專利名稱：閱讀器設備及其傳輸方法和標簽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及讀/寫(R/W)設備、它的通信方法，以及RF標簽。例如，本發(fā)明是用于RFID系統(tǒng)的執(zhí)行多電平ASK調制的讀/寫(R/W)設備、它的傳輸方法以及標簽。
背景技術：
傳統(tǒng)上，RFID使用調幅信號與讀/寫設備(這里稱為“閱讀器”)以及RF標簽進行通信。下面將解釋傳統(tǒng)閱讀器和RF標簽的示例。
圖1示出了傳統(tǒng)閱讀器的配置。圖2示出了傳統(tǒng)的命令格式。
圖3示出了傳統(tǒng)的1位曼徹斯特編碼ASK信號的波形。
在圖1中，閱讀器10接收來自LAN 21的信息信號，并通過處理器30傳輸定時信息。處理由處理器30產(chǎn)生的命令或者從LAN 21接收的信息信號，使之成為圖2的命令格式所示的數(shù)據(jù)并輸出到濾波器11。后面將說明處理器30的詳細配置。
濾波器11輸出信號，限制了從處理器30到ASK調制器12的數(shù)據(jù)帶寬。ASK調制器12基于來自濾波器11的信號，對來自振蕩器14的傳送信號執(zhí)行ASK(幅移鍵控)調制。圖3示出了調幅信號(這里稱為“ASK信號”)的波形。另外，在ASK信號的波形中使用了A和B電平，用(A-B)/(A+B)來表示調制度。另外，在ISO/IEC 18000的第6部分的類型B中，規(guī)定應使用18％或100％作為調制度的程度。
另外，使用放大器13來放大ASK信號，并通過耦合設備15和天線16將其傳輸?shù)絉F標簽。
下面使用圖1來說明閱讀器對來自RF標簽的調制后向散射信號的接收。通過共享設備15并經(jīng)過放大器20的放大，由天線16接收的調制后向散射信號(這里稱為“調制信號”)被輸出到降頻變換器19。降頻變換器19使用振蕩器14的輸出，將放大了的調制信號解調為IF信號。由于濾波器18使用低通濾波器(LPF)消除了高頻分量，所以控制了IF信號的相鄰信道之間的干擾。解調器17將來自濾波器18的信號解調為數(shù)據(jù)，并將其輸出到處理器30。處理器30處理解調數(shù)據(jù)并將從標簽接收的數(shù)據(jù)輸出到LAN 21。
圖4示出了傳統(tǒng)閱讀器的處理器配置。
在圖4中，控制器31從上層進行控制，并輸出關于是否以4倍速率從RF標簽向幀組裝器34傳輸上行鏈路的控制數(shù)據(jù)(稱為寫入到定界符區(qū)域的信息)。CRC添加器32向來自LAN 21的命令、參數(shù)以及來自數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)添加16位以用于CRC，并輸出到1位曼徹斯特編碼器33。
1位曼徹斯特編碼器33將碼“1”分配給添加了16位CRC的傳輸數(shù)據(jù)的1符號的曼徹斯特碼“10”，而將碼“0”分配給1符號的曼徹斯特碼“01”。執(zhí)行1位曼徹斯特編碼，并將1位曼徹斯特編碼信號輸出到幀組裝器34。例如由幀組裝器34建立的前導的配置為，16位全0固定波形作為前導檢測以及9位曼徹斯特碼0作為前導。前導檢測對于在數(shù)據(jù)被解調前向RF標簽的每個部件分派功率這一操作來說是必需的。這使得RF標簽的每個部件總能在解調器接收必需數(shù)據(jù)前就緒于接收。RF標簽知道前導的波形。
幀組裝器34利用前導檢測、前導、定界符以及曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)來生成幀數(shù)據(jù)。該幀數(shù)據(jù)的格式如圖2所示。另外，解碼器35對來自圖1的解調器17的FM0編碼信號進行解碼，并輸出到錯誤檢測器36。錯誤檢測器36檢測解碼數(shù)據(jù)中的錯誤。處理器30確認接收數(shù)據(jù)的內容。另外，處理器30將從標簽接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D1的LAN 21。
圖5示出了傳統(tǒng)RF標簽的配置。
在圖5中，RF標簽40利用天線41接收來自圖1的閱讀器10的ASK信號。電功率發(fā)生器46通過矯正由天線41接收的信號來生成直流電壓。雖然未示出，但是該直流電壓被提供給每個部件。ASK解調器42解調從天線41接收的ASK信號，并將解調曼徹斯特編碼信號輸出到邏輯部件44。邏輯部件44解碼曼徹斯特編碼信號并抽取解碼數(shù)據(jù)中的命令數(shù)據(jù)。如果命令是寫命令，則將解碼數(shù)據(jù)寫到存儲器45。當寫完成時，邏輯部件44對“確認”信息進行FM0編碼。數(shù)據(jù)被調制器43調制后，被傳輸?shù)介喿x器10。
另外，邏輯部件44確認解調數(shù)據(jù)中命令的細節(jié)，如果命令是讀命令，則讀取存儲在存儲器45中的對應于參數(shù)中地址的信息，并對其進行FM0編碼。此外，邏輯部件44向編碼數(shù)據(jù)添加前導和CRC位。數(shù)據(jù)被調制器43調制后，被傳輸?shù)介喿x器10。
上述有關閱讀器和RF標簽的配置的各項在日本未審查專利申請公開2003-158470和PCT申請2002-525932的
公開日本譯文中公開。
如所說明的那樣，ASK信號的解調相對容易，這就是為什么在RF標簽系統(tǒng)中ASK調制是流行的前向鏈路(對標簽傳輸?shù)拈喿x器)調制。但是，1位ASK調制的頻率使用效率很低。
另外，日本和歐洲對當前UHF帶的RFID系統(tǒng)分配的頻率帶寬比美國的要窄。當使用多個相鄰閱讀器時，每個閱讀器必須使用不同的頻率以避免相互干擾的影響。但是，如果可用頻率范圍很窄，那么由于現(xiàn)在可用閱讀器的數(shù)量也被限制了，所以就存在安全頻率信道數(shù)量受到限制的問題。結果，RFID是頻率使用效率低下的系統(tǒng)?？梢灶A期，未來出現(xiàn)使用多個相鄰閱讀器的情況將增加。需要頻率使用效率提高了但頻率范圍并未增加的RFID系統(tǒng)。
另外，圖2所示的1位曼徹斯特編碼ASK調制將數(shù)據(jù)碼“1”分配給1符號的曼徹斯特碼“10”，而將數(shù)據(jù)碼“0”分配給1符號的曼徹斯特碼“01”。當曼徹斯特碼為“1001”時，生成低電平振幅周期以用于1符號長度時期。因此，從閱讀器提供給RF標簽的電壓是不足夠的，在使用傳統(tǒng)1位曼徹斯特編碼的ASK調制的RFID系統(tǒng)中，存在RF標簽和閱讀器之間的通信范圍受限的問題。
結果，當使用RFID系統(tǒng)時，必須構建通信范圍受限的系統(tǒng)。
在RFID系統(tǒng)中，需要一種技術來擴大RF標簽和閱讀器之間的傳統(tǒng)通信范圍。

發(fā)明內容
本發(fā)明使用從閱讀器到標簽的無線通信，有利地提高了頻率使用的效率而沒有增加帶寬。另外，本發(fā)明提供了這樣一種傳輸方法，其提高了從閱讀器向標簽提供的電壓的供應效率，以延長從標簽到閱讀器的通信距離。而且，根據(jù)下面的實施本發(fā)明的最佳方式的各種配置，本發(fā)明提供了傳統(tǒng)技術不能得到的結果。與傳統(tǒng)裝置相比，本發(fā)明的閱讀器設備、通信方法和標簽提高了頻率使用效率而沒有增加帶寬，并且擴大了從標簽到閱讀器的通信距離。
在本發(fā)明的一個實施例中，用于與RF標簽進行無線通信的閱讀器設備包括可操作用來向RF標簽傳輸無線信號的電路以及可操作用來接收和解調來自RF標簽的無線信號的電路，其中所述無線信號包括表明所使用的編碼方法的信息。該閱讀器設備還包括可操作用來使每個符號都具有相同的編碼信號峰值電平的電路、可操作用來傳輸信號而不改變每個符號的幅度還可操作用來接收的電路，以及可操作用來解調來自標簽的信號的電路。編碼調制是N位曼徹斯特編碼，其中N至少是2。該閱讀器設備還包括可操作用來生成前導波形信號和表明數(shù)據(jù)編碼方法的信號的電路，以及可操作用來將添加了前導波形信號和表明數(shù)據(jù)編碼方法的信號的數(shù)據(jù)作為傳輸數(shù)據(jù)輸出的電路。閱讀器設備還包括可操作用來生成具有表明編碼方法的信息的信號的電路，以及可操作用來調制所生成的信號的電路。閱讀器設備還包括可操作用來生成前導波形信號的電路、可操作用來生成表明數(shù)據(jù)的編碼方法的信號的電路，以及可操作用來向數(shù)據(jù)添加前導和表明數(shù)據(jù)編碼方法的信號并且傳輸數(shù)據(jù)的電路。閱讀器設備還包括可操作用來偏置和傳輸每個符號的多電平信號的恒定峰值的電路。編碼調制是曼徹斯特編碼幅度調制。
在本發(fā)明的一個實施例中，用于與閱讀器設備無線通信的RF標簽包括可操作用來接收調制信號的電路，所述調制信號在調制前添加了標識曼徹斯特碼的編碼方法的信息；可操作用來檢測解調過程和標識了對應的編碼方法的信息的電路；以及可操作用來響應于標識了編碼方法的信息，切換解調處理的電路。


參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1示出了傳統(tǒng)閱讀器的配置。
圖2示出了傳統(tǒng)的命令格式配置。
圖3示出了傳統(tǒng)的1位曼徹斯特編碼ASK信號。
圖4示出了傳統(tǒng)處理器配置。
圖5示出了傳統(tǒng)RF標簽配置。
圖6示出了本發(fā)明的閱讀器配置。
圖7示出了本發(fā)明的第一命令格式配置。
圖8示出了本發(fā)明的處理器配置。
圖9示出了本發(fā)明的2位曼徹斯特編碼ASK信號波形。
圖10示出了本發(fā)明的3位曼徹斯特編碼ASK信號波形。
圖11示出了本發(fā)明的RF標簽配置。
圖12示出了本發(fā)明的RF標簽邏輯部件的配置。
圖13示出了本發(fā)明的第二命令格式配置。
具體實施例方式
參照下面的圖來說明本發(fā)明的構成。
對本發(fā)明構成的說明圖6示出了本發(fā)明的閱讀器的配置。圖7示出了本發(fā)明的第一命令格式的配置。
在圖6中，LAN 21向閱讀器100的處理器50傳輸要寫入到標簽的指令命令或信息信號，并從閱讀器100的處理器50接收定時信息。在處理器50開始與RF標簽通信之前，在處理器50的較高層運行的協(xié)議通過獲取RF標簽的ID來確認兼容曼徹斯特編碼多值(例如4位)的RF標簽。處理器50生成的命令或從LAN 21接收的信息信號被處理成為圖2的命令格式所示的數(shù)據(jù)，并被輸出到濾波器11。后面將說明處理器50的詳細配置。
濾波器11將來自處理器50、限制了數(shù)據(jù)帶寬的信號輸出到ASK調制器60。ASK調制器60基于來自濾波器11的信號，對來自振蕩器14的傳送信號執(zhí)行ASK調制。ASK調制器60對來自濾波器11的下述數(shù)據(jù)執(zhí)行ASK調制，所述數(shù)據(jù)是從如圖7所示的前導檢測、前導、定界符、命令、參數(shù)、數(shù)據(jù)以及CRC-16得到的。
調制信號被輸出到放大器13。放大器13對來自ASK調制器60的調制信號進行放大，并通過共享設備15和天線16，將其作為無線信號傳輸?shù)絉F標簽。
閱讀器100使用天線16接收來自RF標簽的無線信號。通過共享設備15，所接收的無線信號在放大器20被放大并被輸出到降頻變換器19。降頻變換器19將放大信號與來自振蕩器14的傳送信號進行混合，并將兩種解調信號、即I(同相信號)和Q(正交信號)都輸出到濾波器18。濾波器18用低通濾波器來消除高頻分量，并將信號輸出到解調器17。解調器17將來自濾波器18的信號解調為數(shù)據(jù)，并輸出到處理器50。
下面使用圖8所示的處理器50的配置，對處理器50的操作進行了說明。
在圖8中，控制器51基于處理器50的較高層指令，將控制信號輸出到幀組裝器56。接收到傳輸數(shù)據(jù)、CRC添加器52生成的命令或來自LAN21的信息信號后，添加了16位CRC的數(shù)據(jù)被輸出到1位/2位曼徹斯特編碼器54。響應于來自處理器50的使能和禁用信號，1位/2位曼徹斯特編碼器54在編碼2位或1位曼徹斯特碼之間切換，并將數(shù)據(jù)輸出到幀組裝器56。通過對前導頭部(前導檢測、前導)添加來自控制器51的上行鏈路傳輸速率信息、表明后面的數(shù)據(jù)部分所使用的曼徹斯特編碼方法的定界符，以及來自1位/2位曼徹斯特編碼器54的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)，幀組裝器56獲得如圖7所示的格式的編碼數(shù)據(jù)。
另外，解調數(shù)據(jù)被輸入到解碼器55。解碼器55對由解調器17解調得到的FM0編碼數(shù)據(jù)進行解碼，并輸出到錯誤檢測器53。錯誤檢測器53使用解碼數(shù)據(jù)的CRC位并檢測錯誤。錯誤檢測的結果與接收數(shù)據(jù)一起輸出。
圖9示出了本發(fā)明的2位曼徹斯特編碼調制信號的波形。該圖中的波形信號對應于從ASK調制器60輸出的信號。該圖示出了2位的每個值的波形信號，并且幅度值被垂直地以刻度標記。該波形的任意值符號的峰值都是相等的。但是，某些值(例如曼徹斯特碼“11”和“00”)的波形信號的幅度與其它值(例如曼徹斯特碼“10”和“01”)的波形信號的幅度不同。該信號從閱讀器傳輸?shù)絉F標簽，并且該信號的幅度分量被用作RF標簽的電功率供應。增加該信號的幅度值會增加向RF標簽供應的電功率。因此，與傳統(tǒng)裝置相比，從RF標簽到閱讀器的傳輸距離就可以延長。比較所述2位的“10”和傳統(tǒng)的圖3所示的相同時間的1符號的1位的“1”，“10”的功率是“1”的功率的1.5倍。該比較中的通信距離等同于功率比的平方根，因此，該距離比傳統(tǒng)裝置延長了約1.2倍。
圖10示出了本發(fā)明的3位曼徹斯特編碼調制信號的波形。該圖中的波形信號對應于從圖6的ASK調制器60輸出的信號。該圖示出了3位的每個值的波形信號，并且幅度值被垂直地以刻度標記。該波形的任意值符號的峰值都是相等的。但是，第一值(例如曼徹斯特碼“000”和“100”)的波形信號的幅度、第二值(例如曼徹斯特碼“001”和“101”)的波形信號的幅度、第三值(例如曼徹斯特碼“010”和“110”)的波形信號的幅度，以及第四值(例如曼徹斯特碼“011”和“111”)的波形信號的幅度都是不同的。
該信號從閱讀器傳輸?shù)絉F標簽，并且該信號的幅度分量被用作RF標簽的電功率供應。增加該信號的幅度會增加向RF標簽供應的電功率。因此，與傳統(tǒng)裝置相比，從RF標簽到閱讀器的傳輸距離就可以延長。
圖11示出了本發(fā)明的RF標簽的配置。圖12示出了本發(fā)明的RF標簽邏輯部件的配置。
RF標簽400通過天線41接收來自閱讀器100的無線信號。天線41接收的信號被輸出到ASK解調器401和功率發(fā)生器46。雖然沒有詳細示出功率發(fā)生器46，但是功率由矯正器矯正，生成直流電壓并供給每個電路部件。ASK解調器401解調接收數(shù)據(jù)并將解調數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭壿嫴考?4。
下面使用圖12來說明邏輯部件44的操作。
邏輯部件44中的識別器47獲取圖7所示的解調數(shù)據(jù)，并根據(jù)定界符(識別信息)來識別曼徹斯特編碼方法是2位還是1位。此處還識別是否寫入了將返回鏈路的傳輸速率提高到4倍的信息。如果后面的部分應用了2位曼徹斯特編碼，則識別信息被傳輸?shù)浇獯a器446。如果該信息指定了將返回鏈路的傳輸速率提高到4倍，則該信息被傳輸?shù)矫钐幚砥?41。此外，識別器447僅向解碼器446輸出到定界符為止的解調數(shù)據(jù)以及不包括頭部、命令、參數(shù)、數(shù)據(jù)和CRC-15信息的后續(xù)數(shù)據(jù)。當識別器447識別出定界符的內容后，解碼器446基于表明編碼方法的識別信息，向錯誤檢測器445輸出命令、參數(shù)、數(shù)據(jù)和CRC-15解碼信息。具體地說，如果識別信息是2位曼徹斯特編碼，則后續(xù)數(shù)據(jù)是通過2位曼徹斯特編碼方法進行編碼的，并且解碼器446將數(shù)據(jù)作為2位曼徹斯特編碼信號進行解碼。另外，如果信息不是2位曼徹斯特碼，則解碼器446將信息作為1位曼徹斯特編碼信號進行解碼。錯誤檢測器445使用數(shù)據(jù)解碼后得到的數(shù)據(jù)中的CRC位來檢測數(shù)據(jù)中的任何錯誤。
此外，錯誤檢測器445向命令處理器441輸出接收數(shù)據(jù)。命令處理器441識別命令內容。如果命令是讀命令，則根據(jù)命令將其與參數(shù)中和存儲器45(未在圖12中示出)中的ID進行比較。如果它們匹配，則讀取存儲在存儲器45中的對應于參數(shù)中地址的信息。如果命令處理器441從識別器447接收到指定將返回鏈路傳輸速率提高到4倍的信息，則由調制器43將傳輸速率提高到4倍。
下面說明RF標簽的傳輸處理。
CRC添加器442添加CRC位到從命令處理器441讀出的傳輸數(shù)據(jù)，并將信號輸出到FM0編碼器443。FM0編碼器443將添加有CRC位的信號編碼為FM0，并在幀組裝器444處添加前導。它作為編碼數(shù)據(jù)被輸出到調制器43。調制器43調制編碼數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)介喿x器10。
另外，關于命令處理器441，錯誤檢測器445使用16位CRC來檢測解碼CRC-16數(shù)據(jù)中的錯誤。命令處理器441識別接收數(shù)據(jù)中的命令內容。如果命令是向RF標簽的存儲器45的寫入命令，則根據(jù)命令將其與參數(shù)中和存儲器45中的ID進行比較。如果它們匹配，則參數(shù)后面的在參數(shù)地址中的數(shù)據(jù)被寫入存儲器45。
圖13示出了第二命令格式的配置。
圖13說明了與圖7所示的第一命令格式不同的項。
該格式在定界符后增加了多電平前導。
該多電平前導可用來調節(jié)用于檢測圖9所示的多電平信號的最佳門限電平。例如，基于圖9所示的波形，表明單個數(shù)據(jù)ID的門限的信息以曼徹斯特碼“00”、“01”、“10”和“11”的順序傳輸。
上面說明了曼徹斯特編碼。如果編碼處理使用了不同的曼徹斯特碼并且解碼定時關閉，則解碼仍是可能的。
在上述的本發(fā)明的最佳實施模式中，說明了ASK調制。但是，除了2位和3位曼徹斯特編碼之外還可使用其它調制格式例如QPSK和QAM。
雖然描述了本發(fā)明的具體實施例，但是本領域的技術人員應理解，存在與上述實施例等同的其它實施例。相應地應當理解，本發(fā)明并不受限于具體示出的實施例，而僅由所附權利要求的范圍所限定。
權利要求
1.一種用于與射頻標簽無線通信的閱讀器設備，包括可操作用來向射頻標簽傳輸無線信號的電路，所述無線信號包括表明所使用的編碼方法的信息；以及可操作用來接收和解調來自射頻標簽的無線信號的電路。
2.如權利要求1所述的閱讀器設備，還包括可操作用來使每個符號具有相同的編碼信號峰值電平的電路；可操作用來傳輸每個符號的不同幅度信號的電路；以及可操作用來解調來自所述標簽的信號的電路。
3.如權利要求2所述的閱讀器設備，其中編碼調制是N位曼徹斯特編碼，其中N最小是2。
4.一種傳輸方法，包括生成具有表明編碼方法的信息的信號；并調制所述生成的信號。
5.如權利要求4所述的傳輸方法，還包括生成前導波形信號和表明數(shù)據(jù)的編碼方法的信號；以及輸出傳輸數(shù)據(jù)，所述傳輸數(shù)據(jù)具有添加了所述前導波形信號和所述表明數(shù)據(jù)的編碼方法的信號的數(shù)據(jù)。
6.如權利要求1所述的閱讀器設備，還包括可操作用來偏置和傳輸每個符號的多電平信號的恒定峰值的電路。
7.如權利要求6所述的閱讀器設備，其中所述編碼調制是曼徹斯特編碼幅度調制。
8.一種用于與閱讀器設備無線通信的射頻標簽，包括可操作用來接收調制信號的電路，所述調制信號在調制前添加了標識曼徹斯特碼的編碼方法的信息；可操作用來檢測解調過程和標識了對應的編碼方法的信息的電路；以及可操作用來響應于標識了所述編碼方法的信息，切換所述解調處理的電路。
全文摘要
一種閱讀器設備和RF標簽，其使用從閱讀器到標簽的無線通信，提高了頻率使用的效率而沒有增加帶寬，并且提供了這樣一種傳輸方法，其提高了從閱讀器向標簽提供的電壓的供應效率，以延長從標簽到閱讀器的通信距離。用于與RF標簽無線通信的閱讀器設備包括可操作用來向RF標簽傳輸無線信號的電路以及可操作用來接收和解調來自RF標簽的無線信號的電路，所述無線信號包括表明數(shù)據(jù)的編碼方法的信息。
文檔編號G01S13/00GK1710897SQ20051006602
公開日2005年12月21日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權日2004年6月17日
發(fā)明者田中良紀, 后藤邦彥, 山崎大輔 申請人:富士通株式會社