SK11232002A3 - Meracia prepojovacia jednotka a prijímač na prijímanie signálov z tejto jednotky - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Tento vynález sa týka odčítania automatického merania a konkrétnejšie meracej prepojovacej jednotky na použitie v jednosmernom automatickom meracom čítacom zariadení.

Doterajší stav techniky

Jednosmerné systémy na rozdiel od systémov „na vyžiadanie“ meracej prepojovacej jednotky len vysielajú, tým je cena jednotky čo najnižšia, pretože odpadá inak nevyhnutný prijímač rádiového obvodu, ktorý je inak nutný pri systémoch „na vyžiadanie“.

Existujú dva typy architektúry automatického meracieho odčítacieho zariadenia, mobilné a pevné sieťové systémy. V mobilných typoch je odčítanie údajov uskutočňované ručnými alebo mobilnými odčítacími zariadeniami, ktoré sa pohybujú v okolí merania. V tomto prípade sú potrebné len vysielače s relatívne krátkym dosahom. Pri meracom zariadení s pevnou sieťou je ku každej meracej jednotke pripojená pevná sieť, do ktorej táto jednotka vysiela. V tomto prípade potrebuje mať vysielač dlhý dosah, pokiaľ sa má počet prijímačov v pevnej sieti udržať v rozumnom množstve.

V mnohých situáciách, keď sa má pevná sieť inštalovať, vyvstáva technický problém s nájdením vhodných miest pre prvú vrstvu prijímacích staníc.

Tomuto sa dá predísť pomocou ručných alebo mobilných čítačiek v prvej vrstve. Dokument GB-A-2330279 (W099/18700) opisuje možnú cestu na generovanie a prijímanie krátkych nízkoenergetických prenosov, ktoré môžu byť uskutočnené veľmi často a umožní sa tak, aby boli správy prijímané s minimálnym omeškaním. Pokiaľ sa prenos uskutoční dostatočne často a rádiový rozsah je adekvátny, môže vozidlo cestovať normálnou rýchlosťou, napr. 40 km/h, a stále zbierať odčítané údaje.

- 2 Nevýhodou tohoto systému je, že následkom obmedzenej kapacity dostupných napájacích batérií a vzhľadom na minimalizovanie kanálových zahltení tieto „slepé“ prenosy musia byť veľmi krátke a musia mať vysokú rýchlosť údajov. To má za následok široké rádiové pásmo a nasledovne malú citlivosť odčítacích prijímačov následkom obmedzeného rozsahu. Pokiaľ sú použité rovnako časté prenosy v pevnej sieti, bude rozsah veľmi obmedzený a bude vyžadovať veľkú hustotu prijímacích miest.

Inštalácia meracích prepojovacích jednotiek je jedným z počiatočných nákladov inštalácie automatického meracieho odčítacieho systému. Celkom evidentne nie je praktické nahradzovať meracie prepojovacie jednotky po inštalácii, pokiaľ je nájdená lokálna sieť prijímacích staníc.

Teraz bude uvedený príklad požiadaviek na jednocestné pevné siete. V priemerných nízkoenergetických mobilných systémoch na automatické odčítanie hodnôt môže byť dosiahnutý dosah okolo 100 m medzi meracou prepojovacou jednotkou a čítacím zariadením. To zodpovedá schéme so spojovým rozpočtom okolo 110 dB, 10 dBm vysielač a 100 dBm citlivosť prijímača, a operačnej frekvencii o rozsahu 400 až 1000 MHz. Pokiaľ odčítajúce vozidlo cestuje rýchlosťou okolo 40 km/h, je maximálny čas medzi prenosmi obmedzený na cca 5 sekúnd. To zaistí, že odčítacie zariadenie má príležitosť prijať aspoň dve vysielania z každej meracej prepojovacej jednotky. Trvanie údajovej správy bude v rozmedzí 1 až 2 ms a pokiaľ má správa okolo 120 bitov, je potrebná rýchlosť vysielania okolo 100 kb/s. Pokiaľ je použitá modulácia typu DF S K priame kľúčovanie kmitočtovým posunom, musí byť pásmová šírka šumu prijímača približne 400 kHz.

V systémoch s čisto pevnými sieťami sú meracie prepojovacie jednotky vždy v rozsahu odčítacieho zariadenia a tak je rýchlosť prenosu menej podstatná. Niekoľkokrát za deň môže adekvátna s typickou rýchlosťou raz za každé štyri hodiny. To znamená, že prenosy môžu trvať podstatne dlhšie s rovnakou kapacitou batérií a tak môžu byť správy zasielané s pomalou rýchlosťou údajov, napr. 200 bit/s. Ak sa použije rovnaký údajový balík a modulačný index, môže byť šírka pásma šumu prijímača zredukovaná až na cca 4 kHz. To umožní zlepšenie citlivosti prijímača na cca 20 dB. Zvýšenie antény prijímača uskutočnením čo najlepšieho množstva anténového zisku môže poskytnúť ďalších 10 dB spojového rozpočtu.

“í J - ’......

Celkový zisk oproti mobilnému systému s rýchlymi údajmi je preto 30 dB, alebo lOOOx výkonovo vyšší. V teórii šírenia voľným priestorom by to umožnilo 1000 alebo 333 zložený nárast v rozsahu 100 m. V praxi v priemerných mestských podmienkach bude toto zlepšenie 7 až 20násobné. To by znamenalo, že rozsah 100 m širokopásmového mobilného systému sa pri úzkopásmovom pevnom prijímači zvýši na cca 700 m.

Podstata vynálezu

V súlade s týmto vynálezom je poskytnutá meracia prepojovacia jednotka s prostriedkami na pripojenie k meraču odčítanom v jednosmernom automatickom meracom systéme. Táto meracia prepojovacia jednotka nie je vybavená prostriedkami na prijímanie signálu a obsahuje prvé prostriedky na časté vysielanie krátkeho zhluku údajov vhodného na príjem ručným alebo mobilným prijímačom. Podstatou vynálezu je, že táto meracia prepojovacia jednotka obsahuje druhé prostriedky na vysielanie úzkopásmových údajových správ vhodných na príjem pevnou sieťou prvej vrstvy prijímacích staníc.

V nasledujúcom opise bude opísané vysielanie z prvých vysielacích prostriedkov ako rýchle balíky a vysielanie z druhých vysielacích prostriedkov bude opísané ako pomalé balíky.

Takéto riešenie má výhodu, ak sa nájde prvá vrstva prijímacích staníc, ktoré môžu byť uvedené okamžite do činnosti bez toho, aby nejako zmenili prevádzku pripojených prepojovacích jednotiek. Prvé balíky sú jednoducho ignorované a miesto toho sú dekódované pomalé balíky. To umožní upgrade = zlepšenie vlastností mobilného systému na systém pevnej siete alebo alternatívne čítanie merania z čítacieho zariadenia vo vozidle, pokiaľ sa v pevnej sieti objaví porucha. Prítomnosť dvoch vysielacích prostriedkov v rovnakej meracej prepojovacej jednotke vytvára svoj vlastný technický problém, avšak bolo zistené, že toto môže byť obídené ďalej opísaným zariadením.

V súlade s vynálezom je tiež poskytnutý prijímač na použitie s takou meracou prepojovacou technikou, ktorá môže eliminovať interferenciu z nežiadúceho vysielania.

Prehľad obrázkov na výkrese

Vzhľadom na to, aby bolo možné vynález lepšie pochopiť, budú teraz opísané niektoré konkrétne prípady uskutočnenia vynálezu, avšak len ako príklady, s odkazom na pripojené výkresy, na ktorých obr. 1 predstavuje blokovú schému prijímača v súlade s prvým uskutočnením podľa vynálezu na použitie v pomalých pevných sieťach prvej vrstvy prijímacích staníc; obr. 2 predstavuje blokový diagram alternatívneho uskutočnenia prijímača pomalých balíkov; a obr. 3 predstavuje časovanie rýchlych balíkov tak, aby sa predišlo údajovej kolízii.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Meracia prepojovacia jednotka zahŕňa prvý pomalý vysielač a druhý rýchly vysielač. Obidva vysielače sú spôsobilé súčasného prevádzkovania tak, aby vysielali spoločne ako rýchle, tak aj pomalé údajové balíky. Ako najjednoduchšie riešenie by bolo použitie odlišného rádiového kanála pre každý typ vysielania, avšak toto by výrazne zvýšilo cenu vysielača meracej prepojovacej jednotky. Pri opísanom uskutočnení obidva vysielače používajú rovnaký kanál a je tam jeden modulátor, ktorý generuje obidva balíky, t.j. ako rýchly, tak aj pomalý.

Pokiaľ má modulátor meracej prepojovacej jednotky dostatočnú šírku pásma, pomalé údajové vysielanie 200 b/s môže byť prekladané rýchlym údajovým vysielaním 100 kb/s. Napríklad rýchly modus môže byť vysielaný každých 5 s a pomalý každých 8 h. Môže byť nutné, aby sa zredukovala intenzita rýchleho vysielania na získavanie dostatočnej batériovej kapacity pre pomalé vysielanie.

Mobilné odčítacie zariadenie, ktoré je navrhnuté na prijímanie rýchlych balíkových prenosov, nie je nijakým spôsobom negatívne ovplyvnené pomalým vysielaním, pretože sa typicky objaví len jednu sekundu každých osem hodín. Dokonca aj v situácii, kedy je 50 meracích prepojovacích jednotiek v dosahu, bude kanál okupovaný pomalým vysielaním menej ako 2%.

Ak uvážime, že rýchle vysielanie zo všetkých meracích prepojovacích jednotiek v dosahu zodpovedá náhodnému obrazcu s Poissonovým typom rozloženia, prevádzkové zaťaženie alebo priechod kanálom bude dané vzorcom:

R = Xt (2.1) kde λ znamená prichádzajúcu intenzitu balíkov za sekundu, τ je doba trvania balíka v sekundách.

Poissonova distribúcia pravdepodobnosti toho, že sa v priebehu akéhokoľvek časového obdobia neobjaví žiadne vysielanie, je daná vzorcom:

Pr(0) = -e'^R (2.2)

Pre praktický príklad, ak 50 rýchlych vysielaní z 50-tich meracích prepojovacích jednotiek sa objavuje každých 5 s a trvanie pomalých balíkov je 1 s z rovnice (2.1) R = 10 a pravdepodobnosť toho, že sa žiadny rýchly balík nebude prepojovať s pomalým balíkom je:

= l-Pr(O) = l-e’^ln = 1 približne t j. existuje 100 %-ná pravdepodobnosť, že pomalý balík sa nebude prepojovať s rýchlym balíkom. V praxi prijímací FM efekt pomôže potlačiť akékoľvek rýchle balíky, ktoré sú slabšie ako požadované vysielanie pomalých balíkov, avšak systém by pre slabé signály nefungoval.

Prijímač pomalých balíkov

Ak je každý z pomalých balíkov vysielaný 200 b/s, každý má trvanie 5 ms, čo je podstatne dlhšie ako celý zhluk rýchleho módu. Toto vytvára efekt pomalého otvoru prerazeného rýchlym vysielaním v každom údajovom bite. Existujúce pomalé prijímače typicky používajú úzky filter, aby dostali požadovanú šírku pásma šumu a efektom tohoto filtra bude, že sa predĺži krátke rýchle vysielanie na niekoľko ms pre vyzváňanie.

Tento vynález opisuje dva spôsoby, ktoré môžu byť použité na potlačenie interferencie od rýchleho vysielania v pomalom prijímači pevnej siete prvej vrstvy prijímacích staníc.

Technika šumového vyplnenia

Tento spôsob je podobný tomu, ktorý sa používa pri vysokovýkonných komunikačných prijímačoch na zostavenie otváracej interferencie typu šumových pulzov, aby neboli predlžované úzkymi filtrami a tak rušili príjem.

Blokový diagram prijímačovej prvej druhej medzi frekvenčnej časti je predstavený na obr. 1. Predpokladáme, že prvej medzifrekvencii predchádza konvenčný rádiofrekvenčný prijímač a zmiešavač, ktorého šírka pásma je veľmi široká.

Prvý medzifrekvenčný filter 10 má šírku pásma niekoľko sto kHz, takže prepustí rýchle aj pomalé údajé bez akéhokoľvek skreslenia alebo predĺženia pulzu. Signál z medzi frekvenčného filtra 10 potom prechádza prenosovým hradlom 12, ktoré je normálne uzavreté. Signál so zmiešavacom 14 a miestnym oscilátorom 16 konvertuje na nízku frekvenciu a úzkopásmovú druhú medzifrekvenciu.

Výstup zo zmiešavača 14 prichádza do úzkopásmového medzifrekvenčného filtra 18 a potom do bežného prijímacieho a FM detekujúceho/údajového obnovujúceho obvodu 20. Ak sa prijíma pomalé vysielanie, môže sa z obvodu 20 vziať dodatočný AFC automatický frekvenčný signál a aplikovať na miestny oscilátor 16 tak, že AFC signál sa uzamkne na prichádzajúci signál a odstráni chyby ladenia. V praktických systémoch môže byť nutné vytvoriť AFC napätie pre prebiehanie, aby sa uzamklo na pomalé vysielanie.

Monostabilný obvod 24 ovláda prenosové hradlo 12. Na výstup prvého medzifrekvenčného filtra 10 je zapojený vysokorýchlostný detektor 26. Tento detektor 26 je upravený na spustenie monostabilného klopného obvodu, ak je detekovaný rýchly zhluk. To spôsobí, že sa otvorí prenosové hradlo 12, čím sa zabráni, aby rýchly zhluk nedorazil do druhého zmiešavača 14. Tak je energia rýchleho Zhluku potlačená pred tým, než dosiahne úzky filter 18 a tak nespôsobí, aby zazvonil.

Časový úsek monostabilného klopného obvodu 24 je nastavený tak, aby minimalizoval roztrhnutie pomalého vysielania pomocou širokých údajových bitov. Typicky to môže byť 1 až 2 ms, čo je len zlomok 5 ms periódy pomalých údajových bitov.

Digitálne signálové spracovanie

Digitálne signálové spracovanie ponúka jednoduché riešenie prijímača pre pomalé vysielanie a je zobrazené na obr. 2. Tento prijímač tiež vyžaduje zmiešavač a miestny oscilátor, ktoré nie sú zobrazené, aby sa mohla uskutočniť konverzia na medzifrekvenciu. Prijatý signál je potom odovzdaný do širokého medzifrekvenčného filtra 30, typicky s frekvenciou 10,7 MHz. Filtrovaný signál z filtra 30 je potom zosilnený zosilňovačom 32 a je aplikovaný na analógovo-digitálny konvertor 34. Digitálny signál je potom spracovaný v digitálnom signálovom procesore 36, následkom čoho sú obnovené pomalé údaje zaslané do zbytku systému.

Software digitálneho signálového procesoru môže byť použitý na implementáciu funkcie podobnej hardwaru, opísaného v spojení s uskutočnením z obr. 1. Alternatívne je možné v digitálnom signálovom procesore syntetizovať úzke konečné impulzné odozvové filtre, takže nezazvonia. Tak sa neobjaví predĺženie rýchlych zhlukov a tak môžu byť softwarovo odstránené bez toho, aby nejako ovplyvnili potrebné údaje.

Zlepšená technika údajovej kolízie

Vyššie opísaný systém sa spolieha na to, že všetky prenosy z každej meracej prepojovacej jednotky sú prijaté v náhodnom poradí. V praxi to však nie je také jednoduché dosiahnuť. Jedným z hlavných rizík je, že ak na jednom cykle kolidujú dva rýchle balíky, je pravdepodobné, že v budúcom cykle, napr. 5 s neskôr, budú kolidovať znova. Potom bude nevyhnutné čakať, až kým sa ľahkým posunutím medzi vnútornými hodinami týchto dvoch meracích prepojovacích jednotiek neposunú balíky tak, že sa neprekrývajú.

Predtým sa toto dosahovalo pomocou málo stabilných RC časových obvodov, aby sa zaručila dostatočná chyba. Je však veľmi pravdepodobné, že v budúcnosti pri ďalšej generácii prepojovacích jednotiek budú mať tieto vnútorné hodiny s reálnym časom. Tie budú navrhnuté s čo najväčšou možnou stabilitou, takže pokiaľ budú použité na určenie prenosových časov, môžu dve konfliktné meracie prepojovacie jednotky zostať synchronizované počas uvažovaného obdobia, takže môže byť spôsobená takmer nečitateľnosť každej z meracích prepojovacích jednotiek. Aby sa predišlo tomuto problému navrhuje sa, aby sa vzala pravidelná a presná časová perióda a k nej sa pridali určité náhodnosti časovania tak, aby sa predišlo dvom následným kolíziám. Týmto spôsobom bude prvý vysielač dostatočne, meniť časovú periódu medzi vysielaním dvoch nasledujúcich zhlukov. Toto riešenie je uvedené na obr. 3.

Základné časové obdobie je definované ako T napr. 4 s a k tejto perióde je pridaná perióda t x n, kde t je trvanie balíka a n je náhodné číslo, aby sa určilo časovanie budúceho rýchleho balíka.

Náhodné alebo pseudonáhodné číslo n môže byť generované mnohými spôsobmi.

Napríklad:

1) Použitím generátora náhodných čísiel s pseudošumovou sekvenciou s výrobným číslom jednotky ako základom. To sa môže uskutočniť napr. softwarovo alebo aj hardwarovo.

2) Použitím rýchleho počítadla, ktoré je nulované meracími pulzmi, kde n je funkciou toho, kedy sa merací pulz naposledy objavil.

Zvlášť výhodné je, ak maximálna náhodná perióda nt je len zlomkom hlavnej peripdy T, aby sa predišlo veľmi veľkým zmenám v čase medzi vysielaniami, čo by mohlo byť pre mobilné systémy nevýhodné. Použitie stabilných hodín a pravého náhodného rozdeľovania tiež umožňuje zjednodušiť výpočet doby životnosti batérií, pretože priemerný čas medzi prenosmi bude presne T + nt/2.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY i

   1. Meracia prepojovacia jednotka obsahujúca prostriedky na pripojenie k meraču, ktorý je napojený na odčítanie v jednosmernom meracom odčítacom systéme, kde táto meracia prepojovacia jednotka je uskutočnená bez zariadenia na príjem signálu a obsahuje prostriedky na časté vysielanie krátkeho zhluku (t) vhodného na príjem ručným alebo mobilným prijímačom, vyznačujúca sa tým, že obsahuje ďalej druhé prostriedky na vysielanie údajových správ s úzkym pásmom, vhodných na príjem pevnou sieťou prvej vrstvy prijímacích staníc.
2. 2. Meracia prepojovacia jednotka podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že prvé a druhé vysielacie prostriedky sú upravené na vysielanie na rovnakom rádiovom kanáli.
3. 3. Meracia prepojovacia jednotka podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že prvé prostriedky sú upravené na zmenu časovej periódy medzi vysielaním dvoch nasledujúcich krátkych zhlukov.
4. 4. Meracia prepojovacia jednotka podľa nároku 3, vyznačujúca sa tým, že časová perióda je T 4 n x t, kde T je základná časová perióda, t.j. trvanie krátkeho zhluku a n je náhodné číslo.
5. 5. Prijímač na použitie v pevnej sieti prvej vrstvy prijímacích staníc na prijímanie signálov, vysielaných druhými prostriedkami meracej prepojovacej jednotky podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že obsahuje prostriedky (26, 24, 12) na detekciu prítomnosti krátkych zhlukov a ich potlačenie pred vstupom signálu do úzkopásmového filtra (18).
6. 6. Prijímač podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že obsahuje vysokorýchlostný detektor (26) na ovládanie monostabilného obvodu (24) na zabránenie vstúpiť krátkym zhlukom do druhej medzifrekvenčnej časti prijímača.
7. 7. Prijímač podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že potlačenie je uskutočnené digitálnym signálovým procesorom.