淺談無線遠傳燃氣表的現狀與發展趨勢

廖瑞

內江華潤燃氣有限公司 四川 內江 641100

隨著城市燃氣的普及應用和信息通訊技術的不斷發展，無線遠傳通信燃氣表在近十余年發展迅速。城市燃氣行業為了更好的抄表遠程管理，多數已將原有的普通膜式表和IC卡表逐步更換為適應智慧燃氣發展和企業需求的無線遠傳燃氣表。下面就我國目前無線遠傳表的應用現狀和發展趨勢進行介紹和探討。

無線遠傳燃氣表是以微處理器和無線通訊模塊為核心，通過無線方式與外部設備進行數據交換的燃氣表。它在基表上安裝了傳感器、處理器、液晶屏、通訊設備和閥門等部件，是一種集微電子、通訊和網絡技術于一體的新型燃氣表，也是燃氣企業提高信息化水平和計量管理水平的重要技術手段。

無線遠傳燃氣表大致可以分為以下幾類：

1、按數字化轉換方式分為：脈沖計數式、光電直讀式、數字圖像識別式

2、按抄表方式分為：現場點抄、現場集抄、遠程集抄

3、按信息流向分為：單向、雙向

4、按傳輸通信技術分為：無線電調制解調通信技術遠傳表和物聯網技術遠傳表。無線電調制解調通信技術又細分為：FSK、GFSK、LoRa三種技術，物聯網技術細分為：GPRS、NB-loT技術。

無線遠傳燃氣表的技術發展和更新換代主要體現在傳輸通信技術方面，因此以下從該方向探討我國城市燃氣行業無線遠傳表的現狀與發展趨勢。

調制解調通信技術是利用無線電技術進行傳輸，燃氣表、采集器、集中器均安裝無線射頻模塊，表、采集器、集中器之間通過無線組網方式進行通信。采集器將燃氣表的數據進行收集，由集中器通過GPRS/CDMA進行遠距離傳輸。系統主要由遠傳表、采集器、無線數據傳輸模塊、后臺管理系統等組成。調制解調通信技術從2005年左右開始推廣應用，目前已經歷了3代技術發展。

第一代FSK調制解調通信技術

FSK技術即頻移鍵控技術，是使用較早的一種傳輸方式，它用載波的頻率變化來傳遞數字信息。該技術抗衰減、抗噪聲相對較差，因此通訊距離較短、容易受環境干擾。它采用人工路由組網，單表順序連接，采集器定期主動采集燃氣表的數據并儲存, 工作人員采用手持抄表器與采集器現場通信采集。相較其它調制解調技術耗時費力，且因采用單表順序組網，抄表效果受掛表率因素影響，是最早開始應用的無線遠傳表。

第二代GFSK調制解調通信技術

GFSK技術即高斯頻移鍵控技術，是在FSK調制之前加上一個高斯低通濾波器來限制調變后的信號頻譜寬度，在通信上能限制頻譜寬度的傳輸并降低功率消耗，具有功率譜集中、頻譜較窄等特性。相比FSK技術數據傳輸更穩定、抗干擾性能提升、傳輸速率加快。在網絡結構上采用自組網，單表相互連接、傳導，統一與集中器通信，集中器通過公網遠程傳輸至后臺管理系統。該技術具有抄表效率高的特點，節省了人力現場采集。但因燃氣表企業的私有協議，各廠家燃氣表具之間不具有互換性。

第三代LoRa調制解調通信技術

2015年以后通信技術逐步發展到第三代LoRa技術（即通常所說的擴頻通信技術），擴頻通信是將頻譜擴展后再進行傳輸，其傳輸信息所用信號的帶寬遠大于信息本身的帶寬。但LoRa技術不僅包含擴頻技術，還融合了前向糾錯編碼技術以及數字信號處理技術。LoRa與FSK、GFSK調制方式相比具有以下優勢：第一，通信距離遠10倍左右；第二，模塊兼容FSK、GFSK模式；第三，低功耗使得電池壽命延長；第四，提供了超過FSK的同步信道間隔抑制改進。LoRa技術無線遠傳表擴大了無線通訊鏈路的覆蓋范圍，實現了遠距離無線傳輸，功耗降低，抗干擾性、抗衰減性和數據保密性都得以提高。目前已成為國內主流的的無線技術，基于LoRa擴頻技術的無線遠傳燃氣表近年來也得到迅速發展。

上述三種技術無線遠傳燃氣表從本質上講都是“小網+大網”的模式，在小范圍內人工組網實現數據傳輸，再通過公共網絡與后臺管理系統通信。由于存在人工組網、電源解決較難、各廠家協議接口不統一不兼容等問題給后期燃氣企業運維帶來一定不便。物聯網燃氣表則摒棄了短距離、低速率無線網絡，轉而采用移動公共通信網絡。物聯網燃氣表主要通過通信運營商的GSM/GPRS無線公網，實現數據遠傳及控制，物聯網燃氣表沒有中間傳輸網絡，不用組網，類似于手機，每只表數據直接通過公網傳輸，主要有2種技術。

GPRS物聯網表技術

GPRS是基于GSM系統的無線分組交換技術。物聯網表采用的GPRS通信技術有兩種：GPRS短信方式和GPRS流量方式。均是以燃氣表為基礎，增加GPRS通信模塊和手機SIM卡，目前多數仍采用移動通信技術2G模塊，也可視需求采用4G模塊。它采用電信運營商的授權頻段通信，只要在公網覆蓋范圍均可實現數據通信，網絡成熟、信號穩定，具有傳輸距離遠、數據傳輸穩定性強、安裝方便的優點。可實現不同廠家表具的互換，既可以集中使用也可以零散單獨使用，燃氣表直接與后臺管理系統通信。但存在功耗較大、信號覆蓋盲區、SIM卡管理繁瑣、2G通信技術更替的風險和不足。

NB-loT物聯網表技術

NB-IoT是基于蜂窩的窄帶物聯網的技術。是近兩年非常火爆的新興技術，NB-IoT支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少、架構優等特點。它由華為公司主導制定，2016年6月由3GPP正式發布的標準。相比傳統GSM，它一個基站可以提供10倍的面積覆蓋且室內穿透力強。一個200KHz頻率扇區能支持10萬個海量連接。因其低功耗的特點，電池使用壽命得以延長。目前單個連接模塊不超過5美元，隨著普及應用模塊價格會得到進一步下降。近年智慧城市逐步興起，物聯網技術得到廣泛應用，部分燃氣表企業已經實現NB-loT物聯網表的商業化應用，少數燃氣企業已開始探索試用。預計未來幾年該技術物聯網表會快速推廣普及。

綜上所述，無線遠傳燃氣表的發展和更新換代主要是表現為通信技術的發展。伴隨電子、網路、通信技術的進步，燃氣表的智能化和遠程管理服務將作為一條主線貫穿始終，傳輸通信技術的發展水平將決定燃氣表智能化和遠程管理服務的實現效果。隨著智慧城市的興起、物聯網、大數據、云計算的應用，基于LoRa調制解調通信技術的無線遠傳表和基于NB-loT技術的物聯網表將會是未來幾年城市燃氣企業無線遠傳表發展應用的主流。