СПОСОБ И СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК H04B1/707 

Изобретение относится к способу передачи информации от некоторого аппарата (например, портативного аппарата) к модулю чтения и/или записи. Также изобретение относится к системе для осуществления указанного способа, аппарату передачи данных и модулю чтения и/или записи.

Передавать информационные сигналы от передатчиков к приемникам, в частности цифровые сигналы, можно по каналам разных типов. Одним из таких каналов является емкостная (точнее, резистивно-емкостная) связь между портативным аппаратом и модулем чтения и записи. Применение такой связи представляет особый интерес, если она осуществляется через тело человека, действующее в качестве передающей среды. Соответствующие системы описаны, например, в патентах US 4591854, US 5914701 и US 5796827. Пользователь носит портативный аппарат на себе. Если пользователь касается тактильной поверхности, которая связана с модулем чтения и записи, или находится в непосредственной близости от этой поверхности, происходит передача информации. Например, из портативного аппарата в модуль чтения и/или записи может передаваться однозначно идентифицируемый код доступа.

На практике, в частности при обеспечении защищенного доступа в общем смысле этого понятия, к способам передачи информации предъявляется ряд нижеперечисленных требований, которые в настоящее время ограничивают использование указанного вида передачи информации, поскольку всем этим требованиям пока не соответствует ни одна существующая система.

А. Соотношение сигнал-шум. Подходящее соотношение сигнал-шум возможно только при большой амплитуде передаваемого сигнала. Колебания потенциала, возникающие в теле человека и наводимые электрическими приборами, составляют всего порядка 100 мВ в диапазоне до 1 МГц (тело человека имеет большое сопротивление). Однако существенно большей амплитуды сигнала системы передачи, а значит существенно более высокого напряжения на теле, пользователь выдержать не может. Поэтому данный способ должен осуществляться даже при неблагоприятном соотношении сигнал-шум.

В. Невысокая стоимость компонентов портативного аппарата. Несмотря на то что передачу информации, например RFID-информации (информации радиочастотной идентификации), можно осуществлять посредством простейших пассивных компонентов, портативный аппарат в случае емкостной передачи должен содержать активный передатчик, оснащенный источником напряжения. В этом случае возникает проблема синхронизации с приемником. Однако точные генераторы тактовых импульсов (кварцевые генераторы и им подобные) являются дорогостоящими, тогда как в случае менее точных генераторов требуется предпринимать дополнительные меры по обеспечению должной синхронизации.

С. Скорость. Весь процесс передачи информации, включая синхронизацию, должен длиться не более нескольких секунд, лучше менее секунды, а в некоторых случаях - не более 300 мс или даже не более 200 мс.

В патенте US 5914701 предложено передавать информацию, используя способ модуляции с расширением спектра прямой последовательностью. За счет этого снижается чувствительность к шумам (имеется в виду чувствительность к помехам), кроме того, становится возможным одновременно использовать в активном режиме несколько передатчиков, каждый из которых имеет свой модулирующий код (код расширения). Хорошо известно, что стандартный способ модуляции с расширением спектра снижает подверженность сигналов к помехам и позволяет кодировать сигналы с учетом специфики приемного устройства. Однако этот способ имеет ряд недостатков - очень значительны вычислительные затраты в модуле чтения и/или записи и затраты на синхронизацию в портативном аппарате. В упомянутом патенте US 5914701 не содержится никаких указаний на то, как можно осуществлять синхронизацию без нарушения требований пунктов В и С. Кроме того, в некоторых случаях к недостаткам можно отнести возможность одновременного подсоединения к модулю чтения и/или записи нескольких портативных аппаратов. Например, при реализации задачи "обеспечения защищенного доступа" требуется, чтобы модуль чтения и/или записи получал только те данные, которые поступают от пользователя, находящегося в непосредственной близости от задействованной поверхности модуля, в частности, касающегося ее.

Таким образом, существует необходимость разработать способ передачи информации, лишенный недостатков существующего уровня техники и по меньшей мере частично удовлетворяющий требованиям А-С. Этот способ должен предпочтительно обладать преимуществами емкостной передачи информации через тело человека и гарантировать, что данные, принимаемые модулем чтения и/или записи, исходят именно от того портативного аппарата, который носит на себе пользователь, находящийся в непосредственной близости от модуля.

Поставленная задача решена за счет того, что данные, передаваемые аппаратом (часто портативным и переносимым пользователем), представлены в виде цифрового сигнала и этот сигнал преобразуется в сверхширокополосный сигнал посредством модуляции с расширением спектра, а затем посредством емкостной и/или резистивной передачи передается в модуль чтения и/или записи напрямую или через тело пользователя.

Под емкостной и/или резистивной передачей сигнала через тело человека понимают передачу сигнала от передатчика к приемнику, согласно которой сигнал через интерфейс передатчика проходит от передатчика в тело человека, а из тела - в интерфейс приемника. Связь через тело осуществляется по существу резистивным способом. Связь между интерфейсом передатчика и интерфейсом приемника в зависимости от ситуации может представлять собой по существу емкостную или по существу резистивную связь или сочетание этих двух видов связи. По существу резистивная связь между интерфейсом и телом имеет место тогда, когда интерфейс содержит электрод, непосредственно соприкасающийся с телом, иначе в целом преобладают емкостные составляющие. Этот вид передачи сигналов посредством емкостной и/или резистивной связи также называют Интрабоди-передачей сигналов (от англ. Intrabody, т.е. "через тело"). В литературе (в частности, в патенте US 5914701) Интрабоди-передачу сигнала осуществляют по существу посредством емкостной связи.

Сверхширокая полоса предполагает использование для передачи информации диапазона, ширина пропускания которого составляет по меньшей мере 20% центральной частоты или по меньшей мере 500 МГц. Для заявленного способа частоты передачи, превышающие 100 МГц, нецелесообразны или нереализуемы, так что встречающийся в данной заявке термин "сверхширокая полоса" тождественен термину "по меньшей мере 20% центральной частоты передачи", т.е. в ряде случаев тождественен термину "по меньшей мере 20% несущей частоты".

В соответствии с уровнем техники сверхширокополосные сигналы, модулированные путем расширения спектра, применяются там, где необходимо предотвратить появление помех от других каналов передачи (например, в персональных сетях Personal Area Networks). Такие сигналы (например, UMTS) используют также для того, чтобы можно было одновременно связываться с большим числом пользователей без перекрытия диапазонов. В изобретении использован недавно выявленный факт, заключающийся в том, что передача сверхширокополосного сигнала, модулированного путем расширения спектра, может быть предпочтительной также для передачи типа точка-точка без наведения помех на другие каналы связи, использующие передачу типа точка-точка, даже если эта передача представляет собой емкостную и/или резистивную передачу через тело человека.

Было установлено, что особое преимущество емкостной и/или резистивной передачи сверхширокополосного сигнала заключается в хорошем соотношении сигнал-шум при небольших амплитудах напряжения. В частности, заявленный способ позволяет работать с амплитудами напряжения в теле человека, составляющими всего лишь несколько мВ, или соответственно до 3 В на электродах, что заведомо ниже колебаний потенциала, которые наводятся в теле электрическими устройствами. Заявленный способ обеспечивает "исчезновение" такого сигнала, как псевдошумовой сигнал (например, с коэффициентом 10) в шуме или помехе, поэтому он не приводит к измеримому влиянию на электрические токи в теле человека.

Следовательно, при реализации предлагаемого способа амплитуда на соединяющих электродах также не превышает 5 В, а более предпочтительно 3 В.

Предпочтительно применять технологию расширения спектра прямой последовательностью. В этом случае частота кода (частота следования чипов) составляет, согласно определению "сверхширокой полосы", по меньшей мере одну пятую средней частоты сигнала, а предпочтительно - по меньшей мере половину средней частоты сигнала. В особенно предпочтительном случае частота следования чипов равна частоте модуляции, а следовательно - средней частоте.

Перед расширением слово данных можно модулировать способом цифровой модуляции данных. Примером такого способа модуляции является способ фазовой манипуляции (ФМн), в частности способ двоичной фазовой манипуляции (ДвФМн), а также способ квадратурной или другой фазовой манипуляции. В предпочтительном случае такой способ модуляции данных совмещают с кодированием, что делает сигнал независящим от абсолютного значения фазы, поскольку становится возможным учитывать только разности фаз (дифференциальное кодирование). При совмещении с ФМн это дает ДФМн (дифференциальную фазовую манипуляцию), в частности дифференциальную двоичную фазовую модуляцию ДДвФМн. В сочетании с заявленным способом данная технология дает то преимущество, что абсолютную фазу знать не обязательно. При дифференциальной фазовой манипуляции значение имеет только относительная фаза между одним символом и соответствующим ему последующим символом. В качестве альтернативы дифференциальному кодированию можно использовать другой код с аналогичными свойствами, например код с исправлением ошибок или ротационно-инвариантный код.

В предпочтительном случае слово данных содержит один или несколько битов, по которым на принимающей стороне можно осуществлять проверку достоверности (в широком смысле это проверка контрольной суммы), например проверку при помощи циклического избыточного кода (CRC-кода). Это особенно предпочтительно в сочетании с дифференциальным кодированием или ротационно-инвариантными кодами, поскольку благодаря проведению в отношении полученных данных проверки на достоверность можно определить, не был ли из-за систематических вращений фаз между двумя смежными кодовыми символами вместо слова данных получен артефакт. Такие систематические вращения фаз могут возникнуть из-за нефиксированного соотношения между частотой модулированного несущего колебания на передающей стороне и тактовой частотой (возможно, с коррекцией фазы применяемого в приемнике кода). Если проверка на достоверность (например, проверка при помощи циклического избыточного кода) показывает отсутствие достоверности, то полученная символьная последовательность отбрасывается, и предпринимается новое оценивание с систематическим вращением фазы, например на π/2, от символа к символу.

В качестве альтернативы дифференциальной фазовой манипуляции можно использовать другую модуляцию, например (недифференциальную) фазовую манипуляцию (ФМн-модуляцию), какую-либо другую модуляцию, или вообще не выполнять никакой модуляции. В этом случае, при некоторых условиях, требуется знать абсолютную фазу принятого сигнала. Для определения абсолютной фазы и частоты принятого сигнала можно использовать систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), хорошо известную из уровня техники. Несмотря на то что данный вариант изобретения связан с сравнительно большими затратами и предполагает наличие определенного времени регулирования, он вполне приемлем, а в некоторых случаях даже предпочтителен.

В соответствии с изобретением операцию сжатия (т.е. операцию, обратную расширению спектра сигнала и осуществляемую на принимающей стороне) предпочтительно совмещать с демодуляцией. Согласно известному уровню техники модули для расширения и сжатия, расположенные с одной стороны, и модули модуляции и демодуляции, расположенные с другой стороны, являются независимыми друг от друга. Это проиллюстрировано на фиг.11, где представлен способ, применяемый для бесконтактной передачи данных. Передаваемые данные сначала модулируют, например, способом ФМн, причем эту модуляцию также можно рассматривать как кодирование. Затем выполняют расширение и модуляцию на несущую частоту. На принимающей стороне обработку осуществляют в обратной последовательности этапов. Преимущество этого способа состоит в возможности использования стандартных компонентов, т.е. в новой, еще только разрабатываемой системе можно использовать известные устройства расширения/сжатия. Что касается указанного, впервые предложенного сочетания, соответствующего предпочтительному варианту изобретения, его преимущество заключается в том, что при осуществлении сжатия и демодуляции не возникает необходимости в отдельных процессах синхронизации, что предпочтительно для работы в пакетном режиме. Напротив, синхронизацию, осуществляемую для сжатия, можно применять также и для демодуляции. Процесс сжатия сразу дает кодовые символы, которые в некоторых случаях еще необходимо декодировать/демодулировать (операция, обратная модуляции, например ДФМн-модуляции), однако синхронизация для них больше не нужна. Согласно данному варианту изобретения между скоростью передачи в битах и частотой следования чипов должно существовать предварительно заданное фиксированное соотношение. В предпочтительном случае последовательность чипов (кодовая последовательность) имеет длину, в точности равную длине кодового символа.

Предпочтительно сигнал модулируется на несущий сигнал после расширения спектра сигнала, но до передачи. Как указанно выше, несущая частота может быть равна частоте следования чипов. Модуляция на несущий сигнал имеет то преимущество, что большая часть мощности сигнала приходится на диапазон частот, который достаточно далеко отстоит от подверженных помехам очень низких частот (50 Гц и т.д.). Все нижеописанные варианты изобретения включают в себя модуляцию на несущую, хотя это не является необходимым признаком заявленного изобретения. Сигнал, модулированный путем расширения спектра (согласно технике связи он соответствует сигналу основной полосы частот), можно, в некоторых случаях, передавать напрямую после соответствующей фильтрации фильтром нижних частот.

Посредством предлагаемого способа передачу можно осуществлять в пакетном режиме, т.е. немедленно и без отнимающих много времени этапов синхронизации. Вхождение в синхронизм (синхронизация) и слежение требуют более высокого соотношения сигнал-шум, чем прием. Поэтому согласно предпочтительному варианту изобретения коды суммируются и усредняются ("объединение"). Чтобы не зависеть от пилотной последовательности (например, заголовка), коды усредняются при помощи не поддерживаемого данными объединителя (NDA-объединителя). Благодаря этому кодовые символы оцениваются, например, посредством ДФМн-демодулятора.

В предпочтительном случае при осуществлении объединения по меньшей мере две сигнальные последовательности (предпочтительно непосредственно следующие друг за другом), имеющие длину бита данных (оцениваемую в некоторых случаях), всегда коррелируются с сохраненным кодом, а результаты суммируются в соответствии со значениями кодовых символов. Суммированное значение можно использовать при вхождении в синхронизм и слежении, чтобы получать сигналы с особенно хорошим соотношением сигнал-шум. Под слежением понимают отслеживание приемником частоты передатчика. Оно может выполняться, например, методом синхронизации с опережающим и запаздывающим стробированием. Коррекция знака при фазовой манипуляции предпочтительно осуществляется путем умножения на коэффициент демодуляции ДФМн, который оценивает относительный "знак" или относительный комплексный аргумент двух информационных сигналов (в соответствии с кодовыми символами).

Также слово данных можно передавать с непрерывным повторением, т.е. передавать непрерывным потоком битов. Приемник может быть выполнен таким образом, что запись слова данных может начаться в любой момент старта, т.е. сразу как приемник распознает и примет входящий сигнал. Благодаря комбинации этих мер передача и запись данных может быть начата максимально скоро. В этом случае практически не существует задержки между моментом времени, когда приемник определяет поступление сигнала, и началом записи данных.

В качестве альтернативы вышесказанному или как дополнение этому, передающий аппарат может содержать средства периодической передачи сигнала. При этом можно использовать активацию аппарата вручную, активацию посредством детектора движения, посредством соответствующей схемы пробуждения или любых других средств.

Согласно специальному варианту изобретения для обеспечения корреляции используется несколько корреляторов, которые могут работать одновременно. Благодаря этому можно учесть то обстоятельство, что соотношение между частотой следования чипов на передающей стороне и тактовой частотой на приемной стороне в некоторых случаях известно неточно, например, при не очень точном тактовом генераторе передатчика. Посредством различных корреляторов проверяются различные частоты следования чипов. Существенная корреляция наблюдается только при совпадающих частотах следования чипов или, по крайней мере, при близких частотах. Различные корреляторы могут соответствовать одному мнимому дискретизированному сигналу чипового кода с различными тактовыми частотами (или, что эквивалентно и приводит к тому же результату: мнимым дискретизированным сигналам чиповых кодов с различными частотами следования чипов и фиксированной тактовой частотой). Это означает, что длина и фаза различных корреляторов согласованы с соответствующим сдвигом частоты. Как правило, корреляторы квантованы в интервале дискретизации приемника, предпочтительно через ½ длины чипов (что соответствует удвоенной частоте чипов).

В соответствии с первым вариантом изобретения число корреляторов (банк корреляторов) перекрывает всю ширину неопределенности частоты следования чипов. В этом случае вхождение в синхронизм вполне может проходить параллельно. В качестве альтернативы, банк корреляторов может перекрывать лишь часть возможной погрешности частоты, а тактовая частота или, что эквивалентно, банк корреляторов в целом могут постепенно изменяться по всей ширине возможных частот до тех пор, пока один из корреляторов не выдаст существенные сигналы данных (кодовые символы) (частичное параллельное вхождение в синхронизм).

Банк корреляторов может быть фиксированным и иметь жестко определенную связь с фиксированной тактовой частотой. В качестве альтернативы, можно предусмотреть точную подстройку, согласно которой тактовую частоту настраивают на основе значений корреляции (например, полученных в процессе слежения).

Согласно альтернативному варианту изобретения, который особенно хорошо подходит для систем с достаточно точными тактовыми генераторами на передающей стороне, применяется лишь один коррелятор. В случае достаточно высокой точности его можно применять вместе с фиксированной тактовой частотой. Альтернативно этому тактовая частота может постепенно меняться в пределах определенного диапазона до тех пор, пока не будут получены существенные сигналы данных.

Имеется два критерия вхождения в синхронизм, из которых применяют по меньшей мере один, а предпочтительно оба: амплитудный критерий (т.е. критерий по абсолютной величине) и временной критерий. Амплитудный критерий (т.е. критерий по абсолютной величине) основан на сравнении предполагаемого абсолютного максимума величины (пика) с уровнем шума. Если средний уровень шума превышен на определенную пороговую величину, например от 2 до 5 дБ, то считается, что кодовый символ присутствует. Два следующих друг за другом пика удовлетворяют временному критерию тогда, когда временной промежуток между ними по меньшей мере приблизительно соответствует битовой длине. Битовая длина одновременно представляет собой длину кода (длину корреляции) или определенную часть этой длины.

Если имеется несколько корреляторов, то поиск пиков сигнала осуществляется не только с учетом времени, но и с учетом коррелятора или его номера. В этом случае для вхождения в синхронизм имеется еще третий критерий: различные пики должны быть сопоставлены с одним и тем же коррелятором или, в крайнем случае, со смежными корреляторами, так как несущая частота передатчика в пределах длины сообщения (длины пакета импульсов) должна быть по существу постоянной, т.е. частота следования чипов между различными битами не должна сильно меняться.

В частности, для способа предпочтительно заранее исключить возможность участия в обмене данными (в качестве передатчика) более одного портативного аппарата. Это можно обеспечить, например, за счет выбора частоты передачи (или средней частоты) менее 10 мГц, предпочтительно не более 2 мГц, особенно предпочтительно не более 1 мГц. Кроме того, излучаемая мощность должна быть настолько малой, чтобы резистивно-емкостная связь действовала только на очень небольших расстояниях. Выполнение этих условий особо актуально при реализации задачи "обеспечения защищенного доступа". Это связано с тем, что в данном случае выполняется условие, заключающееся в невозможности измерения излучения сигнала (происходящего при передаче информации по телу человека в качестве среды передачи). В этом случае гарантируется, что принятая приемником информация исходит из портативного аппарата, который носит на себе пользователь, прикасающийся к панели управления или находящийся в непосредственной близости от нее. В противном случае, при частотах, более высоких, чем указано ранее, излучающий сигналы электрод действовал бы как антенна.

Изобретение также относится к системе передачи данных, содержащей по меньшей мере один аппарат передачи данных (например, портативный аппарат) и по меньшей мере один модуль чтения и/или записи. Кроме того, предметами изобретения являются соответствующий аппарат передачи данных (например, портативный аппарат) и модуль чтения и/или записи. Аппарат содержит два электрода, к которым может быть приложено зависящее от времени электрическое напряжение, причем такое напряжение, что, если один из двух электродов разместить в непосредственной близости от тела, а второй на некотором удалении от него, то в теле пользователя потекут минимальные токи. Модуль чтения и/или записи содержит детектор, определяющий напряжение или токи между первым и вторым электродами. Первый электрод установлен таким образом, что в рабочем состоянии он находится в непосредственной близости от тела пользователя. Он может быть выполнен, например, как панель управления, поверхность нажимной кнопки, дверная ручка-шар и т.д. В качестве второго электрода можно использовать, например, проводящую пластину. Во время работы аппарата токи в теле пользователя обеспечивают емкостную и/или резистивную связь между электродами аппарата передачи данных и электродами модуля чтения и/или записи.

Управление аппаратом происходит следующим образом. Во время работы аппарата зависящее от времени напряжение вызывает излучение сверхширокополосного сигнала с расширенным спектром. Блок получения и декодирования данных, содержащийся в модуле чтения и/или записи, декодирует входящий сверхширокополосный сигнал с расширенным спектром.

Предложенные система, аппарат и модуль чтения и/или записи могут быть выполнены таким образом, что посредством их применения можно реализовать заявленный способ, соответствующий какому-либо из выше или нижеописанных предпочтительных вариантов.

Ниже изобретение описано более подробно на примере предпочтительных вариантов его выполнения, раскрытых со ссылкой на приложенные чертежи, на которых показано следующее.

Фиг.1 схематически иллюстрирует один из вариантов предложенного способа.

Фиг.2 иллюстрирует операции одного из вариантов предложенного способа, протекающие в портативном аппарате.

Фиг.3 иллюстрирует обработку принятого сигнала в модуле чтения и/или записи до этапа дискретизации, выполняемую в соответствии с одним из вариантов предложенного способа.

Фиг.4 иллюстрирует обработку дискретизированного сигнала в модуле чтения и/или записи, выполняемую в соответствии с одним из вариантов предложенного способа.

Фиг.5 иллюстрирует обработку дискретизированного сигнала в модуле чтения и/или записи, выполняемую в соответствии с другим вариантом предложенного способа.

Фиг.6 иллюстрирует этап предложенного способа, заключающийся в установлении синхронизации с сигналом.

Фиг.7 иллюстрирует этап слежения.

Фиг.8 иллюстрирует этап декодирования кодовых символов.

Фиг.9 упрощенно изображает «объединенный сигнал», представленный как функция времени.

Фиг.10 упрощенно изображает предложенную систему, оснащенную заявленными портативным аппаратом и модулем чтения и/или записи.

Фиг.11 схематично изображает известную из уровня техники систему, обеспечивающую передачу информации посредством радиоволн.

Показанная на фиг.1 система содержит портативный аппарат 1 передачи данных и модуль 2 чтения и/или записи. Эти устройства способны взаимодействовать друг с другом посредством емкостной и/или резистивной связи через тело пользователя 3 или посредством прямой резистивной/емкостной связи между передатчиком и приемником. Последний случай имеет место, например, если пользователь имеет бирку для считывания данных прямо с соединенного с приемником электрода приемника.

Согласно изобретению данные с применением технологии расширения спектра сигнала передаются из портативного аппарата по цепи емкостной или резистивной связи через тело пользователя в модуль чтения и/или записи в виде сверхширокополосного сигнала. Данные 11 могут быть представлены в цифровом виде, например в ЭСППЗУ, и для передачи подвергаться обработке способом 12 расширения спектра сигнала, после которой они модулируются на несущий сигнал 13. Модуляция с расширением спектра сигнала может быть выполнена, например, способом прямой последовательности и, таким образом, представлять собой модуляцию посредством периодически повторяющейся последовательности чипов. Последовательность чипов, являющуюся псевдослучайной последовательностью "битов", называют также "кодом", "расширяющим кодом" или "чиповым кодом". Продолжительность T_c=1/f_c отдельного чипа меньше длины символа (интервала побитовой передачи) Т_В=1/f_B (f_B = частота передачи битов).

Также возможны и другие разновидности способа расширения спектра сигнала, например скачкообразное изменение частоты или фазоимпульсная модуляция. Ниже рассматриваются разновидности заявленного способа, основанные на технологии расширения спектра сигнала прямой последовательностью.

Для расширения спектра сигнала прямой последовательностью особенно предпочтительны короткие коды, т.е. коды с длиной не более 10 Т_В, в частности, предпочтительны коды с длиной Т_В. В большинстве вариантов изобретения не учитываются меры CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов, от англ. Code Division Multiple Access).

В модуле чтения и/или записи данные снова перемножаются с сигналом 21 несущей частоты (демодуляция), после чего принятый сигнал посредством коррелятора 22 синхронизируется с кодовым сигналом, созданным в модуле чтения и/или записи. Затем следует декодирование 23 (т.е. создание из принятого сигнала двоичной последовательности), после чего декодированные данные обрабатываются в блоке 24 обработки данных.

Обработка данных может включать проверку идентификационного кода: если код определен как надлежащий, например в случае обеспечения защищенного доступа, то следует освобождение объекта, например, путем выдачи управляющего сигнала на мехатронный блок. В альтернативном случае, обработка данных может включать один или несколько дополнительных этапов и/или другие этапы, отличные от проверки кода. Кроме того, можно инициировать дополнительный обмен данными посредством каналов емкостной и/или резистивной передачи информации и/или посредством других каналов. Емкостная и/или резистивная передача информации обычно является однонаправленной. Возможные другие каналы также могут быть однонаправленными, либо они могут позволять передавать информацию в другом направлении или в двух направлениях. Например, передача сообщения посредством описанного здесь способа может предназначаться для создания канала связи (резистивно-емкостным и/или другим способом).

Примеры способов передачи информации описаны в международной заявке РСТ/СН2006/000518, содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Далее на примере частных вариантов изобретения, проиллюстрированных со ссылкой на фиг.2-8, описывается применение предложенного способа в модуле чтения и/или записи. При этом рассматриваются следующие проблемы.

1. Сигнал со спектром, расширенным прямой последовательностью, поступает в приемник в виде последовательности чипов. Если отношение между частотой следования чипов и частотой передачи битов составляет N, то N чипов образуют символ кода, и через каждые N чипов начинается новый символ кода. При считывании данных приемник должен определять, где в поступающей последовательности чипов начинается новый символ кода, чтобы посредством почипового перемножения (или, в зависимости от отображения и разрешения данных, посредством операции "исключающее ИЛИ") на чиповый код, также сохраненный в приемнике, получать битовую последовательность. Далее процедура распознавания символов кода одной длины слова в последовательности чипов называется "вхождением в синхронизм", а процедура почипового перемножения (или операция "исключающее ИЛИ"), выполняемая для указанного вхождения в синхронизм, и сложения кода с подпоследовательностями чипов называется "корреляцией". Усреднение результатов корреляции с различными подпоследовательностями чипов, очищенное от значений символов кода, называется "объединением".

2. В случае неидеальной синхронизации между генератором несущей частоты на передающей стороне и генератором частоты дискретизации на приемной стороне в дискретизированном сигнале возникают систематические, не обусловленные сигналом и изменяющиеся во времени отклонения, которые можно представить как вращения числовых значений в комплексной плоскости. Это обстоятельство необходимо учитывать при каждой операции сравнения друг с другом последовательных символов. Все умножения в последующем описании следует рассматривать как комплексные. В этой связи "фазой" величины называется аргумент комплексной величины.

3. Указанные систематические отклонения сказываются, в частности, при демодуляции ДФМн, при которой могут возникнуть артефакты, если систематическое отклонение от символа к символу составляет π/2 или более.

Фиг.2 иллюстрирует один из вариантов реализации предлагаемого способа в портативном аппарате.

Передаваемые данные поступают, например, из запоминающего устройства портативного аппарата. Они состоят, например, из короткой битовой последовательности от 40 до 500 бит данных, предпочтительно 150 или менее битов. К битовой последовательности может быть присоединено вводное и заключительное синхрослово 31 - заранее известная приемнику битовая строка.

В качестве возможной альтернативы, при присоединении синхрослова битовая последовательность может быть циклически кодирована. Циклическое кодирование дает то преимущество, что при декодировании процесс может протекать быстрее (пояснено ниже со ссылкой на фиг.8).

Во время следующего этапа 32 данные кодируются на предмет того, чтобы впоследствии можно было обнаружить и/или скорректировать ошибки. Это можно осуществлять путем добавления по меньшей мере одного CRC-бита в качестве CRC-слова, позволяющего осуществлять проверку циклическим избыточным кодом (CRC). Вместо проверки циклическим избыточным кодом можно применять другие способы, обеспечивающие возможность проверки достоверности принятых данных и/или их корректировки. Возможно использование систематических или несистематических кодов.

Вся последовательность битов, включая опциональные составляющие, то есть синхрослово и кодирующие биты (кодирующий бит), ниже упоминается как "слово данных".

В предпочтительном случае слово данных передается непрерывным циклическим образом по меньшей мере во время периода передачи, то есть возникает непрерывный поток битов. Регистрация слова данных приемником может начаться в любой момент старта (это подробно объяснено ниже).

Во время следующего этапа 33 описываемого способа осуществляется модуляция методом дифференциальной фазовой манипуляции (ДФМн). После этого полученный цифровой сигнал перемножается с чиповым, по существу псевдослучайным кодом 35, а затем модулируется на несущий сигнал 36. Наконец, на выходе еще (опционально) помещен фильтр 37 нижних частот, посредством которого обрезаются частоты, более чем вдвое превышающие несущую частоту (для случая F_C≈F_несущ) или составляющие более F_C+F_несущ. В случае когда частота следования чипов меньше частоты несущей, вместо фильтра 37 нижних частот предпочтительно применяют полосовой фильтр. На чертеже исходящий сигнал обозначен как Тх.

Для генерации чипового кода 35 и несущего сигнала 36 в распоряжении имеется (единственный) тактовый генератор 38.

Добавление синхрослова, вычисление CRC-кода, дифференциальная фазовая модуляция и даже возможные в некоторых случаях этапы повышающей дискретизации, расширения и модуляции несущей (в показанном примере - цифровая модуляция) или даже лишь один или несколько из этих этапов могут быть рассчитаны заранее, а не осуществляться в онлайн-режиме во время передачи данных.

Приемник может быть оснащен схемой пробуждения (на чертежах не показана). Эта схема определяет, когда на входном электроде имеется повышенный уровень сигнала, что имеет место, если пользователь находится в непосредственной близости от электрода или прикасается к нему. Для электромагнитного излучения, прежде всего в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц, пользователь действует в качестве антенны и в результате вызывает повышение уровня "шума" (собственно, речь идет об уровне помех, так как в случае захваченных сигналов речь о шуме в прямом смысле этого слова не идет). Электроника приемника начинает работать лишь после того, как схема пробуждения определит, что присутствует повышенный уровень сигнала.

Схема пробуждения приемника может быть реализована и в соответствии с другими принципами. Например, в качестве альтернативы вышесказанному, можно предусмотреть пробуждение схемы сигналом, а не уровнем шума/помехи. Согласно другому варианту в состав схемы пробуждения входят два коммутационных элемента. Первый элемент реагирует на уровень шума/помехи, а второй элемент осуществляет селективный поиск сигнала, причем, в зависимости от ситуации, либо приемник включается одной или другой схемой пробуждения, либо приемник активируется лишь только в том случае, если первая схема пробуждения устанавливает, что существует повышенный уровень шума/помехи, а селективная схема пробуждения определяет при этом, что сигнал присутствует.

Фиг.3 иллюстрирует обработку со стороны входа сигнала Rx, принятого электродом и переданного через тело 3 пользователя посредством емкостной и/или резистивной связи. Входной фильтр 41 нижних частот имеет ту же частоту среза, что и фильтр 37 нижних частот портативного аппарата, он срезает те составляющие шума, которые лежат выше порога среза. После точки демодуляции, осуществляемой посредством еще одного умножения с несущим сигналом 42, может быть размещен второй фильтр 43 нижних частот, частота среза которого соответствует частоте следования чипов f_c. Полученный сигнал дискретизируется (этап 44), причем частота дискретизации предпочтительно равна 2·f_c. На стороне модуля чтения и/или записи также имеется тактовый генератор 46.

На фиг.4 и 6, а также на фиг.5 (в качестве варианта фиг.4) показано, как согласно рассматриваемому способу может быть реализован этап вхождения в синхронизм с использованием объединения без поддержки данными.

Согласно фиг.4 дискретизированный сигнал Sа коррелируется с заданным сигналом чипового кода, который генерируется генератором 51 чипового кода. Выборочное умножение и сложение результатов, в идеальном случае свободных от шума сигналов с известным фазовым соотношением несущего сигнала, дают переданный бит кода (или переданную последовательность битов кода для кода с более чем одним чипом), если дискретизированный сигнал и сгенерированный сигнал чипового кода находятся в фазе друг с другом, в противном случае - примерно 0 (на основании псевдослучайности чипового кода). На чертеже изображены последовательно включенные сдвиговые регистры 52.1, 52.2 с длиной, равной периоду чипового кода (т.е. в предпочтительном случае соответственно периоду бита кода) для корреляции дискретизированного сигнала с чиповым кодом.

Для этого дискретные значения одно за другим перемножаются со значениями регистра 53, содержащего код. Если частота дискретизации соответствует удвоенной частоте следования чипов, это дает два умножения на чип. При довольно хорошем соотношении сигнал-шум достаточно использовать по одному сдвиговому регистру для дискретизированного сигнала и один регистр с кодом, чтобы на основании абсолютного значения просуммированных произведений осуществить вхождение в синхронизм и слежение. Каждый раз, когда полученная сумма по абсолютному значению превышает определенный порог, содержимое сдвигового регистра точно соответствует последовательности чипов, а в случае (комплексной) суммы речь идет о кодовом символе. Это проиллюстрировано на фиг.9 - опять-таки для идеального случая незашумленных сигналов и известного, постоянного фазового соотношения несущего сигнала. На чертеже сумма Σ_корр результатов умножения одного значения за другим, соответствующая выходу сумматора 54.1, представлена как функция времени. Из сигнала, показанного на фиг.9, получается последовательность кодовых символов 1, -1, -1 (это перед декодированием, т.е. данная последовательность не обязательно представляет собой последовательность информационных битов). Так как промежуток между кодовыми символами известен и соответствует периоду T_b бита, после первоначального определения кодового символа, в принципе, выполнять корреляцию с тактированием частоты выборки больше не нужно, достаточно лишь осуществить вычисления с тактированием частоты битов (согласно фиг.9 вычисляют только значения символов во время пиков, а не данные между пиками), ниже это описано более подробно.

Для случая проблемных отношений сигнал-шум в особо предпочтительном варианте изобретения предложено объединение без поддержки данными. Фиг.4 иллюстрирует двойное объединение. Однако эту концепцию с таким же успехом можно распространить на тройное, четверное и N-кратное объединение. С этой целью последовательно включают несколько сдвиговых регистров 52.1, 52.2, в каждом случае перемножают с кодом одно значение за другим и полученные величины суммируют. Осуществляется оценка относительного (в сравнении с соответствующим последующим результатом) "знака", чтобы можно было суммировать приблизительные абсолютные значения результатов. Оценка может быть осуществлена, как показано на чертеже, посредством операции 55 (Sign(Re(r_k·r*_k-1))) в виде ДФМн-демодуляции; где sign - знаковая функция, Re - действительная часть, * - комплексная конъюгация, r_k, r_k-1 - два следующих друг за другом значения. Результат этого сравнения дает относительный "знак" обоих значений. Благодаря умножению одного из этих значений на данный результат оба значения имеют одинаковый знак, и при следующем суммировании (сумматор 56) кодовые символы репрезентативных составляющих сигнала независимо от их величины конструктивно суммируются, в то время как шум усредняется, что дает улучшение отношения сигнал-шум до 3 дБ. Полученная сумма и ее абсолютное значение (формирование абсолютного значения 57) теперь не содержат данных (вследствие исключения относительного "знака"). Однако благодаря улучшенному соотношению сигнал-шум они лучше применимы для вхождения в синхронизм. Альтернативно вместо операции в виде ДФМн-демодуляции вполне возможны и другие варианты оценки относительного знака, в частности на основе дерева решений. Например, комплексная плоскость может быть подразделена на секторы, причем оценка происходит на основе сравнения секторов, в которых расположены следующие друг за другом значения.

При тройном или многократном объединении осуществляется операция в виде ДФМн-демодуляции, например, в каждом случае между выходом определенного сумматора (в частности, первого сумматора) и одним из выходов всех остальных сумматоров. Альтернативно объединение можно осуществлять также с применением каскадирования различного вида и т.д.

В некоторых случаях желательно, чтобы портативный аппарат был выполнен из как можно более дешевых компонентов. В таких случаях в качестве тактового генератора портативного аппарата можно использовать тактовый генератор, интегрированный в интегральный полупроводниковый элемент (микросхему), в силу чего этот генератор может быть относительно неточным. Его отклонение от тактового генератора модуля чтения и/или записи может составлять до 2%. В соответствии с текущим состоянием уровня техники такой ситуации можно противостоять путем систематического изменения частоты дискретизации в ходе процесса подстройки до тех пор, пока не будет достигнута большая величина корреляции между дискретизированным входным сигналом и сохраненным в памяти кодом. Этот процесс подстройки может являться частью предлагаемого способа. Однако для реализации такой важной задачи, как "обеспечение защищенного доступа", важно, чтобы весь процесс вхождения в синхронизм занимал не более доли секунды. При слишком большой неточности тактового генератора портативного аппарата подстройка в пределах такого временного интервала невозможна.

Поэтому при помощи фиг.5 поясняется специальный вариант объединения и (в сочетании с фиг.6) вхождения в синхронизм, в частности, подходящий для систем, в которых либо передатчик, либо приемник, либо и передатчик и приемник имеют неточный тактовый генератор (без кварца) и для которых важным является быстрое вхождение в синхронизм, например вхождение в синхронизм в режиме реального времени. Хотя этот вариант поясняется на примере "сверхширокополосной передачи данных посредством емкостной и/или резистивной связи через тело человека при помощи расширения спектра сигнала и операции в пакетном режиме", он также подходит для любых других систем, к которым предъявляются схожие требования.

Согласно фиг.5 создают банк кодов, причем создают таким образом, что сохраненный код 51 квантуется с различными частотами дискретизации. Конкретно в показанном здесь примере на этапе 62 дискретизации моделируется дискретизация кода 51 с частотой Sа дискретизации 2*(#Chips)+n (на длину в битах), причем n изменяется между (отрицательным) минимальным значением minO и максимальным значением maxO. Минимальное и максимальное значения зависят от точности тактового генератора. В примере с 511 чипов/бит и неточностью +2%, minO=-21, maxO=21, так что длина корреляции изменяется между 1001 и 1043. Как было упомянуто выше, из-за отсутствия точного согласования тактовых генераторов передатчика и приемника происходит систематическое вращение фазы. Это компенсируется (вращение фазы 63) благодаря коррекции фазы на величину 2π/n за период несущей частоты (π/n на выборку). Возникают коды maxO-minO длиной по 2*(#Chips)+n.

Разумеется, для описанного здесь специального варианта корреляции не обязательно определять серию кодов (банк кодов) каждый раз при помощи дискретизации. Банк кодов может быть уже заранее сохранен в электронных схемах и, например, помещен прямо в регистр 73. Естественно, возможны и аппаратные решения.

Корреляцию способом, аналогичным способу, проиллюстрированному фиг.4, осуществляют для каждого кода банка кодов. В этом случае каждый коррелятор может иметь средства простого или многократного объединения (на фиг.2 показано двухкратное объединение).

На выходе получаются сигналы maxO-minO, представляющие собой функции времени, причем, как и в случае фиг.4, I/Q являются комплексными значениями, то есть значениями сигнала, содержащими информацию о фазе, а Abs являются абсолютными значениями, которые при некоторых условиях благодаря объединению имеют описанное выше улучшенное соотношение сигнал-шум.

Этап вхождения в синхронизм проиллюстрирован на фиг.6. Коррелированное абсолютное значение сигнала проверяется (81) на максимум как функция от времени t, а также, поскольку имеется несколько корреляторов и тем самым несколько сигналов, как функция от коэффициента корреляции с (т.е. разности частот). Соответствующие максимальные значения сравниваются с пороговым значением 82 (этап 83); в качестве порогового значения 82 служит максимальный шум, который также может быть определен по абсолютному значению сигнала, например, из шума других корреляторов или усреднения по всем корреляторам. Значения, превышающие это пороговое значение, сохраняются в запоминающем элементе (например, памяти обратного магазинного типа с несколькими ячейками памяти), причем сохраняется также время t и, смотря по обстоятельствам, коэффициент корреляции с. На следующем этапе 84 сравниваются временная и корреляционная разность между сохраненными в памяти значениями. Если сохраненные в памяти максимумы являются значимыми и представляют символы кода, то по времени они существуют через регулярные промежутки длины кода ± несколько чипов и имеют совпадающий коэффициент корреляции, или коэффициент, отклоняющийся не более чем на 1. Позицией 85 обозначен этап поиска пиков.

Как только найдена серия таких значимых максимумов, процесс вхождения в синхронизм завершается, и время t, а также равномерный промежуток времени Т и, смотря по обстоятельствам, коэффициент с корреляции "правильного" коррелятора передаются на следующий этап, который в настоящей заявке обозначен как слежение и упрощенно проиллюстрирован на фиг.7. Под слежением подразумевается процесс, посредством которого приемник отслеживает временные отсчеты, задаваемые передатчиком (см. ниже). Для этого можно применять опережающее и запаздывающее стробирование. Равномерный промежуток времени Т соответствует длине слова в битах (и длине кода, поскольку выбран один код на бит). Смотря по обстоятельствам, его берут не с этапа вхождения в синхронизм, а могут использовать известную битовую длину или длину кода (T_b).

На этапе слежения используется один или несколько следящих приемников, каждый из которых обрабатывает сигнал одного коррелятора. Обычно для сигнала коррелятора С, выбранного в процессе вхождения в синхронизм, а также для двух смежных корреляторов С-1 и С+1 в распоряжении имеется по одному следящему приемнику. Вполне возможны способы, при которых приемники С-1, С и С+1 помогают друг другу отслеживать положение корреляционного пика. Это означает, что если один из следящих приемников теряет сигнал, то он получает информацию о положении сигнала от другого следящего приемника.

В примере, который показан на фиг.7, для слежения применяется стробирование.

В каждом стробируемом приемнике сначала сравнивают абсолютное значение сигнала экстраполированного ближайшего положения пика с его соседними значениями. Для этого вначале обрабатываются поступающие абсолютные значения соответствующего коррелятора. Прореживатель 91 в каждом случае, исходя из общего момента времени t пика (представляющего кодовый символ), выбирает последовательность трех значений, соответствующих t+T (предполагаемому моменту времени следующего пика), t+T-1 и t+T+1 (ближайшие соседние значения сигнала). Посредством последующего устройства принятия решений различают четыре случая.

1. Наибольшим значением в трех измерительных точках является среднее значение (соответствующее точке t+T). В этом случае положение пика было экстраполировано правильно. Положение следующего символа кода: t:=t+T.

2. Три значения представляют собой монотонно убывающую последовательность. В этом случае следующий пик расположен раньше, чем экстраполировано. Положение следующего символа кода: t:=t+T-1.

3. Три значения представляют собой монотонно возрастающую последовательность. В этом случае следующий пик расположен позже, чем экстраполировано. Положение следующего символа кода: t:=t+T+1.

4. Наименьшим значением в трех измерительных точках является среднее значение (соответствующее точке t+T). В этом случае следует исходить из того, что положение пика определено совершенно неправильно. Положение пика t для соответствующего стробируемого приемника отбрасывается. Поскольку все стробируемые приемники отбрасывают одно положение один или несколько раз (или, если имеется только один стробируемый приемник, приемник отбрасывает одно положение), то процесс полностью прерывается, и снова пускается в ход этап вхождения в синхронизм, возможно, после применения дополнительных механизмов коррекции.

Второй прореживатель 93 выбирает из комплексных значений сигнала то значение, которое по своему временному положению t соответствует абсолютному значению, выбранному устройством принятия решений. Можно наряду с выбранным значением сигналом выбирать также два соседних по времени значения сигнала и эти три значения объединять в последующем сумматоре 94. Суммирование трех следующих друг за другом во времени значений сигнала имеет смысл тогда, когда в качестве частоты дискретизации выбрана удвоенная частота следования чипов. В вариантах реализации с более высокими частотами дискретизации может иметь смысл также суммирование более трех значений, следующих друг за другом во времени. В этих вариантах изобретения функция стробирования может содержать более сложные алгоритмы, однако в любом случае руководствуются следующим принципом: в пределах заданного интервала времени разыскивается максимум пика и, если он не соответствует предсказанному моменту времени, предсказание соответствующим образом согласуется с учетом положения пика.

На выходе на каждый стробируемый приемник приходится один символ кода или одна последовательность символов кода, зависящая от времени.

Декодирование найденных кодовых символов иллюстрируется при помощи фиг.8. В случае нескольких стробируемых приемников во время первого этапа улучшают соотношение сигнал-шум, поскольку это имеет смысл. Для этого суммируются сигналы, которые выражают кодовый символ и были определены различными стробированными приемниками. С этой целью сначала для каждого стробированного приемника (этап 101 принятия решения) принимается решение, имеет ли смысл оценка кодовых символов. В качестве критерия принятия решения служит, например, информация о том, как часто в вышеупомянутом решении возникала ситуация, когда средняя измерительная точка представляла наименьшее значение из трех значений (случай 4). Поскольку, в зависимости от выбранного критерия, это случилось по меньшей мере один раз, по меньшей мере два раза, по меньшей мере три раза и т.д., соответствующая последовательность кодовых символов рассматривается как нерелевантная, и определенное значение заменяется, например, нулем. В противном случае для дальнейшей обработки берут msgLen+1 кодовых символов (msgLen: количество битов данных, включая синхрослово и кодирующий CRC-бит (биты)). Дополнительный кодовый символ предназначен для ДФМн-декодирования. Три кодовых символа объединяются посредством сумматора 103, при этом еще осуществляется корректировка 104.1, 104.2 фаз на величину 2π/(Т_несущ/δ·T_sa), где δ представляет собой отклонение соответствующего коэффициента корреляции, привязанного к стробируемому приемнику, от отобранного "центрального" коррелятора С, Т_несущ=1/f_несущ - обратное значение несущей частоты, a T_sa=1/f_sa - обратное значение тактовой частоты. В изображенном примере для верхней ветви (корректировка 104.1) δ=-1, для средней ветви δ=0, а для нижней ветви (корректировка 104.2) δ=1.

Результирующая последовательность суммированных кодовых символов может быть определена "офлайн", т.е. в отличие от вышеописанных этапов не в реальном времени или не обязательно в реальном времени передачи данных. Для этого посредством ДФМн-демодулятора 106 генерируется поток битов из просуммированных кодовых символов, которые (вследствие ДФМн-модуляции 33 на входе) представляют собой сдвинутые по фазе сигналы данных. Для ДФМн-демодуляции и в этом случае можно применять формулу Sign(Re(r_k·r*_k-1)) или другой алгоритм, например основанный на дереве решений.

В связи с ДФМн-демодуляцией может возникнуть еще одна проблема, заключающаяся в том, что из-за вышеописанной неопределенности относительно фазы между двумя следующими друг за другом кодовыми символами происходит вращение фазы каждый раз более чем на π/2. Тогда формула Sign(Re(r_k·r*_k-1)) дает не переданную последовательность информационных битов, а артефакт в виде не имеющей смысла символьной строки. По этой причине сначала берут (107) символьную строку длиной msgLen и проверяют ее на достоверность путем детектирования и коррекции ошибок или проверки и/или коррекции 111 ошибок. Поскольку применяют циклически декодируемый код, проверка ошибок состоит из единственного вычисления с имеющейся символьной строкой, даже если последовательность неизвестна. Если это не имеет места, последовательность кодовых символов, показанную на чертеже, необходимо вращать (112) максимально msgLen раз, чтобы дойти до правильной исходной точки. Если проверка ошибок свидетельствует о достоверности символьной строки, становится понятно, что это случай искомой битовой строки. Процесс с проверкой 111 ошибок и, возможно, неоднократным вращением 112 можно также рассматривать как циклическое декодирование.

Можно предусмотреть дополнительный этап проверки правдоподобности принятой символьной строки, например, в дополнение к вышеописанному зарезервировав в слове данных по меньшей мере один бит для проверки на достоверность. Проверка может быть выполнена как контроль циклическим избыточным кодом или эквивалентным способом контроля. Благодаря такой проверке можно вычислить ситуацию, когда, например, один из декодированных кодовых символов является ложным. Благодаря этому также можно уменьшить вероятность того, что из-за неправильной коррекции ошибок кодовый символ корректируется в неправильном направлении.

Символьная строка передается для дальнейшей обработки (описанный ниже поиск синхрослова). В противном случае фаза между двумя кодовыми символами каждый раз вращается на ΔФ_m=mπ/2, где m=1, 2, 3, и снова осуществляется ДФМн-демодуляция 106 с последующей проверкой на достоверность до тех пор, пока не будет найдена достоверная символьная строка - искомая битовая строка. При упоминании вращения ΔФ_m речь идет об относительном вращении, то есть фаза каждого кодового символа вращается дальше на величину ΔФ_m по сравнению с предыдущим символом, то есть, например, при m=1 фазы следующих друг за другом символов вращаются на 0, π/2, π, 3π/2 и т.д.

Такое вращение фазы ΔФ_m относится к случаю точной коррекции, проводимой в дополнение к грубому (т.е. выборочному) вращению фазы 63 (показано на фиг.5) и с учетом того обстоятельства, что даже в случае наиболее подходящего найденного коррелятора между импульсами на приемной и передающей стороне существует небольшое отклонение, которое выражается во вращении фазы между кодовыми символами. Необходимость вращения фазы ΔФ_m может быть снята, если корреляторы банка корреляторов выбраны лежащими ближе друг к другу, чем описано выше, так что точная коррекция больше не требуется.

В отношении битовой строки данных априори не известно, с какого бита начинаются данные, то есть выделить необходимую информацию априори невозможно. Более того, так как данные постоянно передаются повторно, а момент начала обработки сигнала на приемной стороне заранее неизвестен, действительное начало битовой строки данных необходимо определить в процессе первого этапа. С этой целью для поиска стартовой точки предпочтительно применяют синхрослово, как описано выше. Поиск 122 синхрослова осуществляется посредством вращения 121 битовой строки не более msgLen раз. После нахождения этого слова его и, возможно, кодирующие биты удаляют (Удал. 123), а оставшиеся биты передают дальше в качестве данных для дальнейшей обработки. Процесс с поиском синхрослова и, возможно, многократным вращением 121 можно рассматривать также как нециклическое декодирование (т.е. декодирование, основанное на идентификации точно определенной стартовой точки сообщения). Описанный здесь подход функционирует, если образец синхрослова не встречается в битах данных или встречается лишь с очень малой вероятностью.

В некоторых вариантах изобретения проверка ошибок может показать достоверность только тогда, когда последовательность кодовых символов имеет однозначную, определенную стартовую точку (полностью нециклическая проверка на ошибки). В таком случае поиск синхрослова не нужен (и, таким образом, не нужно само это слово). Тогда стартовая точка распознается непосредственно за счет проверки на ошибки. В этом случае стартовую точку слова данных получают из кода (коды без запятых).

С другой стороны, от проверки циклическим избыточным кодом можно отказаться и при наличии достаточно длинного синхрослова. В этом случае проверка на достоверность, которая необходима для устранения вышеупомянутой неопределенности при ДФМн-демодуляции, обусловленной фазой, ограничивается поиском битов синхрослова, который включает в себя вращение битовой строки не более msgLen раз. Считается, что достоверность имеет место, если найдено синхрослово и также найдена стартовая точка. Однако этот вариант изобретения имеет пониженную надежность, так как ошибочный бит не определяется и коррекция ошибок невозможна. Поэтому данный вариант изобретения подходит в основном для систем, устойчивых к ошибкам передачи данных.

Как было упомянуто выше, слово данных также может быть кодировано циклическим кодом. Тогда этап поиска синхрослова не выполняется.

Предложенная система для передачи данных изображена на фиг.10. Данные можно передавать между портативным аппаратом 1 и модулем 2 чтения и/или записи посредством емкостной и/или резистивной связи через тело пользователя 3. С этой целью портативный аппарат 1 имеет два электрода 201, 202, к которым посредством генератора 203 сигналов может быть приложено зависящее от времени электрическое напряжение. На чертеже также показано запоминающее устройство 204, содержащее передаваемые данные. Портативный аппарат пользователь может носить на теле, в частности в кармане брюк. При этом первый электрод 201 находится ближе к телу, чем второй электрод 202. При некоторых обстоятельствах первый электрод может непосредственно соприкасаться с телом. В модуле 2 чтения и/или записи имеется детектор 213 (в простейшем случае состоящий по существу из одного усилителя; однако детектор может быть устроен и более сложно, например иметь средства различения и т.д.), этот детектор может детектировать напряжение между первым электродом 211 приемника и вторым электродом 212 приемника. Первый электрод 211 приемника может быть выполнен в виде панели управления или контактной поверхности. Первый электрод может представлять собой часть модуля чтения и/или записи, либо этот модуль может иметь лишь контактные средства (например, проволочный контакт) для контакта с не относящимся к модулю металлическим телом, например нажимной или обычной дверной ручкой-шаром, служащей в качестве первого электрода. Второй электрод не обязательно представляет собой составную часть модуля. Если пользователь 3 находится в непосредственной близости от первого электрода приемника, например прикасается или почти прикасается к электроду пальцем, то между этим электродом и вторым электродом может индуцироваться зависящее от времени напряжение, определяемое напряжением между электродами портативного аппарата. Данный принцип подробно раскрыт в документах, упомянутых в части описания, относящейся к уровню техники, поэтому дополнительных пояснений для него не требуется. Сигналы напряжения, детектированные детектором, можно обрабатывать устройством 215 получения и декодирования данных, причем обрабатывать описанным выше способом.

Вышеописанные варианты изобретения просто иллюстрируют некоторые особенности его осуществления. В рамках той же совокупности существенных признаков изобретения можно предусмотреть и другие варианты реализации. Например, вхождение в синхронизм посредством банка корреляторов или лишь одного коррелятора можно обеспечить и без многократного объединения. В этом случае нет необходимости оценивать относительный знак, например, посредством операции в виде ДФМн-демодуляции, предназначенной для определения относительного "знака".

Можно применять и другие, отличающиеся от BPSK способы цифровой модуляции данных, например QPSK (квадратурную фазовую манипуляцию) или т.п. Кроме того, предложенное в данной заявке соотношение между длиной кода и длиной слова в битах ни в коем случае не является обязательным, поскольку между длиной слова в битах и кодом возможны и другие соотношения, преимущественно определенные.

Хотя в данной заявке описано вхождение в синхронизм посредством объединения без поддержки данными, изобретение также можно реализовать, используя вхождение в синхронизм с поддержкой данными.

Наконец, следует упомянуть, что в целях лучшего понимания изобретения оно поясняется с использованием терминов "портативный аппарат" и "модуль чтения и/или записи". Однако эти термины не следует воспринимать как строго регламентирующие размещение соответствующих элементов. В частности, можно предусмотреть, что носимый пользователем аппарат включает в себя приемник для резистивно-емкостной связи и служит в качестве модуля чтения и/или записи. Как вариант и/или дополнение к вышесказанному, снабженный передатчиком аппарат может быть связан с каким-нибудь местом по меньшей мере временно, то есть ему не обязательно всегда обладать свойством портативности.

Изобретение относится к области передачи информации от передающего аппарата к модулю чтения и/или записи и может использоваться, например, при обеспечении защищенного доступа. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи информации. Для этого данные, передаваемые передающим аппаратом, представлены в виде цифрового сигнала, причем этот сигнал преобразуется в сверхширокополосный сигнал способом расширения спектра и передается в модуль чтения и/или записи через тело пользователя посредством емкостной и/или резистивной связи. 4 н. и 27 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ передачи данных между аппаратом и модулем чтения и/или записи, согласно которому данные, применяя метод расширения спектра сигнала, передают в виде сверхширокополосного сигнала из аппарата в модуль чтения и/или записи посредством емкостной и/или резистивной связи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нем применяют метод расширения спектра сигнала прямой последовательностью.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве длины кода расширения спектра используют длину кодового символа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что максимальная амплитуда сверхширокополосного сигнала не превышает 5 В.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что передаваемые данные сначала модулируют методом цифровой модуляции, а затем подвергают расширению спектра.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве метода цифровой модуляции используют двоичную фазовую манипуляцию.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что метод цифровой манипуляции сочетают с кодированием, что делает сигнал независимым от абсолютной фазы.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что кодирование в сочетании с методом цифровой модуляции соответствует дифференциальной фазовой манипуляции.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что сигнал, принятый модулем чтения и/или записи, дискретизируют, создавая тем самым последовательность дискретных значений, причем отдельные подпоследовательности из указанной последовательности дискретных значений коррелируют с последовательностью значений, представляющих сохраненный в памяти код расширения спектра.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что одновременно с каждой последовательностью значений коррелируют несколько следующих друг за другом подпоследовательностей из указанной последовательности дискретных значений, при этом результаты расчетов корреляции объединяют для получения данных.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что объединение результатов осуществляют без поддержки данными.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для объединения оценивают значение, которое представляет собой характеристику содержания данных в каждом из двух результатов расчета корреляции, причем один из этих двух результатов корректируют этим значением и суммируют со вторым результатом.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что одну подпоследовательность или несколько подпоследовательностей из последовательности дискретных значений коррелируют параллельно с различными последовательностями значений.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что различные последовательности значений соответствуют коду для расширения спектра, дискретизированному посредством разных частот дискретизации.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что при отсутствии корреляции между подпоследовательностью или подпоследовательностями и каждой из различных последовательностей значений эти подпоследовательность или подпоследовательности коррелируют со следующей группой последовательностей значений, которые соответствуют коду для расширения спектра, дискретизированному согласованными частотами синхронизации, либо последовательность дискретизированных значений создают снова с новой частотой дискретизации и опять коррелируют с разными последовательностями значений.

16. Способ по п.9, отличающийся тем, что корреляцию принятого сигнала с сохраненным в памяти кодом для расширения спектра применяют для синхронизации при процессе, обратном процессу цифровой модуляции.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что из результатов корреляции принятого сигнала с сохраненным в памяти кодом для расширения спектра непосредственно извлекают кодовые символы.

18. Способ по п.9, отличающийся тем, что при вхождении в синхронизм к результатам расчета корреляции применяют по меньшей мере два критерия, первый из которых включает в себя сравнение абсолютной величины результатов с уровнем шума, а второй - сравнение с длиной слова в битах временного интервала между максимумом абсолютной величины и последним максимумом абсолютной величины.

19. Способ по п.9, отличающийся тем, что частоту дискретизации согласуют с учетом результата вычисления корреляции, осуществляя тем самым настройку и/или точную подстройку.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что средняя частота сверхширокополосного сигнала не превышает 2 МГц.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что передатчик передает данные с непрерывным повторением, вследствие чего новая передача слова данных начинается непосредственно после конца передачи слова данных.

22. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные содержат по меньшей мере один бит, предназначенный для проверки данных на достоверность и/или для коррекции ошибок.

23. Способ по п.22, в котором данные передают с дифференциальной фазовой манипуляцией, причем сигнал, принятый модулем чтения и/или записи, после процесса, обратного процессу расширения спектра сигнала, представляют в виде символьной строки, отличающийся тем, что на достоверность данных проверяют подпоследовательность символьной строки с длиной слова данных, и при отсутствии достоверности осуществляют вращение фазы в каждом случае между двумя смежными символами.

24. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные содержат заранее заданную последовательность для синхронизации.

25. Способ по п.1, отличающийся тем, что данные передают закодированными циклическим и/или нециклическим кодом.

26. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина кода для расширения спектра соответствует целочисленному кратному длины бита данных, при этом расширение спектра сигнала осуществляют синхронно с последовательностью информационных битов, представляющих данные.

27. Способ по п.1, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал передают в приемник через тело пользователя или посредством прямой емкостной и/или резистивной связи между передатчиком и приемником.

28. Система передачи данных, содержащая по меньшей мере один аппарат и по меньшей мере один модуль чтения и/или записи, причем аппарат имеет два электрода (201, 202) и генератор (203) сигналов, посредством которого к этим двум электродам (201, 202) можно прикладывать зависящее от времени электрическое напряжение, при этом указанный модуль чтения и/или записи включает в себя детектор (213), посредством которого можно детектировать электрическое напряжение или электрический ток между первым и вторым электродом (211, 212) приемника, а также устройство (215) получения и декодирования данных, предназначенное для получения данных из сигнала, детектированного между первым и вторым электродами (211, 212) приемника, отличающаяся тем, что генератор (203) сигналов запрограммирован и/или выполнен с возможностью генерирования сверхширокополосного сигнала, представляющего данные с применением способа расширения спектра сигнала, причем указанное устройство (215) получения и декодирования данных оснащено средствами, предназначенными для восстановления данных из этого сверхширокополосного сигнала.

29. Аппарат передачи данных в модуль чтения и/или записи, содержащий два электрода (201, 202) и генератор (203) сигналов, посредством которого к этим двум электродам (201, 202) можно прикладывать зависящее от времени электрическое напряжение, отличающийся тем, что указанный генератор (203) сигналов запрограммирован и/или выполнен с возможностью генерирования сверхширокополосного сигнала, представляющего данные с применением способа расширения спектра сигнала.

30. Модуль чтения и/или записи, предназначенный для приема данных, которые можно передавать посредством аппарата с использованием емкостной и/или резистивной связи, и содержащий детектор (213), посредством которого можно детектировать электрическое напряжение или электрический ток между первым и вторым электродами (211, 212) приемника, а также устройство (215) получения и декодирования данных, предназначенное для получения данных из сигнала, продетектированного между первым и вторым электродами (211, 212) приемника, отличающийся тем, что указанное устройство (215) получения и декодирования данных оснащено средствами, предназначенными для восстановления данных из указанного сверхширокополосного сигнала, посредством которого представлены данные с применением способа расширения спектра сигнала.

31. Модуль по п.30, отличающийся наличием схемы пробуждения, посредством которой можно активировать устройство (215) получения и декодирования данных, когда уровень шума и/или помех достигает определенного значения и/или когда установлено поступление сигнала.