專利名稱：有源反向散射轉發器、具有這種轉發器的通信系統和用該轉發器傳輸數據的方法
技術領域：
本發明涉及一種用權利要求1前敘部分的特征所述的有源反向散射轉發器、一種具有這種有源反向散射轉發器的通信系統和一種利用該有源反向散射轉發器傳輸數據的方法。
交換數據和測量從基站到已調制的轉發器的距離的方法和裝置有各種各樣的形式，并且長期以來都是已知的。通常，作為轉發器譬如所謂的反向散射轉發器，無自己的信號源，而是只反射接收的信號、有時放大地反射該接收的信號。在這一點上，也稱之為已調制的反向散射。盡管反向散射轉發器系指數據發射機，但是，通常在反向散射轉發器中并不產生自己的高頻信號。從原來的數據接收站首先發射一個高頻輔助載波信號到轉發器，該轉發器大多用低頻調制發射回該高頻輔助載波信號。
因此，基于反向散射轉發器的通信系統與具有在各個分站中分開的信號源的標準的通信系統相比所具有的關鍵的優點在于，在接收機中接收的信號通過與輔助載波信號混頻可近于最佳地被限制到調制帶寬，因此可獲得一個近于最佳的噪聲特性。如此準確地根據頻率和相位調節分開的信號源，以實現可比較的小的接收帶寬，這些利用在發射機和接收機中通常在通信系統上分開的信號源，特別以較低數據率時一般是不可能的或只用高的花費才是可能的。
但是，反向散射轉發器系統具有的致命的缺點是高頻信號必須通過往返于從接收機到轉發器的路徑，因此基于雷達方程式，求出與距離的4次冪成正比的整個傳輸路程的信噪比(SNR)。由于自由場衰減隨著頻率大大增強，所以特別是在GHz范圍內的甚高頻反向散射轉發器幾乎都能以滿意的信噪比實現。
如果，象這些在標準的通信系統中是常用的那樣，在數據發射機中、特別是在具有自己的信源的轉發器中，產生一個數據信號，則HF信號只一次通過發射機/接收機路徑。在這種情況下，SNR只相反與距離的2次冪成正比。此外還有，在傳輸路徑上的其他的衰減/損失影響信號只是一次而不是兩次。因此，特別在距離較大時，SNR比在簡單的反向散射轉發器系統中高幾個數量級。
從文獻DE 100 32 822 A1中，已知有一種新型裝置，該新型裝置在基于基本信號情況下，配有一個振蕩器、一個用于基本信號的輸入端和所產生振蕩信號的輸出端，通過振蕩使振蕩信號的有源構成產生一個振蕩信號，其中振蕩器通過產生振蕩信號的基本信號用與基本信號以準相位相干的方式進行激勵。在此，該裝置特別是一個以轉發器形式的發射機，并且具有一個與轉發器天線相連的振蕩器。此外，為激勵振蕩器提供一個時鐘控制。用這種時鐘控制通過時鐘控制信號周期性地接通和斷開振蕩器。在此，由振蕩器產生的信號與接收的基本信號是準相干的。通過接通和斷開振蕩器也可轉換其準相位相干的激勵。
本發明的任務在于改進這種裝置或具有一種這類的裝置和具有這種裝置的通信系統并且改進根據使用范圍用這種裝置傳輸數據的方法。
這項任務通過具有權利要求1所述的特征的裝置、特別是反向散射轉發器、通過權利要求4所述的特征的接收機和通過用權利要求12所述的特征的這樣一種反向散射轉發器傳輸數據的方法來解決。
優選的實施方案、特別是設備和系統都是從屬權利要求的內容。
現介紹一種新型的有源反向散射轉發器和一種通信系統，它們都兼備各種不同系統的優點，也即特別是可充分利用簡單實現接近最佳地小的接收帶寬和SNR與距離的平方的關系。此外，還提供了結構技術方案，該結構技術方案允許將特別有利地從文獻DE 100 32 822 A1中已知配置轉換成數據的傳輸。
優選相應地給裝置(特別是有源反向散射轉發器或反向散射轉發器)，在基于基本信號的情況下，配備一個振蕩器、一個基本信號的輸入端、一個產生振蕩信號的輸出端，以便通過振蕩使振蕩信號的有源構成產生振蕩信號，其中振蕩器通過產生振蕩信號的基本信號用與基本信號以準相位相干的方式進行激勵，盡管它們具有一個數據插入裝置，設計該數據插入裝置以將數據或數據信號插入到準相位相干的振蕩信號內。
該數據插入裝置優選是一個時鐘脈沖發生器，其時鐘脈沖序列從所插入的數據中導出，并且時鐘脈沖發生器激勵調制數據的振蕩器以產生基波振蕩。為插入數據譬如也可能有一個數據插入裝置，該數據插入裝置構成為一個相位控制裝置，該相位控制裝置借助連接的移相將數據調制到振蕩信號。
為處理具有所用數據的一個這樣的作為接收信號的所接收的準相位相干的信號，有目的地使用一種裝置、特別是一個接收機，該裝置具有一個借助收端的振蕩器的基本信號從準相位相干的接收信號中除去發端振蕩器的信號部分的分離裝置，并且具有一個數據恢復裝置以恢復被插入的數據。
這樣一種接收機特別優選配備一個傳輸混頻器，該混頻器具有一個加上由振蕩器產生的信號的輸入端、一個作為基本信號穿過傳輸混頻器輸出這個信號的和將該基本信號傳輸到原來的數據發送站的輸出端、一個加上接收信號的輸入端和一個輸出向下混頻的接收信號的輸出端，其中特別是輸出基本信號的輸出端和接收信號的輸入端可重合。
特別是變通地應用一種裝置、特別是作為合并裝置使用的收發信機，它按照使用目的作為發射機和/或接收機使用。這樣一種收發信機按照使用目的具有一個產生振蕩信號的振蕩器、一個激勵振蕩器的時鐘脈沖發生器、一個具有加振蕩器產生的振蕩信號的輸入端的混頻器、至少還有一個發射和/或接收信號的接口，其中該接口與混頻器連接，至少還有一個輸出通過接口接收到的和與振蕩信號向下混頻的信號混頻器的輸出端、一個與混頻器連接的信號和數據處理裝置。在此，所述的信號和數據處理裝置構成為一個部件或多個部件，并且有選擇地或者作為數據插入裝置用來將接收的基本信號加在振蕩器上和將數據或數據信號插入振蕩信號中用于接著通過接口輸出，或者用來作為數據恢復裝置從通過接口接收的和通過混頻器向下混頻的信號中恢復被插入的數據。
在接收機中使用不同類型的解調器、特別是具有鑒相器和鑒頻器的解調器，以用一個與頻率相關的移相加到信號上，由混頻器構成的接收信號輸送給這兩種裝置，其中鑒頻器的輸出信號輸送給鑒相器的另一個輸入端，其輸出端輸出被恢復的數據。另一個優選的例子是使用具有至少2個不同的帶通濾波器/檢測器鏈的解調器，其輸出端不僅設置一個加法器以輸出一定量的信號電平，而且設置一個具有與比較器串接的差分放大器以輸出重新構成的數據。
還可優選使用轉發器系統，該轉發器系統用這類準相位相干的信號工作以傳輸數據。在此，這樣一種轉發器系統使得在兩個方向上只一個方向或也可在兩個方向傳輸數據成為可能。這樣一種轉發器系統指示出以很復雜的形式具有各至少一個發射機和至少一個接收機，借助由接收機到發射機發射的基本信號和由發射機到接收機返回發射的信號與基本信號準相位相干的信號，來確定發射機和接收機之間的距離，相應地在發射機或接收機中提供一個數據插入裝置和/或一個數據恢復裝置，構成的該數據插入裝置將數據或數據信號插入相應的需發射的振蕩信號內，數據恢復裝置恢復被插入的接收的數據。
用于這樣一種確定距離的轉發器系統的相應的接收機按照其目的具有一個恢復原數據的解調器、一個確定發射機和接收機之間距離的測量裝置、一個根據頻率變化產生適于距離測量的調頻信號的振蕩器、一個接收混頻器，該接收混頻器設計用來將接收的信號與振蕩器信號混頻，并且該接收混頻器具有一個輸出端以輸出由此產生的信號，其中輸出端與解調器和測量裝置連接。
為使這個裝置和系統運行，提供一種傳輸數據的方法，其中借助振蕩器產生一個信號，該信號通過至少一個控制信號/時鐘脈沖信號準相位相干地得到激勵。然后，得到這種激勵的振蕩器由一個接收到的基本信號以與振蕩如此成準相位相干的方式進行激勵，以致于所產生的信號與所接收到的信號以準相位相干的方式振蕩。在產生這種準相位相干的信號之中或之后，可將一個數據信號加到該準相位相干的信號之上。
下面將就附圖詳細說明實施例。圖中
圖1示出了一個發射機和一個接收機的裝置，其中發射機信號與接收機信號以準相位相干的方式進行振蕩，并且將數據從發射機傳輸到接收機，圖2示出了這樣一個接收機的實施方案，圖3示出了這樣一個發射機的實施方案，圖4示出了不僅作為這樣一個發射機而且作為這樣一個接收機使用的收發信機，圖5示出了使用的第一解調裝置，
圖6示出了使用的第二解調裝置，圖7示出了具有附加裝置的這樣一個接收機以確定發射機的距離，圖8示出了具有這種裝置的LTCC模塊。
圖1示出了基于裝置的基本原理。該裝置的基本元件就其本身而言已在DE 100 32 822 A1中作了說明。
如從圖1所看到的，所舉例的裝置由一個發射機S和一個接收機E組成。發射機S產生數據DatTX，該數據DatTX連同一個信號s一起通過一個接口V、特別是一個無線接口傳輸到接收機E。
在接收機E中，利用接收端的振蕩器EHFO產生輔助載波信號sH，并且在所示的例子中借助相應的天線ANTSE和ANTS通過接口V傳輸到發射機S。
在發射機S中借助發端的有源振蕩器SHFO產生一個信號s，該信號s與接收的輔助載波信號sH以準相位相干的方式振蕩，并且將需傳輸的數據DatTX調制到或已調制到信號s。
在發端利用天線ANTS接收接收機E的輔助信號sH，該輔助信號sH用振蕩器EHFO產生并且通過天線ANTSE發射出。振蕩器SHFO利用時鐘控制TGEN依賴數據流DatTX通過信號S01周期性地接通和斷開。在適當選擇信號S01和對輔助載波信號sH加負載時，如在DE 100 32 822A1中所述的，由振蕩器SHFO產生的信號s則與輔助載波信號sH是準相干的和準相位相干的關系。在發射機S中、特別是轉發器中產生的信號s要返回發射到接收機，并且由該接收機用天線ANTE接收。接收機E中接收到的信號e，該信號e除干擾外在傳輸時相當于發射信號s，它在混頻器MIX中與持續不斷地由振蕩器EHFO產生的信號的一部分進行混頻。用一個優選地串接在混頻器MIX的輸出端的濾波器BP1，使引起注意的混頻單元或干擾的信號和噪聲單元都不受抑制。優選這種濾波器BP1作為帶通濾波器工作，其中濾波器的中心頻率和帶寬都應與TGEN的時鐘脈沖信號匹配。
發射機S具有與天線連接的振蕩器SHFO。此外，為激勵振蕩器SHFO提供時鐘控制TGEN。振蕩器SHFO用該時鐘控制通過信號S01變換地接通和斷開，并且以準相位相干的方式受到激勵。通過對接收到的輔助載波信號sH加負載，以與輔助載波信號sH準相位相干的方式，產生由振蕩器SHFO產生的信號s。通過接通和斷開振蕩器SHFO也可轉換其準相位相干的激勵。
振蕩器SHFO優選如此構成，以致于該振蕩器SHFO一方面不通過熱噪聲激勵產生振蕩，但是另一方面耦合到該振蕩器SHFO上的接收或輔助載波信號sH就夠用了，以便激勵對輔助載波信號sH進行準相位相干的振蕩。在此，準相位相干也特別意味著，在信號S01的接通周期期間，在輔助載波信號和所產生的比較信號之間的相位差保持很小，其中概念上就擬定的通信任務或測量任務而言可看成很小。作為小相位差的界限，譬如可使用值π/10，也即約為20°。具有相位差只是很小的這些信號在這里被稱之為準相位相干，并且這種相干所處的時刻稱之為相干時長。
同時，以下是符合目的的，即不僅有源振蕩器SHFO的振蕩是與輔助載波信號sH準相位相干的，而且已經以準相位相干的方式產生有源振蕩器SHFO的激勵。由此，在優選地作為轉發器TR構成的發射機S中，將接收或輔助載波信號sH的比較起來有一大部分耦合到振蕩器SHFO上。優選在此系指一個電子輔助載波信號和一個相應的振蕩信號。但是，原則上也可實現使用光、聲或其它信號的裝置。接收或輔助載波信號sH以準相位相干的方式激勵振蕩器SHFO產生振蕩，以此這個振蕩器SHFO產生一個振蕩信號，該振蕩信號作為信號s從振蕩器中輸出耦合，并且通過一個輸出端導出。接收或輔助載波信號sH的輸入端和振蕩信號的輸出端可能完全或部分地一致的。但是，它們也可彼此分開地實現。
在發射機S中產生的信號s借助天線ANTS返回發射到接收機E并且由這個接收機E用天線ANTE進行接收。
所述的實施例的主導思想在于，不僅在發射機S中有源振蕩器SHFO的振蕩與輔助載波信號sH是準相位相干的，而且已經以準相位相干的方式產生有源振蕩器SHFO的激勵。在以前的裝置和方法中按照現有技術是通過熱噪聲激勵有源振蕩器SHFO實現的，其產生的振蕩在以后通過花費很大的調節過程和所謂的鎖定使之達到準相位相干，而現在振蕩器SHFO通過輔助載波信號sH已經以準相位相干方式進行激勵，或已經以準相位相干方式進行振蕩，并且由此自動地產生相位相干。
一個主導思想在于，振蕩器SHFO在基本狀態中處于不穩平衡，并且當該振蕩器SHFO接通時，通過一個雖然總是形成的外部能源供應首先必須對此激勵以產生振蕩。按照這種起始的觸發脈沖，反饋變成有源的，用該反饋維持振蕩。通常使用譬如熱噪聲進行這樣的振蕩電路的啟動。這就是說振蕩器用隨機的相位和幅度振蕩，然后在采用其通過其諧振電路給定的頻率時進行振蕩。如果振蕩器接通時卻注入一個外部激勵信號，其頻率位于諧振電路帶寬上，并且其功率按照標稱值超過噪聲功率，這樣振蕩器振蕩就不是隨機的，而是與激勵的基本信號的相位是同步的。按照激勵的輔助載波信號sH和振蕩信號之間的頻差和依賴于在發射機S或接收機E中的兩個振蕩器SHFO或EHFO的相位噪聲，這種準相位相干至少保持有一個時長。
現方案與已知的無源裝置和方法的區別在于在發射機S或轉發器TR中使用有源振蕩器SHFO。這樣，輔助載波信號sH就不會簡單地反射，而是該輔助載波信號sH在重發之前用一個自己的準相位相干的信源無噪聲地或接近無噪聲地以有源方式構成一個振蕩信號s。在這種情況下，所述的系統在通常功能類似時因此就比現有技術的無源反向散射轉發器系統有顯著增大的作用距離。
在轉發器裝置中一個特殊的優點在于，根本不需要時間、頻率或極化復用，因為輔助載波信號sH作為基本信號和振蕩信號s不受影響或只在振蕩過程開始時以所需的方式方法受到影響和此后彼此獨立地是準相位相干的。
當所述的裝置具有一個開關裝置TGEN以轉換有源振蕩器SHFO的準相位相干的激勵是有利的。這個開關裝置TGEN用來將有源振蕩器SHFO置于一種狀態，從該狀態中有源振蕩器SHFO在通過輔助載波信號sH進行激勵的情況下，以與輔助載波信號sH成準相位相干的方式進行振蕩。
為轉換激勵，無須絕對完全接通和斷開振蕩。當譬如有源振蕩器SHFO可用不同的模式振蕩時，在第一種模式還在繼續振蕩期間，可簡單地接通第二種模式。還有，在只采用一種模式時，振蕩無須完全斷開，而是它通常會出現一個衰減，以致于輔助載波信號sH緊接著進行準相位相干激勵就夠了。
如果有源振蕩器SHFO的激勵按照相干時長周期性地重新接通，則準相位相干仍超過一個長的周期。
如果在擴展方案中，有源振蕩器SHFO的準相位相干激勵周期性地重復，則準相位相干也超過長的周期。這可通過以下方式達到，即開關裝置要如此構成，以致于它用一個規定的時鐘脈沖速率轉換有源振蕩器SHFO。
在此，優選時鐘周期的時延以譬如相干時長相當于時鐘脈沖速率。但是，它也可能是一個快速轉換，無須失去在基本信號sH和振蕩信號sH之間的準相干。如果另外準相位相干只在一定的時間間隔內是必須的，則時鐘時間也可選擇比相干時長要長。
如果有源振蕩器SHFO的轉換周期性地重復，并且有源振蕩器SHFO與輔助載波信號sH周期性地以準相位相干方式振蕩，則由有源振蕩器產生的信號可理解成為輔助載波信號sH的脈沖取樣的雙倍。在遵循取樣理論時，信號完全用其取樣值說明。從某種意義上說，有源振蕩器的斷開時延比接通時延還長并不明顯、也即比相干時長要長也不明顯。因此，由于相干條件應從內在上遵循取樣理論。按照取樣理論，在2個取樣點之間的相位差必須小于180°。這種條件比準相位相干條件限制性小。因此，從信息技術觀點看，所接通的振蕩器SHFO的信號s，雖然有開斷瞬態過程，但可看作比較信號的復制圖，或攜帶其完整的信息。
有源振蕩器SHFO的激勵轉換相當簡單，方式是通過振蕩器SHFO本身來轉換。相應地所述的裝置可具有一個裝置TGEN以接通和斷開有源振蕩器SHFO。每一個裝置都適合于接通振蕩器，它影響具備或不具備振蕩器的振蕩條件。這樣，譬如在振蕩電路中斷開增益，改變衰減或時延(相位)或分開回授電路。
有源振蕩器SHFO除其基本模式外，也可用準相位相干的方式以一個分諧波振蕩模式進行激勵。在此，基本信號的基本模式或分諧波模式可用來進行激勵。
如果使用所述的裝置作為ID-日(ID-Tag)間進行識別或進行通信，則譬如可通過時鐘速率實現編碼和/或通過一個附加的調制裝置、如相位-、頻率-或幅度調制器實現，用該附加的調制裝置將準相位相干信號在重發之前進行調制。
如已所述的，相干時長取決于基本信號和振蕩信號之間的頻差。頻率一致性越準確，信號相位接近相同時間越長。為增加相干時長，通過此轉換裝置的時鐘速率也可保持很小，優選規定使用的裝置適合于將振蕩頻率自適應地與基本信號和輔助載波信號sH相匹配。
象在下面說明的各個實施例中譬如圖1所引用的那樣，所述的系統區別于已知以前的反向散射轉發器主要在于，已調制的重發的信號s不是簡單地無源地反射回，而是有源地以準相位相干方式重新產生和反射回。因此，標準的反向散射轉發器的基本原理和改進的實施例以及典型的信號處理方法，可直接應用到現用的裝置原理上。但是，在實施時卻有幾個特點，它特別使優選的裝置應用成為可能，如下文所述。
在發端譬如直接將數據DatTX調制到相位相干信號上，或將該DatTX就在產生振蕩器SHFO用的時鐘脈沖信號S01時補充到時鐘脈沖信號S01內。
在接收機E中，已調制的數據DatTX要從所接收的信號e或s中重新解調出來。對此，所接收的信號e譬如通過混頻器MIX，在該混頻器MIX中消除作為基礎的振蕩信號的影響。接著，在濾波器BP1的輸出信號ZFSig輸送到解調器Demod之前，在濾波器BP1中進行帶通濾除。在解調器Demod的輸出端輸出重新構成的數據DatRX。
特別優選通信系統的接收站E包括一個所謂的傳輸混頻器TRXMIX，該混頻器TRXMIX在日常用語中稱之為穿過混頻器(Durchblasemischer)。具有穿過混頻器TRXMIX的接收站E的一個可能的實施方案示于圖2。由振蕩器EHFO產生的信號作為輔助載波sH通過傳輸混頻器傳輸到原來的數據發射站S并且同時用來將已調制的接收信號e與混頻器TRXMIX向下混頻到基帶內。可以看出用一個具有部件耗費很少的傳輸混頻器TRXMIX使優選的方法可轉換成數據傳輸。
圖3示出了另一個可能的實施方案，該方案借助在轉發器S或TR中的移項控制網絡PhMod用可轉換的相移實現調制。用移項控制網絡PhMod，不僅可使進行準相位相干激勵的基本信號進行相位調制，而且也使準相干地產生的信號進行相位調制。在這種情況下，時鐘脈沖發生器TGEN的原則上有條件地必要的時鐘脈沖0/1的調制由相位調制疊加。
在許多應用情況中，執行作為接收機E用的基站和/或執行作為收發信機TC的轉發器TR和發射機S、也即如此在兩個方向上的站之間可傳輸數據是有益的。圖4示出了一個有利的改進實施方案。
所述的裝置譬如由連接在混頻器TRXMIX上的天線組成。混頻器TRXMIX接收振蕩器HFO的基本信號。振蕩器還具有用于由時鐘脈沖發生器TGEN輸送給觸發脈沖信號或觸發信號0/1的輸入端。此外，混頻器TRXMIX具有一個輸出端，從該輸出端輸出一個通過天線接收的和向下混頻的信號，譬如作為第一個信號通向帶通濾波器BP1。另一方面，該帶通濾波器BP1的輸出信號ZFSig被輸送給一個解調器Demod，該解調器Demod在其輸出端提供一個重新構成的數據Dat。這個數據可直接輸出或優選繼續處理被輸進給微處理器μP。
微處理器μP可借助所接收到的數據或也從本身起消除產生振蕩信號出現的影響，譬如通過連接到時鐘脈沖發生器TGEN上。也可能通過微處理器μP、時鐘脈沖發生器TGEN、振蕩器HFO或一個串接在混頻器TRXMIX前的相位調制器，輸送所要發射的數據。
如果振蕩器HFO不通過時鐘脈沖發生器TGEN調制，以致于它產生一個連續的相同形狀的正弦信號，則所示的站TC作為接收機E用。如果振蕩器HFO通過時鐘脈沖發生器以其準相位相干的激勵和其幅度、相位和/或頻率進行調制，則所示的站TC作為發射機S使用。優選這樣一個收發信機TC包括處理器μP，該處理器μP或者用來產生數據流或者分析所接收的數據Dat。
原則上所有的調制方式，盡管它們在通常的無源反向散射轉發器中使用過，但在現用的系統中也可使用。但是，從原理上來說特別優選一個調頻的幅度調制，其中為對數字符號編碼只變化開關周期的頻率。然后，時鐘脈沖發生器TGEN譬如采用數字“0”表示產生第一開關頻率Freg1，并且采用數字“1”表示產生第二開關頻率Freg2。除這種二進制FSK編碼(頻移鍵控)外，當然還可使用具有超過2個頻率級的多級編碼方法。也可在脈沖長度或間隔長度不變時使用脈沖間隔比的變化進行調制。基本上所有就本身而言已知的調頻方法都可使用。
圖5和6從原理上基本上已知執行FSK解調，該FSK解調卻優選被用在這種類型的裝置中。
在圖5中解調器Demod具有一個無噪聲的輸入放大器LNA，信號ZFSig′由譬如混頻器或帶通濾波器輸送給該輸入放大器LNA。在其中預處理的信號不僅直接輸送給一個相位比較器或鑒相器PHKomp而且輸送給一個鑒頻器DISC。鑒頻器DISC的輸出信號輸送到鑒相器PHKomp的另一個輸入端。其輸出端信號在譬如通過一個低通濾波器TP以后作為數據流Dat從解調器Demod中輸出。在此，鑒頻器DISC用來以一個與頻率有關的相移加到信號ZFSig′上(ZF中頻)。然后，通過相位比較譬如在混頻器中、特別是在鑒相器PHKomp中，可將頻率調制轉化成相應的輸出電壓。還有進行頻率解調的PLL電路或其它的頻率比較裝置都可應用在此所述的方法。
在圖6中ZF信號ZFSig′譬如通過2個不同的帶通濾波器/檢測器鏈進行傳輸。這兩個鏈譬如分別由一個帶通濾波器BP1、一個檢波器G1或G2和一個低通濾波器TP1或TP2組成。這兩個鏈的輸出信號不僅輸送給一個加法器SUM而且輸送給一個差分放大器DIFF。按照調制頻率或者一個濾除的信號或者其它濾除的信號都具有一個較大的幅度，這譬如可通過差分放大器DIFF用一個串接的比較器SK檢測。比較器SK輸出重新構成的數據Dat。由兩個濾波器分路組成的信號的和對信號電平SP來說是一個量度。
在此處應指出，現用的數據傳輸的方法和突出地具有距離測量的轉發器系統的現用的裝置都可采用和合并。這種轉發器系統譬如在未公開的專利申請DE 101 55 251“進行距離測量的轉發器系統和方法”中已經說明了，該專利申請全面地涉及到了。
圖7示出了在這種類型的距離測量轉發器系統中為擴展功能所作的必要的補充。代替固定頻率振蕩器，在這里使用一個根據頻率變化的振蕩器HFVCO，用該振蕩器HFVCO產生適合于距離測量的調頻信號。然后，在如前所示優選的用作為傳輸混頻器的接收混頻器TRXMIX的后面，ZF信號優選劃分成2個分路徑。在上面所示的第一解調器路徑從帶通濾波器起通向解調器Demod，并且用來接收或重新構成數據。在下面的第二路徑作為測量路徑通向測量裝置Meas，在該測量裝置Meas中ZF信號為測量距離的目的是可選的。
在此，相應的方法以確定基站E和至少一個轉發器(TR；S)之間的距離為基礎，其中由基站E發射一個基站振蕩器HFVCO的信號sH或stx(t)，在轉發器中以由基站接收的信號sH或erxt(t)為基礎借助進行振蕩的振蕩器(SHFO)產生和發射一個對此進行的相位相干的信號(s或sosz(t))，在基站中根據由轉發器接收到的相位相干的信號(e或srx(t))確定距離，并且為產生相位相干的信號用所接收到的信號以準相位相干的方式激勵振蕩器。此外當前還有一個被混頻入或調制到轉發器TR或發射機S的數據信號或數據。
用于確定基站E和至少一個轉發器(TR；S)之間的距離的一個相應的距離確定系統有如下特征，即轉發器中的振蕩器用所接收到的信號進行激勵以產生一個準相位相干的信號，此外將數據調制到這個信號上，其中所述的基站E具有進行振蕩的信號源HFVCO以產生一個信號，并且具有一個發射裝置以發射信號，其中所述的轉發器具有一個接收裝置以接收基站的信號、具有一個振蕩器以產生一個對此進行相位相干的信號和具有一個發射裝置以發射相位相干的信號，其中基站(BS)此外還具有一個接收裝置以接收轉發器來的相位相干的信號和具有一個距離確定裝置(TRXMIX，Demod)以確定基站E和轉發器(TR；S)之間的距離。
確定轉發器(TR；S)的距離的基站E具有一個距離確定裝置(RXMIX、BP1、Meas、Demod)，或者給這樣一個裝置提供信號，其中基站E具有一個混頻器TRXMIX以便將由轉發器(TR；S)接收到的準相位相干信號和瞬間的振蕩信號或發射信號混頻成一個混頻信號。
距離確定裝置TRXMIX、BP1、Demod、Meas優選構成為用下列公式形成的這樣的混頻信號ZFSig′或(smix(t))，smix(t)＝cos(t·ωsw+τ·(ωC+ωSW))其中ωC為基站振蕩器HFVCO的中頻，ωSW為基站E的發射信號SH或基站E的stx(t)的調制頻率，t為間隔0-Ts中的時間，并且τ為信號通過基站E和轉發器(TR；S)之間的距離的時延。
距離確定裝置TRXMIX、BP1、Demod、Meas優選具有一個解調裝置Demod以在接通和斷開測量之間，減少和消除混頻信號smix(t)按照間隔(0-Ts)產生的電壓的時間變化，以在基站E中產生測量信號smess(t)。
距離確定裝置TRXMIX、BP1、Demod、Meas優選還具有一個解調裝置Demod以將混頻信號smix(t)向下混頻、特別是用一個接近或相等于時鐘頻率fmk的頻率向下混頻到一個明顯地比時鐘頻率fmk小的頻率上，以在轉發器(TR)中周期性地接通和斷開振蕩器HFVCO，并且接著濾出高頻部分以產生測量信號smess(t)。
此外，構成距離確定裝置TRXMIX、BP1、Demod、Meas，以調制基站E的發射信號stx(t)的調制頻率ωSW，特別是按照以下公式調制，ωsw=2·π·B·tT]]>T為時延，超過該時延T頻率與帶寬B不協調。
構成距離確定裝置TRXMIX、BP1、Demod、Meas也可通過以下公式形成重新構成的FMCW測量信號smessfmcw(t)。
smessfmcw(t)=cos(ωc·τ+2·π·B·t·τT+π·B·t·TsT)·sin(π·B·t·TsT)(π·B·tT)]]>此外，構成距離確定裝置TRXMIX、BP1、Demod、Meas以從測量頻率fmess中確定距離，該測量頻率fmess相當于標準的、移動一個頻率部分Δb＝B*Ts/(2T)的FMCW的測量頻率(連續波調頻)。
距離確定裝置TRXMIX、BP1、Demod、Meas也可被調整以在頻率范圍內進行幅度加權的測量信號smessfmcw(t)的傅立葉變換，以致于至少一種形成的矩形功能的左右邊帶的邊緣可確定基站E和轉發器(TR；S)之間的距離。
確定其到一個基站E的距離的轉發器(TR；S)按照其目的具有一個信號產生裝置以用一個有源相位相干激勵的振蕩器(SHFO)產生由轉發器接收信號sH或erxt(t)＝stx(t-τ/2)組成的振蕩信號S或sosz(t)，并且具有一個開關裝置(TGEN)以周期性地接通和斷開振蕩器，特別是按照下列公式產生振蕩信號，
srx(t)=sosz(t-τ2)=sin(ωosz·t-(ωc+ωsw)·τ+φo)]]>其中ωC為基站E的振蕩器HFVCO的中頻，ωSW為基站E的發射信號stx(t)的調制頻率，t為時間，τ為信號通過基站E和轉發器(TR；S)之間的距離的時延，Φ0為任意的相位偏移。
在這樣一個距離確定系統中，附加使用一種在轉發器(TR；S)中接通和斷開振蕩器(SHFO)的調制，以傳輸從轉發器到基站E的附加信息或數據，正如這在前面已就各種實施例所描述的那樣。
當在基站中距離確定裝置具有一個混頻器TRXMIX以將由轉發器接收到的準相位相干信號和瞬間的發射信號混頻成一個混頻信號時，則形成一個測量信號，該測量信號具有至少2個頻譜成分，其頻率間隔或相位間隔都是從基站到轉發器的距離的量度，其中這個量度與轉發器中振蕩器的接通斷開頻率無關。
進行調制或失調的基站發射信號的調制頻率最終會形成一個具有頻譜成分的測量信號，該頻譜成分用幅度加權的余弦函數表達。優選通過一個適合所述的轉發器的頻移，測量小的距離向下直到值為0也是可能的。此外在頻率范圍內還可能進行幅度加權的測量信號的傅立葉變化形成具有矩形包絡線的譜線(邊帶)，其中外邊的左右邊帶位于調制頻率最近的邊緣可確定基站和轉發器之間的距離。
通過以下方式，即接通和斷開轉發器中的振蕩器的調制頻率不急于在基站中分析計算距離，可使用它傳輸從轉發器到基站的附加信息或數據。
在前面所述的應用中，一般情況下，當高頻模塊和特別是轉發器TR在結構上盡可能地小和緊湊時，才是很有利的。在轉發器TR通常由人隨身攜帶的入口系統或計數系統中，譬如轉發器TR的結構大小譬如以鑰匙形狀或數字/進入卡形狀，都是確定攜帶方便性的關鍵所在。
通常，由有機材料、譬如基于特氟隆-或環氧化物形成的印刷電路板上構成高頻模塊。特別是在低的HF頻率時、譬如1GHz-10GHz時，鑒于在波長和這種材料構成的結構大小之間的耦合，希望結構尺寸小滿足起來只是很受限制。一種替代方案是采用薄膜陶瓷電路，但其制造很昂貴的。
因此，不僅轉發器TR，而且基站BS特別優選作為LTCC(低溫燒結陶瓷)模塊或在使用LTCC模塊的情況下進行變換。在LTCC基上的高頻結構一方面由于LTCC有相當大的介電常數，可是另一方面也由于此都是緊湊的，因為有可能按多層技術實現制造電路。LTCC的制造成本低廉。此外，LTCC模塊適合大規模制造安裝。
由于完整的HF電路或標準的分部件完全集成在一個LTCC模塊中，所以這種集成的LTCC模塊象標準的SMT元件(表面安裝技術)那樣配備在廉價的標準的印刷電路板上，該印刷電路板在其一側不是絕對適合HF的。當然，也有可能合并該技術，和在由有機材料構成的印刷電路板上安裝明顯小的LTCC分模塊。
具有LTCC-HF模塊的優選的轉發器TR示于圖8。在LTCC模塊LM中，譬如集成有一個高頻振蕩器HFO、一個帶通濾波器BP1以濾除干擾的調制分量，該調制分量由振蕩器HFO轉換(通/斷)連同一個時鐘脈沖發生器TGEN的時鐘形成，并且集成有一個高頻分頻器或計數器CNT。振蕩器HFO通過將向下分頻的時鐘脈沖或計數器狀態輸送給的調諧電路調節到其目標頻率，象這譬如在圖7實施方案中是常見的那樣。從LTCC模塊LM中，直到端接的天線，只有數字的、優選低頻的信號通向外面，以致于這個模塊LM可毫無問題地和廉價地集成在剩余的電路上。
在圖8中以方框圖形式示出了LTCC模塊的可能的結構。在此，HF電路由多個層或Hf層組成。LTCC基片的上端配備一個不集成在內層的元件、譬如首先是半導體的部件。作為裝配技術特別提供了本身已知的SMT裝配(表面安裝技術)或倒裝法裝配。LTCC模塊LM本身譬如可用所謂的球柵或固定柵技術BG/LG安裝在標準的印刷電路板上。
權利要求
1.一種裝置，特別是有源反向散射轉發器，用以產生基于基本信號(sH)的振蕩信號s具有-一個振蕩器(SHFO)以通過振蕩進行振蕩信號(s)的有源構成，-一個用于基本信號(sH)的輸入端(ANTs)和-一個用于所產生的振蕩信號(s)的輸出端(ANTs)，-其中使振蕩器(SHFO)借助控制信號(S01，0/1)可準相位相干地進行激勵，并且該振蕩器通過基本信號(sH)為產生振蕩信號(s)可與基本信號(sH)準相位相干地進行激勵，其特征在于，-一個數據插入裝置(TGEN；SHFO；PhMod)，構成它以在產生振蕩信號(s)時或后，將數據或一個數據信號(DatTX)插入振蕩信號(s)。
2.按照權利要求1所述的裝置，其中數據插入裝置是一個構成以產生振蕩器準相位相干地激勵的時鐘脈沖發生器(TGEN)，其中其時鐘脈沖信號(S01 0/1)從數據(DatTX)導出。
3.按照權利要求1所述的裝置，其中數據插入裝置是一個相位控制裝置(PhMod)，它借助可開關的相移將數據(DatTX)調制到振蕩信號(s)上。
4.一種裝置，特別是接收機(E)，以接收和處理接收信號(e)，該接收信號(e)是作為信號(s)由權利要求1-3之一所述的裝置產生和發射的，利用-一個分離裝置(MIX；TRXMIX)以借助這一端的振蕩器(EHFO；HFO；HFVCO)的基本信號從準相位相干的接收信號(e)中除去振蕩器(SHFO)的信號部分，其特征在于，-一個數據恢復裝置(Demod)以恢復插入的數據(DatTX)。
5.按照權利要求4所述的裝置，具有一個傳輸混頻器(TRXMIX)，該傳輸混頻器(TRXMIX)具有-一個輸入端以加上由振蕩器(EHFO)產生的信號，-一個輸出端以作為基本信號(sH)輸出這個信號穿過傳輸混頻器，并且將該基本信號(sH)傳輸到原來的數據發射站(S；TR)，-一個輸入端以加上接收信號(e)，并且-一個輸出端以輸出向下混頻的接收信號(ZFSig；ZFSig′)，其中特別是輸出基本信號(sH)的輸出端和接收信號(e)的輸入端重合。
6.按照上述權利要求之一所述的裝置、特別是收發信機(TC)具有-一個振蕩器(HFO)以產生一個振蕩信號，-一個時鐘脈沖發生器(TGEN)以激勵振蕩器(HFO)，-一個混頻器(TRXMIX)具有一個用于加上振蕩器(HFO)的振蕩信號的輸入端，-至少一個接口(ANT)以發射和/或接收信號(sH、e、s)，其中接口與混頻器(TRXMIX)連接，-至少一個混頻器(TRXMIX)的輸出端以輸出通過接口(ANT)接收到的和用振蕩的信號向下混頻的信號(ZFSig)，-一個與混頻器(TRXMIX)連接的信號-和數據處理設備(μP；TGEN)以有選擇地-或作為數據插入裝置(TGEN；SHFO；PhMod)將接收到的基本信號(sH)加在振蕩器(HFO)上和將數據或數據信號(Dat)插入振蕩信號(s)中，用于接著通過接口(ANT)輸出，-或作為數據恢復裝置(Demod、μP)從通過接口(ANT)接收到的和通過混頻器(TRXMIX)向下混頻的信號(e)中恢復被插入的數據(DatTX)。
7.按照權利要求4-6之一所述的裝置的解調器(Demod)具有一個鑒相器(PHKomp)和一個鑒頻器(DISC)以加上具有與頻率相關的相移的信號，將來自混頻器的接收信號(ZFSig′)輸送給這兩個裝置，其中鑒頻器(DISC)的輸出信號輸送給鑒相器(PHKomp)的另一個輸入端，其輸出端則輸出已恢復的數據(Dat)。
8.按照權利要求4-6之一所述的裝置的解調器(Demod)具有至少一個進行頻率解調的相位耦合的鎖相環PLL電路。
9.按照權利要求4-6之一所述的裝置的解調器(Demod)具有至少2個不同的帶通濾波器/檢測器鏈(BP1、G1、TP1或BP2、G2、TP2)，其輸出端不僅緊靠一個加法器(SUM)以輸出信號電平(SP)的量度，而且緊靠一個具有串接的比較器(SK)的差分放大器(DIFF)以輸出重新構成的數據(Dat)。
10.按照上述權利要求之一所述的轉發器系統，它各具有至少一個發射機和至少一個接收機(E)，借助一個從接收機(E)到發射機(S；TR)發射的基本信號(sH)和一個從發射機到接收機(E)向回發送的和與基本信號(sH)準相位相干的信號(s)，以確定發射機和接收機(E)之間的距離，其中相應地在發射機或接收機之間提供了-一個數據插入裝置(TGEN；SHFO；PhMod)，構成它以將數據或一個數據信號(DatTX)插入相應地需發射的振蕩信號(s)，和/或-一個數據恢復裝置(Demod)以恢復插入接收信號的數據(DatTX)。
11.按照權利要求10所述的接收機，具有-一個解調器(Demod)以恢復原數據(Dat)，-一個測量裝置(Meas)以確定發射機和接收機之間的距離，-一個振蕩器，該振蕩器是一個可按照頻率變化的振蕩器(HFVCO)，用該振蕩器可產生適合距離測量的調頻信號，并且-一個接收混頻器(TRXMIX)，配置該混頻器(TRXMIX)以用振蕩器(HFVCO)的信號混頻接收到的信號(e)，并且有一個輸出端以輸出由此合成的信號(ZFSig)，其中輸出端與解調器(Demod)和測量裝置(Meas)連接。
12.傳輸數據的方法，特別是用按照上述權利要求之一所述的裝置傳輸數據的方法，其中-產生基于基本信號(sH)的振蕩信號(s)，-通過基本信號(sH)以與基本信號(sH)進行準相位相干的方式激勵振蕩器(SHFO)，-根據激勵使振蕩器(SHFO)振蕩，并且振蕩器(SHFO)通過振蕩有源地產生一個需發射的振蕩信號(s)，-其中給需發射的和準相位相干的振蕩信號在其產生時或在其產生后，插入數據或一個數據信號(DatTX)。
全文摘要
本發明涉及一種裝置，特別是涉及一種有源反向散射轉發器，以產生基于基本信號(sH)的振蕩信號(s)，該裝置具有一個振蕩器(SHFO)以通過振蕩進行振蕩信號(s)的有源構成、具有一個基本信號(sH)的輸入端(ANT
文檔編號H04B1/59GK1639733SQ03805441
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月24日 優先權日2002年3月7日
發明者C·塞森貝爾格, M·納勒青斯基, M·沃西克, P·黑德 申請人:西門子公司