CN1578177A - 在基站与应答器之间无线传输数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在一个基站(BS)及一个－尤其是无源的－应答器(TR)之间无线数据传输的方法，其中待传输的数据包(DP)被调制在电磁载波上，及数据包(DP)包括一个具有至少一个符号的首部区段及至少另一个区段。根据本发明，在应答器(TR)中测定首部区段中至少一个符号的持续时间及根据测定的持续时间对一个确定编码和/或解码的工作方式的参数(f，I)进行调节。其应用例如为基于应答器的识别***及远程传感器。

Description

在基站与应答器之间无线传输数据的方法
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***或所谓的射频识别(RFID)***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***当它无自己的能量供应时被称为无源***，当它具有自己的能源时被称为半无源***。无源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被反射出来。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传输。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。
在从应答器向基站传输数据时，在一些情况中考虑：每个待传送的字符或位与一个由基站预给定的时钟同步地传送，其中在时间间隔开始时的调制状态是固定的或已知的，及在配置给首部区段中字符的符号的持续时间后进行调制状态的更换。通常该数据传输与此不同地异步地进行。
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耗电量，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。
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定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。
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，在应答器中测定首部区段中至少一个符号的持续时间及根据测定的持续时间对一个确定编码和/或解码的工作方式的参数进行调节。借助该措施可实现应答器的编码或解码对不同传输条件的动态适配。例如在基站与应答器之间的大距离上可通过首部区段中一个符号的持续时间的适当选择来这样调节确定编码和/或解码的工作方式的参数，以使得由编码/解码单元引起的电损耗减小，由此可实现大的传输距离范围。当相反地可在应答器中提供足够功率时，该参数及由此编码/解码单元可这样被调节，以致可达到高的数据传输速率。因此与其中编码或解码以恒定调整值实施的方法相比，数据传输速率范围明显地提高。
在根据权利要求2的方法的一个进一步构型中，该参数确定了编码和/或解码的时间分辨率。通过这种时间分辨率的适配可实现应答器电流消耗的有效控制。也可以通过参数来确定应答器的频率和/或幅值分辨率或在不同编码或解码方法之间转换。
在根据权利要求3的方法的一个进一步构型中，该参数是一个RC电路的充电电流，该RC电路用于测定符号的持续时间。由此例如可在一个确定的符号的持续期间通过该RC电路的一个电阻用确定的充电电流对该RC电路的一个电容充电及将达到的电压值存储在一个存储器电路中。
在根据权利要求4的方法的一个进一步构型中，该参数是一个计数器电路的时钟频率，该计数器电路用于测定符号的持续时间。根据首部区段中一个符号的持续时间来控制计数器的时钟频率可保证：一方面，计数器的时钟频率被这样地调节，使得其时间分辨率足够用于所有字符的可靠编码或解码；及另一方面，时钟频率如此地减小，以致应答器的电流消耗相对数据传输速率来说为最小值。
在根据权利要求5的方法的一个进一步构型中，根据首部区段中第一符号的测定的持续时间来调节该参数。这使参数调节可简单实现，因为对于第一符号可规定为具有例如最大或最小长度的一个符号，由此将保证，不会引起下个符号在解码时高于或低于测量值。
在根据权利要求6的方法的一个进一步构型中，在接收第一数据包前将充电电流取一个预定的最小值，在接收第一数据包时，当RC电路的属于该符号的测定的持续时间的电压值小于或等于一个可调节的极限值的情况下，增高该最小值；及当属于该符号的持续时间的电压值大于该可调节的极限值的情况下，保持该最小值。
在根据权利要求7的方法的一个进一步构型中，在接收第一数据包前将时钟频率取一个预定的最小值，在接收第一数据包时，当计数器电路的属于该符号的测定的持续时间的计数器值小于或等于一个可调节的极限值的情况下，增高该最小值；及当属于该符号的持续时间的计数器值大于该可调节的极限值的情况下，保持该最小值。以此方式，类似于权利要求6地可保证：当应答器在基站远场区中时很小的能量可用于应答器的供电时，应答器可以最小的时钟频率或最小的充电电流即最小的电流消耗工作。当计数器值小于可调节的极限值时，时钟频率将不能满足可靠的编码或解码及将提高时钟频率。当可提供足够的供电功率以保证由此引起的电流消耗的增高时，数据传输速率可相应地提高。如果在此情况下电流消耗太高，例如可进行应答器的复位，由此使它不再参与数据传输。因为在此数据传输基本上以小电流消耗开始，基站可以响应离它很远的应答器。基站可借助符号的持续时间来控制：应答器在其远场区中是否以小的数据传输速率参与通信。
在根据权利要求8的方法的一个进一步构型中，至少另一个区段是数据区段，它的数据借助首部区段的至少另一符号被编码及发送。
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：
附图说明
图1：具有一个基站及一个应答器的RFID***的概要框图，
图2：具有一个首部区段，一个数据区段及尾部区段的数据包的概示图，及
图3：图2中首部区段的概示图。
具体实施方式
图1表示具有一个基站BS及一个无源的应答器TR的RFID***的概要框图。在基站BS与应答器TR之间将无线地双向传输数据包DP。基站BS发射电磁载波，为了从应答器TR向基站BS传输数据，该电磁载波根据待向基站BS传输的数据包DP被调制并反射出来。应答器TR从基站BS所发射的电磁场中取得用于其供电所需的功率P。
该应答器TR除未示出的其它电路部分外还包括一个调制/解调单元MD，它例如可包括：一个用于信号恢复的接收信号强度指示(RSSI)电路，一个与该电路耦合的编码/解码单元KD及一个与该编码/解码单元KD耦合的控制单元ST。在应答器TR中接收的输入信号在调制/解调单元MD中被解调及待发送的信号相应地被调制。数据包DP的编码或解码在编码/解码单元KD中进行。为此该单元包括一个时间检测单元ZE，用于求得调制状态的时间间隔或场间隙的时间间隔，它可被构成为一个数字的计数器电路DZS或变换地为一个模拟的RC电路RCS。
控制单元ST主要用于控制编码/解码单元KD及包括一个存储器SP，该存储器用于存储在时间检测单元ZE中求得的值及参考值。当时间检测单元ZE以数字的计数器电路DZS实现时，则通过控制单元ST提供计数器电路DZS的时钟频率f。当时间检测单元ZE构成为RC电路RCS时，则通过控制单元ST预给定充电电流I。在此情况下，时钟频率f或充电电流I是确定编码或解码工作方式的参数，因为它将确定时间检测单元ZE的时间分辨能力。
图2表示由基站向应答器传送的、在图1中调制/解调单元MD输出端上的具有一个首部区段KA的数据包DP的概要示图，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中的首部区段KA被详细地表示在图3中。在所示的首部区段KA中包括三个符号ZA，0*及EOT*。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3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由图1中的时间检测单元ZE来求得。当该时间检测单元作为数字的计数器电路DZS实施时，则将属于持续时间t1至t3的每个计数器值存储到控制单元ST的存储器SP中。当该时间检测单元ZE作为RC电路RCS实施时，相应地将所达到的电压值存储到存储器SP中。
时间检测单元ZE的时钟频率f或充电电流I在应答器TR启动后由控制单元ST用一个最小值初始化，由此产生应答器TR的最小电流消耗。这即使在基站BS的远场区中也可作到应答器TR的启动。
当接收到第一个由基站BS发送的数据包DP时，即第一符号ZA的持续时间t1被测定后，在应答器中根据测定的持续时间t1来调节计数器电路DZS的时钟频率f或RC电路RCS的充电电流I。为此将属于持续时间t1的计数器值或电压值在控制单元ST中与一个存储在其存储器SP中的参考值相比较。当计数器值或电压值小于存储的参考值时，控制单元ST将提高时钟频率f或充电电流I。否则不进行改变。该提高可以是单级的或多级地进行，例如正比于测定值与存储值之间的差。通过时钟频率f或充电电流I的提高，该应答器TR可用较高的数据传输速率工作，因为在该工作方式中时间检测单元ZE还可在时间上将属于ZA，0*及EOT*的持续时间t1，t2，t3相互区分，尽管由于较高的数据传输速率，持续时间t1，t2，t3之间的区别变小。因此借助时钟频率f或充电电流I的动态转换可实现较大的传输速率范围，其中同时通过应答器TR省电的启动可实现大的传输有效距离。
为了传输数据区段DA中的有效数据，基站产生彼此相继的场间隙，它们的时间间隔相应于待传输的字符。应答器或它的时间检测单元ZE用基于t1调节的时间分辨率测量该场间隙的间隔及将测量的时间与符号0*及EOT*的时间t2及t3比较。符号0*或它所属的持续时间t2在这里用于二进制字符“0”或“1”的编码或解码，由该二进制字符构成数据区段DA中待传输的有效数据。符号EOT*用于标志一个数据包DP的结束及在数据包DP的尾部区段EA中传送，对此可使用任意的由t3导出的信号形式。在数据区段DA中的二进制字符，其持续时间小于属于符号0*的持续时间t2时，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。
可变换地，对符号ZA仅附加地传送另一符号0*或EOT*及另一持续时间通过预先已知的、相对该持续时间的分配比例在应答器中计算。
从应答器向基站的数据传输也可用基于时间t1调节的时间分辨率，例如根据德国专利申请102 40 347中所述的方法进行。
在所示的实施例中确定解码的参数是编码或解码的时间分辨率，但也可变换地根据字符描述的信息进一步调节确定编码和/或解码的工作方式的参数，例如转换不同编码方案之间的编码方式。

Claims (8)

1.在一个基站(BS)与一个-尤其是无源的-应答器(TR)之间无线数据传输的方法，其中
-待传输的数据包(DP)被调制在电磁载波上，及
-该数据包(DP)包括一个具有至少一个符号(ZA，0*，EOT*)的首部区段(KA)及至少另一个区段(DA)，
其特征在于：
-在应答器(TR)中测定首部区段(KA)中至少一个符号(ZA)的持续时间(t1)，及
-根据测定的持续时间(t1)对一个确定编码和/或解码的工作方式的参数(f，I)进行调节。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：该参数(f，I)确定了该编码和/或解码的时间分辨率。
3.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：该参数是一个RC电路(RCS)的充电电流(I)，该RC电路用于测定该一个或多个符号(ZA，0*，EOT*)的持续时间(t1，t2，t3)。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：该参数是一个计数器电路(DZS)的时钟频率(f)，该计数器电路用于测定该一个或多个符号(ZA，0*，EOT*)的持续时间(t1，t2，t3)。
5.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：根据首部区段(KA)中第一符号(ZA)的该测定的持续时间(t1)来调节该参数(f，I)。
6.根据权利要求3或5的方法，其特征在于：在接收一个第一数据包(DP)前充电电流(I)取一个可预定的最小值，在接收该第一数据包(DP)时，当RC电路(RCS)的一个属于该符号(ZA)的测定的持续时间(t1)的电压值小于或等于一个可调节的极限值的情况下，增高该最小值；及当属于符号(ZA)的持续时间(t1)的电压值大于该可调节的极限值的情况下，保持该最小值。
7.根据权利要求4或5的方法，其特征在于：在接收一个第一数据包(DP)前将该时钟频率(f)取一个可预定的最小值，在接收该第一数据包(DP)时，当计数器电路(DZS)的属于该符号(ZA)的测定的持续时间(t1)的计数器值小于或等于一个可调节的极限值的情况下，增高该最小值；及当属于该符号(ZA)的持续时间(t1)的计数器值大于该可调节的极限值的情况下，保持该最小值。
8.根据以上权利要求中一项的方法，其特征在于：该至少另一个区段是数据区段(DA)，它的数据借助首部区段(KA)的至少另一符号(0*，EOT*)被编码及传输。
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