VERFAHREN UND SYSTEM ZUR INFORMATIONSÜBERTRAGUNG METHOD AND SYSTEM FOR INFORMATION TRANSMISSION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Information von einem bspw. portablen Gerät an ein Schreib- und/oder Lesemodul, ein System zur Ausführung dieses Verfahrens, ein Daten übertragendes Gerät sowie ein Schreib- und/oder Lesemodul.The invention relates to a method for transmitting information from, for example, a portable device to a writing and / or reading module, a system for carrying out this method, a data transmitting device and a writing and / or reading module.
Für die Übertragung von Informationssignalen, insbesondere digitalen Signalen, zwischen Sendern und Empfängern, steht eine Vielzahl von Kanälen zur Verfügung. Ein solcher Kanal ist die kapazitive (genauer: kapazitive/resistive) Kopplung zwischen einem portablen Gerät und einem Schreib- und Lesemodul. Besonders interessant in der Anwendung ist eine solche Kopplung, wenn sie über den menschlichen Körper als Übertragungsmedium erfolgt. Entsprechende Systeme werden bspw. in der US-Patentschrift 4,591,854, der US-Patentschrift 5,914,701 und der US-Patentschrift 5,796,827 offenbart. Ein Benutzer trägt ein portables Gerät auf sich. Sobald der Benutzer eine mit einem Schreib- und Lesemodul gekoppelte Berührungsfläche berührt oder sich in deren unmittelbarer Nähe befindet, fliesst Information. Zum Beispiel kann ein eindeutiger Zugangscode vom tragbaren Gerät an das Schreib- und Lesemodul übertragen werden.For the transmission of information signals, in particular digital signals, between transmitters and receivers, a plurality of channels is available. One such channel is the capacitive (more precisely: capacitive / resistive) coupling between a portable device and a read / write module. Particularly interesting in the application is such a coupling, if it takes place over the human body as a transmission medium. Corresponding systems are disclosed, for example, in US Pat. No. 4,591,854, US Pat. No. 5,914,701 and US Pat. No. 5,796,827. A user is carrying a portable device. As soon as the user touches or is in the immediate vicinity of a touchpad coupled to a read / write module, information flows. For example, a unique access code may be transmitted from the portable device to the read and write module.
Für praktische Anwendungen, insbesondere die Zugangskontrolle im weitesten Sinn, ergeben sich folgende Anforderungen, denen in Kombination noch kein existierendes
System. entspricht und welche bisher einen kommerziellen Durchbruch dieser Art der Informationsübertragung verhindert hat:For practical applications, especially the access control in the broadest sense, the following requirements arise, which in combination still no existing System. and which has hitherto prevented a commercial breakthrough of this type of information transfer:
A. Signal-Rauschverhältnis. Ein günstiges Signal-Rauschverhältnis ist nur bei einer grossen Amplitude des Übertragungssignals möglich. Im — hochohmigen — menschlichen Körper bestehende, von elektrischen Geräten aufgeprägteA. Signal-to-noise ratio. A favorable signal-to-noise ratio is only possible with a large amplitude of the transmission signal. In - - high-impedance - human body existing, impressed by electrical equipment
Potentialschwankungen sind von der Grössenordnung von einigen 100 mV imPotential fluctuations are of the order of magnitude of a few 100 mV in the
Bereich bis 1 MHz. Für ein Übertragungssystem wird eine viel grossereRange up to 1 MHz. For a transmission system is a much larger
Signalamplitude (d.h. hohe Spannung am Körper) aber vom Benutzer nicht toleriert. Das Verfahren sollte deshalb- auch bei ungünstigem Signal- Rauschverhältnis funktionieren.Signal amplitude (i.e., high voltage on the body) but not tolerated by the user. The method should therefore also work in case of unfavorable signal-to-noise ratio.
B. Kostengünstige Komponenten des tragbaren Geräts: Während bspw. für die RFID-Informationsübertragung einfachste passive Komponenten genügen, muss ein portables Gerät für die kapazitive Übertragung einen aktiven Sender mit Spannungsquelle aufweisen, und es stellt sich das Problem der Synchronisation mit dem Empfänger. Genaue Taktgeber (Schwingquarz o.a.) sind aber teuer; bei weniger genauen Taktgebern steigt der Synchronisationsaufwand.B. Inexpensive Components of the Portable Device: While, for example, for RFID information transmission, the simplest passive components suffice, a portable device for capacitive transmission must have an active transmitter with voltage source, and the problem arises of synchronization with the receiver. Accurate clock (quartz oscillator or similar) are expensive; with less accurate clocks increases the synchronization effort.
C. Geschwindigkeit: Der ganze Informationsübertragungsprozess inklusive Synchronisation darf höchstens wenige Sekunden, besser weniger als eine Sekunde dauern, je nach Anwendung höchstens 300 ms oder höchstens 200 ms.C. Speed: The entire information transmission process, including synchronization, can last no more than a few seconds, better still less than a second, depending on the application, at most 300 ms or at most 200 ms.
In der US-Patentschrift 5,914,701 wurde bereits vorgeschlagen, das „direct-sequence spread spectrum"-Modulationsverfahren zur Informationsübertragung zu verwenden. Dadurch werde die Rauschempfindlichkeit (damit ist wohl insbesondere die Interferenzempfindlichkeit gemeint) reduziert und es werde möglich, dass mehrere
Sender gleichzeitig aktiv sind, wobei jeder Sender einen eigenen Modυlationscode (spreading code) aufweise. Tatsächlich ist das an sich schon lange bekannte „spread- spectrum "-Verfahren bekanntermassen dafür geeignet, die Störanfälligkeit von Signalen zu verringern und Signale empfängerspezifisch zu kodieren. Es ergeben sich aber auch Nachteile: der Rechenaufwand des Schreib- und/oder Lesemoduls und der Synchronisationsaufwand beim portablen Gerät sind beträchtlich. Die genannte Schrift US 5,914,701 enthält keine Hinweise darauf, wie die Synchronisation bewerkstelligt werden kann, ohne gegen Anforderungen B und C zu verstossen. Ausserdem kann es je nach Anwendung auch nachteilig sein, wenn es mehreren portablen Geräten gleichzeitig möglich ist, mit dem Schreib- und/oder Lesemodul zu kommunizieren. Beispielsweise für die Anwendung „sichere Zugangskontrolle" sollte vielmehr gewährleistet sein, dass die vom Schreib und/oder Lesemodul empfangenen Daten nur von demjenigen Benutzer stammen, der sich in unmittelbarer Nähe einer Bedienfläche des Moduls befindet und beispielsweise diese berührt.It has already been proposed in US Pat. No. 5,914,701 to use the "direct-sequence spread spectrum" modulation method for transmitting information, thereby reducing the noise sensitivity (which is probably meant in particular for interference sensitivity) and making it possible for several Transmitters are active at the same time, each transmitter has its own modulation code (spreading code). In fact, the "spread-spectrum" method, which has long been known per se, is known to reduce the susceptibility of signals to signals and to signal-specificly code signals, but there are also disadvantages: the computational effort of the read and / or write module and the synchronization effort The above-mentioned document US 5,914,701 contains no indication as to how the synchronization can be accomplished without violating requirements B and C. Moreover, depending on the application, it may also be disadvantageous if several portable devices are simultaneously possible For example, for the secure access control application, it should rather be ensured that the data received from the read and / or read module originates only from the user who is in the immediate vicinity of a control surface of the module and for example this touches.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren für die Informationsübertragung zur Verfügung zu stellen, durch welches Nachteile gemäss dem Stand der Technik überwunden werden, und welches den Anforderungen A bis C mindestens teilweise genügt. Vorzugsweise sollte das Verfahren die Vorzüge der kapazitiven „intrabody" -Informationsübertragung über den menschlichen Körper aufweisen und sicherstellen können, dass von einem Schreib- und/oder Lesemodul empfangene Daten von demjenigen portablen Gerät stammen, das der in unmittelbarer Nähe des Moduls befindliche Benutzer auf sich trägt.On the basis of this prior art, the object is to provide a method for the transmission of information by which disadvantages according to the prior art are overcome, and which satisfies the requirements A to C at least partially. Preferably, the method should have the advantages of "intrabody" capacitive information transmission across the human body and be able to ensure that data received from a read and / or write module is from the portable device that the user in close proximity to the module is referring to wearing.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zu übertragende Daten von einem (oft vom Benutzer getragenen, portablen) Gerät als digitales Signal dargestellt und dieses mittels dem Frequenzspreizverfahren in ein Ultra-Breitband-Signal gewandelt und
kapazitiv und/oder resistiv -via den Körper des Benutzers oder direkt - an ein Schreib- und/oder Lesemodul übermittelt wird.This object is achieved in that data to be transmitted by a (often carried by the user, portable) device represented as a digital signal and this converted by means of the frequency spreading in an ultra-wideband signal and Capacitive and / or resistive -via the user's body or directly - is transmitted to a writing and / or reading module.
Unter der kapazitiven und/oder resistiven Signalübertragung via den menschlichen Körper wird die Signalübertragung zwischen einem Sender (Transmitter) und einem Empfänger (Receiver) verstanden, wobei über ein Sender-Interface ein Signal vom Transmitter in den Körper einkoppelbar und vom Körper in ein Empfänger-Interface einkoppelbar ist. Die Kopplung durch den Körper erfolgt primär resistiv. Die Kopplung zwischen dem Sender- und dem Empfänger-Interface ist je nach Situation primär kapazitiv oder primär resistiv oder eine Kombination von beiden. Eine primär resistive Kopplung zwischen Interface und Körper erfolgt dann, wenn das Interface eine vom Körper unmittelbar berührte Elektrode aufweist; andernfalls dominieren i.A. kapazitive Anteile. Diese Art von Signalübertragung über kapazitive und/oder resistive Kopplung wird auch „Intrabody" -Signalübertragung genannt. In der Literatur (insbesondere in US 5,914,701) wird die Intrabody-Signalübertragung primär durch kapazitive Kopplung modelliert.Under the capacitive and / or resistive signal transmission via the human body, the signal transmission between a transmitter (transmitter) and a receiver (receiver) is understood, via a transmitter interface, a signal from the transmitter into the body coupled and from the body into a receiver Interface can be coupled. The coupling through the body is primarily resistive. Depending on the situation, the coupling between the transmitter and the receiver interface is primarily capacitive or primarily resistive or a combination of both. A primary resistive coupling between interface and body takes place when the interface has an electrode directly touched by the body; otherwise i.A. capacitive shares. This type of signal transmission via capacitive and / or resistive coupling is also called "intrabody" signal transmission In the literature (especially in US 5,914,701), intrabody signal transmission is modeled primarily by capacitive coupling.
Ultra-Breitband ist definiert als die Nutzung eines Frequenzbereiches einer Bandbreite von mindestens 20% der Mittenfrequenz oder mindestens 500 MHz für die Informationsübertragung. Für das erfindungsgemässe Verfahren sind Übertragungsfrequenzen von über 100 MHz nachteilig bzw. nicht realisierbar, so dass im Folgenden „Ultra-Breitband" mit „mindestens 20% einer mittleren Übertragungsfrequenz", d.h. gegebenenfalls „mindestens 20% einer Trägerfrequenz" gleichzusetzen ist.Ultra-broadband is defined as the use of a frequency range of at least 20% of the center frequency or at least 500 MHz for the transmission of information. For the inventive method transmission frequencies of over 100 MHz are disadvantageous or not feasible, so that in the following "ultra-broadband" with "at least 20% of an average transmission frequency", i. if appropriate "at least 20% of a carrier frequency" is equated.
Frequenzgespreizte Ultra-Breitband-Signale werden gemäss dem Stand der Technik dort verwendet, wo Interferenzen mit anderen Übertragungskanälen verhindert werden sollen (bspw. in Personal Area Networks). Solche Signale werden (bspw.
UMTS) auch dafür genutzt, um mit einer grosser Anzahl von Benutzern gleichzeitig kollisionsfrei kommunizieren zu können. Durch die Erfindung wird die neue Erkenntnis genutzt, dass die Übertragung eines frequenzgespreizten Ultra-Breitband- Signals auch für Punkt-zu-Punkt-Übertragungen ohne interferierende , andere Informationskanäle vorteilhaft sein kann - um solche Punkt-zu-Punkt-Übertragungen handelt es sich bei der kapazitiven und/oder resistiven Übertragung durch den menschlichen Körper.Frequency-spread ultra-wideband signals are used in the prior art where interference with other transmission channels is to be prevented (eg in personal area networks). Such signals are (eg. UMTS) also used to communicate with a large number of users at the same time collision-free. The invention makes use of the new realization that the transmission of a frequency-spread ultra-wideband signal can also be advantageous for point-to-point transmissions without interfering, other information channels - such point-to-point transmissions are involved the capacitive and / or resistive transmission by the human body.
Es hat sich gezeigt, dass die kapazitive und/oder resistive Übertragung eines Ultra- Breitband-Signals vorteilhaft ist, insbesondere in Bezug das Signal-Rauschverhältnis bei kleinen Spannungsamplituden. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemässe Vorgehen mit Spannungsamplituden von im Körper wenigen mV - entsprechend bspw. bis zu 3 V oder weniger auf Elektroden — zu operieren, was unterhalb der ohnehin im menschlichen Körper von elektrischen Geräten eingekoppelten Potentialschwankungen ist. Das erfindungsgemässe Vorgehen erlaubt, dass das Signal als Pseudo-Rauschsignal im Rauschen bzw. der Interferenz „verschwindet" (um z.B. einen Faktor 10) und daher keine messbare Beeinflussung der Stromflüsse im menschlichen Körper verursacht.It has been shown that the capacitive and / or resistive transmission of an ultra-wideband signal is advantageous, in particular with regard to the signal-to-noise ratio at low voltage amplitudes. In particular, the procedure according to the invention makes it possible to operate with voltage amplitudes of a few mV in the body - corresponding to, for example, up to 3 V or less on electrodes - which is below the potential fluctuations introduced by electrical devices in the human body anyway. The procedure according to the invention allows the signal to "disappear" as a pseudo-noise signal in the noise or interference (for example by a factor of 10) and therefore does not cause a measurable influence on the current flows in the human body.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird denn auch bevorzugt eine Amplitude an den Koppelelektroden von 5 V, besonders bevorzugt von 3 V nicht überschritten.In the embodiment of the method according to the invention, an amplitude at the coupling electrodes of 5 V, particularly preferably 3 V, is also preferably not exceeded.
Bevorzugt wird das „Direct Sequence-Spread-Spectrum-Verfahren" benutzt. Die Codefrequenz („Chipping-Frequenz") beträgt dann aufgrund der Definition von „Ultra-Breitband" bspw. mindestens ein Fünftel der Signal-Mittenfrequenz, vorzugsweise mindestens die Hälfte der Signal-Mittenfrequenz. Im besonders
bevorzugten Fall ist die Chipping-Frequenz gleich der Modulationsfrequenz und somit gleich der Mittenfrequenz.The code frequency ("chipping frequency") is then, for example, at least one fifth of the signal center frequency, preferably at least half of that, due to the definition of "ultra-broadband" Signal Center Frequency .Im special In the preferred case, the chipping frequency is equal to the modulation frequency and thus equal to the center frequency.
Das Datenwort kann vor dem „Spreading" mit einem Verfahren der digitalen Datenmodulation moduliert werden. Ein Beispiel dafür ist das Phase-Shift-Keying (PSK; Phasenumtastungs) -Verfahren, insbesondere das binäreThe data word may be modulated prior to spreading by a digital data modulation technique, such as Phase Shift Keying (PSK), in particular the binary one
Phasenumtastungsverfahren (BPSK) oder auch ein Quadratur- oder anderes Phasenumtastungsverfahren. Bevorzugt wird ein solches Datenmodulationsverfahren mit einem Coding kombiniert, welches das Signal insensitiv bezüglich der absoluten Phase macht, bspw. indem nur Phasendifferenzen angeschaut werden (differentielle Kodierung, „differential encoding"). Im Beispiel PSK ergibt das in Kombination eine DPSK (Differential Phase Shift Keying; differentielle Phasenumtastumg), beispielsweise eine DBPSK-Modulierung. Dieses Verfahren bringt in Kombination mit dem erfindungsgemässen Vorgehen den Vorteil, dass die absolute Phase nicht bekannt sein muss. Vielmehr ist bei der differentiellen Phasenumtastung nur die relative Phase zwischen einem Symbol und dem jeweils nächsten Symbol von Bedeutung. Alternativ zur differentiellen Kodierung kann auch ein anderer bspw. fehlerkorrigierender Code mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden, bpsw. ein rotations-invarianter Code.Phase shift keying method (BPSK) or also a quadrature or other phase shift keying method. Preferably, such a data modulation method is combined with a coding which makes the signal insensitive with respect to the absolute phase, eg by looking only at phase differences (differential coding) In the example PSK this results in a combination DPSK (differential phase shift Keying; differential phase shift keying), for example a DBPSK modulation This method, in combination with the procedure according to the invention, has the advantage that the absolute phase need not be known, but in differential phase shift keying only the relative phase between one symbol and the next one Symbol of meaning Alternatively to the differential coding also another eg error-correcting code with similar characteristics can be used, bpsw a rotation-invariant code.
Bevorzugt beinhaltet das Datenwort ein Bit oder mehrere Bits, die empfängerseitig einen Konsistenztest (Prüfsummentest im weiteren Sinn), bspw. einen zyklischenPreferably, the data word contains one or more bits, the receiver a consistency test (checksum test in the broad sense), for example. A cyclic
Redundanztest erlauben. Dies ist besonders bevorzugt im Zusammenhang mit der differentiellen Kodierung oder rotations-invarianten Codes: Durch Anwenden desAllow redundancy test. This is particularly preferred in the context of differential coding or rotationally invariant codes: By applying the
Konsistenztests auf die erhaltenen Daten kann ermittelt werden, ob bei derConsistency tests on the data obtained can be determined if at the
Dekodierung aufgrund systematischer Phasendrehungen zwischen zwei benachbarten Code-Symbolen anstatt des Datenwortes ein Artefakt erhalten wurde. Solche sytematischen Phasendrehungen können aufgrund einer nicht feststehendenDecoding due to systematic phase rotations between two adjacent code symbols instead of the data word an artifact was obtained. Such systemic phase rotations may be due to a non-fixed
Beziehung zwischen der Frequenz der senderseitig aufmodulierten
Trägerschwingung einerseits und der Abtastfrequenz (ggf. mit Phasenkorrektur des im Empfänger verwendeten Codes) Zustandekommen. Falls der Konsistenztest (bspw. CRC -Test) fehlende Konsistenz ergibt, wird die erhaltene Symbolfolge verworfen, und eine erneute Auswertung mit einer systematischen Phasendrehung — bspw. um π/2 - von Symbol zu Symbol wird vorgenommen.Relationship between the frequency of the transmitter-modulated Carrier oscillation on the one hand and the sampling frequency (possibly with phase correction of the code used in the receiver). If the consistency test (eg CRC test) results in a lack of consistency, the resulting symbol sequence is discarded and a new evaluation with a systematic phase rotation - for example by π / 2 - from symbol to symbol is made.
Alternativ zur differentiellen Phasenumtastung kann auch eine andere Modulation vogenommen werden, bspw. eine (nicht differentielle) Phasenumtastung (PSK- Modulation), eine andere Modulation, oder gar keine Modulation. In einem solchen Fall muss unter Umständen die absolute Phase des empfangenen Signals bekannt sein. Für die Ermittlung einer absoluten Phase und Frequenz des empfangenen Signals kann bspw. ein Phase-Locked-Loop (PLL) verwendet werden, wie er an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Obwohl dies einen relativ grossen Aufwand und eine gewisse Einregelungszeit mit sich bringt, ist doch je nach Anwendung auch diese Ausführungsform praktikabel oder gar bevorzugt.As an alternative to the differential phase shift keying, another modulation can also be used, for example a (non-differential) phase shift keying (PSK modulation), another modulation, or no modulation at all. In such a case, the absolute phase of the received signal may need to be known. For the determination of an absolute phase and frequency of the received signal, for example, a phase-locked loop (PLL) can be used, as it is known per se from the prior art. Although this involves a relatively large effort and a certain settling time, depending on the application, this embodiment is also practicable or even preferred.
Besonders bevorzugt wird erfindungsgemäss das De-Spreading (die empfängerseitig durchgeführte Umkehroperation zur Frequenzspreizung) mit der Demodulation kombiniert. Gemäss dem Stand der Technik sind Module für das Spreading und De- Spreading einerseits und die Modulation und Demodulation andererseits voneinander unabhängig. Dies wird in Figur 11 illustriert, wo ein Verfahren gezeigt wird, wie es bspw. für die berührungslose Datenübertragung zum Einsatz kommt. Zu übermittelnde Daten („data") werden zuerst moduliert, bspw. mit dem PSK- Verfahren, wobei diese Modulation auch als eine Kodierung aufgefasst werden kann. Anschliessend erfolgen das Spreading und das Aufmodulieren auf eine Trägerfrequenz. Empfängerseitig läuft die umgekehrte Schrittfolge ab. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass Standardkomponenten verwendbar sind, d.h. es kann bspw. ein an sich bekannter Spreader/De-Spreader auch für ein neu entwickeltes System verwendet werden. Eine neu vorgeschlagene Kombination gemäss der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat aber den Vorteil, dass für das De- Spreading und die Demodulation keine separaten Synchronisationsvorgänge notwendig sind, was für die Operation im „Burst"-Mode vorteilhaft ist. Vielmehr wird die für das De-Spreading durchgeführte Signalakquisition auch für die Demodulation verwendet. Das De-Spreading liefert direkt Code-Symbole, die unter Umständen noch dekodiert/demoduliert (Umkehrvorgang der Modulation, bspw. der DPSK-Modulation) werden müssen, wozu aber keine Synchronisation mehr notwendig ist. Diese Ausführungsform bedingt, dass eine fest vorgegebene Beziehung zwischen der Bitfrequenz und der Chipping-Frequenz besteht. Besonders bevorzugt hat eine Chipping-Sequenz (ein Code-Zyklus) genau die Länge eines Code-Symbols.According to the invention, the de-spreading (the receiver-side reverse operation for frequency spreading) is particularly preferably combined with the demodulation. According to the state of the art, modules for spreading and de-spreading on the one hand and modulation and demodulation on the other hand are independent of one another. This is illustrated in FIG. 11, where a method is shown, as used, for example, for contactless data transmission. Data to be transmitted ("data") are first modulated, for example by the PSK method, whereby this modulation can also be understood as a coding, followed by spreading and modulating onto a carrier frequency The procedure has the advantage that standard components can be used, ie, for example, a per se known spreader / de-spreader can also be used for a newly developed system However, the preferred embodiment of the invention has the advantage that no separate synchronization processes are necessary for the de-spreading and the demodulation, which is advantageous for the operation in the "burst" mode. Rather, the signal acquisition performed for the de-spreading is also used for the The de-spreading provides directly code symbols, which may still need to be decoded / demodulated (reversing operation of the modulation, for example the DPSK modulation), but for which synchronization is no longer necessary A chipping sequence (a code cycle) is particularly preferably the length of a code symbol.
Bevorzugt wird das Signal nach der Frequenzspreizung und vor dem Übermitteln auf ein Trägersignal aufmoduliert. Die Trägerfrequenz kann wie bereits erwähnt gleich der Chipping-Frequenz sein. Das Aufmodulieren auf ein Trägersignal hat den Vorteil, dass ein Grossteil der Signalleistung in einem Frequenzbereich anfällt, welcher genügend weit von den störungsanfälligen sehr tiefen Frequenzen (50 Hz etc.) entfernt ist. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten alle das Aufmodulieren auf einen Träger, auch wenn dies keine notwendige Voraussetzung der Erfindung ist und das frequenzgespreizte Signal (es entspricht nachrichtentechnisch einem Basis-Band-Signal) auch direkt — ggf. nach geeigneter Filterung mit einem Tiefpassfilter - übermittelt werden kann.Preferably, the signal is modulated on the frequency spread and before transmitting to a carrier signal. The carrier frequency may, as already mentioned, be equal to the chipping frequency. The modulating on a carrier signal has the advantage that a large part of the signal power is obtained in a frequency range which is sufficiently far away from the fault-prone very low frequencies (50 Hz, etc.). The exemplary embodiments described below all include modulating onto a carrier, even if this is not a necessary prerequisite of the invention, and the frequency-spread signal (it corresponds to a base band signal in terms of telecommunications) is also transmitted directly - possibly after suitable filtering with a low-pass filter can be.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, in einem „burst-mode", d.h. sofort und ohne zeitraubende Synchronisierungsschritte zu übertragen. Die Akquisition (Synchronisation) und das Tracking brauchen ein höheres Signal- Rauschverhältnis als der eigentliche Empfang. Daher werden gemäss einer bevorzugten Ausführungsform die Codes aufaddiert bzw. gemittelt („combining"). Um nicht auf eine Pilot-Sequenz (bspw. Präambel) angewiesen zu sein, werden die
Codes mit Hilfe eines nicht datenunterstützten (Non Data Aided, NDA) Kombinierers gemittelt. Das bedingt, dass die Code-Symbole geschätzt . werden, bspw. mit einem DPSK-Demodulator.With the method according to the invention it is possible to transmit in a "burst-mode", ie immediately and without time-consuming synchronization steps The acquisition (synchronization) and the tracking need a higher signal-to-noise ratio than the actual reception Therefore, according to a preferred embodiment the codes added up or averaged ("combining"). In order not to be dependent on a pilot sequence (eg preamble), the Averaged codes using a non-data aided (NDA) combiner. That requires that the code symbols are estimated. be, for example, with a DPSK demodulator.
Bevorzugt werden beim „combining" mindestens zwei vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgende Signalsequenzen der - u.U. geschätzten - Länge eines Datenbits je mit dem abgespeicherten Code korreliert und die Resultate Code-Symbolwert- bereinigt addiert. Der addierte Wert kann verwendet werden, um für die Akquisition und das ,tracking' Signale mit besonders gutem Signal-Rauschverhältnis zu erhalten. Mit ,tracking' wird die Nachführung des Empfängers bezüglich der Senderfrequenz bezeichnet. Dies kann bspw. mittels des „early-late-gating"-Verfahrens geschehen. Die Vorzeichenbereinigung erfolgt bei PSK-Modulation bevorzugt mittels einer Multiplikation mit einem DPSK-Demodulationswert welcher das relative „Vorzeichen" bzw. das relative komplexe Argument zweier Datensignale (entsprechend Code-Symbolen) schätzt.Preferably, at least two, preferably immediately consecutive, signal sequences of the (possibly estimated) length of a data bit are correlated with the stored code and the results are added in a coded-symbol-value-adjusted manner, the added value can be used to calculate the acquisition and the, tracking 'signals with a particularly good signal-to-noise ratio' tracking 'is the tracking of the receiver with respect to the transmitter frequency, for example, by means of the "early-late-gating" method. The sign correction is preferably carried out in PSK modulation by means of a multiplication with a DPSK demodulation value which estimates the relative "sign" or the relatively complex argument of two data signals (corresponding to code symbols).
Auch kann vorgesehen sein, dass das zu übertragende Datenwort laufend wiederholt abgesandt wird, so dass ein ständiger Bitstrom übertragen wird. Der Empfänger kann so ausgebildet sein, dass die Aufzeichnung des Datenworts zu einem beliebigen Start-Zeitpunkt einsetzen kann, also sobald der Empfänger ein eingehendes Signal erkannt und akquiriert hat. Die Kombination dieser Massnahmen stellt sicher, dass die Übertragung und Aufzeichnung von Daten zu einem frühestmöglichen Zeitpunkt einsetzen kann. Es besteht dann praktisch keine zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an welchem der Empfänger erkennt, dass ein Signal eingeht und dem Beginn der Datenaufzeichnung.It can also be provided that the data word to be transmitted is continuously sent repeatedly so that a continuous bit stream is transmitted. The receiver can be configured so that the recording of the data word can start at any start time, ie as soon as the receiver has detected and acquired an incoming signal. The combination of these measures ensures that the transfer and recording of data can begin at the earliest possible date. There is then practically no time delay between the time when the receiver recognizes that a signal is received and the beginning of the data recording.
Alternativ oder ergänzend dazu kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das die Daten übertragende Gerät Mittel enthält, durch die bewirkt wird, dass das Signal nur
zeitweise ausgesandt wird. Diese können das manuelle Aktivieren des Geräts, das Aktivieren durch einen Bewegungsdetektor, eine geeignet ausgelegte Aufweckschaltung oder beliebige andere Mittel umfassen.As an alternative or in addition, it can of course also be provided that the device transmitting the data contains means by which the signal is only caused is sent out at intervals. These may include manual activation of the device, activation by a motion detector, a suitable wake-up circuit, or any other means.
Gemäss einer speziellen Ausführungsform steht für das Korrelierverfahren eine Mehrzahl von gleichzeitig anwendbaren Korrelatoren zur Verfügung. Damit kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die Frequenzbeziehung zwischen der senderseitigen „Chipping"-Frequenz und der empf ängerseitigen Abtastfrequenz unter Umständen nicht genau bekannt ist - nämlich dann, wenn der Taktgeber des Senders nicht sehr genau ist. Mit den verschiedenen Korrelatoren werden quasi verschiedene Chipping-Frequenzen ausprobiert. Nur bei der passenden Chipping-Frequenz und allenfalls bei benachbarten Frequenzen ergibt sich eine signifikante Korrelation. Die verschiedenen Korrelatoren können einem fingierten Abtastsignal eines Chipping- Codes mit verschiedenen Abtastfrequenzen (bzw. - das ist äquivalent und kommt aufs Selbe heraus — den fingierten Abtastsignalen von Chipping-Codes mit verschiedenen Chipping-Frequenzen mit einer festen Abtastfrequenz) entsprechen. Das bedeutet, dass die Länge und Phase der verschiedenen Korrelatoren dem entsprechenden Frequenzversatzt angepasst sind. Typischerweise sind die Korrelatoren in einem Empfänger-Abtastintervall quantisiert, bevorzugt Vz der Chipping-Länge (entsprechend der zweifachen Chipping-Frequenz).According to a specific embodiment, a plurality of simultaneously applicable correlators are available for the correlation method. This can take account of the fact that the frequency relationship between the transmitter-side "chipping" frequency and the receiver-side sampling frequency may not be exactly known - namely, if the transmitter's clock is not very accurate There is a significant correlation between the different chipping frequencies and only at the appropriate chipping frequency and possibly at adjacent frequencies.The different correlators can match a fake sample signal of a chipping code with different sampling frequencies (or - this is equivalent and comes to the same - correspond to the fake strobe signals of chipping codes with different chipping frequencies at a fixed sampling frequency.) This means that the length and phase of the various correlators are matched to the corresponding frequency offset t Typically, the correlators are in a receiver-A quantized btastintervall, Vz prefers the chipping length (corresponding to the double chipping frequency).
Gemäss einer ersten Variante deckt diese Mehrzal von Korrelatoren - die Korrelatorb ank - die ganze Breite der Chipping-Frequenz-Unsicherheit ab. Dann kann die Akquisition vollständig parallel ablaufen. Als weitere Alternative kann die Korrelatorbank nur einen Teil der möglichen Frequenz-Ungenauigkeit abdecken, und die Abtastfrequenz oder äquivalent dazu die Korrelatorbank als Ganzes kann schrittweise über die ganze Breite möglicher Frequenzen verändert werden, bis ein Korrelator signifikante Datensignale (Code-Symbole) ergibt (teilweise parallele Akquisition).
Eine Korrelatorbank kann fest sein und eine fixe Frequenzbeziehung zur - festen - Abtastfrequenz aufweisen. Alternativ dazu kann ein Fein-Tuning vorgesehen sein, gemäss welchem die Abtastfrequenz basierend auf Korrelationswerten (bspw. aus dem Tracking gewonnen) leicht angepasst wird.According to a first variant, this multiple of correlators - the correlator angle - covers the full width of the chipping frequency uncertainty. Then the acquisition can be completely parallel. As a further alternative, the correlator bank may cover only a portion of the possible frequency inaccuracy, and the sampling frequency, or equivalently, the correlator bank as a whole, may be varied stepwise across the full width of possible frequencies until a correlator yields (partially) significant data signals (code symbols) parallel acquisition). A correlator bank may be fixed and have a fixed frequency relationship to the fixed sampling frequency. Alternatively, a fine tuning may be provided according to which the sampling frequency is slightly adjusted based on correlation values (eg obtained from the tracking).
Gemäss einer alternativen Ausführungsform, welche insbesondere für Systeme mit vergleichsweise genauen senderseitigen Taktgebern geeignet ist, wird nur ein einziger Korrelator verwendet. Dieser kann im Falle genügend grosser Genauigkeit zusammen mit einer fixen Abtastfrequenz verwendet werden. Alternativ dazu kann die Abtastfrequenz über einen gewissen Bereich schrittweise geändert werden, bis signifikante Datensignale gefunden werden.According to an alternative embodiment, which is particularly suitable for systems with relatively accurate transmitter-side clocks, only a single correlator is used. This can be used in the case of sufficiently high accuracy together with a fixed sampling frequency. Alternatively, the sampling frequency may be incrementally changed over a certain range until significant data signals are found.
Für die Akquisition stehen zwei Kriterien zur Verfügung, von denen mindestens eines, vorzugsweise beide verwendet werden: ein Amplituden- oder Betragskriterium und ein Zeitkriterium. Das Amplituden- oder Betragskriterium beruht auf einem Vergleich eines - vermeintlichen - Betragsmaximums (Peaks) mit einem Rauschlevel. Wenn der durchschnittliche Rauschlevel um einen gewissen Schwellwert - von bspw. zwischen 2 und 5dB - überschritten wurde, wird ein Code- Symbol vermutet. Das Zeitkriterium erfüllen zwei aufeinanderfolgende Peaks dann, wenn ihr zeitlicher Abstand mindestens ungefähr einer Bitlänge entspricht. Eine Bitlänge ist gleichzeitig eine Korrelator- (Code-) -Länge bzw. vorbestimmter Bruchteil davon.For the acquisition, two criteria are available, of which at least one, preferably both are used: an amplitude or amount criterion and a time criterion. The amplitude or magnitude criterion is based on a comparison of a - supposed - magnitude maximum (peaks) with a noise level. If the average noise level has been exceeded by a certain threshold, for example between 2 and 5dB, a code symbol is suspected. The time criterion will satisfy two consecutive peaks if their time interval equals at least about one bit length. A bit length is at the same time a correlator (code) length or predetermined fraction thereof.
Wenn mehrere Korrelatoren vorhanden sind, wird das Signal nicht nur in Funktion der Zeit, sondern auch in Funktion des Korrelators bzw. dessen Nummer nach Peaks durchsucht. Für die Akquisition ergibt sich noch ein drittes Kriterium: verschiedene Peaks sollten demselben Korrelator bzw. höchstens benachbarten Korrelatoren zugeordnet werden, da die Sendefrequenz über die Meldungs („burst") -Länge
ungefähr konstant sein muss, d.h. es nicht sein kann, dass sich die Chipping- Frequenz zwischen verschiedenen Bits stark ändert.If multiple correlators are present, the signal is searched for peaks not only as a function of time but also as a function of the correlator or its number. There is a third criterion for the acquisition: different peaks should be assigned to the same correlator or maximally adjacent correlators since the transmission frequency exceeds the burst length must be approximately constant, ie it can not be that the chipping frequency between different bits changes greatly.
Besonders bevorzugt wird das Verfahren so durchgeführt, dass von vornherein ausgeschlossen ist, dass an einem Datenaustausch mehr als ein portables Gerät (als Sender) beteiligt ist. Dies kann bspw. dadurch gewährleistet sein, dass die Übertragungsfrequenz (beziehungsweise die Mittenfrequenz) kleiner als 10 MHZ, mit Vorteil nicht grösser als 2 MHz, besonders bevorzugt nicht grösser als 1 MHz ist. Zusätzlich soll die Sendeleistung so klein sein, dass die kapazitiv-resistive Kopplung nur bei sehr kleinen Distanzen funktioniert. Die Erfüllung dieser Bedingungen ist besonders interessant für die Anwendung „sichere Zugangskontrolle". Dann ist nämlich die Bedingung erfüllt, dass die Signal-Abstrahlung (sozusagen die Informationsübertragung am menschlichen Körper als Übertragungsmedium vorbei) nicht messbar ist. Dann ist sichergestellt, dass die vom Empfänger empfangene Information tatsächlich vom portablen Gerät stammt, welches der die Bedienfläche berührende oder sich in dessen unmittelbarer Nähe befindende Benutzer auf sich trägt. Bei höheren Frequenzen als den angegebenen würde hingegen eine Signale aussendende Elektrode auch als Antenne wirken.The method is particularly preferably carried out in such a way that it is precluded from the outset that more than one portable device (as transmitter) is involved in a data exchange. This can be ensured, for example, by the fact that the transmission frequency (or the center frequency) is less than 10 MHz, advantageously not greater than 2 MHz, particularly preferably not greater than 1 MHz. In addition, the transmission power should be so small that the capacitive-resistive coupling only works at very small distances. The fulfillment of these conditions is particularly interesting for the application "secure access control", because then the condition is met that the signal radiation (so to speak the information transmission past the human body as a transmission medium) is not measurable, then it is ensured that the receiver In fact, information received from the portable device actually originates from the user who touches the user interface or who is in the immediate vicinity of him / her, but at higher frequencies than the specified one, a signal emitting electrode would also act as an antenna.
Die Erfindung betrifft auch ein System für die Übertragung von Daten, welches mindestens ein Daten übertragendes (bspw. portables) Gerät und mindestens ein Schreib- und/oder Lesemodul aufweist. Ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind ein entsprechendes Daten übertragendes (bspw. portables) Gerät und ein Schreib- und/oder Lesemodul. Das Gerät beinhaltet zwei Elektroden, zwischen welchen eine zeitabhängige elektrische Spannung so angelegt werden kann, dass im menschlichen Körper eines Benutzers kleinste Ströme fliessen, wenn eine der beiden Elektroden in der unmittelbaren Nähe des Körpers und die andere etwas weiter davon entfernt angeordnet ist. Das Schreib- und/oder Lesemodul weist einen Detektor auf, welcher eine elektrische Spannung oder elektrische Ströme zwischen einer ersten und einer
zweiten Elektrode detektiert. Die erste Elektrode ist i.A. so angeordnet, dass sie sich im Betriebszustand in unmittelbarer Nähe des menschlichen Körpers des Benutzers befindet. Sie kann bspw. als Bedienfläche, als Drückerfläche, Türknopf etc. ausgebildet sein. Als zweite Elektrode kann bspw. eine leitende Platte dienen. Die Ströme im Körper des Benutzers bewirken im Betriebszustand eine kapazitive und/oder resistive Kopplung zwischen den Elektroden des Daten übertragenden Geräts und denjenigen des Schreib- und/oder Lesemoduls.The invention also relates to a system for the transmission of data which has at least one data transmitting (eg portable) device and at least one writing and / or reading module. Likewise provided by the invention are a corresponding data transmitting (for example portable) device and a writing and / or reading module. The device includes two electrodes, between which a time-dependent voltage can be applied so that the smallest current flows in the human body of a user when one of the two electrodes is located in the immediate vicinity of the body and the other a little further away. The write and / or read module has a detector, which detects an electrical voltage or electric currents between a first and a first second electrode detected. The first electrode is generally arranged in such a way that, in the operating state, it is located in the immediate vicinity of the user's human body. It may, for example, be designed as a control surface, a pusher surface, door knob, etc. For example, a conductive plate can serve as the second electrode. The currents in the body of the user cause in the operating state, a capacitive and / or resistive coupling between the electrodes of the data transmitting device and those of the read and / or write module.
Das Gerät ist so nun gesteuert, dass die zeitabhängige elektrische Spannung im Betriebszustand ein Ultra-Breitband-frequenzgespreiztes Signal aussendet. Das Schreib- und oder Lesemodul besitzt eine Datenakquisitions- und Dekodierungseinheit, welche ein eingehendes frequenzgespreiztes Ultra- Breitbandsignal dekodiert.The device is now controlled so that the time-dependent electrical voltage in the operating state emits an ultra-wideband frequency-spread signal. The read and write module has a data acquisition and decoding unit which decodes an incoming frequency spread ultra wideband signal.
Das erfindungsgemässe System, das erfindungsgemässe Gerät und das erfindungsgemässe Schreib- und/oder Lesemodul können so ausgebildet sein, dass sie das Verfahren gemäss irgendeiner der vorstehend und nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ausführen können.The system according to the invention, the device according to the invention and the writing and / or reading module according to the invention can be designed such that they can carry out the method according to any of the preferred embodiments described above and below.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen im Detail beschrieben. Dabei zeigen:Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to drawings. Showing:
Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens,1 is a diagram of an embodiment of the inventive method,
- Fig. 2 die im portablen Gerät ablaufenden Verfahrensschritte gemäss einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 3 die Verarbeitung des empfangenen Signals im Schreib- und/oder Lesemodul bis zum hin Abtasten gemäss einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens,2 shows the process steps taking place in the portable device according to an embodiment of the method according to the invention, 3 shows the processing of the received signal in the writing and / or reading module up to scanning according to an embodiment of the method according to the invention, FIG.
Fig. 4 die Verarbeitung des Abtastsignals im Schreib- und/oder Lesemodul gemäss einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens,4 shows the processing of the scanning signal in the writing and / or reading module according to an embodiment of the method according to the invention,
Fig. 5 die Verarbeitung des Abtastsignals im Schreib- und/oder Lesemodul gemäss einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens,5 shows the processing of the scanning signal in the writing and / or reading module according to an alternative embodiment of the method according to the invention,
Fig. 6 eine Ausgestaltung der Signal-Erfassung für das erfindungsgemässe Verfahren,6 shows an embodiment of the signal detection for the method according to the invention,
- Fig. 7 eine Ausgestaltung des Tracking,FIG. 7 shows an embodiment of tracking,
Fig. 8 eine Ausgestaltung der Dekodierung der Code-Symbole,8 shows an embodiment of the decoding of the code symbols,
Fig. 9 eine schematische Darstellung des „Combining-Signals" in Funktion der Zeit,9 shows a schematic representation of the "combining signal" as a function of time,
- Fig. 10 sehr schematisch ein erfindungsgemässes System mit einem erfindungsgemässen portablen Gerät und einem erfindungsgemässen Schreib- und/oder Lesemodul,
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Systems für die Informationsübertragung mittels Radiowellen gemäss dem Stand der Technik.10 very schematically a system according to the invention with a portable device according to the invention and a writing and / or reading module according to the invention, Fig. 11 is a schematic representation of a system for information transmission by means of radio waves according to the prior art.
Das System gemäss Figur 1 weist ein Daten übertragendes, portables Gerät 1 und ein Schreib- und/oder Lesemodul 2 auf. Diese sind in der Lage, kapazitiv und/oder resistiv via den Körper eines Benutzers 3 oder über direkte kapazitiv/resistive Kopplung zwischen Sender und Empfänger miteinander zu kommunizieren. Letzteres ist bspw. der Fall, wenn ein Benutzer einen Tag zum Auslesen direkt an eine mit dem Emfpänger verbundene Empfängerelektrode hält.The system according to FIG. 1 has a data-transmitting, portable device 1 and a writing and / or reading module 2. These are able to communicate capacitively and / or resistively via the body of a user 3 or via direct capacitive / resistive coupling between transmitter and receiver. The latter is, for example, the case when a user holds a tag for reading directly to a receiver electrode connected to the receiver.
Erfindungsgemäss werden Daten vom portablen Gerät unter Verwendung des Frequenzspreiz- (spread spectrum-) -Verfahrens als ein ultra-Breitband-Signal kapazitiv und/oder resistiv via den Körper eines Benutzers an ein Schreib- und/oder Lesemodul übermittelt. Die Daten 11 können bspw. in einem EEPROM-Speicher digital vorhanden sein und für die Datenübermittlung dem Frequenzspreizverfahren 12 unterzogen werden, woraufhin sie auf ein Trägersignal 13 auf moduliert werden. Das Frequenzspreizverfahren kann bspw. als direkte-Folge-(direct sequence)- Frequenzspreizverfahren ausgebildet sein und also die Modulation mit einem einer periodisch wiederholten „Chipping"-Sequenz beinhalten. Die „Chipping-Sequenz" ist von der Art einer pseudo-zufälligen „Bit"-Folge und wird auch „Code", „Spreading Code" oder „Chipping-Code" genannt. Die Zeitdauer Tc=l/fc eines einzelnen Chips ist kleiner als die Symbollänge (Bit-Periode) TB=l/fß (/^Bit- Frequenz).According to the invention, data from the portable device is transmitted capacitively and / or resistively via the body of a user to a writing and / or reading module using the spread spectrum method as an ultra-wideband signal. The data 11 may, for example, be present digitally in an EEPROM memory and be subjected to the frequency spreading method 12 for the data transmission, whereupon they are modulated onto a carrier signal 13. The frequency spreading method may, for example, be in the form of a direct sequence frequency spreading method and thus include modulation with a periodically repeated "chipping" sequence The "chipping sequence" is of the type of a pseudo-random "bit Sequence and is also called "code", "spreading code" or "chipping code". The time duration T c = l / fc of a single chip is less than the symbol length (bit period) T B = 1 / f β (/ ^ bit frequency).
Auch andere Ausgestaltungen des Frequenzspreizverfahrens sind denkbar bspw. das „frequency hopping" oder das „pulse position modulation"-Verfahren. Im Folgenden werden Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens diskutiert, die auf dem
bevorzugten direkte-Folge-Frequenzspreizverfahren (Direct Sequence Spread Spectrum) beruhen.Other embodiments of the frequency spreading method are conceivable, for example, the "frequency hopping" or the "pulse position modulation" method. Embodiments of the method according to the invention are discussed below, which are based on the preferred direct sequence spread spectrum (Direct Sequence Spread Spectrum).
Besonders bevorzugt sind für direkte-Folge-Frequenzspreizung kurze Codes, d.h. Codes einer Länge von bspw. höchstens 10 TB, besonders bevorzugt Codes der Länge Tß. In den meisten Ausführungsformen sind keine Massnahmen für CDMA (Code Division Multiple Access) vorgesehen.Short codes, ie codes of a length of, for example, at most 10 T B , particularly preferably codes of length Tβ, are particularly preferred for direct-sequential frequency spreading. In most embodiments, no measures are provided for CDMA (Code Division Multiple Access).
Im Schreib- und/oder Lesemόdul werden die Daten erneut mit einem Signal 21 der Trägerfrequenz multipliziert (Demodulation), woraufhin durch einen Korrelator 22 das empfangene Signal mit einem im Schreib- und/oder Lesemodul erzeugten Code- Signal synchronisiert wird. Anschliessend erfolgt eine Dekodierung 23 (d.h. das Erzeugen einer Bit-Sequenz aus dem empfangenen Signal), woraufhin die dekodierten Daten in einer Datenverarbeitungseinheit 24 verarbeitet werden.In the read and / or write module, the data is again multiplied by a signal 21 of the carrier frequency (demodulation), whereupon the received signal is synchronized by a correlator 22 with a code signal generated in the writing and / or reading module. This is followed by decoding 23 (i.e., the generation of a bit sequence from the received signal), whereupon the decoded data is processed in a data processing unit 24.
Das Verarbeiten der Daten kann bspw. aus dem Verifizieren eines Identifikationscodes bestehen: bei Stimmigkeit erfolgt — im Anwendungsbeispiel Zugangskontrolle - die Freigabe eines Objekts, bspw. durch ein Steuersignal an eine mechatronische Einheit. Das Verarbeiten der Daten kann aber alternativ dazu noch einen oder mehrere weitere Schritte und/oder andere Schritte beinhalten als lediglich das Verifizieren eines Codes. Ausserdem kann ein weiterer Datenaustausch über die kapazitive und/oder resistive Informationsübertragung und/oder über andere Kanäle initiiert werden. Die kapazitive/und oder resistive Informationsübertragung ist insgesamt typischerweise unidirektional, eventuelle andere Kanäle können ebenfalls unidirektional sein oder eine Informationsübertragung in die andere Richtung oder eine bidirektionale Informationsübertragung ermöglichen. Beispielsweise kann das Übermitteln einer Meldung auf dem hier beschriebenen Weg dazu dienen, einen Kommunikationskanal (kapazitiv-resistiv und/oder auf anderem Weg) aufzubauen.
Beispiele für Informationsübertragungsverfahren sind auch in der internationalen Patentanmeldung PCT/CH 2006/000518 beschrieben, auf welche hier ausdrücklich verwiesen wird.The processing of the data can consist, for example, of verifying an identification code: in the case of consistency, in the application example of access control, the release of an object takes place, for example by means of a control signal to a mechatronic unit. Alternatively, the processing of the data may involve one or more further steps and / or other steps than simply verifying a code. In addition, a further data exchange via the capacitive and / or resistive information transmission and / or other channels can be initiated. Overall, the capacitive / resistive information transfer is typically unidirectional; any other channels may also be unidirectional or allow for information transfer in the other direction or bidirectional information transfer. For example, the transmission of a message in the way described here can serve to build a communication channel (capacitive-resistive and / or by other means). Examples of information transmission methods are also described in the international patent application PCT / CH 2006/000518, to which express reference is made here.
Anhand der Figuren 2 bis 8 werden im Folgenden Implementierungen des erfindungsgemässen Verfahrens in einem Schreib- und/oder Lesemodul anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben. Dabei werden folgende Problemstellungen angegangen:With reference to FIGS. 2 to 8, implementations of the method according to the invention in a read and / or write module will be described below with reference to exemplary embodiments. The following problems are addressed:
1. Ein direkte-Folge-frequenzgespreiztes Signal kommt beim Empfänger als Abfolge von „Chips" an. Wenn das Verhältnis zwischen Chipping-Frequenz und Bit-Frequenz N beträgt, bilden dabei N Chips ein Code-Symbol, es fängt alle N1. A direct-sequence-frequency-spread signal arrives at the receiver as a series of "chips." If the ratio between chipping frequency and bit frequency is N, then N chips form a code symbol, all N intercepts
Chips ein neues Code-Symbol an. Um die Daten überhaupt lesen zu können, muss der Empfänger feststellen, wo in einer ankommenden Chip-Sequenz jeweils ein neues Code-Symbol anfängt, um durch chipweise Multiplikation (bzw. - je nach Darstellung/Auflösung der Daten durch eine XOR-Operation) mit dem auch beim Empfänger abgespeicherten Chipping-Code eine Bitsequenz zu erhalten.Chips a new code icon. In order to be able to read the data at all, the receiver must determine where each new code symbol begins in an incoming chip sequence, in order by chip-wise multiplication (or, depending on the representation / resolution of the data by an XOR operation) the chipping code also stored at the receiver to obtain a bit sequence.
Der Vorgang des Erkennens der Position von Code-Symbolen einer Bitlänge in einer Chip-Sequenz wird im Folgenden „Akquisition" genannt, ein für die Akquisition durchgeführter Vorgang der chip-weisen Multiplikation (oder XOR- Operation) und Addition des Codes mit Chip-Teilsequenzen „Korrelation". Die Code-Symbolwertbereinigte Mittelung der Resultate der Korrelation mit verschiedenen Chip-Teilsequenzen wird als „Combining" bezeichnet.The process of detecting the position of code symbols of a bit length in a chip sequence is hereafter called "acquisition", a chip-wise multiplication (or XOR) operation performed for the acquisition, and addition of the code with chip subsequences "Correlation". The coded-symbol-averaged averaging of the results of the correlation with different chip subsequences is referred to as "combining".
2. Bei nicht perfekter Synchronisation zwischen dem Trägerfrequenz-Generator auf der Senderseite und dem Abtastfrequenz-Generator auf der Empfängerseite ergeben sich beim Abtastsignal systematische, nicht signalbedingte zeitabhängige Abweichungen, die als Drehungen von Zahlenwerten in der komplexen Ebene
dargestellt werden können. Bei jeder Operation, bei welcher aufeinanderfolgende Symbole miteinander verglichen werden, muss diesem Umstand Rechnung getragen werden. Alle Multiplikationen sind in der folgenden Beschreibung als komplex aufzufassen. Mit „Phase" eines Wertes wird in diesem Zusammenhang das Argument des komplexen Wertes bezeichnet.2. In the case of imperfect synchronization between the carrier frequency generator on the transmitter side and the sampling frequency generator on the receiver side, systematic, non-signal-related, time-dependent deviations arise as the scanning signal rotates as numerical values in the complex plane can be represented. In any operation in which successive symbols are compared, this fact must be taken into account. All multiplications are considered complex in the following description. "Phase" of a value in this context denotes the argument of the complex value.
3. Im Speziellen wirken sich diese systematischen Abweichungen bei der DPSK- Demodulation aus, wo Artefakte entstehen können, wenn die systematische Abweichung von Symbol zu Symbol π/2 oder mehr beträgt.3. Specifically, these systematic variations affect DPSK demodulation, where artifacts can arise when the systematic deviation from symbol to symbol is π / 2 or more.
Figur 2 zeigt die Implementierung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens im portablen Gerät.FIG. 2 shows the implementation of an embodiment of the method according to the invention in the portable device.
Die zu versendenden Daten („data in") werden bspw. aus einem Datenspeicher des portablen Geräts abgerufen. Sie bestehen zum Beispiel aus einer kurzen Bit-Sequenz von bspw. zwischen 40 und 500 Datenbits, besonders bevorzugt 150 oder weniger Datenbits. Der Bit-Sequenz kann ein einleitendes oder abschliessendes „Sync-Wort" 31 - eine dem Empfänger von Vornherein bekannte Bit-Folge - angefügt werden.The data to be sent ("data in") are retrieved, for example, from a data memory of the portable device, for example consisting of a short bit sequence of, for example, between 40 and 500 data bits, particularly preferably 150 or fewer data bits. Sequence may be appended with an introductory or final "sync word" 31 - a bit sequence known to the receiver in advance.
Als eine mögliche Alternatiive zum Anfügen eines „Sync-Wortes" kann die Bit- Sequenz zyklisch codiert sein. Das zyklische Codieren hat den Vorteil, dass das Verfahren bei der Dekodierung schneller ablaufen kann (wie anhand der nachfolgenden Beschreibung von Fig. 8 noch deutlich gemacht wird).As a possible alternative to the addition of a "sync word", the bit sequence may be cyclically encoded The cyclic encoding has the advantage that the method can proceed faster during decoding (as further clarified by the following description of FIG becomes).
In einem weiteren Schritt 32 werden die Daten für die Fehler-erkennung und/oder - korrektur kodiert. Dies kann bspw. durch Hinzufügen mindestens eines CRC-Bits als
CRC-Wort geschehen, welches eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) erlaubt. Anstelle von CRC-Tests können auch andere Verfahren angewandt werden, welche die Konsistenz der empfangenen Daten prüfen und/oder korrigieren können. Möglich sind systematische oder nicht-systematische Codes.In a further step 32, the data for the error detection and / or - correction are coded. This can be done, for example, by adding at least one CRC bit as CRC word happen, which allows a cyclic redundancy check (CRC). Instead of CRC tests, other methods can be used which can check and / or correct the consistency of the received data. Possible are systematic or non-systematic codes.
Die gesamte Folge von Bits - inklusive die optionalen Bestandteile „Sync-Wort" und Coding-Bit(s) - wird im Folgenden „Datenwort" genannt.The entire sequence of bits - including the optional components "sync word" and coding bit (s) - is hereafter called "data word".
Bevorzugt wird das Datenwort zumindest während einer Sendeperiode laufend repetiert ausgesandt, d.h. es entsteht ein ununterbrochener Bitstrom. Die Aufzeichnung des Datenwortes durch den Empfänger kann zu einem beliebigen Startzeitpunkt beginnen, was nachfolgend noch erläutert wird.Preferably, the data word is sent continuously repetitively, at least during one transmission period, i. An uninterrupted bitstream is created. The recording of the data word by the receiver can begin at any start time, which will be explained below.
In einem nächsten Schritt 33 erfolgt beim hier beschriebenen Verfahren eine Modulation mit dem Verfahren der differentiellen Phasenumtastumg (Differential Phase Shift Keying DPSK)-Verfahren. Dann wird das entstandene digitale Signal mit einem - im Allgemeinen pseudo-zufälligen - Chipping Code 35 multipliziert und daraufhin auf das Trägersignal 36 aufmoduliert. Schliesslich ist ausgangsseitig (optional) noch ein Tiefpassfilter 37 angeordnet, durch welches Frequenzen von mehr als dem Doppelten der Trägerfrequenz (für den Fall, dass fc∞fcamer) bzw. von mehr als fc+fcanier abzuschneiden. Für den Fall, dass die Chipping-Frequenz kleiner als die Trägerfrequenz ist, wird mit Vorteil anstelle des Tiefpassfilters 37 ein Bandpassfilter verwendet. Das ausgesandte Signal ist in der Figur mit Tx bezeichnet.In a next step 33, a modulation with the method of the differential phase shift keying (DPSK) method is carried out in the method described here. Then, the resulting digital signal is multiplied by a - generally pseudo-random - chipping code 35 and then modulated onto the carrier signal 36. Finally, on the output side (optional), a low-pass filter 37 is arranged, through which frequencies of more than twice the carrier frequency (in the event that fc∞fc on er) or of more than fc + fc a never cut off r . In the event that the chipping frequency is smaller than the carrier frequency, a bandpass filter is advantageously used instead of the low-pass filter 37. The emitted signal is designated Tx in the figure.
Für die Erzeugung des Chipping-Codes 35 und die Erzeugung des Trägersignals 36 steht ein (einziger) Taktgeber 38 zur Verfügung.
Das Hinzufügen des Syncwortes, das Berechnen eines CRC-Codes, die DPSK- Modulation, und eventuell sogar (ggf.) das Up-Sampling, das „Spreading", und das (dann digitale) Aufmodulieren auf den Träger oder auch nur einer oder mehrere dieser Schritte können vorberechnet sein und müssen nicht , online' während der Datenübertragung erfolgen.For the generation of the chipping code 35 and the generation of the carrier signal 36, a (single) clock generator 38 is available. Adding the syncword, calculating a CRC code, DPSK modulation, and possibly even (possibly) upsampling, spreading, and then modulating (then digitally) onto the carrier or just one or more These steps can be precalculated and do not have to be done 'online' during data transfer.
Der Empfänger verfügt bspw. über eine in den Figuren nicht dargestellte Aufweckschaltung („wake-up circuit"). Diese stellt fest, wann an der Eingangselektrode ein erhöhter Signalpegel vorliegt, was der Fall ist, wenn ein Benutzer sich in unmittelbarer Nähe der Elektrode befindet oder diese berührt. Der Benutzer fungiert quasi als Antenne für elektromagnetische Strahlung, primär im Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 100 kHz und bewirkt dadurch einen Anstieg des „Rausch"-Pegels (eigentlich handelt es sich um einen Interferenz-Pegel, da es sich bei den eingefangenen Signalen nicht um Rauschen im eigentlichen Sinn handelt). Erst nachdem die Aufweckschaltung einen solchen erhöhten Signalpegel festgestellt hat, wird die eigentliche Empfängerelektronik in Betrieb gesetzt.The receiver has, for example, a wake-up circuit (not shown in the figures), which determines when the input electrode has an increased signal level, which is the case when a user is in the immediate vicinity of the electrode The user acts as an antenna for electromagnetic radiation, primarily in the frequency range between 50 Hz and 100 kHz and thereby causes an increase in the "noise" level (actually, it is an interference level, since it is at the captured signals is not noise in the strict sense). Only after the wake-up circuit has detected such an increased signal level, the actual receiver electronics is put into operation.
Eine Aufweckschaltung des Empfängers kann auch auf anderen Prinzipien beruhen. Bspw. kann alternativ zu Obigem vorgesehenen sein, dass die Schaltung durch das Signal aufgeweckt wird, anstatt durch den Rausch-/Interferenzpegel. Als noch weitere Alternative kann die Aufweckschaltung zwei Schaltelemente beinhalten, Ein erster reagiert auf den Rausch/Interferenzpegel, während ein zweiter selektiv nach dem Empfang eines Signals sucht, wobei je nach Situation die eine oder andere Aufweckschaltung den Empfänger in Gang setzt, oder wobei die nach der Feststellung eines erhöhten Rausch/Interferenzpegels durch die erste Aufweckschaltung der Empfänger erst aktiviert wird, wenn auch die in Gang gesetzte selektive Aufweckschaltung das Vorhandensein eines Signals feststellt.
Figur 3 zeigt die eingangsseitige Verarbeitung des an der Elektrode empfangenen, durch den Körper 3 kapazitiv und/oder resistiv übermittelten Signals Rx. Ein eingangsseitiges Tiefpassfilter 41 weist dieselbe Cut-Off-Frequenz auf wie das Tiefpassfilter 37 des portablen Geräts und schneidet Rauschanteile ab, welche über der Cutoff-Schwelle liegen. Nach der Demodulation durch erneute Multiplikation mit einem Trägersignal 42 kann ein zweites Tiefpassfilter 43 angeordnet sein, dessen Cut-off-Frequenz der Chipping-Frequenz fc entspricht. Das erhaltene Signal wird abgetastet (Schritt 44), wobei die Abtastfrequenz vorzugsweise 2*fc ist. Auch auf Seite des Schreib- und/oder Lesemoduls ist ein Taktgeber 46 vorhanden.A wake-up circuit of the receiver may also be based on other principles. For example. may alternatively be provided that the circuit is woken up by the signal, rather than by the noise / interference level. As yet another alternative, the wake-up circuit may include two switching elements. One responds to the noise / interference level while a second selectively searches for receipt of a signal, with one or the other wake-up circuit depending on the situation the detection of an increased noise / interference level by the first wake-up circuit of the receiver is activated only when the activated selective wake-up circuit detects the presence of a signal. FIG. 3 shows the input-side processing of the signal Rx received capacitively and / or resistively by the body 3 and received at the electrode. An input-side low-pass filter 41 has the same cut-off frequency as the low-pass filter 37 of the portable device and cuts off noise components which are above the cutoff threshold. After demodulation by renewed multiplication with a carrier signal 42, a second low-pass filter 43 may be arranged whose cut-off frequency corresponds to the chipping frequency fc. The obtained signal is sampled (step 44), the sampling frequency being preferably 2 * f c . Also on the side of the read and / or read module, a clock 46 is present.
In Figuren 4 und 6 sowie - als Variante zu Figur 4 - Figur 5 wird aufgezeigt, wie der Verfahrensschritt der Akquisition unter Verwendung eines nicht datenunterstützten .Combinings' implementiert sein kann.In FIGS. 4 and 6 and as a variant to FIG. 4, FIG. 5, it is shown how the method step of the acquisition can be implemented using a non-data-assisted 'combination'.
Das Abtastsignal Sa wird gemäss Figur 4 mit dem vorgegebenen Chipping-Code- Signal korreliert, welches durch einen Chipping-Code Generator 51 erzeugt wird. Die Sample- weise Multiplikation und Addition der Resultate ergibt im Idealfall von rauschfreien Signalen mit bekannter Trägersignal-Phasenbeziehung das übermittelte Code-Bit (bzw. die übermittelte Code-Bit-Folge für Codes von mehr als einem Chip) wenn das abgetastete Signal und das generierte chipping-Code-Signal miteinander in Phase sind und ungefähr 0 (aufgrund der Pseudo-Zufälligkeit des Chipping-Codes) sonst. In der Figur erkennt man hintereinandergeschaltete Schieberegister 52.1, 52.2 der Länge einer Chipping-Code-Periode (d.h. im bevorzugten Fall entsprechend einer Code-Bit-Periode) für die Korrelation des Abtastsignals mit dem Chipping-Code. Dazu werden die Abtastwerte Wert für Wert mit Werten eines den Code enthaltenden Registers 53 multipliziert. Das ergibt zwei Multiplikationen pro Chip, wenn die Abtastfrequenz der doppelten Chipping-Frequenz entspricht. Bei genügend gutem Signal-Rauschverhältniss reicht es aus, je ein Schieberegister für das Abtastsignal und ein Register mit dem Code zu verwenden, um anhand des
Absolutwerts der addierten Produkte die Akquisition und das Tracking zu bewirken: Immer dann, wenn die erhaltene Summe im Absblutwert einen bestimmten Schwellwert übersteigt, entspricht der Inhalt des Schieberegisters genau einer Chipping-Sequenz, und bei der (komplexen) Summe handelt es sich um ein Code- Symbol. Dies wird in Figur 9 - erneut für den Idealfall von nicht verrauschten Signalen und bekannter, konstanter Trägersignal-Phasenbeziehung - illustriert. In der Figur ist die Summe ∑corr der Resultate der Wert-für-Wert-Multiplikation — entsprechend dem Ausgang des Addierers 54.1 - in Funktion der Zeit dargestellt. Aus dem Signal in Figur 9 ergibt sich die Folge von Code-Symbolen 1, -1, -1 (vor der Dekodierung, d.h. die Folge stellt nicht unbedingt eine Datenbitfolge dar). Da der Abstand zwischen den Code-Symbolen bekannt ist und einer Bit-Periode Tb entspricht, ist es nach erstmaligem Erkennen eines Code-Symbols im Prinzip nicht mehr notwendig, die Korrelation mit der Sample-Frequenz-Taktung vorzunehmen, sondern es reicht aus, die Berechnungen mit einer Bit-Frequenz-Taktung durchzuführen (man berechnet in Figur 9 nur Werte der Symbole bei den Peaks, nicht die Daten zwischen den Peaks), was nachstehend noch eingehender beschrieben wird.The sampling signal Sa is correlated according to FIG. 4 with the predetermined chipping code signal, which is generated by a chipping code generator 51. In the ideal case of noise-free signals with known carrier-phase relationship, the sample-wise multiplication and addition of the results yields the transmitted code bit (or the transmitted code-bit sequence for codes of more than one chip) if the sampled signal and the generated one In the figure, cascaded shift registers 52.1, 52.2 of the length of one chipping code period (ie in the preferred case corresponding to one chipping code period) are shown in phantom and approximately 0 (due to the pseudo-random nature of the chipping code) Code bit period) for the correlation of the sample signal with the chipping code. To do this, the samples are multiplied value by value with values of a register 53 containing the code. This gives two multiplies per chip when the sampling frequency equals twice the chipping frequency. If the signal-to-noise ratio is good enough, it is sufficient to use one shift register for the sample signal and one register with the code to calculate the sample rate Absolute value of the added products to effect the acquisition and the tracking: Whenever the sum obtained in the Absblutwert exceeds a certain threshold, the contents of the shift register corresponds to exactly one chipping sequence, and the (complex) sum is a code - Icon. This is illustrated in Figure 9 again for the ideal case of no-noise signals and known carrier-to-carrier phase relationship. In the figure, the sum Σcorr of the results of the value-by-value multiplication, corresponding to the output of the adder 54.1, is plotted as a function of time. From the signal in FIG. 9, the sequence of code symbols 1, -1, -1 results (before decoding, ie the sequence does not necessarily represent a data bit sequence). Since the distance between the code symbols is known and corresponds to a bit period T b , it is after the first recognition of a code symbol in principle no longer necessary to make the correlation with the sample-frequency clocking, but it is sufficient perform the calculations with a bit frequency clocking (in FIG. 9, only values of the symbols at the peaks, not the data between the peaks) are calculated, which will be described later in more detail.
Für den Fall von problematischen Signal-Rauschverhältnissen wird gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein nicht datenunterstütztes „combining" vorgeschlagen. Figur 4 illustriert ein zweifaches „combining"; das Konzept lässt sich aber ebensogut auf dreifaches, vierfaches, N-faches combining ausdehnen. Zu diesem Zweck werden mehrere Schieberegister 52.1, 52.2 hintereinandergeschaltet und je Wert-für-Wert mit dem Code multipliziert und die erhaltenen Werte addiert. Für das Resultat wird eine Schätzung des relativen (im Vergleich zum jeweils nächsten Resultat) „Vorzeichens" vorgenommen, um die ungefähren Absolutwerte der Resultate addieren zu können. Die Schätzung kann wie dargestellt durch eine DPSK-Demodulationsartige Operation 55 (Sign (Re(^ -^L1))) erfolgen; wo „sign" die Signum-Funktion, „Re" den Realteil, „*" die komplexe
Konjugation und r>„ r^-i zwei aufeinander folgende Werte bezeichnen). Das Resultat dieses Vergleichs liefert das relative „Vorzeichen" der beiden Werte, durch Multiplikation eines der Werte mit diesem Resultat haben beide dasselbe Vorzeichen, und bei einer nachfolgenden Addition (Addierer 56) werden die die Code-Symbole repräsentierenden Signalanteile unabhängig von ihrem Wert konstruktiv addiert, während sich das Rauschen ausmittelt, was eine Verbesserung im Signal-Rauschverhältnis von maximal 3 dB bringt. Die erhaltene Summe und deren Absolutwert (Absolutwertbildung 57) enthalten nicht mehr die eigentlichen Daten (aufgrund der Elimination des relativen „Vorzeichens"). Aufgrund des verbesserten Signal-Rauschverhältnisses sind sie aber für Akquisitionszwecke besser verwendbar. Alternativ zur DPSK-Demodulationsartigen Operation sind auch andere Möglichkeiten für die Schätzung des relativen Vorzeichens denkbar, bspw. entscheidungsbaumbasiert. Zum Beispiel kann die komplexe Ebene in Sektoren unterteilt werden, wobei die Schätzung anhand eines Vergleichs der Sektoren erfolgt, in welchen aufeinanderfolgende Werte sind.In the case of problematic signal-to-noise ratios, according to a particularly preferred embodiment of the invention, non-data-assisted "combining" is proposed: Figure 4 illustrates a double "combining"; but the concept can equally well be extended to triple, quadruple, N-fold combining. For this purpose, a plurality of shift registers 52.1, 52.2 are connected in series and multiplied by the code value-by-value and the values obtained are added. For the result an estimate of the relative (compared to the respective next result) "sign" is made in order to be able to add the approximate absolute values of the results The estimation can be performed by a DPSK demodulation type operation 55 (Sign (Re (^) ^ L 1 ))), where "sign" the signum function, "Re" the real part, "*" the complex Conjugation and r>"r ^ -i denote two consecutive values). The result of this comparison gives the relative "sign" of the two values, by multiplying one of the values with this result both have the same sign, and in a subsequent addition (adder 56) the signal components representing the code symbols are added constructively, regardless of their value while the noise is averaging, resulting in an improvement in the signal-to-noise ratio of a maximum of 3 dB The sum obtained and its absolute value (absolute value 57) no longer contain the actual data (due to the elimination of the relative "sign"). However, due to the improved signal-to-noise ratio, they are more usable for acquisition purposes. As an alternative to the DPSK demodulation-type operation, other possibilities for estimating the relative sign are also conceivable, for example decision tree-based. For example, the complex plane may be divided into sectors, the estimate being based on a comparison of the sectors in which there are consecutive values.
Bei einem dreifach- oder mehrfach-combining erfolgt die DPSK- demodulationsartige Operation bspw, jeweils zwischen dem Ausgang eines bestimmten Addierers (bspw. des ersten Addierers) und je einem Ausgang aller übrigen Addierer. Alternativ dazu kann das Combining auch auf verschiedene Arten kaskadiert erfolgen, etc.In the case of triple or multiple combining, the DPSK demodulation-type operation bspw takes place in each case between the output of a specific adder (for example the first adder) and in each case one output of all other adders. Alternatively, the combining can also be done cascaded in different ways, etc.
Je nach Anwendung ist es erwünscht, dass das portable Gerät aus möglichst kostengünstigen Komponenten besteht. Dann kann es sein, dass der Taktgeber des portablen Geräts als in einem integrierten Halbleiterbauteil (Chip) integriert gewählt wird und daher relativ ungenau sein kann. Er kann bis zu 2% vom Taktgeber des - Schreib- und/oder Lesemoduls abweichen. Gemäss dem Stand der Technik kann einer solchen Situation begegnet werden, indem die Abtastfrequenz in einer Art ,tuning' -Vorgang systematisch variiert wird, bis ein hoher Korrelationswert
zwischen dem abgetasteten Eingangssignal und dem abgespeicherten Code erreicht wird. Auch für das erfindungsgemässe Verfahren kommt ein solcher Tuning- Vorgang in Frage. Für die wichtige Anwendung „Zugangskontrolle" ist aber wichtig, dass der gesamte Akquisitionsvorgang nicht mehr als einen Sekundenbruchteil beansprucht. Bei zu grosser Ungenauigkeit des Taktgebers des portablen Geräts ist ein Tuning in dieser Zeitspanne nicht möglich.Depending on the application, it is desirable that the portable device consists of inexpensive components as possible. Then, the clock of the portable device may be chosen to be integrated with an integrated semiconductor device (chip) and may therefore be relatively inaccurate. It can deviate up to 2% from the clock of the write and / or read module. According to the prior art, such a situation can be met by systematically varying the sampling frequency in a "tuning" process until a high correlation value is obtained between the sampled input signal and the stored code. Also for the inventive method such a tuning process comes into question. However, for the important "access control" application, it is important that the entire acquisition process does not take more than a fraction of a second, and if the timer of the portable device is too inaccurate, it can not tune during that time.
Anhand von Figur 5 wird daher eine besondere Variante des Combinings und (in Kombination mit Figur 6) der Akquisition erläutert, welche insbesondere für Systeme geeignet ist, bei welchem entweder der Sender oder der Empfänger - oder beide - einen ungenauen Taktgeber (keinen Quarz) aufweist und bei welchen eine rasche Akquisition,- bspw. Akquisition in Echtzeit — wichtig ist. Während diese Variante hier anhand des Beispiels „ultra-Breitband kapazitive und/oder resistive Datenübertragung über den menschlichen Körper mit Hilfe des Frequenzspreizverfahrens und Operation im burst-mode" erläutert wird, ist sie auch für jegliche andere Systeme geeignet, bei welchen vergleichbare Erfordernisse eine Rolle spielen.With reference to Figure 5, therefore, a particular variant of Combinings and (in combination with Figure 6) of the acquisition is explained, which is particularly suitable for systems in which either the transmitter or the receiver - or both - has an inaccurate clock (no quartz) and where a rapid acquisition, such as real-time acquisition, is important. While this variant is explained here using the example of "ultra-broadband capacitive and / or resistive data transmission via the human body with the aid of the frequency spreading method and operation in burst mode", it is also suitable for any other systems in which comparable requirements play a role play.
Gemäss Figur 5 wird eine Code-Bank angelegt indem der abgespeicherte Code 51 mit verschiedenen Abtastfrequenzen abgetastet wird. Konkret wird im hier gezeigten Beispiel im Abtastschritt 62 ein Abtasten des Codes 51 mit einer Abtastfrequenz von 2*(#Chips)+n (pro Bitlänge) simuliert, wobei n zwischen einem (negativen) Minimalwert minO und einem Maximalwert maxO variiert. Minimal- und Maximalwert hängen von der Taktgeber-Genauigkeit ab. In einem Beispiel mit 511 Chips/Bit und einer Ungenauigkeit von +2% sind minθ--21, maxO-2\, so dass die Korrelator-Länge zwischen 1001 und 1043 variiert wird. Wie eingangs erwähnt ergibt sich aufgrund der fehlenden genauen Übereinstimmung der Taktgeber von Sender und Empfänger auch eine systematische Phasendrehung. Durch Korrektur der Phase um einen Wert 2π/n pro Trägerperiode (π/n pro Sample) wird diese
kompensiert (Phasendrehung 63). Es entstehen maxO-minO Codes einer Länge, die je 2*(#Chips) +n beträgt.According to Figure 5, a code bank is created by the stored code 51 is scanned with different sampling frequencies. Specifically, in the example shown here, in the sampling step 62, sampling of the code 51 is simulated with a sampling frequency of 2 * (# chips) + n (per bit length), where n varies between a (negative) minimum value minO and a maximum value maxO. Minimum and maximum values depend on the clock accuracy. In an example with 511 chips / bit and an inaccuracy of + 2%, minθ - 21, maxO-2 \, so that the correlator length is varied between 1001 and 1043. As mentioned above results due to the lack of exact match the clock of transmitter and receiver and a systematic phase rotation. By correcting the phase by a value 2π / n per carrier period (π / n per sample) this becomes compensated (phase rotation 63). The result is maxO-minO codes of length each 2 * (# chips) + n.
Selbstverständlich ist es für die hier beschriebene besondere Variante der Korrelation nicht notwendig, dass die Serie von Codes (die Code-Bank) jeweils anhand einer Abtastung ermittelt wird. Die Code-Bank kann auch bereits in der Elektronik abgespeichert und bspw. direkt im Register 73 angelegt sein. Auch hardwaremässig angelegte Lösungen sind natürlich möglich.Of course, it is not necessary for the particular variant of the correlation described here that the series of codes (the code bank) is determined in each case on the basis of a scan. The code bank can also already be stored in the electronics and, for example, be created directly in the register 73. Also hardware-based solutions are of course possible.
Für jeden Code der Codebank wird eine Korrelation mit einem zu Figur 4 analogen Verfahren durchgeführt. Auch hier kann jeder Korrelator Mittel für ein einfaches „Combining" oder ein mehrfaches Combining (in der Figur 2-faches Combining) aufweisen.For each code of the code bank, a correlation is performed with a method analogous to FIG. Again, each correlator means for a simple "Combining" or a multiple Combining (in the figure 2-fold Combining) have.
Ausgangsseitig resultiertieren maxO-minO Signale in Funktion der Zeit, wobei wie in Figur 4 I/Q die - komplexen, d.h. eine Phaseninformation beinhaltenden - Signalwerte und Abs Absolutwerte, ggf. mit dem vorstehend beschriebenen verbesserten Signal-Rauschverhältnis durch Combining.On the output side, maxO-minO signals result as a function of time, whereby as in FIG. 4, I / Q represents the complex, i. a phase information containing - signal values and Abs absolute values, possibly with the above-described improved signal-to-noise ratio by combining.
In Figur 6 ist der eigentliche Akquisitionsschritt dargestellt. Das korrelierte Absolutwert-Signal wird auf Maxima in Funktion der Zeit t und - sofern mehrere Korrelatoren und damit mehrere Signale vorhanden sind - in Funktion des Korrelatorindex c (d.h. der Frequenzdifferenz) untersucht (81). Entsprechende Maximalwerte werden mit einem Schwellwert 82 verglichen (Schritt 83); als Schwellwert 82 dient ein maximales Rauschen, welches ebenfalls aus dem Absolutwertsignal selbst ermittelt werden kann, bspw. aus dem Rauschen der anderen Korrelatoren oder einer Mittelung über alle Korrelatoren. Werte, die diesen
Schwellwert überschreiten werden in einem Datenspeicherelement (bspw. einem FIFO-Speicher mit einigen wenigen Speicherplätzen) gespeichert, wobei auch die Zeit t und — ggf. — der Korrelatorindex c gespeichert wird. In einem weiteren Schritt 84 wird die Zeit- und Korrelatordifferenz zwischen abgespeicherten Werten verglichen. Wenn abgespeicherten Maxima sinnvoll sind und Code-Symbole repräsentieren, sind .sie zeitlich in regelmässigen Abständen einer Codelänge + wenige Chips vorhanden und haben einen übereinstimmende oder höchstens um 1 abweichenden Korrelatorindex. Mit dem Bezugszeichen 85 ist die Peaksuche bezeichnet.FIG. 6 shows the actual acquisition step. The correlated absolute value signal is examined for maxima as a function of time t and, if several correlators and thus several signals are present, in function of the correlator index c (ie the frequency difference) (81). Corresponding maximum values are compared with a threshold value 82 (step 83); the threshold value 82 is a maximum noise, which can also be determined from the absolute value signal itself, for example, from the noise of the other correlators or an average over all correlators. Values that this Threshold exceed are stored in a data storage element (eg, a FIFO memory with a few memory locations), wherein also the time t and - if necessary - the correlator index c is stored. In a further step 84, the time and correlator difference between stored values is compared. If stored maxima are meaningful and represent code symbols, they are present at regular intervals of a code length + a few chips and have a matching or at most a deviating correlator index. Reference numeral 85 denotes the peak search.
Sobald eine Serie solcher sinnvoller Maxima gefunden wurde, wird das Akquisitionsverfahren beendet, und die Zeit t, sowie der regelmässige Zeitabstand T und ggf. der Korrelatorindex C des „richtigen" Korrelators werden an eine nächste Stufe weitergegeben, welche hier mit „Tracking" bezeichnet wird und welche in Figur 7 schematisch dargestellt ist. Mit „Tracking" ist ein Vorgang gemeint, bei welchem das Empfänger-Timing dem Sender nachgeführt wird, s.u. Dazu kann das „Early-Late-Gating" verwendet werden. Der regelmässige Zeitabstand T entspricht der Bitlänge (und, falls 1 Code pro Bit gewählt wurde, einer Codelänge). Er muss unter Umständen nicht der Akquisitionsstufe entnommen werden, vielmehr kann auch die bekannte Bit- bzw. Codelänge (Tb) verwendet werden.Once a series of such meaningful maxima has been found, the acquisition process is terminated and the time t, as well as the regular time interval T and, if applicable, the correlator index C of the "correct" correlator are forwarded to a next stage, which is referred to here as "tracking" and which is shown schematically in FIG. By "tracking" is meant a process in which the receiver timing is tracked to the transmitter, s.u. For this, the "early-late gating" can be used. The regular time interval T corresponds to the bit length (and, if 1 code per bit has been selected, to a code length). It may not be taken from the acquisition stage, but the known bit or code length (Tb) may be used.
Die Tracking-Stufe weist einen oder mehrere Tracking-Receiver auf welche je das Signal eines Korrelators verarbeiten. Typischerweise steht für das Signal des im Akquisitionsverfahren ausgewählten Korrelators C sowie für die beiden benachbarten Korrelatoren C-I und C+\ je ein Tracking-Receiver zur Verfügung. Es sind Verfahren denkbar, wo sich die C-I, C und C+l — Receiver gegenseitig helfen, die Korrelationspeak-Position nachzuführen. Das heisst, wenn ein Tracking-Receiver das Signal verliert, erhält er Informationen über die Signal-Position von einem anderen Tracking-Receiver.
Das in Figur 7 gezeigte Beispiel bedient sich des „Gatings" für das Tracking.The tracking stage has one or more tracking receivers which each process the signal of a correlator. Typically, a tracking receiver is available for the signal of the correlator C selected in the acquisition method as well as for the two adjacent correlators CI and C + \. Methods are conceivable where the CI, C and C + 1 receivers help each other to track the correlation peak position. This means that if a tracking receiver loses the signal, it receives information about the signal position from another tracking receiver. The example shown in FIG. 7 uses "gating" for tracking.
In jedem Gating-Receiver wird zunächst der Signal- Absolutwert der extrapolierten jeweils nächsten Peak-Position mit seinen Nachbarwerten verglichen. Dazu werden zunächst eingehende Absolutwerte des entsprechenden Korrektors verarbeitet. Ein Dezimator 91 wählt jeweils ausgehend vom konsolidierten Zeitpunkt t eines Peaks (repräsentierend ein Code-Symbol) eine Abfolge von drei Werten entsprechend t+T (dem vermuteten Zeitpunkt des nächsten Peaks), t+T A und t+T+1 (die unmittelbar benachbarten Signalwerte). In einem nachfolgenden Entscheider werden vier Fälle unterschieden:In each gating receiver, the signal absolute value of the extrapolated respectively next peak position is first compared with its neighboring values. For this purpose, incoming absolute values of the corresponding corrector are first processed. A decimator 91 selects, each time from the consolidated time t of a peak (representing a code symbol), a sequence of three values corresponding to t + T (the presumed time of the next peak), t + TA and t + T + 1 (the immediately adjacent ones) signal values). In a subsequent decision maker, four cases are distinguished:
1. Der grösste Wert der drei Datenpunkte ist der Mittlere (entsprechend t+T). Dann wurde die peak-Position korrekt extrapoliert. Die Position des nächsten Code- Symbols ist t:=t+T.1. The largest value of the three data points is the middle one (corresponding to t + T). Then the peak position was extrapolated correctly. The position of the next code symbol is t: = t + T.
2. Die drei Werte stellen eine monoton abfallende Folge dar. Dann ist der nächste Peak früher als extrapoliert. Die Position des nächsten Code-Symbols ist t:~t+T- 1.2. The three values represent a monotone decreasing sequence. Then the next peak is earlier than extrapolated. The position of the next code symbol is t: ~ t + T-1.
3. Die drei Werte stellen eine monoton ansteigende Folge dar. Dann ist der nächste Peak später als extrapoliert. Die Position des nächsten Code-Symbols wird als t:=t+T+\ gesetzt.3. The three values represent a monotonically increasing sequence. Then the next peak is extrapolated later. The position of the next code symbol is set as t: = t + T + \.
4. Der kleinste Wert der drei Datenpunkte ist der Mittlere (entsprechend t+T). Dann ist davon auszugehen, dass die Peakposition vollkommen verfehlt wurde. Die4. The smallest value of the three data points is the middle one (corresponding to t + T). Then it can be assumed that the peak position was completely missed. The
Peak-Position t wird für den betreffenden Gating-Receiver verworfen. Sofern allePeak position t is discarded for the respective gating receiver. Unless all
Gating-Receiver eine Position einmal oder mehrmals verwerfen (bzw. sofern nur
ein Gating-Receiver vorhanden ist der Gating-Receiver eine Position verwirft), wird der Vorgang ganz abgebrochen und die Akqυisitionsstufe erneut in Gang gesetzt, ggf. nach weiteren Korrekturmechanismen.Gating receivers a position once or several times reject (or if only a gating receiver is present, the gating receiver discards a position), the process is completely aborted and the acq eatsungsstufe set in motion again, possibly after further correction mechanisms.
Ein zweiter Dezimator 93 wählt aus den komplexen Signalwerten dasjenige aus, welches in seiner zeitlichen Position t dem vom Entscheider ausgewählten Absolutwert entspricht. Es kann vorgesehen sein, dass nebst dem ausgewählten Signal auch die beiden zeitlich benachbarten Signalwerte ausgewählt und die drei in einem nachfolgende Addierer 94 aufsummiert („combined") werden. Das Aufsummieren von drei zeitlich benachbarten Signalwerten ist dann sinnvoll, wenn als Abtastfrequenz die zweifache Chipping-Frequenz gewählt wurde. In Ausführungsformen mit höheren Abtastfrequenzen kann auch eine Summation über mehr als drei zeitlich hintereinanderliegnde Werte sinnvoll sein. In diesen Ausführungsformen kann auch die „gating" -Funktion aufwändigere Algorithmen beinhalten, wobei immer das Prinzip verfolgt wird, dass innerhalb eines Zeitfensters das Maximum des Peaks gesucht wird und — falls dieses nicht dem vorhergesagten Zeitpunkt entspricht - die Vorhersage für die Peak-Position entsprechend angepasst wird.A second decimator 93 selects from the complex signal values the one which, in its temporal position t, corresponds to the absolute value selected by the decider. It can be provided that, in addition to the selected signal, the two temporally adjacent signal values are also selected and the three summed up in a subsequent adder 94. The summation of three temporally adjacent signal values makes sense if the sampling frequency is twice the chipping In embodiments with higher sampling frequencies, summation over more than three temporally successive values may also be expedient In these embodiments, the "gating" function may also include more elaborate algorithms, always following the principle that within a time window the peak of the peak is searched and, if it does not correspond to the predicted time, the prediction for the peak position is adjusted accordingly.
Ausgangsseitig resultiert pro Gating-Receiver ein Code-Symbol bzw. in Funktion der Zeit eine Abfolge von Code-Symbolen.On the output side, a code symbol or, as a function of time, a sequence of code symbols results per gating receiver.
Die Dekodierung der gefundenen Code-Symbole wird nun anhand von Figur 8 beschrieben. Im Falle von mehreren Gating-Receivern wird in einem ersten Schritt — sofern sinnvoll — das Signal-Rauschverhältnis verbessert, indem die mit unterschiedlichen Gating-Receivern ermittelten, das Code-Symbol repräsentierenden Signale addiert werden. Dazu wird zunächst für jeden Gating-Receiver entschieden (Entscheidungsstufe 101), ob eine Auswertung der Code-Symbole sinnvoll ist. Als
Entscheidungskriterium dient bspw. die Information, wie häufig in obiger Unterscheidung die Situation aufgetreten ist, dass der mittlere Datenpunkt den kleinsten der drei Werte darstellt (Fall 4). Sofern das -je nach gewähltem Kriterium — mindestens einmal, mindestens zweimal, mindestens dreimal, ... vorgekommen ist, wird die entsprechende Abfolge von Code-Symbolen als nicht signifikant betrachtet und bspw. der ermittelte Wert durch Null ersetzt. Andernfalls nimmt man msgLen+l Code-Symbole für die weitere Verarbeitung (msgLen: Anzahl Datenbits inklusive Sync-Wort und Coding (CRC-) Bit(s)). Das zusätzliche Code-Symbol dient der DPSK-D ekodierung. Die drei Code-Symbole werden durch einen Addierer 103 kombiniert, wobei noch ein Abgleich 104.1, 104.2 der Phasen um einen Wert 2%l{Tcarrlδ*Tsa) erfolgt, wobei δ die Abweichung des betreffenden, dem Gating- Receiver zugeordneten Korrelator-Indexes vom ausgesuchten , zentralen' Korrelator C darstellt, Tcarι=-\lfcatτ den Kehrwert der Trägerfrequenz und Tsa—VfSa den Kehrwert der Abtast-Frequenz. Im gezeichneten Beispiel ist δ=Λ für den obersten Strang (Abgleich 104.1) 3=0 für den mittleren Strang und δ=l für den untersten Strang (Abgleich 104.2).The decoding of the found code symbols will now be described with reference to FIG. In the case of several gating receivers, the signal-to-noise ratio is improved in a first step, if appropriate, by adding the signals representing the code symbol determined with different gating receivers. For this purpose, it is first decided for each gating receiver (decision stage 101), whether an evaluation of the code symbols makes sense. When The decision criterion is, for example, the information on how often in the above distinction the situation has occurred that the middle data point represents the smallest of the three values (case 4). If this has occurred at least once, at least twice, at least three times, ..., depending on the selected criterion, the corresponding sequence of code symbols is considered to be insignificant and, for example, the determined value is replaced by zero. Otherwise one takes msgLen + l code symbols for further processing (msgLen: number of data bits including sync word and coding (CRC) bit (s)). The additional code symbol is used for DPSK encoding. The three code symbols are combined by an adder 103, wherein there is still a comparison 104.1, 104.2 of the phases by a value 2% l {T carr lδ * T sa ), where δ is the deviation of the respective correlator associated with the gating receiver Index of the selected, central 'correlator C represents, T carι = - \ lf catτ the reciprocal of the carrier frequency and T sa -Vf S a the reciprocal of the sampling frequency. In the example shown, δ = Λ for the top strand (adjustment 104.1) 3 = 0 for the middle strand and δ = l for the lowest strand (alignment 104.2).
Die resultierende Abfolge von summierten Code-Symbolen kann „offline" - d.h. im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Stufen nicht bzw. nicht notwendigerweise in der Datenübertragungs-Echtzeit — ausgeführt werden. Dazu wird zunächst durch einen DPSK-Demodulator 106 aus den summierten Code- Symbolen - diese stellen Phasendifferenz-Datensignale dar, wegen der eingangsseitigen DPSK-Modulation 33 - ein Bitstrom generiert. Für die DPSK- Demodulation kann auch hier die Formel Sign (Re(T5. • rζ_x )) oder ein anderes, bspw. Entscheidungsbaum-basiertes Vorgehen angewandt werden.The resulting sequence of summed code symbols may be executed "off-line" - that is, unlike the stages described above, not necessarily in the data transmission real-time - by a DPSK demodulator 106 from the summed code symbols - These represent phase difference data signals, because of the input-side DPSK modulation 33 - Generates a bit stream For DPSK demodulation can here also the formula Sign (Re (T 5. • rζ_ x )) or another, for example. based approach.
Im Zusammenhang mit der DPSK-Demodulation kann sich noch das Problem ergeben, dass aufgrund der vorstehend beschriebenen Ungewissheit bezüglich der
Phase zwischen zwei aufeinanderfolgenden Code-Symbolen eine Rotation der Phase um jeweils mehr als π/2 stattfindet. Dann ergibt die Formel Sign (Re(T4. -T^1 )) nicht die übermittelte Daten-Bitfolge sondern als Artefakt eine nicht aussagekräftige Symbolfolge. Aus diesem Grund wird zunächst die Symbolfolge der Länge msgLen genommen (107) und mittels Fehler-Detektion und -Korrektur, bspw. Fehler-Test und/oder Korrektur 111 auf Konsistenz untersucht. Sofern ein zyklisch dekodierbarer Code verwendet wird, besteht der Fehler-Test aus einer einzigen Berechnung an der vorliegenden Symbolfolge, auch wenn die Reihenfolge nicht bekannt ist. Wenn das nicht der Fall ist, muss die Code-Symbolfolge wie gezeichnet maximal msgLen mal rotiert (112) werden, um zum richtigen Startpunkt zu gelangen. Sobald der Fehler- Test Konsistenz der Symbolfolge anzeigt, handelt es sich um die gesuchte Bitfolge. Das Verfahren mit Fehlertest 111 und ggf. mehrmaligem Rotieren 112 kann auch als ein zyklisches Dekodieren betrachtet werden.In connection with the DPSK demodulation may still be the problem that due to the uncertainty described above regarding the Phase between two consecutive code symbols, a rotation of the phase by more than π / 2 takes place. Then the formula Sign (Re (T 4 .T ^ 1 )) does not yield the transmitted data bit sequence but as artifact a non-meaningful symbol sequence. For this reason, the symbol sequence of length msgLen is first taken (107) and examined for consistency by means of error detection and correction, for example error test and / or correction 111. If a cyclically decodable code is used, the error test consists of a single calculation on the present symbol sequence, even if the order is not known. If this is not the case, the code symbol sequence must be rotated maximally msgLen times (112) as shown in order to get to the correct starting point. As soon as the error test displays the consistency of the symbol sequence, this is the searched bit sequence. The method with error test 111 and possibly multiple rotations 112 can also be regarded as a cyclic decoding.
Es können zusätzliche Massnahmen vorgesehen sein, mit denen die Plausibilität der empfangenen Symbolfolge untersucht wird, bspw. indem im Datenwort zusätzlich zum vorstehend Beschriebenen mindestens ein Bit für einen Konsistenztest reserviert wird. Der Test kann als CRC -Test oder äquivalenter Test ausgebildet sein. Durch einen solchen Test kann erkannt werden, wenn bspw. eines der dekodierten Code- Symbole falsch ist. Dadurch kann auch die Wahrscheinlichkeit vermindert werden, dass aufgrund einer falschen Fehlerkorrektur ein Code-Symbol in die falsche Richtung korrigiert wird.Additional measures can be provided with which the plausibility of the received symbol sequence is examined, for example by reserving at least one bit for a consistency test in addition to the one described above in the data word. The test can be designed as a CRC test or equivalent test. Such a test can detect if, for example, one of the decoded code symbols is wrong. This can also reduce the likelihood that a code symbol will be corrected in the wrong direction due to false error correction.
Die Symbolfolge wird zur weiteren Verarbeitung (suche des Sync-Wortes, nachfolgend beschrieben) weitergegeben. Ansonsten wird die Phase zwischen zwei Code-Symbolen um jeweils ΔΦm=mπ/2 für m=l, 2, 3 gedreht und die DPSK- Demodulation 106 und der anschliessende Konsistenztest erneut durchgeführt, bis eine konsistente Symbolfolge — die gesuchte Bitfolge — gefunden wurde. Bei der
Drehung ΔΦm handelt es sich um eine relative Drehung, d.h. die Phase jedes Code- Symbols wird um einen Wert ΔΦm weiter gedreht als das vorherige, d.h. bspw. für m=l werden die Phasen nacheinander folgender Symbole um 0, π/2, π, 3π/2, etc. gedreht.The symbol sequence is passed on for further processing (search of the sync word, described below). Otherwise, the phase between two code symbols is rotated by ΔΦ m = mπ / 2 for m = 1, 2, 3 and the DPSK demodulation 106 and the subsequent consistency test are carried out again until a consistent symbol sequence - the searched bit sequence - has been found , In the Rotation ΔΦ m is a relative rotation, ie the phase of each code symbol is rotated by a value ΔΦ m further than the previous one, ie, for example, for m = 1, the phases of consecutive symbols are around 0, π / 2, π, 3π / 2, etc. rotated.
Bei dieser Phasendrehung ΔΦm handelt es sich eigentlich um eine Feinkorrektur, welche in Ergänzung der (groben, d.h. Sample-weisen) Phasendrehung 63 gemäss Fig. 5 vorgenommen wird und dem Umstand Rechnung trägt, dass auch beim am besten passende gefundene Korrelator eine kleine Abweichung zwischen der Senderund Empfängerseitigen Taktung vorhanden ist, welche sich in einer Phasendrehung zwischen den Code-Symbolen äussert. Die Notwendigkeit einer Phasendrehung ΔΦm kann vermieden werden, wenn die Korrelatoren der Korrelatorbank näher beieinander gewählt werden als vorstehend beschrieben, so dass eine Feinkorrektur nicht mehr notwendig ist.This phase rotation ΔΦ m is actually a fine correction, which is carried out in addition to the (coarse, ie sample-wise) phase rotation 63 according to FIG. 5 and takes into account the fact that even the most suitable correlator found has a small deviation exists between the transmitter and receiver side clocking, which manifests itself in a phase rotation between the code symbols. The necessity of a phase rotation ΔΦ m can be avoided if the correlators of the correlator bank are chosen closer to one another than described above, so that a fine correction is no longer necessary.
Von der Daten-Bitfolge ist a priori nicht bekannt, bei welchem Bit die Daten beginnen, d.h. die gewünschte Information kann nicht a priori entnommen werden.From the data bit string, it is not known a priori which bit of the data will start, i. the desired information can not be taken a priori.
Weil die Daten ständig wiederholt ausgesandt werden und der Anfangszeitpunkt der empfängerseitigen Signalerfassung nicht von vornherein bekannt ist, muss vielmehr in einem ersten Schritt der wirkliche Anfang der Daten-Bitfolge ermittelt werden. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein Syncwort für die Suche des Anfangspunktes verwendet, wie das eingangs schon beschrieben wurde. Durch höchstens msgLen- malige Rotation 121 der Bitfolge wird das Syncwort gesucht 122. Sobald es gefunden worden ist, werden das Syncwort und ggf. die Coding- Bits entfernt (stripBecause the data is constantly being transmitted repeatedly and the start time of the receiver-side signal acquisition is not known in advance, the actual beginning of the data bit sequence must be determined in a first step. For this purpose, a syncword is preferably used for the search of the starting point, as has already been described at the outset. The sync word is searched for by the msgLenic rotation 121 of the bit sequence 122. As soon as it has been found, the sync word and possibly the coding bits are removed (strip
123) und die verbleibenden Bits als Daten (Data out) zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet. Das Verfahren mit Suche nach dem Sync-Wort und ggf. mehrmaligem Rotieren 121 kann auch als ein antizyklisches (d.h. auf der Identifizierung eines genau definierten Anfangszpunktes der Meldung beruhendes) Dekodieren betrachtet
werden. Das hier beschriebene Vorgehen funktioniert dann, wenn das Muster des Sync- Wortes in den Datenbits nicht oder nur mit sehr kleiner Wahrscheinlichkeit vorkommt.123) and the remaining bits are forwarded as data (Data out) for further processing. The method of searching for the sync word and, if necessary, multiple rotations 121 may also be considered as an anticyclic (ie, based on the identification of a well-defined initial point of the message) decode become. The procedure described here works if the pattern of the sync word does not occur in the data bits or only with very little probability.
Je nach Ausführungsform kann auch der Fehler-Test nur dann Konsistenz anzeigen, wenn die Folge der Code-Symbole einen eindeutigen, feststehenden Anfangspunkt hat (vollständig antizyklischer Fehler-Test). In einem solchen Fall ist die Suche nach dem Sync-Wort (und somit das Syncwort selbst) nicht notwendig. Dann wird der Anfangspunkt direkt durch den Fehler-Test erkannt. In diesem Fall ergibt sich der Anfangspunkt des Datenwortes aus dem Code ergibt (kommafreie Codes).Depending on the embodiment, the error test can only display consistency if the sequence of the code symbols has a unique, fixed starting point (completely anticyclical error test). In such a case, searching for the sync word (and thus the sync word itself) is not necessary. Then, the starting point is recognized directly by the error test. In this case, the starting point of the data word results from the code results (comma-free codes).
Andererseits kann auch bei Vorliegen eines genügend langen Sync- Wortes der CRC- Test weggelassen werden. Der Konsistenztest, der zur Behebung der vorstehend erwähnten, phasenbedingten Ungewissheit bei der DPSK-Demodulation notwendig ist, beschränkt sich dann auf eine Suche der Syncwort-Bits, welche ihrerseits die höchstens msgLen-maUge Rotation der Bitfolge beinhaltet. Wenn das Syncwort gefunden wird, wird Konsistenz angenommen, und gleichzeitig ist auch der Anfangspunkt gefunden. Diese Ausführungsform bringt allerdings eine reduzierte Sicherheit mit sich, wird doch ein fehlerhaftes Bit nicht erkannt, und Fehlerkorrekturen sind nicht möglich. Die Ausführungsform ist daher insbesondere geeignet für gegenüber Datenübertragungsfehlern robuste Systeme.On the other hand, even if there is a sufficiently long sync word, the CRC test can be omitted. The consistency test, which is necessary to eliminate the above-mentioned phase-related uncertainty in DPSK demodulation, is then limited to a search of the syncword bits, which in turn includes the maximum msgLen-amount rotation of the bit string. If the sync word is found, consistency is assumed and at the same time the starting point is found. However, this embodiment involves a reduced security, since a bad bit is not recognized, and error corrections are not possible. The embodiment is therefore particularly suitable for systems that are robust to data transmission errors.
Wie bereits erwähnt kann das Datentwort auch zyklich codiert sein. Dann entfällt die Suche nach dem Sync-Wort.As already mentioned, the data word can also be cyclically coded. Then the search for the sync word is omitted.
Ein erfindungsgemässes System für die Übertragung von Informationen ist in Figur 10 gezeichnet. Zwischen einem portablen Gerät 1 und einem Schreib- und/oder
Lesemodul 2 können kapazitiv und/oder resistiv über den Körper eines Benutzers 3 Daten ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck weist das portable Gerät 1 zwei Elektroden 201, 202 auf, zwischen welchen durch einen Signal-Generator 203 eine zeitabhängige elektrische Spannung angelegt werden kann. In der Figur ist auch noch ein Datenspeicher 204 illustriert, welcher zu übermittelnde Daten enthält. Das portable Gerät wird beispielsweise vom Benutzer auf dem Körper getragen, zum Beispiel in der Hosentasche. Dabei ist die erste Elektrode 201 körpernäher als die zweite Elektrode 2O2.Unter Umständen kann auch die erste Elektrode den Körper unmittelbar berühren. Das Schreib- und/oder Lesemodul 2 weist einen Detektor 213 (im einfachsten Fall im Wesentlichen bestehend aus einem Verstärker; der Detektor kann aber auch komplizierter aufgebaut sein und bspw. Diskriminationsmittel etc. aufweisen) auf, welcher eine Spannung zwischen einer ersten Empfängerelektrode 211 und einer zweiten Empfängerelektrode 212 detektieren kann. Die erste Empfängerelektrode 211 kann als Bedien- oder Berührungsfläche ausgebildet sein. Sie kann ein Teil des Schreib- und/oder Lesemoduls sein, oder das Modul kann auch lediglich Kontaktmittel (bspw. einen Drahtkontakt) zu einem nicht zum Modul gehörenden metallischen Körper - bspw. einem Türdrücker oder einer Türknopf - aufweisen, welche als die erste Elektrode fungiert. Auch die zweite Elektrode ist nicht notwendigerweise ein Bestandteil des Moduls selbst. Wenn sich der Benutzer 3 in unmittelbarer Nähe der ersten Empfängerelektrode befindet — bspw. indem ein Finger sie berührt oder fast berührt - kann zwischen dieser und der zweiten Elektrode eine zeitabhängige Spannung induziert werden, welche von der Spannung zwischen den Elektroden des portablen Geräts abhängt. Dieses Prinzip ist an sich aus den einleitend erwähnten Schriften bekannt und soll hier nicht weiter erklärt werden. Vom Detektor detektierte Spannungssignale können von einer Datenakquisition- und Dekodierungseinheit 215 in der vorstehend beschriebenen Art bearbeitet werden.An inventive system for the transmission of information is shown in FIG. Between a portable device 1 and a write and / or Read module 2 can be capacitively and / or resistively exchanged over the body of a user 3 data. For this purpose, the portable device 1 has two electrodes 201, 202, between which a time-dependent electrical voltage can be applied by a signal generator 203. In the figure, also a data memory 204 is illustrated, which contains data to be transmitted. The portable device is worn, for example, by the user on the body, for example in the pocket. In this case, the first electrode 201 is closer to the body than the second electrode 2O2. Under certain circumstances, the first electrode can also touch the body directly. The writing and / or reading module 2 has a detector 213 (in the simplest case essentially consisting of an amplifier, but the detector can also be more complicated and have, for example, discriminating means, etc.) which has a voltage between a first receiver electrode 211 and a second receiver electrode 212 can detect. The first receiver electrode 211 may be formed as an operating or contact surface. It may be part of the read and / or write module, or the module may also comprise only contact means (eg, a wire contact) to a non-module metallic body, such as a door handle or door knob, which serves as the first electrode acts. Also, the second electrode is not necessarily a component of the module itself. If the user 3 is in the immediate vicinity of the first receiver electrode - for example by a finger touching or almost touching it - a time-dependent voltage can be induced between this and the second electrode, which depends on the voltage between the electrodes of the portable device. This principle is known per se from the introductory mentioned writings and will not be explained further here. Voltage signals detected by the detector may be processed by a data acquisition and decoding unit 215 in the manner described above.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind blosse Beispiele, wie die Erfindung implementiert werden kann. Andere Implementationen sind möglich, ohne dass auf die wesentlichen Vorteile der Erfindung verzichtet werden muss. Als erstes
Beispiel sei. erwähnt, dass die Akquisition - unter Zuhilfenahme einer Korrelatorbank oder auch nur mit einem einfachen Korrelator — auch ohne mehrfaches „Combining" möglich ist. Dann ist auch kein Schätzen des relativen Vorzeichens bspw. mittels DPSK- demodulationsartiger Operation für die Ermittlung des relativen „Vorzeichens" notwendig.The embodiments described above are mere examples of how the invention can be implemented. Other implementations are possible without having to forego the essential advantages of the invention. First Example is. mentioned that the acquisition - with the aid of a correlator bank or even with a simple correlator - is also possible without multiple "combining", and then no estimation of the relative sign is possible, for example by means of DPSK demodulation-like operation for the determination of the relative "sign". necessary.
Auch andere Verfahren der digitalen Datenmodulation als BPSK sind verwendbar, bspw. QPSK oder andere. Ausserdem ist die hier vorgeschlagene Beziehung zwischen Codelänge und Bit-Länge keineswegs eine Notwendigkeit; auch andere, vorzugsweise definierte Beziehungen zwischen einer Bit- (Symbol-)Länge und einem Code sind möglich.Other methods of digital data modulation than BPSK can also be used, for example QPSK or others. Moreover, the relationship between code length and bit length proposed here is by no means a necessity; other, preferably defined relationships between a bit (symbol) length and a code are possible.
Während vorstehend eine Akquisition mittels nicht datenunterstütztem Combining beschrieben wurde, ist die Erfindung auch mit datenunterstützten Akquisitionsverfahren realisierbar.While acquisition by non-data-aided combining has been described above, the invention is also feasible with data-aided acquisition methods.
Schliesslich sei erwähnt, dass die Begriffe „portables Gerät" und „Schreib- und/oder Lesemodul" zum besseren Verständnis der Erfindung gewählt wurden und dieFinally, it should be mentioned that the terms "portable device" and "read and / or read module" have been chosen for a better understanding of the invention and the
Anordnung der entsprechenden Elemente nicht verbindlich festlegen. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass ein vom Benutzer zu tragendes Gerät einenArrangement of the corresponding elements not binding. In particular, it can also be provided that a device to be worn by the user has a
Empfänger für die kapazitiv-resistive Kopplung aufweist und als Schreib- und/oderHas receiver for the capacitive-resistive coupling and as writing and / or
Lesemodul dient. Alternativ und/oder ergänzend kann das mit dem Sender versehene Gerät auch mindestens vorübergehend an einen Ort gebunden sein, d.h. es muss nicht zu jedem Zeitpunkt portabel sein.
Read module is used. Alternatively and / or additionally, the device provided with the transmitter may also be at least temporarily bound to a location, i. it does not have to be portable at all times.