專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在超寬帶射頻標(biāo)識(shí)系統(tǒng)內(nèi)的通信的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在超寬帶射頻標(biāo)識(shí)(RFID)系統(tǒng)內(nèi)特別是在采用無(wú)源或半無(wú)源 RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備的那些系統(tǒng)內(nèi)的通信的方法和裝置。按照本發(fā)明的方法和裝置可用于采用具有電磁耦合的無(wú)源或半無(wú)源RFID設(shè)備的 RFID系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
RFID系統(tǒng)包括一個(gè)稱(chēng)為閱讀機(jī)的收發(fā)設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)稱(chēng)為標(biāo)簽的各與需標(biāo)識(shí) 或定位的物體關(guān)聯(lián)的標(biāo)識(shí)設(shè)備。閱讀機(jī)產(chǎn)生詢(xún)問(wèn)信號(hào)，由標(biāo)簽接收。響應(yīng)所接收的詢(xún)問(wèn) 信號(hào)，標(biāo)簽向閱讀機(jī)發(fā)送含有諸如標(biāo)簽所關(guān)聯(lián)的物體的標(biāo)識(shí)符之類(lèi)的特定信息的響應(yīng)信號(hào)。可以根據(jù)標(biāo)簽所配備的電源類(lèi)型將標(biāo)簽分成以下三種類(lèi)型有源標(biāo)簽含有它們自己的電源，為包括成套射頻收發(fā)器的整個(gè)設(shè)備供電；無(wú)源標(biāo)簽沒(méi)有它們自己的電源，它們從閱讀機(jī)所發(fā)送的信號(hào)或者一般說(shuō)來(lái)從 周?chē)h(huán)境獲取能量；以及半無(wú)源標(biāo)簽含有它們自己的電源，但只為信息處理電路提供能量，而不能為 收發(fā)器的射頻器件供電。無(wú)源和半無(wú)源標(biāo)簽不配備收發(fā)器，而標(biāo)簽_閱讀機(jī)的信息傳輸通常是基于控制 天線(xiàn)的負(fù)載阻抗的天線(xiàn)調(diào)制器。這樣，無(wú)源和半無(wú)源標(biāo)簽為了發(fā)送它們的信息是利用對(duì) 來(lái)自閱讀機(jī)的信號(hào)(通常是正弦音，因此為窄帶信號(hào))的吸收或反射。具體地說(shuō)，電磁 波入射到標(biāo)簽的天線(xiàn)上，將它的一部分能量給天線(xiàn)的負(fù)載，而剩下的能量作為反向散射 被反射回來(lái)。為了傳送標(biāo)簽自己的存儲(chǔ)器內(nèi)含有的信息，標(biāo)簽通過(guò)控制天線(xiàn)的阻抗調(diào)制 (反向散射調(diào)制)所反射的功率(反向散射)。在射頻標(biāo)識(shí)系統(tǒng)內(nèi)通常優(yōu)選的是無(wú)源標(biāo)簽，因?yàn)樗鼈兛奢^好地適應(yīng)所需要的應(yīng) 用、成本低、壽命長(zhǎng)、尺寸小。這些商品化了的設(shè)備大部分是基于磁耦合(13MHz頻 帶)。近來(lái)，已經(jīng)引進(jìn)了基于工作在865MHz和2.4GHz頻帶的窄帶電磁耦合的無(wú)源設(shè) 備，作用距離為3-4米左右。然而，當(dāng)前的RFID系統(tǒng)具有一些缺點(diǎn)。首先，當(dāng)前的基于窄帶反向散射調(diào)制 的RFID標(biāo)簽在讀/寫(xiě)作用距離上受到很大限制，一般小于3-4m。為了獲得這樣的作用 距離，要求發(fā)射功率電平約為2-4W，這就使它們不能用于一些諸如醫(yī)學(xué)應(yīng)用之類(lèi)的特殊 環(huán)境。閱讀機(jī)可同時(shí)訪問(wèn)的標(biāo)簽的最多個(gè)數(shù)受到低的傳輸數(shù)據(jù)率和處在同一區(qū)域內(nèi)的標(biāo) 簽之間高的干擾概率的嚴(yán)重限制。一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是由于在周?chē)h(huán)境內(nèi)信號(hào)的反射造成 接收到所發(fā)送的信號(hào)的幾個(gè)回波(多徑)。如果各個(gè)信號(hào)回波以破壞性方式相加，就會(huì)在 覆蓋區(qū)內(nèi)形成一些盲區(qū)，從而使系統(tǒng)不大可靠?？紤]到信號(hào)是窄帶的，時(shí)間分辨率從而 空間分辨率就不足以實(shí)現(xiàn)以厘米級(jí)精度對(duì)標(biāo)簽的精確定位。這使RFID標(biāo)簽不能用于定位 能力是基本要求的許多應(yīng)用(例如，物體跟蹤)。
此外，還存在一些信息傳輸安全問(wèn)題。實(shí)際上，考慮到這些設(shè)備是無(wú)源的，它 們不能托管會(huì)需要較大有效能量的加密器件，因此數(shù)據(jù)是可很容易檢測(cè)的。最后，沒(méi)有 保護(hù)當(dāng)前的系統(tǒng)以抗所存在的干擾(例如，由在同一區(qū)域內(nèi)工作的其他RFID系統(tǒng)或由故 意干擾者引起的)。近來(lái)，業(yè)已提出采用以非常低的工作循環(huán)傳輸(即，使用持續(xù)時(shí)間小于1納秒的 脈沖)為特征的脈沖無(wú)線(xiàn)電超寬帶(UWB)技術(shù)的RFID系統(tǒng)。UWB信號(hào)具有大于20%的相對(duì)帶寬或大于500MHz的絕對(duì)帶寬，這為通信和定 位應(yīng)用提供了一些優(yōu)點(diǎn)。超寬帶改善了可靠性。實(shí)際上，由于信號(hào)含有大量的頻譜分 量，因此這些頻譜分量中至少有些可以通過(guò)障礙的概率增大。UWB信號(hào)特別耐其他系統(tǒng) 產(chǎn)生的干擾，而且在基于接收信號(hào)到達(dá)時(shí)間測(cè)量的距離估計(jì)中提供特別高的精度。分辨 周?chē)h(huán)境反射的各個(gè)信號(hào)分量的可能性，不僅可以減小覆蓋區(qū)域內(nèi)的盲區(qū)，而且可以通 過(guò)用Rake接收機(jī)收集來(lái)自不同分量的能量有益地利用這個(gè)可能性，從而增大覆蓋區(qū)域。總而言之，由于發(fā)射功率電平低(< lmW，而現(xiàn)行的RFID系統(tǒng)要求2-4W)、 定位極精確(在厘米級(jí))甚至在室內(nèi)環(huán)境內(nèi)也是這樣、耐干擾和多徑傳播(區(qū)域覆蓋和可 靠性較好)、在同一區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在大量設(shè)備(多路訪問(wèn))，因此UWB技術(shù)是克服 現(xiàn)行窄帶RFID技術(shù)的缺點(diǎn)的良好候選技術(shù)。近來(lái)提出用UWB來(lái)實(shí)現(xiàn)射頻標(biāo)簽(UWB-RFID)，這是低成本和低能耗的設(shè) 備。迄今為止，所提出的標(biāo)簽都是有源的，包括由電池供電的成套UWB收發(fā)器。US 7,154,396揭示了一種基于反向散射調(diào)制的無(wú)源或半無(wú)源UWB-RFID系統(tǒng)， 其中閱讀機(jī)發(fā)送一系列相等的非常短的脈沖，標(biāo)簽通過(guò)按照需發(fā)送的信息比特改變天線(xiàn) 負(fù)載狀況(匹配負(fù)載或開(kāi)路)反射或不反射這些脈沖。然而，在信號(hào)調(diào)制和解調(diào)過(guò)程上 并沒(méi)有提供足夠詳細(xì)的情況。最近對(duì)天線(xiàn)反向散射特性的測(cè)量業(yè)已表明，標(biāo)簽所反射的信號(hào)包括取決于天線(xiàn) 物理結(jié)構(gòu)的反向散射分量(稱(chēng)為結(jié)構(gòu)模式)，這個(gè)分量的強(qiáng)度不取決于天線(xiàn)負(fù)載從而也就 不取決于標(biāo)簽的信息數(shù)據(jù)，導(dǎo)致相對(duì)于取決于天線(xiàn)負(fù)載的反向散射分量(稱(chēng)為天線(xiàn)模式) 完全重疊而且占優(yōu)勢(shì)。這個(gè)現(xiàn)象使得在US 7,154,396中所提出的解決方案不可用，因?yàn)?天線(xiàn)對(duì)于每個(gè)負(fù)載狀態(tài)都反射，因此使得要識(shí)別作為標(biāo)簽所發(fā)送的信號(hào)的代碼的反射脈 沖極為困難，甚至不可能。如果除了標(biāo)簽天線(xiàn)所反射的信號(hào)之外還存在由周?chē)h(huán)境或其 他標(biāo)簽反射的其他信號(hào)分量(雜波)，這種情況就更加糟糕。此外，考慮到國(guó)際頻譜管理 約束條件不允許發(fā)射發(fā)送功率電平大于_2dBm的UWB信號(hào)，如在US7,154,396中所提出 的為每個(gè)反射脈沖關(guān)聯(lián)一個(gè)比特不能保證閱讀機(jī)接收到足以在有效的作用距離處可靠地 檢測(cè)到信息的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面旨在提供一種能克服上述缺點(diǎn)的用于在超寬帶RFID設(shè)備內(nèi)的 通信的方法。本發(fā)明的另一方面旨在提供一種能實(shí)現(xiàn)這樣的方法的裝置。按照本發(fā)明，所提供的用于在超寬帶RFID系統(tǒng)內(nèi)的通信的方法包括通過(guò)收發(fā) 設(shè)備產(chǎn)生包括至少一個(gè)由等時(shí)間間隔的脈沖組成的具有周期(Ts)的序列的詢(xún)問(wèn)超寬帶信 號(hào)、將所述信號(hào)發(fā)送到至少一個(gè)RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備、按照存儲(chǔ)在所述RFID設(shè)備內(nèi)的信息處理所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)并將它作為響應(yīng)信號(hào)發(fā)回到收發(fā)設(shè)備、通過(guò)所述收發(fā)設(shè)備接收所述響應(yīng) 信號(hào)并進(jìn)一步處理所述響應(yīng)信號(hào)以檢測(cè)包含在所述響應(yīng)信號(hào)內(nèi)的所述信息，其特征在于 所述方法還包括按照確定所述脈沖序列的每個(gè)脈沖的極性的數(shù)字編碼序列對(duì)所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)進(jìn)行 編碼；在所述RFID設(shè)備內(nèi)，通過(guò)用所述數(shù)字編碼序列，在詢(xún)問(wèn)信號(hào)的所述脈沖序列的 每個(gè)周期(Ts)內(nèi)通過(guò)改變天線(xiàn)負(fù)載(反向散射調(diào)制)而改變脈沖的極性，產(chǎn)生所述響應(yīng) 信號(hào)，使得在同一周期(Ts)內(nèi)標(biāo)簽所反射的所有脈沖都具有相同的極性。采用本發(fā)明可以使標(biāo)簽與閱讀機(jī)之間的通信耐在周?chē)h(huán)境內(nèi)的信號(hào)反射，并且 可以消除響應(yīng)信號(hào)內(nèi)取決于標(biāo)簽的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的分量的影響。本發(fā)明的另一方面旨在提供一種用于在超寬帶RFID設(shè)備內(nèi)的通信的裝置，所述 裝置包括被配置成相互通信的收發(fā)設(shè)備和RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備，其特征在于所述RFID設(shè)備 包括被配置成對(duì)RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備的天線(xiàn)所反射的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的反向散射調(diào)制器，所述反 向散射調(diào)制器包括被設(shè)置成與天線(xiàn)并聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)Si、以及與天線(xiàn)并聯(lián)且與負(fù)載阻抗串 聯(lián)的第二開(kāi)關(guān)。


下面將純粹通過(guò)非限制性實(shí)例參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，在這些附圖中圖1示出了本發(fā)明的收發(fā)設(shè)備的框圖；圖2示出了本發(fā)明的RFID設(shè)備的框圖；圖3示出了圖2的RFID設(shè)備的電原理圖；圖4示出了圖1的收發(fā)設(shè)備的一種變型的框圖；圖5示出了例示RFID設(shè)備的工作模式的表；圖6和7例示了圖1的收發(fā)設(shè)備所發(fā)送和接收的信號(hào)的一個(gè)例子；以及圖8和9例示了圖4的收發(fā)設(shè)備所發(fā)送和接收的信號(hào)的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出了本發(fā)明的稱(chēng)為閱讀機(jī)的收發(fā)設(shè)備1的結(jié)構(gòu)。收發(fā)設(shè)備1包括發(fā)送 部分2和接收部分3，通過(guò)開(kāi)關(guān)5被交替地接到為超寬帶天線(xiàn)的第一 UWB天線(xiàn)4上。發(fā) 送部分2包括第一數(shù)字序列或代碼發(fā)生器6，第一數(shù)字序列可以是二元的Cn e {-1，1}, 也可以是三元的cn e {-1，0，1}。第一數(shù)字序列發(fā)生器6驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器7，脈沖發(fā)生器7產(chǎn)生由一系列的脈沖序 列組成的具有周期Ts的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)由時(shí)間間隔為T(mén)fWNs個(gè)等間隔的脈沖組成，因此 Ts = Tf*Ns。組成脈沖序列的每個(gè)脈沖通常具有小于1納秒的持續(xù)時(shí)間，而脈沖極性取 決于第一數(shù)字序列發(fā)生器6所產(chǎn)生的數(shù)字序列的相應(yīng)數(shù)字。為了使在閱讀機(jī)1與所關(guān)聯(lián)的一些稱(chēng)為標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)RFID設(shè)備之間的通信“耐” 在周?chē)h(huán)境中的信號(hào)反射(即幾乎不受這樣的反射影響)，有益的是第一序列發(fā)生器6所 產(chǎn)生的數(shù)字序列具有零均值或準(zhǔn)零均值，即數(shù)字序列由同樣個(gè)數(shù)的正單元“+1”和負(fù)單 元“_1”組成，或者由個(gè)數(shù)稍微不同的正單元“+1”和負(fù)單元“_1”組成。例如，將序列中正單元的個(gè)數(shù)表示為N+而將負(fù)單元的個(gè)數(shù)表示為N—，適合在標(biāo)簽與閱讀機(jī)之間進(jìn) 行“耐擾”通信的數(shù)字序列例如可以是其中N+ = N的序列，或者其中N+ = N_±l的序 列。在圖6中，示出了閱讀機(jī)1所發(fā)送的信號(hào)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，其中，在每個(gè)周期 Ts的脈沖序列內(nèi)，正極性的脈沖比負(fù)極性的脈沖多一個(gè)單元，即N+ = N_+1。在整個(gè)標(biāo)簽_閱讀機(jī)通信期間這個(gè)代碼序列不斷重復(fù)。為了避免由于多徑而引 起的碼元間干擾，在室內(nèi)環(huán)境中，通常應(yīng)該將兩個(gè)相繼的脈沖之間的時(shí)間間隔Tf選擇為
50-100ns量級(jí)。閱讀機(jī)1所產(chǎn)生的信號(hào)被結(jié)構(gòu)如圖2的框圖所示的標(biāo)簽11接收。標(biāo)簽11包括 反向散射調(diào)制器12(即，標(biāo)簽11所反射的信號(hào)的調(diào)制器)、第二數(shù)字序列或代碼發(fā)生器 13 (類(lèi)似于閱讀機(jī)1的第一代碼發(fā)生器6)、控制單元14、同步單元15，還包括電源單元 16、存儲(chǔ)單元17和第二超寬帶天線(xiàn)18。電源單元16只是在半無(wú)源標(biāo)簽內(nèi)才有，用來(lái)為 標(biāo)簽11的數(shù)字部分供電，而在無(wú)源標(biāo)簽內(nèi)沒(méi)有電源單元16，使標(biāo)簽11工作所需的能量直 接從所接收的信號(hào)的電磁場(chǎng)獲取或者利用其他能源(太陽(yáng)源、熱源、振動(dòng)源等)得到。在圖3中示出了反向散射調(diào)制器12的電原理圖，反向散射調(diào)制器12包括與天線(xiàn) 18并聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)Si、與天線(xiàn)18并聯(lián)且與與天線(xiàn)阻抗匹配的負(fù)載阻抗Z串聯(lián)的第二開(kāi)關(guān) S4、與天線(xiàn)18串聯(lián)的包括第三開(kāi)關(guān)S2和第四開(kāi)關(guān)S3的延遲線(xiàn)19。延遲線(xiàn)19的長(zhǎng)度確 定了反射標(biāo)簽11所接收的信號(hào)的延遲時(shí)間τ。為了避免延遲線(xiàn)尺寸過(guò)大，適當(dāng)?shù)氖菍⒀?遲時(shí)間選擇成不大于幾個(gè)納秒。標(biāo)簽11對(duì)接收到的由閱讀機(jī)發(fā)送的信號(hào)的響應(yīng)取決于反向散射調(diào)制器12的開(kāi)關(guān)
51-S4的配置。在開(kāi)關(guān)Si、S2和S4打開(kāi)的情況下，無(wú)論開(kāi)關(guān)S3處在什么位置，標(biāo)簽 11所接收的每個(gè)脈沖都被反射回閱讀機(jī)1，沒(méi)有極性改變和延遲。在開(kāi)關(guān)Sl閉合而開(kāi)關(guān) S4打開(kāi)時(shí)，無(wú)論開(kāi)關(guān)S2和S3的狀態(tài)如何，標(biāo)簽11所接收的每個(gè)脈沖都被反射回閱讀機(jī) 1，極性反向而沒(méi)有延遲。在開(kāi)關(guān)S2閉合而其他開(kāi)關(guān)打開(kāi)的情況下，標(biāo)簽11所接收的每個(gè)脈沖被反射回閱 讀機(jī)1，沒(méi)有極性反向但延遲了 2τ。在開(kāi)關(guān)Sl和S4打開(kāi)而開(kāi)關(guān)S2和S3閉合時(shí)，標(biāo)簽11所接收的每個(gè)脈沖被反射 回閱讀機(jī)1，極性反向并且延遲了 2τ。最后，在開(kāi)關(guān)S4閉合而開(kāi)關(guān)Sl和S2打開(kāi)的情況下，無(wú)論開(kāi)關(guān)S3處于什么位 置，標(biāo)簽都不反射所接收的信號(hào)。在圖5中示出了總結(jié)上面所說(shuō)明的標(biāo)簽11的不同信號(hào)反射配置的表。第一列列 出了標(biāo)簽11的標(biāo)為0至4的狀態(tài)X，中間這列列出了開(kāi)關(guān)Sl至S4的配置，其中符號(hào)0 表示開(kāi)關(guān)打開(kāi)，符號(hào)1表示開(kāi)關(guān)閉合，而符號(hào)χ表示開(kāi)關(guān)位置無(wú)關(guān)緊要，打開(kāi)或閉合都可 以。在第三列中示出了由標(biāo)簽11反射回的信號(hào)，其中只示出了受標(biāo)簽調(diào)制的天線(xiàn)模式分 量，而天線(xiàn)結(jié)構(gòu)模式分量不受標(biāo)簽影響。標(biāo)簽11的狀態(tài)X每隔時(shí)間間隔Tf按照第二數(shù)字序列發(fā)生器13所產(chǎn)生的數(shù)字序 列改變，這個(gè)數(shù)字序列與閱讀機(jī)1的第一數(shù)字序列發(fā)生器6所產(chǎn)生的數(shù)字序列相同。此 外，標(biāo)簽11的狀態(tài)每隔信號(hào)的周期Ts按照標(biāo)簽要發(fā)送到閱讀機(jī)的信息比特改變，也就是 說(shuō)，每個(gè)周期Ts所關(guān)聯(lián)的是一個(gè)與一個(gè)正單元或一個(gè)負(fù)單元相應(yīng)的信息比特。需發(fā)送的信息比特序列被存儲(chǔ)在標(biāo)簽11的存儲(chǔ)單元17內(nèi)?？刂茊卧?4從存儲(chǔ)單元17內(nèi)檢索出 這個(gè)信息比特序列后將它與第二序列發(fā)生器13所產(chǎn)生的數(shù)字序列組合，以確定標(biāo)簽11在 每個(gè)時(shí)間間隔Tf和在每個(gè)周期Ts的狀態(tài)。使用如圖3所例示的反向散射調(diào)制器，以下不同模式的對(duì)標(biāo)簽11所反射的信號(hào) 的調(diào)制都是可行的所謂的2-PAM型調(diào)制(二元脈沖幅度調(diào)制)；所謂的2-PPM型調(diào)制(二元脈沖位置調(diào)制)；通-斷型調(diào)制。必須注意的是，2-PAM和通-斷調(diào)制可以用沒(méi)有延遲線(xiàn)19的反向散射調(diào)制器實(shí) 現(xiàn)，這種反向散射調(diào)制器只有開(kāi)關(guān)Si、S4和負(fù)載阻抗Z。按照本發(fā)明，對(duì)標(biāo)簽11所反射的信號(hào)的調(diào)制通過(guò)在脈沖序列的每個(gè)周期Ts內(nèi)按 照閱讀機(jī)的同樣編碼序列使脈沖極性反向?qū)崿F(xiàn)，因此在同一周期Ts內(nèi)的所有脈沖具有同 樣的極性。這種極性反向只影響反射信號(hào)的天線(xiàn)模式分量而不影響結(jié)構(gòu)模式分量。根據(jù)標(biāo)簽所采用的調(diào)制方案，在每個(gè)周期Ts內(nèi)的脈沖的極性、位置或出現(xiàn)取決 于需發(fā)送的信息比特。作為一個(gè)例子，在考慮2-PAM調(diào)制方案的特定情況下，信號(hào)調(diào)制 包括在需發(fā)送的信息比特是一個(gè)負(fù)單元時(shí)，使在每個(gè)周期Ts內(nèi)的所有脈沖的極性都反 向；而在需發(fā)送的信息比特與一個(gè)正單元相應(yīng)時(shí)，使在每個(gè)周期Ts內(nèi)的所有脈沖的極性 都保持不變。閱讀機(jī)1的接收部分3接收到的信號(hào)除了已提到的標(biāo)簽11所反射的信號(hào)的天線(xiàn) 模式和結(jié)構(gòu)模式分量之外還有未受這樣的極性反向影響的被周?chē)h(huán)境反射的所有的分量 (雜波)。閱讀機(jī)1的接收部分3包括與接收脈沖匹配的用來(lái)使信噪比最大的濾波器8、采 樣器9、累積單元10和門(mén)限檢測(cè)器10a。累積單元10將在周期Ts內(nèi)所有所接收的持續(xù) 時(shí)間Tf的信號(hào)部分予以相加。由于標(biāo)簽11所導(dǎo)致的極性反向，組成反射信號(hào)的天線(xiàn)模 式分量的那些脈沖被加在一起，得到強(qiáng)度為單個(gè)脈沖的天線(xiàn)模式分量的強(qiáng)度的Ns倍的信 號(hào)，而結(jié)構(gòu)模式和雜波分量即使在各單個(gè)脈沖內(nèi)占優(yōu)勢(shì)，但由于所用的代碼數(shù)字序列的 零均值或準(zhǔn)零均值特性，也被消除掉或大大減小。這樣，由于大大減小了接收信號(hào)內(nèi)的結(jié)構(gòu)模式和雜波分量的影響，檢測(cè)器IOa就 能以低的誤差概率很容易對(duì)標(biāo)簽11所反射的經(jīng)編碼的信號(hào)即信號(hào)的天線(xiàn)模式分量進(jìn)行檢 測(cè)。在圖6和7中，分別示出了閱讀機(jī)1所發(fā)射的信號(hào)和標(biāo)簽11所反射的在被閱讀機(jī) 1時(shí)的信號(hào)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，其中，天線(xiàn)模式分量以實(shí)線(xiàn)示出，而結(jié)構(gòu)模式和雜波分量 以虛線(xiàn)示出。如可以注意到的那樣，在閱讀機(jī)1所接收的信號(hào)的每個(gè)在一個(gè)周期Ts內(nèi)的 脈沖序列內(nèi)，所有的天線(xiàn)模式分量都具有相同的極性，而結(jié)構(gòu)模式和雜波分量具有交替 相反的極性，這樣，這些天線(xiàn)模式分量由檢測(cè)器IOa相加，而那些結(jié)構(gòu)模式和雜波分量給 出為零或準(zhǔn)零的和。在圖4中示出了另一個(gè)可選用的閱讀機(jī)101的框圖，閱讀機(jī)101包括發(fā)送部分 102和接收部分103。發(fā)送部分102僅包括脈沖發(fā)生器107，而接收部分103包括與所接 收的脈沖匹配的用來(lái)使信噪比最大的濾波器108、采樣器109、第一數(shù)字二元Cn e丨-1，1}或三元cne丨-1，0，1丨序列發(fā)生器106、將閱讀機(jī)所接收的信號(hào)與這樣的數(shù)字序列相 乘的乘法器112、累積單元110和門(mén)限檢測(cè)器111。此外，閱讀機(jī)101還包括將發(fā)送部分102和接收部分103交替地連接到超寬帶天 線(xiàn)104上的開(kāi)關(guān)105。閱讀機(jī)101的功能與上面所說(shuō)明的閱讀機(jī)1的功能相當(dāng)。第一代 碼序列發(fā)生器106被設(shè)置在接收部分103內(nèi)而不是在發(fā)送部分內(nèi)，而發(fā)送部分102的脈沖 發(fā)生器107被配置成發(fā)送具有相同極性的脈沖序列。標(biāo)簽的功能保持不變。按照這個(gè)方 案，接收到的信號(hào)的由結(jié)構(gòu)模式和雜波引起的干擾分量沒(méi)有極性反向，而信號(hào)的有用分 量，即載有信息的天線(xiàn)模式分量，在標(biāo)簽11內(nèi)受到極性按照代碼序列Cn反向的影響。標(biāo) 簽11所反射的脈沖這樣的極性反向在閱讀機(jī)的接收部分內(nèi)通過(guò)用乘法器112將所接收的 信號(hào)樣值乘以第一數(shù)字序列發(fā)生器106所產(chǎn)生的與標(biāo)簽11所用的相同的代碼序列得到補(bǔ) 償。相乘后，所得到的結(jié)果與使用采用圖1所例示的方案的閱讀機(jī)1所得到的相同。在圖8和9中，分別示出了閱讀機(jī)101所發(fā)射的信號(hào)和標(biāo)簽11所反射的在被閱 讀機(jī)101接收時(shí)的信號(hào)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，其中，天線(xiàn)模式分量以實(shí)線(xiàn)示出，而結(jié)構(gòu)模 式和雜波分量以虛線(xiàn)示出。如可以注意到的那樣，在閱讀機(jī)101所接收的信號(hào)的每個(gè)在一個(gè)周期Ts內(nèi)的脈 沖序列內(nèi)，所有的天線(xiàn)模式分量都具有交替相反的極性，而結(jié)構(gòu)模式和雜波分量具有相 同的極性，這樣，在通過(guò)乘法器112將所接收的信號(hào)樣值乘以第一數(shù)字序列發(fā)生器106所 產(chǎn)生的代碼序列Cn后，在每個(gè)周期Ts內(nèi)的所有的天線(xiàn)模式分量都具有相同的極性，從而 被檢測(cè)器111相加在一起，而那些結(jié)構(gòu)模式和雜波分量具有交替相反的極性，從而給出 零或準(zhǔn)零的和。本發(fā)明在RFID系統(tǒng)內(nèi)的標(biāo)簽_閱讀機(jī)通信方面有若干優(yōu)點(diǎn)，諸如信號(hào)穿過(guò)障礙 的能力強(qiáng)、平均發(fā)送功率低、抗由于信號(hào)在周?chē)h(huán)境內(nèi)的反射和由于存在其他RFID系統(tǒng) 的信號(hào)而引起的干擾的能力強(qiáng)；由于只有在知道在閱讀機(jī)內(nèi)和在標(biāo)簽內(nèi)所用的確切數(shù)字 序列時(shí)才能對(duì)信號(hào)解碼，因此傳輸安全性高；空間和時(shí)間分辨率高，例如通過(guò)給不同的 標(biāo)簽指配不同的數(shù)字序列，可以同時(shí)管理大量的標(biāo)簽；通過(guò)給不同的系統(tǒng)指配不同的數(shù) 字序列，在同一區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在若干個(gè)RFID系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于在超寬帶射頻標(biāo)識(shí)RFID系統(tǒng)內(nèi)的通信的方法，所述方法包括通過(guò)收 發(fā)設(shè)備(1)產(chǎn)生包括至少一個(gè)由等時(shí)間間隔的脈沖組成的具有周期(Ts)的序列的詢(xún)問(wèn)超 寬帶信號(hào)、將所述信號(hào)發(fā)送到至少一個(gè)RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)、按照存儲(chǔ)在所述RFID設(shè)備 (11)內(nèi)的信息處理所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)并將它作為響應(yīng)信號(hào)發(fā)回到收發(fā)設(shè)備(1)、通過(guò)所述收 發(fā)設(shè)備(1)接收所述響應(yīng)信號(hào)并進(jìn)一步處理所述響應(yīng)信號(hào)以檢測(cè)包含在所述響應(yīng)信號(hào)內(nèi) 的所述信息，其特征在于所述方法還包括按照確定所述脈沖序列中每個(gè)脈沖的極性的數(shù)字編碼序列對(duì)所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)進(jìn)行編碼；在所述RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)內(nèi)，通過(guò)用所述數(shù)字編碼序列，在詢(xún)問(wèn)信號(hào)的所述脈沖 序列的每個(gè)周期(Ts)內(nèi)通過(guò)改變天線(xiàn)負(fù)載(反向散射調(diào)制)而改變脈沖的極性，產(chǎn)生所 述響應(yīng)信號(hào)，使得在同一周期(Ts)內(nèi)的所有反射的脈沖都具有相同的極性。
2.—種用于在超寬帶RFID系統(tǒng)內(nèi)的通信的方法，所述方法包括通過(guò)收發(fā)設(shè)備 (101)產(chǎn)生包括至少一個(gè)由等時(shí)間間隔的脈沖組成的具有周期(Ts)的序列的詢(xún)問(wèn)超寬帶 信號(hào)、將所述信號(hào)發(fā)送到至少一個(gè)RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)、按照存儲(chǔ)在所述RFID設(shè)備(11) 內(nèi)的信息處理所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)并將它作為響應(yīng)信號(hào)發(fā)回到收發(fā)設(shè)備(101)、通過(guò)所述收發(fā)設(shè) 備(101)接收所述響應(yīng)信號(hào)并進(jìn)一步處理所述響應(yīng)信號(hào)以檢測(cè)包含在所述響應(yīng)信號(hào)內(nèi)的 所述信息，其特征在于所述方法還包括產(chǎn)生所述脈沖序列，使得該序列中所有脈沖都具有相同的極性；在所述RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)內(nèi)，通過(guò)按照數(shù)字編碼序列和按照存儲(chǔ)在所述RFID設(shè)備 內(nèi)的確定所述脈沖序列中每個(gè)脈沖的極性的信息對(duì)所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)進(jìn)行編碼，以改變天線(xiàn) 負(fù)載狀況的方式產(chǎn)生所述響應(yīng)信號(hào)；在所述收發(fā)設(shè)備(101)內(nèi)，通過(guò)用所述數(shù)字編碼序列在該響應(yīng)信號(hào)的所述脈沖序列 的每個(gè)周期(Ts)內(nèi)修改脈沖的極性，對(duì)所述響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行解碼，使得在同一周期(Ts)內(nèi) 的所有脈沖都具有相同的極性。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述數(shù)字序列是二元Cne丨-1，1丨或三元 cn e {-1, 0，1}數(shù)字序列。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述數(shù)字序列是和為零或準(zhǔn)零的數(shù)字序列。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中，在所述數(shù)字序列的每個(gè)周期(Ts)內(nèi)正單元的 個(gè)數(shù)(N+)等于負(fù)單元的個(gè)數(shù)(N—)。
6.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中，在所述數(shù)字序列的每個(gè)周期(Ts)內(nèi)正單元的 個(gè)數(shù)(N+)與負(fù)單元的個(gè)數(shù)(N—)相差一個(gè)單元。
7.按照權(quán)利要求1或當(dāng)引用權(quán)利要求1時(shí)的權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，所 述方法還包括將在響應(yīng)信號(hào)的每個(gè)周期(Ts)內(nèi)的脈沖加在一起。
8.按照權(quán)利要求2或當(dāng)引用權(quán)利要求2時(shí)的權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，所 述方法還包括在所述解碼后將在響應(yīng)信號(hào)的每個(gè)周期(Ts)內(nèi)的脈沖加在一起。
9.按照以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述脈沖序列內(nèi)的每個(gè)脈沖的持續(xù) 時(shí)間小于1納秒。
10.按照以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述脈沖序列中的兩個(gè)相繼脈沖之間 的時(shí)間間隔(Tf)不小于50納秒。
11.按照以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述脈沖序列中的兩個(gè)相繼脈沖之間 的時(shí)間間隔(Tf)大于100納秒。
12.—種用于在超寬帶RFID系統(tǒng)內(nèi)的通信的裝置，所述裝置包括適合相互通信的收 發(fā)設(shè)備(1 ； 101)和RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)，其特征在于所述RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)包括適 合對(duì)由所述收發(fā)設(shè)備(1 ； 101)產(chǎn)生并由RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)的天線(xiàn)(18)反射回的信號(hào) 進(jìn)行調(diào)制的反向散射調(diào)制器(12)，所述反向散射調(diào)制器(12)包括被設(shè)置成與天線(xiàn)(18)并 聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)(Si)、以及也與天線(xiàn)(18)并聯(lián)且與負(fù)載阻抗(Z)串聯(lián)的第二開(kāi)關(guān)(S4)。
13.按照權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述反向散射調(diào)制器(12)還包括被設(shè)置成 與天線(xiàn)(18)串聯(lián)的延遲線(xiàn)(19)，該延遲線(xiàn)(19)包括第三開(kāi)關(guān)(S2)和第四開(kāi)關(guān)(S3)。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中，所述收發(fā)設(shè)備(1)包括發(fā)送部分(2) 和接收部分(3)，所述發(fā)送部分(2)包括與脈沖發(fā)生器(7)操作上關(guān)聯(lián)的第一數(shù)字序列發(fā) 生器(6)。
15.按照權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中，所述收發(fā)設(shè)備(101)包括發(fā)送部分(102)和接收部分(103)，所述發(fā)送部分(102)包括脈沖發(fā)生器(107)，而所述接收部分(103)包括與乘法器關(guān)聯(lián)的第一數(shù)字序列發(fā)生器(106)，所述乘法器適合將所述接收部分 (103)所接收的信號(hào)與所述數(shù)字序列相乘。
16.按照權(quán)利要求14或15所述的裝置，其中，所述第一數(shù)字序列發(fā)生器(6； 106)產(chǎn) 生二元cne{-l，1}或三元Cne{-1，0，1}數(shù)字序列。
17.按照權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述接收部分(3； 103)包 括匹配濾波器(8; 108)、采樣器(9; 109)、累積單元(10; 110)、門(mén)限檢測(cè)器(10a; 111)、天線(xiàn)(4 ； 104)和開(kāi)關(guān)(5 ； 105)，該開(kāi)關(guān)(5 ； 105)用來(lái)將所述天線(xiàn)(4 ； 104)交替 地連接到所述發(fā)送部分(2 ； 102)和所述接收部分(3 ； 103)。
18.按照權(quán)利要求12至17中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備包括第 二數(shù)字序列發(fā)生器(13)、控制單元(14)、同步單元(15)和存儲(chǔ)單元(17)。
19.按照權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述第二數(shù)字序列發(fā)生器(13)產(chǎn)生與所述 第一數(shù)字序列發(fā)生器(6 ； 106)所產(chǎn)生的數(shù)字序列相同的數(shù)字序列。
20.按照權(quán)利要求18或19所述的裝置，其中，所述RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備還包括電源單元 (16)。
全文摘要
一種用于在超寬帶RFID系統(tǒng)內(nèi)的通信的方法包括通過(guò)收發(fā)設(shè)備產(chǎn)生包括至少一個(gè)由等時(shí)間間隔的脈沖組成的具有周期(Ts)的序列的詢(xún)問(wèn)信號(hào)、將所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)發(fā)送到至少一個(gè)RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備、由所述RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)并將它發(fā)回到所述收發(fā)設(shè)備，所述方法還包括按照數(shù)字編碼序列對(duì)所述詢(xún)問(wèn)信號(hào)進(jìn)行編碼、通過(guò)用所述數(shù)字編碼序列在詢(xún)問(wèn)信號(hào)的所述脈沖序列的每個(gè)周期(Ts)內(nèi)改變脈沖的極性來(lái)產(chǎn)生所述響應(yīng)信號(hào)。一種用于在超寬帶RFID系統(tǒng)內(nèi)的通信的設(shè)備包括適合相互通信的收發(fā)設(shè)備(1，101)和RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)，所述RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備(11)包括適合對(duì)該RFID標(biāo)識(shí)設(shè)備的天線(xiàn)(18)所反射的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的反向散射調(diào)制器(12)。
文檔編號(hào)H04B1/69GK102016634SQ200980114028
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者D·達(dá)達(dá)里 申請(qǐng)人:博洛尼亞大學(xué)