专利名称：用于无线数据传输的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在一个基站和一个或多个应答器之间进行无线数据传输方法及所属的装置，其中该基站以一个调制信号调制一个载波信号，以便产生同步标记，并发送该被调制的载波信号，其中该被调制的载波信号的频率可在不同的频率值之间转换。
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)系统中。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量供应时被称为半无源系统。无源应答器从由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借助一个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，在该副载波调制中副载波的频率或相位被改变。
当在基站和应答器同步地进行数据传输时，由基站产生同步标记或者符号界限标记，它们也被称为“凹口标记(Notch)”。在此，应答器与由基站所产生并发送的同步标记同步地改变被反向散射的信号。此外，这些同步标记可被用于由基站向应答器的数据传输。一个由基站传输的符号的位值(Wertigkeit)在此例如通过每两个彼此相继的同步标记之间的时间间隔或者持续来确定。如果该持续时间例如在一个可调节的阈值之上时，该符号的值为“1”，否则为“O”。
已经公知了用于产生同步标记的不同方法。这种情况下，电磁载波及载波信号一般通过基站用一个调制信号进行幅度调制和/或相位调制。通常，应答器中的分界标记借助一个所谓的接收信号长度指示器(RSSI)电路来检测。
一种基于幅度调制的方法是所谓的开关键控(OOK)，在该方法中，调制信号在一定调制持续时间期间完全抑制或消隐载波信号。但是，被调制的信号具有比较而言宽带的频谱。在从载波中获得其供能所需能量的无源系统中，在调制持续时间期间能量供给也被完全抑制，因此，可达到的有效距离也相应减小。但是，不能任意减小在其期间载波信号被消隐的调制持续时间，因为由此增大了所需的带宽。
为了增大传输有效距离，已公知了在调制持续时间期间载波信号不完全消隐的方法，即它们具有一个小于1的调制指数。但这会导致传输可靠性的降低，因为分界标记不再像完全消隐的时候那样能够被可靠地识别出来。
为了减小所需要的带宽，在调制持续时间期间调制信号可具有一个正弦的曲线，即载波信号不再以一个所谓的矩形函数被消隐，而是以正弦形式紧接着又被连接。
幅度调制的一种形式是所谓的具有被抑止的载波的双边带调制(DSBM)。在被调制了信号的所得到的频谱中，载波信号的频率被抑止。
在FI 20011943中记载了一种方法，在其中借助一个余弦形调制信号来产生同步标记。该载波信号的调制借助一个IQ调制器来进行，其中调制信号在被施加在IQ调制器的I输入端，并且其Q输入端保持稳定。
由于在RFID系统周围的也进行无线通信的仪器，可能会引起在基站和应答器之间的数据传输中的干扰。为了将这种干扰的影响减小，载波信号或被调制的载波信号的频率可以在不同的频率值之间转换或变换，由此例如可减小特定的干扰频率的影响。有时候，频率变换也通过相应的标准来规定。
因为对于一个时刻只允许以一个频率发送，因此在频率变换情况下载波信号在该转换之前被短时地抑制。这种抑制引起应答器的RSSI电路检测到一个可以被译为一个电报或协议的组成部分的同步标记。
这里可能有不同的情形。当进行一个电报之外的频率变换时，由该频率变换引起的同步标记被译为一个电报的开始。因为由于缺少电报，另外的同步标记不再被接收，应答器的接收单元在一个最大时间期满之后被复位到一个基本状态，因为否则就会发生通信阻塞。但是这减小了可能的数据吞吐量。
一个另外的可能性在于，频率变换在一个电报或协议之内进行。在此，当一个第一频率的载波信号被渐隐(ausgeblendet)及一个第二频率的载波信号被渐入(eingeblendet)时，由于在一个过渡阶段中的这些载波信号的不同的相位，可能导致破坏性的、在应答器中被错误地识别为同步标记的干扰。这产生一个错误的电报，由于安全层的存在这可被检测到。当识别出一个有错的电报时，根据一个协议约定进行一个错误处理。通常进行一个再同步，即该电报被重复。
在2002年1月的ISO WD 18000-6 Mode 1中记载了一种方法，其中频率变换也可在一个电报之内、但是是在预给定的预留的符号组(Felder)中进行。但是，这里频率变换也要求一个再同步。
在WO 97/07413中记载了一种频率跃变方法，它运用一种可转换的合成器来进行载波频率的转换。但是，这里产生了在毫秒范围中的转换时间，其中在转换时间期间没有载波信号被发送。因为在这些时间期间无源应答器没有来自电磁场的能量供给，在该应答器中必须有相应的能量缓存，并且传输有效距离减小。
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及电路装置，它们使得载波信号频率的省时的转换成为可能，而不是一定地必须再同步或电报的重复。
根据本发明，提出了用于在一个基站与一个或多个特别是无源的、和/或基于反向散射的应答器之间进行无线数据传输的方法，该基站以一个调制信号调制一个载波信号，以产生同步标记，并且该基站发送该被调制的载波信号，其中该被调制的载波信号的频率可在不同的频率值之间转换，其中，该被调制的载波信号的频率在这些同步标记的区域中被转换。
根据本发明，还提出了用于在一个基站与一个或多个特别是无源的、和/或基于反向散射的应答器之间进行无线数据传输的装置，特别是用于实施上述的方法的装置，它具有一个第一振荡电路，用于产生具有第一频率的载波信号；一个第二振荡电路，用于产生具有第二频率的载波信号；一个复用器单元，它被施加该第一频率的载波信号和第二频率的载波信号，并且它根据一个控制信号或者将该第一频率的载波信号或者将该第二频率的载波信号施加到一个输出端；一个用于产生调制信号的调制信号发生单元，该调制信号用于产生同步标记；一个调制器单元、尤其是一个IQ-混合器，用于将位于复用器单元的输出端的信号以该调制信号进行调制，其中还具有一个控制单元，该控制单元这样产生该控制信号，即该复用器单元在该同步标记的范围尤其是在调制信号的过零的范围中进行转换。
本发明通过提供具有上述特征的方法以及电路装置来解决该任务。
在根据本发明的上述方法以及根据本发明的上述装置中被调制的载波信号的频率在同步标记的区域中被转换。这满足了条件在一个时刻只允许以一个频率被发送，因为在这些同步标记的区域中、即在转换时刻，该载波信号至少大致上被抑制。此外，没有附加的同步标记由于该频率变换而出现，即一个在其期间进行频率变换的电报不会通过该频率变换被干扰。这使得可能的数据吞吐量增加。
在根据本发明的一个进一步构型中，被调制的载波信号的频率在调制信号的一个过零的区域中被转换。
在根据本发明的又一个进一步构型中，该调制是幅度调制。该幅度调制使得具有高的干扰可靠性的健壮(robuste)的数据通信成为可能，其中在应答器中的解调可以在电路技术上简单地实现。
在根据本发明的又一个进一步构型中，该调制信号是一个正弦形信号。所得的、被调制的信号因此具有有利的、比较而言窄带的频谱。
在根据本发明的又进一步构型中，该调制信号用于具有被抑制载波的双边带调制。在这种调制中，载波信号的频率在被调制的信号的频谱中被抑制，由此可以更好地利用可供使用的频谱。
在根据本发明的又一个进一步构型中，借助一个随机发生器(Zufallsgenerators)来确定频率的彼此相继的转换过程之间的时间持续。这减小了例如干扰的概率或不同RFID系统内的干扰的概率。
在根据本发明的又一个进一步构型中，产生一个具有第一频率的第一载波信号，同时产生一个具有第二频率的第二载波信号，而且或者第一频率的载波信号或者第二频率的载波信号以调制信号被调制，这样被调制的载波信号被发送。这些不同频率的载波信号的同时产生使得不同频率值之间的快速转换成为可能，因为振荡器的起振时间不会影响转换速度。
在根据本发明的变换方案，产生具有第一频率的第一载波信号并将它用调制信号调制，在此形成一个第一被调制载波信号，同时产生一个具有第二频率的第二载波信号并将它用调制信号调制，在此形成一个第二被调制载波信号，并且或者该第一被调制载波信号或者该第二被调制载波信号被发送。这也使得在不同频率值之间的快速转换成为可能。
根据本发明的装置包括一个控制单元，它这样地产生控制信号，即在同步标记的区域中、特别是在调制信号的过零(Nulldurchgangs)的区域中进行复用器单元的转换。
根据本发明的装置的一个进一步构型中，该第一和/或第二振荡回路是一个压控振荡器(VCO)。这样的组件使得可调节的载波频率的可靠的产生成为可能。
根据本发明的装置的又一个进一步构型中，该控制单元是一个微控制器或者一个随机发生器。
本发明的有利的实施形式在附图中示出，并在下面被描述。这里概要示出了图1一个集成在基站中用于无线数据传输的装置的电路框图，图2一个基站的、用于带被抑制的载波的双边带调制的调制信号的曲线图以及一个所得到的、在应答器的RSSI电路中产生的同步标记信号。
具体实施例方式
图1示出了一个集成在基站中用于无线数据传输的装置的电路框图，它具有一个微控制器MC形式的控制单元，一个作为VCO被构成的、用于产生一个具有第一频率的载波信号TS1第一振荡回路OSZ1，一个，一个作为VCO被构成的、用于产生一个具有第二频率的载波信号TS2第二振荡回路OSZ2，一个复用器单元MUX，一个IQ-混合器或IQ-调制器IQM形式的调制器单元，一个功率放大器PA和一个天线AT。
在一个数据传输期间或者一个电报期间，微控制器MC产生一个图2中所示、余弦形的调制信号MS，该调制信号用于产生基于带被抑制的载波的双边带调制的同步标记。该调制信号也可变换地由一个被分离的、专为此而设置的单元产生，比如由一个函数发生器产生。此外，微控制器MC还产生用于控制振荡回路OSZ1和OSZ2的、这些振荡回路据此调节其输出频率的控制信号SS1和SS2以及用于控制复用器单元MUX的控制信号SS3。
复用器单元MUX被施加该载波信号TS1及载波信号TS2。由控制信号SS3决定载波信号TS1或载波信号TS2的哪个位于复用器单元MUX的输出端A1。
位于输出端A1的载波信号TS1或载波信号TS2被施加在IQ混合器IQM的一个载波信号输入端E1。该调制信号MS被施加在IQ混合器IQM的E1输入端。该IQ混合器IQM的Q输入端与参考电位连接。IQ混合器IQM的连接起到这样的作用在调制信号改变的时候在相位图中，仅仅是被调制的信号的I分量改变。位于IQ混合器IQM的输出端A2的、被调制了的信号MTS被输送到一个功率放大器PA中，必要时被输送到一个未被示出的滤波器中，并通过天线AT被发射、即被发送。
图2示出了图1中的、用于带被抑制的载波的双边带调制的调制信号MS的曲线图以及一个所得到的、在一个未被示出的无源应答器的RSSI电路中所产生的同步标号信号SS的曲线图。在图2的上半部分所示的余弦形的调制信号MS在由+1向-1或由-1向+1的过渡时，将被调制的载波信号MTS的相位改变180°。
在图2的下半部分中示出了在接收到以上面所示的调制信号MS调制的载波信号MTS时，所得到的、在应答器中的同步标记信号SS。在该相位过渡的区域中，该被调制的载波信号MTS的功率下降或者短时为零，这通过应答器的RSSI电路被检测到。在该被调制的载波信号MTS的相位过渡区域中形成具有同步标记SM的同步标记信号SS的一个矩形的波形。
由基站所发送并调制的载波信号MTS的频率在不同的频率值之间在某些时间间隔中被转换。频率的两个彼此相继的切换过程之间的持续时间借助一个随机发生器来确定，该随机发生器被实现为在微控制器MC中的软件过程。在此，可实现两个或者多于两个的不同的频率值之间的切换。为了产生多于两个的不同的频率值，目前没有被发送的载波信号的控制信号SS1或者SS2由微控制器MC这样调节，即产生所希望的频率。
频率变换或者频率的转换通过适合地选择控制信号SS3的电平来实现。根据控制信号SS3的电平在复用器单元MUX的输出端A1出现或者载波信号TS1或者载波信号TS2并由此也施加在IQ调制器IQM的载波信号输入端E1。
该被调制的信号MTS的频率通过微控制器MC在图2所示的这些同步标记SM的区域中被切换。为此，控制信号SS3被这样调节，即在所希望的时刻上在IQ调制器IQM的载波信号输入端E1上进行载波信号TS1和TS2之间的切换。因为在调制信号MS的一个过零的区域中形成同步标记SM，因为那里基站的发送功率下降或者回到零，所以可以例如在一个相对过零点对称的、从1us至10ms持续的区域内进行切换。在此，该区域的持续时间主要取决于所选择的传输速率。
由于在同步标记SM的区域中或在调制信号MS的过零的区域中的频率切换，在一个时刻仅以一个频率发送。此外，没有附加的同步标记SM由于该频率的变换形成，因为在该时刻已经产生了一个同步标记SM。因此，在其期间进行频率变换的电报不会通过频率变换被干扰。这提高了可能的数据吞吐量。
权利要求
1.用于在一个基站与一个或多个特别是无源的、和/或基于反向散射的应答器之间进行无线数据传输的方法，其中-该基站以一个调制信号(MS)调制一个载波信号(TS1，TS2)，以产生同步标记(SM)，并且该基站发送该被调制的载波信号(MTS)，其中该被调制的载波信号(MTS)的频率可在不同的频率值之间转换，其特征在于，-该被调制的载波信号(MTS)的频率在这些同步标记(SM)的区域中被转换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该被调制的载波信号(MTS)的频率在该调制信号(MS)的一个过零的区域中被转换。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该调制是幅度调制。
4.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，该调制信号(MS)是一个余弦形的信号。
5.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，该调制信号(MS)用于带被抑制的载波的双边带调制。
6.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，该频率的彼此相继的转换过程之间的时间持续借助于一个随机发生器来确定。
7.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，-产生一个具有一个第一频率的第一载波信号(TS1)，-同时产生一个具有一个第二频率的第二载波信号(TS2)，并且-或者将该第一频率的第一载波信号(TS1)或者将该第二频率的第二载波信号(TS2)以该调制信号(MS)调制并将被这样调制了的载波信号(MTS)发送。
8.根据权利要求1至6中一项所述的方法，其特征在于，-产生一个具有一个第一频率的第一载波信号并且将它以该调制信号调制，在此形成一个第一被调制载波信号，-同时产生一个具有一个第二频率的第二载波信号并且将它以该调制信号调制，在此形成一个第二被调制载波信号，及-或者该第一被调制载波信号或者该第二被调制载波信号被发送。
9.用于在一个基站与一个或多个特别是无源的、和/或基于反向散射的应答器之间进行无线数据传输的装置，特别是用于实施根据权利要求1至7中一项的方法的装置，它具有-一个第一振荡电路(OSZ1)，用于产生一个具有一个第一频率的载波信号(TS1)，-一个第二振荡电路(OSZ2)，用于产生一个具有一个第二频率的载波信号(TS2)，-一个复用器单元(MUX)，它被施加该第一频率的载波信号(TS1)和该第二频率的载波信号(TS2)，并且它根据一个控制信号(SS3)或者将该第一频率的载波信号(TS1)或者将该第二频率的载波信号(TS2)施加到一个输出端(A1)，-一个用于产生调制信号(MS)的调制信号发生单元(MC)，该调制信号(MS)用于产生同步标记(SM)，-一个调制器单元、尤其是一个IQ-混合器，用于将位于该复用器单元的该输出端的信号(TS1，TS2)以该调制信号(MS)进行调制，其特征在于，-具有一个控制单元(MC)，该控制单元(MC)这样产生该控制信号(SS3)，即该复用器单元(MUX)在这些同步标记(SM)的区域中尤其是在该调制信号的过零的区域中进行转换。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该第一振荡电路(OSZ1)和/或该第二振荡电路(OSZ2)是一个VCO。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，该控制单元是一个微控制器(MC)或者一个随机发生器。
全文摘要
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、和/或基于反向散射的应答器之间进行无线数据传输的方法，其中该基站以一个调制信号(MS)调制一个载波信号(TS1，TS2)，以便产生同步标记(SM)，并发送该被调制的载波信号(MTS)，其中该被调制的载波信号(MTS)的频率可在不同的频率值之间转换，以及一个无线数据传输的电路装置。根据本发明，该被调制的载波信号(MTS)的频率在同步标记(SM)的区域中被转换。还涉及例如在RFID系统中的应用。
文档编号H04B1/713GK1684091SQ20051006523
公开日2005年10月19日 申请日期2005年4月14日 优先权日2004年4月14日
发明者乌尔里希·弗里德里希 申请人:Atmel德国有限公司