专利名称：射频通信设备以及操作这种射频通信设备的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有数据发送装置和数据接收装置的射频(RF)通信设备。本发明还涉及一种在射频(RF)通信设备之中通信的方法，每个射频(RF)通信 设备包括数据发送模式和数据接收模式。
背景技术：
近场通信或NFC是一种短距离高频无线通信技术，在大约分米距离上实现设备 之间的数据交换。该技术是ISO 14443邻近卡标准(无接触卡，RFID)，将智能卡与读取 器的接口组合到单个设备中。NFC是一种在ECMA-340和ISO 18092中标准化的开放平 台技术。NFC设备可以与现有ISO 14443智能卡和读取器以及其他NFC设备进行通信， 从而与已经用于例如公共运输和支付的现有无接触基础设施相兼容。目前，NFC主要针 对移动电话中的使用。NFC设备经由磁场电感彼此进行通信，其中，每个NFC设备包括环形天线。两 个环形天线位于彼此的近场内，有效地形成空心变压器(air-core transformer)。NFC设备 在13.56MHz频带内操作，具有几乎2MHz的带宽。提供两种操作模式主动通信模式在该模式中，从“发起方”向“目标”构建NFC连接。发起 方从而用作主动设备，不断发射电磁载波信号场。目标是非活动的(从能量的观点)， 即，目标不发射无线电场。发起方在数据发送期间(例如，通过开/关键控)通过对其 载波信号进行调制来向目标发送数据。发生从目标向发起方的数据发送在于，目标通过 负载调制对已有电磁载波信号场进行调制。负载调制意味着，目标改变电路的电阻，该 电路包括接收载波信号的接收线圈。电阻的这种改变可以通过添加或移除电阻器或者通 过接收线圈的短路来完成，并且在发起方的发送线圈中引起可检测的压降，这是因为接 收线圈和发送线圈用作经由空心耦合的变压器的主线圈和副线圈。通过电阻的一系列改 变，可以从目标向发起方顺序地发送数据。在这种模式中，目标设备可以从发起方提供 的电磁场汲取其工作功率，因此使得目标设备成为应答器。主动通信模式发起方和目标设备通过交替产生它们自己的调制电磁场来通 信。设备在等待数据时去激活其RF场，两个设备典型地都需要有电源。在这种主动通 信模式中，主导调制过程是曼彻斯特(Manchester)编码和修改的密勒(ModifiedMiller)编码。尽管已经证明NFC是可靠的数据传输系统，但是NFC具有的缺点是可实现的数 据传输速率是有限的(典型地，实现小于500kBd的数据传输速率)。数据传输速率不足的问题通常牵涉到射频识别(RFID)系统，并且阻碍了高度发 展的RFID应用的实现。这种应用的示例是电子护照，其中，将照片、指纹和其他生物数 据存储在RF应答器中，并且必须在可能的最短时间内传送给读取器，以避免移民单位等 处的长队。
尽管能够通过增大带宽来提高数据传输速率，但是该简单方法不是可行的，因 为可用带宽由国际标准严格规定，并且不存在自由频带。至此，解决该僵局的唯一方式 似乎利用更高阶的调制方案，更高阶的调制方案的缺点是其实现方式相当复杂并需要高 技术努力。
发明内容
本发明的目的是提供一种第一段中定义的类型的射频通信设备，以及一种第二 段落中定义的类型的通信方法，其中，避免了上述缺点。为了实现上述目的，根据本发明的射频通信设备包括以下特征一种射频(RF)通信设备，具有数据发送装置和数据接收装置，其中，数据发送 装置包括负载调制装置，所述负载调制装置适于接收由另一 RF通信设备发射的射频载波 信号并且根据要发送的数据通过负载调制对RF载波信号进行调制；数据接收装置包括 RF频率载波信号发生器和负载解调装置，RF频率载波信号发生器适于发射射频载波信 号，负载解调装置连接至射频载波信号的发射路径并且在射频载波信号已经被另一 RF通 信设备负载调制时对射频载波信号进行解调。为了实现上述目的，根据本发明的射频通信方法包括以下特征一种在射频(RF)通信设备之间通信的方法，每个射频(RF)通信设备包括数据 发送模式和数据接收模式，其中，在数据发送模式中，接收另一 RF通信设备所发射的 射频载波信号，并且根据要发送的数据对射频载波信号进行负载调制；在数据接收模式 中，当RF频率载波信号已经被另一 RF通信设备调制时，产生、发射和负载解调RF频率 载波信号。根据本发明，在负载调制模式中双向执行数据发送，即，不仅从目标到发起 方，而且从发起方到目标。为此，在RF通信设备之间的通信会话期间，反复改变主动 角色，即，电磁场的主动发射，以使得用作数据接收机的通信设备发射未调制的载波信 号，用作数据发射机的通信设备执行对所述载波信号的负载调制。从能量的观点，这种 情况正好相反。数据接收通信设备是能量供应器，而数据发送通信设备是能量吸收器。根据本发明的特征提供了以下优点通信设备内用于数据解码的电路比现有技 术电路简单，因此可以被涉及为具有比现有实现方式更小的芯片面积和更低的功耗。此外，根据现有技术，对于高数据传输速率，每个NFC设备需要一个调制器和 一个解调器，分别用于信号的相位调制(发起方发送)和负载调制(目标发送)。然而， 根据本发明，对于负载调制信号，不需要多于一个调制器以及多于一个解调器，从而电 路成本显著降低。在已知的RF通信设备中，如果目标太接近发起方移动，则由于所提供的能量增 加，会发生电路过热或者甚至被损坏的情况。出于该原因，发送功率必须适合于设备之 间的实际距离，这意味着根据该距离必须减小发送功率。如果在不同幅度电平下对信息 进行编码，发送功率的这种限制会涉及信息丢失。由于这样的不同幅度电平同样出现在 相位调制中，因此也会在相位调制中出现所述效应。然而，由于在负载调制期间不发射 电磁场，因此也不需要对发送功率进行限制。因此，根据本发明，不会发生上述信息丢 失。
根据本发明设计RF通信设备，使得数据发送装置和数据接收装置耦合至分离的 天线，实现了以最高数据传输速率操作RF通信设备。备选地，通过将数据发送装置和数据接收装置耦合至公共天线，可以降低RF通 信设备的产品成本和尺寸。在这样的实施例中，优选地，通过开关装置，例如，具有短 切换周期的电子开关，来完成交替地将数据发送装置和数据接收装置耦合至公共天线。通常，当在RF通信设备与另一 RF通信设备之间建立通信会话时，对一些初始 化例程进行处理。由于这些初始化例程是耗时的，因此优选地，一旦已经成功建立通信 会话，就在该通信会话期间完成数据发送和数据接收。通过在所述通信会话期间交替激 活数据发送装置和数据接收装置，可以节省能量。根据下文要描述的示例实施例，本发明的上述方面和其他方面将变得显而易 见，参照这些示例实施例说明本发明的上述方面和其他方面。
以下参照示例实施例更详细描述本发明。然而，本发明不限于这些示例实施 例。图1示出了根据本发明的RF通信系统的第一实施例的示意电路框图。图2示出了根据本发明的RF通信系统的第二实施例的示意电路框图。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的RF通信系统的第一实施例的示意电路框图。该RF通 信系统包括被配置为近场通信(NFC)设备的两个相同的射频(RF)通信设备1、1’。RF 通信设备1、1’具有包括负载调制器3在内的数据发送装置。RF通信设备1、1’还具 有数据接收装置，数据接收装置包括射频载波信号发生器4 (例如，适于产生13，56MHz 正弦信号)和负载解调器5。提供诸如电子开关电路之类的切换装置6，用于将RF载波 信号发生器4和负载解调器5或负载调制器3耦合至天线7，天线7例如被配置为环形天 线。应当注意，切换装置6应理解为逻辑和/或物理切换装置。提供中央处理单元2， 中央处理单元2被配置为控制调制器3、RF载波信号发生器4和切换装置6。在RF通 信系统的当前状态下，下部通信设备1’在数据接收模式下操作，其中，RF载波信号发 生器4耦合至天线7，使得以电磁场信号的形式发射RF载波信号CS1。上部RF通信设备1在数据发送模式下操作，其中，负载调制器3耦合至天线7。 天线7接收RF载波信号CS1，并将该RF载波信号CSl馈送至负载调制器3的输入。负 载调制器3通过周期性地向电路添加电阻器和从电路移除电阻器，来改变接收到的RF载 波信号CS1。由于两个RF通信设备的两个天线7用作具有空心的变压器的主和副线圈， 因此通过上部RF通信设备的负载调制器3对RF载波信号CSl的改变引起该具有空心的 变压器的阻抗变化，或者换言之，引起下部RF通信设备1’的RF载波信号发生器4的 输出处的压降，其中，压降可由负载解调器5检测，所述负载解调器5连接在RF载波信 号发生器4的输出与天线7之间的发射路径4a中。从而，通过下部RF通信设备1’的 负载解调器5，从负载调制后的RF载波信号CSl中导出上部RF通信设备1经由负载调 制所发送的数据，并将该数据转发至中央处理单元2，以进一步处理。
如应理解的，RF通信设备1、1’的数据发送装置(即，负载调制器3)和数据 接收装置(即，RF载波信号发生器4和负载解调器5)共享公共天线7。然而，中央处 理单元2控制切换装置6，使得数据发送装置和数据接收装置交替耦合至公共天线。由于RF通信设备1、1’被配置为NFC设备，因此这两个设备适于提供读取器 和卡功能，并且可以用作读取器和卡。此外，这两个设备可以用作发起方和目标。在实 际实现方式和设置中，读取器被配置为发起方。在图1的示例实施例中，下部RF通信 设备1’被配置为产生RF载波信号CSl的读取器，该RF载波信号CSl为被配置为卡的 RF通信设备1提供电能供应。应当注意，通过上述负载调制由卡(即，上部RF通信设 备1)发起数据通信。当上部RF通信设备1已经发送了所有数据时，改变切换装置6的 状态，使得负载调制器3与天线7去耦合，并且RF载波信号发生器4和负载解调器5耦 合至天线7。在下部RF通信设备1’中，反之亦然，对切换装置7进行切换。从而，上 部RF通信设备1发射RF载波信号，并且下部RF通信设备1’通过对RF载波信号进行 调制来应答。当应答完成时，两个RF通信设备1、1’的切换装置6的状态再次改变， 以交换其他数据。在通信会话期间，有必要频繁改变切换装置6的状态，以完成数据交 换。这种构思的主要优点在于，两个RF通信设备之间的数据传送始终由负载调制来 执行，这显著地降低了数据传输速率的限制。图2示出了 RF通信系统的第二实施例的示意电路框图，其中，第二实施例与第 一实施例的不同之处在于，上部RF通信设备1已经被具有分离的天线8、9的RF通信设 备10替换。天线8耦合至负载调制器3，天线9耦合至RF载波信号发生器4和负载解 调器5。由于通过这种配置接收路径和发送路径彼此分离，因此可以省略其他切换装置。 与第一实施例中类似，中央处理单元2在RF通信设备10在数据接收模式下操作时，控 制RF载波信号发生器4经由天线9发射RF载波信号CS2，并且在RF通信设备10在数 据发送模式下操作时，通过负载调制器3调制经由天线8接收到的RF载波信号CS1。与 本发明第一实施例中相同，RF载波信号CSl由下部RF通信设备1’发射。当两个RF载波信号CS1、CS2具有不同频率使得它们彼此不干扰时，在将所述 设备10从数据接收模式切换至数据发送模式时不需要关闭上部RF通信设备10的RF载 波信号发生器4。相反，该RF载波信号发生器4可以始终开启，使得可以用作下部RF 通信设备1’的能量供应。此外，不需要切换功能。应当注意，术语“上部”和“下部” RF通信设备仅指示附图中相应设备的位 置，而不具有技术意义。此外，本发明不限于两个RF通信设备。还应当注意，上述实施例示意而不是限制本发明，在不背离所附权利要求的范 围的前提下，本领域技术人员能够设计许多备选实施例。在权利要求中，置于括号之间 的附图标记不应视为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中所列那些元件或步 骤以外的元件或步骤的存在。在列举了多个装置的设备权利要求中，这些装置中的多个 可以由同一个硬件来实现。在彼此不同的独立权利要求中引述特定手段并不表示不能有 利地使用这些手段的组合。
权利要求
1.一种射频(RF)通信设备(1、Γ、10)，具有数据发送装置和数据接收装置，其 中，数据发送装置包括负载调制装置(3)，所述负载调制装置(3)适于接收由另一 RF通 信设备(1、1’、10)发射的射频载波信号(CS1、CS2)并且根据要发送的数据通过负载 调制对RF载波信号(CS1、CS2)进行调制；数据接收装置包括RF频率载波信号发生 器(4)和负载解调装置(5)，RF频率载波信号发生器(4)适于发射射频载波信号(CS1、 CS2)，负载解调装置(5)连接至射频载波信号的发射路径(4a)并且在射频载波信号 (CSU CS2)已经被另一 RF通信设备(1、1’、10)负载调制时对射频载波信号(CS1、 CS2)进行解调。
2.根据权利要求1所述的RF通信设备，其中，数据发送装置和数据接收装置耦合至 分离的天线(8、9)。
3.根据权利要求1所述的RF通信设备，其中，数据发送装置和数据接收装置交替耦 合至公共天线(7)。
4.根据权利要求3所述的RF通信设备，包括切换装置(6)，交替将数据发送装置 和数据接收装置耦合至公共天线(7)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的RF通信设备，其中，所述RF通信设备被设 计为建立与另一 RF通信设备的通信会话，并且向所述另一 RF通信设备发送数据和从 所述另一 RF通信设备接收数据。
6.根据权利要求5所述的RF通信设备，其中，所述RF通信设备适于在通信会话期 间交替激活数据发送装置和数据接收装置。
7.—种在射频(RF)通信设备(1、1’、10)之间通信的方法，每个射频(RF)通信设 备(1、1’、10)包括数据发送模式和数据接收模式，其中，在数据发送模式中，接收另 一 RF通信设备(1、1’、10)所发射的射频载波信号(CS1、CS2)，并且根据要发送的数 据对射频载波信号(CS1、CS2)进行负载调制；在数据接收模式中，在RF频率载波信号 (CSU CS2)已经被另一 RF通信设备负载调制时，产生、发射和负载解调RF频率载波信 号(CSU CS2)。
8.根据权利要求7所述的通信方法，其中，RF通信设备包括分离的天线(8、9)， 分别用于接收RF载波信号和发射RF载波信号。
9.根据权利要求7所述的通信方法，其中，在数据发送模式中接收RF载波信号和在 数据接收模式中发射RF载波信号是经由RF通信设备(1、1’、10)的相同天线(7)交替 地完成的。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的通信方法，其中，建立与另一RF通信设备的 通信会话，以向所述另一 RF通信设备发送数据和从所述另一 RF通信设备接收数据。
11.根据权利要求10所述的通信方法，其中，在通信会话期间，交替执行发送数据和 接收数据。
全文摘要
一种射频(RF)通信设备(1、1’、10)，有数据发送装置和数据接收装置。数据发送装置包括负载调制装置(3)，适于接收由另一RF通信设备(1、1’、10)发射的射频载波信号(CS1、CS2)，并且根据要发送的数据，通过负载调制，对RF载波信号(CS1、CS2)进行调制。数据接收装置包括RF频率载波信号发生器(4)，适于发射射频载波信号(CS1、CS2)；以及负载解调装置(5)，连接至射频载波信号的发射路径(4a)，并且在射频载波信号(CS1、CS2)已经被另一RF通信设备(1、1’、10)负载调制时对该射频载波信号进行解调。
文档编号H04B5/02GK102017438SQ200980116133
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月21日 优先权日2008年5月5日
发明者亚历山大·梅尔, 哈拉德·威斯汀, 埃里克·默林 申请人:Nxp股份有限公司