CN101248440A - 用于在数据和/或冲突方面评估数据流信号的方法和rfid读取器 - Google Patents

Abstract

一种用于通过射频标识读取器(1)在数据和/或冲突方面评估数据流信号(DS)的方法，包括：将数据流信号(DS)与至少一个阈值电平、具体是数据比特电平和/或冲突电平进行比较，以及评估比较的结果，其中依赖数据流信号(DS)的过程和/或所述阈值电平的过程来将阈值电平和它的适配速度(α(n))进行适配。

Description

用于在数据和/或冲突方面评估数据流信号的方法和RFID读取器

技术领域

本发明涉及一种用于通过射频标识读取器在数据和/或冲突方面评估数据流信号的方法，包括将数据流信号与至少一个阈值电平、尤其是数据比特电平和/或冲突电平进行比较，以及评估比较的结果。

本发明还涉及一种射频标识读取器，配置用于通过将数据流信号与至少一个阈值电平、尤其是数据比特电平和/或冲突电平进行比较，以及评估比较的结果，在数据和/或冲突方面评估数据流信号。

本发明还涉及一种可直接装载至可编程射频标识读取器的存储器的计算机程序产品，包括当所述产品在射频标识读取器上运行时用于执行根据第一段所述方法的步骤的软件代码部分。

背景技术

在已知射频标识(RFID)系统中，使用固定的阈值电平来检测RFID读取器接收到的数据流信号中的数据和冲突。在该上下文环境中，术语“固定阈值电平”表示提前设置所述阈值电平，或者将所述阈值电平选择作为预定多个输入噪声信号。

然而，这些已知的RFID系统示出了以下缺点：在信号电平变化的情况下，不能使用于检测数据和冲突的阈值电平适配，这会造成检测误差。例如，变化的信号电平可以分别地产生于信号节拍、或RFID读取器天线和RFID标签之间变化的耦合。

根据文献US5,300,922，已知与电子物品监视系统一起使用的周期脉冲区分系统，该区分系统可以检测有效的标签脉冲，同时区分由共振和干扰载波以及随机噪声所引起的周期脉冲。确定脉冲信号的周期以及响应连续检测脉冲的幅度差的电路控制自适应阈值和采样窗口，以区分具有不正确的周期和不适当的包络上升时间的信号。一般地，该文献讨论了与周期信号和噪声的自适应检测有关的主题，并没有公开用于通过使用自适应阈值电平在多个RFID标签的信号中检测数据流信号中的数据和冲突的过程或方法。

发明内容

本发明的目的是提供开头段中所定义类型的方法，以及第二段中所定义类型的设备，其中避免了上述所定义的缺点。

为了达到上述所定义的目的，提供了一种根据本发明的特定特征的方法，从而根据本发明的方法可以以下定义的方式为特征，即：

一种用于通过射频标识读取器在数据和/或冲突方面评估数据流信号的方法，包括将数据流信号与至少一个阈值电平、尤其是数据比特电平和/或冲突电平进行比较，以及评估比较的结果，其中依赖数据流信号的过程和/或所述阈值电平的过程来适配阈值电平和它的适配速度。

为了达到上述所定义的目的，提供了一种根据本发明的特定特征的RFID读取器，从而该RFID读取器执行根据本发明的所述方法的步骤。

为了达到上述所定义的目的，提供了一种根据本发明的特定特征的计算机程序产品，从而可直接将根据本发明的计算机程序产品装载至可编程RFID读取器的存储器，其中所述计算机软件产品包括当所述产品在RFID读取器上运行时用于执行根据本发明的方法步骤的软件代码部分。

为了达到上述所定义的目的，根据本发明的RFID读取器包括算术逻辑单元和存储器，并且根据上述段落来处理所述计算机程序产品。

根据本发明的特定特征提供了对RFID读取器的数据流信号中的数据和冲突的检测速率和速度的实质性改善。针对其中信号电平随时间而改变的环境和/或这样的条件下工作的RFID系统来说，本发明具有特定的优点。这是由于天线失谐、噪声或RFID读取器和RFID标签之间的磁耦合的改变。

如权利要求2所述的措施提供了如下优点：利用适当设置的基本适配速度，可以实现阈值电平的快速初始化适配。基本适配速度可以随时间而改变，从而启动学习模式。这可以通过使用学习曲线来完成。

如权利要求3或4所述的措施分别提供了如下优点：如果数据流信号的采样具有高方差，则可以使阈值电平适配得更快，或如果方差过高，则固定阈值电平。

如权利要求5所述的措施提供了如下优点：避免了将比特电平适配至冲突或异常值。此外，可以实现阈值电平快速适配至步幅。

如权利要求6所述的措施提供了如下优点：选择性地激活或去激活阈值电平的适配。例如，“1”比特电平不应尝试适配至“0”采样值。此外，当数据流信号的实际采样值与阈值电平的距离过远时，可以阻止适配。

如权利要求7所述的措施提供了如下优点：可以处理在信号冲突的情况下引起增大的信号电平的干扰。

如权利要求8所述的措施提供了如下优点：可以快速决定在信号冲突的情况下是否可以恢复数据。

还应该注意到，可以直接在RFID读取器中直接实现本发明方法的特征。

上面所定义的方面和其它方面从以下要描述的示例性实施例中变得显而易见，并且参照该示例性实施例进行描述。

附图说明

以下将结合示例性实施例描述本发明。然而，本发明不限于该示例性实施例。

图1示出了RFID系统的示意性电路框图。

图2示出了RFID标签的示意性电路框图。

图3示出了解释强信号冲突的信号图。

图4示出了解释弱信号冲突的信号图。

图5至图8示出了根据本发明定义的各种自适应阈值电平的示例图。

图9示出了数据流信号的采样幅度与自适应比特电平和冲突电平的示意图。

图10示出了实现本发明的实现的电路框图。

具体实施方式

图1示出了包括RFID读取器1和多个RFID标签2a、2b的RFID(射频标识)系统的示例性电路框图，其中，为了清楚，只描述两个RFID标签2a和2b。如果RFID标签2a、2b在RFID读取器1的传输和接收范围之内，那么RFID读取器1通过调制电磁信号以非接触的方式与RFID标签2a、2b进行通信。RFID读取器1包括控制装置3(例如微处理器或微控制器)，该控制装置3通过数据总线与程序存储装置4进行通信。使程序存储装置4适配以存储用于控制装置3基本操作的操作系统OS以及控制装置3要处理的应用程序代码SW。可以将程序存储装置4配置为非易失性存储器，例如PROM、EPROM、EEPROM等，其中在本例中使用ROM。还可以配置程序存储装置4为用户可定义的ASIC、PAL等。此外，可以将控制装置3和程序存储装置4集成为单个芯片。应该注意到，可以集成应用程序代码SW和操作系统OS。控制装置3还与随机存取存储器5进行通信。当处理程序代码SW时，控制装置3与输入/输出装置8进行合作，例如可以将该输入/输出装置8配置为与计算机的链路接口。

RFID读取器1还包括天线7，用于将电磁信号SS传输至RFID标签2a、2b。这些电磁信号SS可以用于将数据传输至RFID标签2a、2b，并且如果将RFID标签2a、2b配置为无源标签，则给RFID标签2a、2b供电。RFID标签2a、2b利用响应信号RS1、RS2来响应RFID读取器。可以通过标准数据传输协议和标准调制方法完成RFID读取器1和RFID标签2a、2b之间的数据交换。例如，从RFID读取器1发送至RFID标签2a、2b的电磁信号SS是根据国际标准ISO 15693的脉冲位置编码调制信号，但也可以考虑其他的传输方法。例如，从RFID标签2a、2b至RFID读取器的响应信号RS1、RS2是负载调制信号，其中通过切换与RFID标签2a、2b天线连接的负载阻抗来调制包含在电磁信号SS中的载波信号或子载波信号，从而从载波信号或子载波信号中汲取变化的能量。在RFID标签处切换负载阻抗导致RFID读取器1的天线7的阻抗改变，以及因此导致了RFID读取器1的天线7处的电压幅度变化，该变化的电压幅度代表输入信号IS。为了恢复包含在输入信号IS中的数据，分别地校正或解调输入信号IS，产生数据流信号DS。RFID读取器1通过将数据流信号DS与所定义的比特电平进行比较，提取以数据流信号DS编码的数据。为了减少提取数据中的误差，可以附加地定义冲突电平，并且用于比较，正如如下所要详细解释的。

图2示出了RFID标签2a、2b的示例性实施例的示意性电路框图。应该注意到RFID标签2a、2b的配置不是本发明的部分，而是仅为了对本发明的全面理解而解释。将每个RFID标签2a、2b配置为无源标签，并且包括天线10，与该天线10相连接的模拟射频接口11，与该模拟射频接口11相连接的数字控制单元12，以及与该数字控制单元12相连接的存储器13。该存储器13是非易失性存储器(例如EEPROM)，从而甚至当断开RFID标签2a、2b时，在与RFID读取器1进行通信期间写入存储器13的数据仍保持存储，例如因为存储器13离开了RFID读取器1的传输范围，因而不再由RFID读取器1进行供电。存储器13也可以包括用于操作数字控制单元12的程序代码和唯一的标识号。天线10从RFID读取器1处接收电磁信号SS，并将它们传送至模拟射频接口11。通常，模拟射频接口11包括具有集成能量存储元件的整流器REG和稳压器VREG(例如电容器)，来从所接收到的电磁信号SS中导出数字控制单元12和存储器13所必要的操作电压VDD。此外，模拟射频接口11包括解调器DEMOD，用于从电磁信号SS中提取数据DIN，并且将其传送至数字控制单元12。数字控制单元12处理所接收到的数据DIN，并且可以通过产生输出数据DOUT并将其传送至模拟射频接口11来响应RFID读取器1。模拟射频接口11包括调制器MOD，用于调制输出信号DOUT，并且通过天线10将所调制的信号作为响应信号RS1、RS2进行发射。

为了RFID读取器1和RFID标签2a、2b之间的成功通信，有必要频繁地执行所述设备之间的同步。此外，在频繁的时间间隔中，RFID读取器通过发送广播发明命令在它的接收范围内搜索存在的RFID标签，请求所有的RFID标签通过返回它们的标识号来确认它们的存在。当多于一个RFID标签同时响应时，该发明过程会在RFID读取器的天线7处产生信号冲突，正如参照图3和图4的示意图所解释的。

图3中所描述的示意图示出了在上两行中由RFID标签2a、2b同时传输的响应信号RS1、RS2。该响应信号RS1、RS2包含曼彻斯特编码的比特流”1-1“(RS1)和”1-0“(RS2)。曼彻斯特编码是一种数据通信线编码形式，其中通过至少一个跃迁(transition)表示数据的每个比特。通过预定时间段传输每个比特。正如该图示的最底行所描述的，在RFID读取器1天线处响应信号RS1、RS2的重叠产生输入信号IS，将输入信号IS解调为数据流信号DS。分别地，针对输入信号IS或数据流信号DS，将理解第一比特仍然包含跃迁，但是该信号幅度已经增加至信号RS1、RS2的信号幅度的两倍。然而，当将数据流信号DS与适当设置的比特电平进行比较时，RFID读取器1仍然能够正确地恢复正确的比特值“1”，并将它们分配给响应信号RS1、RS2。与之相反，将信号RS1、RS2的第二比特分别地叠加为输入信号IS和解调数据流信号DS的信号形式，该形式没有跃迁，这就违反了曼彻斯特编码。这种缺乏的跃迁构成了所谓的”强“冲突，这是因为RFID读取器不能恢复数据比特。

图4的示意图示出了由RFID读取器接收到的来自RFID标签2a、2b的响应信号RS1和RS2。可以理解，响应信号RS1和RS2在RFID读取器处以不同的幅度出现(例如距离RFID读取器1的不同距离)，分别地产生数据信号IS和解调数据流信号DS，正如该示意图的最底行所描述的。虽然在RFID读取器1的天线7处响应信号RS1和RS2的叠加导致了数据流信号DS中的信号冲突，在这种情况下，该冲突仅是”弱“冲突，这是因为假设数据流信号DS与恰当设置的比特电平进行比较，数据流信号DS仍然显示出了允许数据正确恢复的信号跃迁(”1“用于信号RS1，”0“用于RS2)。

为了提高数据检测速率和速度，以及为了减少误差率，本发明提出使用自适应阈值电平用于与数据流信号DS的比较。无论何时代表阈值电平的值随时间变化，这种自适应阈值电平都是有用的。这是由于天线失谐、噪声或磁偶合的改变(例如移动邻接集成电路卡(VICC))。为了获得最佳结果，本发明还提出将阈值电平与自适应适配速度进行适配，正如下面所要描述的。

在本发明的实施例中，阈值电平的适配是基于指数平滑。它的适配速度α(α，α_var：0...1∈R)是方差(L_var)、新采样与电平的相对距离

外部值(α₀)和on/off变量(∈{0，1})的函数。术语this表示数据流信号DS的实际采样x(n)。因子F控制每个部分的权重。

通过以下等式来估计方差。这些等式与用于自适应电平本身的等式基本上是相同的。

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{var}}\left(n\right)={[({\mathrm{\α}}_{0,\mathrm{var}}\left(n\right)+\frac{|\mathrm{this}-L(n-1)|}{L(n-1)}\·F_{\mathrm{\Δ},\mathrm{var}})\·\mathrm{on}/\mathrm{off}\left(n\right)]}_0^1$ [等式1]

[等式2]

如果适当设置，最大方差L_var，max防止针对正F_Δ，var的发散作用(更大方差更快电平适配对于下一采样的更高异位更大方差...)。

如下计算主电平：

$\mathrm{\α}\left(n\right)={[({\mathrm{\α}}_0\left(n\right)+\frac{|\mathrm{this}-L(n-1)|}{L(n-1)}\·F_{\mathrm{\Δ}}+\frac{L_{\mathrm{var}}\left(n\right)}{L(n-1)}\·F_{\mathrm{var}})\·\mathrm{on}/\mathrm{off}\left(n\right)]}_0^1$ [等式3]

L(n)＝L(n-1)·(1-α(n))+this·α(n)[等式4]

由各种参数控制适配速度。下表列出包括简短解释的这些参数。

接下来，通过示例解释本发明的应用。

示例1：

为了区分来自RFID标签的由RFID读取器所接收到的输入信号中的比特“1”和比特“0”，定义了用于比特”1”的比特阈值电平(表示为L_”1”)和用于比特”0”的比特阈值电平(表示为L_”0”)。还定义了：

$\mathrm{center}\left(n\right)=\mathrm{center}(n-1)\·(1-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{center}})+\frac{L_{1_{\′\′}^{\′\′}}\left(n\right){+L}_{0_{\′\′}^{\′\′}}\left(n\right)}{2}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{center}}$ [等式5]

[等式6]

[等式7]

示出上述阈值电平用于图5示意图中的采样x。比特判决由以下定义：

[等式8]

示例2

为了以这种方式提高数据流信号DS的评估，从而不仅可以区分比特“1”和“0”，而且可以找到冲突，根据下列等式定义两个冲突电平L_{coll，”1”}(n)和L_{coll，”0”}(n)，即一个针对每个比特电平：

L_{coll，”1”}(n)＝L_”1”(n)-L_{var，”1”}(n)·F_{coll，”1”}     [等式9]

L_{coll，”0”}(n)＝L_”0”(n)+L_{var，”0”}(n)·F_{coll，”0”}     [等式10]

示出上述阈值电平用于图6示意图中的采样x。根据下列等式来决定冲突的发生。

[等式11]

示例3

应该注意到，在冲突的情况下，干扰可以产生增加的而不是下降的电平。为了处理这个问题，必须引入另外两个冲突阈值电平，形成四个冲突阈值电平：

L_{coll，”1”，u}(n)＝L_”1”(n)+L_{var，”1”}(n)·F_{coll，”1”}    [等式12]

L_{coll，”1”，l}(n)＝L_”1”(n)-L_{var，”1”}(n)·F_{coll，”1”}    [等式13]

L_{coll，”0”，u}(n)＝L_”0”(n)+L_{var，”0”}(n)·F_{coll，”0”}    [等式14]

L_{coll，”0”，l}(n)＝L_”0”(n)-L_{var，”0”}(n)·F_{coll，”0”}    [等式15]

示出上述阈值电平用于图7示意图中的采样x。根据下列等式来决定冲突的发生。

[等式16]

示例4

使用每比特电平两个不同的冲突电平允许系统将“弱”电平和“强”电平区分开来：

L_{coll，”1”strong}(n)＝L_”1”(n)-L_{var，”1”}(n)·F_{coll，”1”，strong}    [等式17]

L_{coll，”1”，weak}(n)＝L_”1”(n)-L_{var，”1”}(n)·F_{coll，”1”，weak}    [等式18]

L_{coll，”0”strong}(n)＝L_”0”(n)+L_{var，”0”}(n)·F_{coll，”0”，strong}    [等式19]

L_{coll，”0”，weak}(n)＝L_”0”(n)+L_{var，”0”}(n)·F_{coll，”0”，weak}    [等式20]

示出上述阈值电平用于图8示意图中的采样x。根据下列等式来决定强和弱冲突的发生。

[等式21]

[等式22]

其中F_{coll，”1”，strong}＞F_{coll，”1”，weak}且F_{coll，”0”，strong}＞F_{coll，”0”，weak}。组合示例3和4，即定义每比特电平两个冲突电平和弱/强冲突电平，这样得到8个冲突电平。

示例5

图9示出了数据流信号DS的采样和自适应比特电平以及冲突电平的幅度的示意图。该示例是上述等式[EQ1]至[EQ11]的实施方式，其中，等式[EQ6]和[EQ7]分别地由下列等式来替换：

[等式23]

[等式24]

由下表来解释图9的示意图：

DS采样号	解释
		0-5	在学习模式中，由α0控制的非常快速的适配。α0沿余弦滚降学习模式而减少。请注意”1”-电平(正)不会对0(负)做出反应，反之亦然。
6-30	只有具有递增方差的电平。”0”-电平是固定的，而”1”-电平在大多数采样处是变化的。然而，忽略冲突(低于”1”-冲突电平的采样)
		31-38	针对两个电平的冲突。所有电平固定至它们的先前状态。
39-55	具有递减电平但递增方差的0(例如VICC移出该区域)

图10示出了本发明实施方式的电路框图。应该注意到，该实施方式可以体现为硬件实施方式(电平适配意味着LA作为RFID读取器1的控制装置3的部分，见图1)或软件实施方式的形式中，其中，软件可存储在程序存储装置4中或可装载至RFID读取器1的程序存储装置4和/或存储器5中。在许多情况下，包括用于执行根据本发明方法的步骤的软件代码部分的计算机程序产品已经提前存储到这样的RFID读取器中(例如在ROM或EPROM或任何其它永久存储器)。通过计算机软件产品所存储其上的数据载体的帮助，也可以将计算机程序产品馈入RFID读取器。

在图10的电路框图中，给出框和等式之间的下列关联：

“1”电平：        [等式3]，[等式4]

“0”电平：        [等式3]，[等式4]

“1”方差电平：    [等式1]，[等式2]

“0”方差电平：    [等式1]，[等式2]

中心电平：         [等式5]

右部分：           [等式17]至[等式20]

比较器：           [等式5]，[等式21]至[等式24]

可以提及，所谓的RFID系统是用于货物或动物识别的系统。但也可以考虑所谓的近场通信设备(NFC设备)。该发明一般思想可以总是应用于通信系统，在该系统中，需要比特流和冲突检测。这允许在信号上做出判决，对于这些信号来说，电平方差(例如由噪声所引起)在操作期间是个问题。

应当注意到，上面所提到的实施例示出而不是限制本发明，以及本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围内设计许多可选实施例。在权利要求中，置于括号中的任何参考符号不应当视为对权利要求的限制。词“包括”不排除不同于权利要求中所列出的那些元件或步骤的出现。在元件前的词“一”不排除这种元件的复数的出现。可以通过包括几个明显元件的硬件的方式和/或通过适合编程的处理器的方式实现该发明。在设备权利要求列举几个装置中，可以通过同一个硬件将这些装置中的几个具体化。在相互不同的从属权利要求中所述的特定措施的事实并不指示不能有利的使用这些措施的组合。

Claims (12)

1、一种用于通过射频标识读取器(1)在数据和/或冲突方面评估数据流信号(DS)的方法，包括：将数据流信号(DS)与至少一个阈值电平、尤其是数据比特电平和/或冲突电平进行比较，以及评估比较的结果，其中依赖数据流信号(DS)的过程和/或所述阈值电平的过程来将阈值电平和它的适配速度(α(n))进行适配。

2、如权利要求1所述的方法，其中，设置基本适配速度(α₀)，优选地，基本适配速度(α₀(n))根据时间而变化，尤其根据预定的学习曲线而变化。

3.如权利要求1所述的方法，其中，依赖所述阈值电平的方差，来将适配速度(α(n))进行适配。

4.如权利要求3所述的方法，其中，通过非线性函数来计算适配速度(α(n))的方差相关性。

5.如权利要求1所述的方法，其中，依赖所述阈值电平至数据流信号(DS)的实际采样值(this)的距离，来将适配速度(α(n))进行适配。

6.如权利要求1所述的方法，其中，依赖数据流信号(DS)的实际采样值、或依赖所述阈值电平至数据流信号(DS)的实际采样值(this)的距离，来激活/去激活所述阈值电平的适配。

7.如权利要求1所述的方法，其中，针对每个比特电平，定义上(L_{coll，″1″，u}(n)，L_{coll，″0″，u}(n))和下(L_{coll，″1″，l}(n)，L_{coll，″0″，l}(n))冲突电平。

8.如权利要求1所述的方法，其中，阈值电平包括定义了其中不可能有数据恢复的冲突的“强”冲突电平(L_{coll，″1″，strong}(n)，L_{coll，″0″，strong}(n))，以及定义了其中仍可能有数据恢复的冲突的“弱”冲突电平(L_{coll，″1″，weak}(n)，L_{coll，″0″，weak}(n))。

9.一种射频标识读取器(1)，配置用于：通过将数据流信号(DS)与至少一个阈值电平、尤其是数据比特电平和/或冲突电平进行比较，以及评估比较的结果，在数据和/或冲突方面评估数据流信号(DS)，其中配置所述射频标识读取器(1)用于执行根据权利要求1至8的方法的步骤。

10.根据权利要求9的射频标识读取器，包括具有算法逻辑单元和存储器(5)的控制装置(3)，其中，将所述射频标识读取器(1)适配用于处理如权利要求11所述的计算机程序产品。

11.一种直接装载至可编程射频标识读取器(1)的存储器的计算机程序产品，包括当所述产品在所述射频标识读取器上运行时，用于执行根据权利要求1至8的方法的步骤的软件代码部分。

12.如权利要求11所述的计算机程序产品，其中将计算机程序产品存储在计算机可读介质上。

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