用於無線數據傳輸的方法及調製控制裝置的製作方法
2023-05-08 16:48:51
專利名稱：用於無線數據傳輸的方法及調製控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在一個基站和一個或多個特別是無源的應答器之間進行無線數據傳輸的方法以及用於實施這種方法的合適的調製控制裝置，其中，由該基站發射電磁載波，及通過電磁載波的調製和反向散射將字符由各個應答器向該基站傳輸，其中一個調製狀態的變換與由該基站發送的一些同步標記同步地進行。
背景技術：
這種在一個或多個基站或閱讀裝置與一個或多個應答器之間的傳輸方法被應用在例如無接觸識別系統或所謂的射頻識別(RFID)系統。在這種應答器上也可集成傳感器、例如用於溫度測量的傳感器。這種應答器也被稱作遠程傳感器。
這些應答器或它們的發送及接收裝置通常不使用有源的發送器來用於對基站的數據傳輸。這種非有源的系統，當它們無自己的能量供應時被稱為無源系統，當他們具有自己的能源供應時被稱為半無源系統。無源應答器從基站發射的電磁場中取得用於對自己供電所需的能量。
為了在基站的遠場區內用UHF或微波進行從一個應答器對基站的數據傳輸，通常使用所謂的反向散射耦合(Backscatter-或Rückstreukopplung)。為此由基站發射電磁載波，該載波通過應答器的發送及接收裝置以一種調製方法相應於待向基站傳輸的數據被調製並被反射。對此典型的調製方法是反向散射信號的幅度調製、相位調製及幅移鍵控(ASK)副載波調製，在該副載波調製中改變副載波的頻率和/或相位。
由一個應答器向基站的數據傳輸可與由該基站所發送的同步標記或所謂的「陷波(Notches)」同步地進行。
已經公知了用於產生同步標記的不同的方法。這裡，載波信號通常通過基站以一個調製信號被這樣調幅和/或調相，使得應答器內部的、基本上基於載波信號的調幅設計的一個檢測單元能夠識別出同步標記。通常，同步標記在應答器中藉助一個所謂的RSSI電路被檢測。
為了增大傳輸有效距離，已公知了調製持續期間載波信號不完全消隱(ausblenden)的方法，即它們具有一個小於1的調製指數。
為了減少所需的帶寬，調製信號可以在調製持續期間具有正弦或者餘弦形的波形，也就是說載波信號沒有以所謂的矩形波函數來消隱，而是僅僅以正弦形緊接著地又被接入。對此，一個例子是所謂的帶被抑制的載波的雙邊帶調製(DSBM)。當使用餘弦函數作為調製信號時，DSBM在數學上通過下列原理方程式描述um(t)=C*cos(0*t)*cos(*t)=C2*cos((+0)*t)+C2*cos((-0)*t),]]>其中，um(t)表示已調信號，C表示一個常數，ω0表示調製信號的角頻率，Ω表示載波信號的角頻率，及t表示時間。
在此，載波頻率被抑制在已調信號um(t)的頻譜中。與不具有載波抑制的調製方法相比，同步標記的這種產生方法改善了可提供的帶寬的利用。此外，應答器的能量供應也可以得到改善。
這些待傳輸的數據由彼此相繼的字符組成，這些字符通常由應答器分別在預給定的時間間隔或字符間隔內編碼並傳輸。該時間間隔或字符間隔通常通過兩個彼此相繼的同步標記來確定。在二進位傳輸中該字符的值或者為「0」，或者為「1」。
已經公知了多種不同的用於字符編碼的方法。第一種編碼方法是所謂的「不歸零(Non-Return-To-Zero)(NRZ)編碼」。串行傳輸的信號、所謂的線碼(Line-Codes)的調製狀態這裡相應於待傳輸的字符的值。由此而來的一種變化則給出一種所謂的「倒轉不歸零(Non-Return-To-Zero-Inverted)(NRZI)」編碼。其中，「1」通過在一個字符間隔或者位間隔開始處、串行傳輸的信號的調製狀態的變換來表示。當傳輸一個「0」時，串行的信號不發生改變。所述的這些方法例如被描述在Klaus Finkenzeller的教材，RFID-Handbuch，第三版，HANSER，2002中，特別參見第6.1章「基帶中的編碼」。
當應答器中編碼或者調製狀態的變換與由基站所發送的同步標記大致同時進行時，存在這樣的危險同步標記的產生或發送會使得同時被反向散射回的、具有很小的功率的信號的求值變得困難。
如果例如藉助雙邊帶調製產生同步標記，這通常藉助IQ-調製器來實現，該調製器的輸出信號藉助一個功率放大器被放大。在此，調製信號被施加於IQ調製器的I端子。
在此，傳統的系統中，此外通常必須發送出大致恆定的功率、監測形成的包絡線的零點對稱以及在必要的情況下進行再校準。當出現這種不對稱時，這會導致由應答器反向散射的信號的模改變。附加的非線性同樣也可以導致對於反向散射的信號的影響。這種歸因於同步標記的產生的、對反向散射的信號的影響明顯使得其求值變得困難。總而言之，因此監控已調的載波信號以及在必要的情況下進行再校準通常是有益的。代替地，也可以應用自適應系統，它基於已經過去的傳輸或數據來求值當前的反向散射的信號。但是所述的這些方法都需要很高的、在基站中的實施成本。
發明內容
本發明的任務在於提供一種如開始部分所述類型的、用於無線數據傳輸的方法以及附屬的調製控制裝置，該方法在相比而言小的電路技術成本的情況下，提高了應答器和基站之間的傳輸可靠性。
本發明通過具有下述特徵的方法及調製控制裝置來解決該問題。
根據本發明，調製狀態的變換由相應的應答器以一個可預給定的、相對同步標記的時間延遲來進行。由於在由基站產生的同步標記和被反向散射的信號的調製狀態的可能的改變之間的時間延遲，由應答器反向散射的失真由於同步標記的產生而很大程度上被避免了。換句話說，應答器以調製狀態的改變一直等待到幹擾由於同步標記的產生而不再可能出現。這種方法不但在基站中而且在應答器中可簡單地被實現並提高傳輸可靠性及傳輸有效距離。
在本方法的一個進一步構型中，該時間延遲這樣被預給定，即它位於一個持續時間的八分之一到四分之一的範圍上，在該持續時間內一個字符被編碼。這使得時間間隔或字符間隔的有利利用成為可能，該間隔通常由兩個彼此相繼的同步標記來確定。
在本方法的一個進一步構型中，該時間延遲通過基站預給定，其方式是基站在一個數據包的一個首部或頭部區段中傳輸一個參考標記。在更早的德國專利申請102 40 347以及DE101 38 217A1中，它們作為參考結合於此作為本發明的內容，描述了一些用於在一個基站和一個應答器之間進行無線數據傳輸的方法，在這些方法中，待傳輸的數據包包括一個首部區段、一個帶有待傳輸的有用數據的數據區段以及一個結束區段。通過將一個參考標記相應地插入由基站發往應答器的一個數據包的首部區段中，時間延遲可以與已有的傳輸條件匹配，並可被動態地預給定。這改進了靈活性，並由此改進了一個基於這種方法的系統的可用性。
在本方法的一個進一步構型中，通過一個NRZ編碼或一個NRZI編碼對字符編碼。這些編碼方法使待傳輸的字符的可靠編碼成為可能。
在本方法的一個進一步構型中，這些同步標記以具有被抑制的載波的雙邊帶調製來產生。這減小了產生同步標記所需的頻譜並提高了傳輸可靠性以及增大了傳輸作用範圍，而其中可取消所用調製器的、成本昂貴的包絡線監控。
根據本發明還提出了適於實施本發明的方法的調製控制裝置。為此，它具有用於提供一個可預給定的延遲時間的計時器單元，及具有一個與該計時器單元相連接的時間控制單元，它可被輸入一個同步標記信號和一個待發送的電平並被設置用於控制一個調製器。調製控制裝置的一個這樣的構型在電路技術上可以很簡單的被實現，並使得應答器的、傳統的發送及接收部分的一個簡單的擴展成為可能。因為它可簡單地集成在現有的電路結構模塊上，而不需要對剩餘的電路部分或者它們的接口做明顯的改動。
在該調製控制裝置的一個進一步構型中，該計時器單元包括一個單穩態觸發器或者一個其後各連接有施密特觸發器的RC網絡或者一個振蕩器。以這種方式可以很簡單地實現提供延遲時間的時間單元。
本發明的有利的實施形式在附圖中被表示及在下面被敘述。
圖1一個基站的、用於帶有被抑制的載波的雙邊帶調製的調製信號的波形圖，以及一個形成的、在應答器的RSSI電路中產生的同步標記信號的波形圖；圖2一個同步標記信號的曲線圖，一個由應答器反向散射的曲線圖信號的以及一個所屬的、待發送的電平的曲線圖；圖3集成在一個應答器中的、用於實現根據本發明的方法的調製控制裝置的電路框圖具體實施方式
圖1中示出一個基站的、用於帶有被抑制的載波的雙邊帶調製的調製信號MS的波形圖，該調製信號用於對一個未示出的、由基站發射的載波信號進行調製，以及示出了一個形成的、在一個無源應答器的RSSI電路中產生的同步標記信號SS。圖1的上半部分示出的餘弦形的調製信號MS在由+1向-1及由-1向+1過渡時將載波信號的相位改變了180°。
在圖1的下半部分示出了在接收到以上面所示的調製信號MS所調製的載波信號時所形成的、應答器中的同步標記信號。在相位過渡區域載波信號的功率下降或者短時為零，這通過應答器的RSSI電路被檢測。在載波信號的相位過渡的區域產生同步標記信號SS的矩形的波形。由應答器反向散射的信號的調製狀態的變換以一個可預給定的、相對同步標記或同步標記信號SS的上升沿的時間延遲來同步地實現。
圖2的上部分示出了同步標記信號SS的波形，當由基站產生彼此相繼的同步標記信號SS時，它們在應答器中如上所描述地被檢測到。因為同步標記與其他的信號持續時間相比很短，因此它們僅僅被以線條來表示。
圖2的中間部分示出了由應答器待發送的電平SP，它主要與所選擇的編碼方法及待發送的字符或位的值相關。所示的實施例是基於NRZI編碼的。該電平在一個第一間隔I1中為「0」，在一個第二及第三間隔I2及I3中為「1」，在一個第四間隔I4中為「0」。待傳輸的電平SP的變換與同步標記同時地進行。
圖2的下部分示出了由應答器反向散射的信號RS。反向散射的信號RS的調製狀態的變化相對同步標記有一個時間延遲地進行。該時間延遲為間隔持續時間T的五分之一，該間隔持續時間由每兩個彼此相繼的同步標記來確定。反向散射信號RS通過待傳輸的電平SP的相位位移或時間延遲T/5來產生。
該時間延遲通過加入一個參考標記到一個未示出的數據包的首部區段來預給定，該數據包由基站向應答器傳輸。
由於由基站產生的同步標記和反向散射的信號RS的調製狀態的變換之間的時間延遲，很大程度上避免了該由應答器反向散射的信號RS的失真，該失真否則可能通過同步標記的產生而被引起。
圖3示出了一個集成在一個應答器中的、用於實現上述方法的調製控制裝置MS的電路框圖。該調製控制裝置MS包括一個計時器單元ZG及一個時間控制單元ZS。
該時間控制單元ZS用於控制調製器MD，並被輸入以圖1及圖2中所示的同步標記信號SS和圖2中所示的待發送的電平SP。該同步標記信號SS和待發送的電平SP由應答器的未示出的電路部分產生。時間控制單元ZS與計時器單元ZE耦合連接。該計時器單元ZE被輸入以一個啟動信號EN，該啟動信號根據其狀態使計時器單元ZE活動或者非活動。該啟動信號EN由應答器未示出的電路部分來產生。在非活動狀態，例如基站和應答器之間沒有進行通信時，耗用電流由此被減小。計時器單元ZG例如可以包含一個單穩態觸發器或者一個其後各連接有施密特觸發器的RC網絡或者一個振蕩器。
時間控制單元ZS通過同步標記信號SS的脈衝被觸發。在接收到一個脈衝、即一個同步標記之後，計數器單元ZG通過時間控制單元ZS被啟動。當計時器單元ZG作為振蕩器被實施時，這例如可通過一個計數器的復位來實現，該計數器的計數器讀數隨該振蕩器的時鐘改變。該計時器單元ZG向時間控制單元ZS發出一個可預給定的時間延遲的曲線的信號，該時間控制單元則將待發送電平SP施加於調製器MD。該待發送的電平SP的狀態由時間控制單元ZS一直保持，直到在其輸出端出現待發送電平SP的一個電平變換，一個同步標記被接收並且該計時器單元ZG內部的延遲時間終止。
調製器MD由被時間控制單元ZS所接收的信號中產生反向散射的信號RS。該調製器MD附加地被輸入一個調製器啟動信號ME，噹噹前不需要進行通信時，該調製啟動信號可將其置於節省能量模式。該調製啟動信號ME由應答器的一個未示出的電路部分產生。
因為基於同步標記的產生由應答器反向散射的信號的失真很大程度上被避免了，所以所示的實施例使由一個應答器反向散射的信號的更可靠的求值成為可能，而不需要對由基站發射的、已調的載波信號的成本昂貴的監控。
權利要求
1.用於在一個基站與一個或多個特別是無源的應答器之間無線數據傳輸的方法，其中-由該基站發射電磁載波，及-通過電磁載波的調製和反向散射將字符由各個應答器向該基站傳輸，其中一個調製狀態的變換與由該基站所發送的一些同步標記同步地進行，其特徵在於，該調製狀態的變換由相應的應答器以一個可預給定的、相對這些同步標記的時間延遲來進行。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該時間延遲被這樣來預給定，即它位於一個持續時間(T)的八分之一到四分之一的範圍上，在該持續時間(T)內一個字符被編碼。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，該時間延遲通過該基站來預給定，其方式是它在一個數據包的首部區段中傳輸一個參考標記。
4.根據以上權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，通過NRZ編碼或NRZI編碼對這些字符進行編碼。
5.根據以上權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，這些同步標記以具有被抑制的載波的雙邊帶調製來產生。
6.用於執行根據權利要求1至5中一項的方法的調製控制裝置(MS)，它具有-一個計時器單元(ZG)，用於提供一個可預給定的延遲時間(T)及-一個時間控制單元(ZS)，它與該計時器單元(ZG)相連接，可被輸入一個同步標記信號(SS)和一個待發送的電平(SP)，並且該時間控制單元(ZS)被設置用於控制一個調製器(MD)。
7.根據權利要求6的調製控制裝置，其特徵在於，該計時器單元包括一個單穩態觸發器或者一個其後各連接有施密特觸發器的RC網絡或者一個振蕩器。
全文摘要
本發明涉及一種用於在一個基站與一個或多個特別是無源的應答器之間無線數據傳輸的方法，其中由基站發射電磁載波及通過電磁載波的調製和反向散射將字符由各個應答器向基站傳輸，其中調製狀態的變換與由基站發送的同步標記同步地進行，以及一種實施該方法的、適合的調製控制裝置。根據本發明，該調製狀態的變換由相應的應答器以一個預給定的、相對這些同步標記的時間延遲來進行。還涉及它們例如在RFID系統中的應用。
文檔編號G08C17/02GK1674569SQ20051005276
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月14日 優先權日2004年3月16日
發明者烏爾裡希·弗裡德裡希 申請人:Atmel德國有限公司