電表制造商和公用事業公司都越來越重視使用通信網絡為其系統創造附加值，并利用現有的基礎設施投資。基于電力線載波（PLC）或GSM等蜂窩網絡的自動抄表（AMR）系統的優勢在本出版物中得到了很好的記錄。

然而，隨著骨干AMR基礎設施的日益普及，通過捎帶已經到位的通信網絡來增加額外服務的可能性出現了。其中一項附加服務是萬用計量系統，或者 Ed Finamore 在本雜志 3 年第 2006 期中稱之為“多服務公用事業的集成解決方案”。例如，除了電表功能外，這可能還包括增加燃氣或水計量。

這當然是有道理的，因為有問題的公用事業公司提供不止一項服務，但也為沒有這種網絡的非競爭公用事業公司提供了網絡帶寬許可的機會。因此，它類似于蜂窩世界中的虛擬網絡運營商模型，其中運營商可以從已建立的運營商那里租用網絡容量，而無需自己投資資本密集型基礎設施。

通過這種方式，電表充當許多不同應用的數據集中器和通信網關。使用電表作為集中器節點的優勢在于它可以獲得主電源以及公司在實施AMR系統方面的領先優勢。

短距離無線適合哪些領域？

假設集中器節點利用GSM，PLC甚至PSTN骨干網絡，那么使用短距離無線來訪問該節點變得有吸引力，因為它的成本低，并且電池壽命可能比競爭技術長得多。

短距離無線的相對成本優勢可能是同類GSM解決方案的八倍。使用低占空比（即僅在低百分比時間內通電）以及現代無線電和微控制器上可用的低功耗模式，電池壽命可以超過十年。使用短距離無線作為現有網絡的“橋梁”如圖1所示。

圖1.萬用計量拓撲。

什么類型的短距離無線？

“短程無線”這個綽號涵蓋了廣泛的技術，包括WLAN，藍牙，ZigBee和專有無線技術。選擇哪一個取決于下面概述的兩個重要考慮因素。

許可與未許可

可能首先考慮的是使用未經許可還是許可的頻譜。當然，許可頻譜不是免費的，而是提供了幾乎不受干擾的無線電環境的保證 - 幾乎是免費的，因為人們永遠無法解釋流氓用戶，盡管可以通過當地電信監管機構進行追索。許可頻段通常允許比未許可部分更高的輸出功率，這可以增加無線電鏈路的范圍。

頻譜的未經許可部分，通常稱為ISM（工業，科學，醫療）頻段，一旦對輸出功率，雜散發射等進行某些規定，就可以自由訪問無線電頻譜。都滿足了。雖然確實有越來越多的用戶在未經許可的頻段，包括漫游WLAN用戶，藍牙，ZigBee和其他節點，但其中大部分集中在全球2.4 GHz和5.8 GHz ISM頻段。通過采用藍牙和ZigBee中使用的干擾恢復方案，即分別跳頻和擴頻，可以在這些擁擠的頻段中工作。或者，可以在subGHz頻段中工作，由于全球頻段的不均勻性，這些頻段的使用較少。表 1 匯總了低于 1 GHz 的全球免許可頻段。

范圍

要考慮的第二個重要問題是范圍要求。較低的頻率往往會提供更好的范圍，因此許多計量公司出于這個原因正在尋求頻譜的subGHz區域。當水表可以埋在混凝土下時，這一點尤其重要，例如水表或遠程儀表和收集器節點之間有障礙物的情況。

ZigBee旨在通過采用網狀網絡來繞過2.4 GHz固有的不良傳播質量，在該網絡中，流量可以通過多個節點跳躍到達其端點。如圖 2 所示。然而，這需要部署一定密度的節點來利用這種“多跳”，并且不能克服地下電表問題，因為路徑損耗可能太高，路徑中的下一個節點無法正確接收。許多ZigBee制造商試圖通過提供允許外部功率升壓級的參考設計來減少這個問題，但代價是電流消耗增加。

圖2.計量應用中的無線網狀網絡。

許多射頻工程師使用確定性雙射線模型（DTR）來估計視線場景的通信范圍。這可以用作與其他解決方案進行比較的基準數字。例如，使用ADI公司的ADF7021（sub-GHz RF收發器），無需外部升壓級即可以+13 dBm或20 mW輸出。在 4.8 kbps 時，靈敏度為 –119 dBm，假設單位增益天線，則總鏈路預算為 132 dB。天線高度分別為 3 m 和 1 m，以模擬典型安裝，理論范圍為 3.4 km。這與使用ADF3測得的2.7021 km視距范圍非常吻合。當然，墻壁和天花板會引入更多的路徑損耗，通常墻壁的損耗為10至15 dB，地板的損耗為12 dB至27 dB，具體取決于所使用的材料。即使插入40 dB損耗以考慮通過墻壁和天花板的傳播損耗，使用ADF200也能提供約7021 m的范圍，這對于大多數住宅來說應該足夠了，無需中繼器。

無線網絡拓撲

一些計量公司正在研究網狀網絡，特別是ZigBee的使用，以克服2.4 GHz下描述的一些傳播問題，并提供自我修復的元素，因為流量可以在故障或不活動節點周圍重新路由。迄今為止，在計量應用中實施無線網狀網絡的公開案例很少。

然而，無線網狀網絡技術需要中等規模的部署，以充分利用其開發人員吹捧的自我修復特性，這在某些拓撲條件下可能代價高昂。

或者，星形網絡提供更簡單的拓撲結構，并允許使用動態功率縮放等功能，其中數據集中器節點可以指示遠程單元在接收器接收到過多信號強度時回退其輸出功率。這類似于在蜂窩系統中所做的，并且具有降低共同干擾水平（在自己的系統之間）的優點，并且由于信號電平較低，電池壽命也可能延長。這種方法被認為很難在分布式網狀網絡中實現。對于遠程設備需要連接到數據集中器節點的萬用計量應用，星形網絡看起來很有吸引力，因為不需要中繼器節點的額外成本。

電池壽命

通過定期打開設備電源并將其余時間用于超低功耗，可以顯著延長短程設備系統的電池壽命。例如，ADF7021擁有100 nA的省電電流。雖然標題接收和發送電流消耗數字對于估計系統的平均電池壽命很重要，但確保無線電分階段高效上電以最小化平均電流消耗也很重要。像Tadiran這樣的電池公司聲稱，他們的混合動力電池可以延長20年的電池壽命，因此節省的每一微庫侖對于實現多年運行都很重要。

總結

對于已經為AMR推出骨干通信網絡并希望通過連接到住宅環境中的其他電表（如燃氣表和水表）來利用現有投資的公用事業公司來說，萬用計量系統似乎是一個有吸引力的解決方案。短距離無線，特別是sub-GHz無線，看起來非常適合這種解決方案，并引起了全球計量公司的極大興趣。ADI公司的ADF7021能夠在85 MHz至940 MHz范圍內工作，因此只需極少的硬件和軟件更改即可在全球范圍內用作解決方案。此外，其一流的靈敏度有助于實現范圍，即使遠程單元被混凝土墻壁和地板擋在收集器節點的視線之外。有關更多信息，請訪問ADI公司網站上的ADF7021產品頁面。

審核編輯：郭婷