專利名稱：用于獲得參數(shù)的系統(tǒng),站點,裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種詢問系統(tǒng)，其包括站點用于通過詢問無源裝置來獲得無源裝置的參數(shù)。
本發(fā)明還涉及用于這種詢問系統(tǒng)中的站點和裝置。
本發(fā)明還涉及一種獲得無源裝置的參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
這種詢問系統(tǒng)可從1996年秋季貝爾實驗室技術(shù)期刊中第210頁中標(biāo)記為“Panel 2.First use of modulated backscatter”的文獻(xiàn)中得知，該章節(jié)是1996年秋季貝爾實驗室技術(shù)期刊中第203-215頁的題為“A Low-Cost Radio for an E1ectronic Price LabelSystem”的文章的一部分。
該部分描述了一種用于竊聽美國駐莫斯科大使館的無線系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，站點發(fā)送一個具有330MHz頻率的無線電波到無源裝置，該無源裝置具有在該頻率產(chǎn)生共振的空腔諧振器。裝置的聲學(xué)振膜產(chǎn)生一個調(diào)制的反向散射信號，其攜帶有大使的聲音。
現(xiàn)有的詢問系統(tǒng)的缺點是其對于其它具有相同頻率的無線電頻率源的干擾非常敏感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在開篇中所描述的系統(tǒng)，其對于其它無線電頻率源的干擾不那么敏感。
這個目的如下來實現(xiàn)，一個站點包括用于傳輸電磁脈沖的傳輸裝置；用于接收來自無源裝置的電磁脈沖的調(diào)制超寬頻反射波的接收裝置；用于解調(diào)反射波并獲得參數(shù)的解調(diào)裝置，該解調(diào)裝置連接到接收裝置，并由此將無源裝置配置為傳輸調(diào)制超寬頻反射波到站點，無源裝置包括一個空腔用于根據(jù)參數(shù)來調(diào)制反射波，該空腔具有物理特性，該物理特性取決于參數(shù)。
由于電磁脈沖的調(diào)制超寬頻反射波在很多頻率上傳播其能量，該系統(tǒng)對于來自其它無線電頻率源的干擾比較不那么敏感。另一個優(yōu)點是無源裝置可較小，尤其是當(dāng)使用較高的頻率時。還有一個優(yōu)點是該系統(tǒng)可包括若干個無源裝置被同時詢問，而不需要定向天線來發(fā)射電磁脈沖。
傳輸?shù)拿}沖具有超寬頻的無線電頻率，但是其也可以是一個光束。該脈沖典型的持續(xù)時間是在毫微秒的等級，獲得具有上限和下限的頻率范圍內(nèi)的頻譜能量密度。下限在GHz到THz的范圍，上限在幾十GHz到幾百THz。
空腔實際上具有規(guī)則物體的形狀，例如，球體、半球體、圓柱體或多面體?？涨豢梢允情_放或封閉的。空腔的物理特性可以是它的一個或多個尺寸(dimensions)，但也可以是其它特性，例如填充在空腔中或圍繞在空腔周圍的介質(zhì)的特性，例如表面?zhèn)鲗?dǎo)率或磁感系數(shù)。空腔具有至少一個共振頻率是根據(jù)該特性調(diào)制的?？涨豢梢允荈abry-Perot空腔，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的。
解調(diào)裝置處理所接收的調(diào)制反射波。解調(diào)裝置可以基于具有分支的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中每個分支具有一個振蕩器、一個混頻器和一個相關(guān)器。每個分支都致力于處理空腔共振頻率周圍的頻率范圍。一個基帶處理器可處理來自分支的輸出信號來獲得參數(shù)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，這篇文章還公開了一種代替零售商的紙價簽的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有若干個電子價格標(biāo)簽，以及一個站點來提供具有價格信息的價格標(biāo)簽。價格標(biāo)簽具有一個顯示器用來顯示所提供的價格信息，以及電池用來向其電子線路和顯示器提供能量。該系統(tǒng)解決的問題是，可無線地將價格信息分配到價格標(biāo)簽。該系統(tǒng)包括有源的、電池供電的價格標(biāo)簽，其具有較高的復(fù)雜性和較高的成本。
有利的，無源裝置具有一個身份，無源裝置被進一步配置為根據(jù)該身份來調(diào)制反射波，解調(diào)裝置被進一步配置為從反射波獲得該身份。該系統(tǒng)可包括若干個裝置，其中站點可無線地識別每個裝置，因為裝置通過調(diào)制反射波來展示其身份。裝置的身份可以是，例如它的引起一個或多個特定頻譜成分被反射的一個或多個尺寸。裝置的尺寸賦予其超寬帶的指紋。當(dāng)裝置具有足夠復(fù)雜的形狀時，該裝置可作為一個具有獨特身份的密鑰。形狀可包括曲徑、蜂巢、格子、螺旋、迷陣、迷宮或通信結(jié)構(gòu)，或者是其中若干個的組合。
有利的，空腔具有物理輪廓尺寸，參數(shù)由至少兩個物理輪廓尺寸的比例確定。這可降低詢問機對來自環(huán)境的干擾的靈敏度。一個例子是裝置的尺寸通常會隨溫度改變。通過將參數(shù)確定為空腔的兩個適當(dāng)?shù)奈锢磔喞叽绲谋壤?，溫度的影響會減小。這也可用于身份，可改善對裝置的識別。
有利的，解調(diào)裝置包括頻譜成分分析裝置，用于獲得反射波的頻譜成分，該頻譜成分分析裝置連接到接收裝置。頻譜成分分析裝置包括一個相關(guān)器和一個積分器。這提供了比較簡單的解調(diào)裝置。
有利的，頻譜成分分析裝置包括-A/D轉(zhuǎn)換器，用于將所接收的反射波轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該A/D轉(zhuǎn)換器連接到接收裝置，以及-傅立葉變換器，用于對數(shù)字信號執(zhí)行傅立葉變換。
這可優(yōu)化解調(diào)裝置，因為其允許處理器在很多分支上操作，減少了每個分支都要具備完整解調(diào)器的需要。另一個優(yōu)點是簡化了對分支信號的集合的處理。
有利的，解調(diào)裝置包括空腔的復(fù)制品。這種方法可提供比較簡單的解調(diào)器。復(fù)制品不由參數(shù)調(diào)制。反射波被導(dǎo)入復(fù)制品?；谒儐柕膮?shù)，復(fù)制品將響應(yīng)于反射波的激勵而產(chǎn)生共振。檢測一個共振腔是比較簡單的。解調(diào)裝置還可包括其它復(fù)制品，每個都具有另一個其它的參數(shù)，并且由空腔的固定偏差來調(diào)制。
有利的，電磁脈沖包括一個光束，以及無源裝置包括一個非線性光學(xué)單元，用于將光束轉(zhuǎn)換成超寬頻反射波。光束可以以較小的衰減在站點和裝置之間的介質(zhì)中傳播。因此，較多的能量可到達(dá)裝置。非線性光學(xué)單元將能量轉(zhuǎn)換成超寬頻反射波。光束在其中具有較小衰減的介質(zhì)的一個例子是人體。光束可從激光器發(fā)出。激光器可提供波長在700到1500毫微米范圍內(nèi)的近于微微秒的紅外脈沖。無源裝置可以像光電導(dǎo)THz天線那樣工作，其由半絕緣材料比如GaAs制成，被層疊為非對稱的金屬層-絕緣層-金屬層二極管。由于非對稱性，當(dāng)光學(xué)紅外脈沖打擊在其上時，其釋放內(nèi)在的電勢。近于微微秒的電子脈沖由空腔結(jié)構(gòu)過濾。非線性光學(xué)單元可包括LiTaO3，在其中光學(xué)整流產(chǎn)生一個脈沖THz束。這是已知的切倫科夫整流?；蛘?，無源裝置可包括在一端具有內(nèi)在表面電場的Si。由于Fran-Keldysh效應(yīng)，光學(xué)整流接近于表面產(chǎn)生。又或者，無源裝置可包括pn連接、光子學(xué)能帶間隙結(jié)構(gòu)(photonic band gap structure)或者光子學(xué)晶體。


該詢問系統(tǒng)的以上和其它方面將參考附圖進行進一步的闡明和描述。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的詢問系統(tǒng)的方框圖。
具體實施例方式
在圖1中，示意性地表示了包括站點101和無源裝置102的詢問系統(tǒng)100。無源裝置102具有參數(shù)103。參數(shù)103可以是例如，位置、方向、角度、溫度、氣壓、液壓、液流、聲壓、壓力、加速度、重力、濕度和光強度。站點101和無源裝置102都可以是便攜的、移動的或固定的。站點101可向無源裝置102詢問參數(shù)103。該詢問是由站點101傳輸電磁脈沖105而發(fā)出。電磁脈沖105可具有寬的頻譜，但或者也可具有比較窄的頻譜。站點101包括傳輸裝置104來傳輸電磁脈沖105。電磁脈沖105通過介質(zhì)傳播到無源裝置102。站點101包括接收裝置106用于從無源裝置102接收電磁脈沖105的調(diào)制超寬頻反射波107。這將在以下詳細(xì)描述。站點101包括解調(diào)裝置108用于解調(diào)反射波并獲得參數(shù)103。解調(diào)裝置108可基于已知的解調(diào)原理并且連接到接收裝置106。
超寬帶可被定義為具有頻譜能量密度的信號的特性。頻譜能量密度在中心頻率具有最大值。頻譜能量密度在大于中心頻率的上限頻率和小于峰值頻率的下限頻率都減小為最大值的一部分。
在對超寬帶定義的一個例子中，如果上限頻率和下限頻率之間的差值超過了某一個頻率界限，則信號具有該特性。在一種典型的定義中，該部分等于-10dB，以及該頻率界限等于0.5GHz。
在對超寬帶定義的一個例子中，如果上限頻率和下限頻率之間的差值被中心頻率劃分超過了一個比例，則信號具有該特性。在一種典型的定義中，該部分等于-10dB，以及該比例等于0.25。
電磁脈沖105落在具有空腔109的無源裝置102上?？涨?09具有物理特性110，其取決于參數(shù)103。物理特性可以是空腔的一個或多個輪廓尺寸、電場、磁通量、磁感系數(shù)、電介質(zhì)常數(shù)、極化或者原子晶格。無源裝置102反射電磁脈沖105的一部分能量。反射波取決于無源裝置102和空腔109的形狀、幾何結(jié)構(gòu)和材料。因為空腔109對于參數(shù)103的依賴，反射波也取決于參數(shù)103。換句話說，空腔109根據(jù)參數(shù)103來調(diào)制反射波。另外，反射波也可取決于其它的因素。無源裝置102將調(diào)制超寬帶反射波107反射到站點101。
球體的無源裝置102可減小對進入的電磁脈沖105的角度依賴。標(biāo)志性的是Mie散射，具有電介質(zhì)的球體。這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的?；蛘邿o源裝置102可以是電介質(zhì)的桿、金屬殼、由半球體空腔支持的隙縫天線或者反射懸臂的陣列。對于在THz范圍內(nèi)具有頻譜成分的電磁脈沖105，無源裝置102可小于毫米。無源裝置102可通過MEMS技術(shù)的方式制造。
詢問可無線和遙控地發(fā)生，因為站點101和無源裝置102只需要由適于電磁脈沖105和調(diào)制超寬帶反射波107傳播的介質(zhì)連接。由于裝置是無源的，其也是比較便宜的。
具有空腔諧振器結(jié)構(gòu)的無源裝置102在一個單獨的物理元件上提供天線和傳感的功能。目的是簡化無源裝置102的結(jié)構(gòu)，來使其適用于低成本和低功率。在一個擁擠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，表現(xiàn)單一共振特性的無源裝置在沒有大規(guī)模的多存取通信(MAC)協(xié)議的情況下是不能被唯一地尋址的。具有單一共振的無源裝置將需要大規(guī)模的具有其它元件的電子設(shè)備，這會提高成本和功率消耗。因此，可應(yīng)用具有不同共振或許多共振的無源空腔結(jié)構(gòu)，每個裝置具有獨特的頻譜特征。這些特征仍然包括在一個單獨元件的無源裝置中。為了有效并同時對這些裝置尋址，站點101可用超寬帶電磁脈沖105來探測無源裝置102。無源裝置102通過從頻譜上使用碼分多址(CDMA)的原理，使用它們獨特的共振特征進行通信。因為超寬帶脈沖具有寬頻會聚，所以無源裝置102的所有CDMA元件都能同時被探測到。
因為無源空腔109的主要共振是被來自環(huán)境的所感應(yīng)的參數(shù)103干擾，所以來自裝置102的反射信號107中關(guān)于時間的調(diào)制部分將感應(yīng)的信息攜帶回站點101以及攜帶回主網(wǎng)絡(luò)來協(xié)助提供環(huán)境情報的功能。站點101可連接到傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，比如以太網(wǎng)或WiFi，其提供裝置用于對數(shù)據(jù)和信號進行處理和通信。
一個例子是空腔109的邊界根據(jù)參數(shù)改變其位置，從而在空腔的幾何結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生改變。
無源裝置102可具有身份111。無源裝置102還可配置為根據(jù)身份111來調(diào)制反射波。這可為站點101有效地提供無源裝置102的標(biāo)記。該系統(tǒng)可包括至少一個具有其它身份111和其它參數(shù)103的其它無源裝置102。站點101可實際上同時詢問無源裝置102和至少一個其它無源裝置102。站點101可用一個單獨的電磁脈沖105向兩個裝置詢問它們各自的參數(shù)103。解調(diào)裝置108可進一步配置為從反射波獲得身份111。
一個單獨的詢問系統(tǒng)100可包括比較大量的無源裝置。由于無源裝置比較便宜，則甚至當(dāng)系統(tǒng)包括例如數(shù)千個無源裝置時，詢問系統(tǒng)100還是比較便宜。站點101和每個無源裝置之間的無線連接避免了有線連接的花費。這在無源裝置關(guān)于站點101在移動時也是有利的。
空腔109可具有物理輪廓尺寸112。參數(shù)103可由至少兩個物理輪廓尺寸112的比例所確定。除了參數(shù)103，身份111也能由至少兩個物理輪廓尺寸112的比例來確定。使用比例可減少詢問系統(tǒng)100對偽效應(yīng)的靈敏度。
解調(diào)裝置108可包括頻譜成分分析裝置113用于獲得反射波的頻譜成分。頻譜成分分析裝置113連接到接收裝置106。
頻譜成分分析裝置113可包括一個A/D轉(zhuǎn)換器115和一個傅立葉變換器117。A/D轉(zhuǎn)換器115將所接收的反射波轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器115連接到接收裝置106。傅立葉變換器117對數(shù)字信號執(zhí)行傅立葉變換。
解調(diào)裝置108可包括空腔109的復(fù)制品118。復(fù)制品可提供比較簡單的解調(diào)裝置108。復(fù)制品118還可增加解調(diào)裝置108檢測參數(shù)103的變化的靈敏度。
電磁脈沖105可包括一個光束119。無源裝置102可包括一個非線性光學(xué)單元120，用于將光束119轉(zhuǎn)換成超寬帶反射波。
詢問系統(tǒng)100還可包括用于其它已知調(diào)制技術(shù)的裝置。
應(yīng)當(dāng)注意的是上述實施例是示意性的，并不限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求范圍的情況下可設(shè)計出很多等同實施例。在權(quán)利要求中，任何括號中的附圖標(biāo)記不能解釋為對權(quán)利要求的限制。詞語“包括”的使用以及其結(jié)合并不排除權(quán)利要求中所述的之外的元件或步驟的存在。元件前的詞語“一個”的使用并不排除存在若干個這樣的元件。本發(fā)明可通過包括多個不同元件的硬件的方式、也可通過適當(dāng)程序化的計算機的方式來實現(xiàn)。在裝置權(quán)利要求中列舉了多個裝置，這些裝置中的多個可由同一個硬件來實施。某些方法在相互不同的從屬權(quán)利要求中被引用的事實并不意味著這些方法不能被優(yōu)化地結(jié)合使用。
權(quán)利要求
1.一種詢問系統(tǒng)(100)包括-一個站點(101)，用于通過詢問無源裝置(102)獲得無源裝置(102)的參數(shù)(103)，該站點(101)包括-發(fā)送裝置(104)，用于發(fā)送電磁脈沖(105)；-接收裝置(106)，用于接收來自無源裝置(102)的電磁脈沖(105)的調(diào)制超寬帶反射(107)；-解調(diào)裝置(108)，用于解調(diào)反射并獲得參數(shù)(103)，該解調(diào)裝置(108)耦合到接收裝置(106)，并且-無源裝置(102)用于將調(diào)制超寬帶反射(107)發(fā)送到站點(101)，無源裝置(102)包括一個空腔(109)，用于根據(jù)參數(shù)(103)調(diào)制反射波(107)，該空腔(109)具有物理特性(110)，該物理特性(110)取決于參數(shù)(103)。
2.如權(quán)利要求1所述的詢問系統(tǒng)(100)，其特征在于該無源裝置(102)具有一個身份(111)，該無源裝置(102)被進一步配置為，根據(jù)身份(111)來調(diào)制反射，解調(diào)裝置(108)被進一步配置為從反射獲得身份(111)。
3.如權(quán)利要求1所述的詢問系統(tǒng)(100)，其特征在于空腔(109)具有物理尺寸(112)，參數(shù)是由至少兩個物理尺寸(112)的比例確定的。
4.如權(quán)利要求1所述的詢問系統(tǒng)(100)，其特征在于解調(diào)裝置(108)包括頻譜成分分析裝置(113)，用于獲得反射波(107)的頻譜成分，該頻譜成分分析裝置(113)耦合到接收裝置(106)。
5.如權(quán)利要求4所述的詢問系統(tǒng)(100)，其特征在于頻譜成分分析裝置(113)包括-A/D轉(zhuǎn)換器(115)，用于將所接收的反射波轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該A/D轉(zhuǎn)換器(115)耦合到接收裝置(106)，以及-傅立葉變換器(117，)用于對數(shù)字信號執(zhí)行傅立葉變換。
6.如權(quán)利要求1所述的詢問系統(tǒng)(100)，其特征在于，解調(diào)裝置(108)包括空腔(109)的一個復(fù)制品(118)。
7.如權(quán)利要求1所述的詢問系統(tǒng)(100)，其特征在于電磁脈沖(105)包括一個光束(119)，以及無源裝置(102)包括一個非線性光學(xué)單元(120)，用于將光束(119)轉(zhuǎn)換成超寬帶反射波(107)。
8.一種可用于權(quán)利要求1-7所述的詢問系統(tǒng)(100)中的站點(101)。
9.一種可用于權(quán)利要求1-7所述的詢問系統(tǒng)(100)中的無源裝置(102)。
10.一種通過詢問無源裝置(102)而獲得具有物理特性(110)的空腔(109)的無源裝置(102)的參數(shù)(103)的方法，該方法包括下列步驟-發(fā)送一個電磁脈沖(105)到無源裝置(102)；接收電磁脈沖(105)的調(diào)制超寬帶反射波(107)，其是根據(jù)由參數(shù)(103)所影響的物理特性(110)被空腔(109)調(diào)制的；解調(diào)所接收的調(diào)制超寬帶反射波(107)；并且-獲得參數(shù)(103)。
全文摘要
在具有站點(101)和無源裝置(102)的詢問系統(tǒng)(100)中，站點(101)通過傳輸一個電磁脈沖(105)向無源裝置(102)詢問一個參數(shù)(103)。無源裝置(102)具有一個空腔(109)，其影響無源裝置(102)對電磁脈沖(105)的超寬頻反射波。無源裝置(102)的參數(shù)(103)影響空腔(109)的物理特性(110)。站點(101)接收并分析該反射波來獲得參數(shù)(103)。
文檔編號G08B13/24GK1860491SQ200480028096
公開日2006年11月8日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者S·B·科拉克, M·奧沃科克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司