NL9301299A - Ruisvermindering in identificatiesystemen. - Google Patents

Description

Ruisvermindering in identificatiesystemen.

Ir. J.C. Stekelenburg

De uitvinding betreft een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders waarmee een deel van de voor herkenning ongewenste ruis in draadloze identificatiesystemen kan worden voorkomen.

In identificatiesystemen, zoals beschreven in het Nederlandse octrooi 176404 van de aanvraagster, wordt gebruik gemaakt van een elektronische schakeling die is opgebouwd uit een zender en ontvanger. De zender in dit systeem produceert met behulp van een antenne een magnetisch wisselveld dat eventueel dienst kan doen als energiebron voor de op enige afstand geplaatste responder. De responder is hierbij een elektronische schakeling die bestaat uit een op de frequentie van het wisselveld afgestemde trillingskring en een stuur-schakeling die deze kring, gestuurd door een digitale code, dempt. De elektrische trillingskring levert daarbij voldoende energie om de stuurschakeling van elektrische energie te voorzien.

De responder is met behulp van het dempingscircuit in staat om de absorptie van energie uit het magnetische veld te regelen, waardoor de energie-afgifte van de zender op afstand wordt beïnvloed. Indien de afstand tussen zender en responder relatief groot is, zal de bovengenoemde beïnvloeding echter zeer klein zijn, zodat verminking van de code door storende signalen uit de omgeving van het identificatiesysteem steeds waarschijnlijker wordt.

Die storende signalen kunnen worden ingedeeld in twee groepen.

Groep 1 wordt gevormd door storende signalen die worden veroorzaakt door externe bronnen, zoals bijv. radiozenders.

Groep 2 bestaat uit signalen die onvermijdelijk worden opgewekt in het identificatiesysteem zelf en dan met name in het zendercircuit.

Het doel van de uitvinding is nu om de bezwaren van de signalen uit groep 2 op te heffen.

Zoals hierboven is vermeld, draagt de responder de digitale informatie over door het magnetische veld te dempen, waarbij twee toestanden mogelijk zijn: 1. sterke demping, als gevolg van een vrijwel onbelaste trillings-kring 2. geen demping, als gevolg van een kortgesloten trillingskring. Indien nu de twee situaties elkaar in snel tempo afwisselen, zal een snel wisselende energie-afgifte van de zender ontstaan met daarbij een snel wisselende variatie van de amplitude van het zendsignaal (modulatie).

Als de zender geen modulatie zou veroorzaken, is met een ontvanger-schakeling de digitale code weer uit de modulatie te reconstrueren. Het blijkt echter dat een modulatievrije zender niet realiseerbaar is, zodat bij grote afstand tussen zend-antenne en responder een hinderlijke mengvorm ontstaat tussen de modulatie van de zender, ook wel ruis genoemd, en de modulatie afkomstig van de responder, hetgeen een beperking van de maximale herkenafstand tussen zender en responder vormt.

Nu is het echter mogelijk om met behulp van een smalbandig filter het deel van de ruis van de zender te onderdrukken, dat samenvalt met het spectrum van de ontvangen signalen van de responder. De inrichting waarmee en de wijze waarop dit gebeurt, zal worden verduidelijkt aan de hand van een aantal figuren.

Figuur 1 toont een afbeelding van het frequentiespectrum.

Weergegeven is de draaggolf 1 met de daarbij behorende ruisbanden 2, die links en rechts hiervan symmetrisch aanwezig zijn. Eveneens symmetrisch hier omheen bevinden zich de zijbanden 3 die veroorzaakt zijn door de ontvangen respondercode. Een belangrijk detail is dat als gevolg van de gekozen modulatie deze zijbanden op enige afstand staan van de draaggolf. Van deze eigenschap wordt bij de uitvinding gebruik gemaakt. Het is namelijk mogelijk om het zendsignaal door een filter te leiden met een frequentie-karakteristiek 4 zoals is aangegeven in figuur 2.

Het effect hiervan op figuur 1 is weergegeven in figuur 3. Doordat de ruiszijbanden deels onderdrukt worden, is de verhouding tussen data en ruis verbeterd in het voordeel van de data. In dit geval zelfs zo, dat de data nu duidelijk sterker is dan de ruis. Het zal duidelijk zijn dat hierdoor de gevoeligheid van het systeem is toegenomen.

De wijze waarop dit resultaat kan worden bereikt, is weergegeven in de figuren 4 en 5.

In figuur 4 zien we de zender met daarin de oscillator 5, die de zendfrequentie opwekt. Dit signaal wordt toegevoerd aan een buffer-trap 6 die onder andere tot taak heeft om het signaal te voorzien van een constante amplitude waarvoor een ruisarme referentie 7 noodzakelijk is. In de schakeling wordt vervolgens het signaal met ruis-banden toegevoerd aan een filter 8 met een doorlaat-karakteristiek zoals is weergegeven in figuur 2. Het resultaat van deze bewerking wordt toegevoerd aan een eindversterker 9 met zodanige eigenschappen dat deze slechts in geringe mate opnieuw ruis toevoegt aan het zendsignaal alvorens het aan de antenne 10 wordt toegevoerd.

Een schakeling die bovendien de ruis uit de eindversterker onderdrukt, is weergegeven in figuur 5. Ook hierin vinden we weer een oscillator 5 een buffertrap 6 met referentie 7 en een eindversterker 9. Nu is echter het filter 8 met de karakteristiek van figuur 2 tussen eindversterker en antenne 10 geplaatst zodat tevens de eindversterker -ruis wordt onderdrukt.

Omdat in een (passief) filter ook altijd een klein deel van het gewenste signaal verloren gaat, zal in die situaties waarbij dit niet toelaatbaar is, gekozen kunnen worden voor een manier van ruis-onderdrukking zoals is weergegeven in figuur 6.

Hierbij wordt aan de ingang van het ontvangercircuit een schakeling opgenomen die de combinatie van zenderruis en responderdata scheidt. In figuur 6 vinden we weer de zender met daarin de oscillator 5, de buffertrap 6, de referentie 7 en de eindversterker 9. De zender bevat geen filter waardoor de eindversterker direct verbonden is met de antenne 10. De totale hoeveelheid geproduceerde zenderruis mengt zich in dit circuit met de ontvangen code en wordt toegevoerd aan het ingangscircuit 11 van de ontvanger. In het ingangscircuit wordt het ontvangen signaal gescheiden van de draaggolf met een gelijk-richter en vervolgens versterkt en gefilterd. Voordat het signaal verder wordt bewerkt, passeert het een verschilcircuit 12 waaraan een signaal wordt toegevoerd afkomstig uit de dummy-antenne 13 en het tweede ingangscircuit 14. De dummy-antenne voert slechts een klein deel van de beschikbare antennestroom en heeft geen magnetische koppeling met de responder. Derhalve levert het tweede ingangscircuit 14 uitsluitend zenderruis. In het verschilcircuit wordt de zenderruis in tegenfase toegevoegd aan het somsignaal van de respondercode en zenderruis die via de gekoppelde antenne wordt aangevoerd. Het resultaat hiervan is een nieuw ingangssignaal 15 voor de ontvanger dat voor een groot deel is ontdaan van zenderruis.

Een variant op bovenstaand circuit is weergegeven in figuur 7 en maakt geen gebruik van de dummy-antenne. Het tweede ingangscircuit 14 wordt in zo'n situatie direct verbonden met de uitgang van de eindversterker van de zender. De afwezigheid van het dummy-anten-necircuit 13, met een banddoorlatende karakteristiek, kan na passage van de gelijkrichter worden gecompenseerd door het laagdoor-laatfilter 16. Het uitgangssignaal van het laagdoorlaatfilter 16 is gelijk aan dat van het tweede ingangscircuit 14 in figuur 6.

Hierdoor wordt hetzelfde resultaat verkregen in beide circuits (figuur 6 en 7) na doorlopen van het verschilcircuit 12. De twee laatste methodes zoals weergegeven in de figuren 6 en 7 maken gebruik van een verschilcircuit waarin de storende signalen van elkaar worden afgetrokken.

De eigenschappen van de antenne kunnen door tal van oorzaken wijzigen. Met name wanneer deze deel uitmaakt van een draagbaar identificatiesysteem. Indien nu opzettelijk in de zender één of meer stoor-signalen aan het zendsignaal worden toegevoegd, is met een circuit zoals is weergegeven in figuur 8 een automatische fijnafstelling van het verschilcircuit mogelijk. De stoorsignalen worden hierbij zodanig gekozen, dat ze in het frequentiespectrum net buiten het gebied liggen waarin de code-informatie zich bevindt. Dit is belangrijk omdat altijd een klein deel van de stoorsignalen toch wordt doorgelaten naar de ontvanger. Dit deel wordt met deze keuze van de stoorsignalen in de ontvanger met behulp van filters verwijderd. Het regelsysteem kan worden toegepast op de circuits uit de figuren 6 en 7.

Figuur 8 toont het circuit uit figuur 7 met daaraan toegevoegd het hierboven beschreven regelsysteem. Het signaal afkomstig uit de referentie 7 wordt toegevoerd aan een modulator 22 die het referen-tie-signaal moduleert met f-stoor 17. Het resultaat hiervan gaat naar de buffertrap 6, waarna hetzelfde traject wordt doorlopen als in figuur 7. Het signaal f-stoor 17 wordt in de ontvanger vermenigvuldigd met het resultaat 15 van het verschilcircuit in een vermenigvuldiger 18. De vermenigvuldiger 18 levert na filtering 19 een errorsignaal 20 waarmee het signaal van gelijkrichter 11 of van gelijkrichter 14 in amplitude wordt gevarieerd met een versterker met regelbare versterking 21. In het voorbeeld van figuur 8 is gekozen voor regeling van het signaal uit gelijkrichter 11. De regellus stabiliseert zich bij een uitgangssignaal 15 waarin het signaal f-stoor (vrijwel) niet meer aanwezig is. In deze situatie is de invloed van de zenderruis minimaal en het errorsignaal 20 bereikt het nulniveau.

Claims (10)

1. Een elektronische inrichting voor het identificeren van respon-ders of voor het communiceren met responders, met het kenmerk, dat de invloed van de storende signalen, welke onvermijdelijk door de zender worden opgewekt, op de reconstructie van de door de responder uitgezonden code wordt onderdrukt, zelfs als deze storende signalen in hetzelfde frequentiegebied liggen als de te ontvangen informatie uit de responder.

2. Een elektronische inrichting voor het identificeren van respon-ders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het onderdrukken van de storende signalen wordt bereikt door een smalbandig filter in het zendercircuit, zodanig dat het zendersignaal in de zijbanden van het frequentiespectrum, waarin de informatie van de door de responder uitgezonden code aanwezig is, extra sterk wordt onderdrukt.

3. Een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat dit smalbandige filter is gekoppeld tussen de buffertrap en de eindversterker van de zender.

4. Een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat dit smalbandige filter is gekoppeld tussen de eindversterker en de antenne van de zender.

5. Een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het onderdrukken van de storende signalen wordt bereikt door in de ontvanger deze storende signalen af te trekken van de combinatie bestaande uit de storende signalen en de ontvangen respondercode.

6. Een elektronische inrichting voor het identificeren van respon-ders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het aftrekken van de storende signalen plaatsvindt, nadat onafhankelijk van elkaar demodulatie, bijvoorbeeld door gelijkrichting, heeft plaatsgevonden van de gemoduleerde storende signalen en de eveneens gemoduleerde combinatie van storende signalen en de ontvangen respondercode.

7. Een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de mate van compensatie in de inrichting ongevoelig is voor de waarde van de storende frequentie door het toepassen van een frequentiecorrectiefilter in één tak van het ontvangercircuit, dat de frequentie-afhankelijke karakteristiek van de zend-ontvang-antenne compenseert.

8. Een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat dit frequentiecorrectiefilter bestaat uit een dummy antenne, waaraan een deel van het zendersignaal wordt toegevoerd, om zodoende het compensatiesignaal te vormen.

9. Een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat dit frequentiecorrectiefilter bestaat uit een laagdoorlaatfilter, dat dezelfde uitwerking op het compensatiesignaal geeft als de in conclusie 8 genoemde dummy antenne.

10. Een elektronische inrichting voor het identificeren van responders of voor het communiceren met responders volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de karakteristiek van het frequentiecorrec-tiefilter automatisch kan worden ingesteld c.q. bijgesteld indien de elektrische eigenschappen van de zend-ontvang-antenne wijzigen doordat gebruik wordt gemaakt van minstens één speciaal hiervoor aangebrachte stoorfrequentie.