专利名称：一种微波专用短程通信方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能交通系统的专用短程通信技术领域，特别涉及一种微波专用短程通信方法和系统。
背景技术：
智能交通系统(Intelligent Transportation System，简称ITS)的专用短程通信技术(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)，主要基于无线通信(包括红外和微波技术等)而实现，用于电子不停车收费、车辆自动辨识、物资管理、驾车安全等领域，以实现人、车、路之间在限定区域内的无线信息交互，专用短程通信技术一般采用定向天线技术将无线通信局限在特定空间范围内。
应用专用短程通信技术的系统通常包括两个关键设备电子标签、固定设备，其中电子标签安装在车辆、集装箱等被标识的移动或固定的物体上，并存储该物体的关键信息；固定设备主要功能是采集电子标签所记录的信息，实现对被标识物体的自动辨识，并与电子标签通过无线链路进行信息交互以配合完成相关的应用流程。
关于专用短程通信技术，目前在欧洲、北美和日本等几个不同地区采用了不同的技术方案，说明如下(1)欧洲地区欧洲地区CEN标准体系采用5.8GHz微波专用短程通信技术，通信距离15～20米，主要定位于智能交通中自动收费、小额支付、物资管理等信息传输量不大的应用，其方案特点是a)采用被动反射式电子标签，电子标签本身不含有5.8GHz载波频率发生器，其载波频率由电子标签读写器提供；b)中等通信数据速率(下行500Kbps/上行250kbps)；c)下行采用ASK调制方式，上行采用2-PSK副载波调制技术和ASK调制技术；d)下行采用FMO编码方式，上行采用NRZI编码方式；e)关于电子标签与固定设备之间的通信方法采用OSI体系架构中的三层(物理层、数据链路层和应用层)，协议数据和应用数据基于ASN.1语法定义。
(2)北美地区北美地区专用短程通信系统采用ASTM标准体系，通信距离15～1000米，主要定位于公共安全防护、信息服务、收费管理等智能交通应用。北美地区采用902M～928MHz和5.85G～5.925GHz两个频段(I)902M～928MHz频段的方案特点915MHz反射式或者主动式电子标签；中等通信速率(500Kbps)；下行ASK调制和上行ASK调制加2PSK副载波调制；下行曼彻斯特编码和上行曼彻斯特编码(主动式)或NRZI编码(被动式)。(II)5.8GHz频段的方案特点5.8GHz主动式电子标签，电子标签自带载波频率信号发生器；高通信速率(6M～27Mbps)；采用16QAM或64QAM调制方式；关于电子标签与固定设备之间的通信采用IEEE802.11协议和OSI的七层架构。
(3)日本日本的采用ARIB标准体系，专用短程通信应用采用5.79-5.85GHz频段，通信距离15～30米，主要定位于信息服务、自动收费、小额支付等应用，其方案特点a)采用5.8GHz主动式电子标签，电子标签自带5.8GHz载波频率信号发生器；b)中高通信速率(1Mbps或4Mbps)；c)上下行都采用2ASK或者4PSK调制；d)上下行都采用曼彻斯特编码；e)关于电子标签与固定设备之间的通信采用OSI架构中三层(物理层、数据链路层和应用层)，并征对多应用增加了一个应用子层ASL(由ARIB STD-T88规范)。
欧洲地区的技术方案优点是电子标签成本较低，体积较小，可适于多应用，但由于采用了被动反射式技术，而且常采用电池供电，存在如下缺陷(1)电子标签发射信号的功率有限，带来通信距离近(20米内)和数据速率低的缺点，不适合用于道路安全防护、信息服务(如Internet服务、地图和视频数据下载等)等长距离或者大数据量传输的应用场合；(2)电子标签由于采用了特殊的副载波调制和编解码技术，造成设计较复杂，厂商往往需要借用专门设计的编解码芯片来降低成本和减小体积；(3)采用ASN.1语法的数据信息冗余稍多，对数字处理器要求较高；北美地区和日本的技术方案特点是采用了主动式电子标签技术，车载装置采用汽车供电，发射功率大，通信距离较远，适于道路安全防护和信息服务等多种应用，但电子标签自带信号源和要求通信距离远，有如下缺陷(1)电子标签设备系统复杂；(2)电子标签成本较高；(3)电子标签功耗较大；(4)电子标签体积较大；发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种微波专用短程通信方法和系统。该通信方法和系统综合主动式和被动反射式电子标签的优点，在较小的设备体积下，能实现较远传输距离和较低的电源消耗，同时降低设备成本和电子标签复杂度。
本发明的目的通过下述方案实现所述一种微波专用短程通信系统包括电子标签和固定设备组成，所述电子标签由数字数据处理器、一体化微波接收与检波电路、一体化微波调制与发射电路、调频编码器和调频解码器、微功耗触发电路和电源控制电路相互连接组成，其中，所述数字数据处理器通过调频编码器与一体化微波调制与发射电路相连接，还通过调频解码器连接放大整形电路，所述一体化微波接收与检波电路分别与放大整形处理电路、微功耗触发电路相连接，所述电源控制电路与微功耗触发电路相连接，并外接电源。
为了更好地实现本发明，所述固定设备由数字数据处理器、发射信号处理电路、接收信号处理电路、调频编码器和调频解码器、微带阵列发射天线和微带阵列接收天线相互连接组成，其中，所述数字数据处理器通过调频编码器、调频解码器分别与发射信号处理电路、接收信号处理电路相连接，所述微带阵列发射天线和微带阵列接收天线分别与发射信号处理电路、接收信号处理电路相连接，所述发射信号处理电路和接收信号处理电路分别与载波频率源相连接。
所述电子标签的一体化微波接收与检波电路由印刷天线、匹配电容与检波二极管相互连接而成。
所述电子标签的一体化微波调制与发射电路包括电平变换电路、微波介质振荡器。
所述调频编码器和调频解码器采用不同周期或频率的电平信号表示数字0和数字1。
所述一种微波专用短程通信方法包括如下步骤(1)电子标签在通信区域外时处于微功耗状态；(2)无电子标签在通信区域，固定设备周期性发送广播信号；(3)电子标签进入通信区域后进入工作状态；(4)电子标签收到广播信号，延时后发送专用链路请求信号给固定设备；(5)固定设备接收到专用链路请求信号并分析后，建立专用通信链路；(6)固定设备与电子标签通过专用通信链路交互信息；(7)电子标签完成信息交互离开通信区域，进入步骤(1)所述的微功耗状态。
电子标签在通信区域外时，一体化微波接收与检波电路无输出信号，使微功耗触发电路无振荡信号输出，后者使电源控制电路关闭，电子标签处于微功耗状态，即电子标签中除一体化微波接收与检波电路、微功耗触发电路和电源控制电路以外，其余部分的电源供应处于被关闭状态。
电子标签进入通信区域后，微功耗触发电路检测到来自一体化微波接收与检波电路的输出信号，该信号使微功耗触发电路输出振荡信号(高电平0.5V以上)，电子标签进入工作状态，即电子标签中除一体化微波接收与检波电路、微功耗触发电路和电源控制电路以外，其余部分的电源供应处于周期性开启—关闭状态。
为了防止和其它电子标签同时发送信号，所述电子标签延时的时间长度由电子标签编号确定。
所述专用通信链路地址由电子标签编号确定。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果1、本发明综合主动式和被动发射式电子标签的优点，在体积较小的情形下，能实现较低功耗和较远距离传输。
2、本发明中的电子标签采用一体化的收发系统设计方法使设备较简化，成本较低，体积较小。
3、本发明使用专门的微功耗触发电路和电源控制电路降低电子标签的电源消耗，提高电池使用寿命。
4、本发明利用简洁的通用信息读写接口能降低信息冗余度，降低对核心数字处理芯片要求，同时可满足多应用和应用扩展要求。
图1是本发明的系统结构方框图。
图2是本发明中微功耗触发电路工作原理图。
图3是本发明中微波调制与发射电路的电路原理图。
图4是本发明中微波接收与检波电路的电路原理图。
图5是本发明中调频(FM)解码原理图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例如图1所示，本发明所述一种微波专用短程通信系统包括电子标签1和固定设备2组成，电子标签1由数字数据处理器10、一体化微波接收与检波电路13、一体化微波调制与发射电路12、调频(FM)编码器11、调频(FM)解码器15、微功耗触发电路16和电源控制电路17组成，其中，数字数据处理器10通过调频(FM)编码器11与微波调制与发射电路12相连接，还通过调频(FM)解码器15连接有放大整形处理电路14，一体化微波接收与检波电路13分别与放大整形处理电路14、微功耗触发电路16相连接，电源控制电路17与微功耗触发电路16相连接，并外接电池18。固定设备2由数字数据处理器20、发射信号处理电路22、接收信号处理电路26、微带阵列发射天线23和微带阵列接收天线25组成，其中，数字数据处理器20通过调频(FM)编码器21、调频(FM)解码器27分别与发射信号处理电路22、接收信号处理电路26相连接，微带阵列发射天线23和微带阵列接收天线25分别与发射信号处理电路22、接收信号处理电路26相连接，所述发射信号处理电路22和接收信号处理电路26分别与载波频率源24相连接。
本实施例中，电子标签采用主动式设计技术，以实现较远距离传输，其载波频率源由一体化微波调制与发射电路产生；采用电池供电，并通过微功耗触发电路和电源控制电路来降低电子标签功耗；采用ASK调制解调方式，并利用集成化的微波接收与检波、一体化微波调制与发射技术，一方面精简电子标签的系统结构，减少复杂度，另外一方面可以减小其体积，其中的一体化微波调制与发射电路具备载波频率产生功能；采用调频(FM)编码和解码方式，以简化车载装置的设计难度，不需要通过芯片化的方法降低成本；电子标签提供简洁的通用信息读写接口，一方面通过降低信息冗余度以降低数字数据处理部分要求，另一方面可支持应用扩展和多应用功能。固定设备则采用微带阵列发射天线和微带阵列接收天线以限定无线通信区域在特定范围内，实现限定区域无线通信；采用与电子标签同样的ASK调制方式，其中发射信号处理电路利用载波频率源的一路输出作为调制器信号源；采用与电子标签同样的ASK解调方式，其中接收信号处理电路以载波频率源的另一路输出作为混频器本振；采用与电子标签同样的调频(FM)编解码方式。
本实施例具有如下特点1、微功耗触发电路和电源控制电路采用再生式自振荡电路实现微功耗触发。如图2所示，低功耗触发和电源控制实现对电子标签的电源消耗控制，最大限度的降低功耗。电子标签通常处于“睡眠”状态，除一体化微波接收与检波电路、微功耗触发电路和电源控制电路有电源供应外，其它部分均被关闭电源，该状态下电子标签的电流在5微安以下(静态电流)。电子标签在“睡眠状态”下，无微波信号输入，一体化微波接收与检波电路无信号输出，微功耗触发电路无振荡信号输出，使电源控制电路部分关闭；当固定设备向电子标签发送微波信号时，一体化微波接收与检波电路输出信号，微功耗触发电路被激发，输出振荡信号(高电平幅度在0.5V以上)，该信号可以使电源控制电路开启和关闭。微功耗触发电路的输出占空比和周期由微功耗触发电路本身的参数决定而且可以调节，一般调节到使开启时间足够完成一次交易。当无微波信号输入到电子标签时，微功耗触发电路就重新回到低振幅状态。通过该方法，电子标签只要不在固定设备的通信区域内，都处于超低功耗状态(电流5微安以下)。
2、一体化微波调制与发射电路如图3所示，编码输出的数字信号经限流电阻R91输入到T91基极，T91及相关电阻组成电平变换电路，提高数字信号的直流电平，经过电平提升的数字信号作为微波介质振荡器的偏置信号，随着数字电平的变化，振荡器的偏置也发生变化，同时引起振荡幅度的变化，从而实现对微波载波的幅度调制，调制后的微波通过微波介质周围的电磁场辐射出去。
3、一体化微波接收与检波电路如图4所示，一体化微波检波天线由印刷型天线加匹配电容组成，沿圆弧形缝隙调整检波二极管(D11)的焊接位置，可以改变检波二极管的匹配效果，从而改变检波灵敏度。
4、调频(FM)编码方式如图5所示，调频(FM)编码方式是一种不同数字(“0”和“1”)分别用不同周期(或频率)的脉冲电平表示的一种编码方式。
5、通用信息读写接口电子标签信息存储区除系统信息外，所有数据以文件方式存储，在读写电子标签信息时指定文件名、读写的起点和长度。文件的读写安全由独立的安全机制控制。
本发明所述微波专用通信系统的通信方法包括如下步骤
(1)电子标签在通信区域外，一体化微波接收与检波电路13无检波信号输出，使功耗触发电路16无振荡信号输出，电源控制电路17动作，使电池18只为一体化微波接收与检波电路13、微功耗触发电路16、电源控制电路17供电，其它部分电源断开，电子标签处于一种微功耗状态；(2)无电子标签1在通信区域，固定设备2周期性发送广播信号，以搜寻电子标签1；(3)电子标签1进入通信区域，一体化微波接收与检波电路13收到固定设备2发来的微波信号，其检波信号输出使微耗触发电路16输出振荡信号(高电平0.5V以上)，后者使除一体化微波接收与检波电路13、微功耗触发电路16、电源控制电路17供电以外部分的电源周期性开启与关闭，且开启时间足够完成一次完整的通信过程，电子标签进入工作状态；(4)电子标签1收到广播信号后，将电子标签编号的最低10为构成的数值作为延时长度(单位为微秒)，延时后将电子标签1编号的低四字节作为专用通信链路地址发送专用链路请求信号给固定设备2；(5)固定设备2接收到专用链路请求信号并分析后，为电子标签1建立专用通信链路，并以电子标签1编号的低四字节作为专用链路地址；(6)固定设备2与电子标签1通过专用通信链路交互信息，信息交互过程如下固定设备2的数字数据处理器20将指令经过调频(FM)编码器21编码后，再有发射信号处理电路22进行调制、滤波和放大等处理后经由微带发射天线22发送到电子标签1；电子标签1的一体化微波接收与检波电路13收到微波信号并检波输出后经过放大整形电路14进行放大和整形处理，调频(FM)解码器15对信号进行解码后交由数字数据处理器10对指令进行分析，并形成响应数据；电子标签1的数字数据处理器10将响应数据发送到调频(FM)编码器11进行编码，并经过一体化微波调制与发射电路12进行调制、放大并发射到固定设备2；固定设备2的微带阵列接收天线25收到来自电子标签1发来的微波信号，经过接收信号处理电路26进行低噪声放大、混频、滤波、放大、解调等处理，输出信号到调频(FM)解码器27进行解码，数字数据处理器20形成的数据信息进行分析和处理，之后继续流程处理和通信处理；
(7)电子标签1与固定设备2完成信息交互后离开通信区域，进入(1)所述的微功耗状态；如上所述，即可较好地实现本发明。
权利要求
1.一种微波专用短程通信系统包括电子标签和固定设备组成，其特征是所述电子标签由数字数据处理器、一体化微波接收与检波电路、一体化微波调制与发射电路、调频编码器和调频解码器、微功耗触发电路和电源控制电路相互连接组成，其中，所述数字数据处理器通过调频编码器与一体化微波调制与发射电路相连接，还通过调频解码器连接有放大整形处理电路，所述微波接收与检波电路分别与放大整形处理电路、微功耗触发电路相连接，所述电源控制电路与微功耗触发电路相连接，并外接电源。
2.根据权利要求1所述的一种微波专用短程通信系统，其特征是所述固定设备由数字数据处理器、发射信号处理电路、接收信号处理电路、调频编码器和调频解码器、微带阵列发射天线和微带阵列接收天线相互连接组成，其中，所述数字数据处理器通过调频编码器、调频解码器分别与发射信号处理电路、接收信号处理电路相连接，所述微带阵列发射天线和微带阵列接收天线分别与发射信号处理电路、接收信号处理电路相连接，所述发射信号处理电路和接收信号处理电路分别与载波频率源相连接。
3.根据权利要求1所述的一种微波专用短程通信系统，其特征是所述电子标签的一体化微波接收与检波电路由印刷天线、匹配电容与检波二极管相互连接而成。
4.根据权利要求1所述的一种微波专用短程通信系统，其特征是所述电子标签的一体化微波调制与发射电路包括电平变换电路、微波介质振荡器。
5.根据权利要求1所述的一种微波专用短程通信系统，其特征是，所述调频编码器和调频解码器采用不同周期或频率的电平信号表示数字0和数字1。
6.一种采用权利要求1所述一种微波专用短程通信系统的微波专用通信方法，包括如下步骤(1)电子标签在通信区域外时处于微功耗状态；(2)无电子标签在通信区域，固定设备周期性发送广播信号；(3)电子标签进入通信区域后进入工作状态；(4)电子标签收到广播信号，延时后发送专用链路请求信号给固定设备；(5)固定设备接收到专用链路请求信号并分析后，建立专用通信链路；(6)固定设备与电子标签通过专用通信链路交互信息；(7)电子标签完成信息交互离开通信区域，进入步骤(1)所述的微功耗状态。
7.根据权利要求6所述的微波专用短程通信方法，其特征在于步骤(1)所述电子标签的微功耗状态是指电子标签中除一体化微波接收与检波电路、微功耗触发电路和电源控制电路以外，其余部分的电源供应处于被关闭状态。
8.根据权利要求6所述的微波专用短程通信方法，其特征在于步骤(3)所述电子标签的工作状态是指电子标签中除一体化微波接收与检波电路、微功耗触发电路和电源控制电路以外，其余部分的电源供应处于周期性开启-关闭状态。
9.根据权利要求6所述的微波专用短程通信方法，其特征在于步骤(4)所述电子标签延时的时间长度由电子标签编号确定。
10.根据权利要求6所述的微波专用短程通信方法，其特征在于步骤(5)所述专用通信链路地址由电子标签编号确定。
全文摘要
本发明提供一种微波专用短程通信方法和系统，该系统包括电子标签和固定设备组成，电子标签由数字数据处理器、一体化微波接收与检波电路、一体化微波调制与发射电路、微功耗触发电路和电源控制电路组成。该通信方法的步骤包括电子标签在通信区域外，电子标签处于微功耗状态；无电子标签在通信区域，固定设备周期性广播；电子标签进入通信区域，电子标签进入工作状态；电子标签收到广播信号，发送专用链路请求信号；固定设备为电子标签建立专用通信链路；固定设备与电子标签基于专用通信链路交互信息。本发明体积小，可实现较低功耗和较远距离传输，设备简化，成本低，降低对核心数字处理芯片要求，同时可满足多应用和应用扩展要求。
文档编号G06K7/00GK1700234SQ20051003489
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者罗瑞发, 刘咏平, 杜水荣, 赖展军, 李兴锐, 黄伟斌 申请人:深圳市金溢科技有限公司