CN101507131B - 射频接收器以及具有射频接收器的射频识别/泛在传感器网络系统 - Google Patents
射频接收器以及具有射频接收器的射频识别/泛在传感器网络系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种射频接收器，包括：第一信号耦合器，用于对从标签或阅读器接收的射频信号进行耦合和分路；电压调节器，用于接收被耦合的信号以及输出具有预定电平的电压调节信号；信号转换器，用于把电压调节信号用作振荡频率信号来对从第一信号耦合器传输的射频信号进行混频以及生成基带频率信号；信号处理器，用于对基带频率信号进行处理以及提取标签信息；以及数据收发器，用于通过有线网络和/或无线网络来传输标签信息。
Description
技术领域
实施例涉及射频识别/泛在传感器网络(RFID/USN)系统。
背景技术
泛在网络技术已获得了全世界的关注。泛在网络技术允许用户对各种网络进行访问而不论时间和地点。这种泛在网络技术包括射频识别(RFID)技术或泛在传感器网络(USN)技术，采用这些技术的系统被称为RFID/USN系统。
泛在传感器网络(USN)技术是指用于构建网络以使得以无线的方式来获取由各种传感器所收集的复数件信息的网络技术。根据USN技术，复数个传感器网络节点被安装在人难以接近的区域，从而允许人对该区域进行监控。
用于商业交易的RFID系统包括附着到货物、被配置有货物的详细信息的RFID标签以及用于通过RF通信来读取嵌入在该RFID标签中的详细信息的RFID阅读器。附着到货物的RFID标签在通过RFID阅读器被放置的区域时通过RF通信把信息传输到RFID阅读器。相应地，提供了能够对包括配给、组装、价格变化和货物销售的供应链管理(SCM)进行有效的处理的设施。
当RFID阅读器传输信息请求信号时，RFID标签根据该信号来传输标签信息。此时，从位于超出RFID阅读器的阅读距离的RFID标签传输的信号不能到达该RFID阅读器，而是漏掉了。
在RFID/USN系统中，如果从RFID标签提供的信号被漏掉了，则RFID阅读器无法生成关于物流的精确信息。因此，必须给RFID/USN系统提供更多的大量的RFID阅读器来解决上述问题。然而，如果RFID阅读器的数量增加，则在RF阅读器之间会引起强烈的无线电干扰，因此会降低标签辨识率和标签辨识距离。此外，会需要复杂的网络。
发明内容
技术问题
实施例提供了RF接收器和具有RF接收器的RFID/USN系统，能够有效地改进标签辨识率。
技术方案
实施例提供了一种射频接收器，包括：第一信号耦合器，用于对从标签或阅读器接收的射频信号进行耦合和分路；电压调节器，用于接收被耦合的信号以及输出具有预定电平的电压调节信号；信号转换器，用于把电压调节信号用作振荡频率信号来对从第一信号耦合器传输的射频信号进行混频以及生成基带频率信号；信号处理器，用于对基带频率信号进行处理以及提取标签信息；以及数据收发器，用于通过有线网络和/或无线网络来传输标签信息。实施例提供了一种射频识别/泛在传感器网络，包括：阅读器，用于传输信息请求信号以请求提供标签信息以及从与所述信息请求信号对应的标签来接收所述标签信息；射频接收器，用于从标签接收标签信息；终端，用于从射频接收器接收标签信息；第一网络，用于把射频接收器与终端相连接；以及第二网络，用于把阅读器与终端相连接。
有益效果
根据实施例，能够有效地改进标签辨识率。
根据实施例，能够延长标签辨识距离，以及能够扩展RFID/USN系统的应用范围。
附图说明
图1是用于对根据实施例的RF接收器进行解释的视图；
图2是示出了根据实施例的RF接收器的视图；以及
图3和图4是用于对根据实施例的RF接收器的传输/接收信号的标准进行解释的图。
具体实施方式
以下将参考附图对实施例进行描述。
根据实施例的RF接收器适用于RFID/USN系统。RF接收器与阅读器结合以对在该阅读器的单元范围(cellarea)内没有被辨识的标签信号进行接收和补充处理。
图1是用于对根据实施例的RF接收器100进行解释的视图。
RF接收器100能够与阅读器200和标签300进行通信。可以通过第一有线/无线网络500把RF接收器100连接到被放置在外部空间的终端400。可以通过第二有线/无线网络600把终端400连接到阅读器200。
标签300被附着到物品，以使得包括物品信息的标签信息可以被传输。阅读器200可以被安装在物品的移动区域中，如运送装置或传送器系统的出入口区域。阅读器200可以把用于请求提供信息的信号传输到标签300，并对从标签300传输的标签信息进行接收和处理。
此时，从标签300传输的标签信息可能会被漏掉而没有在阅读器200中被接收到。例如，当对其上附着有标签300的物品进行传送时，从被放置得超出阅读器200的阅读距离的标签300传输的信号不会到达阅读器200。
根据本实施例的RF接收器100接收被漏掉的信号以向终端400和阅读器200中的一个提供标签信息，从而改进标签300的辨识率以及增大一个阅读器的辨识距离和辨识范围。
终端400可以从RF接收器100接收标签信息以把该标签信息传递给阅读器200。终端400可以是配置有集成管理程序以对来自阅读器200和RF接收器100的标签信息进行接收和处理的系统。
例如，终端400可以提取物品信息以对标签300被辨识的时间的信息(例如，其上附着有标签300的物品通过预定区域的时间的信息)以及物品的量的信息进行统计地处理。
如图1所示，阅读器200和RF接收器100可以同时对从标签300传输的信号进行检测。相应地，增大了对标签300进行监控的范围，延长了标签300的传输距离。
虽然根据安装环境所提供的RF接收器100、阅读器200、终端400的数量可以分别是至少一个，但将针对包括一个RF接收器100、一个阅读器200和一个终端400的系统来对实施例进行解释。
第一有线/无线网络500和第二有线/无线网络600可以独立地选自诸如无线保真Wi-Fi、超宽带(UWB)、蓝牙Bluetooth、全球微波接入互操作性(WiMax)、紫蜂zigbee、以及专用短程通信(DSRC)这些无线网络。此外，第一有线/无线网络500和第二有线/无线网络600可以独立地选自诸如通用异步收发器(UART)、RS-232、RS-485、互联网协议(TCP/IP)、交换式集线器、以及串/并线缆这些有线网络。
如图1所示，RF接收器100包括天线110、带通滤波器(BPF)120、第一功率放大器模块(PAM)130、第一信号耦合器140、信号转换器150、信号处理器160、电压调节器170以及数据收发器180。
天线110从标签300或阅读器200接收RF信号。天线110可以选自偶极天线、单极天线、微带天线、以及片状天线。
带通滤波器120使得分配给RFID通信信道的频带中的频率信号通过并对具有相邻分量或噪声分量的信号进行抑制。
RF接收器100包括用于对阅读器200中没有接收到的标签300的漏掉的信号进行处理所需要的最少量的电路。RF接收器100把所接收的射频信号用作振荡频率信号来生成基带信号。RF接收器100可能没有额外的锁相环电路。
RF接收器100在其从标签300接收到信号时生成标签信息。RF接收器100可以在从阅读器200或终端400接收到用于请求被漏掉的标签信息的信号时提供相应的标签信息。
天线110中所接收的射频信号通过第一信号耦合器140被传递给信号转换器150。从第一信号耦合器140分路到电压调节器170的射频信号在通过电压调节器170时被调整成振荡频率信号以使得该振荡频率信号可以被传递给信号转换器150。
信号转换器150把从第一信号耦合器140传递的射频信号和通过电压调节器170传递的振荡频率信号进行混频以生成基带信号。
第一PAM130把从带通滤波器120传递的射频信号放大成具有足以承受耦合操作的电压电平的信号，从而把该信号传递给第一信号耦合器140。
第一信号耦合器140针对从第一PAM130向信号转换器150传递的射频信号执行耦合操作，从而把被耦合的信号传递给电压调节器170。电压调节器170把被耦合的信号的电压电平调节到预定电平，以把所述被耦合的信号传递给信号转换器150。
信号转换器150对基带信号进行混频。基带信号被传递给信号处理器160。信号处理器160对基带信号进行处理并对标签信息进行分析。在此情形中，信号处理器160包括存储单元且可以把标签信息存储在存储单元中。信号处理器160可以提取标签信息并在终端400请求数据时通过数据收发器180传输该标签信息。此外，可以设计RFID/USN系统以使得由信号处理器160提取的所有标签信息都被传输到终端400。
例如，为了对标签信息进行分析，信号处理器160可以从阅读器200接收阅读器信息并随后基于所述阅读器信息对所接收的标签信息进行分析。阅读器信息包括与RFID标准相匹配的同步信息和信息请求信号。
相应地，信号处理器160可以同步于RFID标准(阅读器信息)来对标签信息进行分析，以及可以把电压电平与阅读器信号相匹配。
可以通过第一有线/无线网络500把数据收发器180连接到终端400。终端400可以从数据收发器180接收标签信息，连同通过第二有线/无线网络600从阅读器200传输的标签信息，来执行统计操作和计算操作。
相应地，采用RF接收器100的RFID/USN系统可以防止移动的标签300中出现没有被检测的标签。
以下将参考图2对RF接收器100进行详细描述。在此情形中，与图1中所示的元件相同的元件将被分配同样的附图标记，其详细的描述略去而不再赘述。
根据本实施例的RF接收器100包括天线110、带通滤波器120、第一PAM130、第一信号耦合器140、信号转换器150、信号处理器160、电压调节器170以及数据收发器180。
信号转换器150包括第一混频器152、第二混频器154、以及解调器156。此外，电压调节器170包括第二PAM172、第二信号耦合器174、以及对数放大器176。
第一信号耦合器140被连接在第一PAM130与信号转换器150之间以针对从第一PAM130去往信号变换器150的射频信号执行耦合操作，从而把该射频信号传输到电压调节器170。可以使用耦合电容或定向耦合器来实现第一和第二信号耦合器140和174。
例如，当使用耦合电容时，信号耦合器包括具有预定介电常数的介电结构，以使得对传输路径上的射频信号进行耦合而没有信号损失。
此外，当使用定向耦合器时，可以采用具有四个端口的波导管。输入端口和贯通(through-pass)端口分别被连接到第一PAM130和信号转换器150，输出端口可以通过电容(该电容阻断流向信号转换器150的DC分量信号)连接到电压调节器170。剩余的端口是隔离端口，且可以通过电阻连接到接地端。
被耦合的射频信号被传递给电压调节器170的第二PAM172，以及，第二PAM172对该射频信号进行增益放大以把该射频信号的电平稳定为预定的电压电平。
被稳定的信号被传输到信号转换器150以使得该信号可以被用作振荡频率信号。相应地，根据本实施例，不再额外需要价格昂贵且复杂的锁相环电路。
在此情形中，第二信号耦合器174被连接在第二PAM172与信号转换器150之间。第二信号耦合器174针对第二PAM172的输出信号执行耦合操作以使得该输出信号被传递给对数放大器176。
与第一信号耦合器140类似，可以使用耦合电容或定向耦合器来实现第二信号耦合器174。
对数放大器把模拟状态的信号输出为DC电压信号以使得信号处理器160可以被检测电压电平。在此情形中，以与分贝值成比例的DC电压信号的形式来输出被耦合的射频信号，从而扩大了具有可接收的功率电平的信号的灵敏度的范围。
从对数放大器176生成的DC电压信号被传输到信号处理器160，信号处理器160把该DC电压信号的电平与参考电压的预设电平相比较以生成增益控制信号。
在此情形中，参考电压的电平是可变的数值，以及，当从阅读器200接收的信号的强度与从标签300接收的信号的强度相当时，信号分析是可能的。相应地，根据从阅读器200接收的信号的强度来对参考电压的电平进行调整。
信号处理器160把增益控制信号传递给第二PAM172，以及，第二PAM172可以通过该增益控制信号把射频信号放大成稳定的振荡频率信号。
同时，第二PAM172所放大的振荡频率信号被提供给信号转换器150的第一混频器152和第二混频器154。第一混频器152和第二混频器154把从第二PAM172输入的振荡频率信号和通过第一信号耦合器140输入的射频信号进行混频以生成基带频率信号，这些基带频率信号包括同相位(I)信号和正交相位(Q)信号。
通过第一和第二混频器152和154生成的基带频率信号被解调器156解调。解调器156中解调的信号被传递给信号处理器160。
可以使用现场可编程门阵列电路(FPGA)或数字信号处理(DSP)电路来实现信号处理器160，且可以包括模/数(AD)转换器。
AD转换器把从解调器156或对数放大器176传输的信号转换成能够在主工作电路中被处理的数字信号。
可以使用具有正反馈结构的比较器来实现AD转换器以使信噪比(SNR)最小化。此外，可以使用具有用于滞后现象的正反馈结构的OP放大器来设计AD转换器，以充分地降低作用于主工作电路上的噪声的影响。
此外，信号处理器160包括内核(kernel)以提供与包括数据收发器180的组件的接口、对中断操作进行处理、以及为这些组件分配请求处理时间和操作优先级以使得这些组件按顺序进行工作。信号处理器160对存储单元的地址进行管理以使得能够对数据的输入/输出进行控制。
如上所述，最初由阅读器200来请求的、从标签300传输的信号对应于信息请求信号，且必须符合RFID标准。相应地，信号处理器160对从阅读器200接收的信号的标准进行分析，从而产生标签信息。
图3和图4是示意性示出了根据实施例的RF接收器所传输/所接收的信号的标准的图。
如图3所示，附图标记A和E代表阅读器200对标签300是否进入通信范围进行监控的部分，附图标记B代表阅读器200传输信息请求信号的部分。
此外，附图标记C表示标签300根据信息请求信号传输响应信号的部分，附图标记D代表传输了该响应信号之后传输标签信息的部分。
图4是示出了图3的B部分的放大的视图。如图4所示，附图标记B1代表传输前导信号的部分，附图标记B2代表传输信息数据信号的部分，附图标记B3代表对传输终止信号进行传输的部分。此外，附图标记B4表示从阅读器200传输用于能量供给的信号以向标签300供给功率的部分。
相应地，信号处理器160对从阅读器200接收的信号进行分析以针对与参考图3和图4所描述的信号标准相匹配的数据时刻(timing)来执行同步功能。例如，标签信息被同步为与D部分的信号标准相匹配。
如果用于请求被漏掉的标签信息的内容以从阅读器200接收的信号的分析结果的方式存在，则信号处理器160提取相应的标签信息并把该标签信息传递给数据收发器180。
可以根据第一有线/无线网络500的实现方案来改变数据收发器180的结构。如果通过通用异步收发器(UART)方案来实现第一有线/无线网络500，则数据收发器180可以是一种UART连接设备。
数据收发器180可以通过第一有线/无线网络500把标签信息传输到终端400。例如，可以通过UART方案来实现第二有线/无线网络600。
终端400的信号分析模块420包括程序(中间件)以在媒体访问控制(MAC)层和应用程序层对标签信息进行收集和统计处理。可以通过第二有线/无线网络600把终端400连接到阅读器200。信号分析模块420可以通过第二有线/无线网络600从阅读器200接收标签信息。
终端400可以从RF接收器100也可以从阅读器200接收标签信息。终端400把来自阅读器200的标签信息与来自RF接收器100的标签信息相比较，从而确定是否存在在阅读器200中没有获得的标签信息。
在根据实施例的RFID/USN系统中，从阅读器200和RF接收器100接收标签信息，从而防止遗漏标签信息。相应地，在根据实施例的RFID/USN系统中，能够有效地改进标签辨识率。
本说明书中所引用的任何“一个实施例”、“实施例”、“实例实施例”等意为与该实施例相关联而描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。这些用语在说明书的不同地方出现并非一定是指同样的实施例。进一步地，当与任何实施例相关联来对特定的特征、结构或特性进行描述时，认为与实施例中的其它实施例相关联来实现这种特征、结构或特性在本领域技术人员的能力范围之内。
虽然参考许多示范性实施例对实施例进行了描述，但应当理解的是，本领域技术人员可以设计落入本公开的原理的精神和范围之内的大量的其它的修改和实施例。更特别地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内对主题组合排列的排列和/或组件部分进行各种变换和修改是可能的。除了组件部分和/或排列的变换和修改，可替选的使用对于本领域技术人员也是明显的。
实用性
根据实施例，能够有效地改进标签辨识率。
根据实施例，能够扩大标签辨识距离，且能够扩展RFID/USN系统的应用范围。
Claims (17)
1.一种射频接收器，包括：
第一信号耦合器，用于对从标签接收的射频信号进行耦合和分路，所述标签提供与阅读器的请求对应的所述射频信号；
电压调节器，用于接收被耦合的信号以及输出具有预定电平的电压调节信号；
信号转换器，用于把电压调节信号用作振荡频率信号来对从第一信号耦合器传输的射频信号进行混频，以及生成基带频率信号；
信号处理器，用于对基带频率信号进行处理以及提取标签信息；以及
数据收发器，用于通过有线网络和/或无线网络来传输标签信息，
其中，所述信号处理器对从阅读器接收的信号进行处理以生成阅读器信息，并对所述阅读器信息的同步信息进行分析，如果作为所述同步信息的分析结果存在请求被漏掉的标签信息的内容，从而通过使用所述同步信息，由从标签接收的信号来提取所述被漏掉的标签信息，以及
其中，从所述阅读器接收的信号包括：
所述阅读器对所述标签是否进入通信区域进行监控的第一部分和第五部分，
所述阅读器传输信息请求信号的第二部分，
所述标签根据所述信息请求信号传输响应信号的第三部分，以及
在传输了所述响应信号之后传送所述标签信息的第四部分。
2.如权利要求1所述的射频接收器，其中，电压调节器包括：用于对被耦合的信号进行增益放大的放大器；以及被连接到所述放大器的输出端以针对被放大的信号来执行耦合操作的第二信号耦合器；以及，
其中，信号处理器从第二信号耦合器接收被耦合的信号以确定所述被耦合的信号的强度，生成增益控制信号并把所述增益控制信号传输到放大器。
3.如权利要求2所述的射频接收器，其中，电压调节器包括对数放大器，所述对数放大器用于把由第二信号耦合器耦合的信号转换成具有预定电平的DC信号以及把所述DC信号传输到信号处理器。
4.如权利要求1所述的射频接收器，其中，信号转换器包括至少一个混频器。
5.如权利要求1所述的射频接收器，其中，信号转换器把射频信号与电压调节信号进行混频以生成具有同相位(I)信号和正交相位(Q)信号的基带频率信号。
6.如权利要求1所述的射频接收器，包括：
用于从标签或阅读器接收射频信号的天线；以及被置于所述天线与第一信号耦合器之间的滤波器。
7.如权利要求6所述的射频接收器，包括被置于天线与第一信号耦合器之间的第一放大器。
8.如权利要求1所述的射频接收器，其中，信号处理器包括模数转换器(ADC)。
9.如权利要求1所述的射频接收器，其中，信号转换器包括用于对所接收的射频信号进行解调的解调器。
10.一种射频识别/泛在传感器网络，包括：
阅读器，用于传输信息请求信号以请求提供标签信息；
标签，用于传输与所述阅读器的所述信息请求信号对应的所述标签信息；
射频接收器，用于从标签接收标签信息；
终端，用于从射频接收器接收标签信息；
第一网络，用于把射频接收器与终端相连接；以及
第二网络，用于把阅读器与终端相连接，
其中，所述射频接收器包括：
第一信号耦合器，用于对所述射频信号进行耦合和分路；
电压调节器，用于接收被耦合的信号以及输出具有预定电平的电压调节信号；
信号转换器，用于把电压调节信号用作振荡频率信号来对从第一信号耦合器传输的射频信号进行混频，以及生成基带频率信号；
信号处理器，用于对基带频率信号进行处理以及提取标签信息；以及
数据收发器，用于通过有线网络和/或无线网络来传输标签信息，以及
其中，所述信号处理器对从阅读器接收的信号进行处理以生成阅读器信息，并对所述阅读器信息的同步信息进行分析，如果作为所述同步信息的分析结果存在请求被漏掉的标签信息的内容，从而通过使用所述同步信息，由从标签接收的信号来提取所述被漏掉的标签信息，以及
其中，从所述阅读器接收的信号包括：
所述阅读器对所述标签是否进入通信区域进行监控的第一部分和第五部分，
所述阅读器传输信息请求信号的第二部分，
所述标签根据所述信息请求信号传输响应信号的第三部分，以及
在传输了所述响应信号之后传送所述标签信息的第四部分。
11.如权利要求10所述的射频识别/泛在传感器网络，其中，电压调节器包括：用于对被耦合的信号进行增益放大的放大器；以及被连接到所述放大器的输出端以针对被放大的信号来执行耦合操作的第二信号耦合器；以及
其中，信号处理器从第二信号耦合器接收被耦合的信号以确定所述被耦合的信号的强度，生成增益控制信号并把所述增益控制信号传输到放大器。
12.如权利要求11所述的射频识别/泛在传感器网络，其中，电压调节器包括对数放大器，所述对数放大器用于把由第二信号耦合器耦合的信号转换成具有预定电平的DC信号以及把所述DC信号传输到信号处理器。
13.如权利要求10所述的射频识别/泛在传感器网络，其中，信号转换器包括至少一个混频器。
14.如权利要求10所述的射频识别/泛在传感器网络，其中，信号转换器把射频信号与电压调节信号进行混频以生成具有同相位(I)信号和正交相位(Q)信号的基带频率信号。
15.如权利要求10所述的射频识别/泛在传感器网络，包括：
用于从标签或阅读器接收射频信号的天线；以及被置于所述天线与第一信号耦合器之间的滤波器。
16.如权利要求10所述的射频识别/泛在传感器网络，其中，终端把从阅读器提供的标签信息与从射频接收器提供的标签信息相比较，从而确定是否存在从所述阅读器没有获得的标签信息。
17.如权利要求10所述的射频识别/泛在传感器网络，其中，第一网络和第二网络是有线网络和无线网络中的至少一个。
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