NO174756B - System for signal-diskriminering - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse kan brukes på området fjernidentifikasjon av gjenstander, hovedsakelig gjenstander i bevegelse. For eksempel transportcontainere, jernbanevogner og biler som må identifiseres mens de er i bruk, ofte mens de beveger seg. Systemer som er nyttige for fjernidentifikasjon ved bruk av aktive eller passive "merkelapper" som ved tilbakespredning modulerer et kontinuerlig, radiofrekvent, utsendt bølgesignal med en digital identifikasjonskode, er blitt beskrevet i US patent nr. 4 739 328 og US-patentsøknad nr. 885250 inngitt 14. juli 1986. Det tilbakesprednings-modulerte signalet blir mottatt, vanligvis av det samme system som sendte ut det opprinnelige signal, og den digitale kode blir demodulert og dekodet for å tilveiebringe identitetsinformasjon for den merkede gjenstand, eller annen informasjon som kan være ønsket.

Ved mange anvendelser av disse systemene er det flere merkede gjenstander nær hverandre. Hver av disse merkelappene har evnen til tilbakesprednings-modulering av det overførte signal. Ofte er noen av disse gjenstandene de fra et ønsket signal, og andre er ikke. Et godt eksempel på dette er kjøre-baner for innsamling av veiavgifter. En separat "leser", d.v.s. en sender/mottager blir vanligvis brukt for hver kjørebane. Alternativt kan en enkelt sender/mottager som sender flere, forskjellige signaler, benyttes, som har separate sender- og mottager-antenner for hver kjørebane. Den kjørebane-spesifikke antenne eller sender/mottageren må være i stand til å diskriminere mellom det ønskede, tilbakesendte signal fra den korrekte merkelapp etter tilbakesprednings-modulasjon, og et lignende signal som kan være sendt tilbake fra en merkelapp på en bil i en annen kjørebane som denne spesielle sender/mottaker eller antenne ikke er ment for.

Det har tidligere vært benyttet mange forskjellige teknikker for diskriminering. Antennelokalisering og orientering er blitt omhyggelig valgt for å maksimalisere amplituden til retursignalet fra den ønskede merkelapp-posisjon. For eksempel kan antenner adskilles langt nok fra hverandre til å unngå interferens. I tillegg kan mottagerfølsomheten velges for å maksimalisere mottakingen fra området for den ønskede merkelapp, og minimalisere fra den andre områder. Forskjellige skjermingsteknikker er også blitt brukt.

Skjerming er en upålitelig løsning fordi uforutsigbare signalrefleksjoner kan omgå en skjerm eller avbøye et ønsket signal på en uventet måte, noe som forstyrrer signalene ved avlesningsanordningen. Antenneposisjon og orientering er ikke alltid egnet siden strukturer slik som boder for innkrevning av avgift, kjørefelt-sperrer og lignende ofte forstyrrer ideelle plasseringer av og avstand mellom antenner. De utsendte strålene er dessuten ofte ikke smale og veldefinerte, noe som gjør nøyaktig styring vanskelig. Regulering av mottagerfølsomheten er også noen ganger ujevn fordi reflekterte signaler kan kombinere med de opprinnelige eller andre reflekterte signaler og resultere i en uforutsigbar for-sterkning av det mottatte signal som lurer også den regulerte mottageren.

Det er derfor ønskelig å ha noe i selve det utsendte signal som gjør at det kan diskrimineres eller skjelnes i sin tilbakesprednings-modulerte form, fra andre tilbakesprednings-modulerte retursignaler fra andre merkelapper selv om alle merkelappene tilbakesprednings-modulerer det utsendte signal på nøyaktig samme måte.

Fra US patent nr. 4,074,263 er kjent en fremgangsmåte for å gjenkjenne en "IFF" type kode (dvs. "identification of friend or foe") i et pulset radarsignal, og å sammenligne dette med en tidligere lagret etterligning av koden, slik at autentisitet kan verifiseres. Selv om det på samme måte som i herværende oppfinnelse benyttes en pseudotilfeldig kode i systemet ifølge US 4,074,263, benyttes koden på en helt anner-ledes måte. Koden benyttes i patentet til å tidsforskyve eller ikke tidsforskyve utsendte radarpulser. En logisk '1' resulterer i ingen tidsforskyvning, og en logisk '0' resulterer i en konstant tidsforsinkelse av pulsen. Ved å undersøke tidspunktet for forekomst av radarpulsene på et fjerntliggende sted, kan man fastslå hvorvidt de mottatte radarpulsene gis en "skjelving" i samsvar med den pseudo-tilfeldige koden, eller ikke. Hvis så er tilfelle, antas radaren å være "venn", hvis ikke, er den antakelig en "fiende". Det foreligger ingen tilbakespredt fasemodulasjon av et utsendt RF-signal i det ovennevnte patentet. Hovedidéen i patentet er en metode for å gjenskape, ut fra det mottatte radarsignalet i form av et pulstog, en takt-standard fra hvilken man kan fastslå hvorvidt pulsene er blitt tids-forskjøvet eller ikke, dvs. hvilke som tilsvarer en logisk '1' og hvilke som tilsvarer en logisk '0' i den pseudotilfeldige kodesekvensen.

Fra US patent nr. 4,045,796 er kjent et noe mer nær-liggende system, i den forstand at et utsendt RF-signal er fasemodulert, men meningen med dette systemet er en hastig-hetsøkning i prosessen med å få tak i et retursignal, og å finne total tidsforskyvning for en hel bane-rundtur fra sender til transponder og tilbake.

Ingen av de to ovennevnte publikasjonene tar opp samme problem som løses ifølge foreliggende oppfinnelse, selv om de omfatter såkalt pseudotilfeldig fasemodulasjon eller kode-sekvensering. Slike teknikker er i og for seg velkjente.

Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er et system for diskriminering mellom modulerte tilbakespredte signaler basert på et faseskift i det modulerende signalet under tidsforsinkelsen fra utsendelse til mottagelse, og systemet defineres nøyaktig i de vedføyde patentkravene.

Det ble uventet oppdaget at hvis det utsendte bæresignal var fasemodulert med et moduleringssignal med karakteristika som tilveiebringer enhetsutgang når det korreleres med seg selv med null tidsforskyvning, og et betydelig lavere utgangsnivå når det korreleres med seg selv med en betydelig tidsforskyvning, kan tilstrekkelig diskriminering oppnås. Et slikt fasemodulert bæresignal er noen ganger kalt et direkte spredt spektrumsignal. Fasemodulasjon med et moduleringssignal som for eksempel kan være en pseudo-tilfeldig sekvens, frembringer et dobbelt sidebånd med undertrykket bære-bølge. Slike spredt spektrum signaler har en ytterligere fordel i at deres sendere lettere kan lisensieres av myndighetene enn sendere av signaler med kontinuerlig bærebølge.

Systemet omfatter en anordning for fasemodulering av bæreren med et moduleringssignal som har de ønskede karakteristika. Systemet omfatter også en sender for utsendelse av det fasemodulerte bæresignal. En tilbake-sprednings-moduleringsanordning anbrakt ved en endelig avstand fra senderen, mottar, modulerer og sprer tilbake det fasemodulerte bæresignal. Denne tilbakespredning-modulasjonen er fortrinnsvis en amplitude-modulasjon (AM), men det er også mulig å fasemodulere radiosignalet. Det modulerte, tilbakespredte fasemodulerte bæresignal blir mottatt ved en mottagerdetektor, ofte anbrakt sammen med senderen. Mottagerdetektoren som er følsom for den radiofrekvente bølgen og dens fase, har som sitt inngangssignal det modulerte, tilbakespredte, fase-modulerte bæresignal, og som sitt referansesignal det utsendte fasemodulerte bæresignal. Dette referansesignalet er lett tilgjengelig når senderen og mottageren er del av det samme system på samme sted. Detektoren gir et utgangssignal hvis middelamplitude i betydelig grad er avhengig av graden av bærerfase-korrelasjon mellom inngangssignalet og referanse-signalet .

Utgangssignalet fra mottager-detektoren blir behandlet for å utvinne den informasjon som merkelappen inneholder og som befant seg i det modulerte, tilbakespredte retursignal bare når dets middelamplitude er over en terskelverdi. Siden korrelasjonen mellom det tilbakesendte signal og referanse-signalet er høyest når tilbakespredningen er fra en forut bestemt, ønsket merkelapp istedenfor fra en annen merkelapp ved en annen posisjon i en annen avstand fra mottakeren, vil middelamplituden til utgangssignalet fra detektoren være betydelig høyere fra et ønsket retursignal i motsetning til et uønsket. Det er derfor en lett sak å behandle bare utgangs-signaler fra detektoren over en terskelamplitude.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er fasemodulasjonen ved senderen en tofase-modulasjon, og det fasemodulerende signal er en sekvens av pseudo-tilfeldige digitale pulser som for eksempel kan genereres av en skiftregister-krets.

Det vises til de vedføyde tegninger hvor:

Fig. 1 er et blokk-skjerna over systemet ifølge

oppfinnelsen.

Fig. 2 er et blokk-skjerna over senderen ifølge

oppfinnelsen.

Fig. 3 er et logikkskjerna over et skiftregister som brukes til å generere den pseudo-tilfeldige pulssekvens ifølge en foretrukket utførelsesform av oppf innelsen. Fig. 4 er et blokk-skjerna over mottagerdetektoren ifølge

oppfinnelsen.

Fig. 5 er en rekke tidsdiagrammer som illustrerer opp finnelsens virkemåte. Fig. 6 er et diagram som skisserer endringer i signal-amplitude-respons ved mottageren med variasjoner i avstanden mellom en merkelapp og senderen i et system ifølge teknikkens stand. Fig. 7 er et diagram som skisserer et eksempel på endringer i middelamplitude-respons ved mottageren med variasjoner i avstanden mellom en merkelapp og senderen. Fig. 8 viser to kjørefelter for oppkreving av avgift som illustrerer fordelene ved systemet ifølge oppf innelsen.

Den følgende detaljerte beskrivelse som henviser til tegningene, beskriver foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen. Fagfolk på området vil forstå at mange modifikasjoner kan foretas i disse foretrukne utførelses-formene, og at bare noen av disse er generelt beskrevet, uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Hovedelementene i oppfinnelsen som er vist på figur 1, omfatter en sender 10, en mottager/detektor 11, en dekoder 12 og en merkelapp 13. Senderen 10 sender den fasemodulerte bærer gjennom mottageren/detektoren 11 til en antenne 14, og som deretter blir utsendt av antennen 14 til merkelappen 13. Merkelappen 13 som er den tilbakesprednings-modulerende anordning ifølge oppfinnelsen som skal beskrives nedenfor, er anordnet i en endelig avstand fra senderen 10 og mottar og modulerer tilbakespredningen av det utsendte, fasemodulerte bæresignal. Det modulerte, tilbakespredte signalet blir returnert til antennen 14 og så til mottageren/detektoren 11, hvor det blir mottatt og sammenlignet i detektoren med et referansesignal. Referansesignalet er det samme som det utsendte, fasemodulerte bæresignal koblet til mottageren 11 gjennom en linje 15 ved et knutepunkt A. Mottageren/detektoren 11 tilveiebringer et utgangssignal ved knutepunkt B, som blir ført til en dekoder/demodulator 12 hvis middelamplitude-utgang i betydelig grad er avhengig av graden av fasekorrelasjon i detektoren mellom det mottatte, modulerte, tilbakespredte signal og referansesignalet. Dekoderen/demodulatoren 12 er i stand til selektivt å behandle inngangssignalene som har en middelamplitude over et terskelnivå, som forklart nedenfor.

Senderen ifølge oppfinnelsen er vist på figur 2. I den viste, foretrukne utførelsesform omfatter senderen 10 en 915 MHz oscillator 20 som tilveiebringer bæresignalet. 915 MHz ble valgt fordi det er tilgjengelig og tillatt for forskjellige industrielle anvendelser i USA, innbefattet automatiske kjøretøy/overvåkningssystemer, av den føderale kommisjon for kommunikasjoner. Bæresignalet fra oscillatoren 20 blir ført til en fasemodulator 21 for å modulere det med et moduleringssignal som har karakteristikker som frembringer enhets-utgang når det korreleres med seg selv med null tidsforskyvning, og et betydelig lavere utgangsnivå når det korreleres med seg selv med en betydelig tidsforskyvning. For eksempel tilfeldige og pseudo-tilfeldige moduleringssignaler har disse karakteristikkene. Et slikt signal kan for eksempel genereres ved hjelp av en stasjonær, stokastisk prosess. I denne utførelsesformen er det modulerende signal binært, idet det benyttes en pseudo-tilfeldig pulssekvens. Som det skal beskrives mer detaljert senere, blir denne puls-sekvensen levert av en sekvens-generator 22 gjennom en driv/formingskrets 23. Driv/formings-kretsen 23 avrunder kantene av pulsene for å forbedre deres form for lettere modulasjon på bærebølgen. Sekvensgeneratoren 22 blir taktstyrt av en skifttakt-generator 24.

Det modulerte utgangssignal fra fasemodulatoren 21 blir noen ganger kalt et direkte spredt spektrum-signal. Fasemodulatoren 21 frembringer et signal med dobbelt sidebånd og undertrykket bærebølge som føres til et båndpassfilter 25, som begrenser spekteret til et som er tillatt etter for-skriftene. En forsterker 26 forsterker signalet som skal sendes ut, for å heve det til det ønskede effektnivå som er nødvendig for overføring.

Når modulasjonssignalet som frembringes av sekvensgeneratoren 22, er et pseudo-tilfeldig signal, kan det anvendes en generator 22 av skiftregister-typen, som vist på figur 3. I dette eksempelet blir det brukt et tre trinns skiftregister 22 omfattende bistabile D-vipper 41, 42 og 43 forbundet med en eksklusiv eller-port 44, som vist, som har sine innganger utledet fra utgangene på D-vippene 42 og 43 og har sin utgang koblet tilbake til "D"-inngangen på den bistabile D-vippen 41. Den pseudo-tilfeldige utgangskode-sekvensen ved knutepunkt B er koblet til driv/formingskretsen 23, som vist på figur 2. Taktsignalet fra taktgeneratoren 24 som er vist på figur 22, blir matet inn ved en klemme 46, vist på figur 3. Tre registertrinn er illustrert for enkelthets skyld. Tre trinn tilveiebringer en tilstrekkelig høy repetisjonsperiode-frekvens med repetisjon for hver syvende taktperiode. Ved taktstyring med en frekvens på 10 MHz, er denne frekvensen vanligvis tilstrekkelig høy til at den ikke kommer i konflikt med de tilbakesprednings-modulerte retur-signalene, som vanligvis har en meget lavere frekvens, for eksempel 20 og 40 KHz.

Ved å bruke ytterligere skiftregister-trinn som frembringer en lenger repetisjonssekvens av det pseudo-tilf eldige modulasjonssignal, tilveiebringes enda bedre korrelasjons-differensiering, dette betyr at amplitude-differansene mellom korrelerte retursignaler, som er nær refe-ransen, og mindre korrelerte signaler som vanligvis er de som skal elimineres, er større, noe som muliggjør at uønskede signaler lettere kan skjelnes. Skiftregister-sekvenser som kan brukes i denne oppfinnelsen, er blitt beskrevet i Shift Register Sequences. Solomon W. Golomb Holden-Day, Inc. (1957), kapittel 3.

Mottageren/detektoren ifølge oppfinnelsen er vist på figur 4. Som vist på figur 1 og 4 er senderen koblet inn i mottageren ved knutepunkt A. Det vises til figur 4 hvor sendersignalet ved knutepunkt A blir ført gjennom en retnings-kobler 50, som trekker ut en del av signalet som referansesignal og kobler det gjennom linje 51 til referanseinngangen på blanderen 52. Hoveddelen av signalet blir ført gjennom linje 53 til en sirkulator 54. Sirkulatoren 54 er en konvensjonell, enveis signalsirkulator innrettet for å arbeide ved frekvensen til de utsendte signaler som brukes i oppfinnelsen. Hovedutgangssignalet fra retningskobleren blir ført inn i porten 54 til sirkulatoren 54, og ført ut av porten 56 til antennen 14 hvor det blir sendt til merkelappen for tilbakespredning. Det modulerte tilbakespredte signal fra antennen 14 kommer tilbake til porten 56, og det blir ført gjennom porten 57 og linje 58 til RF-inngangen på blanderen 52.

Sirkulatoren 54 er en konvensjonell, høyfrekvent sirkulator som fører signaler bare i en retning, med urviseren i det viste eksempel, fra en av portene 55, 56 eller 57, til den neste. Signaler fra retningskobleren 50 til porten 54 blir således ført til port 56 og ut på antennen 14. Tilbakesprednings-modulerte signaler som mottas av antennen 14 fra merkelappen 13, blir ført inn i sirkulatoren 54 gjennom porten 56. Disse signalene blir så sirkulert fra port 56 til port 57 og til blanderen 52 gjennom linje 58.

Blanderen 52 sammenligner referansesignalet på linje 51 fra retningskobleren 50 med retursignal på linje 58 fra porten 57 på sirkulatoren 54. Blanderen 52 er fortrinnsvis en dobbeltbalansert blander som brukes som fasekomparator. Blanderen 52 sammenligner fasene (typisk 0° eller 180°) til sine to inngangssignaler fra linjene 51 og 58. Utgangs-signalet fra blanderen 52 blir ført gjennom linje 59 og et lavpassfilter 60 til en forforsterker 61, hvis utgang opptrer ved knutepunktet B til mottageren/detektoren 11, som vist på figur 1 og 4.

Blanderen 52 er en konvensjonell dobbeltbalansert blander som for eksempel kan fås fra Mini-Circuits, P.O. Boks 166, Brooklyn, New York 11235. Blanderen blir svitsjet av referansesignalet på linje 51. Når referansesignalet har en forut bestemt polaritet, vanligvis positiv, passerer det modulerte tilbakespredte signal på linje 58 direkte gjennom blanderen til linje 59. Når referansesignalet har motsatt polaritet, vanligvis negativ, blir det modulerte, tilbakespredte signal inventert.

Fra blanderen 52 passerer signalet gjennom linje 59 til lavpassfilteret 60. Lavpassfilteret 60 tjener til å midle amplituden av utgangssignalene fra blanderen. Denne midling vil som forklart nedenfor i forbindelse med kurven på figur 5, resultere i et signal som har en forholdsvis lav amplitude hvor referanse- og retur-signalene er ute av makrofase, og en høy amplitude hvor de er i makrofase med fasemodulerings-signalet.

Den øyeblikkelige amplitude av IF-utgangssignalet på linje 59 fra blanderen 52 avhenger hovedsakelig av to faktorer: (1) amplituden av RF-inngangssignalet på linje 58; og (2) cosinus av den relative fasevinkel mellom referansesignalet på linje 51 og RF-signalet på linje 58. Det er på dette cosinus-forholdet apparatet ifølge oppfinnelsen avhenger. Den detaljerte virkemåte av blanderen 52 vil bli bedre forstått i forbindelse med signalkurvene som er vist på figur 5.

Det vises nå til figur 2, 4 og 5 hvor en pulssekvens 70 som er vist på figur 5, er den sekvens som genereres av sekvensgeneratoren 22 (figur 2) og føres til driv/formings-kretsen 23 (figur 2). Driv/formingskretsen 23 avrunder kantene eller flankene til pulssekvensen 70 slik at den opptrer som vist i sekvens 71 på figur 5. Det avrundede signalet fra driv/formings-kretsen 23 blir ført til fasemodulatoren 21 og gjennom båndpassfilteret 25, hvor det kommer ut som et pølseformet signal 72, vist på figur 5. Signalsekvensen 72 blir forsterket og sendt gjennom antennen 14 til merkelappen 13 (figur 4), hvor det blir tilbakesprednings-modulert og returnert gjennom antennen 14 til sirkulatorens 54 inngang 56.

Man vil forstå at to slags faseendringer i virkeligheten inntreffer med det modulerte, tilbakespredte signalet ifølge oppfinnelsen. Der er en mikro-faseendring som er forskyv-ningen i det modulerte, tilbakespredte signal som inneholder de nødvendige data (dette signalet er illustrert som en kryss-skravering inne i de pølselignende omhyllingene vist som signal 72 på figur 5. Disse mikroendringene er en uønsket bieffekt i signaldekodingen og kan lett håndteres i systemer av tidligere kjent type, slik som beskrevet i US patent nr. 4 739 128 og US-patentsøknad nr. 885250 som begge er nevnt tidligere. Den faseendring som brukes i foreliggende oppfinnelse, er den makro-faseendringen hvori hele pølsen (d.v.s. omhyllingen) til signalet 72 forskyver sin fase ved det punkt hvor prikkene er vist mellom pølseskjøtene, som forklart nedenfor.

Det generelle utseende av retursignalet forblir som vist i bølgeform 72 på figur 5, men amplituden vil endre seg svakt i samsvar med tilbakesprednings-modulasjonen, og den totale makro-fase (omhyllingen) vil forskyve seg under overføringen til og fra merkelappen. Oppfinnelsen trekker fordel av denne makro-faseforskyvningen. Dette faseforholdet kan best illustreres ved å bruke firkantbølger. Det opprinnelige referansesignal er illustrert på figur 5 som firkantbølge 70. Makro-fasemodulasjonen på det returnerte RF-signalet på linje 58 er illustrert på figur 5 som firkantbølge 73. Sammen-ligning av det virkelige referansesignal 72 og det illustre-rende firkantbølge-signal 70, viser at prikkene ved aksen til signalet 72 svarer til makro-forskyvninger i fase fra høy til lav og lav til høy i referansesignalet 70, noe som svarer til 180° faseforskyvninger eller fasedreininger av RF-signalet. Som en illustrasjon antas det at under signaloverføring til merkelappen og tilbake, ble referansesignalets frekvens forskjøvet med bredden av en puls av moduleringssignalet.

Virkemåten til blanderen 52 er slik at hvis referansesampelen på linje 52 er slik at hvis referansesampelen på linje 51 og RF-sampelen på linje 58 er i perfekt fasemodulerende fase, vil den maksimale utgangssignal-amplitude fra blanderen 52 på linje 60 blir oppnådd. Hvis derfor referansesignalene og returnerte RF-signaler begge er positive, er utgangssignalet positivt; hvis de begge er negative, er utgangssignalet også positivt, og hvis ett er positivt og det andre negativt, er utgangssignalet negativt.

Anta som en illustrasjon at det returnerte RF-signal 73 blir faseforskjøvet fra referansesignalet, som vist, med en hel pulsbredde. Pulsene i referansesignalet 70 er blitt nummerert fra 1 til 7. Likeledes er pulsene til det returnerte RF-signal 73 blitt nummerert fra l til 7. Ved å se på puls 1 i retursignalet 23, som er "høyt", og ved å sammenligne den med puls 2, den puls som i tid sammenfaller med referansepulsen 70, er begge pulsene høye, noe som frembringer en korrelasjon på +1, vist under puls 1 i bølgeform 73. Puls 2 i bølgeform 73 korrelerer også nøyaktig med sammenfallende puls 3 i referansestrømmen 70, og en korrelasjon på +1 er vist under for også denne pulsen. Pulsene 3, 4 og 5 i returstrømmen korrelerer ikke, og hver resulterer i korrelasjoner på -1, som vist. Puls 6 i RF-retursignalet 73 korrelerer med puls 7 i referansesignalet og frembringer en korrelasjon på +1, men puls 7 korrelerer ikke og frembringer igjen en korrelasjon på -1. Ved å addere korrelasjonsfaktorene til de 7 pulsene i retursignalet 73, blir summen -1. Siden det var syv pulser er den midlere korrelasjon -1/7.

Anta deretter at retursignalet var forskjøvet med bare en halv pulsbredde istedenfor en hel, som illustrert ved retursignal 74. Det er klart at de første to og en halv pulsene av RF-retursignalet 74 korrelerer med de sammenfallende pulsene i referanse-signalet 70 som vist, og tilveiebringer en korrelasjonsfaktor på +2-1/2. Den neste halvpulsen av retur-strømmen 74 korrelerer ikke og frembringer en korrelasjon lik -1/2. Den neste halvpulsen korrelerer, den neste gjør det ikke, den neste halvpulsen gjør det, og den neste halvpulsen gjør det ikke, noe som netto for de to totale helpulsvarig-hetene gir en korrelasjonsfaktor lik null. De neste en og en halv-pulsene svarer til hverandre, og gir en korrelasjonsfaktor på +1-1/2, og den siste halvpulsen korrelerer ikke og gir en korrelasjon på -1/2. Summen av disse korrelasjonsfaktorene er 3 som midlet over 7 pulser, gir en midlet eller gjennomsnittlig korrelasjon på 3/7.

Det vises til figur 4 og 5 hvor korrelasjonen mellom RF-retursignalet på linje 58 og referansesignalet på linje 51 styrer middel-amplituden til signalet på linje 59 fra blanderen 52. det vil være klart at et retursignal som korrelerer så dårlig som signal 73 gjør med referansesignalet 70, vil frembringe et utgangssignal fra blanderen 52 som har en middelamplitude lik 1/7 av middelamplituden til et signal som korrelerer 100 %. Retursignalet 74 som var forskjøvet bare med en halv pulsbredde fra referanse-signalet 70, frembrakte en middelkorrelasjon på 3/7, noe som betyr at utgangsamplituden for det retursignalet fra blanderen 52 på linje 59, vil være omkring halvparten av amplituden til et fullstendig korrelert signal. Utgangsamplituden til signal 73 som er forskjøvet fra referansesignalet 7 0 med en hel pulsbredde, har likeledes et nivå som bare er 1/7 av nivået til et retursignal som er i fullstendig fase.

Utgangs-signalet fra blanderen 52 på linje 60 blir ført til en forforsterker 61, som frembringer et forforsterket signal ved knutepunkt B vist på figur 4, hvis amplitude er avhengig av fasekorrelasjonen i blander 52 i henhold til oppfinnelsen.

Det vises så til figur 1 hvor det demodulerte signal ved knutepunkt B føres til dekoderen/demodulatoren 12 demodulerer og dekoder signalet for å trekke ut den binær-koden som ble modulert på det returnerte, modulerte, tilbakespredte signal av merkelappen 13. Dekodings- og demodulerings-prosessen og apparatet for å utføre den, er fullstendig beskrevet i US patent nr. 4 739 328.

Som et resultat av virkemåten til mottageren/detektoren 11 som er beskrevet ovenfor, varierer amplituden av det utgangssignalet som passerer gjennom knutepunkt B til dekoderen/demodulatoren 12, betydelig avhengig av korrelasjonsgraden mellom fasemodulerings-mønsteret på referansesignalet fra senderen 10 og det modulerte, tilbakespredte signal fra merkelappen 13. Som forklart ovenfor i forbindelse med kurvene på figur 5, er amplituden av dette utgangssignalet betydelig lavere, med en faktor på 2 eller mere, hvis fasekorrelasjonen mellom disse to signalene er dårlig, og betydelig høyere hvis korrelasjonen er god. Når korrelasjonen er dårlig, er inngangs-signalet ved knutepunkt B til dekoderen/demodulatoren 12 ved en tilstrekkelig lav amplitude under dekoderens/demodulatorens følsomhet, og blir således ignorert. Når korrelasjonen er god, er amplituden tilstrekkelig høy slik at dekoderen/demodulatoren 12 kan dekode signalet og reprodusere det originale binære bitmønster som er modulert på retursignalet av merkelappen.

Kurvene på figur 6 og 7 illustrerer de fordeler som oppnås med systemet ifølge oppfinnelsen i forhold til teknikkens stand. Den første del av kurven på figur 7 for en avstand mellom 5 og 25 fot, viser det vanlige fall i signalstyrke som oppnås ved et system av tidligere kjent type uten bruk av spredt spektrum-signalmodulering ifølge oppfinnelsen. Kurven er blitt normalisert for å vise en maksimal signalstyrke på 1,0 ved 5 fot fra antennen. Legg merke til i denne første del av kurven på figur 7, at fallet i signalstyrke ved 15 fot er omkring 70%, og at fallet ved 25% er nesten fullstendig. Ved å bruke det tidligere kjente system, ville det følgelig være vanskelig å diskriminere, basert på denne lille amplitudeforskjellen i signalet (30%), mellom et korrekt signal generert 15 fot fra antennen og et falskt signal fra en avstand på 25 fot.

Kurven på figur 7 ignorerer den vanlige signaldempning med avstanden som er vist på figur 6, og tar bare i betraktning fallet i signalstyrke med avstand basert på den modulasjonsteknikk som brukes ifølge oppfinnelsen. Ved 25 fot er den mangelen på korrelasjon som er vist ved det betydelige fall i signalnivå, et resultat av oppfinnelsens prinsipper. Signalstyrken faller nesten til null. Det viser seg at der er et nullpunkt ved 25 fot, men også godt utover 25 fot, opp til omkring 1500 fot for en bærebølge på 915 MHz, øker signalstyrken bare lite, godt under 10%. Ved omkring 97 fot for eksempel, er signalnivået 1/7 del eller 0,15, som beskrevet tidligere og vist på figur 7 på grunn av mangelen på korrelasjon. Følgelig er det ved å bruke apparatet ifølge oppfinnelsen meget lett å diskriminere mellom et ønsket signal 15 fot fra avlesningsanordningen, og et uønsket signal fra for eksempel et tilstøtende kjørefelt som i de fleste tilfeller vil være minst 25 fot borte.

Det er mulig å skreddersy avstandene i aktuelle oppsetninger meget nøyaktig ved å lokalisere antennen ved den ønskede avstand fra merkelappen selv om senderen, mottageren/detektoren og dekoderen er anbrakt et annet sted. De kan være forbundet med en skjermet kabel. Antennen er den eneste komponent i systemet hvis posisjon er kritisk.

Virkemåten av apparatet ifølge oppfinnelsen brukt i kjørebaner for innkreving av avgift, er illustrert på figur 8. Apparatet 70 ifølge oppfinnelsen har sin antenne anbrakt ved siden av kjørebane 1 som vist. Uansett hvor bilen som overvåkes i kjørebane 1 opptrer, og uansett hvor merkelappen er anbrakt på bilen, er antennen rettet slik at avlesingen av merkelappen vil finne sted innenfor maksimalt 15 fot fra antennen 71. Anta at antennen er innrettet med den vinkel som er vist på figur 8, merkelappen 72 på bilen i kjørebane 2 vil da aldri være nærmere enn omkring 25 fot fra antennen. Det signalet som sendes tilbake fra denne merkelappen, vil følgelig være betydelig mindre enn signalet fra ethvert kjøretøy i kjørebane 1, som vist ved kurven på figur 7 for henholdsvis 25 fot og 15 fot. Signalet fra det tilstøtende kjøretøy i felt 2 vil derfor være godt under følsomhetsnivået til dekoderen/demodulatoren i apparatet ifølge oppfinnelsen, som brukes til å trekke ut kjøretøy-identifikasjonen i samsvar med oppfinnelsen. Kjøretøyer i kjørefelt 1 vil imidlertid ha nesten en maksimal signalstyrke som vil bli dekodet meget lett.

Det vil være klart for fagfolk på området at mange endringer kan foretas ved oppfinnelsen, innbefattet beskaffenheten av og lengden av den tilfeldige sekvens, modulasjonsfrekvensene og de forskjellige utstyrstyper som kan brukes for å bygge det beskrevne apparatet, uten at man går utenfor rammen av oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde krav.

Claims (9)

1. System for diskriminering mellom modulerte, tilbakespredte signaler basert på et faseskift i det modulerende signalet under tidsforsinkelsen fra utsendelse til mottagelse, omfattende en anordning for fasemodulering av en bærer med en pseudo-tilfeldig kodet sekvens med karakteristikker som gir enhetsutgang når den korreleres med seg selv med null tidsforskyvning, og et betydelig lavere utgangsnivå når den korreleres med seg selv med en tidsforskyvning på minst en vesentlig brøkdel av en pulsbredde av den kodede sekvens, idet modulasjonen frembringer et direkte spredt spektrum sekvens-signal; og en anordning for utsendelse av den fasemodulerte bærer; karakterisert ved en tilbakesprednings-moduleringsanordning anbrakt ved en endelig avstand fra utsendelsesanordningen for å motta og modulere tilbakespredningen av det fasemodulerte bæresignal uten å endre dets bærefrekvens; en anordning for fortrinnsvis å motta og detektere den modulerte, tilbakespredte, fasemodulerte bærer med samme bærefrekvens, hvor detekterings-anordningen er fasefølsom og som referansesignal har det utsendte, fasemodulerte bæresignal, og som inngangssignal har det modulerte, tilbakespredte, fasemodulerte bæresignal, idet detekterings-anordningen frembringer et utgangssignal hvis gjennomsnittsamplitude i det vesentlige er avhengig av graden av fasekorrelasjon mellom inngangssignalet og referansesignalet; og en anordning for selektiv behandling av utgangssignalet fra mottager- og detekterings-anordningen bare når dets gjennomsnittsamplitude er over et terskel-nivå, hvorved bare utvalgte signaler behandles og de resterende signaler gjøres ute av stand til å mottas.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen for fasemodulering er av to-fasetypen, og moduleringssignalet er pseudo-tilfeldige pulser.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at de pseudo-tilfeldige pulser blir generert ved hjelp av et skift-register koblet til modulerings-anordningen.

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at skiftfrekvensen til skiftregisteret er betydelig større enn informasjonssignal-frekvensen til tilbakesprednings-moduleringsanordningen.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at faseendrings-frekvensen til den kodede sekvens er betydelig større enn informasjonssignal-frekvensen til tilbakesprednings-moduleringsanordningen.

6. System ifølge krav , karakterisert ved kunstig forsinkelse av enten det utsendte, fasemodulerte bære-referansesignal eller det modulerte, tilbakespredte, fasemodulerte signal i forhold til det annet for å fremheve gjennomsnittsamplituden til det detekterte, modulerte, tilbakespredte, fasemodulerte signal som er mottatt fra tilbakesprednings-moduleringsanordningen ved en gitt, forut bestemt avstand mellom utsendelses-anordningen og tilbakesprednings-moduleringsanordningen, hvorved evnen til å diskriminere det mottatte signal fra uønskede signaler, blir forsterket.

7. System ifølge krav 1, karakterisert ved kunstig forsinkelse av enten det overførte, fasemodulerte bære-referansesignal eller det modulerte, tilbakespredte, fasemodulerte signal i forhold til det annet for å redusere gjennomsnittsamplituden til det detekterte, modulerte, tilbakespredte, fasemodulerte signal som mottas fra tilbakesprednings-moduleringsanordningen ved en gitt forut bestemt avstand mellom utsendelsesanordningen og tilbakesprednings-moduleringsanordningen, hvorved evnen til å skjelne det mottatte signal fra et annet mer ønskelig signal, blir forsterket.

8. System ifølge krav 1, karakterisert ved at frekvensen til den pseudo-tilfeldige pulssekvens er valgt for å forsterke gjennomsnittsamplituden av det detekterte, modulerte, tilbakespredte, fase-modulerte signal som mottas fra tilbakesprednings-moduleringsanordningen ved en gitt forut bestemt avstand mellom utsendelses-anordningen og tilbakesprednings-moduleringsanordningen, hvorved evnen til å diskriminere de mottatte signal fra uønskede signaler, blir forsterket.

9. System ifølge krav 1, karakterisert ved at frekvensen til den pseudo-tilfeldige pulssekvens er valgt for å redusere gjennomsnittsamplituden av det detekterte, modulerte, tilbakespredte, fasemodulerte signal som mottas fra tilbakesprednings-moduleringsanordningen ved en gitt forut bestemt avstand mellom utsendelsesanordningen og tilbakesprednings-moduleringsanordningen, hvorved evnen til å diskriminere det mottatte signal fra et annet mer ønskelig signal blir forsterket.