專利名稱：在基站與應答器之間無線傳輸數據的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據權利要求1前序部分的、在一個基站及一個-尤其是無源的-應答器之間無線數據傳輸的方法。在一個或多個基站或讀裝置與一個或多個應答器之間的這種傳輸方法例如可應用在無接觸的識別系統(tǒng)或所謂的射頻識別(RFID)系統(tǒng)中。在應答器上可組合傳感器，例如用于溫度測量的傳感器。這種應答器也被稱為遠程傳感器。
背景技術：
應答器或其發(fā)送及接收裝置通常不設置有源的發(fā)送器來用于對基站的數據傳輸。這種非有源的系統(tǒng)當它無自己的能量供應時被稱為無源系統(tǒng)，當它具有自己的能源時被稱為半無源系統(tǒng)。無源應答器從基站發(fā)射的電磁波中取得用于對它自己供電所需的能量。
為了在基站的遠場區(qū)內用UHF或微波進行數據傳輸，通常使用所謂的反向散射耦合(Backscatter-或Rückstreu-kopplung)。為此由基站發(fā)射電磁載波，該載波通過應答器的發(fā)送及接收裝置借助一個調制方法根據待向基站傳輸的數據被調制并被反射出來。對此典型的調制方法是幅值調制，相位調制及幅移鍵控(ASK)副載波調制，其中改變副載波的頻率或相位。
在德國老專利申請DE 102 40 347及DE 101 38 217 A1中描述了一種在基站與一個應答器之間無線數據傳輸的方法，其中待發(fā)送的數據包包括一個首部區(qū)段、一個帶有待傳輸的有效數據的數據區(qū)段及一個尾部區(qū)段。待傳輸的有效數據借助位于數據包的首部區(qū)段中的符號被編碼及傳輸。在此情況下一個符號用于一個字符的值的確定或譯碼。這種符號通常借助首部區(qū)段中兩個相繼的場間隙、即所謂的“陷波”之間的持續(xù)時間來表達。這種場間隙在幅值調制的情況下例如通過載波信號的抑制或阻尼來產生或在雙邊帶調制的情況下通過載波信號的相位轉換來產生。應答器基于包括在首部區(qū)段中的符號或借助分配給符號的持續(xù)時間對接收的數據包解碼，其方式是應答器為了確定一個字符的值將它的持續(xù)時間與符號的持續(xù)時間相比較。
在從應答器向基站傳輸數據時，在一些情況中考慮每個待傳送的字符或位與一個由基站預給定的時鐘同步地傳送，其中在時間間隔開始時的調制狀態(tài)是固定的或已知的，及在配置給首部區(qū)段中字符的符號的持續(xù)時間后進行調制狀態(tài)的更換。通常該數據傳輸與此不同地異步地進行。
通過時間間隔或分配給符號的持續(xù)時間的選擇可作到其傳輸速率在一定范圍內適配于傳輸條件。傳輸速率的范圍此外受到這樣的限制，即應答器或在應答器中對此負責的編碼/解碼單元不再能在時間上分辨屬于符號或字符的不同持續(xù)時間，即不可再區(qū)分。一個較高的時間分辨能力通常伴隨著應答器大的耗電量，因為例如在編碼/解碼單元中的一個用于確定持續(xù)時間的計數器的時鐘頻率或一個功能相應的模擬的RC級的充電電流必需增高。因為在基站發(fā)射的電磁波的遠場區(qū)內占優(yōu)勢的是小功率密度，它可用于對應答器供電，隨著電流消耗增大可達到的有效距離下降。因此確定編碼或解碼的參數或編碼/解碼單元通常在靜態(tài)被這樣地配置，即在以高時間分辨能力及由此引起的、可達到的高的傳輸速率為一方與較小的電流消耗為另一方兩者之間達到充分的妥協。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種開始部分所述類型的數據傳輸方法，它可在優(yōu)化功率需求的情況下作到在相對大的有效距離上超過一定寬的傳輸速率范圍地在基站與應答器之間傳輸數據，及可用相對小的成本實施。
本發(fā)明將通過提供一種具有權利要求1的特征的方法來解決該問題。
根據本發(fā)明，在應答器中測定首部區(qū)段中至少一個符號的持續(xù)時間及根據測定的持續(xù)時間對一個確定編碼和/或解碼的工作方式的參數進行調節(jié)。借助該措施可實現應答器的編碼或解碼對不同傳輸條件的動態(tài)適配。例如在基站與應答器之間的大距離上可通過首部區(qū)段中一個符號的持續(xù)時間的適當選擇來這樣調節(jié)確定編碼和/或解碼的工作方式的參數，以使得由編碼/解碼單元引起的電損耗減小，由此可實現大的傳輸距離范圍。當相反地可在應答器中提供足夠功率時，該參數及由此編碼/解碼單元可這樣被調節(jié)，以致可達到高的數據傳輸速率。因此與其中編碼或解碼以恒定調整值實施的方法相比，數據傳輸速率范圍明顯地提高。
在根據權利要求2的方法的一個進一步構型中，該參數確定了編碼和/或解碼的時間分辨率。通過這種時間分辨率的適配可實現應答器電流消耗的有效控制。也可以通過參數來確定應答器的頻率和/或幅值分辨率或在不同編碼或解碼方法之間轉換。
在根據權利要求3的方法的一個進一步構型中，該參數是一個RC電路的充電電流，該RC電路用于測定符號的持續(xù)時間。由此例如可在一個確定的符號的持續(xù)期間通過該RC電路的一個電阻用確定的充電電流對該RC電路的一個電容充電及將達到的電壓值存儲在一個存儲器電路中。
在根據權利要求4的方法的一個進一步構型中，該參數是一個計數器電路的時鐘頻率，該計數器電路用于測定符號的持續(xù)時間。根據首部區(qū)段中一個符號的持續(xù)時間來控制計數器的時鐘頻率可保證一方面，計數器的時鐘頻率被這樣地調節(jié)，使得其時間分辨率足夠用于所有字符的可靠編碼或解碼；及另一方面，時鐘頻率如此地減小，以致應答器的電流消耗相對數據傳輸速率來說為最小值。
在根據權利要求5的方法的一個進一步構型中，根據首部區(qū)段中第一符號的測定的持續(xù)時間來調節(jié)該參數。這使參數調節(jié)可簡單實現，因為對于第一符號可規(guī)定為具有例如最大或最小長度的一個符號，由此將保證，不會引起下個符號在解碼時高于或低于測量值。
在根據權利要求6的方法的一個進一步構型中，在接收第一數據包前將充電電流取一個預定的最小值，在接收第一數據包時，當RC電路的屬于該符號的測定的持續(xù)時間的電壓值小于或等于一個可調節(jié)的極限值的情況下，增高該最小值；及當屬于該符號的持續(xù)時間的電壓值大于該可調節(jié)的極限值的情況下，保持該最小值。
在根據權利要求7的方法的一個進一步構型中，在接收第一數據包前將時鐘頻率取一個預定的最小值，在接收第一數據包時，當計數器電路的屬于該符號的測定的持續(xù)時間的計數器值小于或等于一個可調節(jié)的極限值的情況下，增高該最小值；及當屬于該符號的持續(xù)時間的計數器值大于該可調節(jié)的極限值的情況下，保持該最小值。以此方式，類似于權利要求6地可保證當應答器在基站遠場區(qū)中時很小的能量可用于應答器的供電時，應答器可以最小的時鐘頻率或最小的充電電流即最小的電流消耗工作。當計數器值小于可調節(jié)的極限值時，時鐘頻率將不能滿足可靠的編碼或解碼及將提高時鐘頻率。當可提供足夠的供電功率以保證由此引起的電流消耗的增高時，數據傳輸速率可相應地提高。如果在此情況下電流消耗太高，例如可進行應答器的復位，由此使它不再參與數據傳輸。因為在此數據傳輸基本上以小電流消耗開始，基站可以響應離它很遠的應答器?；究山柚柕某掷m(xù)時間來控制應答器在其遠場區(qū)中是否以小的數據傳輸速率參與通信。
在根據權利要求8的方法的一個進一步構型中，至少另一個區(qū)段是數據區(qū)段，它的數據借助首部區(qū)段的至少另一符號被編碼及發(fā)送。
在附圖中表示出本發(fā)明的有利實施形式及在下面加以說明。附圖概要地表示


圖1具有一個基站及一個應答器的RFID系統(tǒng)的概要框圖，圖2具有一個首部區(qū)段，一個數據區(qū)段及尾部區(qū)段的數據包的概示圖，及圖3圖2中首部區(qū)段的概示圖。
具體實施例方式
圖1表示具有一個基站BS及一個無源的應答器TR的RFID系統(tǒng)的概要框圖。在基站BS與應答器TR之間將無線地雙向傳輸數據包DP。基站BS發(fā)射電磁載波，為了從應答器TR向基站BS傳輸數據，該電磁載波根據待向基站BS傳輸的數據包DP被調制并反射出來。應答器TR從基站BS所發(fā)射的電磁場中取得用于其供電所需的功率P。
該應答器TR除未示出的其它電路部分外還包括一個調制/解調單元MD，它例如可包括一個用于信號恢復的接收信號強度指示(RSSI)電路，一個與該電路耦合的編碼/解碼單元KD及一個與該編碼/解碼單元KD耦合的控制單元ST。在應答器TR中接收的輸入信號在調制/解調單元MD中被解調及待發(fā)送的信號相應地被調制。數據包DP的編碼或解碼在編碼/解碼單元KD中進行。為此該單元包括一個時間檢測單元ZE，用于求得調制狀態(tài)的時間間隔或場間隙的時間間隔，它可被構成為一個數字的計數器電路DZS或變換地為一個模擬的RC電路RCS。
控制單元ST主要用于控制編碼/解碼單元KD及包括一個存儲器SP，該存儲器用于存儲在時間檢測單元ZE中求得的值及參考值。當時間檢測單元ZE以數字的計數器電路DZS實現時，則通過控制單元ST提供計數器電路DZS的時鐘頻率f。當時間檢測單元ZE構成為RC電路RCS時，則通過控制單元ST預給定充電電流I。在此情況下，時鐘頻率f或充電電流I是確定編碼或解碼工作方式的參數，因為它將確定時間檢測單元ZE的時間分辨能力。
圖2表示由基站向應答器傳送的、在圖1中調制/解調單元MD輸出端上的具有一個首部區(qū)段KA的數據包DP的概要示圖，在首部區(qū)段上連接著具有待傳送的有效數據的一個數據區(qū)段DA及一個尾部區(qū)段EA。
圖2中的首部區(qū)段KA被詳細地表示在圖3中。在所示的首部區(qū)段KA中包括三個符號ZA，0*及EOT*。符號ZA，0*及EOT*將由基站BS發(fā)射的載波信號的彼此相繼的場間隙(Feldlücken)或所謂的“陷波”(“notches”)來產生，它們在圖3中被表示為短脈沖。第一符號ZA具有持續(xù)時間t1，第二符號0*具有持續(xù)時間t2及第三符號EOT*具有持續(xù)時間t3，其中持續(xù)時間t1至t3由圖1中的時間檢測單元ZE來求得。當該時間檢測單元作為數字的計數器電路DZS實施時，則將屬于持續(xù)時間t1至t3的每個計數器值存儲到控制單元ST的存儲器SP中。當該時間檢測單元ZE作為RC電路RCS實施時，相應地將所達到的電壓值存儲到存儲器SP中。
時間檢測單元ZE的時鐘頻率f或充電電流I在應答器TR啟動后由控制單元ST用一個最小值初始化，由此產生應答器TR的最小電流消耗。這即使在基站BS的遠場區(qū)中也可作到應答器TR的啟動。
當接收到第一個由基站BS發(fā)送的數據包DP時，即第一符號ZA的持續(xù)時間t1被測定后，在應答器中根據測定的持續(xù)時間t1來調節(jié)計數器電路DZS的時鐘頻率f或RC電路RCS的充電電流I。為此將屬于持續(xù)時間t1的計數器值或電壓值在控制單元ST中與一個存儲在其存儲器SP中的參考值相比較。當計數器值或電壓值小于存儲的參考值時，控制單元ST將提高時鐘頻率f或充電電流I。否則不進行改變。該提高可以是單級的或多級地進行，例如正比于測定值與存儲值之間的差。通過時鐘頻率f或充電電流I的提高，該應答器TR可用較高的數據傳輸速率工作，因為在該工作方式中時間檢測單元ZE還可在時間上將屬于ZA，0*及EOT*的持續(xù)時間t1，t2，t3相互區(qū)分，盡管由于較高的數據傳輸速率，持續(xù)時間t1，t2，t3之間的區(qū)別變小。因此借助時鐘頻率f或充電電流I的動態(tài)轉換可實現較大的傳輸速率范圍，其中同時通過應答器TR省電的啟動可實現大的傳輸有效距離。
為了傳輸數據區(qū)段DA中的有效數據，基站產生彼此相繼的場間隙，它們的時間間隔相應于待傳輸的字符。應答器或它的時間檢測單元ZE用基于t1調節(jié)的時間分辨率測量該場間隙的間隔及將測量的時間與符號0*及EOT*的時間t2及t3比較。符號0*或它所屬的持續(xù)時間t2在這里用于二進制字符“0”或“1”的編碼或解碼，由該二進制字符構成數據區(qū)段DA中待傳輸的有效數據。符號EOT*用于標志一個數據包DP的結束及在數據包DP的尾部區(qū)段EA中傳送，對此可使用任意的由t3導出的信號形式。在數據區(qū)段DA中的二進制字符，其持續(xù)時間小于屬于符號0*的持續(xù)時間t2時，在應答器TR中被譯成“0”。其持續(xù)時間大于t2及小于屬于符號EOT*的持續(xù)時間t3的字符被譯成“1”。如果在兩個彼此相繼的場間隙之間的時間間隔大于t3，則被應答器TR識別為一個數據包的結束。
可變換地，對符號ZA僅附加地傳送另一符號0*或EOT*及另一持續(xù)時間通過預先已知的、相對該持續(xù)時間的分配比例在應答器中計算。
從應答器向基站的數據傳輸也可用基于時間t1調節(jié)的時間分辨率，例如根據德國專利申請102 40 347中所述的方法進行。
在所示的實施例中確定解碼的參數是編碼或解碼的時間分辨率，但也可變換地根據字符描述的信息進一步調節(jié)確定編碼和/或解碼的工作方式的參數，例如轉換不同編碼方案之間的編碼方式。
權利要求
1.在一個基站(BS)與一個-尤其是無源的-應答器(TR)之間無線數據傳輸的方法，其中-待傳輸的數據包(DP)被調制在電磁載波上，及-該數據包(DP)包括一個具有至少一個符號(ZA，0*，EOT*)的首部區(qū)段(KA)及至少另一個區(qū)段(DA)，其特征在于-在應答器(TR)中測定首部區(qū)段(KA)中至少一個符號(ZA)的持續(xù)時間(t1)，及-根據測定的持續(xù)時間(t1)對一個確定編碼和/或解碼的工作方式的參數(f，I)進行調節(jié)。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于該參數(f，I)確定了該編碼和/或解碼的時間分辨率。
3.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于該參數是一個RC電路(RCS)的充電電流(I)，該RC電路用于測定該一個或多個符號(ZA，0*，EOT*)的持續(xù)時間(t1，t2，t3)。
4.根據權利要求1或2的方法，其特征在于該參數是一個計數器電路(DZS)的時鐘頻率(f)，該計數器電路用于測定該一個或多個符號(ZA，0*，EOT*)的持續(xù)時間(t1，t2，t3)。
5.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于根據首部區(qū)段(KA)中第一符號(ZA)的該測定的持續(xù)時間(t1)來調節(jié)該參數(f，I)。
6.根據權利要求3或5的方法，其特征在于在接收一個第一數據包(DP)前充電電流(I)取一個可預定的最小值，在接收該第一數據包(DP)時，當RC電路(RCS)的一個屬于該符號(ZA)的測定的持續(xù)時間(t1)的電壓值小于或等于一個可調節(jié)的極限值的情況下，增高該最小值；及當屬于符號(ZA)的持續(xù)時間(t1)的電壓值大于該可調節(jié)的極限值的情況下，保持該最小值。
7.根據權利要求4或5的方法，其特征在于在接收一個第一數據包(DP)前將該時鐘頻率(f)取一個可預定的最小值，在接收該第一數據包(DP)時，當計數器電路(DZS)的屬于該符號(ZA)的測定的持續(xù)時間(t1)的計數器值小于或等于一個可調節(jié)的極限值的情況下，增高該最小值；及當屬于該符號(ZA)的持續(xù)時間(t1)的計數器值大于該可調節(jié)的極限值的情況下，保持該最小值。
8.根據以上權利要求中一項的方法，其特征在于該至少另一個區(qū)段是數據區(qū)段(DA)，它的數據借助首部區(qū)段(KA)的至少另一符號(0*，EOT*)被編碼及傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及在一個基站(BS)及一個－尤其是無源的－應答器(TR)之間無線數據傳輸的方法，其中待傳輸的數據包(DP)被調制在電磁載波上，及數據包(DP)包括一個具有至少一個符號的首部區(qū)段及至少另一個區(qū)段。根據本發(fā)明，在應答器(TR)中測定首部區(qū)段中至少一個符號的持續(xù)時間及根據測定的持續(xù)時間對一個確定編碼和/或解碼的工作方式的參數(f，I)進行調節(jié)。其應用例如為基于應答器的識別系統(tǒng)及遠程傳感器。
文檔編號H04L25/02GK1578177SQ200410054468
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權日2003年7月23日
發(fā)明者烏爾里?！じダ锏吕锵? 馬丁·菲舍爾 申請人:Atmel德國有限公司