專利名稱：Rfid和mimo技術(shù)的系統(tǒng)集成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別(RFID)系統(tǒng)和用于在RFID標簽和讀取器 之間傳送信號的方法。
背景技術(shù)：
射頻識別(RFID)標簽是可被貼附于要檢測和/或監(jiān)視其存在的 物品上的電子裝置。通過稱為"讀取器，，的裝置，可檢查和監(jiān)視RFID 標簽的存在，并因此可檢查和監(jiān)視貼附了標簽的物品的存在。讀取器 一般傳送RFID標簽響應的射頻信號。各個RFID標簽可存儲唯一的 識別號碼或其它的可識別信息。RFID標簽通過將它們的識別號碼或 其它的可識別信息嵌入背射散射信號中來響應讀取器，使得標簽可被 識別。
在RFID標簽和讀取器之間傳送的信息被數(shù)據(jù)速率和操作范圍限 制。在電信和電子學中，數(shù)據(jù)速率指的是數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳 輸路徑中的某一點的聚合率。操作范圍指的是可以可靠地發(fā)射和接收 信號的發(fā)射機和接收機之間的最大距離。新的高速RFID系統(tǒng)需要以 比當前可用的數(shù)據(jù)速率高的數(shù)據(jù)速率和比當前可用的范圍長的范圍傳 送信息。
鑒于以上情況，需要用于在RFID標簽和讀取器之間傳送信號的 更有效的方法和結(jié)構(gòu)。這種方法和結(jié)構(gòu)應使得能夠得到具有最小的信 號功率需求和最大的操作范圍的希望的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供用于通過集成RFID技術(shù)與多輸入多輸出 (MIMO)技術(shù)在RFID標簽和讀取器之間發(fā)射和接收信號的系統(tǒng)和方法。這些技術(shù)的集成可提供大大增加的數(shù)據(jù)速率和操作范圍?？梢?在維持當前接受的(或甚至更少的)信號功率和信道帶寬使用的同時 實現(xiàn)這些改進。
本發(fā)明的實施例提供一種包括多個RFID標簽和讀取器的系統(tǒng)。 每個RFID標簽背向散射發(fā)射信號。讀取器包含多個天線和信號處理 器。多個天線中的每個天線接收與背向散射發(fā)射的信號對應的多個信 號。信號處理器組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。通過使用多個 RFID標簽以發(fā)射背向散射信號，根據(jù)本實施例的RFID/MIMO系統(tǒng) 可實現(xiàn)相對較長的操作范圍。
本發(fā)明的另一實施例提供一種包括多個RFID標簽、信號處理器 和多個讀取器的系統(tǒng)。每個RFID標簽背向散射發(fā)射信號。多個讀取 器中的每個讀取器包含天線。多個天線中的每個天線接收與背向散射
發(fā)射的信號對應的多個信號。信號處理器組合接收的多個信號以產(chǎn)生 輸出信號。通過使用多個讀取器，根據(jù)本實施例的RFID/MIMO系統(tǒng) 可實現(xiàn)相對較低的信號功率。
本發(fā)明的另一實施例提供一種包括以下步驟的方法。多個RFID 標簽信號被背向散射發(fā)射，與背向散射發(fā)射的多個RFID標簽信號對 應的多個信號被多個天線接收，其中，多個天線中的每個天線接收與 背向散射發(fā)射的多個RFID標簽信號對應的多個信號。接收的多個部 分信號被組合以產(chǎn)生輸出信號。
通過本發(fā)明的以下的詳細說明，這些和其它目的、優(yōu)點和特征將 變得十分明顯。注意，發(fā)明內(nèi)容和說明書摘要部分會闡述發(fā)明人設(shè)想 的本發(fā)明的一個或更多個、但不是所有的示例性實施例。


這里被加入并形成說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明，并且，與 說明一起進一步用于解釋本發(fā)明的原理，并且使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠?qū)崿F(xiàn)和使用本發(fā)明。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的RFID讀取器與RFID標簽的示例性集群(population)通信的環(huán)境。
圖2示出在接收站點上具有空間分集的無線電系統(tǒng)。
圖3示出在發(fā)射站點和接收站點上均具有空間分集的多輸入多輸 出(MIMO)無線電系統(tǒng)。
圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有包含多個空間分集天線的 單個讀取器的RFID/MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖4B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的多天線讀取器。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有分別包含天線的多個空間分 集的讀取器的RFID/MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于Alamouti空時組碼(STBC ) 的2:2 RFID/MIMO系統(tǒng)。
圖7示出解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)射和接收RFID標簽信號 的方法的流程圖。
現(xiàn)在將參照

本發(fā)明。在附圖中，類似的附圖標記表示相 同或在功能上類似的元件。另外，附圖標記的最左邊的數(shù)字表示附圖 標記首次出現(xiàn)的附圖。
具體實施方式
引言
注意，在說明書中提到的"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施 例，，等表示說明的實施例可包括特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性，但是未必每 一個實施例包括該特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性。并且，這種短語未必指 的是同一實施例。并且，當與實施例相關(guān)聯(lián)地說明特定的特性、結(jié)構(gòu) 或特征時，可以認為，不管是否明確說明，與其它的實施例相關(guān)聯(lián)地 實現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或特性是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的。
如這里更詳細地說明的那樣，本發(fā)明的實施例集成RFID和 MIMO技術(shù)以提供系統(tǒng)和方法。這種集成的RFID/MIMO系統(tǒng)和/或 方法可提供大大增加的數(shù)據(jù)速率和操作范圍。并且，這種集成的 RFID/MIMO系統(tǒng)可維持可接受電平或者甚至更低的電平的信號功率和信道帶寬使用。首先，在說明本發(fā)明的實施例之前，說明示例性的
RFID標簽環(huán)境和示例性的MIMO環(huán)境。第二，說明用于集成RFID 和MIMO技術(shù)的各種示例性結(jié)構(gòu)。第三，說明集成的RFID/MIMO 系統(tǒng)的示例性操作。最后，說明用于實現(xiàn)RFID/MIMO系統(tǒng)的示例性 方法。
RFID技術(shù)的回顧
在詳細說明本發(fā)明的實施例之前，說明可實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的 示例性環(huán)境是有幫助的。圖1示出RFID標簽讀取器104與RFID標 簽102的示例性集群120通信的環(huán)境100。如圖1所示，標簽的集群 120包括七個標簽102a 102g。根據(jù)本發(fā)明的實施例，集群120可包括 任意數(shù)量的標簽102。
環(huán)境100還包括讀取器104a 104d。讀取器104可獨立地操作或 者可被耦合在一起以形成讀取器網(wǎng)絡。讀取器104可被外部應用請求 以對標簽的集群120尋址。作為替代方案，讀取器104可具有初始化 通信的內(nèi)部邏輯，或者可具有讀取器104的操作員用于初始化通信的 觸發(fā)器機構(gòu)。
如圖1所示，讀取器104向標簽的集群120發(fā)射具有載波頻率的 詢問信號110。讀取器104以為這種類型的RF通信分配的一個或更 多個頻帶操作。例如，聯(lián)邦通訊委員會(FCC)已對于某些RFID應 用規(guī)定了 902 928MHz和2400 2483.5MHz的頻帶。并且，出于規(guī)章 或操作考慮，讀取器104可在操作頻帶內(nèi)在周期性的基礎(chǔ)上(例如， 從50到400毫秒)改變載波頻率。在這些"頻率跳躍"系統(tǒng)中，操作頻 帶被分成多個信道。例如，根據(jù)為各個信道限定的最大帶寬， 902 928MHz頻帶可被分成25~50個信道。用于各個信道的最大可容 許帶寬可通過當?shù)鼗驀乙?guī)章被設(shè)置。例如，根據(jù)FCC Part 15，處 于卯2 928MHz頻帶中的信道的最大容許帶寬是500kHz。各個信道 大致以這里稱為跳頻的特定頻率為中心。
在一個實施例中，頻率跳躍讀取器根據(jù)偽隨機序列在跳頻之間改變頻率。各個讀取器104—般使用其自身的偽隨機序列。因此，在任 何一個時間，第一讀取器104a可使用與另一讀取器104b不同的載波 頻率。
各種類型的標簽102以各種各樣的方式、包括根據(jù)基于時間的式 樣或頻率交替反射和吸收信號110的多個部分，向詢問的讀取器104 發(fā)射一個或更多個響應信號112。這種交替吸收和反射信號110的技 術(shù)這里被稱為背向散射調(diào)制。標簽102也可使用不同類型的編碼技術(shù) (諸如FMO和Miller編碼)和調(diào)制技術(shù)(諸如，幅移鍵控和相移鍵 控調(diào)制)。但是，在本發(fā)明的實施例中可以利用其它和更復雜的編碼 和調(diào)制方法(例如格碼(Trellis)和正交調(diào)幅(quadrature amplitude modulation))。讀取器104接收響應信號112，并從響應信號112 獲得諸如響應的標簽102的識別號碼的數(shù)據(jù)。
如上所述，本發(fā)明的實施例集成RFID技術(shù)與MIMO技術(shù)。但是， 在說明這種集成的實施例之前，給出MIMO技術(shù)的概況。
多輸入多輸出技術(shù)的概況
當前，對于無線系統(tǒng)設(shè)計來說，多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)是 大有希望的方法。在用于固定寬帶無線接入("WiMAX")的IEEE 802.16和用于移動應用的第三代合作伙伴計劃(3GPP)中已對MIMO 模型進行了標準化。事實上，在國際電信聯(lián)盟(ITU)和3GPP標準 委員會中開始了用于第三代無線系統(tǒng)的MIMO方案的標準化。
由于MIMO技術(shù)是無線技術(shù)的突破，因此它受到來自學術(shù)界和電 信行業(yè)的關(guān)注。如名稱暗示的那樣，MIMO系統(tǒng)包括處于發(fā)射站點上 的多個天線和處于接收站點上的多個天線?？稍贛IMO系統(tǒng)中實現(xiàn)的 能量增益的理論估計是給人深刻印象的。例如，具有兩個發(fā)射天線和 兩個接收天線的MIMO系統(tǒng)對于具有瑞利衰落的信道提供達12dB的 能量增益；而采用復雜編碼技術(shù)的典型無線電系統(tǒng)對于具有瑞利衰落 的信道提供3dB的能量增益。另外，對于MIMO系統(tǒng)的信道容量增 益同樣是給人深刻印象的。對于MIMO系統(tǒng)，信道容量等于處于發(fā)射站點中的天線的數(shù)量和處于接收站點中的天線的數(shù)量的最小值。結(jié)果，
與單天線系統(tǒng)相比，具有四個發(fā)射天線和四個接收天線的MIMO系統(tǒng) 容許系統(tǒng)增加四倍數(shù)據(jù)速率。在維持與單天線系統(tǒng)相同的信號功率和 帶寬使用的同時實現(xiàn)該增加的數(shù)據(jù)速率。
MIMO是從眾所周知的空間分集技術(shù)開發(fā)而來的?？臻g分集被用 于具有多路傳播的無線電系統(tǒng)中已有幾十年了。無線電系統(tǒng)中的"空間
分集"指的是位于不同的("空間分集")位置中的多個天線。圖2示出 具有空間分集的典型無線電系統(tǒng)200的框圖。如圖2所示，系統(tǒng)200 包括處于發(fā)射站點上的編碼映射調(diào)制塊210和處于接收站點上的多天 線信號處理塊220。
無線電系統(tǒng)200這里被稱為空間分集系統(tǒng)或1:Nr-系統(tǒng)，這里， 第一數(shù)字(即，1 )指的是處于發(fā)射站點上的天線的數(shù)量，第二數(shù)字(即， "NR"-變量數(shù))指的是處于接收站點上的天線的數(shù)量。如圖2所示， 在發(fā)射站點上存在一個天線，并且，在接收站點上存在三個天線(NR =3)。系統(tǒng)200的發(fā)射站點與常規(guī)的無線電系統(tǒng)(1:1系統(tǒng))或單天 線系統(tǒng)的典型發(fā)射站點類似。在發(fā)射站點上，編碼映射調(diào)制塊210對 輸入數(shù)據(jù)進行編碼和映射，并且提供適當?shù)妮d波調(diào)制。然后，調(diào)制的 信號230被編碼映射調(diào)制塊210的天線發(fā)出。
系統(tǒng)200的接收站點包括分別具有相應的高頻(HF)前端的NR 個空間分集天線。接收站點還包括提供多天線信號處理的多天線信號 處理塊220。處理塊220 —般包括用于組合由空間分集天線接收的部 分信號的算法。為了提供發(fā)射數(shù)據(jù)的最大似然估計，組合(例如，以 線性的方式)部分信號。多天線信號的最佳信號處理基于空間分集天 線信號的加權(quán)相干或非相干的累積。例如，rake解調(diào)器是提供多徑信 號分量的相干累積的典型接收機。
在具有空間分集的無線電系統(tǒng)200 ( 1:Nr-系統(tǒng))中，接收站點上 的信號復制的數(shù)量與分集天線的數(shù)量Nr相等。眾所周知，香農(nóng)定理 指出，信道容量以信噪比的對數(shù)增加。因此，在無線電系統(tǒng)200中增 加接收站點上的天線的數(shù)量僅導致信道容量的對數(shù)增加。例如，在假定理想條件(即，天線中的不相關(guān)的衰落、最佳相干累積和信噪比
(SNR)的理想估計)時，在接收站點上具有四個天線的空間分集系
統(tǒng)(與無線電系統(tǒng)200類似)的信道容量為單天線系統(tǒng)的信道容量的
兩倍。在數(shù)學上，它可以表示為
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，C(，^)是具有一個發(fā)射天線和7V及個接收天線(在本例子中為四個) 的空間分集系統(tǒng)的信道容量，并且，；是單天線系統(tǒng)的信道容量。
與僅在接收站點上具有空間分集的無線電系統(tǒng)200相比，MIMO 系統(tǒng)在發(fā)射站點和接收站點上均具有空間分集。因此，MIMO系統(tǒng)一 般被稱為Nt:Nr-系統(tǒng)，其中，NT代表發(fā)射站點上的天線的數(shù)量，NR 代表接收站點上的天線的數(shù)量，其中，Nt和Nr均大于1。圖3示出 MIMO系統(tǒng)300的框圖，其中，接收站點和發(fā)射站點均具有空間分集。 一般地說，MIMO系統(tǒng)300在發(fā)射站點和接收站點上均提供多天線信 號處理。在圖3中分別通過聯(lián)合編碼映射調(diào)制塊310和多天線信號處 理塊320代表這些功能。
在發(fā)射站點上，要被發(fā)射的數(shù)據(jù)可在發(fā)射之前以多種不同的方式 被聯(lián)合編碼映射調(diào)制塊310組合。在一個例子中，數(shù)據(jù)符號被并行發(fā) 射。即，通過所有的天線發(fā)射相同的數(shù)據(jù)。在這種情況下，發(fā)射站點 上的多個天線僅被用作空間分集的源而不是用于增加、至少不是直接 增加數(shù)據(jù)速率。在另一例子中，通過不同的天線(時間空間分集)發(fā) 射不同的數(shù)據(jù)符號。例如，數(shù)據(jù)符號可被組合成用于通過不同的天線 發(fā)射的組。作為另一例子，可通過使用不同的天線單獨地從冗余的符 號發(fā)射編碼的數(shù)據(jù)符號。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，可以在發(fā) 射站點上使用其它的組合方案。
在MIMO系統(tǒng)中使用的特定類型的組合方案被稱為空時組碼 (space-time block code, STBC ) 。 STBC利用發(fā)射的數(shù)據(jù)的多個復 制中的冗余以增加MIMO系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率。在MIMO系統(tǒng)中使用的 另一種類型的組合方案是空時格碼(space-time trellis code, STTC )。 STTC也利用發(fā)射的數(shù)據(jù)的多個復制中的冗余，但是編碼和解碼一般比STBC復雜。有效的STBC可提供與空時格碼相同或不同的能量增 益，但可基于簡單的線性操作被實現(xiàn)。稱為Alamouti碼的一種最簡單 的STBC提供用于2:2 MIMO系統(tǒng)的簡單有效的方案。以下參照圖6 說明實現(xiàn)Alamouti碼的本發(fā)明的實施例。
MIMO系統(tǒng)300的接收站點具有含有相應的HF前端的Nr個空 間分集接收天線。MIMO接收機提供與具有空間分集的無線電系統(tǒng) 200相同或類似的多天線信號處理。即，信號處理塊320包括用于線 性組合由空間分集天線接收的部分信號的算法。線性組合部分信號以 提供發(fā)射的數(shù)據(jù)的最大似然估計。多天線信號的最佳信號處理基于間 隔天線信號的加權(quán)的相干或非相干的累積。根據(jù)發(fā)射機中的數(shù)據(jù)組合 方式，接收站點上的信號處理還包括一些特定的線性或非線性過程。 例如，對于格碼，可以使用Viterbi軟判決解碼過程，或者，對于低 密度奇偶校驗(LDPC)碼，可以使用迭代解碼過程。
在MIMO系統(tǒng)300中，在接收站點上接收的信號復制的數(shù)量等于
各接收站點上的空間分集天線的數(shù)量的積，即，7Vrx7Vw 。因此，在MIMO
系統(tǒng)300中，同時增加接收站點和發(fā)射站點上的天線的數(shù)量導致信道
容量(香農(nóng)因子(Shannon factor))的線性增加，而不是如具有空
間分集的常規(guī)無線電系統(tǒng)200的情況那樣呈對數(shù)增加。例如，具有四
個發(fā)射天線和四個接收天線的MIMO系統(tǒng)的信道容量為單天線系統(tǒng)
的信道容量的四倍，并且為在接收站點上具有四個空間分集天線的無
線電系統(tǒng)的信道容量的兩倍。在數(shù)學上，可以表達如下 C一) ~ bg2(Wr x W》C糾~ log2(4x 4)C(M) ~ 4C(W) (2)
其中，C( 是具有iVr個發(fā)射天線(在本例子中為四個)和iVfi個接收 天線(在本例子中為四個)的MIMO系統(tǒng)的信道容量，(:(1:1)是單天線
系統(tǒng)的信道容量。表明(:(1:4) = 2<:(1:1)的式(1)與式(2)的組合表明
C(4:4) = 2C(i:4) = 4(7(1:1)。
雖然MIMO系統(tǒng)可實現(xiàn)更高的信道容量，但這種增加的實現(xiàn)伴隨 無線電系統(tǒng)特別是接收站點上產(chǎn)生某些復雜化。例如，根據(jù)估計，4;4 MIMO接收機比常規(guī)的l:l接收機復雜約兩倍。示例性結(jié)構(gòu)
如上面和下面所述，本發(fā)明的實施例提供集成RFID和MIMO技 術(shù)的系統(tǒng)。在實施例中，集成的RFID/MIMO系統(tǒng)包括(1 )多個RFID 標簽和(2)具有多個天線的讀取器。在另一實施例中，集成的 RFID/MIMO系統(tǒng)包括(1)多個RFID標簽和(2 )分別具有天線的 多個讀取器。在其它的實施例中，具有單天線的讀取器和具有多個天 線的讀取器在實現(xiàn)的過程中被組合。
圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的第一集成RFID/MIMO系統(tǒng) 400。 RFID/MIMO系統(tǒng)400包括具有多個空間分集天線470的單個讀 取器420和多個RFID標簽410。如圖4A所示，RFID/MIMO系統(tǒng) 400包括具有第一天線460a的第一 RFID標簽410a、具有第二天線 460b的第二 RFID標簽410b和具有第三天線460c的第三RFID標簽 410c以及包括第一天線470a、第二天線470b和第三天線470c的讀取 器420。但應理解，RFID/MIMO系統(tǒng)400的示出僅是出于解釋的目 的，而不是出于限制的目的。例如，可以理解，在不背離本發(fā)明的精 神和范圍的條件下，在RFID/MIMO系統(tǒng)400中包含的RFID標簽410 的數(shù)量和/或在讀取器420上包含的天線的數(shù)量可以增加或減少。
多個RFID標簽410在RFID/MIMO系統(tǒng)400的發(fā)射側(cè)提供多天 線配置。在無源標簽的情況下，RFID標簽410a、 RFID標簽410b和 RFID標簽410c分別調(diào)制和背向散射發(fā)射從讀取器420接收的信號 430。讀取器420上的多個天線470在RFID/MIMO系統(tǒng)400的接收 側(cè)提供多天線配置。如下所述，天線470是空間分集的。本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以理解，讀取器420的各個空間分集天線470可包含相應的HF 前端。圖4B表示包括處理模塊440的讀取器420。本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以理解，處理模塊440可以為諸如微處理器、模擬信號處理器、數(shù)字 信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它的信號處 理器的提供基帶多天線信號處理的任意類型的信號處理器。
如圖4A所示，天線460背向散射發(fā)射由讀取器420的天線470接收的信號。例如，天線470a接收沿路徑430a由天線460a發(fā)射的信 號，天線470b接收沿路徑430b由天線460a發(fā)射的信號，并且，天 線470c接收沿路徑430c由天線460a發(fā)射的信號。類似地，天線470a 接收沿路徑430d由天線460b發(fā)射的信號，天線470b接收沿路徑430e 由天線460b發(fā)射的信號，以及，天線470c接收沿路徑430f由天線 460b發(fā)射的信號。類似地，天線470a接收沿路徑430g由天線460c 發(fā)射的信號，天線470b接收沿路徑430h由天線460c發(fā)射的信號，以 及，天線470c接收沿路徑430i由天線460c發(fā)射的信號。通過使用多 個RFID標簽410以沿相應的多個路徑430背向散射發(fā)射信號，與常 規(guī)的RFID系統(tǒng)相比，RFID/MIMO系統(tǒng)400可實現(xiàn)更大的操作范圍。
原則上，多天線讀取器420也可通過一個天線470a或幾個天線 470發(fā)射連續(xù)波(CW)信號(在圖4A中未示出)。通過發(fā)射CW， RFID/MIMO系統(tǒng)400也可被實現(xiàn)為兩個定向系統(tǒng)。
讀取器420的處理模塊440基于發(fā)射的數(shù)據(jù)的似然估計組合接收 的多個部分信號以產(chǎn)生輸出信號。為了保證適當?shù)男盘柗旨炀€4" 彼此間隔例如關(guān)注的信號的波長的分數(shù)或波長的倍數(shù)。例如，可以使 用天線470之間的V^的最小間隔，其中，人是栽波波長(對于lGHz 載波，-0.15m)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，處理模塊"0可以 以各種方式組合部分信號。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，對于格 碼，可以使用Viterbi軟判決解碼過程，對于低密度奇偶校驗(LDPC) 碼，可以使用迭代解碼過程，或者，可以使用其它的解碼過程。處理 模塊440可以硬件、軟件、固件或它們的任意組合被實現(xiàn)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另 一 實施例的第二 RFID/MIMO系統(tǒng)500 。 RFID/MIMO系統(tǒng)500包括多個RFID標簽510和多個空間分集的讀 取器550 (多讀取器環(huán)境)。特別地，如圖5所示，RFID/MIMO系 統(tǒng)500包括包含天線540a的第一 RFID標簽510a、包含天線540b的 第二RFID標簽510b、包含天線540c的第三RFID標簽S10c、包含 天線570a的第一讀取器550a、包含天線570b的第二讀取器550b和 包含天線570c的第三讀取器550c。但應理解，RFID/MIMO系統(tǒng)500的示出僅是出于解釋的目的，而不是出于限制的目的。例如，可以理
解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，在RFID/MIMO系統(tǒng)500 中包含的RFID標簽510的數(shù)量和/或天線550的數(shù)量可以增加或減少。
以與RFID/MIMO系統(tǒng)400的RFID標簽410類似的方式，多個 RFID標簽510在RFID/MIMO系統(tǒng)500的發(fā)射側(cè)提供多天線配置。 與多個讀取器550對應的多個天線570在RFID/MIMO系統(tǒng)500的接 收側(cè)提供多天線配置。
如圖5所示，天線540背向散射發(fā)射由讀取器550的天線570接 收的信號。例如，讀取器550a的天線570a接收沿路徑530a由天線 540a發(fā)射的信號，讀取器550b的天線570b接收沿路徑530b由天線 540a發(fā)射的信號，以及，讀取器550c的天線570c接收沿路徑530c 由天線540a發(fā)射的信號。類似地，讀取器550a的天線570a接收沿路 徑530d由天線540b發(fā)射的信號，讀取器550b的天線570b接收沿路 徑530e由天線540b發(fā)射的信號，以及，讀取器550c的天線570c接 收沿路徑530f由天線540b發(fā)射的信號。類似地，讀取器550a的天線 570a接收沿路徑530g由天線540c發(fā)射的信號，讀取器550b的天線 570b接收沿路徑530h由天線540c發(fā)射的信號，并且，讀取器550c 的天線570c接收沿路徑530i由天線540c發(fā)射的信號。
如上面參照RFID/MIMO系統(tǒng)400提到的那樣，通過使用多個 RFID標簽510以沿相應的多個路徑530背向散射發(fā)射信號，與常規(guī) 的RFID系統(tǒng)相比，RFID/MIMO系統(tǒng)500可實現(xiàn)更大的操作范圍。 另外，在RFID/MIMO系統(tǒng)500中，讀取器550中的一個，如果希望 的話，可用作用于RFID標簽510的CW信號源(未示出)。
讀取器550a c與組合信號處理模塊520耦合。以與圖4B的讀取 器420的處理模塊440類似的方式，由讀取器550接收的多個信號的 處理由組合信號處理模塊520提供。組合信號處理模塊520可通過有 線或無線連接與讀取器550耦合。作為替代方案，組合信號處理模塊 520可以為例如讀取器550a的多個讀取器550中的一個的一部分。通 過利用多個讀取器550， RFID/MIMO系統(tǒng)500可在實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率和操作范圍的同時實現(xiàn)相對較低的信號功率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，組合信號處理模塊520可以以與讀取 器420的處理模塊440類似的方式以多種方式組合部分信號。例如， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，對于格碼，可以使用Viterbi軟判決解碼 過程，對于低密度奇偶校驗(LDPC)碼，可以使用迭代解碼過程， 或者，可以使用其它的解碼過程。
如在下面的部分中說明的那樣，對于參照圖4A和圖5說明的示 例性結(jié)構(gòu)，可以以幾種方式操作集成的RFID/MIMO系統(tǒng)。
示例性操作
如上所述，集成的RFID/MIMO系統(tǒng)的讀取器(諸如，圖4A的 讀取器420或圖5的讀取器550)會比常規(guī)的RFID系統(tǒng)中的讀取器 復雜約兩倍。另一方面，集成的RFID/MIMO系統(tǒng)的RFID標簽(諸 如，圖4A的RFID標簽410或圖5的RFID標簽510 )會或者不會比 常規(guī)的RFID系統(tǒng)中的RFID標簽復雜。
在實施例中，RFID/MIMO系統(tǒng)400的多個RFID標簽410或 RFID/MIMO系統(tǒng)500的多個RFID標簽510與常規(guī)的RFID標簽類 似。在本實施例中，發(fā)射側(cè)的多個RFID標簽由于它們的分集位置僅 被用作空間分集的源，并且，通過多天線讀取器420、通過組合信號 處理塊520或通過它們的一些組合，在接收側(cè)執(zhí)行組合信號處理。
在另 一實施例中，RFID/MIMO系統(tǒng)400的RFID標簽410和/或 RFID/MIMO系統(tǒng)500的RFID標簽510被{務改為用于增加數(shù)據(jù)速率 和解碼可靠性。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例的RFID/MIMO系統(tǒng)可基 于空時組碼(STBC) 、 AlamoutiSTBC、 STTC或本領(lǐng)域技術(shù)人員容 易想到的利用發(fā)射的數(shù)據(jù)的多個復制中的冗余的一些其它碼。以下出 于解釋而非限制的目的說明基于Alamouti STBC的RFID/MIMO系 統(tǒng)。
圖6示出才艮據(jù)本發(fā)明的實施例的基于Alamouti STBC的2:2 RFID/MIMO系統(tǒng)600。 RFID/MIMO系統(tǒng)600包括第一標簽610a、第二標簽610b和讀取器620。讀取器620包括兩個空間分集天線，即， 第一天線650a和第二天線650b。雖然RFID/MIMO系統(tǒng)600被示為 具有含有兩個空間分集天線的讀取器620，但可以理解，也可以用分 別具有天線的兩個空間分集的讀取器實現(xiàn)基于Alamouti STBC的2:2 RFID/MIMO系統(tǒng)。可以1〖人為，本領(lǐng)域4支術(shù)人員在閱讀這里包含的"i兌 明時很容易想到這些實現(xiàn)。并且，可以理解，基于Alamouti STBC的 2:2 RFID/MIMO系統(tǒng)的示出僅是出于解釋性的目的，而不是出于限制 性的目的。并且，可以理解，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以設(shè)想 基于適當?shù)腟TBC的NT:NR RFID/MIMO系統(tǒng)，其中，Nt和Nr是大 于1的任意正整數(shù)。
根據(jù)Alamouti STBC,在RFID/MIMO系統(tǒng)600的發(fā)射側(cè)組合與 兩個相鄰比特對應的一對復數(shù)信號波形Si和S2。關(guān)于圖6所示的系統(tǒng) 600，這意味著RFID標簽610a順序發(fā)射波形S!和-(S。S其中，星 號*表示復共扼。與RFID標簽610a發(fā)射波形Si和-02)*的時間對應， 標簽610b分別順序發(fā)射波形S2和(SJ、
現(xiàn)在以數(shù)學的方式表達由讀取器620的天線650a和650b接收的 部分信號。為此，使/^為從發(fā)射天線/到接收天線7的復數(shù)傳送系數(shù)， 其中，分別地，標號Z與RFID標簽610a的天線640a和RFID標簽 610b的天線640b對應取值1和2，標號與天線650a和天線650b對 應取值1和2。
然后，由讀取器620的天線650a接收的一對部分信號及"和及/2
可表示如下
^u-A^i+^A+W"， (3a) WW+ W+l (3b)
其中，和iV72是在與信號Si和S2對應的時間間隔上的天線650a中 的噪聲波形。
式(3)可以以矩陣的形式表示如下
其中，& =[及"，及"t， S-[&， A]1, A^-[iV"， iV72T，并且，<formula>formula see original document page 18</formula>類似地，由讀取器620的天線650b接收的一對信號R21和R22 可表示如下
其中，及2=及27， iT"r， 5"-&， &T， A^-[A^， W"r，其中N21和 N22是在與信號Sl和S2對應的時間間隔上的天線650a中的噪聲波 形，并且，
諸如在與圖4B的處理模塊440類似的處理模塊中，可以在讀取 器620中使用基于用于各對發(fā)射波形的式(4)和(5)的軟判決解碼 算法。這種軟判決解碼算法基于該對發(fā)射比特的最大似然估計產(chǎn)生輸 出信號。
示例性方法
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在集成的RFID/MIMO系統(tǒng) 中發(fā)射和接收信號的方法的流程圖700。例如，可以在RFID/MIMO 系統(tǒng)400、 RFID/MIMO系統(tǒng)500、 RFID/MIMO系統(tǒng)600或本領(lǐng)域4支 術(shù)人員容易想到的類似或等同的RFID/MIMO系統(tǒng)中實現(xiàn)流程圖700 的方法步驟。
流程圖700在背向散射發(fā)射多個RFID標簽信號的步驟710中開 始。在實施例中，RFID標簽是空間分集的，并且，RFID標簽信號被 并行地背向散射發(fā)射。在本實施例中，在背向散射發(fā)射之前不以任何 方式組合信號。換句話說，在本實施例中使用的RFID標簽與常規(guī)的 RFID標簽類似。在另一實施例中，RFID標簽信號在背向散射發(fā)射之 前被組合以用于增加數(shù)據(jù)速率和解碼可靠性。例如，在該實施例中， 可基于STBC、 AlamoutiSTBC、 STTC或本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的 一些其它的組合方案組合背向散射發(fā)射的信號。換句話說，在該實施 例中使用的RFID標簽是特別修改的RFID標簽。在步驟720中，用多個天線接收與發(fā)射的多個RFID標簽信號對 應的多個部分信號，其中，多個天線中的每個天線接收多個部分信號。 在實施例中，在諸如讀取器420的單個讀取器上包含多個天線。在另 一實施例中，在諸如圖5的讀取器550a、讀取器550b或讀取器550c 的單個讀取器上包含多個天線中的各個天線。
在步驟730中，接收的多個部分信號被組合以產(chǎn)生輸出信號。例 如，可通過諸如處理模塊440的與多天線讀取器420相關(guān)的模塊或通 過圖5的組合信號處理塊520組合部分信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想 到，在基于STBC、 AlamoutiSTBC、 STTC或一些其它的組合方案組 合背向散射發(fā)射的信號的實施例中，可基于軟判決算法組合部分信號。
結(jié)論
雖然上面說明了本發(fā)明的各種實施例，但應理解，給出它們僅是 作為例子而不是限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到，在不背離本發(fā)明的 精神和范圍的條件下，這里可以提出形式和細節(jié)的各種變化。因此， 本發(fā)明的寬度和范圍不應由上述的示例性實施例限制，而僅應根據(jù)以 下的權(quán)利要求和它們的等同物被限定。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括多個射頻識別(RFID)標簽，其中，每個RFID標簽背向散射發(fā)射信號；和包含信號處理器和多個天線的讀取器，其中，多個天線中的每個天線接收與背向散射發(fā)射的信號對應的多個信號，并且其中，信號處理器組合通過多個天線中的每個天線接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，多個天線是空間分集的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，多個天線中的天線之間的 間隔大致等于背向散射發(fā)射的信號的載波波長的一半。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，讀取器被配置為從多個天 線中的至少一個天線發(fā)射連續(xù)波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，RFID標簽被配置為基于 空時組碼(STBC)或空時格碼(STTC)中的一個來背向散射發(fā)射信 號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，信號處理器基于軟判決解 碼算法組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中， 一對RFID標簽被配置為 基于Alamounti空時組碼(STBC )來背向散射發(fā)射信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，信號處理器基于Alamounti STBC組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
9. 一種系統(tǒng)，包括多個射頻識別(RFID)標簽，其中，每個RFID標簽背向散射發(fā) 射信號；分別包含天線的多個讀取器，其中，每個天線接收與背向散射發(fā) 射的信號對應的多個信號；和組合通過每個天線接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號的信號處理器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，多個天線是空間分集的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，多個天線中的天線之間 的間隔大致等于背向散射發(fā)射的信號的栽波波長的一半。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，多個讀取器中的至少一 個讀取器被配置為發(fā)射連續(xù)波。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，RFID標簽被配置為基 于空時組碼(STBC)或空時格碼(STTC)中的一個來背向散射發(fā)射 信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，信號處理器基于軟判決 解碼算法組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中， 一對RFID標簽被配置 為基于Alamouti空時組碼(STBC )來背向散射發(fā)射信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，信號處理器基于Alamouti STBC組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
17. —種方法，包括背向散射發(fā)射多個射頻識別(RFID)標簽信號； 用多個天線中的每個天線接收與背向散射發(fā)射的多個RFID信號 對應的多個信號；和組合由每個天線接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，接收步驟包含 用多個空間分集的天線中的每個天線接收與背向散射發(fā)射的多個RFID信號對應的多個信號。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，在空間分集的天線中的 天線之間的間隔大致等于背向散射發(fā)射的信號的載波波長的 一半。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括 從多個天線中的至少 一個天線發(fā)射連續(xù)波。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，背向散射發(fā)射步驟包含 基于空時組碼(STBC)或空時格碼(STTC)中的一個來背向散射發(fā)射多個RFID標簽信號。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，組合步驟包含 基于軟判決解碼算法組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，背向散射發(fā)射步驟包含: 基于Alamouti空時組碼(STBC )背向散射來發(fā)射多個RFID標簽信號。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，組合步驟包含 基于Alamouti STBC組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及RFID和MIMO技術(shù)的系統(tǒng)集成。本發(fā)明的實施例提供一種包括多個射頻識別(RFID)標簽和讀取器的系統(tǒng)。多個RFID標簽中的各個RFID標簽背向散射發(fā)射信號。在一個實施例中，讀取器包含信號處理器和多個天線。在另一實施例中，系統(tǒng)包括信號處理器和分別包含天線的多個讀取器。在另一實施例中，各個天線接收與背向散射發(fā)射信號對應的多個信號。信號處理器組合接收的多個信號以產(chǎn)生輸出信號。
文檔編號H04Q7/20GK101322419SQ200680045609
公開日2008年12月10日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者K·J·普維爾, M·阿尼森, W·R·班迪, Y·奧庫尼夫 申請人:訊寶科技公司