CN1102818C - 用脉冲位置调制和幅值调制数据传输的方法 - Google Patents

用脉冲位置调制和幅值调制数据传输的方法 Download PDF

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Abstract

在一个终端和一个便携式的数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的数据传输方法，此时一个用数据100%-ASK-调制的载波信号在数据载体中用于脉冲信号并且一个数据的位数是由在载波信号中在一个时隙内的一个键控转换位的位置决定的，一个键控转换位的信息内容对应于一个N比特数，此时N大于或等于2。这个N比特数字的位数是由在一个时隙内键控转换位的位置为2的N次方个可能的位置定义的。在一个时隙的开始或末尾是一个零-时间段，在其中没有与被传输的数据对应的键控转换位出现，以避免一个不允许的长时间的载波信号的中断。

Description

用脉冲位置调制和幅值调制数据传输的方法
在一个终端和一个便携式数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的数据传输方法愈来愈多的传输方法得到推广，在这些方法中便携式数据载体无接触式的，也就是说用感应或电容的耦合或者一般来说通过一个无绳的电磁传输线路与一个终端进行数据交换。此外便携式数据载体通常由终端机同样是无接触的供电，此时是使用一个高频的载波信号，一方面数据在载波信号上被调制和另一方面载波信号直接用于数据载体上的脉冲信号。
为了数据的传输载波信号在多数应用场合下只是被接通和被关闭，即发生一个100％的ASK(幅值-转换-开关)-调制。目前一般来说载波信号不是在整个的，由一个“电的”比特持续时间定义的比特时间窗内，以下被称为时隙，被锁闭以及被关闭或不改变，以便传输一个逻辑“1”或“0”，而是只在一个很短的时间内。例如消隐间隙只是比特时间窗或时隙的四分之一或三分之一长。这样载波信号在两个导致锁闭状态之间有足够长的时间存在，以确保能量-和脉冲的供应。
有一种可能的编码是米勒-代码。在此一个逻辑“1”是在一个时隙的中间通过一个消隐间隙被传输的和一个逻辑“0”是在一个时隙的开始通过一个消隐间隙被传输的，此时在一个逻辑“1”以后被传输的一个逻辑“0”是通过在时隙中没有消隐间隙表示的，以避免消隐间隙之间的带宽太小。
在附图6A中表示了一个用米勒-代码的信号，一个载波信号和它在幅值上被调制。它表示了一个比特序列101000110。用垂直的点划线表示了时隙。一个消隐间隙大约是一个时隙持续时间的四分之一。在附图6B上表示了相应计算出来的频谱，此时附图6A上的信号被调制成一个频率为10MHz的载波信号。如已经看到的，出现一个(sinx/x)-形状的边带的一个包络线，此时载波边带最大振幅与载波的带宽被计算为18.2dB。
如果假设一个调制是由1的一个序列111111111的最坏情况，如附图7A表示，出现一个频谱，如附图7B表示的。载波边带的带宽仅大约为10.5dB。
按照无线电准入规范和以它为基础的过渡-标准ETS 300330(ETSI，1994年9月)对于载波例如规定了一个ISM-频率为13.56MHz，电平临界值为42dBμA/m@10m。载波的带宽只有+/-7kHz，这样调制谱在所叙述的调制和按照米勒-代码的比特编码中完全出现在外边。在所叙述的标准中电平被限制在20dBμA/m@10m以外，即在载波以下22dB，此时测量带宽为10kHz。上述用100％-ASK-调制和米勒-代码的系统如上所述超出了它的界限并且只有当它不是整体地被调制并且它的平均值按照目前的德国规范是被允许的，而不是按照美国的ETS 300330和FCC-规则，而它是规定了一个准-峰值-计算，才能得到无线电准入。
从电子技术3/1996 Helmuth Lemme“红外-数据传输变得更快速”文章中的第38至44页知道，在红外数据传输时为了提高数据率同样使用一种脉冲-位置-调制，然而此时每个脉冲对应于两个比特。然而在那里脉冲-位置-调制用于，在单位时间传输同等脉冲数量时得到一个较高的数据率，而且频谱边带的幅值不改变，但是这也是没有意义的。因为在那里应该追求的最高可能的脉冲率，在脉冲之间是没有间隙的，这样当一个连续排列为位序列11和00时载波信号由两个脉冲持续时间被锁闭。这对红外传输没有影响，因为在接收器中始终有一个脉冲发生振荡器存在。
上述发明的方法是建立在，载波频率直接用于脉冲频率，然而这将导致一个不允许的长时间的脉冲信号中断。
本发明的任务是，给出在一个终端和一个便携式数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的一个数据传输方法，在比特率接近相同的情况下得到在边带振幅与载波振幅之间的一个较大的带宽而不至于使作为脉冲信号的载波信号被不允许的长时间的锁闭。
本发明是通过如下的技术方案解决的，即在一个终端和一个便携式的数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的数据传输方法，其中一个用数据ASK-调制的载波信号在数据载体中作为脉冲信号，并且一个数据的位数是由在一个时隙内的在载波信号中的一个键控转换位的位置确定的，其特征为，一个键控转换位信息的内容对应于一个N比特数，其中N大于或等于2，并且这个N比特数字的位数是通过键控转换位的位置由2的N次方在一个时隙内的可能的位置来定义的，而且在一个时隙的开始和末尾是一个零-时间段，在其中不出现与被传输的数据对应的键控转换位，并且
在一个终端和一个便携式的数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的数据传输方法，其中一个用数据100％-ASK-调制的载波信号在数据载体中作为脉冲信号，并且一个数据的位数是由在一个时隙内的在载波信号中的一个键控转换位的位置确定的，
其中当一个数据位数出现时，其一般是由在时隙内的第一个可能的位置决定的，在一个数据位数出现后，其是由在时隙内的最后的可能的位置决定的，一般由第一个可能的位置决定的数据位数在这种情况下是这样决定的，在时隙内没有可能的位置出现一个键控转换位，其特征为，一个键控转换位对应于N比特的一个数，其中N大于或等于2，并且这个N比特的位数是由在一个时隙内的2N的可能位置之内的键控转换位的位置定义的。
有益的进一步的结构如下所示：
一个时隙含有一个N比特的持续时间；或者
被使用的是一个100％-ASK-调制。
在按照本发明的传输方法中在载波信号上的每个键控转换位至少传输两个比特，优先是三个比特。在这里一个键控转换位是一个位置，在其上载波信号的幅值被改变。在一个100％-ASK-调制的情况下将完成一个锁闭，这样将出现一个消隐间隙。数字有甚么样的位数，由键控转换位的位置在一个时隙内定义的长度以及持续时间决定。当每个键控转换位为N个比特时对于一个键控转换位必须有2的N次方个可能的位置，如果每个键控转换位为3个比特时，则为八个可能的位置，在一个时隙持续的时间内可以被检波。虽然在接收器上对于键控转换位的检波要求一个较大的花费，但是在单位时间内较少的键控转换位的比特率不变时，这样就出现一个较小的脉冲率和一个被调制的载波信号的一个较小的边带幅值。受每个键控转换位的被选择的比特数的影响甚至有可能，同时提高比特率和减小边带幅值。
如果比特率保持不变，例如因为必须遵守一个已规定的传输记录，如果按照本发明的时间段在一个时隙内，在其中没有与被传输数据对应的键控转换位出现-以下被称为零-时间段-有相同的持续时间或如同一个键控转换位的一个可能的位置持续时间的一个整倍数。这样键控转换位的检波与任意持续时间的一个零-时间段的检波相比变得非常简单。
以下本发明将用附图的实施例详细地被叙述。其中表示
附图1A和1B        一个按照本发明的方法以及从而得到的一个
                  100％-ASK-调制的载波信号的一个简图，
附图2             一个时隙的结构的各种可能性，
附图3             一个按照本发明的方法没有零-时间段的简
                  图，
附图4A和4B        一个按照本发明的用一个位序列001000110调
                  制的载波信号的时间曲线和与之相对应的频
                  谱，
附图5A和5B        一个按照本发明的用一个位序列000000000调
                  制的载波信号和与之相对应的频谱的时间曲
                  线，
附图6A和6B        一个用米勒-代码的位序列为101000110的载波
                  信号和与之相对应的率谱的时间曲线和，
附图7A和7B        一个用米勒-代码的位序列为111111111的载波
                  信号和与之相对应的频谱的时间曲线。
附图1B表示了一个按照本发明的100％-ASK-调制的载波信号，此信号在被表示的时间段内传输位序列100111000。此外在被表示的例子中只需要三个键控转换位，也就是时间段，在其上不存在载波信号，因为每个键控转换位将传输三个比特。这三个比特有什么位数，是通过在一个时隙内的键控转换位的位置决定的。为此在附图1A上表示了一个例子。
一个时隙开始于一个按照本发明的零-时间段，也就是从一个时间段，在其中不出现与被传输的数据对应的键控转换位。一个时隙的其余的段是保留给一个键控转换位的可能的位置。对于被选择的例子每个键控转换点为三个比特时由三个比特组合为23＝8，这样应为每个键控转换位安排八个可能的位置。在附图1A上的数字位数以升高的顺序对应于可能的位置。但是每个任意的排列都是可能的。例如这样的排列是有利的，在其中从一个键控转换位的一个可能的位置与相邻的相比只改变一个比特，因为随后一个时间错位的信号可能只导致一个比特的改变，这通过一个对等-交换可以容易地被知道。例如一个这样的排列可以是
|000|001|011|010|110|111|101|100|。
在被表示的时隙中的键控转换位的位置对应于被传输的位序列100111000被用黑框表示。
如从附图1A和1B了解到，在时隙中的最后可能位置的一个连续排列中-在被表示的例子中是位序列111和在时隙中的第一个可能位置-在被表示的例子中是位序列000-先后出现两个键控转换位，如果没有按照本发明的零-时间段存在。在以本发明为基础的传输方法中，其中载波信号直接被用于脉冲信号，这将导致一个不允许的长的脉冲中断。因此按照本发明的方法考虑了一个零-时间段。
原则上也有可能，当不是最后的一个可能的位置和第一个可能的位置连续排列的情况下，可以在零-时间段安排从属于键控转换位的一个控制符号。然而这个控制符号只能在“适和的”数据比特组合之间出现，如果确保是这样，在每个键控转换位之间的载波信号可以存在足够长的时间。
在附图2中表示了一个时隙的有益的结构。在上图是表示由逻辑“0”-状态表示的“电子”比特。然而也可以有其它的表示。在这种传输方法中比特率不应被提高，这样在每个键控转换位被传输三个比特时一个时隙具有持续时间为3“电子”比特。
当每个键控转换位被传输的比特为3时在一个时隙内安排有八个可能的位置以及一个零-时间段。这对于简化在接收器中的检波线路是非常有益的，如果一个零-时间段等于一个可能位置的持续时间或它的一个整倍数时。
在这里应着重说明的是，一个键控转换位不必要和一个可能的位置一样长，而且无论如何可以短一点。它只必须在可能的位置内出现，以便可能清楚地计算出比特的位数。
在附图2的中间部分表示了这种情况，一个零-时间段和一个可能的位置一样有同样的持续时间。在附图2的下部分相反表示了这种情况，一个零-时间段具有一个可能的位置的四倍的持续时间并且从而对应于一个“电子”比特。这种情况特别容易检波。
在被表示的例子中零-时间段始终出现在一个时隙的开始。然而同样可能，将它安排以及考虑在一个时隙的末尾。
图3示出了一个另外的按照本发明的解决方法用以避免一个脉冲信号的不容许的长时间的中断。在这里没有考虑零时间段，但是为了避免一个脉冲信号的不容许的长时间的中断在时隙内的一个键控转换位的一个最后的和一个第一个可能的位置的顺序排列时在这种情况下代替键控转换位在第一个可能的位置上没有键控转换位在时隙中被传输。为此有必要，将一个键控转换位的一个各自的位置在随后连续的时隙中被中间存储，以便可以确认，是否在一个时隙中的一个短缺的键控转换位已经在前面的时隙中的键控转换位的最后的位置上了，或者是否出现了一个传输错误。当然在这里就可以不需要一个计算零-时间段的电路了。
在附图4A和4B以及5A和5B中表示了对一定假设的位序列的被计算的频谱，位序列是用本发明的方法被传输的。选择了每个键控转换位有三个比特和零-时间段的一个持续时间为四个可能的位置的一个方法，如在附图2下面表示的。
一个时隙持续为30μs和一个可能的位置为2.5μs长，此时一个键控转换位被选择为同样长。在附图4A上一个位序列被选择为001000110和在附图5A上一个位序列被选择为000000000，有关它们的频谱显示了一个最坏的情况。
从频谱中了解到，在按照附图4A的准任意位序列中边带与载波之间的带宽为21.8dB。即使在附图5B的最坏的情况下还有一个带宽为20.9dB，这样如上所述的无线电准入的条件明显地好于现有技术地被满足。
在一个终端和一个便携式的数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的当代的数据传输方法的技术条件规定了一个100％-ASK-调制，因此按照本发明的方法在这里特别有利于应用。然而完全有可能，在未来技术条件将要改变和被允许一个较低的调制深度。在这种情况下不需要完成纯粹的接通/断开只需要在两个电平之间转换。这将导致边带的进一步的降低。按照本发明方法的记录的优点是，无论是按照当前的技术参数还是这个技术参数在未来将要改变时在涉及到调制深度方面不需改动即可使用。

Claims (4)

1.在一个终端和一个便携式的数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的数据传输方法，其中一个用数据ASK-调制的载波信号在数据载体中作为脉冲信号，并且一个数据的位数是由在一个时隙内的在载波信号中的一个键控转换位的位置确定的，
其特征为，
一个键控转换位信息的内容对应于一个N比特数，其中N大于或等于2，并且这个N比特数字的位数是通过键控转换位的位置由2的N次方在一个时隙内的可能的位置来定义的，而且在一个时隙的开始和末尾是一个零-时间段，在其中不出现与被传输的数据对应的键控转换位。
2.在一个终端和一个便携式的数据载体之间通过一个无绳的电磁传输线路的数据传输方法，其中一个用数据100％-ASK-调制的载波信号在数据载体中作为脉冲信号，并且一个数据的位数是由在一个时隙内的在载波信号中的一个键控转换位的位置确定的，
其中当一个数据位数出现时，其一般是由在时隙内的第一个可能的位置决定的，在一个数据位数出现后，其是由在时隙内的最后的可能的位置决定的，一般由第一个可能的位置决定的数据位数在这种情况下是这样决定的，在时隙内没有可能的位置出现一个键控转换位，
其特征为，
一个键控转换位对应于N比特的一个数，其中N大于或等于2，并且这个N比特的位数是由在一个时隙内的2N的可能位置之内的键控转换位的位置定义的。
3.按照权利要求1的方法，
其特征为，
一个时隙含有一个N比特的持续时间。
4.按照权利要求1至3之一的方法，
其特征为，
被使用的是一个100％-ASK-调制。
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