CN101681420B - Rfid装置、rfid系统以及rfid系统中的信号失真前置补偿处理 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种RFID系统中的RFID装置(2)，其包括具有预定品质因子(Q2)的装置空中接口(C2)，用于将无线载波和数据信号(CS)传输至包括具有预定品质因子(Q1)的应答器空中接口(C1)的远程RFID应答器(1)。在装置空中接口(C2)与数据信号处理装置(4)之间布置载波和数据信号前置补偿装置(3)，其中载波和数据信号前置补偿装置(3)适用于对分别由RFID装置(2)的装置空中接口(C2)的品质因子(Q2)和RFID应答器(1)的应答器空中接口(C1)的品质因子(Q1)引起的载波和数据信号(CS)的信号失真进行前置补偿。

Description

RFID装置、RFID系统以及RFID系统中的信号失真前置补偿处理

技术领域

本发明涉及一种RFID装置，其包括具有预定品质因子的装置空中接口，用于将无线载波和数据信号传输给包括具有预定品质因子的应答器空中接口的远程RFID应答器。 

本发明还涉及一种包括RFID装置和至少一个RFID应答器的RFID系统。 

本发明还涉及一种用于对RFID系统中无线传输的载波和数据信号的失真进行前置补偿的处理，其中RFID系统包括具有用于传输无线载波和数据信号的装置空中接口的RFID装置和至少一个具有应答器空中接口的RFID应答器。 

背景技术

在包括至少一个RFID阅读器和多个RFID应答器的传统高频RFID系统(例如，工作在13.56MHz，通过负载调制的方式从RFID应答器向RFID阅读器进行数据传输)中，RFID系统的应答器的优选的高品质因子是为了接收具有高能量级别的电能，其中所述电能从所述阅读器传输至所述应答器。但是，不利地，应答器的很高的品质因子对整个RFID系统范围内具有消极影响，这是因为在应答器和阅读器之间很难实现很高的数据速率。RFID系统的这种性能表现是由于增大品质因子(或者换句话说，减小关于给定中心频率的频带宽度)导致RFID系统中使用的各种振荡电路产生了较长的摆动瞬态(swing-out transient)。 

在描绘了阅读器和应答器之间的空中接口处的t时间段内的数据信号的脉冲响应E的图1A至图1D中示出了上述性能表现。图1A示出了高品质因子情况下的较低数据速率的情况。可以理解的是，数 据信号的包络线Env很宽，表示较长的摆动瞬态。图1B示出了导致数据信号的包络线Env显著变短的较低品质因子情况下的较低数据速率的情况，如图1C所示，数据信号的包络线Env的显著变短为连续的数据信号之间提供了足够的空间以用于增大数据速率。但是，设法在图1A的高品质因子的情况下增大数据速率必然会导致图1D中所示的符号间的干扰Col。因此，在已知的RFID系统中，对应答器和阅读器之间的品质因子大小和预期数据速率之间进行了折中。 

此外，国内和国际标准限制了RFID系统中的理论可用频带宽度和传输的信号的能量等级，从而阻止了解决RFID系统中质量因子和数据速率之间两难的可能的解决方案。 

然而，RFID系统中需要增大数据传输速率以适用于新的应用。这种应用的一个示例是电子护照，其中存储了必须在尽可能的最短时间内传输到读数装置的指纹和其它生物特征数据。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在开始段中所定义的类型的RFID装置、在第二段中所定义的类型的RFID系统以及在第三段中所定义的类型的用于对RFID系统中无线传输的载波和数据信号的失真进行前置补偿的处理方法，其中已经避免了上述缺点。 

为了实现上述目的，使用根据本发明的RFID装置来提供特征，以使根据本发明的RFID装置具有以如下方式定义的特征，即： 

一种RFID装置，其包括具有预定品质因子的装置空中接口，该装置空中接口用于将无线载波和数据信号传输给包括具有预定品质因子的应答器空中接口的远程RFID应答器，其中在装置空中接口和数据信号处理装置之间布置载波和数据信号前置补偿装置，其中所述载波和数据信号前置补偿装置适用于对在传输期间分别由RFID装置的装置空中接口的品质因子和RFID应答器的应答器空中接口的品质因子所引起的载波和数据信号的信号失真进行前置补偿。为了实现上述目的，根据本发明的RFID系统包括根据本发明的RFID装置和至少一个RFID应答器。 

为了实现上述目的，通过使用用于对根据本发明的RFID系统中的无线传输载波数据信号的失真进行前置补偿的处理方法来提供特征，以使根据本发明的前置补偿处理具有以如下方式定义的特征，即： 

一种用于对RFID系统中无线传输的载波和数据信号的失真进行前置补偿的方法，其中RFID系统包括具有用于传输无线载波和数据信号的装置空中接口的RFID装置和至少一个具有应答器空中接口的RFID应答器，其中所述前置补偿方法包括：确定RFID装置的装置空中接口的品质因子；确定RFID应答器的应答器空中接口的品质因子；确定适用于对由应答器空中接口和装置空中接口的品质因子所引起的载波和数据信号在传输至装置空中接口期间产生的信号失真进行前置补偿的前置补偿函数；以及对将要传输的载波和数据信号应用所述前置补偿函数。 

根据本发明的特征提供了以下优点：在RFID系统中针对RFID装置和应答器的给定品质因子使用本发明的数据信号前置补偿比使用已知系统可以更好地补偿数据传输的带宽限制。这与已知系统相比可导致更高的可实现的数据速率。进一步的优点是：与已知的减小品质因子以实现较小的符号间干扰的方法相比，本发明的解决方案提供从RFID装置到RFID应答器的更高的能量传输；由于失真的前置补偿基于品质因子实现，因此可以在RFID应答器中实现更简单的接收结构；以及与信号处理复杂度相适应的负担被转移至在成本、所包含电子电路的复杂度和装置的整体大小方面限制较少的RFID装置。 

通过使用具有逆信道特性(例如，具有关于RFID应答器和RFID装置的空中接口的传递函数以及所述空中接口之间的任意空中传输路径的传递函数服从迫零(ZF)标准的传递函数)的滤波器来构造载波和数据信号前置补偿装置，可以期望根据本发明的RFID装置获得非常好的结果。必须根据预定参数或参数估计来计算滤波系数。 

在根据本发明的RFID装置的可替换方法中，将载波和数据信号前置处理装置构造为具有关于RFID应答器和RFID装置的空中接口的传递函数以及任意空中传输路径的传递函数服从最小均方差(MMSE)标准的传递函数。与使用迫零标准相比，本发明的本实施 例针对低频信号产生减小的噪声。 

以一种容易的方式实现本发明的实施例，载波和数据信号前置补偿装置包括数字滤波器和随后的数字/模拟转换器。该实施例关于电路设计提供相对较低的复杂度。通过将数字滤波器设计为有限脉冲响应滤波器可以实现良好的滤波结果。 

可替换地，载波和数据信号前置补偿装置可以包括具有逆信道特性的模拟滤波器。所述模拟滤波器可以被配置为有源或无源滤波器。例如，使用具有特定带通特性的有源或无源模拟滤波器可以满足逆信道特性的标准。在本发明的一个实施例中，可以由天线本身的线圈或绕组来实现带通滤波器必须的电感。 

优选地，将根据本发明的RFID装置配置为RFID阅读器或NFC装置。 

本发明的上述方面和其他方面通过下文参考示例性实施例来说明将变得很明显。 

附图说明

下文将参考示例性实施例来更加详细地描述本发明。但是，本发明不限于该示例性实施例。 

图1A至图1D示出了阅读器和应答器之间的空中接口处t时间段内的数据信号的脉冲响应E的曲线。 

图2示出了根据本发明的RFID系统的简要框图。 

图3示出了数据信号传输路径和各种均衡标准的波特图。 

图4分别示出了无失真数据信号、由于空中接口的品质因子而失真的数据信号以及根据本发明恢复的数据信号的信号时序图。 

图5示出了RFID应答器接收到的失真的载波和数据信号以及RFID应答器本当接收到的理想的无失真载波和数据信号的信号时序图。 

具体实施方式

此处参考图2的简要方框图来说明根据本发明的RFID系统的实现。所述RFID系统包括至少一个RFID应答器1和RFID装置2。在该实施例中，RFID应答器1被配置为无源RFID应答器(也被称为标签或卡)，其通过RFID装置2产生的高频电磁场来无线供电。所述电磁场具有给定频率(如13.56MHz)的载波信号波CS。应该强调的是，如本文所使用的，术语“电磁场”包括根据场的频率的电场、磁场以及混合的电磁场。在13.56MHz的范围内，近场中的磁场是主要的，而在800MHz与900MHz之间的UHF系统中则传播混合的电磁场。当RFID装置2必须向RFID应答器1发送数据或指令时，则以适当的方式(例如通过相位调制)调制载波信号波CS以使载波信号波CS变为组合的载波和数据信号。所述RFID应答器1包括被实现为线圈的应答器空中接口C1，其适用于接收电磁场(即，载波和数据信号CS)。为了从电磁场接收尽可能多的能量，应答器空中接口C1具有与载波和数据信号CS的频率相适应的相对较高的质量因子Q1。通过对所接收到的电磁场的载波和数据信号CS进行负载调制，所述RFID应答器1还适用于通过应答器空中接口C1来传输数据信号DS。图4中所示的信号时序图的曲线A示出了在应答器空中接口C1处出现的数据信号DS的典型信号序列。可以理解的是，其显示了典型的完全的负载调制信号序列。

RFID装置2被配置为RFID阅读器。其包括具有预定的高质量因子Q2的装置空中接口C2，用于传输高频电磁场(即载波和数据信号CS)并且从远程RFID应答器1接收无线数据信号DS。应该注意，在本实施例中，数据信号DS内的数据速率被设置为超过13.56MHz的RFID系统的当前标准的较高的级别。显示装置空中接口C2所接收到的信号的图4中的信号时序图的曲线B说明了高数据速率结合应答器空中接口C1和装置空中接口C2的高品质因子Q1、Q2对从RFID应答器1发送到RFID阅读器2的数据信号DS的影响。可以理解的是，所述信号完全失真，从而其中所包括的数据不再能被识别为负载调制数据位。应该注意，由于高品质因子所产生的负载调制信号的信号失真不仅仅在从RFID应答器1到RFID装置2的方向上出现，也以同样的方式影响从RFID装置2发送到RFID应答器1 的所有数据，其中例如通过调幅或调相的方式来传输这些数据。 

为了克服信号失真的问题，在共同未决的未公开的欧洲专利申请07104675中，发明人建议在RFID装置2的装置空中接口C2与数据信号处理装置4之间布置数据信号均衡装置，其中所述数据信号均衡装置适用于对分别由RFID装置2的装置空中接口C2的质量因子Q2和RFID应答器1的应答器空中接口C1的质量因子Q1所引起的数据信号(DS)的信号失真进行补偿。图4中的时序图的曲线C示出了根据该建议对失真的数据信号DS进行均衡的积极作用。应该理解的是，将信号序列中的负载调制数据位恢复至其可以容易地被数据信号处理装置4处理的程度。 

如上所述，由各空中接口的质量因子所引起的数据信号的失真不仅仅是从RFID应答器1至RFID装置2的数据传输的问题，也以同样的方式影响从RFID装置2至RFID应答器1的载波和数据信号CS的传输。应答器空中接口C1和装置空中接口C2的品质因子Q1、Q2对还包括两个空中接口C1、C2之间的空中传输路径7的信号传输路径的总质量因子Q的贡献施加到两个方向的数据传输上。图3中的波特图示出了生成的传递函数H(f)。将会看出，该传递函数H(f)负责图4中曲线B所示的数据信号DS的严重的信号失真以及载波和数据信号CS的信号失真。例如，图5示出了由RFID应答器1所接收到的失真的载波和数据信号CS以及RFID应答器1本应当接收到的理想的非失真载波和数据信号CSOPT的信号时序图。由RFID装置2产生的载波和数据信号CS是相位调制信号，其中逻辑信号电平0和1之间的变化以及逻辑信号电平1和0之间的变化导致载波信号波以180度相移。但是，由于品质因子的影响，RFID应答器1实际接收到的载波和数据信号CS已经明显失真。特别地，所述品质因子已引起不期望的导致能量传递减小的幅度调制。为了补偿这种影响，建议通过被布置在数据处理装置4与装置空中接口C2之间的载波和数据信号前置补偿装置3来对在数据处理装置4中产生的载波和数据信号进行前置补偿。所述载波和数据信号前置补偿装置3服从提供载波和数据信号CS的前置补偿的前置补偿标准，以使空中接口C1、 C2的高品质因子Q1、Q2的影响导致接近理想信号CSOPT的前置补偿后的载波和数据信号CS的均衡。 

在第一方法中，载波和数据信号前置补偿装置3具有关于RFID应答器1和RFID装置2的空中接口C1、C2以及可选的空中传输路径7的传递函数H(f)服从迫零(ZF)标准的传递函数E(f)。应用迫零(ZF)标准方法，前置补偿传递函数被计算为： 

E(f)＝1/H(f) 

图3中的波特图描述了所述前置补偿传递函数E(f)。理论上，其使传递函数H(f)完全线性化。但是，实际上，应用迫零(ZF)标准可能在较低信号频率处引起信号噪声，这是因为在所述较低频率处具有高信号增益。因此，应用不同的前置补偿标准(例如最小均方差(MMSE)标准)可能是有利的，得到了也在图3的波特图中示出的载波和数据信号前置补偿装置3的传递函数E’(f)。本领域技术人员已熟知最小均方差(MMSE)标准的计算。结果是信号具有整个频带上的轻微失真但是具有非常低的信噪比。 

在本实施例中，所述载波和数据信号前置补偿装置3包括数字滤波器6和数字/模拟转换器5，其中数字滤波器6被设计为有限脉冲相应FIR滤波器。但是，这种滤波器设计不是必须的，也可以使用其他滤波器设计，例如具有逆信道特性的模拟滤波器。 

应该理解的是，尽管在本发明的本实施例中已将RFID装置2配置为RFID阅读器，但是其也可以被配置为NFC装置。 

Claims (13)

1.一种RFID装置(2)，其包括具有预定品质因子Q2的装置空中接口C2，该装置空中接口C2用于将无线载波和数据信号(CS)传输至包括具有预定品质因子Q1的应答器空中接口C1的远程RFID应答器(1)，其中在装置空中接口C2与数据信号处理装置(4)之间布置载波和数据信号前置补偿装置(3)，其中所述载波和数据信号前置补偿装置(3)适用于对分别由RFID装置(2)的装置空中接口C2的预定品质因子Q2和RFID应答器(1)的应答器空中接口C1的预定品质因子Q1引起的载波和数据信号(CS)在传输期间产生的信号失真进行前置补偿，其中所述载波和数据信号前置补偿装置(3)包括具有逆信道特性的滤波器。

2.如权利要求1所述的RFID装置，其中所述滤波器具有关于RFID应答器和RFID装置的空中接口以及所述空中接口之间的空中传输路径(7)的传递函数H(f)服从迫零(ZF)标准的传递函数E(f)。

3.如权利要求1所述的RFID装置，其中所述载波和数据信号前置补偿装置(3)具有关于RFID应答器和RFID装置的空中接口以及空中传输路径(7)的传递函数H(f)服从最小均方差(MMSE)标准的传递函数E’(f)。

4.如权利要求1所述的RFID装置，其中所述载波和数据信号前置补偿装置(3)包括数字滤波器(6)和数字/模拟转换器(5)。

5.如权利要求4所述的RFID装置，其中所述数字滤波器(6)被设计为有限脉冲响应(FIR)滤波器。

6.如权利要求1所述的RFID装置，其中所述载波和数据信号前置补偿装置(3)包括具有逆信道特性的模拟滤波器。

7.如权利要求1所述的RFID装置，被配置为RFID阅读器或NFC装置。

8.一种包括如权利要求1至7的任意之一所述的RFID装置(2)和至少一个RFID应答器(1)的RFID系统。

9.一种用于对RFID系统中无线传输的载波和数据信号的失真进行前置补偿的方法，所述RFID系统包括具有用于传输无线载波和数据信号(CS)的装置空中接口C2的RFID装置(2)和至少一个具有应答器空中接口C1的RFID应答器(1)，其中所述前置补偿的方法包括：确定RFID装置(2)的装置空中接口C2的预定品质因子Q2；确定RFID应答器(1)的应答器空中接口C1的预定品质因子Q1；确定一个前置补偿函数，该前置补偿函数适用于对由应答器空中接口C1和装置空中接口C2的预定品质因子Q1、Q2引起的载波和数据信号(CS)在传输至装置空中接口C2期间产生的信号失真进行前置补偿；以及对将要传输的载波和数据信号(CS)应用所述前置补偿函数，其中所述前置补偿函数具有逆信道特性。

10.如权利要求9所述的前置补偿的方法，其中所述前置补偿函数被确定为具有关于RFID应答器和RFID装置的空中接口以及空中传输路径(7)的传递函数H(f)服从迫零(ZF)标准的传递函数E(f)。

11.如权利要求9所述的前置补偿的方法，其中所述前置补偿函数被确定为具有关于RFID应答器和RFID装置的空中接口以及空中传输路径(7)的传递函数H(f)服从最小均方差(MMSE)标准的传递函数E’(f)。

12.如权利要求9所述的前置补偿的方法，其中前置补偿的处理通过载波和数据信号(CS)的数字滤波以及随后的数字/模拟转换来执行。

13.如权利要求9所述的前置补偿的方法，其中前置补偿的处理通过数字/模拟转换和随后的具有逆信道特性的模拟滤波来执行。

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