CN1674569B - 用于无线数据传输的方法及调制控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在一个基站与一个或多个特别是无源的应答器之间无线数据传输的方法，其中由基站发射电磁载波及通过电磁载波的调制和反向散射将字符由各个应答器向基站传输，其中调制状态的变换与由基站发送的同步标记同步地进行，以及一种实施该方法的、适合的调制控制装置。根据本发明，该调制状态的变换由相应的应答器以一个预给定的、相对这些同步标记的时间延迟来进行。还涉及它们例如在RFID系统中的应用。

Description

用于无线数据传输的方法及调制控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于在一个基站和一个或多个特别是无源的应答器之间进行无线数据传输的方法以及用于实施这种方法的合适的调制控制装置，其中，由该基站发射电磁载波，及通过电磁载波的调制和反向散射将字符由各个应答器向该基站传输，其中一个调制状态的变换与由该基站发送的一些同步标记同步地进行。

背景技术

这种在一个或多个基站或阅读装置与一个或多个应答器之间的传输方法被应用在例如无接触识别系统或所谓的射频识别(RFID)系统。在这种应答器上也可集成传感器、例如用于温度测量的传感器。这种应答器也被称作远程传感器。

这些应答器或它们的发送及接收装置通常不使用有源的发送器来用于对基站的数据传输。这种非有源的系统，当它们无自己的能量供应时被称为无源系统，当他们具有自己的能源供应时被称为半无源系统。无源应答器从基站发射的电磁场中取得用于对自己供电所需的能量。

为了在基站的远场区内用UHF或微波进行从一个应答器对基站的数据传输，通常使用所谓的反向散射耦合(Backscatter-或Rückstreukopplung)。为此由基站发射电磁载波，该载波通过应答器的发送及接收装置以一种调制方法相应于待向基站传输的数据被调制并被反射。对此典型的调制方法是反向散射信号的幅度调制、相位调制及幅移键控(ASK)副载波调制，在该副载波调制中改变副载波的频率和/或相位。

由一个应答器向基站的数据传输可与由该基站所发送的同步标记或所谓的“陷波(Notches)”同步地进行。

已经公知了用于产生同步标记的不同的方法。这里，载波信号通常通过基站以一个调制信号被这样调幅和/或调相，使得应答器内部的、基本上基于载波信号的调幅设计的一个检测单元能够识别出同步标记。通常，同步标记在应答器中借助一个所谓的RSSI电路被检测。

为了增大传输有效距离，已公知了调制持续期间载波信号不完全消隐(ausblenden)的方法，即它们具有一个小于1的调制指数。

为了减少所需的带宽，调制信号可以在调制持续期间具有正弦或者余弦形的波形，也就是说载波信号没有以所谓的矩形波函数来消隐，而是仅仅以正弦形紧接着地又被接入。对此，一个例子是所谓的带被抑制的载波的双边带调制(DSBM)。当使用余弦函数作为调制信号时，DSBM在数学上通过下列原理方程式描述：

$u_m\left(t\right)=C*\cos ({\mathrm{\ω}}_0*t)*\cos (\mathrm{\Ω}*t)=\frac{C}{2}*\cos ((\mathrm{\Ω}+{\mathrm{\ω}}_0)*t)+\frac{C}{2}*\cos ((\mathrm{\Ω}-{\mathrm{\ω}}_0)*t),$

其中，u_m(t)表示已调信号，C表示一个常数，ω₀表示调制信号的角频率，Ω表示载波信号的角频率，及t表示时间。

在此，载波频率被抑制在已调信号u_m(t)的频谱中.与不具有载波抑制的调制方法相比，同步标记的这种产生方法改善了可提供的带宽的利用.此外，应答器的能量供应也可以得到改善.

这些待传输的数据由彼此相继的字符组成，这些字符通常由应答器分别在预给定的时间间隔或字符间隔内编码并传输。该时间间隔或字符间隔通常通过两个彼此相继的同步标记来确定。在二进制传输中该字符的值或者为“0”，或者为“1”。

已经公知了多种不同的用于字符编码的方法。第一种编码方法是所谓的“不归零(Non-Return-To-Zero)(NRZ)编码”。串行传输的信号、所谓的线码(Line-Codes)的调制状态这里相应于待传输的字符的值。由此而来的一种变化则给出一种所谓的“倒转不归零(Non-Return-To-Zero-Inverted)(NRZI)”编码。其中，“1”通过在一个字符间隔或者位间隔开始处、串行传输的信号的调制状态的变换来表示。当传输一个“0”时，串行的信号不发生改变。所述的这些方法例如被描述在Klaus Finkenzeller的教材，RFID-Handbuch，第三版，HANSER，2002中，特别参见第6.1章“基带中的编码”。

当应答器中编码或者调制状态的变换与由基站所发送的同步标记大致同时进行时，存在这样的危险：同步标记的产生或发送会使得同时被反向散射回的、具有很小的功率的信号的求值变得困难。

如果例如借助双边带调制产生同步标记，这通常借助IQ一调制器来实现，该调制器的输出信号借助一个功率放大器被放大。在此，调制信号被施加于IQ调制器的I端子。

在此，传统的系统中，此外通常必须发送出大致恒定的功率、监测形成的包络线的零点对称以及在必要的情况下进行再校准。当出现这种不对称时，这会导致由应答器反向散射的信号的模改变。附加的非线性同样也可以导致对于反向散射的信号的影响。这种归因于同步标记的产生的、对反向散射的信号的影响明显使得其求值变得困难。总而言之，因此监控已调的载波信号以及在必要的情况下进行再校准通常是有益的。代替地，也可以应用自适应系统，它基于已经过去的传输或数据来求值当前的反向散射的信号。但是所述的这些方法都需要很高的、在基站中的实施成本。

发明内容

本发明的任务在于提供一种如开始部分所述类型的、用于无线数据传输的方法以及附属的调制控制装置，该方法在相比而言小的电路技术成本的情况下，提高了应答器和基站之间的传输可靠性。

本发明通过具有下述特征的方法及调制控制装置来解决该问题。

根据本发明，调制状态的变换由相应的应答器以一个可预给定的、相对同步标记的时间延迟来进行。由于在由基站产生的同步标记和被反向散射的信号的调制状态的可能的改变之间的时间延迟，由应答器反向散射的失真由于同步标记的产生而很大程度上被避免了。换句话说，应答器以调制状态的改变一直等待到干扰由于同步标记的产生而不再可能出现。这种方法不但在基站中而且在应答器中可简单地被实现并提高传输可靠性及传输有效距离。

在本方法的一个进一步构型中，该时间延迟这样被预给定，即它位于一个持续时间的八分之一到四分之一的范围上，在该持续时间内一个字符被编码。这使得时间间隔或字符间隔的有利利用成为可能，该间隔通常由两个彼此相继的同步标记来确定。

在本方法的一个进一步构型中，该时间延迟通过基站预给定，其方式是基站在一个数据包的一个首部或头部区段中传输一个参考标记。在更早的德国专利申请102 04 347以及DE 101 38 217 A1中，它们作为参考结合于此作为本发明的内容，描述了一些用于在一个基站和一个应答器之间进行无线数据传输的方法，在这些方法中，待传输的数据包包括一个首部区段、一个带有待传输的有用数据的数据区段以及一个结束区段。通过将一个参考标记相应地插入由基站发往应答器的一个数据包的首部区段中，时间延迟可以与已有的传输条件匹配，并可被动态地预给定。这改进了灵活性，并由此改进了一个基于这种方法的系统的可用性。

在本方法的一个进一步构型中，通过一个NRZ编码或一个NRZI编码对字符编码。这些编码方法使待传输的字符的可靠编码成为可能。

在本方法的一个进一步构型中，这些同步标记以具有被抑制的载波的双边带调制来产生。这减小了产生同步标记所需的频谱并提高了传输可靠性以及增大了传输作用范围，而其中可取消所用调制器的、成本昂贵的包络线监控。

根据本发明还提出了适于实施本发明的方法的调制控制装置。为此，它具有用于提供一个可预给定的延迟时间的计时器单元，及具有一个与该计时器单元相连接的时间控制单元，它可被输入一个同步标记信号和一个待发送的电平并被设置用于控制一个调制器。调制控制装置的一个这样的构型在电路技术上可以很简单的被实现，并使得应答器的、传统的发送及接收部分的一个简单的扩展成为可能。因为它可简单地集成在现有的电路结构模块上，而不需要对剩余的电路部分或者它们的接口做明显的改动。

在该调制控制装置的一个进一步构型中，该计时器单元包括一个单稳态触发器或者一个其后各连接有施密特触发器的RC网络或者一个振荡器。以这种方式可以很简单地实现提供延迟时间的时间单元。

本发明的有利的实施形式在附图中被表示及在下面被叙述。

附图说明

图1一个基站的、用于带有被抑制的载波的双边带调制的调制信号的波形图，以及一个形成的、在应答器的RSSI电路中产生的同步标记信号的波形图；

图2一个同步标记信号的曲线图，一个由应答器反向散射的曲线图信号的以及一个所属的、待发送的电平的曲线图；

图3集成在一个应答器中的、用于实现根据本发明的方法的调制控制装置的电路框图

具体实施方式

图1中示出一个基站的、用于带有被抑制的载波的双边带调制的调制信号MS的波形图，该调制信号用于对一个未示出的、由基站发射的载波信号进行调制，以及示出了一个形成的、在一个无源应答器的RSSI电路中产生的同步标记信号SS。图1的上半部分示出的余弦形的调制信号MS在由+1向-1及由-1向+1过渡时将载波信号的相位改变了180°。

在图1的下半部分示出了在接收到以上面所示的调制信号MS所调制的载波信号时所形成的、应答器中的同步标记信号.在相位过渡区域载波信号的功率下降或者短时为零，这通过应答器的RSSI电路被检测.在载波信号的相位过渡的区域产生同步标记信号SS的矩形的波形.由应答器反向散射的信号的调制状态的变换以一个可预给定的、相对同步标记或同步标记信号SS的上升沿的时间延迟来同步地实现.

图2的上部分示出了同步标记信号SS的波形，当由基站产生彼此相继的同步标记信号SS时，它们在应答器中如上所描述地被检测到。因为同步标记与其他的信号持续时间相比很短，因此它们仅仅被以线条来表示。

图2的中间部分示出了由应答器待发送的电平SP，它主要与所选择的编码方法及待发送的字符或位的值相关。所示的实施例是基于NRZI编码的。该电平在一个第一间隔I1中为“0”，在一个第二及第三间隔I2及I3中为“1”，在一个第四间隔I4中为“0”。待传输的电平SP的变换与同步标记同时地进行。

图2的下部分示出了由应答器反向散射的信号RS。反向散射的信号RS的调制状态的变化相对同步标记有一个时间延迟地进行。该时间延迟为间隔持续时间T的五分之一，该间隔持续时间由每两个彼此相继的同步标记来确定。反向散射信号RS通过待传输的电平SP的相位位移或时间延迟T/5来产生。

该时间延迟通过加入一个参考标记到一个未示出的数据包的首部区段来预给定，该数据包由基站向应答器传输。

由于由基站产生的同步标记和反向散射的信号RS的调制状态的变换之间的时间延迟，很大程度上避免了该由应答器反向散射的信号RS的失真，该失真否则可能通过同步标记的产生而被引起。

图3示出了一个集成在一个应答器中的、用于实现上述方法的调制控制装置MS的电路框图。该调制控制装置MS包括一个计时器单元ZG及一个时间控制单元ZS。

该时间控制单元ZS用于控制调制器MD，并被输入以图1及图2中所示的同步标记信号SS和图2中所示的待发送的电平SP。该同步标记信号SS和待发送的电平SP由应答器的未示出的电路部分产生。时间控制单元ZS与计时器单元ZG耦合连接。该计时器单元ZG被输入以一个启动信号EN，该启动信号根据其状态使计时器单元ZG活动或者非活动。该启动信号EN由应答器未示出的电路部分来产生。在非活动状态，例如基站和应答器之间没有进行通信时，耗用电流由此被减小。计时器单元ZG例如可以包含一个单稳态触发器或者一个其后各连接有施密特触发器的RC网络或者一个振荡器。

时间控制单元ZS通过同步标记信号SS的脉冲被触发。在接收到一个脉冲、即一个同步标记之后，计数器单元ZG通过时间控制单元ZS被启动。当计时器单元ZG作为振荡器被实施时，这例如可通过一个计数器的复位来实现，该计数器的计数器读数随该振荡器的时钟改变。该计时器单元ZG向时间控制单元ZS发出一个可预给定的时间延迟的曲线的信号，该时间控制单元则将待发送电平SP施加于调制器MD。该待发送的电平SP的状态由时间控制单元ZS一直保持，直到在其输出端出现待发送电平SP的一个电平变换，一个同步标记被接收并且该计时器单元ZG内部的延迟时间终止。

调制器MD由被时间控制单元ZS所接收的信号中产生反向散射的信号RS。该调制器MD附加地被输入一个调制器启动信号ME，当当前不需要进行通信时，该调制启动信号可将其置于节省能量模式。该调制启动信号ME由应答器的一个未示出的电路部分产生。

因为基于同步标记的产生由应答器反向散射的信号的失真很大程度上被避免了，所以所示的实施例使由一个应答器反向散射的信号的更可靠的求值成为可能，而不需要对由基站发射的、已调的载波信号的成本昂贵的监控.

Claims (8)

1.用于在一个基站与一个或多个应答器之间无线数据传输的方法，其中

-由该基站发射电磁载波，及

-通过电磁载波的调制和反向散射将字符由各个应答器向该基站传输，其中一个调制状态的变换与由该基站所发送的一些同步标记同步地进行，

其特征在于，

该调制状态的变换由相应的应答器以一个预给定的、相对这些同步标记的时间延迟来进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该时间延迟被这样来预给定，即它位于一个持续时间的八分之一到四分之一的范围上，在该持续时间内一个字符被编码。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该时间延迟通过该基站来预给定，其方式是它在一个数据包的首部区段中传输一个参考标记。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过不归零编码或倒转不归零编码对这些字符进行编码。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，这些同步标记以具有被抑制的载波的双边带调制来产生。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个应答器是无源应答器。

7.用于执行根据权利要求1或2的方法的调制控制装置(MS)，它具有：

-一个计时器单元(ZG)，用于提供一个预给定的延迟时间及

-一个时间控制单元(ZS)，它与该计时器单元(ZG)相连接，可被输入一个同步标记信号(SS)和一个待发送的电平(SP)，并且该时间控制单元(ZS)被设置用于控制一个调制器(MD)。

8.根据权利要求7的调制控制装置，其特征在于，该计时器单元包括一个单稳态触发器或者该计时器单元包括一个RC网络，在该RC网络后面连接有施密特触发器，或者该计时器单元包括一个振荡器。

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