 dB만큼 감쇠시킨다(주의 : RF 스위치(36)는 "오프" 상태에서 DC 전류를 인입한다. 그러나 "온" 상태에서는 전류를 인입하지 않는다).

2. 합성기(44) 주파수가 설정된다.

3. RF 스위치(36)가 RF 턴오프를 완료하는데 지연이 제공된다.

4. VCO(34)가 턴온된다. VCO(34)는 천천히 턴온된다. 합성기(44)는 VCO(34)가 그 정상 동작 전력 이하에서 10 dB 내지 20 dB에 있도록 로크하고, 합성기(44)가 로크되는 동안 다른 경우에 발생하는 대역외 스퍼(spur)가 크게 감소된다. VCO(34) 설계는 그 주파수가 그 전력 레벨 변화에 따라 크게 변하지 않게 하는 것이 좋다.

5. 합성기(44)가 안정화되고 VCO(34)가 최대 전력(full power)에 이르게 하는데 지연이 제공된다.

6. 전력 증폭기(38)가 빠른 동작으로 턴온된다.

7. RF 스위치(36)가 턴온된다. 합성기(44)의 로크 상태에서의 노킹(knocking)을 막기 위해 천천히 턴온되며, 대역외 스퍼를 발생시킨다.

8. COMM 프로세서(48)에 의해 32비트 CRC가 계산된다.

9. RF 스위치(36)로 하여금 RF를 완전히 턴온시키고 기지 유닛 송수신기에 대해 완전한 전력 무변조 캐리어를 제공하기 위해 지연이 제공된다.

10. PET 모듈 메시지가 전달된다.

전술한 "버블-업" 동작의 이용에 의해 상호 채널 대역 간섭을 거의 일으키지 않는 송신기가 제공되며 또한 배터리 교체 없이 총 5년의 수명 기간[매 600초(10분) 내지 900초(15분)마다 1회 전송이라고 가정할 때]을 갖는 PET 모듈 송신기가 가능하다.

PET 모듈 메시지의 전송에 이어서, PET 모듈 송신기는 대역외 스퍼의 발생을 막기 위해 시퀀스를 오프하는 것이 좋다. 시퀀스는 다음과 같으면 좋다.

1. RF 스위치(36)는 합성기(44)의 로크 상태에서의 노킹을 피하기 위해 RF를 천천히 턴오프시킨다.

2. RF 스위치(36)로 하여금 최대 감쇠에 이르게 하는데 지연이 제공된다.

3. 전력 증폭기(38)가 턴오프된다.

4. 전력 증폭기의 턴온을 완료하는데 지연이 제공된다.

5. VCO(34)가 턴오프된다.

6. 전류를 보존하기 위해 RF 스위치(36)가 턴온된다(RF 스위치는 전류가 RF 신호를 감쇠시키고 있을 때 전류를 인입한다).

7. PET 모듈 메시지가 전송되었고, COMM 프로세서(48)가 턴오프된다고 알려주는 메시지가 COMM 프로세서(48)로부터 메인 프로세서(46)로 전달된다.

8. COMM 프로세서(48)는 이어서 전류를 보존하기 위해 휴면 모드로 진입한다.

PET 모듈(22)에 의한 주파수 변조의 이용은 많은 장점을 제공하는데, 예컨대 주파수 합성된 송신 주파수를 정확하게 제어할 수 있어 캐리어 안정성이 ±100 PPM이다. 또한 주파수 변조를 이용하면, 마이크로파 VCO의 고유 정밀도와 안정성 요건이 자유 작동 설계(free-running design)에서 상당하게 완화되기 때문에, PET 모듈(22)의 간단한 제조 공정이 가능하다. 추가로, 주파수 변조의 이용하면 더욱 협소한 수신 대역, 예컨대 360 KHz를 이용할 수 있으며, 그 결과 민감도가 향상되고, 각 포착 채널의 위치가 정확하게 알려지기 때문에 신속하고 더욱 믿을 수 있는 호프 동기 프로세스가 가능해져서, 비합성된 구조를 이용해서 FCC 파트 15.248에부합하였던 경우에 비해 기지 유닛 수신기 신호 처리 요건이 대단히 간략해진다.

전술한 바와 같이, PET 모듈 송신기의 공칭 출력 전력은 협대역 수신기(-110 dBM)를 이용하여 +15 dBm이다. FCC 파트 15.249의 전력 제한에서 동작하는 기존의 이트론 ERT(등록상표)(-105 dBM의 광대역 수신기를 이용하여 -6 dBM)와 비교할 때, 본 발명은 이트론 ERT(등록상표)보다 400배 더 "유효" 전력을 제공한다. 이러한 유효 전력의 상승은 기존에 허용 불가능하게 불량한 링크 마진과 R^-4전파 상수를 향상시키는데 이용된다. PET 모듈(22) 송신기의 전송 범위는 이트론 ERT(등록상표) 또는 FCC 파트 15.249 하에서 동작하는 그밖의 저전력 장치와 비교할 때, 거의 6배까지 인수가 상승한 것이다. 이것은 5 내지 25배 사이(커버리지 구역은 전송 반경의 증가의 제곱에 따라 상승한다)의 인수를 필요로 하는 중간 커버리지 구역[기지 유닛(26)의 중계 유닛(24)의 배치에 의해 형성되는 커버리지 구역]의 수를 감소시킨다. 이 경우, PET 모듈(22) 송신기의 범위의 증가로 인해 요구되는 중간 커버리지 구역 수가 줄어든다. 유틸리티 검침 시스템에 유효 커버리지를 제공하는 데 필요한 송수신기의 수와 송수신기에 대한 비용을 모두 줄임으로써, 본 발명의 전체 시스템(20)의 비용은 이트론 ERT(등록상표) 모듈과 같은, 이전의 인코더 송신기 기술을 이용하여 구현된 유틸리티 검침 시스템의 전체 시스템 비용보다 훨씬 줄어든다.

PET 모듈(22) 송신기는 단지 메시지 타입 필드만 변경함으로써 전체적으로 상이한 메시지 구조가 가능한 다중 메시지 타입을 지원하는 것이 좋다. 메시지에 선행하는 점 패턴(dotting pattern)은 수신기와 인코더 성능을 향상시키는데 도움을 준다. 도 4 내지 도 9는 다양한 메시지 타입을 포함하는 비트 시퀀스의 도면을 나타낸다. 도 4는 타입 "10"(10진수) 메시지 타입이고, 도 5는 타입 "11"(10진수) 메시지 타입이고, 도 6은 타입 "12"(10진수) 메시지 타입이고, 도 7은 타입 "13"(10진수) 메시지 타입이고, 도 8은 타입 "14"(10진수) 메시지 타입이며, 도 9는 타입 "17"(10진수) 메시지 타입이다. 사용되는 메시지 타입은 사용되는 데이터와, 데이터를 전송하는데 사용되는 호프 시퀀스를 결정한다.

예를 들어, 도 4의 타입 "10" 메시지는 PET 모듈(22)이 제1 미리 프로그램된 호프 시퀀스 테이블에 따라 접속되는 유틸리티 계량기의 레지스터 1의 소비량 펄스 카운트를 전송한다. 타입 "10" 메시지는 점 패턴 필드(86)와, 4비트의 메시지 프리앰블 필드(88)와, 8비트의 메시지 길이 필드(90)와, 8비트의, 1의 보수의 메시지 길이 필드(92), 및 메시지(94)를 포함한다. 메시지(94)는 8비트의 메시지 타입 필드(96)와, 가변 길이의 메시지부 필드(98), 및 16 또는 32비트의 CRC(108)를 포함한다. 메시지부 필드(98)는 32비트의, PET 모듈 식별/일련 번호가 담긴 필드(100)와, PET 모듈(22)이 접속되는 유틸리티 계량기의 레지스터 1의 32비트 소비량 펄스 카운트(102)와, PET 모듈 하드웨어 타입을 나타내는 하드웨어 필드(104), 및 플래그 및 탬퍼 비트용 8비트 필드(106)를 포함하는 것이 좋다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 타입 "11" 메시지는 PET 모듈(22)이 제1의 미리 프로그램된 호프 시퀀스 테이블에 따라 접속되는 유틸리티 계량기의 레지스터 1의 소비량 펄스 카운트를 전송하고, 추가적으로 9 버킷의 "델타" 소비량 데이터를 전송한다. 전송되는 9 버킷 각각은 5분의 레지스터 데이터를 나타내며, 버킷 "0"는처음에 전송된 5분의 구(old) 데이터이고, 버킷 "8"은 최종 전송된 45분의 구 데이터이다. 버킷을 이용함으로써 기지 유닛(26) 수신기는 적시에 원하는 점에 다시 갈 수 있고, 기지 유닛(26)이 실제로 PET 모듈 메시지를 수신하는 때와 관계없이 소비량 데이터를 재구성할 수 있다. 메시지 구조 내의 필드들은 메시지부 필드(98)에, 9 버킷으로 이루어진 9 바이트가 추가된 타입 "10" 메시지와 유사하다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 타입 "12" 메시지는 PET 모듈(22)이 제2 미리 프로그램된 호프 시퀀스 테이블에 따라 접속되는 유틸리티 계량기의 레지스터 1과 2의 소비량 펄스 카운트를 전송한다. 메시지 구조 내의 필드는 PET 모듈(22)이 접속되는 유틸리티 계량기의 레지스터 2 내의 소비량 데이터에 대한 제2 32비트 소비량 펄스 카운트 필드(102)가 추가된 타입 "10" 메시지와 유사하다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 타입 "13" 메시지는 이전에 전송된 메시지를 다시 전송하는 중계기 메시지 타입이다. 메시지 구조 내의 필드는 메시지부 필드(98)에, 8비트의 라우트 필드(112)와, 8비트의 그룹 필드(114)와, 8비트의 보조 그룹 필드(116)와, 이전에 보낸 원래 메시지 데이터 필드(118)와 함께, 메시지 타입 필드(96)가 포함되는 점을 제외하고는, 타입 "10" 메시지와 유사하다. 라우트, 그룹 및 보조 그룹 코딩을 이용하여 시스템간의 크로스토크를 최소화할 수 있으며, 시스템 내부에서 중복되는 커버리지 구역에서의 용장 데이터를 최소화하여, 커버리지 및 채널 효율성이 향상된다. 필드(118) 내의 원래 메시지 데이터는 원래 메시지 타입은 포함하지만 원래 CRC(108)는 포함하지 않는다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 타입 "14" 메시지는 전술한 바와 같이, 타입"12" 메시지의 메시지 구조와 동일하다. 그러나, 타입 "14" 메시지는 제1 미리 프로그램된 호프 시퀀스 테이블과 상이한 제2의 미리 프로그램된 호프 시퀀스 테이블에 따라 전송된다. 다수개의 호프 테이블을 PET 모듈에 프로그램하여 충돌을 더욱 최소화하도록 RF 채널 이용 및 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 타입 "17" 메시지는 대형 블록 모드 메시지 타입이며, 45개까지의 PET 모듈 메시지가 단일 대형 블록으로 전송될 수 있다. 메시지 구조의 시작은 메시지 타입 필드(96)와 함께 필드(86, 88, 90, 92)를 포함하는 전술한 것과 유사하다. 완전 CRC 보호된 메시지를 디코딩하기 전에 적합한 메시지 디코딩의 정확성을 향상시키기 위해 메시지 길이는 2회(원래, 추가) 반복되는 것이 좋다. 이 테스트를 메시지에 초기에 사용함으로써, 긴 허위 메시지 길이는 상당히 최소화되고 새로운 메시지에 대한 유효 디코드 복구가 달성된다. 소스는 전송 유닛의 로컬 일련 번호인 것이 좋다. 목적지는 원래 제로로 설정되고, 수신기 디코더 회로 내에서, 수신기는 소스 목적지를 가능하게 하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 1차 및 2차 페이로드는 블록 식별자이다. 1차 페이로드는 1로 디폴트되고, 2차 페이로드는 그 블록에 포함된 PET 전송 수로 설정된다. 다음 패킷 구간은 다음 전송과의 구간 동안 연속 시간을 식별하는 것이 좋다. 이 구간 정보는 성능을 최적화하기 위해 중계기와 기지국간의 블록 전송을 선택적으로 조절한다. 전송 카운터는 각각의 재전송 또는 원래 검침간의 지연 시간이 결정될 수 있도록 재전송의 지연 시간을 계산하는데 이용된다. 바람직하게는, 그 유닛의 전송 카운터는 네트워크에서 각각의 다음 재전송 단계에 부과되는 것이 좋다. 헤드 엔드에서, 이 정보는 지연 시간 정보와 함께 부과되는 실시간 클록으로 타임 스탬프되어 실제 검침 시간을 정확하게 계산할 수 있다.

이상은 양호하고 가장 빈번하게 이용되는 메시지의 구조를 나타낸 것이며, 본 발명의 기술 사상이나 범위를 일탈하는 일없이 다른 메시지 타입이 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Ⅱ.C 중계 유닛과 기지 유닛 - 하드웨어 상세

도 10은 기지 유닛(26) 로직 보드, 및 동류, 중계 유닛(24) 로직 보드를 포함하는 주요 구성 요소의 블록도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 기지 유닛(26)은 일반적으로 메인 컨트롤러(130)와, 인코더(132)와, 디코더(134), 및 송수신기(136)를 포함한다. 메인 컨트롤러(130)는 RS-232 통신선(139)을 통해 사용자 프로그래밍 콘솔에 접속 가능하다. 또한, 메인 컨트롤러(130)는 3개의 상이한 메모리, EEPROM(140), RAM(142) 및 ROM(144)에 의해 지원되는 것이 좋다. 메인 컨트롤러(130)는 일반적으로, 전체 외부 사용자 인터페이스를 처리할 뿐만 아니라 기지 유닛(26)의 애플리케이션과 진단 소프트웨어를 운용한다. 메인 컨트롤러(130)는 또한 로직 보드상의 저급 프로세서의 동작을 제어하여, 기지 유닛의 송수신기(136)를 제어한다.

인코더(132)는 통상 송수신기(136)의 RF 보드에서 저급 인터페이스를 취급한다. 인코더(132)는 통상 RF 보드상에서 RAKON를 제어하면서 송수신기(136)의 RF 보드상에 있고 합성기와의 통신에 책임을 져야 한다. 디코더(134)는 일반적으로 송수신기(136)로부터 원데이터(raw data)를 받아서 유효 메시지 프리앰블을 디코드하도록 시도한 후, 메인 컨트롤러(130)로의 전달을 위해 시프트 레지스터 마이크로칩(146)를 이용하여 메시지를 버퍼링하도록 동작한다. 기지 유닛(26)의 AC 입력(150)과 DC 입력(148)은 전력 공급 조절기(152)에 의해 필요에 따라 조절된다.

메인 컨트롤러(130)는 달라스(Dallas) 80C320이면 좋고, 인코더(132), 바람직하게는 PIC 16C77과 디코더(134), 양자와 신호 통신 프로토콜을 통해 통신한다. 메인 컨트롤러(130)의 동작 파라미터에 대해 이용되는 4개의 구성 메모리 영역이 있다. 기지 유닛(26)의 디폴트 구성은 메인 컨트롤러(130)에 대한 프로그램 코드의 일부로서 ROM에 저장되고 새로운 기지 유닛(26)을 시작하는 시작점을 제공한다. 나머지 3개의 영역은 EEPROM(140)에 상주하고 기지 유닛(26)의 초기 프로세스 동안 변경을 허용한다. 구체적으로 설명하면, 나머지 3개의 구성 메모리 영역은 메인 컨트롤러(130)의 주요 구성 파라미터를 제공하는 주요 구성 테이블과, 주요 구성 테이블이 "불량"이라고 간주되면 사용되는, 구성 파라미터의 백업 카피를 제공하는 백업 구성 테이블, 및 기지 유닛(26) 동작의 진단 모드를 완료하기 위한 셋팅으로 프로그램되었던 팩토리 셋팅 영역을 제공한다.

인코더(132)는 송수신기(136) 동작을 제어하고, 합성기 로딩, 다양한 전력 레벨 설정, 송신 동작 및 수신 동작간의 전환, 전송된 데이터 스트림을 맨체스터 부호 데이터로의 변환과 같은 저급 작업을 수행한다.

디코더(134)는 프로그램 가능한 로직과 마이크로컨트롤러의 조합에 의해 구현되는 것이 좋다. 도 11에 도시되어 있는 디코더(134)의 블록도는 디코더(134)의 3개의 주요 부분을 나타내고 있다. 디코더(134)의 3개의 주요 부분은래티스(Lattice) ISP1016 프로그램 가능한 로직 디바이스(156)와, 262 KHz에서 클록킹되는 1024비트 지연 라인을 이용하는 PIC16C622 마이크로컨트롤러이면 좋은 시프트 레지스터 마이크로칩(146), 및 아날로그-디지털 변환기가 집적되어 있는 EPROM-기반의 마이크로컨트롤러인 PIC16C74A 마이크로컨트롤러(158)를 포함한다.

원잡음성(raw noisy) 고주파 데이터가 디바이스(156)의 입력에 인가된다. 신호는 19.6608MHz 클록(160)에 동기되며 고주파 잡음을 필터링하기 위해 디지털 적분기(integrator)(162)를 통과한다. 이 필터링된 신호는 지연 시프트 레지스터 마이크로칩(146)을 통과한다. 시프트 레지스터를 통과한 후, 새로운 지연 데이터 신호는 디바이스(156)에서 재동기된다. 디바이스(156) 내부의 로직(164)를 조종함으로써, 2개의 기존 데이터 스트림, 즉 필터링된 데이터 신호와 지연된 데이터 신호를 선택하여, 마이크로컨트롤러(158) 내에 있는 위상 동기 루프(PLL)로 하여금 어느 한 데이터 신호에 대해 동조하게 한다. 지연된 데이터는 항상 데이터 통합기(162)에 결합되는 것에 주의해야 한다. 디지털 적분기(162)는 지연된 데이터를 16x 클록율로 샘플링하고 마이크로컨트롤러(158)에 의한 샘플링을 위해 각 데이터 비트를 필터링한다. 디지털 넌리트리거 가능한 원샷이 디바이스(156)로 구성되어 PLL 알고리즘에 대해 원잡음성 클록이 제공된다. 마이크로컨트롤러(158)는 데이터 스트림 동기를 위해 PLL를 제공하고 전송된 데이터 비트를 어셈블하여 데이터 패킷을 형성한다. 디지털 PLL은 주파수 동기 범위가 ±2 %이다. 마이크로컨트롤러(158) 내부에 있는 프로그램 가능한 카운터는 클록 레벨 입력의 각 엣지를 샘플링하는데 사용된다. 엣지(위상)간의 시간이 마이크로컨트롤러(158)에 의해 모니터되고, 마이크로컨트롤러(158)에 의해 생성된 출력 재구성된 PLL 클록이 적절하게 조절되어 데이터 스트림을 샘플링하는데 사용되는 최종 PLL 클록을 제공한다.

송수신기(136)는 PET 모듈(22)을 트랙킹하기 위해 자동 주파수 조절(AFC) 기능을 가진 FM 수신기와, 집신기간(inter-concentrator) 포워딩을 이용하는 FM 송신기를 포함한다. FM 수신기는, 하이 IF에서 약 1.3 MHz 중간 주파수(IF) 대역폭과 로우 IF에서 360 KHz 대역폭 및 20 KHz 포스트 검출 대역폭을 가진 이중 변환 슈퍼 헤테로다인 FM 수신기인 것이 좋다. 수신기는 합성된 스테핑(stepping) 국부 발진기(LO)를 이용하여 902∼928 MHz 대역을 스캔하여 중간 110.6 MHz 하이 IF를 생성한다. 110.6 MHz IF는 버퍼 증폭되어 10.7 MHz의 2차 IF 주파수로 하향 변환시키는 99.9 2차 LO와 함께 2차 믹서에 인가된다. 기지 유닛(26), 중계 유닛(24), 및 PET 모듈(22)의 에이징(aging)과, 주파수 안정성 및 성분 변화에 대한 추가 허용을 제공하고 PET 모듈(22)과 중계 유닛(24)의 20 dB 점유 대역폭을 매칭하는 데 360 KHz IF 최소 대역폭이 필요하다. FM 신호는 1/4 검출기로 복조되어 하드 제한된 5 V의 초당 16 Kbyte 데이터를 생성하기 위해 데이터 슬라이서에 인가된다. 데이터는 추가 처리를 위해 기지 유닛(26)이나 중계 유닛(24) 로직 모드에 전송된다.

도 12는 송수신기(136)의 상세 블록도이다. 송수신기(136)를 구현하는 양호한 실시예의 RF 회로 기판(138)에 대응하는 도면이 도 14에 도시된다. RF 기판(138)은 도 16에 도시되는 바와 같이 클램셀(140)안에 포함되는 것이 좋다. 클램셀(140)은 RF 기판(138)상의 각종 회로간에 절연 및 차폐에 사용되도록 형성된파티션(142)을 가진다. 이 파티션(142)은 클램셀(140)과 메이팅될 때 RF 기판(138)의 회로의 각종 부분들을 절연시키도록 RF 기판(138)상의 대응하는 접지 구조(144)와 메이팅된다. 구획간에 크로스토크를 제거하기 위해 피드쓰루(feedthrough)를 확장 이용한다.

Ⅱ.C.1 송수신기 하드웨어 - 900 MHz 수신기

900 MHz 수신기 잡음 지수는 필터(301)와 중폭기 회로(202, 203)로 이루어진 프론트 엔드 소자에 의해 주로 설정된다. RF 필터(301)는 삽입 손실이 1 dB 미만의 대역 통과 필터이다. LNA 증폭기(202)는 잡음 지수가 약 1.2 dB이다. 필터(204)에 제공되는 증폭기(203)는 광대역 신호의 이득을 강화시키기에 적합하다. 필터(204)는 915 MHz에서 대역 통과가 25 MHz 중심으로 이루어지는 3폴 세라믹 필터이다. 또한, 증폭기(202)는 수동 믹서(205)의 잡음 제공을 마스크하기에 충분한 이득을 제공한다. 삽입 손실과 잡음 지수의 합은 대략 2 dB이고, 추가 1/수십 dB의 잡음 지수가 다운스트림 수신기 손실 및 잡음 지수에 의해 제공된다. 목표는 3 dB 미만의 시스템 잡음 지수를 달성하는 것이며, 높은 입력 IP3 성능을 동시에 달성하는 것이다. 대개, 양호한 수신기 입력 동적 범위와 양호한 잡음 지수는 상충하는 목표이기 때문에, 잡음 지수와 IP3 간에 일부 트레이드오프가 예상된다. 증폭기(202)는 약 12 dB의 이득을 가지고, 증폭기(203)는 12 dB 이득을 갖고, 양쪽 단들은 시스템 IP3 요건을 충족하기 위하여 충분한 출력 IP3 지수를 가진다.

믹서(205)는 +18 dBm의 입력 IP3와 약 9 dB의 변환 손실을 가진 수동의 이중 평형 다이오드 믹서이다. 높은 동적 범위 때문에, +17 dBm의 중간 전력 LO 구동 레벨이 필요하며, 이것은 전력 증폭기(254)에 의해 공급된다. 이 증폭기는 또한 송신기에 대한 PA 기능을 제공한다. 합성된 스테핑 VCO(250)는 약 790 MHz에서부터 816 MHz까지 작동한다. 그 VCO는 기준 발진기에 위상 동기되고 온도에 대해 주파수 안정성을 유지하기 위해 온도 보상된다. VCO(250) 동조 전압은 로직 보드로부터 신호에 의해 제어되는 합성기로부터 도출된다. 현재, 유닛이 운용하는 채널의 수는 25이며, 이는 표 1에 명시되어 있다.

PET 채널

시퀀스	주파수	채널
0	903.7	8
1	904.1	10
2	904.9	14
3	905.5	17
4	906.1	20
5	906.7	23
6	907.1	25
7	907.9	29
8	908.5	32
9	909.1	35
10	909.7	38
11	910.3	41
12	911.1	45
13	919.1	85
14	919.9	89
15	920.5	92
16	921.1	95
17	921.7	98
18	922.5	102

19	922.9	104
20	923.5	107
21	924.1	110
22	924.7	113
23	925.3	116
24	926.1	120

표 1에서 진하게 표시된 채널은 회전 방식으로 스캔되는 포착 채널로서 식별된 채널들이다. 바람직하게는, 단 6개의 포착 채널, 3개의 상위 주파수 채널과 3개의 하위 주파수 채널이 존재한다. 포착 채널은 본 발명에 대한 포착 채널로서 그 기술에 의해 사용되는 중심 주파수의 사용을 피함으로써 기존의 이트론 ERT(등록상표)와의 백워드 호환성을 허용하기 위해 전송 스펙트럼의 상단(上端) 및 하단(下端)에서 선택된다. 바람직하게는, 2개 이상의 시스템간에 간섭을 일으키는 일없이 동일한 커버리지 전역에 걸쳐 다수개의 유틸리티 검침 시스템(20)을 배치할 수 있도록 변경될 수 있는 2개 이상의 포착 채널 세트가 있으면 좋다. 송수신기(136)는 포착 채널로 프로그램된다.

증폭기(206)는 약 14 dB 이득을 가지고 SAW 필터(303) 앞에서 110.6 MHz IF 신호를 버퍼하도록 지원되고, 증폭기(206)는 시스템 동적 범위 요건을 유지시키는 +30 dBm의 출력 IP3을 갖는다. 필터(303)는 영상 주파수를 낮추기 위한 900 MHz 수신기의 대역 제한 장치이며, 입력되는 PET 및 PET 중계기 메시지의 공칭 선택도와 양 입력의 열잡음 플로러(thermal noise floor)를 설정한다. 필터(303)는 8.5 dB의 손실과 1.5 MHz의 3 dB 대역폭을 가진다. IF 이득의 추가 14 dB는 증폭기(207)에 의해 제공된다. 증폭기(207)의 출력은 믹서(207)에 의해 10.7 MHz로 하향 변환된다. 믹서(208)에 의한 변환 LO는 합성된 99.9 MHz VCO(251)로부터 제공된다. 10.7 MHz 신호는 16 MHz 저역 통과 필터(304)로 필터링된 후에 23 dB의 이득을 가진 증폭기(209)에 의해 버퍼 증폭된다. 신호는 이어서 7 dB의 손실로 3개의 각각 360 KHz 대역 통과 세라믹 필터와 임피던스 매칭되어 FM 검출 회로(211)에 제공된다.

검출 회로(211)는 이득이 약 70 dB인 제한 IF 증폭기이다. 이 회로는 고속 RSSI 출력을 특징으로 하고, PETRC 유닛 로직 보드에 사용되어 PET 모듈 전송 RF 신호 세기를 결정한다. RSSI 출력과 RF의 전달 곡선은 대수적이며, 이는 복조된 진폭이 IF 신호 진폭에 대해 비선형적이라는 것을 의미한다. RF 동적 범위는 이득, 즉 70 dB와 거의 동일하다. 사용되는 특정 검출기는 전달 곡선의 최대 "선형" 부분상에서 동작하고 시스템 잡음 지수가 이득 제한되지 않게 하기 위해서 검츌 전에 약 40 dB의 시스템 이득을 필요로 한다.

FM 정보는 쿼드러처 검출기(215)로부터 도출되고 312a와 312b로 구성된 저역 통과 필터에 인가된다. 복조된 신호는 저역 통과 필터링되어 잡음비에서 기저 대역 신호를 향상시킨 후, 임계 검출기/비트 슬라이서로서 기능하는 비교기(214a)에 인가된다. 5 V 디지털 로직은 이어서 배타적 "OR" 게이트와 FM 위상 레벨로 조합되어 PET 맨체스터 부호 데이터의 정정 위상을 로직 보드 디코더 회로에 제공한다.

Ⅱ.C.2 송수신기 하드웨어 - 900 MHz 송신기

다음은 송수신기(136)의 송신부에 사용된 회로의 상세 설명이다. PET 중계 송신기는 900 MHz 주파수 범위에서 동작하는 합성 VCO(전압 제어 발진기)를 사용한다. VCO는 트랜지스터(260) 및 관련 소자로 구성된다. 이 회로의 출력은 동작 모드(즉, 수신 또는 송신)에 따라 결정되는 수신 VCO 또는 송신 VCO를, RF 전력 전치 증폭기(400)와 합성기의 입력으로 라우팅하는 회로(402)에 인가된다. 증폭기(400)의 출력은 6 dB 절연 패드에 인가된 후, 최종 전력 증폭기인 증폭기(403)에 인가된다. 증폭기는 송신 모드 시에는 송신기 전력 출력과 수신 모드 시에 수신기 LO(국부 발진기), 양쪽에 설치된다. 그러므로 증폭기는 790 내지 928 MHz의 매우 광범위한 주파수대에서 동작된다. 송신 모드 시에 증폭기(430)의 출력은 수신기 또는 송신기의 대역 통과 필터(325)에 안테나를 스위칭하는 회로(404)에 인가된다. 필터(325)의 출력은 제2 안테나 스위치에 인가되어 저역 통과 필터링된 후 스위치(450)에 인가된다. 스위치(450)는 대역 통과 필터링되어 출력 접속기에 인가되기 전, 최종적인 출력 안테나 스위치이다.

송신기와 수신기는 LMX 2316 합성기(500)를 이용한다. 이 합성기(500)는 로직 보드의 마이크로프로세서로부터 칩 선택, 데이터 및 클록 라인의 이용에 의해 제어된다. DCXO로부터 얻어지는 4.1 MHz 기준 신호는 합성기(500)에 매우 정확한 주파수/시간 베이스를 공급한다. 합성기(500)의 출력은 VCO(400)에 인가되기 전에 1 KHz 3 dB 루프 대역폭을 사용한다.

송신 모드 시에, 로직 보드의 마이크로프로세서로부터 생성된 변조 데이터는 레지스터(543)에 인가된다. 레지스터(503)는 송신기의 변조 회로(510)에 대해 편차(deviation) 조절을 제공한다. 송신기의 변조 회로(510)는 송신기를 FM 변조하기 위해 송신 VCO(400)에 부정확하게 용량적으로 결합되는 세라믹 레지스터(544)로 주로 구성된다. 통상, 변조 설정은 ±75 KHz이다.

Ⅱ.C.3 송수신기 하드웨어 - 기준 주파수 발진기

발진기(219)는 16.4 MHz에서 동작하는 온도 감지형의 디지털식으로 정정된 수정 발진기이다. 발진기(219)를 장치 제조업자에 의해 수행되는 1/2 도 섭씨 증분에서 칼리브레이션함으로써 비교적 높은 안정성이 달성된다. 또한, 정정 데이터는발진기를 정정 주파수에 동조시키는 D/A 컨버터에 피드되는 디지털 워드이다. 칼리브레이션 데이터는 EEPROM 모듈에 저장된다. 기준 발진기(219)는 로직 보드에 의해 구동된다. 다음의 일련의 이벤트는 매 1/2 도 변화마다 일어난다. (1) 인코더는 온도 센서를 판독하고, 데이터는 직렬 버스를 통해 센서로부터 클록킹된다. (2) 인코더는 EEPROM에서의 적절한 메모리 위치를 판독하여 직렬 버스를 통해 정정 데이터를 검색한다. (3) 정정 데이터는 이어서 직렬 버스를 통해 D/A 컨버터 온보드로 다시 향하게 된다. (4) DAC 출력은 수정 발진기에서 버랙터를 구동시켜서 주파수를 정정 한다.

증폭기(229A, 229B)는 5 V TTL 레벨을 4 분할 회로(230A, 230B)에 제공하기 위해 버퍼 증폭기와 레벨 시프터로서 동작한다. 회로(230)의 출력은 송수신기 보드(138)를 통해 개별 회로에 구동 레벨을 분리하는 증폭기(229C, D, E)에 입력되는 4.1 MHz TTL 신호이다.

발진기(219)는 AFC(자동 주파수 조절) 회로에 의해 수신 모드 동안 변조될 수도 있다. 이것은 발진기(219) DAC 출력과 AFC 출력 신호를 조합함으로써 달성되고, 회로(228C, 228D)에 의해 달성된다. 회로(228D)의 출력은 이어서 발진기(219) DAC 입력에 재입력된다.

Ⅱ.C.3 송수신기 하드웨어 - 자동 주파수 조절(AFC)

AFC는 ±60 KHz씩 분할되는 캐리어 주파수에 의한 PET 데이터 전송의 적합한 디코딩을 가능하게 한다. 이것은 기준 주파수로서 더 낮은 비용의 덜 안정한 수정 발진기를 사용함으로써 PET 모듈의 비용을 추가로 줄인다. 이는마이크로프로세서(218)(단일 칩 마이크로프로세서) 및 관련 회로에 의해 달성되는 것이 좋다. 시스템은 로직 보드 마이크로프로세서에 의해 결정되는 RSSI 임계 레벨의 신호 검출에 의해 트리거된다. 임계 레벨 조절은 필터(332A, 332B, 332C, 332D)로 구성된 2개의 대역 통과 필터부의 조합에 의해 달성된다. 신호 플래그의 검출 시에, 마이크로프로세서(218)는 아날로그 게이트(231A, 231B, 231C)를 제어한다. 이들 게이트들은 PET 송신기와 PET 수신기의 캐리어 오프셋에 비례하는 오프셋 DC 전압을 제공하는 필터(328A, 328B)의 대역 통과 특성을 변화시킨다. 오프셋 DC 전압은 기준 발진기(219)를 변조하는 필터(328C)에 인가된다.

Ⅱ.C.3 송수신기 하드웨어 - 전력 조절

전원 공급기(152)는 사실상 3개의 단일 칩 벅 스위치(buck switch) 조절기(도시 생략)에 입력 전력을 제공하는 무조절 공급기를 포함한다. 이들 스위치 조절기는 시스템에 +6 V, +6V(PA)과 가변량을 공급하여, 연결되어 있다면 시스템을 더 양호하게 충전한다. +6 V 공급으로부터, +5 V 공급이 저 오버헤드 선형 조절기로부터 생성된다. 또한, 이어서 -5 V 바이어스 공급이 +5 V 공급으로부터 생성된다. 메인 컨트롤러(130)가 사용하는 전원 공급기(152)에서 시스템의 온도 기준 및 배터리 전압과, 전류가 모니터되어 전체적으로 폐쇄된 루프 시스템에서 배터리 충전을 제어하는 데 그 정보들을 이용할 수 있다. 고정 배선된 전압 비교기(도시 생략)가 무조절 DC 전원 공급기(148) 또는 배터리로부터의 동작을 처리한다.

Ⅱ.D 중계 유닛 및 기지 유닛 - 동작

기지 유닛(26)과 중계 유닛(24)은 PET 모듈에서 전송된 전송 메시지가 수신될 때까지 사용자 구성 가능한 포착 채널을 모니터하는 송수신기를 사용한다. PET 메시지가 디코딩되면, 기지 유닛(26)은 의사 랜덤 호프 시퀀스와 도착 시간에 관련해서 기지 유닛(26) 메모리에 저장된 정보에 따라 호핑 전송을 트랙킹한다. 상세하게 설명하면, 각각의 PET 모듈(22)은 소정의 주파수마다 자신의 타이밍 시퀀스에서 호핑한다. 송수신기는 PET 모듈 식별/일련 번호를 제공하는 PET 모듈 메시지를 모니터하고, 그 식별/일련 번호에 기초해서 유닛(24 또는 26)은 특정 PET 모듈(22)의 전송의 주파수 및 시간을 안다. 따라서 유닛(24 또는 26)은 또한 시간과 주파수에서 충돌이 발생할 때를 알 수 있으며 그에 따라 PET 모듈 메시지의 수신을 조절할 수 있다.

동작 시에, 기지 유닛과 중계 유닛이 먼저 초기화된다. 상세하게 설명하면, 메인 프로세서(130) 내에 있는, 전체 타이머, 카운터 및 송신 및 수신 구간(interval)이 설정된다. 기지 유닛(26) 내의 모뎀이 초기화된다. 또한, 메인 컨트롤러(130)는 메시지 도착 시간과, 도착 채널, 및 수신기 윈도우가 결정되는 예상 PET 모듈 메시지 도착 리스트를 작성한다.

PET 전송 타이밍의 예가 도 13에 도시된다. 도시된 바와 같이, 제1 구간 타이밍(218) 후에 제1 PET 모듈 데이터 전송이 예상된다. 제1 구간 타이밍(218)은 일련 번호 지연(220)을 포함하고, 이 일련 번호 지연은 99.975 ms이 곱해진 PET 모듈 식별/일련 번호의 최하위 바이트(LSB)로서 정해진다. 다음 구간 타이밍은 현재 구간의 끝에서 즉시 시작되고, 이 경우, 구간 +1, 예컨대 구간 타이밍(224)에 대한 시작 타이밍은 현재 구간의 실제 전송 시간과 중복된다.

수신기 윈도우 타이밍의 예가 도 13의 구간 타이밍에 관련해서 도 14에 도시된다. 도시된 바와 같이, 중계 유닛(24) 또는 기지 유닛(26)의 송수신기(136)는 PET 모듈 메시지를 수신하기 위하여 수정 발진기 허용 오차와, PET 모듈 메시지의 프리앰블 검출을 보상하는데 380 ms의 최소 윈도우를 필요로 한다. 제1 구간 타이밍(218)을 알기 때문에, 메인 컨트롤러(130)는 송수신기(136)에 지시하여 데이터 전송 전에 180 ms로 수신을 시작하게 하고, 프리앰블 검출 동안 20 ms를 허용하며,프리앰블 검출 후에 또다른 180 ms를 제공한다.

또한, 메인 컨트롤러(130)의 초기화에는, 미스된 PET 모듈 메시지가 처리될 방법, PET 모듈이 예상 도착 리스트로부터 드랍될 때, 드리프트에 대한 조절 방법을 설정하는 단계가 포함된다. 송수신기(136)를 통해 대형 블록을 수신하기 위한 파라미터가 또한 설정된다. 예를 들어, 송수신기(136)를 통해 대형 블록을 수신할 때, 그 데이터가 디코딩되고, 메인 컨트롤러(130)가 동작하여 그 데이터의 무결성을 확인한다. 확인된 데이터로부터 메인 컨트롤러(130)는 이어서 PET 모듈 식별/일련 번호를 PET 모듈(22)의 메인 컨트롤러의 로컬 리스트와 비교한다. 메인 컨트롤러(130)는 또한 사용되는 호핑 시퀀스와, 데이터로부터의 타이밍 구간을 결정하고, 다음의 대형 블록 데이터 수신 도착 시간을 계산한다. 이 계산은 수신 윈도우가 미스될 경우 메인 컨트롤러에 의해 조절된다. 마지막으로, 메인 컨트롤러는 나중 전송을 위해 데이터를 그 PET 모듈 데이터베이스내에 입력하여 저장한다.

메인 컨트롤러(130)에 대한 추가 초기화 파라미터는 포워드될, 예컨대 PET 모듈 데이터베이스 내에 위치한 PET 모듈 메시지를 관리하는 방법, 대형 블록에 대한 전송 스케쥴 및 데이터베이스 관리를 처리하는 방법, 예컨대 PET 모듈을 데이터베이스안에 저장해야만 하는 기간과, 데이터베이스를 새로운 PET 모듈로 업데이터해야 하는 방법 및 데이터베이스를 정기 간격으로 제거하는 방법을 포함한다. 메인 컨트롤러(130)는 각각의 포착 채널상에서의 성공적인 히트수를 카운트하도록 초기화되는 것도 좋다.

일단 초기화되면, 메인 컨트롤러(130)는 EEPROM(140)의 주요 구성 테이블의 CRC를 체크한다. CRC가 유효하면, 주요 구성 테이블의 구성 파라미터는 메인 컨트롤러에 로드된다. 그렇지 않다면, 메인 컨트롤러는 EEPROM(140)의 백업 구성 테이블의 CRC를 체크하여, 유효하면, 백업 테이블로부터 주요 구성 테이블을 재작성한 후 구성 파라미터를 메인 컨트롤러(130)에 로드한다. 구성 파라미터가 로드되면, 메인 컨트롤러는 PET 모듈 데이터 테이블을 포맷하도록 동작하고, 또한 디코더(134) 시작 동작에 대해 명령하여 송수신기(136)에 의해 수신되었던 PET 모듈 메시지를 디코드하게 한다.

디코더(134)는 다음 단계를 수행함으로써 PET 모듈 메시지 전송 패킷을 검출하도록 동작한다.

1. 마이크로프로세서(158)의 위상 동기 루프(PLL)가 필터링된 데이터 신호에 대해 고정되는 동안 유효 프리앰블을 검출하는 단계.

2. 마이크로컨트롤러(158)의 PLL 트랙킹을 전술한 바와 같이 생성되는 지연된 데이터 신호로 스위칭하는 단계.

3. 유효 프리앰블 검출 시 메인 프로세서(130)에 통보하는 단계.

4. 메시지 패킷의 리마인더, 즉 프리앰블 이상의 부분이 메인 컨트롤러(130)에 송신되는 경우 상기 리마인더를 디코더 마이크로컨트롤러(158)로 시프팅하는 단계.

5. PLL 트랙킹을 필터링된 데이터 신호에 다시 스위칭하여 메시지 패킷의 프리앰블 검색을 다시 시작하는 단계.

유효하면, PET 모듈(22)로부터의 디코딩된 데이터 패킷을 디코더(134)로부터 이용 가능하고, 메인 컨트롤러(130)는 데이터 패킷을 판독하도록 동작하여, 그 패킷이 유닛(24 또는 26)에 의해 처리될 것인지 결정한다. 중계 유닛(24)의 경우에, 중계 유닛(24)은 레코드를 구축하고 디코딩된 데이터를 그 곳에 저장한다. 현재 중계 유닛(24)이 전송할 때가 되면, 저장된 PET 모듈 메시지 데이터는 인코더(132)에 의해 인코드되고 FHSS RF를 통해 다음 중계 유닛(24) 또는 기지 유닛(26)에 포워드된다. 이 프로세스는 현재 모든 PET 모듈 메시지가 기지 유닛(26)에 전달될 때까지 반복된다.

인코더(132)는 PSP(parallel slave port)를 통해 메인 컨트롤러(130)로부터 커맨드와 데이터를 수신한다. 인코드 프로세스 동안에, 데이터는 이진 포맷으로 인코더(132)에 도착하여 전송용 맨체스터 부호 포맷으로 변환된다. 변조 방법은 FM 방법이며, 맨체스터 데이터는 FM 편차 변조 기술을 제공한다. 메인 컨트롤러(130)는 인코더가 정확한 메시지 페이스(pace) 밖에서 그 비트를 클록킹할 때 일정한 흐름의 "전송할 바이트"를 유지함으로써 송수신기(136)의 송신기에 변조 입력을 제어한다. 데이터 스트림의 시작에서, 메인 컨트롤러(130)는 인코더의 셋업 동작을 지시하도록 길이 바이트와 송신기 동기 바이트를 포함하는 것이 좋다. 리턴 시에, 인코더(132)는 커맨드마다, 또는 완료된 트랙잭션이 일어났다는 것을 보장하도록 수신하는 데이터 스트링마다 메인 컨트롤러(130)에 응답을 보낸다. 인코더(132)는 트랜잭션 지식으로서 수신된 데이터의 제1 특성으로 응답하는 것이 좋다.

PET 모듈 메시지 데이터가 PET 모듈(22) 또는 중계 유닛(24)을 통해 기지 유닛(26)에 도달할 때, 그 기지 유닛(26)의 메인 컨트롤러(130)는 PET 모듈(22)에서 생성된 메시지가 그 PET 모듈 데이터 테이블 내에 있는지 결정한다. 그렇다면, 그 테이블 내에서 PET 모듈(22)에 대한 데이터 버퍼는 디코딩된 후에 새로운 PET 모듈 데이터로 업데이트되고, 데이터는 현재 타이머 값으로 타임 스탬프되며, 이 PET 모듈(22)에 대한 메시지 수신 수가 증가한다. 메시지를 보낸 PET 모듈(22)이 메인 컨트롤러의 데이터 테이블 내에서 미리 구축되어 있지 않았고, 새로운 테이블 엔트리에 대한 공간이 존재하면, 메인 컨트롤러(130)는 PET 모듈에 대한 새로운 테이블 엔트리를 생성하여, 데이터 버퍼에 그 메시지 데이터를 저장하고 메시지 수신 카운터를 1로 설정하며 그 데이터를 타임 스탬프하도록 동작한다. 메인 컨트로롤러가 새로운 PET 모듈을 위한 공간이 없다면, 메시지 데이터는 메인 컨트롤러(130)에 의해 단순히 폐기된다.

PET 모듈 메시지를 작성하여 저장하면, 기지 유닛(26)은 PSTN 또는 셀룰러 전화에 의해서 타임 스탬프와 메시지 수신 카운트를 비롯한 메시지 데이터를 분석하고 기타 원하는 용도에 맞게 헤드엔드 검침 소프트웨어(28)에 전송한다.

본 발명은 본 명세서에 기재된 발명의 기술 사상으로부터 일탈하지 않고서다른 특정 형태로 실시될 수 있으며, 따라서, 전술한 실시예들은 제한적이 아닌 예시적 용도로서 모두 참조되었음을 이해하여야 하며, 이상의 설명보다는 첨부 청구 범위를 참조하면 더욱 분명하게 본 발명의 범위를 알 수 있다.

Claims

확산 스펙트럼 검침 시스템으로서,

유틸리티 계량기에 동작 가능하게 각각 접속되며, 대응하는 유틸리티 계량기에 대한 적어도 검침 데이터를 포함하는 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 송신하는 복수의 종단점 인코더 송신 장치와,

상기 종단점 인코더 송신 장치보다 그 수가 적고, 각기 상기 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 수신 및 재전송하는 복수의 중간 송수신 유닛, 및

상기 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 수신하는 수신기를 구비한 기지국을 포함하는 확산 스펙트럼 검침 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호는 FCC 파트 15.247에 부합하는 것인 확산 스펙트럼 검침 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호는 호핑당 적어도 1분의 최대 호핑율로 전송되는 것인 확산 스펙트럼 검침 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호는 적어도 25개의 채널을 포함하고, 그 채널 중 적어도 2개는 포착 채널로서 예약되는 것인 확산 스펙트럼 검침 시스템.
유틸리티 검침 시스템의 일부를 형성하는 유틸리티 계량기에 동작 가능하게 연결된 계량기 종단 인코더 송신 장치로서,

주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 이용하여 상기 유틸리티 계량기로부터 소비량 데이터를 전송하는 고주파 보조 시스템과,

연속적으로 작동하며 상기 고주파 보조 시스템의 동작을 제어하는 제1 프로세서와, 상기 고주파 보조 시스템의 이용 시에만 작동하는 제2 프로세서를 포함하는 디지털 보조 시스템을 포함하는 계량기 종단점 인코더 송신 장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 프로세서는 저속으로 동작하고 상기 제2 프로세서는 고속으로 동작하는 것인 계량기 종단점 인코더 송신 장치.
제6항에 있어서, 상기 제1 프로세서와 상기 제2 프로세서는 2개의 개별 프로세서로 구성되는 것인 계량기 종단점 인코더 송신 장치.
유틸리티 검침 시스템의 일부를 형성하는 유틸리티 계량기에 동작 가능하게 연결되는 계량기 종단점 인코더 송신 장치로서,

주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 이용해서 상기 유틸리티 계량기로부터 소비량 데이터를 전송하는 고주파 보조 시스템과,

배터리 구동식이며, 상기 고주파 보조 시스템이 전송할 시간이 되면, 충전펌프 커패시터의 충전을 지시하고, 상기 충전 펌프 커패시터가 충전되면 상기 고주파 보조 시스템의 적어도 일부로 하여금 소비량 데이터 전송 중에 상기 충전 펌프 커패시터의 구동을 금지시키는 디지털 보조 시스템을 포함하는 계량기 종단점 인코더 송신 장치.
제8항에 있어서, 전송 중에 상기 고주파 보조 시스템에 의해 상기 충전 펌프 커패시터가 사용되어 상기 배터리 방전이 제한되는 것인 계량기 종단점 인코더 송신 장치.
제8항에 있어서, 상기 디지털 보조 시스템은 제1 저속 프로세서와 제2 고속 프로세서를 포함하고, 상기 제1 저속 프로세서는 상기 배터리의 상태를 모니터하여 상기 배터리의 상태를 상기 제2 고속 프로세서에 전송하는 것인 계량기 종단점 인코더 송신 장치.
유틸리티 검침 시스템으로서,

유틸리티 계량기에 동작 가능하게 각각 접속되며 저속 주파수 호핑 확산 스펙트럼 모드를 이용해서 데이터를 전송하는 복수의 계량기 종단점 송신 장치와,

상기 복수의 인코더 송신 장치로부터의 전송을 수신하는 적어도 하나의 기지 유닛을 포함하고,

상기 복수의 계량기 종단점 인코더 송신 장치 중 하나가 설치되면, 그 설치된 계량기 종단점 인코더 송신 장치는 고속 주파수 호핑 확산 스펙트럼 모드를 사용하는 설치 모드에서 초기 시간 동안 동작하는 것인 유틸리티 검침 시스템.
유틸리티 검침 시스템으로서,

유틸리티 계량기에 동작 가능하게 접속된 계량기 종단점 인코더 송신 장치 및

적어도 기저 유닛을 포함하고,

상기 계량기 종단점 인코더 송신 장치는 주파수 호핑 확산 스펙트럼을 사용하여 적어도 상기 기지 유닛에 소비량 데이터를 전송하고, 이 전송된 소비량 데이터는 복수의 데이터 버킷의 형태이며, 각 버킷은 상기 기지 유닛이 원하는 소비량 데이터를 검색할 수 있는, 일정 기간의 소비량 데이터를 나타내는 것인 유틸리티 검침 시스템.
제12항에 있어서, 상기 기지 유닛은 버킷 전송과 함께, 시간 및 주파수 전송 충돌 방지 스킴을 이용하는 것인 유틸리티 검침 시스템.
확산 스펙트럼 검침 시스템으로서,

유틸리티 계량기에 동작 가능하게 각각 접속되며, 대응하는 유틸리티 계량기에 대한 적어도 검침 데이터를 포함하는 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 전송하는 복수의 종단점 인코더 송신 장치와,

상기 복수의 종단점 인코더 송신 장치보다 그 수가 더 적고, 각기 상기 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 수신 및 재전송하는 복수의 중간 송수신 유닛 및

고전력 주파수 호핑 확산 스펙트럼 신호를 수신하는 수신기를 구비한 기지국을 포함하고,

상기 인코더 송신 장치와 상기 송수신 유닛 각각은 지연 시간 정보를 계산하는 데 이용되는 장치 또는 유닛이 보유하는 전송 카운터 값을 포함하고, 상기 기지국은 실제 검침 시간이 타임 스탬프와 지연 시간 정보의 조합으로부터 결정될 수 있도록 각각 수신된 전송을 실시간 클록으로 타임 스탬프하는 것인 확산 스펙트럼 검침 시스템.