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CN1578176A - 在基站与应答器之间无线数据传输的方法 - Google Patents

在基站与应答器之间无线数据传输的方法 Download PDF

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Abstract

在一个基站及一个－尤其是无源的－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，数据以数据包的形式从基站向应答器传送，该数据包被调制在电磁载波上及包括用于调节一个或多个传输参数的一个首部区段(KA)及至少另一个区段，及数据通过调制及电磁载波的反向散射从应答器向基站传送。根据本发明，在传送首部区段期间，由应答器通过调制及电磁载波的反向散射向基站传送应答器的工作信息，该信息涉及待由应答器接收和/或发送的数据的处理，及基站接收应答器的工作信息及借助该信息对一个或至少一个传输参数进行调节。其应用例如为基于应答器的识别系统及远程传感器。

Description

在基站与应答器之间无线数据传输的方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的、在一个基站及一个-尤其是无源的-应答器之间无线数据传输的方法。在一个或多个基站或读装置与一个或多个应答器之间的这种传输方法例如可应用在无接触的识别系统或所谓的射频识别(RFID)系统中。在应答器上可组合传感器，例如用于温度测量的传感器。这种应答器也被称为远程传感器。
背景技术
应答器或其发送及接收装置通常不设置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无自己的能量供应时被称为无源系统，当它具有一个自己的能量供应时被称为半无源系统。无源的应答器从基站发射的电磁波中取得用于对它自己供电所需的能量。
为了在基站的远场区内用UHF或微波进行数据传输，通常使用所谓的反向散射耦合(Backscatter-或Rückstreu-kopplung)。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根据待向基站传输的数据被调制并反射出来。对此典型的调制方法是幅值调制、相位调制及幅移键控(ASK)副载波调制，其中改变副载波的频率或相位。
在德国老专利申请DE 102 40 347及DE 101 38 217 A1中描述了一种在基站与一个应答器之间无线数据传输的方法，其中待发送的数据包包括一个首部区段、一个带有待传输的有效数据的数据区段及一个尾部区段。待传输的有效数据借助位于数据包的首部区段中的符号被编码及发送。在此情况下一个符号用于一个字符的值的确定或译码。这种符号通常借助首部区段中两个相继的场间隙，即所谓的“陷波”之间的持续时间来表达。这种场间隙在幅值调制的情况下例如通过载波信号的抑制或阻尼来产生或在双边带调制的情况下通过载波信号的相位转换来产生。应答器基于包括在首部区段中的符号或借助分配给符号的持续时间对接收的数据包解码，其方式是应答器为了确定一个字符的值将它的持续时间与符号的持续时间相比较。
通过时间间隔或分配给符号的持续时间的选择可作到：其传输速率在一定范围内适配于传输条件。传输速率的范围此外受到这样的限制，即应答器或在应答器中对此负责的编码/解码单元不再能在时间上分辨属于符号或字符的不同持续时间，即不可再区分。一个较高的时间分辨能力通常伴随着应答器大的电流消耗，因为例如在编码/解码单元中的一个用于确定持续时间的计数器的时钟频率或一个功能相应的模拟的RC-级的充电电流必需增高。因为在基站发射的电磁波的远场区内占优势的是小功率密度，它可用于对应答器供电，随着电流消耗增大可达到的有效距离下降。因此确定编码或解码的参数或编码/解码单元通常在静态被这样地配置，即在以高时间分辨能力及由此引起的、可达到的高的传输速率为一方与较小的电流消耗为另一方两者之间达到充分的妥协。
基于在制造应答器时的过程容差及一个用于数据传输的振荡器的温度依赖性，-尤其是当应答器无外部元件组成时，在其处理待接收和/或待发送的数据的能力上、尤其是对属于符号或字符的持续时间的时间分辨能力上存在较宽的分散性。为了正确对待该事实，当基站不掌握关于待响应的应答器的信息时，基站必需基于所谓“最坏情况”调节传输条件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种开始部分所述类型的数据传输方法，它可在优化功率需求的情况下作到：在相对大的有效距离上超过一个宽的传输速率范围地在基站与应答器之间传输数据，及可用相对小的成本实施以及使传输性能适配于各个待响应的应答器。
本发明将通过提供一种具有权利要求1的特征的方法来解决该问题。
根据本发明，在传送首部区段期间，应答器通过调制及电磁载波的反向散射向基站传送应答器的工作信息，该信息涉及待由应答器接收和/或发送的数据的处理，基站接收应答器的工作信息及借助该信息对至少一个传输参数进行调节。在本发明的意义上，应答器的工作信息应理解为与待由应答器接收和/或发送的数据的处理或处理功效相关的信息。该方法可实现在首部区段中确定的传输性能对被响应的应答器的特定效率的适配，因为在通常的非反馈的控制机制中在首部区段中确定的传输性能与被响应的应答器的特定效率无关地被调节，该控制机制被一种反馈的及由此被调节的机制所代替，在该机制中首部区段或一个或多个传输参数将基于应答器的工作信息来被调节。
在根据权利要求2的方法的进一步构型中，应答器的工作信息涉及应答器的时间分辨能力，尤其是振荡频率或一个模拟的时间测量装置的一个或多个参数。这可实现由基站对应答器有选择地调节与应答器的时间分辨能力相关的传输参数、如传输速率。
在根据权利要求3的方法的进一步构型中，应答器的工作信息是由应答器处理的、被包括在至少另一区段中的字符的最小持续时间。这允许基站根据被响应的应答器的处理效率合乎目的地调节一个或多个传输参数。
在根据权利要求4的方法的进一步构型中，传输参数确定了一个持续时间，该持续时间用于对包括在至少另一区段中的一个字符的位值(Wertigkeit)进行编码和/或解码。这允许基站根据被响应的应答器的处理效率合乎目的地调节包括在另一区段中的一个字符的持续时间及由此调节数据传输速率。
在根据权利要求5的方法的进一步构型中，首部区段包括一个第一符号，它的持续时间由应答器测定，其中应答器根据测定的持续时间来调节编码和/或解码的时间分辨能力，尤其是振荡频率或一个模拟的时间测量装置的一个或多个参数。有利地，当发送首部区段中的第一符号期间，应答器产生一个反向散射信号及基站测定第一符号开始与反向散射信号之间的延时及根据测定的延时调节第一符号的持续时间。这允许由基站对应答器选择地调节振荡频率或一个模拟的时间测量装置的参数，因为基站基于所求得的延时可推断出振荡频率或模拟的时间测量装置的一个基本调节。振荡频率例如与环境温度和/或相应的应答器制造时过程容差很相关。
在根据权利要求7的方法的进一步构型中，首部区段包括至少一个第二符号，它的持续时间确定基站与应答器之间的数据传输速率，当发送第二符号期间，应答器产生另一反向散射信号及基站测定第二符号开始与第二反向散射信号之间的延时及根据测定的延时调节第二符号的持续时间。以此方式，例如可由基站识别振荡频率的转换。根据所检测的延时例如可相应地调节传输速率。
附图说明
在附图中表示出本发明的有利实施形式及在下面加以说明。附图概要地表示：
图1：具有一个首部区段，一个数据区段及尾部区段的数据包的示意图，
图2：一个数据包的首部区段及一个所属的、由一个应答器反向散射的、带有应答器工作信息的信号的一个时间波形图，及
图3：一个数据包的首部区段及一个所属的、由一个应答器反向散射的、带有应答器工作信息的信号的另一时间波形图，其中在传送该首部区段期间其振荡频率改变。
具体实施方式
图1表示一个由一个基站向一个应答器(Transponder)传送的、具有一个首部区段KA的数据包DP的示意图，在首部区段上连接着具有待传送的有效数据的一个数据区段DA及一个尾部区段EA。
图2的上部分表示图1中首部区段KA的时间波形图及图2的下部分表示一个所属的、由应答器反向散射的、带有应答器工作信息的信号的时间波形图。在Y轴上记录相应的信号强度S，由应答器接收到的信号在信号强度n1及n0之间交替改变，及由应答器反向散射的信号在信号强度r1及r0之间交替改变。在所示的首部区段KA中包括用于调节传输参数的三个符号ZA，0*及EOT*。对此也可参考本申请人同时申请的、代理人案号为P 42673 DE的专利申请，它的内容将全部结合于此作为本申请的参考。符号ZA，0*及EOT*将由基站BS发射的载波信号的彼此相继的场间隙(Feldlücken)或所谓的“陷波”(“notches”)来产生，它们在图2中被表示为短脉冲。第一符号ZA具有持续时间t1，第二符号0*具有持续时间t2及第三符号EOT*具有持续时间t3，其中持续时间t1至t3由应答器中的时间检测单元来求得。当该时间检测单元作为数字计数器电路实现时，则将属于持续时间t1至t3的每个计数器值存储到一个相关的存储器中。当该时间检测单元作为RC电路实施时，相应地将所达到的电压值存储在一个模拟的存储器中。
第一符号ZA或其持续时间t1用于调节应答器中计数器电路的时钟频率即采样频率或RC电路的充电电流。符号0*或其所属的持续时间t2用于二进位字符“0”或“1”的编码及解码，由这些二进位字符组成待传输的有效数据，这些有效数据被包括在数据包另一区段、即所谓数据区段中。符号EOT*用于标志一个数据包的结束及在数据包的尾部区段中被传输，对此可使用任意的由t3导出的信号形式。数据区段中其持续时间小于属于符号0*的持续时间t2的二进位字符在应答器TR中被译成“0”。其持续时间大于t2及小于属于符号EOT*的持续时间t3的字符被译成“1”。如果在两个彼此相继的场间隙之间的时间间隔大于t3，则被应答器TR识别为一个数据包的结束。
在相对第一场间隙的上升边沿的持续时间t4后，应答器更换由它反向散射的信号的调制状态。持续时间t4与应答器的计数器电路的振荡频率或RC电路的充电电流相关。该振荡频率或充电电流又与应答器温度和/或应答器的制造容差极其相关。因此基站通过持续时间t4得到应答器工作的信息，这些信息涉及待由应答器接收和/或发送的数据的处理，因为持续时间t4反映了待由应答器接收和/或发送的数据的时间分辨能力。该时间分辨能力直接确定了可达到的数据传输速率，因为在高的时间分辨能力的情况下可使用短的字符时间及不同字符之间的短时间差值。
基站对持续时间t4求值及借助它调节符号ZA的持续时间t1。在时间t1上应答器更换反向散射信号的调制状态及借助t1相应地调节其振荡频率或充电电流，其中该振荡频率或充电电流在图2中保持未改变。在持续时间t5后应答器重新更换其调制状态。持续时间t5对基站指示：在发送了第一符号ZA后应答器使用怎样的时间分辨率或怎样的时基继续运行。根据持续时间t5，基站将调节属于符号0*的持续时间t2，通过该持续时间t2确定数据传输速率。
图3上部分表示一个首部区段KA的另一波形图及图3的下部分表示一个所属的、由一个应答器反向散射的信号，其中应答器在传送首部区段期间改变其振荡频率。应答器对属于符号ZA’的持续时间t1’求值及由此提高它的振荡频率或充电电流。这从以下可很好地看到：第二场间隙的上升边沿与反向散射信号的调制改变时刻之间的持续时间t5’与图2中的持续时间t5相比减小了。基站借助该信息识别出应答器中的采样频率的增高及相应地将属于符号0*的持续时间t2’调小，由此提高数据传输速率。
如图示及描述的实施例清楚地阐明的，根据本发明的方法可实现在首部区段发送开始时就对应答器有选择地进行传输参数的调节，例如传输速率的调节。因此可考虑到环境条件如温度及应答器制造时的过程的不精确性。不再需要在最坏条件下的限制传输功率。

Claims (7)

1.在一个基站与一个-尤其是无源的-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，
-数据以数据包(DP)的形式从基站向应答器传送，这些数据包被调制在电磁载波上及包括用于调节一个或多个传输参数的一个首部区段(KA)及至少另一个区段(DA，EA)，及
-数据通过调制及电磁载波的反向散射从应答器向基站传送，
其特征在于：
-在传送该首部区段(KA)期间，由应答器通过调制及电磁载波的反向散射向基站传送应答器的工作信息，这些信息涉及待由应答器接收和/或发送的数据的处理，及
-由该基站接收应答器的工作信息及借助这些信息对所述一个或至少一个传输参数进行调节。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：应答器的这些工作信息涉及应答器的时间分辨能力，尤其是振荡频率或一个模拟的时间测量装置的参数。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：应答器的这些工作信息表示由应答器处理被包括在所述至少另一区段(DA)中的字符的一个最小持续时间。
4.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：该传输参数或这些传输参数之一确定了一个持续时间(t2，t2’)，该持续时间用于对被包括在所述至少另一区段(DA)中的一个字符的位值进行编码和/或解码。
5.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：该首部区段(KA)包括一个第一符号(ZA，ZA’)，它的持续时间(t1，t1’)由应答器测定，其中应答器根据测定的持续时间(t1，t1’)来调节该编码和/或解码的时间分辨力，尤其是振荡频率或一个模拟的时间测量装置的参数。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于：当发送首部区段(KA)中的第一符号(ZA，ZA’)期间，应答器产生一个反向散射信号及基站测定该第一符号开始与反向散射信号之间的延时(t4，t4’)及根据测定的延时(t4，t4’)调节该第一符号(ZA，ZA’)的持续时间(t1，t1’)。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于：该首部区段(KA)包括至少一个第二符号(0*，0*’)，它的持续时间(t2，t2’)确定基站与应答器之间的数据传输速率，当发送该第二符号(0*，0*’)期间，应答器产生另一反向散射信号及基站测定该第二符号开始与该第二反向散射信号之间的延时(t5，t5’)及根据测定的延时(t5，t5’)调节该第二符号(0*，0*’)的持续时间(t2，t2’)。
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