CN1671055A - 用于无线数据传输的方法 - Google Patents

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CN1671055A CNA2005100550271A CN200510055027A CN1671055A CN 1671055 A CN1671055 A CN 1671055A CN A2005100550271 A CNA2005100550271 A CN A2005100550271A CN 200510055027 A CN200510055027 A CN 200510055027A CN 1671055 A CN1671055 A CN 1671055A
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Abstract

本发明涉及一种用于在一个基站与一个或多个特别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，由彼此相继的符号构成的数据由相应的应答器通过电磁载波的调制和反向散射向基站传输，每个符号由各个应答器在一个预给定的时间间隔(I)内被编码及传输，根据本发明，在这些预给定的时间间隔(I)的至少一个内，除了待传输的符号外还传输一个块校验字符，该校验字符由待传输的数据构成。还涉及例如在RFID中的应用。

Description

用于无线数据传输的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在一个基站和一个或多个应答器之间进行无线数据传输方法，其中由基站发射电磁载波，由彼此相继的符号构成的数据通过这些电磁载波的调制和反向散射由相应的应答器向该基站被传输，并且每个符号由一个相应的应答器在一个预给定的时间间隔内被编码及传输。
背景技术
这种在一个或多个基站或阅读装置与一个或多个应答器之间的传输方法被应用在例如无接触识别系统或所谓的射频识别(RFID)系统中。在这种应答器上也可集成传感器、例如用于温度测量的传感器。这种应答器也被称作远程传感器。
这些应答器或它们的发送及接收装置通常不使用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，当它们无自己的能量供应时被称为无源系统，当他们具有自己的能量供应时被称为半无源系统。无源应答器从由基站发射的电磁场中取得用于对自己供电所需的能量。
为了在基站的远场区内用UHF或微波进行从一个应答器对基站的数据传输，通常使用所谓的反向散射耦合(Backscatter-或Rückstreukopplung)。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相应于待向基站传输的数据被调制并被反射。对此典型的调制方法是幅度调制、相位调制及幅移键控(ASK)副载波调制，在该副载波调制中副载波的频率或相位被改变。
这些待传输的数据由彼此相继的符号组成，这些符号通常由应答器分别在预给定的时间间隔或符号间隔内编码并传输。在二进制传输的情况下，则一个符号的值或者为“0”，或者为“1”。已经公知了用于编码符号的不同的方法。
第一种编码方法是所谓的3Phase1-编码，它例如被描述在ISOWD 18000-6 Mode 3中，2002年2月1日。这里，一个符号的位值通过一个由基站产生的同步标记和一个由应答器产生的调制信号状态变换之间的时间差被编码。该编码同步于同步标记地进行。这些同步标记也被称为“凹口标记(Notches)”。
另一种编码方法是所谓的倒转不归零(NRZI)编码。这里，一个“1”通过一个符号间隔或者位间隔开始处、串行传输的信号的、所谓的线码的边沿变换或调制状态变换来表示。当传输一个“0”时，串行信号或调制状态不发生改变。该方法的一个变型是所谓的soft-NRZI编码，其中与时钟信号或同步标记相关地、交错地进行边沿变换。这种方法被描述在本申请人的申请号为DE 102004013885.0的申请文件中，它作为参考结合于此作为本发明的内容。
另一种编码方法是所谓的FM0编码或差动双相(DBP)编码，它例如被描述在Klaus Finkenzeller的教材RFID-Handbuch第三版，HANSER，2002中，特别参见第6.1章“基带中的编码”。这里，通过在比特间隔的中间的任意的边沿表示“0”。当传输“1”时，在该间隔的中间没有边沿变换。与待传输的符号的值无关，在每个比特间隔的开始处产生一个边沿变换，由此使得时钟重建变得容易。
因为这些由应答器反向散射的信号具有很小的功率，由于应答器周围的干扰源，容易引起所传输的符号或数据的失真。反向散射的信号的功率例如可位于-100dBm的范围，然而例如由移动电话引起的干扰信号的功率可处于-54dBm的范围中。为了提高传输可靠性，通常紧接着待传输的(有用)符号或(有用)数据发送块校验字符，它们由数据借助于数学运算构成。这里，通常涉及所谓的奇偶校验位和/或所谓的、长度确定的、通常16位的循环冗余码。
由于加入了块校验字符，相应于附加地传输的块校验字符或保护位(Sicherungsbit)的数量地，数据传输所需的时间也增加了。因为块校验字符仅仅对于数据安全起作用而不用于有用数据的传输，这对于可用的传输带宽造成了负面影响。
一种补偿这种传输时间的增加的可能性是提高传输率。但是传输率的提高是以相应的应答器的振荡器频率的提高为前提的，由此其电流消耗增加，传输有效范围因而减小。此外所需的传输带宽增加。然而这只是在各个由立法者规定的标准的范围内可能。因为噪声能量同样随带宽而增加，所以附加的需要基站的接收部件的更高的敏感度或灵敏度。
发明内容
本发明的任务在于提供一种如开始部分所述类型的用于无线数据传输的方法，以这些方法可以通过对可用的带宽的改进的利用而实现比较而言高的传输率，并使大的传输距离及高的传输可靠性成为可能。
本发明通过具有下述的特征的方法来解决该问题。
根据本发明，提出了一种用于在一个基站与一个或多个特别是无源的应答器之间无线数据传输的方法，由该基站发射电磁载波，由彼此相继的符号构成的数据通过这些电磁载波的调制和反向散射由相应的应答器向该基站被传输，并且每个符号由一个相应的应答器在一个预给定的时间间隔内被编码及传输，其中，在这些预给定的时间间隔的至少一个中，除了该待传输的符号外还传输一个块校验字符，它由这些待传输的数据形成。
根据本发明，在至少一个预给定的时间间隔内，除了待传输的符号外还传输一个块校验字符，该校验字符由待传输的数据构成。由此可能放弃紧接在有用数据后的块校验字符的传输，因为它已经在有用数据的传输期间在一个或多个时间间隔或符号间隔中被传输。这减少了所需的传输时间，而不需提高传输率及由此提高所需的传输带宽。与传统的、在其中紧接着传输块校验字符的安全机制的结合，以本发明的方法，提高了所谓的汉明间距(Hammingdistanz)，由此错误识别或错误纠正的可能性提高了。其中作为基础的、传统的编码方法可以这样被扩展，使得其扩展与传统的系统兼容被保持。
在本方法的一种进一步构型中，调制是PSK调制或ASK调制。这样的调制方法容易实施并具有高的抗干扰性。
在本方法的一种进一步构型中，编码是3Phase 1编码、FM0编码或NRZI编码。作为NRZI编码的变型优选地使用一种soft-NRZI编码。所提及的编码方法由标准以这种方式被扩展，即它们保持与传统系统的兼容性。扩展可以这样进行，即在时间间隔或位间隔内，(有用)符号被传统地编码，并且块校验字符通过调制状态的变换在一些时间点被编码，在这些时间点中根据标准该调制状态不发生变换。
在本方法的一种进一步构型中，该时间间隔由基站通过彼此相继的同步标记或“凹口标记”被预给出。这种同步或准同步的传输提高了传输可靠性并简化了传输方法。
在本方法的一种进一步构型中，同步标记或位边界标记通过场间隙(Feldlücken)或通过电磁载波的一个相位翻转产生。有利的是，此外可以使用带被抑制载波的双边带调制，通过这种方法，带宽利用被改善了，并且传输安全性提高及传输作用距离增大了。
在本方法的一种进一步构型中，块校验字符是一个由数据构成的循环冗余码(CRC)的一部分。有利的是，块校验字符代替地或组合地是一个奇偶校验位。以这种方式，紧接着数据传输之后可以部分地或完全放弃CRC及/或奇偶校验位的传输。
在本方法的一种进一步构型中，块校验字符通过一个附加的调制状态被编码，该调制状态不用于符号的编码。这使(有用)符号与块校验字符的简单区分成为可能，并使与传统的系统的兼容性变得简单。有利的是，附加的调制状态通过控制在应答器的输入电路中的一个变容二极管产生。例如这个附加的调制状态可以通过在变容二极管这些端子上加以相同的电位而产生。
在本方法的一种进一步构型中，块校验字符在预给定的时间间隔内在待传输的符号之后被传输。这使(有用)符号与块校验字符的简单区分成为可能，并使与传统的系统的兼容性变得简单。
在本方法的一种进一步构型中，符号是一个标识比特序列的一部分，该序列在一个应答器选择过程期间被由一个应答器向基站传输。所谓的仲裁方法或防碰撞方法用于从大量应答器中选出一个或多个应答器。第一种方法例如在本申请人的、在前的德国专利申请10336308.4中被描述，它全文作为参考结合于此作为本申请的内容。另一种选择方法在2002年2月1日的ISO WD 18000-6 Mode3中被描述，其中，选择同样借助一个标识比特序列实现。选择方法工作在全双工模式下，由此选择持续时间减少了。标识比特序列被逐符号地或逐位地由应答器向基站传输。为了保证在选择过程期间由应答器传输的符号，特别是标识比特序列的比特位，以传统的方式构建一个16位-CRC，它紧接在数据或消息之后被传输。根据本发明，附加地或替代随后传输的安全数据，在(有用)符号或识别比特序列的比特位的传输期间已经传输了至少一个块校验字符。这减少了仲裁所需的时间，和/或提高了抗干扰性。
附图说明
本发明的有利的实施形式在附图中示出，并在下面被描述。这里概要示出了：
图1以伪代码表示的用于产生一个多路选择信号的算法，
图2以伪代码表示的用于产生一个相应于块校验字符的值的调制状态的算法，
图3使用图1及图2中所示的伪代码时，在一个符号序列的传输期间的调制状态的时序图
图4在一个选择方法期间三个应答器的调制状态的时序图。
具体实施方式
图1示出了所谓的基于VHDL的、用于确定一个变量CRC_zone的值的伪代码，该变量的值控制一个多路选择信号的状态。VHDL是一种硬件描述语言，其在数字电路的设计中被使用。为了更容易的可读性，下面多路选择信号也用CRC_zone表示。所示的伪代码在一个未被示出的应答器中在一个为此合适的实施单元上作为进程循环地运行。该多路选择信号CRC_zone用于控制一个在应答器中未被示出的多路复用器，该多路复用器根据多路选择信号CRC_zone在其输出端或施加一个相应于待传输的符号的值的调制信号或施加一个相应于块校验字符的值的调制信号。该多路选择信号CRC_zone因此用于在一个为了待传输的符号的编码而预设定的时间间隔内对相应于块校验字符的值的调制状态进行叠加(Einblendung)。
各个时间间隔在这里被划分为四个同样大小的区域，其中在图1中所示的变量或信号S_1/4，S_1/2及S_3/4在一个相应的时间间隔内从一个时间点开始设定逻辑值“1”，从该逻辑值开始，在该相应的时间间隔内达到所属的范围。信号S_1/4从该时间点开始设定值“1”，从其开始，该时间间隔的持续时间的四分之一流逝。信号S_1/2从该时间点开始设定值“1”，从其开始，时间间隔的持续时间的一半流逝，信号S_3/4从该时间点开始设定值“1”，从其开始，时间间隔的持续时间的四分之三流逝。时间间隔的一个这种划分在图3中示例地给出。这些所属的时间参考的至应答器的传输可以例如通过在一个数据包的首部区段内传输一个或多个参考标记实现，该数据包在数据传输的范围内从基站被传输给一个或多个应答器。
多路选择信号CRC_zone根据一个变量return_mod被设置。变量return_mod指明了设置的编码方法，并可以具有代表soft-NRZI编码方法的值soft_NRZI、代表3Phase 1编码方法的值3Phase 1，代表同名的编码方法的值FM0或代表同名的编码方法的值NRZI。为了确定多路选择信号CRC_zone，除在3Phase 1编码方法中外，还考虑到一个变量data的值，该变量反映待传输的(有用)符号或(有用)数据。
图2示出所谓的、用于确定变量Mod的值的基于VHDL的伪代码，该变量的值控制调制状态，该状态被分配给待传输的块校验字符。为了更容易的可读性，下面分配给变量Mod的调制状态也用Mod表示。该调制状态Mod根据于多路选择信号CRC_zone在多路复用器的输出端，并且同样根据于变量return_mod被求得。当3Phase 1编码方法被设置时，调制状态Mod相应于待发送的块校验字符crc2send的值。在其它编码方法中借助变量data的值进行情况区分。当变量data的值、即待传输的符号或数据的值与变量crc2send的值相同，则调制状态Mod被设置为与变量mod_data的值相同，该变量反映当前存在的调制状态的值。否则该值被设置为变量mod_data的取反值。
图3示出了在一个符号序列的传输期间，在使用不同的编码方法中使用图1及图2中所示的伪代码的情况下，调制状态的时序图。在垂直方向上，用虚线示出了各个时间间隔I的边界，在这些时间间隔内每次编码并传输一个符号或一个块校验字符。这些间隔边界由基站通过传输未被示出的同步标记确定。这些间隔持续时间是恒定的。
第一行示出了信号level2send的时间变化曲线，该信号对应于应答器的待发送的符号序列。待发送的符号的值为“1”、“1”、“0”、“1”、“0”、“0”和“0”。第二行示出了信号或分配给信号的变量crc2send、即块校验字符的时间变化曲线。块校验字符的值为“0”、“0”、“1”、“0”、“1”、“1”和“0”。因此每个间隔I地对以下数值对进行编码并传输：[1，0]，[1，0]，[0，1]，[1，0]，[0，1]，[0，1]和[0，0]。从第三行开始示出了编码方法NRZI、soft_NRZI、3Phase 1以及FM0的调制状态的时间变化曲线，其中总是上面的行表示出了根据标准的调制状态的变化曲线，即没有附加的块校验字符的传输，并且总是下面的行表示出根据本发明的变化曲线，其中各个块校验字符在相应的间隔I内被一起传输。
以下借助图1和图2的伪代码示例地推导出调制状态的变化曲线。
当NRZI方法被作为编码方法时的这种变化曲线作为例子。其它的编码方法的变化曲线类似地借助图1和图2的伪代码确定。
首先借助图1在第一间隔内确定变量CRC_zone的值。变量return_mod的值为NRZI，因此CRC_zone的值根据变量data的值被确定。变量data表示待传输的符号的值，并且与level2send相同，即它的值在第一间隔内为“1”。变量CRC_zone的值因此与变量S_1/2同变量S_3/4的取反值的逻辑与(UND)运算的值相同。变量S_1/2的值在间隔的前半部分中为“0”并在后半部分中为“1”。变量S_3/4的值在间隔的最后四分之一中为“1”，其余部分中为“0”。由逻辑运算可得出，变量CRC_zone的值在从间隔的中部开始直到该间隔的四分之三的范围内为“1”，其余部分中为“0”。多路复用器因此通过信号CRC_zone被这样控制，使得在其输出端除了在该间隔的中部直到该间隔的四分之三的范围上之外为传统的调制信号，它与所对应的标准编码方法的上方的行一致，并且表示出待传输的符号。
在信号CRC_zone为“1”的范围中，在多路复用器的输出端存在通过变量Mod所确定的调制状态。该调制状态将待传输的块校验字符crc2send编码。在第一间隔中，该块校验字符crc2send的值为“0”。变量Mod的值按照图2来确定。由于所设置的编码方法，并且因为待传输的符号data与待传输的块校验字符crc2send不一致，所以Mod通过将mod_data翻转得到。变量mod_data反映了当前存在的调制状态的值，其值为“0”。因此Mod的值确定为“1”。由此得到图3中所示的调制信号的时间变化曲线图，该调制信号在第一间隔的开始与一半之间以及在四分之三与末端之间为“0”，在其它范围内为“1”。
为了求得在第二间隔内的信号变化曲线，重新首先在第二间隔内借助图1确定变量CRC_zone的值。因为变量return_mod、data以及S_1/2和S_1/4的、作为基础的值在第二间隔内相同，所以这些变量CRC_zone的值的变化曲线在第二间隔内相同，即仅仅在第二间隔的一半与四分之三之间的范围内，块校验字符crc2send的编码被叠加，在其它范围中信号进程对应于编码标准，该编码标准在上面的行中示出。因为待传输的符号data或level2send与待传输的块校验字符crc2send不一致，所以根据图2变量Mod的值通过将值为“1”的变量mod_data的值翻转得到。这样得到在图3中所示的调制信号的时间变化曲线，其在第二间隔的开始与一半之间以及在四分之三与末端之间为“1”，在其它范围内为“0”。
为了求得在第三间隔内的信号变化曲线，重新首先在第三间隔内借助图1确定变量CRC_zone的值。变量data的值现在为“0”，即变量CRC_zone的值通过将变量或信号S_1/4的值翻转得到。这意味着，在第三间隔的开始与四分之一之间的范围内，块校验字符crc2send的编码被叠加，在其它范围中信号变化曲线对应于编码标准，它在上面的行中被示出。因为待传输的符号data或level2send与待传输的块校验字符crc2send不一致，所以根据图2变量Mod的值通过将值为“1”的变量mod_data的值翻转得到。这样得到在图3中所示的调制信号的时间变化曲线，其在开始与四分之一之间为“0”，在其它范围内为“1”。
调制信号的另外的进程可以简单地借助图1和图2确定。原则上首先借助图1确定一个范围，在相应的间隔中在该范围内分配给块校验字符的调制状态被叠加。间隔的其余范围的调制状态与标准编码方法相比未改变。调制状态的值根据图2得到。
在所描述的方法的一种进一步构型中，特别在有宽的带宽条件下或当数据传输率相对可用的带宽而言小的时候，有可能使用所谓的副载波或辅助载波，它例如被描述在Klaus Finkenzeller的教材，RFID-Handbuch第三版，HANSER，2002中，特别参见第6.2.4章“带有辅助载波的调制方法”。当仅仅使用一个辅助载波时，上面描述的编码可以作为掩码(Maske)使用，即在图3中示出的调制状态的变化曲线用于辅助载波的“接通”或“关断”，其中辅助载波在两个出现的调制状态的之一中被接通，并在另一个中被关断。当有两个辅助载波可用时，在这些辅助载波之间的切换可以借助所示的调制状态进行。
图4示出了三个应答器TR1至TR3在一个选择方法或仲裁方法期间的调制状态的时序图，其中编码基于3Phase 1编码，它如已经在图3中所示地这样被扩展，使得在一个间隔内传输一个符号或一个块校验字符。
这里，选择方法优选地如在2002年2月1日的ISO WD 18000-6Mode 3中所描述的那样进行。对一个或一组应答器的选择借助一个由基站BS传输的选择比特序列进行。选择比特序列逐位地传输至应答器TR1至TR3。选择比特序列的一个位的值借助在每两个彼此相继的同步标记之间的持续时间被编码。在两个同步标记之间的持续时间T0在所示的例子中编码值为“0”，并且持续时间T1为值“1”。间隔宽度因此与图3的间隔宽度相反不是恒定的。
所有必需的传输参数，例如T0、T1及另外的任意的参考值或常数，可以在通常在一个数据传输开始被发送的所谓的头部区段或首部区段，在数据传输的参加者BS与TR1至TR3之间被交换。
在全双工操作中，应答器TR1至TR3通过基站BS与一个选择比特位的传输同时地将其标识比特序列的一个所属的位在一个通过两个彼此相继的同步标记构成的间隔中反向散射回基站BS。各个应答器TR1至TR3将选择位与其标识比特序列所属的位相比较。若位相同，则相应的应答器继续参加选择过程。若位不相同，则相应的应答器转换至一种静止保持模式，并不再继续参加当前的选择事件。
为了保护由应答器TR1至TR3传输的它们的标识比特序列的位，在相应的间隔中同时传输一个块校验字符或一个保护位。紧接在标识比特序列的传输之后的一个CRC的传输不是一定必须的。这减少了用于仲裁所需的时间。
由应答器TR1至TR3传输的符号以及块校验字符的编码与在图1及图2中所示的伪代码类似地进行。更短的宽度为T0的间隔被选择作为参考间隔宽度，它被划分为四个相同长度的范围，在图2中所示的信号S_1/4、S_1/2和S_3/4被分配给它们。在持续时间为T1的间隔中，调制状态在时间T0后直至持续时间T1都保持不变。
在图4中，选择位在第一间隔内的值为“1”。应答器TR1的标识比特序列的所属的位的值为“0”。TR1传输其标识位及一个块校验字符或保护位，其值为“0”。因为对应答器TR1，选择位和标识位不一致，所以应答器转换至一个静止保持模式，并且不再继续参加当前的选择事件。应答器TR2和TR3的标识比特序列的所属的位分别具有值“1”。TR2和TR3传输它们各自的选择位以及块校验字符或保护位，其分别具有值“0”。
在第二间隔中，选择位的值同样为“1”。应答器TR2和应答器TR3的相应的标识位的值与选择位的值一致，因此两个应答器TR2和应答器TR3继续参加选择过程。相应的校验位的值为“1”。
在第三间隔中，选择为的值为“0”。因为应答器TR2的标识位的值为“1“，所以它不再参加选择过程。TR2将值“1”作为保护位传输。TR3将值“0”作为标识位传输并将值“1”作为保护位传输。该选择方法接下来在两个间隔上继续实施，其中选择位的值和相应的标识位的值分别一致。应答器TR3被选择，确切地说，保持被选择。基站BS现在可以对选择出的应答器TR3执行写、读或其它的命令。
在图4中示出的例子基于3Phase 1编码。自然其它的编码类型、特别是在图3中示出的编码类型也可以使用在图4中描述的仲裁方法。
替代地或附加地，为了块校验字符的传输或编码，可以使用附加的调制状态，它不用于对符号编码。例如可以在通常在两个不同的相位之间切换的相位调制或相移键控中采用一个第三相位用于块校验字符的编码。
用于相位调制的电路布置例如在本申请人的公开文献DE10158442 A1中示出，其内容的全部范围作为参考结合于此作为本申请的内容。此处在输入电路中的电容改变借助一个变容二极管实现，变容二极管通过一个可控电压源的形式的变容二极管控制装置被施加以一个控制电压用于改变其电容。
为了产生第三相位，可以在使用所谓的累加模式变容二极管(Accumulation-Mode-Varactors)的情况下在两个变容二极管的端子上加以一个相同的电位。第一和第二相位以传统方式地通过在变容二极管上施加的控制电压极性的切换产生。
有利的是这种附加的调制状态在一些时间点被产生，如已描述的那样，在这些时间点上为块校验字符所分配的编码在该间隔内被叠加。该时间点的求得在此可以与在图2中描述的、变量CRC_zone的确定类似地进行。

Claims (11)

1.用于在一个基站(BS)与一个或多个特别是无源的应答器(TR1、TR2、TR3)之间无线数据传输的方法，其中
-由该基站(BS)发射电磁载波，
-由彼此相继的符号构成的数据通过这些电磁载波的调制和反向散射由相应的应答器(TR1、TR2、TR3)向该基站(BS)被传输，并且
-每个符号由一个相应的应答器(TR1、TR2、TR3)在一个预给定的时间间隔(I)内被编码及传输，
其特征在于，
-在这些预给定的时间间隔(I)的至少一个中，除了该待传输的符号外还传输一个块校验字符，它由这些待传输的数据形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该调制是一个PSK调制或ASK调制。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该编码是3Phasel编码、FM0编码或NRZI编码。
4.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，该时间间隔由该基站通过彼此相继的同步标记预给定。
5.根据以上权利要求4所述的方法，其特征在于，这些同步标记通过场间隙或通过所述电磁载波的倒相来产生。
6.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，该块校验字符是一个由这些数据所构成的循环冗余码的一部分。
7.根据权利要求1至5中一项所述的方法，其特征在于，该校验字符是一个奇偶校验位。
8.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，该块校验字符通过一个附加的调制状态被编码，该调制状态不用于符号的编码。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该附加的调制状态通过该应答器的输入电路中的一个变容二极管的控制来产生。
10.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，该块校验字符在该预给定的时间间隔(I)内在该待传输的符号之后被传输。
11.根据以上权利要求中一项所述的方法，其特征在于，这些符号是一个标识比特序列的一部分，该标识比特序列在一个应答器选择过程期间被由一个应答器向该基站传输。
CNA2005100550271A 2004-03-16 2005-03-15 用于无线数据传输的方法 Pending CN1671055A (zh)

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