KR102384634B1 - 데이터 수집기와 복수 개의 자율 측정 유닛 사이의 송신 품질을 개선하는 방법, 및 통신 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 데이터 수집기(3) 및 복수 개의 측정 유닛, 특히 바람직하게는 양방향 무선 송신 기능이 있고 제 1 통신 모듈(10)이 있는 통신 시스템(1) 내의 소비 측정 디바이스(2) 사이의 송신 품질을 개선하는 방법으로서, 상기 제 1 통신 모듈(10)은 상기 데이터 수집기(3)와 연관되고, 둘 이상의 제 2 통신 모듈(17)을 포함하고, 각각의 제 2 통신 모듈(17)은 하나의 측정과 연관되며, 상기 제 2 통신 모듈(17)은, 바람직하게는 복수 개의 데이터 패킷(들)을 포함하는 적어도 하나의 무선 텔레그램(4)의 형태인 무선 신호를 이용하여 상기 제 1 통신 모듈(10)로 데이터를 송신하도록 제공되고, 상기 제 1 통신 모듈(10)은 상기 제 2 통신 모듈(17)로부터 데이터를 수신하도록 제공되며, 상기 제 1 통신 모듈(10)은 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)를 포함하고, 상기 제 2 통신 모듈(17)은 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)를 포함하며, 상기 제 2 통신 모듈(17)로부터 상기 제 1 통신 모듈(10)로의 데이터 송신 중에 전달되는 무선 신호는 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)에 의존하고, 대역폭, 데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 데이터 패킷으로부터의 온도, Δfrequency, 변조 인덱스 및/또는 상기 제 1 통신 모듈(10)에 의한 수신 시간을 포함하는 파라미터 군으로부터 선택되는, 상기 제 2 통신 모듈(17)에 의해 송신되고 상기 제 1 통신 모듈(10)에 의해 수신되는 무선 신호의 적어도 하나의 파라미터가 측정되며, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차가 파라미터 측정 값 또는 상기 파라미터 측정 값으로부터 유도된 값에 기초하여 추정되고, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차 또는 상기 오차에 의존하는 파라미터 오차가 감소되거나 제거되도록, 상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 주파수 및/또는 데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 변조 인덱스 및 주파수 천이를 포함하는 군으로부터 선택되는 상기 제 1 통신 모듈(10) 내의 적어도 하나의 파라미터가 조절되는, 송신 품질 개선 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 제 1 항의 전제부에 따른, 데이터 수집기와 복수 개의 자율 계량 유닛 사이의 송신 품질을 개선하는 방법, 및 제 13 항의 전제부에 따른 대응하는 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법 및 통신 시스템은, 특히, 소비 계량 디바이스에 의한 열 또는 에너지, 전기, 가스 또는 물의 소모량의 기록에 사용하기에 적합하다.
스마트 계량기라고도 불리는 지능적 소비 계량 디바이스는, 예를 들어 열 또는 에너지, 전기, 가스 또는 물의 공급망에 내장된 소비 계량 디바이스이고, 개별 접속 사용자에게 실제 소비량을 표시하고 통신망에 통합된다. 지능형 소비 계량 디바이스는, 인력에 의한 계량기 검침이 더 이상 필요하지 않고, 제공자에 의한 단기 과금이 실제 소비량에 따라 구현될 수 있다는 장점을 제공한다. 그러면, 검침 간격이 짧아져서 말단 고객 요금들 사이의 연동이 더 정확해지고 전기의 거래 가격을 개발할 수 있다. 공급망도 실질적으로 더 효과적으로 이용될 수 있다.
지능형 소비 계량 디바이스는 일반적으로 거주 단위 또는 주거용 건물에 각각 할당된다. 각 장소에서 생성된 계량 데이터는 많은 상이한 방식으로 독출될 수 있다. 계량 데이터는, 예를 들어 비아 전력 공급망(전력선)을 통해서 판독될 수 있다. 그러나, 소비 계량 디바이스를 초(supra)-지역망에 통합시키는 것은 여기에 가능하지 않다. 또한, 계량 데이터는 데이터 패킷 또는 메시지의 형태로 모바일 무선 통신 기술을 사용하여 송신될 수 있다. 그러나, 이것은 비용이 많이 들고, 소비 계량 디바이스 상에 모바일 무선 통신 모듈이 설치되어 있어야 하며, 개별적 소비 계량 디바이스에서 전력을 많이 소모하는 단점을 가진다. 더욱이, 계량 데이터는, 예를 들어 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역 주파수 범위 또는 SRD(Short Range Devices) 대역 주파수 범위 내의 무선 링크를 통하여 데이터 패킷 또는 메시지의 형태로도 송신될 수 있다. 이러한 주파수 범위는 운영자가 주파수 관리를 위한 범용 라이센스만 있으면 된다는 장점을 제공한다. 그러나, 예를 들어 차고 문 제어, 경보 시스템, WLAN, 블루투스, 연기 검출기, 등과 같이 광범위한 기술적인 디바이스에 대해서 이러한 타입의 주파수 범위에 속하는 주파수를 사용하기 때문에 간섭이 흔히 발생할 수 있다는 문제점이 존재한다. 계량 데이터는 고정식 또는 이동식 데이터 수집기를 이용하여 무선 링크를 통해 수집되고, 소비 계량 디바이스의 송신기 내에 제공된 계량 데이터가 이러한 수집기 또는 기지국에 송신된다.
법적인 이유 때문에, 특정한, 매우 짧은 설정된 시간 기간(시간 편차를 포함하는, 시간 상 설정된 시간 또는 설정된 시점) 동안 데이터 수집기로 송신된 계량 데이터만이 소비량을 평가하기 위해서 소비 계량 디바이스의 송신기에 의해 사용될 수 있다. 모든 소비 계량 디바이스의 송신기는 이러한 매우 짧은 설정된 시간 기간 동안에 그들의 데이터 패킷을 데이터 수집기의 수신기로 송신한다. 설정된 시간 기간 밖에서 수신된 데이터 패킷은 거절된다. 상이한 소비 계량 디바이스의 송신기로부터의 계량 데이터의 송신이 이러한 설정된 시간 기간 동안에 서로 간섭을 일으키는 일이 매우 빈번하게 발생한다. 빌딩에 특유한 특성 때문에도, 소비 계량 디바이스로부터 데이터 수집기로의 계량 데이터의 송신에 간섭이 흔히 발생할 수 있다. 모든 이러한 인자들의 결과로서, 데이터 패킷이 관련된 채널 내에서 성공적으로 송신될 적당한 확률이 존재할 뿐이다.
추가적인 어려움은, 데이터 수집기와 소비 계량 디바이스 사이의 양방향 무선 송신이 있는 통신 시스템이 소비 계량 디바이스의 구역 내에 위치된 통신 모듈과 데이터 수집기의 통신 모듈 사이에 매우 정밀한 시간 동기화를 요구한다는 점이다. 저전력 소비형 단순 수정은, 특히 자율 소비 계량 디바이스의 통신 모듈의 영역에서 주파수 레퍼런스 디바이스로서 사용된다. 이러한 타입의 수정은 제조 공차, 온도에 따른 거동 및 노화에 기인하여 10 - 100 ppm의 수정 오차를 가진다. 예를 들어, 표준 수정에서는 수정 오차가 50 ppm이면 매일 4.3 초 또는 연간 26 분의 편차가 초래된다. 그러면, 수신 거동이 점점 더 열화되는 결과와 함께 시간 동기화에 편차가 더 커지게 된다.
본 발명의 목적은 소비 계량 디바이스와 데이터 수집기 사이의 수신이 개선될 수 있는 일반적인 방법 및 일반적인 통신 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 본 발명에 따른 방법에서는 도 1의 특징에 의해 그리고 본 발명에 따른 통신 시스템에서는 도 13의 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 방법 및 통신 시스템의 적절한 디자인들은 종속항에 기술된다.
제 2 통신 모듈의 제 2 주파수 디바이스의 오차(수정 오차)가, 대역폭 및/또는 데이터 레이트 및/또는 데이터 레이트 오프셋(또는 데이터 레이트 오차 또는 샘플링 오프셋) 및/또는 데이터 패킷으로부터의 온도 및/또는 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스로부터 유도된 Δfrequency 및/또는 변조 인덱스 및/또는 수신 시간을 포함하는 파라미터 군 중 적어도 하나의 파라미터 또는 복수 개의 파라미터를 측정하는 것 및 결정된 파라미터 값에 기초한 후속 추정에 의해 유도된다는 점에서, 주파수 측정과 이러한 목적을 위하여 필요한 하드웨어의 필요성이 제거된다. 이러한 오차는 소프트웨어-기반 수학적 근사화 모델에서 간단한 방식으로 추정될 수 있다. 이것은 특히 제 1 통신 모듈, 즉 데이터 수집기의 영역에서 유리한데, 그 이유는 계량 유닛 또는 소비 계량 디바이스에 할당된 각각의 제 2 통신 모듈과 반대로 이러한 영역에서는 증가된 처리 능력이 이용가능하기 때문이다. 여기에 수정 오차(crystal error)를 추정하기 위한 예비 루틴이 적절하게 제공될 수 있는데, 이러한 루틴에서는 이러한 추정을 통해 결정된 수정 오차가 무선 신호의 송신 품질에 영향을 주거나 제한하거나 하지 않는 품질인지 여부를 결정하기 위한 점검이 수행된다. 이에 기초하여, 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수 및/또는 제 1 통신 모듈 내의 데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 변조 인덱스 및 주파수 편차를 포함하는 군 중 적어도 하나의 파라미터가, 결정된 파라미터 편차 및 따라서 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 오차를 감소 또는 제거함으로써 조절될 수 있다. 그러면, 제 1 통신 모듈이 제 2 통신 모듈로의 통신을 조절하고, 이를 통하여 제 1 및 제 2 통신 모듈 사이, 따라서 계량 유닛 및 데이터 수집기 사이의 송신 품질을 최적화할 수 있게 된다.
따라서, 전술된 동작 상황에서 데이터 패킷이 정확하게 수신될 확률이 결과적으로 증가된다.
본 발명의 적절한 하나의 설계에 따르면, 수신된 무선 신호의 대역폭이 측정되고, 데이터 레이트 오차 또는 데이터 레이트 오프셋이 그로부터 결정된다. 이제 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 오차가 이러한 방식으로 결정된 데이터 레이트 오프셋에 기초하여 결정된다. 여기에서 대역폭은 데이터 레이트 오프셋의 척도로서 사용된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 수신된 무선 신호의 위상 편차를 측정하고 그로부터 주파수 편차를 결정하는 것이 가능하다. 이제 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 오차가 주파수 편차로써 결정될 수 있다.
데이터 레이트 및 수정 오차도 수신된 무선 신호의 변조 인덱스를 사용하여 주파수 편차를 통해 결정될 수 있다.
데이터 레이트 오프셋, 주파수 편차 및 수신 시간 파라미터도 직접적으로 결정되거나 측정될 수 있고, 수정 오차가 측정 결과에 기초하여 추정될 수 있다.
주파수 정정을 수행하기 위하여, 디폴트 정정 값(레지스터 세팅)이 특정한 특성 값을 선택하기 위한 룩업 테이블 내의 고려 대상인 파라미터(들)에 대해서 규정된다. 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 오차의 수학적 결정에 의존하여, 특정한 디폴트 정정 값이 디폴트 정정 값의 규정된 세트로부터 선택된다. 수정 오차 조절 또는 제 1 주파수 디바이스의 조절이 이에 따라서 수행된다.
각각의 제 2 통신 모듈(즉 각각의 계량 유닛 또는 소비 계량 디바이스)은 바람직하게는 순차적으로 처리된다. 그러므로 각각의 계량 유닛의 주파수 데이터는 데이터베이스 내에 저장될 필요가 없다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제 1 주파수 디바이스의 하드웨어도 결정된 파라미터에 따라서 직접적으로 조절될 수 있다. 이것은, 예를 들어 제 1 통신 모듈의 하드웨어의 설정을 수행함으로써(예를 들어 버랙터 다이오드에 전압을 인가함으로써) 수행될 수 있다.
제 1 통신 모듈에 의해 수신되는 무선 신호의 오차가 후자에서 감소되거나 제거되고, 대응하도록 정정된 무선 신호가 제 2 통신 모듈로 다시 송신된다는 점에서, 각각의 미터기와 데이터 수집기 사이의 양방향 통신이 최적화될 수 있다.
변조 인덱스가 무선 파라미터로서 결정되고 조절된다는 점에서, 각각의 데이터 패킷의 길이에 걸쳐서 변조 인덱스 오차가 연속적으로 증가하는 것이 회피된다. 그러면, 변조 인덱스 오차의 변조 인덱스를 조절함으로써, 이전에 가능했던 것보다 긴 데이터 패킷 길이가 이제 달성될 수 있다는 장점이 생긴다. 그러면 이제 추가적인 데이터, 예를 들어 보안 데이터 또는 암호화 데이터가 효과적인 암호화를 위해서 부수적으로 송신될 수 있다. 이것은 FSK 또는 MSK 변조의 경우에 특히 유리하다.
데이터 패킷이 수신되면, 신호가 수신 윈도우의 중앙에 위치되도록 하는 방식으로 수신 주파수가 데이터 수집기에서 적절하게 설정될 수 있다. 또한, 계량 유닛은 이러한 설정으로써 데이터 수집기에 응답할 수 있다. 그러면, 프로시저가 순차적으로, 즉 계량 유닛 마다 수행될 수 있도록 보장된다.
제 2 통신 모듈은 주파수-안정성이 더 높은 수정 발진기, 예를 들어 HF 수정(crystal)이 있는 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스를 더 포함할 수 있다. 결과적으로, 주파수-안정성이 더 높은 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수가 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 Δfrequency를 유도하기 위하여 사용될 수 있고, 즉 주파수-안정성이 더 높은 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수가 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스에 대한 주파수 레퍼런스 포인트의 역할을 한다.
또한, 본 발명은 제 13 항의 전제부에 따른, 다음으로 청구되는 통신 시스템에 관한 것이다. 이러한 통신 시스템은, 제 1 통신 모듈이, 제 2 통신 모듈로부터 수신된 무선 신호의, 다음 파라미터 군: 대역폭 및/또는 데이터 레이트 및/또는 데이터 레이트 오프셋(또는 데이터 레이트 오차) 및/또는 데이터 패킷으로부터 및/또는 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)로부터 유도된 Δfrequency로부터의 온도 및/또는 변조 인덱스 및/또는 수신 시간 중 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위한 측정 디바이스를 가지며, 제 1 통신 모듈이 제어 및 처리 유닛을 가지거나 해당 유닛에 적어도 연결되고, 상기 유닛이 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 오차를 파라미터 측정 값 또는 그로부터 유도된 값에 기초하여 수학적으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 오차 또는 그에 의존하는 파라미터 오차는, 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수 및/또는 제 1 통신 모듈 내의, 데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 변조 인덱스 및 주파수 편차를 포함하는 군 중의 적어도 하나의 파라미터를 조절함으로써, 더욱 감소되거나 제거될 수 있다.
본 발명의 특정 디자인들이 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명된다:
도 1은 데이터 수집기 및 복수 개의 연관된 소비 계량 디바이스의 실질적으로 단순화된 개략도를 보여준다;
도 2는 본 발명의 기초 원리의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 3은 결정될 무선 파라미터의 목록을 보여준다;
도 4는 본 발명의 통신 시스템의 컴포넌트인 데이터 수집기의 제 1 디자인의 더 상세한 도면을 보여준다;
도 5는 룩업 테이블의 실질적으로 단순화된 개략도를 보여준다;
도 6은 본 발명의 통신 시스템의 컴포넌트인 데이터 수집기의 다른 디자인을 보여준다;
도 7은 두 개의 주파수 레퍼런스 디바이스가 있는 소비 계량 디바이스의 실질적으로 단순화된 개략도 및 각각의 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수의 그래프를 보여준다, 그리고
도 8은 두 데이터 패킷 사이의 시간 간격의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다.
도 1은 데이터 수집기 및 복수 개의 연관된 소비 계량 디바이스의 실질적으로 단순화된 개략도를 보여준다;
도 2는 본 발명의 기초 원리의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다;
도 3은 결정될 무선 파라미터의 목록을 보여준다;
도 4는 본 발명의 통신 시스템의 컴포넌트인 데이터 수집기의 제 1 디자인의 더 상세한 도면을 보여준다;
도 5는 룩업 테이블의 실질적으로 단순화된 개략도를 보여준다;
도 6은 본 발명의 통신 시스템의 컴포넌트인 데이터 수집기의 다른 디자인을 보여준다;
도 7은 두 개의 주파수 레퍼런스 디바이스가 있는 소비 계량 디바이스의 실질적으로 단순화된 개략도 및 각각의 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수의 그래프를 보여준다, 그리고
도 8은 두 데이터 패킷 사이의 시간 간격의 실질적으로 단순화된 개략도를 도시한다.
도 1의 참조 번호 1은 복수 개의 계량 유닛 또는 소비 계량 디바이스(2)를 포함하는 통신 시스템을 나타낸다. 소비 계량 디바이스(2)는, 예를 들어 수도 미터기 에너지 미터기 또는 열 미터기, 가스 미터기, 전기 미터기 등이다. 이러한 타입의 소비 계량 디바이스(2)는 독자적으로 동작하고, 즉 이들에는 자기 자신의 파워 서플라이(배터리)가 장착된다. 이들은 일반적으로 건물 설비 내에, 예를 들어 단독 주택의 지하 저장소 내에 또는 아파트 블록의 각 층에 위치된다. 각각의 소비 계량 디바이스(2)는 일반적으로 소비 계량 디바이스(2)의 총 미터를 읽게 하는 디스플레이(9)를 가진다. 각각의 소비 계량 디바이스(2)는 통신 모듈(제 2 통신 모듈(17)), 제어 및 처리 유닛(19), 수정 발진기(제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)) 및 안테나(8)를 더 가진다.
통신 시스템(1)은, 각각의 소비 계량 디바이스(2)로부터 떨어져서, 예를 들어 건물의 지붕에 설치되고 주파수 레퍼런스 디바이스(11)를 가지며, 데이터 패킷의 형태인 데이터를 각각의 할당된 소비 계량 디바이스(2)로부터 수신하는 역할을 하는 데이터 수집기(3)를 더 포함한다. 데이터 패킷은 특정 시간에 소비 계량 디바이스(2)로부터 데이터 수집기(3)로 송신되는 무선 메시지(4)에 의해 형성된다. 많은 상이한 애플리케이션을 위한, 라이센스가 없는 주파수 대역폭을 제공하는 SRD 대역 및/또는 ISM 대역이 송신을 위해 사용되는 것이 바람직하다.
각각의 소비 계량 디바이스(2)에 의해 송신되는 무선 메시지(4)는 관련된 소비 계량 디바이스(2)의 수정 발진기에 의해 규정된다. 수정 발진기가 오차를 가지면, 이러한 오차도 불변적으로 무선 메시지(4)를 통해 데이터 수집기(3)로 부수적으로 송신된다.
소비 계량 디바이스(2)의 수정 발진기의 오차에 기인하여, 무선 메시지(4)는 데이터 수집기(3)와 비교하여 다른 주파수를 가지거나 다른 채널에 위치된다. 이것이 도 1에서 점선으로 표시되는,"데이터 수집기(3)에 의해 기대되는" 무선 메시지(5)에 의해 상징적으로 표현된다. 소비 계량 디바이스(2)와 데이터 수집기(3) 사이의 통신이 이상적이면, 소비 계량 디바이스(2)는 무선 메시지(5)에 대응하는 무선 메시지를 데이터 수집기(3)로 송신해야 한다.
본 발명의 개념에 따르면, 각각의 소비 계량 디바이스(2)로부터 무선 메시지(4)를 수신하면 데이터 수집기(3)는 이제 특정한 무선 파라미터 또는 복수 개의 특수 무선 파라미터를 측정하고, 데이터 수집기(3)는 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차의 근사 추정을 측정된 무선 파라미터에 기초하여 수행하며, 고려 대상인 파라미터(들)에 있는 식별된 차이가 제거되거나 적어도 감소되는 방식으로 자기 자신의 주파수 레퍼런스 디바이스(11)를 수정한다. 따라서 데이터 수집기(3)는 자기 자신의 주파수 또는 주파수 채널 내의 주파수들에 대하여, 제 2 통신 모듈(17) 및 제 1 통신 모듈(10)의 주파수가 적어도 기본적으로 서로 매칭되도록 스스로를 조절한다. 데이터 수집기(3)에 의해 대응하도록 조절된 무선 메시지(6)가 데이터 수집기(3)로부터 소비 계량 디바이스(2)로 다시 송신된다(다운링크). 이러한 방식으로, 관련된 소비 계량 디바이스(2)는 조정되고 개선된 통신이 일어날 수 있다는 것을 알게 된다. 무선 메시지(6)의 관련된 조절은, 무선 메시지가 그 주파수 포지션에 대해서 데이터 수집기에 의해 기대되는 무선 메시지(점선으로 표시됨)와 매칭된다는 점에서 명백히 이루어진다.
도 2는 기본적인 개념을 블록도로 보여준다. 소비 계량 디바이스(2)에 의해 송신된 무선 메시지(4)는 적어도 하나의 고정되고 미리 정의된 무선 파라미터에 대해서 점검되고, 각각의 소비 계량 디바이스(2)의 수정 발진기의 오차의 추정이 그러한 무선 파라미터(들)에 기초하여 수행된다. 여기에서 수정 오차 추정은, 예를 들어 적분 변환, 바람직하게는 푸리에 변환 또는 스펙트럼 변환의 형태인 수학적 모델을 통해서 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 근사 추정은 바람직하게는 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다. 데이터 수집기(3)의 제어 및 처리 유닛(13)의 처리 능력이, 예를 들어 이러한 목적을 위하여 이용가능하다. 또는, 데이터 수집기(3)는 외부 제어 및 처리 요소(예를 들어 클라우드 컴퓨터)에 연결될 수도 있다.
도 3의 표는 소비 계량 디바이스(2)의 수정 발진기의 오차를 추정하기 위해 적합한 본 발명에 따르는 무선 파라미터의 세트를 보여준다. 예를 들어, 송신된 무선 신호의 대역폭이 무선 파라미터로서 사용될 수 있고, 주파수 편차가 그로부터 결정될 수 있다. 이제 수정 오차가 주파수 편차를 통해서 추론될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 데이터 레이트 오프셋, 즉 실제로 송신된 데이터 레이트와 데이터 수집기(3)에 의해 기대되는 데이터 레이트 사이의 차이도 역시 무선 파라미터로서 사용될 수 있다. 데이터 레이트 오프셋이 있어서, 고려 대상인 심볼이 데이터 수집기(3) 내에서 더 일찍 또는 더 늦게 캡쳐된다. 이렇게 시간이 부정확하면, 송신의 성능을 저하시키는 위상 오차도 생길 수 있다. 이제 수정 오차는 데이터 레이트 오프셋으로부터 근사적으로 추론될 수 있다.
무선 신호 수신 시간에서의 차이도 수정 오차의 직접적인 표시를 제공한다.
변조 인덱스에 있는 편차도 주파수 편차 무선 파라미터로부터 식별될 수 있고 수정 오차가 그로부터 결정될 수 있다.
소비 계량 디바이스(2)는 온도 측정 디바이스, 예를 들어 온도 센서를 사용하여 온도를 결정하고, 제 2 통신 모듈(17)을 통해서 온도 정보를 데이터 수집기(3)의 제 1 통신 모듈(10)에 전송한다. 데이터 수집기(3)는, 예를 들어 그 온도 값을 교정 테이블에 저장된 온도 값과 비교함으로써, 온도 데이터로부터 수정 오차를 결정할 수 있다.
도 7에 따르면, 소비 계량 디바이스(2)는 일반적으로 에너지 소비는 증가하지만 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18) 보다 양호한 주파수 안정성을 가지는 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(22)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 클록 수정(crystal)이 32 kHz 근방의 클록 주파수를 가지는 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)로서 제공될 수 있고, 20 MHz 근방의 클록 주파수를 가지는 HF 수정이 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(22)로서 제공될 수 있다. 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)는 여기에서 연속적으로 작동되고, 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(22)는 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(22)의 주파수, 사이클 지속기간 또는 상이한 유도가능한 양을 클록 척도(measure)로서 사용하고 그로부터 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 수정 오차를 결정하기 위해서 간헐적으로만 작동된다. 이러한 목적을 위하여, 예를 들어, 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 주파수(F18)는 주파수-안정성이 더 높은 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(22)의 주파수(F22)와 비교될 수 있다. 예를 들어, 주파수(18)의 기대된 주파수 값으로부터의 편차 또는 주파수 차분(Δfrequency)은 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 수정 발진기의 수정 오차의 직접적인 표시를 대응하도록 제공한다.
데이터 패킷들 사이의 시간 간격, 예를 들어 5 초도 역시 알려져 있다. 데이터 패킷들 사이의 시간 간격(t1, t2)의 한계가 데이터 패킷의 중간 영역 내에 시간 정보 또는 시간 신호 또는 시간 레퍼런스로서 도 8에 따라 위치될 수 있다. 이를 통하여 시간 간격(t1, t2)은 시간 간격(t1' 및 t2')로서 가능한 정밀하게 결정될 수 있고, 기대된 시간 간격(t1 및 t2)과 비교될 수 있다. 그러면, 결정된 시간 간격(t1' 및 t2') 및 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 수정 발진기의 Δfrequency를 통해서, 예를 들어: frequency = t1' + Δfrequency로서 결정될 수 있다.
요구된다면, 앞서 언급된 무선 파라미터 모두가 수정 오차 또는 그 일부의 조합을 결정하기 위하여 사용될 수 있다.
수정 오차 계산을 수행한 후, 바람직하게는 소비 계량 디바이스(2)의 수정 발진기가 성능을 제한하는 영향력을 가지는지 여부를 결정하기 위한 점검이 서브루틴 내에서 우선 수행된다. 오차가 사소하다면, 조절은 이루어지지 않는다. 그러나, 오차가 더 크다면, 데이터 수집기(3) 내에서 조절이 이루어진다.
도 4는 데이터 수집기(3)의 제 1 통신 모듈(10)의 적절한 디자인을 실질적으로 단순화되지만 확대된 도면에서 보여준다. 통신 모듈(10)은 안테나(7)가 있는 송수신기 부분(12), 제어 및 처리 유닛(13)에 연결되는 수정 발진기(제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)), 및 바람직하게는 디스플레이(16)를 포함한다. 송수신기 부분(12)은 앞서 언급된 무선 파라미터를 기록하기 위한 측정 디바이스(21)를 포함한다. 또한, 무선 신호의 측정된 파라미터(들)에 따라서 데이터 수집기(3)의 주파수를 수정할 수 있게 하는 룩업 테이블(15)이 제공된다. 도 5에 따르면, 룩업 테이블(15)은 측정되거나 데이터 수집기(3)에 의해 추가적으로 처리되는 각각의 파라미터 데이터(P1-Pn)에 대한 복수 개의 입력을 포함한다. 룩업 테이블(15)은 파라미터 입력 데이터와 상관되기에 적합한 복수 개의 경험적 입력 값(W1-Wn)을 더 포함한다. 따라서, 각각의 파라미터 입력 데이터에 의존하여, 적합한 출력 신호가 룩업 테이블(15)을 통해 데이터 수집기(3)의 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)로 전송되어, 데이터 수집기(3)의 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 주파수가 이에 따라 조절될 수 있게 한다.
각각의 소비 계량 디바이스(2)와 관련된 데이터 수집기(3)의 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 주파수의 조절은 대응하는 조절이 모든 소비 계량 디바이스(2)에 대해 수행될 때까지 순차적으로, 즉 소비 계량 디바이스마다 수행된다. 오직 하나의 무선 파라미터 측정 값이 저장될 것이다. 다수의 무선 파라미터 값을 저장하기 위한 데이터베이스는 필요하지 않다.
룩업 테이블(15) 대신 또는 이에 추가하여, 주파수 조절을 위한 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 하드웨어의 변경도, 수동으로 작동가능한 조절 요소를 이용하여, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같은 최종 제어 요소(14)가 제공되는 버랙터 다이오드(20)를 이용하여 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 코히어런트하고 복조되는 MSK 변조(Minimum Shift Keying Modulation)가 사용될 수 있다. 이제, MSK 변조는 0.5의 변조 인덱스를 가지는 FSK 변조(주파수 천이 키잉 변조)에 의해 생성된다. 이러한 변조 타입을 코히어런트하게 복조할 수 있으려면 심볼의 위상이 알려져 있어야 한다. 소비 계량 디바이스(2) 내에서 심볼의 위상이 훼손되면, 기능이 손실되는 지점까지 성능 열화(간섭 소스의 견실성 또는 감도에 대해서 측정됨)가 초래된다. 특히, 위상은 변조 인덱스 오차에 의해 훼손된다. 두 FSK 주파수가 반송파 주위에서 ΔF(주파수 편차)의 간격을 가지고 송신된다. 변조 인덱스 오차는 2ΔF(주파수 편차) x T(심볼 주기)로 규정된다. 두 FSK 주파수에는 변조 인덱스 오차에 의해 다소 오류가 생긴다. 그러면 위상 오차가 수신기 내에 전파된다. 메시지가 길어질수록, 더 많은 변조 인덱스 오차가 쌓이게 된다. 그러므로, 변조 인덱스 오차는 지금까지 텔레그램 길이에 대한 한계를 나타냈다. 주파수 편차가 제 2 통신 모듈(17)의 수정 발진기(18)의 오차에 기인하여 변하면, 변조 인덱스 오차가 변경되게 된다. 본 발명은 변조 인덱스 또는 변조 인덱스 오차가 데이터 수집기에서 설정되거나 정정(또는 감소)되게 하고, 그 결과 종래의 경우보다 훨씬 긴 무선 메시지를 송신하는 것이 가능해진다. 바람직하게는, 추가적인 암호화를 무선 메시지 내에 통합시키기 위해서 더 큰 패킷 길이 또는 더 긴 무선 메시지가 사용될 수 있고, 그 결과 송신 품질을 개선하는 것과 동시에 송신 보안도 개선할 수 있다.
참조 번호 목록
1 통신 시스템
2 소비 계량 디바이스
3 데이터 수집기
4 소비 계량 디바이스에 의해 송신된 무선 메시지
5 데이터 수집기에 의해 기대되는 무선 메시지
6 데이터 수집기에 의해 조절된 무선 메시지
7 안테나
8 안테나
9 디스플레이
10 제 1 통신 모듈
11 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(데이터 수집기)
12 송수신기 부분(데이터 수집기)
13 제어 및 처리 유닛(데이터 수집기)
14 최종 제어 요소
15 룩업 테이블
16 디스플레이
17 제 2 통신 모듈(소비 계량 디바이스)
18 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(소비 계량 디바이스)
19 제어 및 처리 유닛(소비 계량 디바이스)
20 버랙터 다이오드
21 측정 디바이스
22 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(소비 계량 디바이스)
F18 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수
F22 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수
t 시간
t1 시간 간격
t2 시간 간격
1 통신 시스템
2 소비 계량 디바이스
3 데이터 수집기
4 소비 계량 디바이스에 의해 송신된 무선 메시지
5 데이터 수집기에 의해 기대되는 무선 메시지
6 데이터 수집기에 의해 조절된 무선 메시지
7 안테나
8 안테나
9 디스플레이
10 제 1 통신 모듈
11 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(데이터 수집기)
12 송수신기 부분(데이터 수집기)
13 제어 및 처리 유닛(데이터 수집기)
14 최종 제어 요소
15 룩업 테이블
16 디스플레이
17 제 2 통신 모듈(소비 계량 디바이스)
18 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(소비 계량 디바이스)
19 제어 및 처리 유닛(소비 계량 디바이스)
20 버랙터 다이오드
21 측정 디바이스
22 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(소비 계량 디바이스)
F18 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수
F22 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스의 주파수
t 시간
t1 시간 간격
t2 시간 간격
Claims (20)
- 양방향 무선 송신 기능이 있는 통신 시스템(1) 내에서 데이터 수집기(3)와 복수 개의 계량 유닛 또는 소비 계량 디바이스(2) 사이의 송신 품질을 개선하는 방법으로서,
상기 통신 시스템은,
상기 데이터 수집기(3)에 할당되는 제 1 통신 모듈(10), 및
각각의 경우에 상기 계량 유닛에 할당되는 둘 이상의 제 2 통신 모듈(17)을 포함하고,
상기 제 2 통신 모듈(17)은 무선 신호를 이용하여 제 1 통신 모듈(10)에 데이터를 송신하도록 제공되며,
상기 제 1 통신 모듈(10)은 상기 제 2 통신 모듈(17)로부터 데이터를 수신하도록 제공되고,
상기 제 1 통신 모듈(10)은 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)를 포함하며,
상기 제 2 통신 모듈(17)은 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)를 포함하고,
상기 제 2 통신 모듈(17)로부터 상기 제 1 통신 모듈(10)로의 데이터 송신 중의 각각의 경우에 송신되는 무선 신호는, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)에 의존하고,
각각의 제 2 통신 모듈(17)에 의해 송신되고 상기 제 1 통신 모듈(10)에 의해 수신되는 무선 신호의 적어도 하나의 파라미터가 측정되며,
상기 적어도 하나의 파라미터는:
대역폭,
데이터 레이트,
데이터 레이트 오프셋,
데이터 패킷으로부터의 온도,
제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)로부터 유도된 Δfrequency,
변조 인덱스, 및
수신 시간
중 적어도 하나의 파라미터 군에 포함되고,
상기 제 1 통신 모듈(10)에 의하여,
파라미터 측정 값(parameter measured value) 또는 상기 파라미터 측정 값으로부터 유도된 값에 기초하여, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차가 추정되고,
상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차 또는 상기 오차에 의존하는 파라미터 오차가 감소되거나 제거되도록,
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 주파수,
데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 변조 인덱스 및 주파수 편차를 포함하는 군에 포함되는 상기 제 1 통신 모듈(10) 내의 적어도 하나의 파라미터, 또는
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 주파수, 및 데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 변조 인덱스 및 주파수 편차를 포함하는 군에 포함되는 상기 제 1 통신 모듈(10) 내의 적어도 하나의 파라미터
가 조절되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 무선 신호는 적어도 하나의 데이터 패킷 또는 복수 개의 데이터 패킷을 포함하는 무선 메시지(4)의 형태인 것인, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 대역폭이 측정되고, 상기 데이터 레이트 오프셋은 측정된 대역폭으로부터 결정되며, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차는 상기 데이터 레이트 오프셋으로부터 추정되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
위상 편차가 측정되고, 주파수 편차가 측정된 위상 편차로부터 결정되며, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차는 상기 주파수 편차로부터 추정되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
고려 대상인 파라미터(들)에 대한 디폴트 정정 값이 룩업 테이블(15) 내에 규정되고,
상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 추정된 오차에 기초하여, 특정 디폴트 정정 값(f(Pn, Wn)이 상기 디폴트 정정 값의 규정된 세트로부터 선택되며,
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)는 상기 특정 디폴트 정정 값에 의존하여 조절되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 하드웨어는 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 추정된 오차에 의존하여 조절되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 통신 모듈(10)에 의해 수신되는 무선 신호의 오차는, 상기 제 1 통신 모듈(10)에서 감소되거나 제거되고, 대응하도록 정정된 무선 신호가 상기 제 2 통신 모듈(17)로 다시 송신되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무선 신호의 송신을 위하여 FSK 변조가 사용되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무선 신호의 송신을 위하여 MSK 변조가 사용되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
각각의 제 2 통신 모듈(17)로부터 상기 제 1 통신 모듈(10)로의 데이터 송신은 추가적인 제 2 통신 모듈(17)과 관련하여 연속적으로 또는 순차적으로 수행되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차는 적분 변환 또는 푸리에 변환 또는 스펙트럼 변환을 통해 추정되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 데이터 패킷이 수신되면, 상기 신호가 수신 윈도우의 중간에 위치되도록 수신 주파수가 상기 데이터 수집기에서 설정되는, 송신 품질 개선 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 통신 모듈(17)은 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(22)를 포함하고, 상기 제 3 주파수 레퍼런스 디바이스(22)의 주파수는 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)로부터 Δfrequency를 유도하기 위하여 사용되는, 송신 품질 개선 방법. - 양방향 무선 송신 기능이 있는 통신 시스템(1)으로서,
제 1 통신 모듈(10) - 상기 제 1 통신 모듈(10)은 데이터 수집기(3)에 할당됨-, 및
둘 이상의 제 2 통신 모듈(17) - 상기 제 2 통신 모듈(17)은 각각의 경우에 계량 유닛 또는 소비 계량 디바이스(2)에 할당됨 -을 포함하고,
상기 제 2 통신 모듈(17)은 무선 신호를 이용하여 제 1 통신 모듈(10)에 데이터를 송신하도록 제공되고,
상기 제 1 통신 모듈(10)은 상기 제 2 통신 모듈(17)로부터 데이터를 수신하도록 제공되며,
상기 제 1 통신 모듈(10)은 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)를 포함하고,
상기 제 2 통신 모듈(17)은 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)를 포함하며,
상기 제 2 통신 모듈(17)로부터 상기 제 1 통신 모듈(10)로의 데이터 송신 중의 각각의 경우에 송신되는 무선 신호는, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)에 의존하고,
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)와 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18) 사이의 편차에 기초하여 상기 데이터를 정정하기 위한 디바이스가 제공되며,
제 1 통신 모듈(10)은 각각의 제 2 통신 모듈(17)에 의해 송신되고 상기 제 1 통신 모듈(10)에 의해 수신되는 무선 신호의 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위한 측정 디바이스(21)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 파라미터는:
대역폭,
데이터 레이트,
데이터 레이트 오프셋,
데이터 패킷으로부터의 온도,
제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)로부터 유도된 Δfrequency,
변조 인덱스, 및
수신 시간
중 적어도 하나의 파라미터 군에 포함되며,
상기 제 1 통신 모듈(10)은 제어 및 처리 유닛(13)을 포함하거나 제어 및 적어도 처리 유닛에 연결되고,
상기 처리 유닛은 추정을 통하여, 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차를 파라미터 측정 값 또는 상기 파라미터 측정 값으로부터 유도된 값에 기초하여 결정하는, 통신 시스템(1). - 제 14 항에 있어서,
상기 무선 신호는 적어도 하나의 데이터 패킷 또는 복수 개의 데이터 패킷을 포함하는 무선 메시지(4)의 형태인 것인, 통신 시스템(1). - 제 14 항에 있어서,
상기 데이터를 정정하기 위한 디바이스는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 수행하기 위해 제공되는 것인, 통신 시스템(1). - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
측정된 값과 비교하기 위한 비교값(W1 내지 Wn)이 상기 파라미터와 관련하여 저장되고,
상기 제어 및 처리 유닛(13)은 상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차를 상기 비교값과 측정된 값 사이의 차이에 기초하여 추정하는, 통신 시스템(1). - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
고려 대상인 파라미터(들)에 대한 디폴트 정정 값(f(Pn, Wn)이 룩업 테이블(15) 내에 규정되고,
상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 추정된 오차에 기초하여, 특정 디폴트 정정 값(f(Pn, Wn)이 상기 룩업 테이블로부터 선택가능하며,
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 조절은 대응하는 선택을 통해서 수행될 수 있는, 통신 시스템(1). - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
최종 제어 요소(14)가 상기 제 1 통신 모듈(10) 내에 제공되고, 상기 최종 제어 요소를 이용하여 상기 제 1 통신 모듈(10)의 주파수가 변경될 수 있는, 통신 시스템(1). - 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 주파수 레퍼런스 디바이스(18)의 오차 또는 상기 오차에 의존하는 파라미터 오차는,
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 주파수,
데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 변조 인덱스 및 주파수 편차를 포함하는 군으로부터 선택된 상기 제 1 통신 모듈(10) 내의 적어도 하나의 파라미터, 또는
상기 제 1 주파수 레퍼런스 디바이스(11)의 주파수, 및 데이터 레이트, 데이터 레이트 오프셋, 변조 인덱스 및 주파수 편차를 포함하는 군으로부터 선택된 상기 제 1 통신 모듈(10) 내의 적어도 하나의 파라미터
로부터 선택된, 상기 제 1 통신 모듈(10) 내의 적어도 하나의 파라미터의 조절을 수행함으로써 감소되거나 제거되는, 통신 시스템(1).
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