СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ МЕЖДУ ТЕРМИНАЛОМ И ПЕРЕНОСНЫМ НОСИТЕЛЕМ ИНФОРМАЦИИ ПО БЕСПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ Российский патент 2000 года по МПК H04L25/49 H04L27/02 

Все большее распространение получают способы передачи, в которых переносные носители информации бесконтактно, т.е. с помощью индуктивной или емкостной связи или в общем случае по беспроводной электромагнитной линии связи обмениваются информацией с терминалом. При этом переносной носитель информации регулярно также бесконтактно снабжается от терминала энергией, причем для этого используют высокочастотный несущий сигнал, который, с одной стороны, модулируется информацией и, с другой стороны, служит в носителе информации непосредственно в качестве тактового сигнала.

В большинстве случаев применения для передачи данных несущий сигнал только включают и выключают, т.е. происходит модуляция посредством 100%-ной амплитудной манипуляции. Обычно для передачи логических "1" или "0" несущий сигнал запирают, соответственно, выключают или оставляют без изменения не во время всего определяемого "электрической" длительностью битов временного окна передачи битов, называемого в последующем временным окном, а только во время значительно более короткого времени. Интервал бланкирования равен, например, одной четверти или одной трети временного окна передачи битов или временного окна. За счет этого несущий сигнал присутствует достаточно долго между двумя состояниями, вызванными запиранием, чтобы обеспечить снабжение энергией и тактовым сигналом.

Возможное кодирование может быть представлено кодом Миллера. При этом логическую "1" передают с помощью интервала бланкирования в середине временного окна, а логический "0" - с помощью интервала бланкирования в начале временного окна, причем переданный после логической "1" логический "0" не представлен интервалом бланкирования в временном окне, для того чтобы избежать слишком малых расстояний между интервалами бланкирования.

На фиг. 6A показан сигнал с кодом Миллера, которым должен модулироваться по амплитуде несущий сигнал. Он представляет группу битов 101000110. Вертикальными точечными линиями обозначены временные окна. Интервал бланкирования составляет, примерно, одну четверть длительности временного окна. На фиг. 6B показан соответствующий этому вычисленный частотный спектр, причем сигналом по фиг. 6A модулирован несущий сигнал с частотой 10 МГц. Как показано на фиг. 6B, образуется огибающая боковых полос с формой sinx/x, причем можно определить разницу между максимальной амплитудой боковых полос и носителем, равную примерно 18,2 дБ.

Если принять наихудший вариант модуляции группой из единиц 111111111, как показано на фиг. 7A, то получается спектр частот, показанный на фиг. 7B. Здесь разница между боковыми полосами и носителем составляет только около 10,5 дБ.

Согласно инструкциям по радиосвязи и лежащего в их основе временного европейского стандарта ETS 300330 (ETSI, сентябрь 1994) для несущего сигнала предусмотрена, например, частота ISM 13,56 МГц с границей уровня 42 дБ мкА/м на расстоянии 10 м. Ширина полосы для несущего сигнала составляет лишь +/- 7 кГц, так что спектр модуляции при указанной модуляции и кодировании битов согласно коду Миллера полностью находится за допустимыми пределами. В указанном стандарте уровень вне несущей частоты ограничен 20 дБ мкА/м на расстоянии 10 м, т.е. 22 дБ ниже несущего сигнала, причем ширина полосы измерения составляет 10 кГц. Описанная система с модуляцией посредством 100%-ной амплитудной манипуляции при коде Миллера выходит, как указывалось выше, за эти пределы и может быть допущена к радиосвязи только в том случае, если применять не сквозную модуляцию и использовать среднее значение, что допустимо по действующей ранее немецкой инструкции, однако не по европейскому стандарту ETS 300330 или правилам Федеральной комиссии связи США, которые предписывают квази пиковую оценку.

Из статьи Хельмута Лемме "Инфракрасная передача данных становится быстрее" в Elektronik 3/1996, страницы 38 - 44 известно использование для повышения скорости передачи при передаче данных в инфракрасном диапазоне также фазово-импульсной модуляции, причем однако каждому импульсу придаются два бита. Однако там фазово-импульсная модуляция служит для того, чтобы при равном числе передаваемых в единицу времени импульсов получить более высокую скорость передачи данных, так что амплитуда боковых полос частотного спектра не изменяется, что там и не имеет значения. Однако, так как там стремятся к достижению возможно более высокой скорости передачи данных, то между импульсами не предусмотрены интервалы, так что при следовании друг за другом групп битов 11 и 00 несущий сигнал заперт на длительность двух импульсов. При передаче в инфракрасном диапазоне это не является недостатком, так как там в приемнике всегда имеется генератор для создания тактовой частоты.

В способах, лежащих в основе настоящего изобретения, в которых несущий сигнал действует непосредственно как тактовый сигнал, это приводило бы к недопустимо длительному отсутствию тактового сигнала.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание способа передачи данных между терминалом и переносным носителем информации по беспроводной электромагнитной линии связи, в котором при приблизительно равной скорости передачи в битах достигается большая разница амплитуд боковых полос и амплитуды несущего сигнала без недопустимо длительного запирания несущего сигнала, служащего и тактовым сигналом.

Задача решается согласно изобретению с помощью способа по пунктам 1 и 2 формулы изобретения. Предпочтительные модификации указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В способе передачи согласно изобретению на каждое место коммутации несущего сигнала передают по меньшей мере два бита, предпочтительно три бита. При этом местом коммутации является место, в котором изменяют амплитуду несущего сигнала. В случае модуляции посредством 100%-ной амплитудной манипуляции должно происходить запирание, что приводит к возникновению интервала бланкирования. Какое значение имеют биты определяется положением места коммутации внутри временного окна определенной длины, соответственно, длительности. Тем самым при N битов на одно место коммутации должна иметься возможность детектирования 2^N возможных положений для одного места коммутации, т. е. в случае трех битов на место коммутации восьми возможных положений, внутри длительности одного временного окна. Хотя тем самым необходимы большие затраты на детектирование мест коммутации в приемнике, однако при одинаковой скорости передачи данных требуется меньше мест коммутации в единицу времени, так что имеется более низкая скорость передачи импульсов и тем самым более низкая амплитуда боковых полос модулированного им несущего сигнала. В зависимости от выбранного количества битов на одно место коммутации даже возможно одновременно повысить скорость передачи данных и понизить амплитуду боковых полос.

Если скорость передачи данных должна оставаться постоянной, например, вследствие необходимости соблюдения заданного протокола передачи, то является предпочтительным, что промежуток времени согласно изобретению внутри временного окна, в котором нет относящегося к подлежащим передаче данным места коммутации, в последующем называемого нулевым отрезком времени, имеет одинаковую длительность или в целое число раз большую длительность, чем возможное положение места коммутации. За счет этого значительно упрощается детектирование мест коммутации по сравнению с нулевым отрезком времени произвольной длительности.

Изобретение поясняется ниже подробней на основе примеров выполнения с помощью чертежей, на которых изображено:
Фиг. 1а и 1б - схематичный вид временных соотношений в способе согласно изобретению, а также результирующийся из этого модулированный посредством 100%-ной амплитудной манипуляции несущий сигнал,
Фиг. 2 - различные возможности выполнения временного окна,
Фиг. 3 - схематичный вид способа согласно изобретению без нулевого отрезка времени,
Фиг. 4а и 4б - временная диаграмма несущего сигнала, модулированного согласно изобретению группой битов 001000110, и относящийся к этому частотный спектр,
Фиг. 5а и 5б - временная диаграмма несущего сигнала, модулированного согласно изобретению группой битов 000000000, и относящийся к этому частотный спектр,
Фиг. 6а и 6б - временная диаграмма несущего сигнала, кодированного кодом Миллера группой битов 101000110, и относящийся к этому частотный спектр,
Фиг. 7а и 7б - временная диаграмма несущего сигнала, кодированного кодом Миллера группой битов 111111111, и относящийся к этому частотный спектр.

На фиг. 1б показан модулированный согласно изобретению несущий сигнал посредством 100%-ной амплитудной манипуляции, который в изображенный промежуток времени передает группу битов 100111000. Для этого в показанном примере необходимы лишь три места коммутации, т.е. отрезка времени, в которых нет несущего сигнала, так как на каждое место коммутации передают три бита. Какое значение имеют эти три бита, определяют с помощью положения места коммутации в временном окне. Для этого на фиг. 1а показан пример.

Временное окно начинается нулевым отрезком времени согласно изобретению, т.е. отрезком времени, в котором нет относящегося к подлежащим передаче данным места коммутации. Остающийся отрезок временного окна предназначен для возможных положений места коммутации. Для выбранного примера с тремя битами на одно место коммутации получают 2³ = 8 возможных комбинаций из трех бит, так что необходимо предусмотреть восемь возможных положений места коммутации. На фиг. 1а возможным положениям приданы значения битов в возрастающей последовательности. Однако возможны также любые другие сочетания. Так, например, могут быть предпочтительными сочетания, в которых от одного возможного положения места коммутации к соседнему положению изменяется только 1 бит, так как тогда сдвинутый во времени сигнал вероятно приводит только к изменению одного бита, что можно легко распознать с помощью проверки на четность. Такое сочетание может быть, например,
Положения мест коммутации в изображенных временных окнах для подлежащей передачи группы битов 100111000 показаны обведенными толстыми линиями.

Как показано на фиг. 1a и 1б, при следовании друг за другом последнего возможного положения в временном окне - в показанном примере для группы битов 111 - и первого возможного положения в временном окне - в показанном примере группа битов 000 - два места коммутации следовали бы друг за другом, если бы не было нулевого отрезка времени согласно изобретению. В способе передачи, лежащем в основе изобретения, в котором несущий сигнал используют непосредственно как тактовый сигнал, это бы приводило к недопустимо длительному отсутствию такта. Поэтому согласно изобретению предусмотрен нулевой отрезок времени.

Однако принципиально было бы возможно в случае, если друг за другом следуют последнее и первое возможное положения, предусмотреть в нулевом отрезке времени приданный месту коммутации управляющий знак. Однако такие управляющие знаки могут появляться только между "подходящими" комбинациями битов информации, если обеспечивается, что несущий сигнал между каждым местом коммутации присутствует достаточно долго.

На фиг. 2 показаны предпочтительные варианты выполнения временного окна. На верхней диаграмме показана временная диаграмма представленного логическими состояниями "0" "электрического" бита. Однако возможны также другие диаграммы. В этом способе передачи не должна быть увеличена скорость передачи данных, так что при трех подлежащих передаче битах на одно место коммутации временное окно имеет длительность трех "электрических" битов.

При трех подлежащих передаче битах на одно место коммутации необходимо в одном временном окне предусмотреть восемь возможных положений, а также один нулевой отрезок времени. Для упрощения детектирующей схемы в приемнике является весьма предпочтительным, если длительность нулевого отрезка времени равна длительности возможного положения или в целое число раз превосходит ее.

Следует отметить, что место коммутации не обязательно должно иметь длительность, равную длительности возможного положения, а может быть также короче ее. Оно должно быть только внутри возможного положения, для того чтобы обеспечить однозначное определение значения битов.

В средней части фиг. 2 показан случай, когда нулевой отрезок времени имеет ту же длительность, что и возможное положение. В нижней части фиг. 2 показан наоборот случай, когда нулевой отрезок времени имеет четырехкратную длительность возможного положения и тем самым соответствует длительности "электрического" бита. Эти случаи приводят к особенно простому детектированию.

В показанных примерах нулевые отрезки времени всегда появляются в начале временного окна. Однако также возможно, что они расположены, соответственно, предусмотрены в конце временного окна.

Другое решение согласно изобретению для предотвращения недопустимо длительного отсутствия тактового сигнала показано на фиг. 3. Здесь не предусмотрен нулевой отрезок времени, однако для предотвращения недопустимо длительного отсутствия тактового сигнала при следовании друг за другом последнего и первого возможных положений места коммутации в первом возможном положении не передают место коммутации в временном окне. Хотя для этого необходимо промежуточно запоминать соответствующее положение места коммутации во время следующего временного окна, для того чтобы иметь возможность установить, было ли при отсутствии места коммутации в временном окне место коммутации в предшествующем временном окне в последнем возможном положении, или же имеется сбой в передаче. Однако в этом случае нет необходимости в схеме определения нулевого отрезка времени.

На фиг. 4а и 4б, а также 5а и 5б показаны вычисленные частотные спектры для определенных групп битов, которые должны передаваться с помощью способа согласно изобретению. Выбран способ с тремя битами на одно место коммутации и с длительностью нулевого отрезка времени, равной четырем возможным положениям, как это показано в нижней части фиг. 2.

Таким образом, длительность временного окна составляет 30 мкс и длительность возможного положения - 2,5 мкс, причем место коммутации выбрано имеющим такую же длительность. На фиг. 4а выбрана группа битов 001000110 и на фиг. 5а - группа битов 000000000, которая в отношении ее частотного спектра представляет самый неблагоприятный случай.

Как следует из частотных спектров, при квази любой группе битов согласно фиг. 4а обеспечивается разница между боковыми полосами и несущей частотой около 21,8 дБ. Даже в наиболее неблагоприятном случае согласно фиг. 5б все еще обеспечивается разница в 20,9 дБ, так что условия упомянутой инструкции по радиосвязи выполняются значительно лучше, чем при уровне техники.

Технические условия сегодняшних способов передачи данных между терминалом и переносным носителем информации по беспроводной электромагнитной линии связи предписывают 100 %-ную амплитудную манипуляцию, так что здесь особенно предпочтительно использовать способ согласно изобретению. Однако вполне возможно, что в будущем технические условия изменятся и будет допущена меньшая глубина модуляции. В этом случае происходит не чистое включение и выключение, а переключение между двумя уровнями. Это приведет к еще большему уменьшению боковых полос. Протокол способа согласно изобретению имеет то преимущество, что он позволяет работать как при сегодняшних технических условиях, так и при будущих изменениях этих технических условий относительно глубины модуляции, без необходимости изменений способа.

Изобретение относится к области передачи информации, в которой переносные носители информации бесконтактно обмениваются информацией с терминалом. В способе передачи данных между терминалом и переносным носителем информации по беспроводной электромагнитной линии связи несущий сигнал, модулированный данными, служит в носителе информации тактовым сигналом, и значение данных определяют по положению места коммутации в несущем сигнале внутри временного окна, информационное содержание места коммутации соответствует информационному содержанию N битов, причем N ≥ 2. Значение этих N битов определено положением места коммутации внутри 2^N возможных положений внутри временного окна. В начале или в конце временного окна предусмотрен нулевой отрезок времени, в котором не появляется соответствующее подлежащим передаче данным место коммутации для того, чтобы предотвратить недопустимо долгое отсутствие несущего сигнала. Результат - большая разница амплитуд боковых полос и амплитуды несущего сигнала без недопустимого длительного запирания несущего сигнала, служащего и тактовым. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ передачи данных между терминалом и переносным носителем информации по беспроводной электромагнитной линии связи, причем модулированный данными посредством амплитудной манипуляции несущий сигнал служит в носителе информации тактовым сигналом, и значение данных определяют по положению места коммутации в несущем сигнале внутри временного окна, отличающийся тем, что информационное содержание места коммутации соответствует информационному содержанию N битов, причем N больше или равно 2, и значение этих N битов определено положением места коммутации внутри 2^N возможных положений внутри временного окна, и что в начале или в конце временного окна предусмотрен нулевой отрезок времени, в котором не появляется соответствующее подлежащим передаче данным место коммутации. 2. Способ передачи данных между терминалом и переносным носителем информации по беспроводной электромагнитной линии связи, причем модулированный данными посредством 100%-ной амплитудной манипуляции несущий сигнал служит в носителе информации тактовым сигналом, и значение данных определяют по положению места коммутации в несущем сигнале внутри временного окна, причем при появлении значения данных, которое обычно определено первым возможным положением в временном окне, после появления значения данных, которое определено последним возможным положением в временном окне, значение данных, которое обычно определяется первым возможным положением, в этом случае определяют тем, что ни в одном из возможных положений в временном окне не появляется место коммутации, отличающийся тем, что место коммутации соответствует N битам, причем N больше или равно 2, и значение этих N битов определяют по положению места коммутации внутри 2^N возможных положений внутри временного окна. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что временное окно имеет длительность N битов. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что используют модуляцию посредством 100%-ной амплитудной манипуляции.