CN1378350A - 限定空间内几个电子单元之间进行无线通信的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在多个收发信机和便携式电子单元之间进行通信的系统,这些收发信机用高频发射信号,分别在每个至少有一个入口的多个限定空间里,这些便携式电子单元拥有装置用来跟所述多个收发信机进行无线电通信,用于检测进入所述限定空间之一的它们中的每一个。收发信机和相邻限定空间里便携式电子单元之间的通信是在不同的独占频率或者跟所述独占频率有关的频率子集的频率上进行的。为此,提供了占用独占频率的装置。

Description

限定空间内几个电子单元之间 进行无线通信的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种系统和一种方法，用于在多个收发信机和便携式电子单元之间进行无线通信，这些收发信机分别在多个互相限定的空间内，每个空间都有至少一个入口，这些便携式电子单元拥有装置跟所述多个收发信机进行无线电通信，用于检测进入所述限定空间之一的每个所述电子单元。“入口”用于表示连接限定空间的任何门或者路径。

具体而言，本发明涉及一种方法和一种系统，用于在拥有所述便携式电子单元的人或者物体跟多个收发信机之间进行通信，这些收发信机在多个互相相邻互相限定的空间或者互相接近的空间中。将会指出这些相互限定的空间可以是固定位置，比方说游乐园或者体育中心里互相隔开的区域，或者是移动位置，比如一种公共交通工具上的车厢。

技术背景

第1065635号欧洲专利申请描述了一种系统，用于检测有转发器或者电子车票的人或者物体。根据本申请公开的方法，在限定空间的入口提供一个低频通信，特别是在几百千赫兹的量级上，从而能够在发射机或者读卡机和便携式转发器之间进行局域通信。于是，当允许进入这个空间的这些门被关闭的时候，在限定空间内的高频接收机，特别是几百兆赫兹或者更高频率上的高频接收机，跟这个空间内的转发器之间进行高频通信。但是，一旦转发器苏醒过来，并且转发器跟限定空间中固定收发信机之间的距离小于最大通信距离，就可以在任何时刻进行高频通信。于是，这样的高频通信也可以在离开限定空间的时候进行。

使用的转发器通常是有源类型的，也就是它们自己有能源。以后将这些有源转发器或者电子标签或者非接触式电子卡叫做“便携式电子单元”。如同第1065625号欧洲专利申请所说明的一样，这些便携式电子单元有低频通信装置和高频通信装置。这些电子单元最好是处于低频的待机状态，在收到入口-出口区域发射的低频信号的时候苏醒过来，随后按照给定的通信协议进行高频通信。

对于本发明的情形，发明人已经发现要同时监视几个相邻限定空间的时候高频通信有一个问题，如图1所示。这个图从原理上说明并列轨道上第一列列车2的车厢W1和W2跟第二列列车4的车厢W3和W4，在火车站内会出现这种情况。高频收发信机6-11在车厢内。便携式电子单元20、22能够在其中从收发信机6-11之一收到信号的区域用圆圈12-17表示。同样，单元20和22在其中发射能够被收发信机收到的高频信号的区域用虚线圆圈24和26表示。

从图1能够清楚地看到，便携式单元20能够跟列车4两个相邻车厢内的收发信机10和11进行双向高频通信。车厢W3内的便携式单元22可以跟分别属于两列列车2和4的车厢W1和W3内的收发信机7和10进行双向通信。于是会发现，在没有其它预防措施的情况下，可以在一个车厢内的便携式单元和其它车厢内的固定收发信机之间建立通信连接。一方面，这样会导致没有必要的通信，特别是错误地认为给定限定空间中存在人或者物体。另一方面，即使采取了措施来避免错误检测，特别是通过在限定空间的入口检测是否存在低频发射机或者读卡机，各种固定收发信机和便携式电子单元发射的不同电磁场会产生不必要的相互作用，当所有收发信机工作在同一频率的时候会干扰通信。当便携式单元能够进入一个或者另外一个限定空间，而事先不能确定它要进入哪个空间的时候解决这个问题是非常必要的，因为在一个优选实施方案中，在交通工具或者建筑物的限定相邻区域内，通信系统用于检测人和/或对人进行定位。发明目的

本发明的一个目的是通过提供能够用于检测拥有便携式电子单元，并且能够进入具有例如3MHz以上高频通信装置的多个限定空间中任意一个的人的一种有效的通信系统和方法，来解决上面提到的问题。

发明概要

因此，本发明首先涉及到一种通信系统，其特征在于多个收发信机和便携式电子单元能够互相通信，通信的时候采用给定的一组频率或者跟所述频率有关的频率子集，其特征还在于每个所述收发信机都拥有装置用来独占一个频率，所述收发信机包括：

-收听装置，用于确定在所述频率组内的任何频率上是否有占用信号，以及/或者给定幅度门限是否被超过；

-发射装置，用于在所述组频率的任意频率上发射信号；和

-选择装置，跟便携式电子单元进行通信之前，用于选择不包括占用信号或者它的接收信号幅度小于所述门限的所述组频率中的一个独占频率。

发射装置在所述通信周期内还在选中的独占频率上至少周期性地发射一个占用信号，这个通信系统拥有装置将所述独占频率的有关信息传递给进入和/或离开和/或限定空间内的便携式单元，建立起高频通信之前收发信机在这个限定空间中。在本说明书中，“占用信号”是说明频率被占状态的信号，“独占频率”指的是收发信机独占的频率。

在一个优选实施方案里，收听装置和发送装置以所述组频率中的任何频率交替启动，以确定这个频率是否能用，并且说明要占用它。在另外一个优选实施方案里，收发信机对独占频率的选择只是在几个收听装置和发送装置交替启动，这些频率没有被收听装置收到以后才进行。为了防止跟两个相邻限定空间有关同时打开的独占频率占用装置，特别是运输工具的门被打开的时候，导致发射收听周期发生重叠，收听装置的活动周期最好不同于相邻限定空间里收发信机占用装置的活动周期。

这样，为了让本发明的系统能够工作，便携式电子单元必须能够以所述组频率中的任意频率或者所述频率子集中的频率进行通信，下面将对此进行详细介绍。本领域中的技术人员知道如何设计这样的单元，使它们的通信频率能够调整，从几个预定频道中选择通信频率。

在一个优选实施方案中，给定限定空间中一个或者多个收发信机选择的独占频率利用本发明的通信系统的多个限定空间入口上的一个或者多个低频发射机传递给进入和可能要退出的便携式单元。低频通信局限于这个入口区域，因此只有从一个方向或者另外一个方向通过这个入口的便携式单元才能够收到选用的独占频率的信息。这样，当电子单元被给定限定空间入口附近的低频发射机激活的时候，发射机发送一个信息信号，说明随后必须按照预定通信规则使用的高频通信频道。

本发明还涉及一种方法，用于在互相相邻的限定空间内或者能够这样的多个收发信机之间进行通信，从而使临时的便携式电子单元能够穿过这样的空间。在高频通信之前，这个方法为每个收发信机提供以下步骤：

-收听所述频率组中的第一个频率，以确定这第一个频率上是否有占用信号，和/或者第一个频率的信号幅度是否超过给定门限；

-改变频道，收听所述组频率中另外一个频率，以确定是否在这第一个频率上收到占用信号，或者收到的这第一个频率的信号的幅度是否大于门限；直到能够获得一个频率，随后将它选作独占频率。这个方法还包括以下步骤：

-为选中的独占频率发送一个占用信号，从而使相邻限定空间内的收发信机不会占用它，至少在利用选中的独占频率进行通信的一段时间内；

-将高频通信的独占频率信息传递给进入和/或离开和/或驻留在这个限定空间的电子单元。

按照一个优选实施方案，一旦选中了独占频率，发射装置就用这个独占频率继续周期性地或者连续地发射一个占用信号而不中断，直到所述通信周期开始，并且坚持到所述通信结束。

这样，用本发明的通信方法，可以一种可靠的方式来选择一个可用频率作为同一个限定空间的一个收发信机或者一些收发信机的独占通信频率。本发明的方法确实能够有效地确定一个频率是否可用，并且通知其它收发信机的其它占用装置已经选中了给定频率，以避免其它占用装置选择已经被占用的频率。

从以下描述同时参考附图也能够了解本发明的特征和优点，在这些附图中：

-已经描述过的图1说明的是两列列车的车厢，它们有高频收发信机用于跟配有能源的便携式单元进行无线通信；

附图简介

-图2说明收发信机中用于占用独占频率的装置的一个实施方案；

-图3说明如何交替地激活两个限定空间中两个收发信机的两个占用装置的收听装置和发射装置；

-图4说明一个优选实施方案中限定空间的布局；

-图5说明本发明的通信方法中能够采用的几个高频收发信机的防冲突协议。

详细描述

图2说明本发明中占用通信系统收发信机独占频率的装置的一个实施方案。这些占用装置包括能够用于收听模式或者发射模式的天线30。占用装置包括带通滤波器32和低噪声放大器(LNA)34形成的收听装置。放大器34的输出信号被提供给乘法器36，这个乘法器36还通过它的一个输入端接收锁相环(PLL)38提供的频率为(F0+nΔf)-IF的一个正弦信号。电路38在一个输入端接收时间基准40提供的一个时间信号。根据本发明，这些收发信机可以使用几个频道。这一组频率是：F0+nΔf，n＝1，...，y。在这里将会指出这组频率可以只用于搜索可用频道，收发信机和便携式电子单元之间的通信在频率F0+nΔf的频率子集中的一个频率上进行。

n的选择，也就是这组可用频率中的任意频率，是用发送寻址信号给寄存器44的一个微处理器42(MPU)以及提供给电路38的对应触发器Dn来进行的。于是这个电路发送频率信号(F0+nΔf)-IF给乘法器36，IF是一个中频，例如455kHz，对应于窄带滤波器46的中心频率。滤波器46在一个输出端提供一个信号，它的频率对应于天线30提供的信号的频率跟电路38提供的信号的频率之间的差。滤波器46被选择得使带宽小于Δf，从而能够区分各个通信频道。

滤波以后的信号被随后提供给解调器48(DEM)，解调后的信号提供给微处理器42进行处理；确定是否收到给定频率n的占用信号。如果对于给定频道，在收听期间没有收到任何声音，或者收到的信号的幅度小于给定门限，单元42就发送一个控制信号COM打开装置，发射说明占用这个频道的一个占用信号。与此同时，单元42提供一个调制信号OCT给乘法器52，它还在一个输入端接收锁相环54(PLL1)提供的一个频率信号。这个电路54产生一个频率为F0+nΔf的正弦信号，作为发射的占用信号的载波。通过传统的方式，输出乘法器52的信号被功率放大器56放大，被天线30发射以前通过滤波器58。

按照本发明的一个优选实施方案，收听装置和发射装置交替地决定次数来选择可用频道。这样就能够保证发送信息说明要占用没有收到任何占用信号的频道的意图的时候能够使用这个频道。

在提供的一组频率中选择一个可用频率的这一方法是在考虑的收发信机和便携式电子单元之间的一段通信时间开始之前的一段时间进行的。最好是首先被测试的这个频道对应于以前的通信使用的频道。这个频道能够再一次被使用的概率非常高。当相邻限定空间处于相对不变位置的时候总是会这样。游乐园的不同区域以及已经组成列车的各个车厢就是这样。相反，当列车重新编组以后，第一次通信以前的第一个周期将被用于每个限定空间选择一个不同的独占频率。

如果在收听期间图2所示的装置检测到选中的频道被占用，微处理器42就改变寄存器中的地址n，选择一个新的收听频道。在这里至少可以考虑两种方式。第一种方式是固定收听和发射周期，即使改变频道。这样，被测试的新频道的收听周期基本上对应于收到占用信号的时候的其余收听时间。在第二种方式中，在信号发射周期以前占用信号的接收再一次启动被测试的新频道的一个完整收听周期。高频通信以前独占频率的选择方法最好从收听周期开始。但是也可以首先在某个频率激活发射装置。

当被测试频道被占用的时候新频道的选择可以用各种方式进行。一种方式是简单地采用下一个频道，也就是n+1和n＝y的时候采用n＝0。另一种方式是可以用其它的算法来产生下一个n值，特别是伪随机算法。

在这里要指出图2所示独占频率占用装置的布局不是限制性的，本领域中的技术人员可以提供其它的布局而不会偏离本发明的范围。

图3说明前期两个相邻限定空间中两个收发信机的两个独占频率占用装置的发射周期和收听周期。这个前期基本上从时刻t0开始，在时刻t1结束。在上面的那个图A中，发射装置和收听装置的交替周期是T1，而在下面的那个图B中，这个周期等于T2。根据本发明的一个特征，T1和T2对于不同的频率占用装置不同。这样就能够防止同时启动前期，特别是运输工具的一个装置的门打开以前，会导致收听周期和发射周期发生重叠，这样会导致无法选择独占频率。

在图3所示的实例中，虽然对应于图A的第一个装置在对应于图B所示的第二个装置之前开始发射，但是可以看到是第一个装置检测到频率F0的占用信号。因此，这些第一个装置采用频率F0+Δf。在没有收到任何其它占用信号的时候，在前期结束的时候，第一个装置将会选择频率F0+Δf，而第二个装置将会选择频率F0。

一旦选择了独占频率，就需要将对应的频道告诉进入和/或离开和/或停留在限定空间的便携式电子单元。如图4所示，可以在入口利用车厢64内的发射机62传递这一信息，它在入口68的区域66内发射一个低频信号。有两个天线的独占频率占用装置的高频收发信机70和72安装在车厢64内。根据限定空间的结构和收发信机70和72的布局的不同有各种实施方案。天线74和76可以位于高频收发信机的外壳内。但是在另外一个实施方案中天线74和76都在不同于高频收发信机的外壳内，距离车厢64的横壁80和82一段很短的距离。通过让天线74、76靠近壁80和82，跟车厢64相邻的两个车厢的相邻区域被覆盖得更好。这就使得为相邻限定空间选择不同独占频率的这一方法更加有效。

相对于为便携式电子单元的通信提供的高频收发信机，可以为独占频率占用装置提供更大的发射功率和/或更高的灵敏度。

当然，单元70和72可以只形成高频天线，跟车厢的一个中央电子单元连接。

在本发明的通信方法的一个优选实施方案中，只要在前期选择好了独占频率，所述占用装置的发射装置就周期性地或者连续地继续发射一个占用信号而不中断，直到通信开始和结束。在通信过程中，占用信号收听装置停止工作。在通信周期内为独占频率发送占用信号可以在前期周期性地进行，或者连续地或者准连续地进行，只要收听周期不再开始。

最后，图5从原理上说明便携式电子单元提供的通信协议。最好是为每个收发信机提供几个通信频道，从而提高防冲突协议的效率。图C、D、E、F分别对应于四个限定空间内的四个高频收发信机选中的独占频率。这些独占频率的频率子集用于跟便携式电子单元进行通信。

这样，对于对应于图C的收发信机，选中的频率是F0。通信频率是F1、F2、F3、...，Fx。频率F0-Fx是均匀分布的。对于其它收发信机，为通信提供的这些频道相对于F1-Fx偏移一个值，这个值对应于相对于F0选中的独占频率的偏移，也就是Δf、2Δf和3Δf。这样，能够被选中的每个独占频率都跟不同于高频通信频率子集的频率子集相关联，也不同于占用信号使用的独占频率。

Claims (13)

1.在多个收发信机和便携式电子单元之间进行通信的系统，这些收发信机在每个都有至少一个入口的多个限定空间里，这些电子单元配有装置用于跟多个收发信机进行无线电通信，特别用于检测进入所述限定空间之一的这些电子单元中的每一个，其特征在于所述收发信机和电子单元能够用一组给定频率和/或跟所述频率有关的频率子集中的任意频率和/或频率子集的任意频率，跟所述收发信机中的每一个进行通信，这些收发信机拥有装置用来占用它的独占频率，所述收发信机包括：

-收听装置(30、32、34、37、38、46、48)，用于确定所述频率组中的任何频率上是否有占用信号，和/或接收到的所述频率的信号幅度是否超过门限；

-发射装置(30、52、54、56、58)，用于利用所述组频率中的任意频率发射信号；和

-选择装置(42、44、38、54)，用于在跟电子单元通信之前的周期里，从所述组频率中选择没有占用信号或者接收幅度小于所述门限的一个独占频率；

所述发射装置用选中的独占频率为所述独占频率至少在所述通信周期内至少周期性地发射一个占用信号，这个系统具有装置(62)用来将独占频率的信息传递给进入和/或离开和/或驻留在安装了收发信机的限定空间的便携式单元。

2.权利要求1的系统，其特征在于所述独占频率选择装置包括控制装置(42)，用来利用所述组频率中的任意频率交替地激活所述收听装置和所述发射装置，以及装置(44、38、54)，用于在所述收听装置收到这个频率的占用信号，或者这个频率的功率电平高于所述门限的时候，采用所述组的另外一个频率。

3.权利要求2的系统，其特征在于独占频率的选择只是在所述收听装置和发射装置被交替激活几次，所述收听装置没有收到所述频率的信号的时候进行。

4.权利要求2或者3的系统，其特征在于激活所述收听装置的周期对于所述系统的每个收发信机都不相同。

5.以上任何一个权利要求中的系统，其特征在于所述组频率属于高频范围，为收发信机选择的所述独占频率通过所述收发信机的限定空间的一个入口或者一些入口安装的一个或者多个收发信机传递给低频电子单元。

6.以上任何一个权利要求中的系统，其特征在于在所述前期周期里，所述收听装置首先在以前的通信使用过的一个频率上激活。

7.以上权利要求中任何一个的系统，其特征在于所述频率组中的每个频率都跟一个频率子集有关，它不同于其它频率子集，也不同于所述频率组的频率，从而使防冲突协议能够实现，将所述电子单元的通信频率分布在跟所述独占频率有关的频率子集的频率上。

8.在收发信机和便携式电子单元之间进行通信的方法，这些收发信机在互相相邻或者至少能够暂时这样的限定空间里，这些便携式电子单元配有无线电通信装置，能够进入这些限定空间，所述收发信机和所述电子单元能够用一组给定频率和/或跟所述频率有关的频率子集中的任意频率和/或有关频率子集的一些频率进行高频通信，对于每个收发信机，在高频通信周期之前，这个方法具有以下步骤：

-收听所述组频率的至少第一个频率以确定在这第一个频率上是否有占用信号，和/或给定幅度门限是否被这第一个频率的信号超过；

-改变频道来收听所述组频率的另外一个频率，以确定所述第一个频率上是否有占用信号，或者在这第一个频率上收到的信号的幅度是否大于所述门限；直到有一个频率可用，它被随后选择独占频率，这个方法还包括以下步骤：

-为选中的独占频率发送一个占用信号，从而使它不会随后被相邻限定空间内的收发信机使用，至少在利用选中的独占频率和/或跟这个独占频率有关的所述频率子集的频率进行通信的随后周期内；

-向进入和/或离开和/或驻留在考虑的限定空间的电子单元传递被选中用于高频通信的独占频率的有关信息。

9.权利要求8的通信方法，其特征在于被选中的独占频率的信息的传递是用所述限定空间入口的发射机用低频进行的。

10.权利要求8或者9的方法，其特征在于在所述前期周期里，交替地发射一个信号，收听所述组频率中同一个频率的信号，对所述独占频率的选择只是在特定次数的收听-发射交替以后进行。

11.权利要求10的方法，其特征在于收听-发射交替的周期对于每个限定空间都不相同。

12.权利要求10或者11的方法，其特征在于一旦选择好独占频率，所述发射装置就继续用所述独占频率周期性或者连续地发射所述信号而不中断，直到所述通信周期开始和通信进行过程中，这个信号形成所述占用信号。

13.权利要求8-12的方法，其特征在于在所述通信周期内关闭所述收听装置。

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