CN1639733A - 有源反向散射转发器、具有这种转发器的通信系统和用该转发器传输数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置，特别是涉及一种有源反向散射转发器，以产生基于基本信号(sH)的振荡信号(s)，该装置具有一个振荡器(SHFO)以通过振荡进行振荡信号(s)的有源构成、具有一个基本信号(sH)的输入端(ANT_s)和一个产生的振荡信号(s)的输出端(ANT_s)，其中振荡器(SHFO)是可通过基本信号(sH)为了产生振荡信号(s)与基本信号(sH)准相位相干地进行激励的。为传输数据，这样一种装置此外具有一个数据插入装置(TGEN)，构成该插入装置(TGEN)以将数据或一个数据信号(Dat_TX)插入振荡信号(s)。一个接收和处理接收信号(e)的相当合适的接收机(E)，该接收信号(e)作为准相位相干的信号(s)由这样一个装置产生和发射，该接收机(E)按照目的除具有分离装置(MIX)外，为了借助收端的振荡器(EHFO)的基本信号从接收信号(e)中除去振荡器(EHFO)的信号部分，还具有一个数据恢复装置(Demod)以恢复插入的数据(Dat_TX)。

Description

有源反向散射转发器、具有这种转发器 的通信系统和用该转发器传输数据的方法

本发明涉及一种用权利要求1前叙部分的特征所述的有源反向散射转发器、一种具有这种有源反向散射转发器的通信系统和一种利用该有源反向散射转发器传输数据的方法。

交换数据和测量从基站到已调制的转发器的距离的方法和装置有各种各样的形式，并且长期以来都是已知的。通常，作为转发器譬如所谓的反向散射转发器，无自己的信号源，而是只反射接收的信号、有时放大地反射该接收的信号。在这一点上，也称之为已调制的反向散射。尽管反向散射转发器系指数据发射机，但是，通常在反向散射转发器中并不产生自己的高频信号。从原来的数据接收站首先发射一个高频辅助载波信号到转发器，该转发器大多用低频调制发射回该高频辅助载波信号。

因此，基于反向散射转发器的通信系统与具有在各个分站中分开的信号源的标准的通信系统相比所具有的关键的优点在于，在接收机中接收的信号通过与辅助载波信号混频可近于最佳地被限制到调制带宽，因此可获得一个近于最佳的噪声特性。如此准确地根据频率和相位调节分开的信号源，以实现可比较的小的接收带宽，这些利用在发射机和接收机中通常在通信系统上分开的信号源，特别以较低数据率时一般是不可能的或只用高的花费才是可能的。

但是，反向散射转发器系统具有的致命的缺点是高频信号必须通过往返于从接收机到转发器的路径，因此基于雷达方程式，求出与距离的4次幂成正比的整个传输路程的信噪比(SNR)。由于自由场衰减随着频率大大增强，所以特别是在GHz范围内的甚高频反向散射转发器几乎都能以满意的信噪比实现。

如果，象这些在标准的通信系统中是常用的那样，在数据发射机中、特别是在具有自己的信源的转发器中，产生一个数据信号，则HF信号只一次通过发射机/接收机路径。在这种情况下，SNR只相反与距离的2次幂成正比。此外还有，在传输路径上的其他的衰减/损失影响信号只是一次而不是两次。因此，特别在距离较大时，SNR比在简单的反向散射转发器系统中高几个数量级。

从文献DE 100 32 822 A1中，已知有一种新型装置，该新型装置在基于基本信号情况下，配有一个振荡器、一个用于基本信号的输入端和所产生振荡信号的输出端，通过振荡使振荡信号的有源构成产生一个振荡信号，其中振荡器通过产生振荡信号的基本信号用与基本信号以准相位相干的方式进行激励。在此，该装置特别是一个以转发器形式的发射机，并且具有一个与转发器天线相连的振荡器。此外，为激励振荡器提供一个时钟控制。用这种时钟控制通过时钟控制信号周期性地接通和断开振荡器。在此，由振荡器产生的信号与接收的基本信号是准相干的。通过接通和断开振荡器也可转换其准相位相干的激励。

本发明的任务在于改进这种装置或具有一种这类的装置和具有这种装置的通信系统并且改进根据使用范围用这种装置传输数据的方法。

这项任务通过具有权利要求1所述的特征的装置、特别是反向散射转发器、通过权利要求4所述的特征的接收机和通过用权利要求12所述的特征的这样一种反向散射转发器传输数据的方法来解决。

优选的实施方案、特别是设备和系统都是从属权利要求的内容。

现介绍一种新型的有源反向散射转发器和一种通信系统，它们都兼备各种不同系统的优点，也即特别是可充分利用简单实现接近最佳地小的接收带宽和SNR与距离的平方的关系。此外，还提供了结构技术方案，该结构技术方案允许将特别有利地从文献DE 100 32 822 A1中已知配置转换成数据的传输。

优选相应地给装置(特别是有源反向散射转发器或反向散射转发器)，在基于基本信号的情况下，配备一个振荡器、一个基本信号的输入端、一个产生振荡信号的输出端，以便通过振荡使振荡信号的有源构成产生振荡信号，其中振荡器通过产生振荡信号的基本信号用与基本信号以准相位相干的方式进行激励，尽管它们具有一个数据插入装置，设计该数据插入装置以将数据或数据信号插入到准相位相干的振荡信号内。

该数据插入装置优选是一个时钟脉冲发生器，其时钟脉冲序列从所插入的数据中导出，并且时钟脉冲发生器激励调制数据的振荡器以产生基波振荡。为插入数据譬如也可能有一个数据插入装置，该数据插入装置构成为一个相位控制装置，该相位控制装置借助连接的移相将数据调制到振荡信号。

为处理具有所用数据的一个这样的作为接收信号的所接收的准相位相干的信号，有目的地使用一种装置、特别是一个接收机，该装置具有一个借助收端的振荡器的基本信号从准相位相干的接收信号中除去发端振荡器的信号部分的分离装置，并且具有一个数据恢复装置以恢复被插入的数据。

这样一种接收机特别优选配备一个传输混频器，该混频器具有一个加上由振荡器产生的信号的输入端、一个作为基本信号穿过传输混频器输出这个信号的和将该基本信号传输到原来的数据发送站的输出端、一个加上接收信号的输入端和一个输出向下混频的接收信号的输出端，其中特别是输出基本信号的输出端和接收信号的输入端可重合。

特别是变通地应用一种装置、特别是作为合并装置使用的收发信机，它按照使用目的作为发射机和/或接收机使用。这样一种收发信机按照使用目的具有一个产生振荡信号的振荡器、一个激励振荡器的时钟脉冲发生器、一个具有加振荡器产生的振荡信号的输入端的混频器、至少还有一个发射和/或接收信号的接口，其中该接口与混频器连接，至少还有一个输出通过接口接收到的和与振荡信号向下混频的信号混频器的输出端、一个与混频器连接的信号和数据处理装置。在此，所述的信号和数据处理装置构成为一个部件或多个部件，并且有选择地或者作为数据插入装置用来将接收的基本信号加在振荡器上和将数据或数据信号插入振荡信号中用于接着通过接口输出，或者用来作为数据恢复装置从通过接口接收的和通过混频器向下混频的信号中恢复被插入的数据。

在接收机中使用不同类型的解调器、特别是具有鉴相器和鉴频器的解调器，以用一个与频率相关的移相加到信号上，由混频器构成的接收信号输送给这两种装置，其中鉴频器的输出信号输送给鉴相器的另一个输入端，其输出端输出被恢复的数据。另一个优选的例子是使用具有至少2个不同的带通滤波器/检测器链的解调器，其输出端不仅设置一个加法器以输出一定量的信号电平，而且设置一个具有与比较器串接的差分放大器以输出重新构成的数据。

还可优选使用转发器系统，该转发器系统用这类准相位相干的信号工作以传输数据。在此，这样一种转发器系统使得在两个方向上只一个方向或也可在两个方向传输数据成为可能。这样一种转发器系统指示出以很复杂的形式具有各至少一个发射机和至少一个接收机，借助由接收机到发射机发射的基本信号和由发射机到接收机返回发射的信号与基本信号准相位相干的信号，来确定发射机和接收机之间的距离，相应地在发射机或接收机中提供一个数据插入装置和/或一个数据恢复装置，构成的该数据插入装置将数据或数据信号插入相应的需发射的振荡信号内，数据恢复装置恢复被插入的接收的数据。

用于这样一种确定距离的转发器系统的相应的接收机按照其目的具有一个恢复原数据的解调器、一个确定发射机和接收机之间距离的测量装置、一个根据频率变化产生适于距离测量的调频信号的振荡器、一个接收混频器，该接收混频器设计用来将接收的信号与振荡器信号混频，并且该接收混频器具有一个输出端以输出由此产生的信号，其中输出端与解调器和测量装置连接。

为使这个装置和系统运行，提供一种传输数据的方法，其中借助振荡器产生一个信号，该信号通过至少一个控制信号/时钟脉冲信号准相位相干地得到激励。然后，得到这种激励的振荡器由一个接收到的基本信号以与振荡如此成准相位相干的方式进行激励，以致于所产生的信号与所接收到的信号以准相位相干的方式振荡。在产生这种准相位相干的信号之中或之后，可将一个数据信号加到该准相位相干的信号之上。

下面将就附图详细说明实施例。图中：

图1示出了一个发射机和一个接收机的装置，其中发射机信号与接收机信号以准相位相干的方式进行振荡，并且将数据从发射机传输到接收机，

图2示出了这样一个接收机的实施方案，

图3示出了这样一个发射机的实施方案，

图4示出了不仅作为这样一个发射机而且作为这样一个接收机使用的收发信机，

图5示出了使用的第一解调装置，

图6示出了使用的第二解调装置，

图7示出了具有附加装置的这样一个接收机以确定发射机的距离，

图8示出了具有这种装置的LTCC模块。

图1示出了基于装置的基本原理。该装置的基本元件就其本身而言已在DE 100 32 822 A1中作了说明。

如从图1所看到的，所举例的装置由一个发射机S和一个接收机E组成。发射机S产生数据Dat_TX，该数据Dat_TX连同一个信号s一起通过一个接口V、特别是一个无线接口传输到接收机E。

在接收机E中，利用接收端的振荡器EHFO产生辅助载波信号sH，并且在所示的例子中借助相应的天线ANT_SE和ANT_S通过接口V传输到发射机S。

在发射机S中借助发端的有源振荡器SHFO产生一个信号s，该信号s与接收的辅助载波信号sH以准相位相干的方式振荡，并且将需传输的数据Dat_TX调制到或已调制到信号s。

在发端利用天线ANT_S接收接收机E的辅助信号sH，该辅助信号sH用振荡器EHFO产生并且通过天线ANT_SE发射出。振荡器SHFO利用时钟控制TGEN依赖数据流Dat_TX通过信号S01周期性地接通和断开。在适当选择信号S01和对辅助载波信号sH加负载时，如在DE 100 32 822A1中所述的，由振荡器SHFO产生的信号s则与辅助载波信号sH是准相干的和准相位相干的关系。在发射机S中、特别是转发器中产生的信号s要返回发射到接收机，并且由该接收机用天线ANT_E接收。接收机E中接收到的信号e，该信号e除干扰外在传输时相当于发射信号s，它在混频器MIX中与持续不断地由振荡器EHFO产生的信号的一部分进行混频。用一个优选地串接在混频器MIX的输出端的滤波器BP1，使引起注意的混频单元或干扰的信号和噪声单元都不受抑制。优选这种滤波器BP1作为带通滤波器工作，其中滤波器的中心频率和带宽都应与TGEN的时钟脉冲信号匹配。

发射机S具有与天线连接的振荡器SHFO。此外，为激励振荡器SHFO提供时钟控制TGEN。振荡器SHFO用该时钟控制通过信号S01变换地接通和断开，并且以准相位相干的方式受到激励。通过对接收到的辅助载波信号sH加负载，以与辅助载波信号sH准相位相干的方式，产生由振荡器SHFO产生的信号s。通过接通和断开振荡器SHFO也可转换其准相位相干的激励。

振荡器SHFO优选如此构成，以致于该振荡器SHFO一方面不通过热噪声激励产生振荡，但是另一方面耦合到该振荡器SHFO上的接收或辅助载波信号sH就够用了，以便激励对辅助载波信号sH进行准相位相干的振荡。在此，准相位相干也特别意味着，在信号S01的接通周期期间，在辅助载波信号和所产生的比较信号之间的相位差保持很小，其中概念上就拟定的通信任务或测量任务而言可看成很小。作为小相位差的界限，譬如可使用值π/10，也即约为20°。具有相位差只是很小的这些信号在这里被称之为准相位相干，并且这种相干所处的时刻称之为相干时长。

同时，以下是符合目的的，即不仅有源振荡器SHFO的振荡是与辅助载波信号sH准相位相干的，而且已经以准相位相干的方式产生有源振荡器SHFO的激励。由此，在优选地作为转发器TR构成的发射机S中，将接收或辅助载波信号sH的比较起来有一大部分耦合到振荡器SHFO上。优选在此系指一个电子辅助载波信号和一个相应的振荡信号。但是，原则上也可实现使用光、声或其它信号的装置。接收或辅助载波信号sH以准相位相干的方式激励振荡器SHFO产生振荡，以此这个振荡器SHFO产生一个振荡信号，该振荡信号作为信号s从振荡器中输出耦合，并且通过一个输出端导出。接收或辅助载波信号sH的输入端和振荡信号的输出端可能完全或部分地一致的。但是，它们也可彼此分开地实现。

在发射机S中产生的信号s借助天线ANT_S返回发射到接收机E并且由这个接收机E用天线ANT_E进行接收。

所述的实施例的主导思想在于，不仅在发射机S中有源振荡器SHFO的振荡与辅助载波信号sH是准相位相干的，而且已经以准相位相干的方式产生有源振荡器SHFO的激励。在以前的装置和方法中按照现有技术是通过热噪声激励有源振荡器SHFO实现的，其产生的振荡在以后通过花费很大的调节过程和所谓的锁定使之达到准相位相干，而现在振荡器SHFO通过辅助载波信号sH已经以准相位相干方式进行激励，或已经以准相位相干方式进行振荡，并且由此自动地产生相位相干。

一个主导思想在于，振荡器SHFO在基本状态中处于不稳平衡，并且当该振荡器SHFO接通时，通过一个虽然总是形成的外部能源供应首先必须对此激励以产生振荡。按照这种起始的触发脉冲，反馈变成有源的，用该反馈维持振荡。通常使用譬如热噪声进行这样的振荡电路的启动。这就是说振荡器用随机的相位和幅度振荡，然后在采用其通过其谐振电路给定的频率时进行振荡。如果振荡器接通时却注入一个外部激励信号，其频率位于谐振电路带宽上，并且其功率按照标称值超过噪声功率，这样振荡器振荡就不是随机的，而是与激励的基本信号的相位是同步的。按照激励的辅助载波信号sH和振荡信号之间的频差和依赖于在发射机S或接收机E中的两个振荡器SHFO或EHFO的相位噪声，这种准相位相干至少保持有一个时长。

现方案与已知的无源装置和方法的区别在于在发射机S或转发器TR中使用有源振荡器SHFO。这样，辅助载波信号sH就不会简单地反射，而是该辅助载波信号sH在重发之前用一个自己的准相位相干的信源无噪声地或接近无噪声地以有源方式构成一个振荡信号s。在这种情况下，所述的系统在通常功能类似时因此就比现有技术的无源反向散射转发器系统有显著增大的作用距离。

在转发器装置中一个特殊的优点在于，根本不需要时间、频率或极化复用，因为辅助载波信号sH作为基本信号和振荡信号s不受影响或只在振荡过程开始时以所需的方式方法受到影响和此后彼此独立地是准相位相干的。

当所述的装置具有一个开关装置TGEN以转换有源振荡器SHFO的准相位相干的激励是有利的。这个开关装置TGEN用来将有源振荡器SHFO置于一种状态，从该状态中有源振荡器SHFO在通过辅助载波信号sH进行激励的情况下，以与辅助载波信号sH成准相位相干的方式进行振荡。

为转换激励，无须绝对完全接通和断开振荡。当譬如有源振荡器SHFO可用不同的模式振荡时，在第一种模式还在继续振荡期间，可简单地接通第二种模式。还有，在只采用一种模式时，振荡无须完全断开，而是它通常会出现一个衰减，以致于辅助载波信号sH紧接着进行准相位相干激励就够了。

如果有源振荡器SHFO的激励按照相干时长周期性地重新接通，则准相位相干仍超过一个长的周期。

如果在扩展方案中，有源振荡器SHFO的准相位相干激励周期性地重复，则准相位相干也超过长的周期。这可通过以下方式达到，即开关装置要如此构成，以致于它用一个规定的时钟脉冲速率转换有源振荡器SHFO。

在此，优选时钟周期的时延以譬如相干时长相当于时钟脉冲速率。但是，它也可能是一个快速转换，无须失去在基本信号sH和振荡信号sH之间的准相干。如果另外准相位相干只在一定的时间间隔内是必须的，则时钟时间也可选择比相干时长要长。

如果有源振荡器SHFO的转换周期性地重复，并且有源振荡器SHFO与辅助载波信号sH周期性地以准相位相干方式振荡，则由有源振荡器产生的信号可理解成为辅助载波信号sH的脉冲取样的双倍。在遵循取样理论时，信号完全用其取样值说明。从某种意义上说，有源振荡器的断开时延比接通时延还长并不明显、也即比相干时长要长也不明显。因此，由于相干条件应从内在上遵循取样理论。按照取样理论，在2个取样点之间的相位差必须小于180°。这种条件比准相位相干条件限制性小。因此，从信息技术观点看，所接通的振荡器SHFO的信号s，虽然有开断瞬态过程，但可看作比较信号的复制图，或携带其完整的信息。

有源振荡器SHFO的激励转换相当简单，方式是通过振荡器SHFO本身来转换。相应地所述的装置可具有一个装置TGEN以接通和断开有源振荡器SHFO。每一个装置都适合于接通振荡器，它影响具备或不具备振荡器的振荡条件。这样，譬如在振荡电路中断开增益，改变衰减或时延(相位)或分开回授电路。

有源振荡器SHFO除其基本模式外，也可用准相位相干的方式以一个分谐波振荡模式进行激励。在此，基本信号的基本模式或分谐波模式可用来进行激励。

如果使用所述的装置作为ID-日(ID-Tag)间进行识别或进行通信，则譬如可通过时钟速率实现编码和/或通过一个附加的调制装置、如相位-、频率-或幅度调制器实现，用该附加的调制装置将准相位相干信号在重发之前进行调制。

如已所述的，相干时长取决于基本信号和振荡信号之间的频差。频率一致性越准确，信号相位接近相同时间越长。为增加相干时长，通过此转换装置的时钟速率也可保持很小，优选规定使用的装置适合于将振荡频率自适应地与基本信号和辅助载波信号sH相匹配。

象在下面说明的各个实施例中譬如图1所引用的那样，所述的系统区别于已知以前的反向散射转发器主要在于，已调制的重发的信号s不是简单地无源地反射回，而是有源地以准相位相干方式重新产生和反射回。因此，标准的反向散射转发器的基本原理和改进的实施例以及典型的信号处理方法，可直接应用到现用的装置原理上。但是，在实施时却有几个特点，它特别使优选的装置应用成为可能，如下文所述。

在发端譬如直接将数据Dat_TX调制到相位相干信号上，或将该Dat_TX就在产生振荡器SHFO用的时钟脉冲信号S01时补充到时钟脉冲信号S01内。

在接收机E中，已调制的数据Dat_TX要从所接收的信号e或s中重新解调出来。对此，所接收的信号e譬如通过混频器MIX，在该混频器MIX中消除作为基础的振荡信号的影响。接着，在滤波器BP1的输出信号ZFSig输送到解调器Demod之前，在滤波器BP1中进行带通滤除。在解调器Demod的输出端输出重新构成的数据Dat_RX。

特别优选通信系统的接收站E包括一个所谓的传输混频器TRXMIX，该混频器TRXMIX在日常用语中称之为穿过混频器(Durchblasemischer)。具有穿过混频器TRXMIX的接收站E的一个可能的实施方案示于图2。由振荡器EHFO产生的信号作为辅助载波sH通过传输混频器传输到原来的数据发射站S并且同时用来将已调制的接收信号e与混频器TRXMIX向下混频到基带内。可以看出用一个具有部件耗费很少的传输混频器TRXMIX使优选的方法可转换成数据传输。

图3示出了另一个可能的实施方案，该方案借助在转发器S或TR中的移项控制网络PhMod用可转换的相移实现调制。用移项控制网络PhMod，不仅可使进行准相位相干激励的基本信号进行相位调制，而且也使准相干地产生的信号进行相位调制。在这种情况下，时钟脉冲发生器TGEN的原则上有条件地必要的时钟脉冲0/1的调制由相位调制叠加。

在许多应用情况中，执行作为接收机E用的基站和/或执行作为收发信机TC的转发器TR和发射机S、也即如此在两个方向上的站之间可传输数据是有益的。图4示出了一个有利的改进实施方案。

所述的装置譬如由连接在混频器TRXMIX上的天线组成。混频器TRXMIX接收振荡器HFO的基本信号。振荡器还具有用于由时钟脉冲发生器TGEN输送给触发脉冲信号或触发信号0/1的输入端。此外，混频器TRXMIX具有一个输出端，从该输出端输出一个通过天线接收的和向下混频的信号，譬如作为第一个信号通向带通滤波器BP1。另一方面，该带通滤波器BP1的输出信号ZFSig被输送给一个解调器Demod，该解调器Demod在其输出端提供一个重新构成的数据Dat。这个数据可直接输出或优选继续处理被输进给微处理器μP。

微处理器μP可借助所接收到的数据或也从本身起消除产生振荡信号出现的影响，譬如通过连接到时钟脉冲发生器TGEN上。也可能通过微处理器μP、时钟脉冲发生器TGEN、振荡器HFO或一个串接在混频器TRXMIX前的相位调制器，输送所要发射的数据。

如果振荡器HFO不通过时钟脉冲发生器TGEN调制，以致于它产生一个连续的相同形状的正弦信号，则所示的站TC作为接收机E用。如果振荡器HFO通过时钟脉冲发生器以其准相位相干的激励和其幅度、相位和/或频率进行调制，则所示的站TC作为发射机S使用。优选这样一个收发信机TC包括处理器μP，该处理器μP或者用来产生数据流或者分析所接收的数据Dat。

原则上所有的调制方式，尽管它们在通常的无源反向散射转发器中使用过，但在现用的系统中也可使用。但是，从原理上来说特别优选一个调频的幅度调制，其中为对数字符号编码只变化开关周期的频率。然后，时钟脉冲发生器TGEN譬如采用数字“0”表示产生第一开关频率Freg1，并且采用数字“1”表示产生第二开关频率Freg2。除这种二进制FSK编码(频移键控)外，当然还可使用具有超过2个频率级的多级编码方法。也可在脉冲长度或间隔长度不变时使用脉冲间隔比的变化进行调制。基本上所有就本身而言已知的调频方法都可使用。

图5和6从原理上基本上已知执行FSK解调，该FSK解调却优选被用在这种类型的装置中。

在图5中解调器Demod具有一个无噪声的输入放大器LNA，信号ZFSig′由譬如混频器或带通滤波器输送给该输入放大器LNA。在其中预处理的信号不仅直接输送给一个相位比较器或鉴相器PHKomp而且输送给一个鉴频器DISC。鉴频器DISC的输出信号输送到鉴相器PHKomp的另一个输入端。其输出端信号在譬如通过一个低通滤波器TP以后作为数据流Dat从解调器Demod中输出。在此，鉴频器DISC用来以一个与频率有关的相移加到信号ZFSig′上(ZF：中频)。然后，通过相位比较譬如在混频器中、特别是在鉴相器PHKomp中，可将频率调制转化成相应的输出电压。还有进行频率解调的PLL电路或其它的频率比较装置都可应用在此所述的方法。

在图6中ZF信号ZFSig′譬如通过2个不同的带通滤波器/检测器链进行传输。这两个链譬如分别由一个带通滤波器BP1、一个检波器G1或G2和一个低通滤波器TP1或TP2组成。这两个链的输出信号不仅输送给一个加法器SUM而且输送给一个差分放大器DIFF。按照调制频率或者一个滤除的信号或者其它滤除的信号都具有一个较大的幅度，这譬如可通过差分放大器DIFF用一个串接的比较器SK检测。比较器SK输出重新构成的数据Dat。由两个滤波器分路组成的信号的和对信号电平SP来说是一个量度。

在此处应指出，现用的数据传输的方法和突出地具有距离测量的转发器系统的现用的装置都可采用和合并。这种转发器系统譬如在未公开的专利申请DE 101 55 251“进行距离测量的转发器系统和方法”中已经说明了，该专利申请全面地涉及到了。

图7示出了在这种类型的距离测量转发器系统中为扩展功能所作的必要的补充。代替固定频率振荡器，在这里使用一个根据频率变化的振荡器HFVCO，用该振荡器HFVCO产生适合于距离测量的调频信号。然后，在如前所示优选的用作为传输混频器的接收混频器TRXMIX的后面，ZF信号优选划分成2个分路径。在上面所示的第一解调器路径从带通滤波器起通向解调器Demod，并且用来接收或重新构成数据。在下面的第二路径作为测量路径通向测量装置Meas，在该测量装置Meas中ZF信号为测量距离的目的是可选的。

在此，相应的方法以确定基站E和至少一个转发器(TR；S)之间的距离为基础，其中由基站E发射一个基站振荡器HFVCO的信号sH或s_tx(t)，在转发器中以由基站接收的信号sH或e_rxt(t)为基础借助进行振荡的振荡器(SHFO)产生和发射一个对此进行的相位相干的信号(s或s_osz(t))，在基站中根据由转发器接收到的相位相干的信号(e或s_rx(t))确定距离，并且为产生相位相干的信号用所接收到的信号以准相位相干的方式激励振荡器。此外当前还有一个被混频入或调制到转发器TR或发射机S的数据信号或数据。

用于确定基站E和至少一个转发器(TR；S)之间的距离的一个相应的距离确定系统有如下特征，即转发器中的振荡器用所接收到的信号进行激励以产生一个准相位相干的信号，此外将数据调制到这个信号上，其中所述的基站E具有进行振荡的信号源HFVCO以产生一个信号，并且具有一个发射装置以发射信号，其中所述的转发器具有一个接收装置以接收基站的信号、具有一个振荡器以产生一个对此进行相位相干的信号和具有一个发射装置以发射相位相干的信号，其中基站(BS)此外还具有一个接收装置以接收转发器来的相位相干的信号和具有一个距离确定装置(TRXMIX，Demod)以确定基站E和转发器(TR；S)之间的距离。

确定转发器(TR；S)的距离的基站E具有一个距离确定装置(RXMIX、BP1、Meas、Demod)，或者给这样一个装置提供信号，其中基站E具有一个混频器TRXMIX以便将由转发器(TR；S)接收到的准相位相干信号和瞬间的振荡信号或发射信号混频成一个混频信号。

距离确定装置TRXMIX、BP1、Demod、Meas优选构成为用下列公式形成的这样的混频信号ZFSig′或(s_mix(t))，

s_mix(t)＝cos(t·ω_sw+τ·(ω_C+ω_SW))其中ω_C为基站振荡器HFVCO的中频，ω_SW为基站E的发射信号SH或基站E的s_tx(t)的调制频率，t为间隔0-Ts中的时间，并且τ为信号通过基站E和转发器(TR；S)之间的距离的时延。

距离确定装置TRXMIX、BP1、Demod、Meas优选具有一个解调装置Demod以在接通和断开测量之间，减少和消除混频信号s_mix(t)按照间隔(0-Ts)产生的电压的时间变化，以在基站E中产生测量信号s_mess(t)。

距离确定装置TRXMIX、BP1、Demod、Meas优选还具有一个解调装置Demod以将混频信号s_mix(t)向下混频、特别是用一个接近或相等于时钟频率f_mk的频率向下混频到一个明显地比时钟频率f_mk小的频率上，以在转发器(TR)中周期性地接通和断开振荡器HFVCO，并且接着滤出高频部分以产生测量信号s_mess(t)。

此外，构成距离确定装置TRXMIX、BP1、Demod、Meas，以调制基站E的发射信号s_tx(t)的调制频率ω_SW，特别是按照以下公式调制，

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sw}}=\frac{2\·\mathrm{\π}\·B\·t}{T}$

T为时延，超过该时延T频率与带宽B不协调。

构成距离确定装置TRXMIX、BP1、Demod、Meas也可通过以下公式形成重新构成的FMCW测量信号s_messfmcw(t)。

$s_{\mathrm{mes}{s}_{\mathrm{fmcw}}}\left(t\right)=\cos ({\mathrm{\ω}}_c\·\mathrm{\τ}+\frac{2\·\mathrm{\π}\·B\·t\·\mathrm{\τ}}{T}+\frac{\mathrm{\π}\·B\·t\·T_s}{T})\·\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}\·B\·t\·T_s}{T}\right)}{\left(\frac{\mathrm{\π}\·B\·t}{T}\right)}$

此外，构成距离确定装置TRXMIX、BP1、Demod、Meas以从测量频率f_mess中确定距离，该测量频率f_mess相当于标准的、移动一个频率部分Δb＝B*Ts/(2T)的FMCW的测量频率(连续波调频)。

距离确定装置TRXMIX、BP1、Demod、Meas也可被调整以在频率范围内进行幅度加权的测量信号s_messfmcw(t)的傅立叶变换，以致于至少一种形成的矩形功能的左右边带的边缘可确定基站E和转发器(TR；S)之间的距离。

确定其到一个基站E的距离的转发器(TR；S)按照其目的具有一个信号产生装置以用一个有源相位相干激励的振荡器(SHFO)产生由转发器接收信号sH或e_rxt(t)＝s_tx(t-τ/2)组成的振荡信号S或s_osz(t)，并且具有一个开关装置(TGEN)以周期性地接通和断开振荡器，特别是按照下列公式产生振荡信号，

$s_{\mathrm{rx}}\left(t\right)=s_{\mathrm{osz}}(t-\frac{\mathrm{\τ}}{2})=\sin ({\mathrm{\ω}}_{\mathrm{osz}}\·t-({\mathrm{\ω}}_c+{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{sw}})\·\mathrm{\τ}+{\mathrm{\φ}}_o)$

其中ω_C为基站E的振荡器HFVCO的中频，ω_SW为基站E的发射信号s_tx(t)的调制频率，t为时间，τ为信号通过基站E和转发器(TR；S)之间的距离的时延，Φ₀为任意的相位偏移。

在这样一个距离确定系统中，附加使用一种在转发器(TR；S)中接通和断开振荡器(SHFO)的调制，以传输从转发器到基站E的附加信息或数据，正如这在前面已就各种实施例所描述的那样。

当在基站中距离确定装置具有一个混频器TRXMIX以将由转发器接收到的准相位相干信号和瞬间的发射信号混频成一个混频信号时，则形成一个测量信号，该测量信号具有至少2个频谱成分，其频率间隔或相位间隔都是从基站到转发器的距离的量度，其中这个量度与转发器中振荡器的接通断开频率无关。

进行调制或失调的基站发射信号的调制频率最终会形成一个具有频谱成分的测量信号，该频谱成分用幅度加权的余弦函数表达。优选通过一个适合所述的转发器的频移，测量小的距离向下直到值为0也是可能的。此外在频率范围内还可能进行幅度加权的测量信号的傅立叶变化形成具有矩形包络线的谱线(边带)，其中外边的左右边带位于调制频率最近的边缘可确定基站和转发器之间的距离。

通过以下方式，即接通和断开转发器中的振荡器的调制频率不急于在基站中分析计算距离，可使用它传输从转发器到基站的附加信息或数据。

在前面所述的应用中，一般情况下，当高频模块和特别是转发器TR在结构上尽可能地小和紧凑时，才是很有利的。在转发器TR通常由人随身携带的入口系统或计数系统中，譬如转发器TR的结构大小譬如以钥匙形状或数字/进入卡形状，都是确定携带方便性的关键所在。

通常，由有机材料、譬如基于特氟隆-或环氧化物形成的印刷电路板上构成高频模块。特别是在低的HF频率时、譬如1GHz-10GHz时，鉴于在波长和这种材料构成的结构大小之间的耦合，希望结构尺寸小满足起来只是很受限制。一种替代方案是采用薄膜陶瓷电路，但其制造很昂贵的。

因此，不仅转发器TR，而且基站BS特别优选作为LTCC(低温烧结陶瓷)模块或在使用LTCC模块的情况下进行变换。在LTCC基上的高频结构一方面由于LTCC有相当大的介电常数，可是另一方面也由于此都是紧凑的，因为有可能按多层技术实现制造电路。LTCC的制造成本低廉。此外，LTCC模块适合大规模制造安装。

由于完整的HF电路或标准的分部件完全集成在一个LTCC模块中，所以这种集成的LTCC模块象标准的SMT元件(表面安装技术)那样配备在廉价的标准的印刷电路板上，该印刷电路板在其一侧不是绝对适合HF的。当然，也有可能合并该技术，和在由有机材料构成的印刷电路板上安装明显小的LTCC分模块。

具有LTCC-HF模块的优选的转发器TR示于图8。在LTCC模块LM中，譬如集成有一个高频振荡器HFO、一个带通滤波器BP1以滤除干扰的调制分量，该调制分量由振荡器HFO转换(通/断)连同一个时钟脉冲发生器TGEN的时钟形成，并且集成有一个高频分频器或计数器CNT。振荡器HFO通过将向下分频的时钟脉冲或计数器状态输送给的调谐电路调节到其目标频率，象这譬如在图7实施方案中是常见的那样。从LTCC模块LM中，直到端接的天线，只有数字的、优选低频的信号通向外面，以致于这个模块LM可毫无问题地和廉价地集成在剩余的电路上。

在图8中以方框图形式示出了LTCC模块的可能的结构。在此，HF电路由多个层或Hf层组成。LTCC基片的上端配备一个不集成在内层的元件、譬如首先是半导体的部件。作为装配技术特别提供了本身已知的SMT装配(表面安装技术)或倒装法装配。LTCC模块LM本身譬如可用所谓的球栅或固定栅技术BG/LG安装在标准的印刷电路板上。

Claims (12)

1、一种装置，特别是有源反向散射转发器，用以产生基于基本信号(sH)的振荡信号s具有

-一个振荡器(SHFO)以通过振荡进行振荡信号(s)的有源构成，

-一个用于基本信号(sH)的输入端(ANTs)和

-一个用于所产生的振荡信号(s)的输出端(ANTs)，

-其中使振荡器(SHFO)借助控制信号(S01，0/1)可准相位相干地进行激励，并且该振荡器通过基本信号(sH)为产生振荡信号(s)可与基本信号(sH)准相位相干地进行激励，

其特征在于，

-一个数据插入装置(TGEN；SHFO；PhMod)，构成它以在产生振荡信号(s)时或后，将数据或一个数据信号(Dat_TX)插入振荡信号(s)。

2、按照权利要求1所述的装置，其中

数据插入装置是一个构成以产生振荡器准相位相干地激励的时钟脉冲发生器(TGEN)，其中其时钟脉冲信号(S01 0/1)从数据(Dat_TX)导出。

3、按照权利要求1所述的装置，其中

数据插入装置是一个相位控制装置(PhMod)，它借助可开关的相移将数据(Dat_TX)调制到振荡信号(s)上。

4、一种装置，特别是接收机(E)，以接收和处理接收信号(e)，该接收信号(e)是作为信号(s)由权利要求1-3之一所述的装置产生和发射的，利用

-一个分离装置(MIX；TRXMIX)以借助这一端的振荡器(EHFO；HFO；HFVCO)的基本信号从准相位相干的接收信号(e)中除去振荡器(SHFO)的信号部分，

其特征在于，

-一个数据恢复装置(Demod)以恢复插入的数据(Dat_TX)。

5、按照权利要求4所述的装置，具有一个传输混频器(TRXMIX)，该传输混频器(TRXMIX)具有

-一个输入端以加上由振荡器(EHFO)产生的信号，

-一个输出端以作为基本信号(sH)输出这个信号穿过传输混频器，并且将该基本信号(sH)传输到原来的数据发射站(S；TR)，

-一个输入端以加上接收信号(e)，并且

-一个输出端以输出向下混频的接收信号(ZFSig；ZFSig′)，其中特别是输出基本信号(sH)的输出端和接收信号(e)的输入端重合。

6、按照上述权利要求之一所述的装置、特别是收发信机(TC)具有

-一个振荡器(HFO)以产生一个振荡信号，

-一个时钟脉冲发生器(TGEN)以激励振荡器(HFO)，

-一个混频器(TRXMIX)具有一个用于加上振荡器(HFO)的振荡信号的输入端，

-至少一个接口(ANT)以发射和/或接收信号(sH、e、s)，其中接口与混频器(TRXMIX)连接，

-至少一个混频器(TRXMIX)的输出端以输出通过接口(ANT)接收到的和用振荡的信号向下混频的信号(ZFSig)，

-一个与混频器(TRXMIX)连接的信号-和数据处理设备(μP；TGEN)以有选择地

-或作为数据插入装置(TGEN；SHFO；PhMod)将接收到的基本信号(sH)加在振荡器(HFO)上和将数据或数据信号(Dat)插入振荡信号(s)中，用于接着通过接口(ANT)输出，

-或作为数据恢复装置(Demod、μP)从通过接口(ANT)接收到的和通过混频器(TRXMIX)向下混频的信号(e)中恢复被插入的数据(Dat_TX)。

7、按照权利要求4-6之一所述的装置的解调器(Demod)具有

一个鉴相器(PHKomp)和一个鉴频器(DISC)以加上具有与频率相关的相移的信号，将来自混频器的接收信号(ZFSig′)输送给这两个装置，其中鉴频器(DISC)的输出信号输送给鉴相器(PHKomp)的另一个输入端，其输出端则输出已恢复的数据(Dat)。

8、按照权利要求4-6之一所述的装置的解调器(Demod)具有

至少一个进行频率解调的相位耦合的锁相环PLL电路。

9、按照权利要求4-6之一所述的装置的解调器(Demod)具有

至少2个不同的带通滤波器/检测器链(BP1、G1、TP1或BP2、G2、TP2)，其输出端不仅紧靠一个加法器(SUM)以输出信号电平(SP)的量度，而且紧靠一个具有串接的比较器(SK)的差分放大器(DIFF)以输出重新构成的数据(Dat)。

10、按照上述权利要求之一所述的转发器系统，它各具有至少一个发射机和至少一个接收机(E)，借助一个从接收机(E)到发射机(S；TR)发射的基本信号(sH)和一个从发射机到接收机(E)向回发送的和与基本信号(sH)准相位相干的信号(s)，以确定发射机和接收机(E)之间的距离，其中相应地在发射机或接收机之间提供了

-一个数据插入装置(TGEN；SHFO；PhMod)，构成它以将数据或一个数据信号(Dat_TX)插入相应地需发射的振荡信号(s)，和/或

-一个数据恢复装置(Demod)以恢复插入接收信号的数据(Dat_TX)。

11、按照权利要求10所述的接收机，具有

-一个解调器(Demod)以恢复原数据(Dat)，

-一个测量装置(Meas)以确定发射机和接收机之间的距离，

-一个振荡器，该振荡器是一个可按照频率变化的振荡器(HFVCO)，用该振荡器可产生适合距离测量的调频信号，并且

-一个接收混频器(TRXMIX)，配置该混频器(TRXMIX)以用振荡器(HFVCO)的信号混频接收到的信号(e)，并且有一个输出端以输出由此合成的信号(ZFSig)，其中输出端与解调器(Demod)和测量装置(Meas)连接。

12、传输数据的方法，特别是用按照上述权利要求之一所述的装置传输数据的方法，其中

-产生基于基本信号(sH)的振荡信号(s)，

-通过基本信号(sH)以与基本信号(sH)进行准相位相干的方式激励振荡器(SHFO)，

-根据激励使振荡器(SHFO)振荡，并且振荡器(SHFO)通过振荡有源地产生一个需发射的振荡信号(s)，

-其中给需发射的和准相位相干的振荡信号在其产生时或在其产生后，插入数据或一个数据信号(Dat_TX)。

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