JP2005223917A - 基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための方法及び回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤレスデータ伝送のための方法ならびに回路装置の提供であり、これによって比較的高い伝送レートが使用可能な帯域幅の改善された利用において実現可能であり、大きな伝送到達範囲を可能にすることである。
【解決手段】この課題は、方法において、変調期間の間の変調信号はノイズ信号であることによって解決され、回路装置において、変調信号発生ユニットは変調信号としてノイズ信号を発生するように形成されていることによって解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャリア信号は基地局によって変調信号により変調されて送信され、送信すべきシンボルは基地局によって連続する境界マークより符号化され、各シンボルの数値はそれぞれ２つの連続する境界マークの間の時間間隔によって決定され、各境界マークは変調信号の変化によって変調期間の間に発生される、基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための方法、及び、キャリア信号を発生するためのキャリア信号発生ユニットを有し、変調信号を発生するための変調信号発生ユニットを有し、キャリア信号を変調信号によって変調するために設けられているミキサユニットを有する、基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための回路装置に関する。

１つ又は複数の基地局乃至はリーダと１つ又は複数のトランスポンダとの間のこのような伝送方法は、例えば非接触識別システム又はいわゆる無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムにおいて使用される。トランスポンダには例えば温度測定のためのセンサも統合されうる。このようなトランスポンダはリモートセンサとも呼ばれる。

トランスポンダ乃至はその送信及び受信装置は通常は基地局へのデータ伝送のためのアクティブな送信器を使用しない。このようなアクティブでないシステムは、独自のエネルギ供給源を持たない場合にはパッシブシステムと呼ばれ、独自のエネルギ供給源を有する場合にはセミパッシブシステムと呼ばれる。パッシブトランスポンダはその給電に必要なエネルギを基地局から放射される電磁界から得る。

基地局の遠方におけるＵＨＦ又はマイクロ波によるトランスポンダから基地局へのデータ伝送のためには通常はいわゆるバックスキャッタカップリング（後方散乱結合）が使用される。このために基地局から電磁キャリア波が放射され、この電磁キャリア波がトランスポンダの送信及び受信装置によって基地局に伝送すべきシンボルに相応して変調方式によって変調され、反射される。このための典型的な変調方式は振幅変調、位相変調及び振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）サブキャリア変調であり、この振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）サブキャリア変調ではサブキャリアの周波数又は位相が変化される。

基地局から１つ又は複数のトランスポンダへのデータ伝送のために、伝送すべきシンボルが基地局によって連続する境界マーク又はいわゆる「ノッチ」により符号化される。シンボルの値はこの場合例えばそれぞれ２つの連続する境界マークの間の時間間隔乃至は期間によって決定される。この期間が例えば調整可能な閾値を超えている場合には、シンボルの値は「１」であり、さもなければ「０」である。

境界マークの発生のためには、様々な方法が周知である。一般的にはこの場合キャリア信号が基地局によって変調信号により振幅及び／又は位相変調される。通常、境界マークはトランスポンダにおいていわゆる受信器信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）回路により検出される。

しかし、変調信号が所定の変調期間の間にキャリア信号を完全に抑圧乃至はマスキングする振幅変調に基づく方法はいわゆるオン・オフ・キーイング（ＯＯＫ）である。しかし、変調される信号はこの技術では比較的広帯域のスペクトルを有する。給電に必要とされるエネルギをキャリア信号から取り出すパッシブシステムでは、変調期間の間にエネルギ供給も完全に抑圧されてしまい、これによって実現可能な到達範囲は相応に小さくなってしまう。しかし、キャリア信号がマスキングされている変調期間の低減は任意に可能ではない。なぜなら、これによって必要な帯域幅が増大してしまうからである。

伝送到達範囲の拡大のためには、キャリア信号を変調期間の間に完全にはマスキングしない、すなわち１より小さい変調指数を有する方法が周知である。しかし、これは伝送確実性の低下をもたらす。なぜなら、境界マークはもはや完全なマスキングの場合のように確実には識別されえないからである。

必要とされる帯域幅の低減のためには、変調信号が変調期間中に正弦波状の曲線を有し、すなわちキャリア信号がいわゆる方形波関数によってはマスキングされずに、正弦波状にオンオフスイッチングされる。

変調のために位相変調が使用される場合、境界マークの発生のためには、いわゆる両側波帯変調（ＤＳＢＭ）におけるように、キャリア信号の位相が例えば１８０°回転される。この位相変化が変調期間中にステップ状にではなく、正弦波状に行われる場合、これによってトランスポンダのエネルギ供給は改善され、必要とされる帯域幅は減少する。しかし、位相の正弦波状の変化に基づいて生じる側波帯は最大伝送レートを限定してしまう。

本発明の課題は、冒頭に挙げたタイプのワイヤレスデータ伝送のための方法ならびに回路装置の提供であり、これによって比較的高い伝送レートが使用可能な帯域幅の改善された利用において実現可能であり、大きな伝送到達範囲を可能にすることである。

上記課題は、方法において、変調期間の間の変調信号はノイズ信号であることによって解決され、回路装置において、変調信号発生ユニットは変調信号としてノイズ信号を発生するように形成されていることによって解決される。

本発明の方法において変調期間中の変調信号はノイズ信号である。境界マークのこのような発生においてほんの僅かなエネルギを有する側波帯が生じ、これらの側波帯は有効スペクトルの外側に広く存在し、それゆえ簡単にフィルタリングされうる。側波帯により喚起される伝送レートの制限は従って十分に無くなる。さらに、変調期間は小さく選択され、この結果、キャリア信号がマスキングされている期間は小さく保持されうる。これは実現可能な伝送到達範囲を増大させる。この方法は振幅変調及び／又は位相変調の枠内で使用されうる。この方法の実施のためにはとりわけ本発明の回路装置が適している。

請求項２による方法の実施形態では、ノイズ信号の時間平均値は一定である。

請求項３による方法の実施形態では、変調信号は変化の前及び変化の後では同じ変調状態を有する。こうして、例えばオンオフキーイングがシミュレートされ、このオンオフキーイングはその従来の発生に比べてより小さい有効帯域幅を有する。

請求項４による方法の実施形態では、変調信号は変化の前及び変化の後では異なる変調状態を有する。こうして、例えば妨害的な側波帯を持たない両側波帯変調がシミュレートされる。

請求項５による方法の実施形態では、ノイズ信号の発生のために乱数列が発生され、この乱数列はデジタル／アナログ変換によってノイズ信号に変換される。これは、ノイズ信号の発生を簡単かつコスト安なやり方で可能にする。有利には、請求項６によれば、乱数列は線形フィードバックシフトレジスタ又はカオティックカウンタ（chaotische Zaehler）によって発生される。カオティックカウンタはスタート値からカオス的な数値列を送出する構成素子である。カオティックカウンタは例えばいわゆるリプルカウンタとして構成され、このリプルカウンタの電流消費は僅少である。請求項７によれば、乱数列はあらかじめ一度に計算され、基地局のメモリ領域に格納される。例えば、この計算は従来のパーソナルコンピュータにおいて行われうる。こうして、実行時間での乱数列の発生が放棄され、これによってこれに必要な回路部分を節減することができる。

請求項９による回路装置の実施形態では、変調信号発生ユニットは乱数列を発生するための線形フィードバックシフトレジスタ又はカオティックカウンタ及び乱数列をノイズ信号に変換するためのデジタル／アナログ変換器を含む。

本発明の有利な実施形態は図面に示され、以下に記述される。

詳しくは示されていない基地局に統合された図１に示された回路装置はキャリア信号発生ユニットＴＥ、変調信号発生ユニットＭＥ、ＩＱミキサＭＸ及び電力増幅器ＬＶを含み、この電力増幅器ＬＶの出力信号はアンテナＡＴに印加される。

キャリア信号発生ユニットＴＥは従来のやり方で構成されており、高周波キャリア信号ＴＳを発生するために水晶発振器ＱＯ、フェーズロックループＰＬならびに電圧制御発振器ＶＯ含む。キャリア信号ＴＳはミキサＭＸのキャリア信号入力側に印加される。

変調信号発生ユニットＭＥは変調信号ＭＳの発生のために１０ビットの幅を有する線形フィードバックシフトレジスタＳＲ及びデジタル／アナログ変換器ＤＡを含む。このシフトレジスタＳＲにはクロック信号ＣＫ、スタート信号ＳＴならびにリセット信号ＲＳが印加される。変調信号ＭＳはＩで示されたミキサＭＸの変調入力側に印加され、このミキサＭＸはＱで示されたミキサＭＸの入力側によってアースに接続されている。この回路はキャリア信号ＴＳの位相変調を変調信号ＭＳによって惹起する。

ミキサＭＸの出力信号は周波数選択電力増幅器ＬＶによって増幅され、次いでアンテナＡＴを介して放射される。この電力増幅器ＬＶは帯域通過特性を有する。

基地局から１つ又は複数のトランスポンダへのデータ伝送のために、伝送すべきシンボルは連続する境界マークによって符号化される。シンボルの値は有利な実施形態ではそれぞれ２つの連続する境界マークの間の時間によって決定される。この時間が調整可能な閾値を超えている場合にはシンボルの値は「１」に等しく、さもなければ「０」に等しい。

境界マークの発生のために、信号ＳＴ及びＲＳがシフトレジスタＳＲにおいて適切に制御され、これによってシフトレジスタＳＲがクロック信号ＣＫに同期して乱数列を、すなわらデジタル値の時間離散列を発生する。これらのデジタル値はデジタル／アナログ変換器ＤＡのデジタル入力側に印加される。デジタル／アナログ変換器ＤＡはこの乱数列を変調信号ＭＳに変換する。変調信号ＭＳはノイズ信号であり、このノイズ信号の平均値は０である。変調期間、すなわち変調信号ＭＳがノイズ信号である期間は約１μｓである。変調信号はこの変化の前に及びこの変化の後にはそれぞれ同じ絶対値を有するが異なる正負の符号を有する時間的に一定の変調状態を有する。このことからキャリア信号ＴＳの１８０°の位相回転が生じる。これはＤＳＢＭに、しかも有効スペクトルの外側に存在する明らかに低減された側波帯を有するＤＳＢＭに相応する。

図２は変調信号ＭＳの時間領域の線図を示す。変調信号ＭＳはシフトレジスタＳＲにより発生される乱数列のデジタル／アナログ変換によって生じる。乱数列から成る部分の個々の値はこの線図の菱形の印によって示されている。これらの値はクロック信号ＣＫに同期して変化する。

それぞれの境界マークの領域の変調信号ＭＳの周波数スペクトルはランダムであり、クロック信号ＣＫの周波数及びデジタル／アナログ変換器ＤＡの入力値、すなわち乱数列の値から生じる。ミキサＭＸの出力信号のスペクトルは基本的にはキャリア信号ＴＳの周波数及びクロック信号ＣＫの周波数とのこのキャリア信号ＴＳの周波数の積から成る。例えば基地局とトランスポンダとの間の伝送周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲に存在する場合、１０ＭＨｚを有するクロック信号ＣＫの周波数が選択されうる。クロック信号ＣＫの周波数は伝送周波数よりもはるかに大きいので、変調積は簡単に帯域通過フィルタによってフィルタリングされうる。これは例えば電力増幅器ＬＶの前に又はアンテナＡＴの直前に配置されうる。

ここに示された実施例は位相変調に基づき、この位相変調では境界マークの発生のためにそれぞれキャリア信号ＴＳの位相が１８０°回転れ、変調期間の間に位相がランダムな数値をとる。当然、本発明は位相変調システムに限定されるわけではなく、例えば振幅変調システムにも使用できる。

ワイヤレスデータ伝送のための基地局に統合された回路装置のブロック回路図を示す。 図１のミキサの入力側に印加される変調信号の線図を示す。

符号の説明

ＴＥ キャリア信号発生ユニット
ＭＥ 変調信号発生ユニット
ＭＸ ＩＱミキサ
ＬＶ 電力増幅器
ＡＴ アンテナ
ＱＯ 水晶発振器
ＰＬ フェーズロックループ
ＶＯ 電圧制御発振器
ＴＳ キャリア信号
ＭＳ 変調信号
ＳＲ 線形フィードバックシフトレジスタ
ＣＫ クロック信号
ＳＴ スタート信号
ＲＳ リセット信号
ＤＡ デジタル／アナログ変換器

Claims (9)

1. 基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための方法であって、
   キャリア信号（ＴＳ）は基地局によって変調信号（ＭＳ）により変調されて送信され、
   送信すべきシンボルは基地局によって連続する境界マークにより符号化され、各シンボルの数値はそれぞれ２つの連続する境界マークの間の時間間隔によって決定され、
   各境界マークは変調信号（ＭＳ）の変化によって変調期間の間に発生される、基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための方法において、
   変調期間の間の変調信号（ＭＳ）はノイズ信号であることを特徴とする、基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための方法。
2. ノイズ信号の時間平均値は一定であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 変調信号（ＭＳ）は変化の前及び変化の後では同じ変調状態を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 変調信号（ＭＳ）は変化の前及び変化の後では異なる変調状態を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
5. ノイズ信号の発生のために、乱数列が発生され、該乱数列はデジタル／アナログ変換によってノイズ信号に変換されることを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項記載の方法。
6. 乱数列は線形フィードバックシフトレジスタ（ＳＲ）又はカオティックカウンタ（chaotische Zaehler）によって発生されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 乱数列はあらかじめ計算され、基地局のメモリ領域に格納されることを特徴とする、請求項５又は６記載の方法。
8. 基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための回路装置であって、
   キャリア信号（ＴＳ）を発生するためのキャリア信号発生ユニット（ＴＥ）を有し、
   変調信号（ＭＳ）を発生するための変調信号発生ユニット（ＭＥ）を有し、
   キャリア信号（ＴＳ）を変調信号（ＭＳ）によって変調するために設けられているミキサユニット（ＭＸ）を有する、基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための回路装置において、
   変調信号発生ユニット（ＭＥ）は変調信号としてノイズ信号を発生するように形成されていることを特徴とする、基地局と１つ又は複数のトランスポンダとの間のワイヤレスデータ伝送のための回路装置。
9. 変調信号発生ユニット（ＭＥ）は乱数列を発生するための線形フィードバックシフトレジスタ（ＳＲ）又はカオティックカウンタ及び乱数列をノイズ信号に変換するためのデジタル／アナログ変換器（ＤＡ）を含むことを特徴とする、請求項８記載の回路装置。

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