CN102037479A

CN102037479A - Rfid发射机应答器

Info

Publication number: CN102037479A
Application number: CN2009801179444A
Authority: CN
Inventors: 哈拉尔德·维奇尼格; 伊丽莎白·松莱特纳
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: CN102037479B; ATE528727T1; EP2279484B1; EP2279484A1; US20110084810A1; US8519825B2; WO2009141763A1

Abstract

本发明提供了一种RFID发射机应答器(1)，包括：解调器(3)，用于对接收到的相位调制的载波信号(CSQ)进行解调，将其频率下转换为调制的基带信号(MS)，并对转换后的信号进行滤波。采样装置(7)对滤波后的信号(FS)进行采样，并存储滤波后的信号(FS)的实际采样值(S(t0))和先前采样值(S(t1))。减法装置(8)计算实际采样值(S(t0))与先前采样值(S(t1))之间的差值。差值评估装置(9)根据以下准则来对所述差值(DS)进行评估：a.如果所述差值为正并处于预定义的零值范围(ZR)之外，则确定第一逻辑值；b.如果所述差值为负并处于所述零值范围之外，则确定第二逻辑值；c.如果所述差值处于所述零值范围之内，则保持最近一次评估的逻辑值。

Description

RFID发射机应答器

技术领域

本发明涉及一种RFID发射机应答器(transponder)，包括：发射机应答器空中接口，用于接收相位调制的射频载波信号。

背景技术

在包括至少一个RFID读取器和多个RFID发射机应答器的传统的高频RFID系统(例如在13,56MHz操作，其中从RFID读取器至RFID发射机应答器的数据传输通过相位调制来进行，从RFID发射机应答器至RFID读取器的数据传输通过负载调制来进行)中，电能经由电磁场从读取器传输至发射机应答器，以向发射机应答器提供能量。为了使发射机应答器能够以高能量级来接收能量，其发射机应答器空中接口应当被设计为具有高品质因数。然而，不利地，非常高的品质因数对整个RFID系统范围具有负面影响，因为这使其难以在发射机应答器和读取器之间实现非常高的数据传输速率。RFID系统的这种性态的原因在于：对于给定的中心频率，增大发射机应答器的空中接口的品质因数等效于减小频带宽度，这导致了RFID系统中采用的各种振荡电路的较长的摆动瞬态。因此，在已知的RFID系统中，必须在品质因数的范围与发射机应答器和读取器之间的预期数据速率之间进行折衷。

此外，国家和国际标准限制了理论上可用的频带宽度和RFID系统中传输的信号的能量级，从而禁止了RFID系统中品质因数与数据速率之间的互逆关系的可能方案。

然而，RFID系统的未来应用(尤其在近场通信系统(NFC)中)将依赖于比目前已经可实现的数据传输速率更高的数据传输速率。这种应用的示例可以是在内置RFID发射机应答器中存储有照片、指纹和其他生物统计数据的电子护照系统，这也需要从RFID读取器至RFID发射机应答器的快速数据通信，以快速地对RFID发射机应答器进行质询。

图1示出了用于对相位调制的输入信号PM进行解调的现有技术解调器10的电路框图。图1所示的解调器包括：乘法器11，用于将相位调制的输入信号PM与余弦参考信号RCOS相乘。乘法器11的输出信号P1被馈送至匹配滤波器12，匹配滤波器12的滤波后的输出信号P2被馈送至阈值检测器13，阈值检测器13将滤波后的信号P2的幅度与阈值进行比较，并根据滤波后的信号P2的幅度高于还是低于所述阈值来确定滤波后的信号P2的当前二进制状态B。这种已知实现方式的缺点在于，阈值检测器13对由高品质因数导致的相位调制的输入信号PM的失真非常敏感。

EP 0 045 260 B1公开了一种针对二进制数据的传输根据连续相位调制而调制的信号的解调器。该文献解释了在相位调制/解调系统中采用的主要装置和过程。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有接收结构的RFID发射机应答器，该接收结构能够处理品质因数的上述效应，并能够以与实际RFID发射机应答器相比明显更高的数据速率，从RFID读取器接收相位调制的数据。

本发明通过向RFID发射机应答器提供以下特性特征来解决该问题：

一种RFID发射机应答器，包括：发射机应答器空中接口，用于接收相位调制的射频载波信号；以及解调器，用于对接收到的相位调制的载波信号进行解调；其中，所述解调器包括：

-频率下转换器，被配置用于将相位调制的载波信号频率下转换为调制的基带信号；

-滤波器结构，用于对频率下转换器提供的调制的基带信号进行滤波；

-采样装置，适于对滤波器结构提供的滤波后的信号进行采样，并至少存储滤波后的信号的实际采样值和先前采样值；

-减法装置，被配置为计算实际采样值与先前采样值之间的差值；以及

-差值评估装置，被配置为根据以下准则来对所述差值进行评估：

a.如果所述差值具有正号，并且所述差值处于预定义的零值范围之外，则确定第一逻辑值(例如1)；

b.如果所述差值具有负号，并且所述差值处于所述零值范围之外，则确定第二逻辑值(例如0)；

c.如果所述差值处于所述零值范围之内，则保持最近一次评估的逻辑值。

根据本发明的RFID发射机应答器表现出以下优点：即使在RFID发射机应答器的空中接口的品质因数和RFID系统的总体品质因数较高的情况下，本发明的RFID发射机应答器也是鲁棒的并对相位调制的信号具有非常高的数据检测可靠性。这允许设计出实现以下两者的RFID系统：通过使用高品质因数，实现从RFID读取器至RFID发射机应答器的高能量传输等级；以及通过使用具有本发明的特性特征的解调器，实现从RFID发射机应答器至RFID读取器的高数据传输速率。可以容易而经济地实现根据本发明的RFID发射机应答器，其复杂度相对较低，检测质量几乎独立于品质因数。

频率下转换器的简单实现是通过将其配置为乘法器来实现的，该乘法器被配置为将相位调制的载波信号与参考信号相乘。

备选地，在提供高性能的实施例中，频率下转换器被配置为采样装置，所述采样装置适于对相位调制的载波信号进行采样，并根据采样后的相位调制的载波信号来计算调制的基带信号。

在本发明的易于实现而且低成本的实施例中，滤波器结构被配置为低通滤波器。

当滤波器结构被配置为匹配滤波器时，实现滤波器结构的高性能。

通过以下要描述的示例实施例，本发明的上述方面和其他方面将变得显而易见，参照该示例实施例来解释本发明的上述方面和其他方面。

附图说明

以下将参照示例实施例来更详细地描述本发明。然而，本发明不限于该示例实施例。

图1示出了根据现有技术的相位调制的信号的解调器。

图2示出了包括根据本发明的RFID发射机应答器在内的RFID系统的示意电路框图。

图3示出了根据本发明的相位调制的信号的解调器。

图4示出了RFID读取器发送的相位调制的载波信号的定时图。

图5示出了RFID发射机应答器接收的相位调制的载波信号的定时图，该信号示出了RFID系统的品质因数的影响。

图6示出了在根据本发明的解调器中与参考信号相乘之后，受到品质因数影响的相位调制的载波信号的定时图。

图7示出了在滤波器结构中滤波之后，图6的信号的定时图。

图8示出了图7的滤波后的信号的采样值的定时图。

图9示出了通过周期性地产生实际采样值与先前采样值之间的差值而获得的差值信号的定时图。

图10示出了从根据本发明的差值信号产生的比特流。

图11示出了根据本发明的RFID系统中误比特率相对于品质因数的图。

具体实施方式

现在参照图2的示意电路框图来解释根据本发明的RFID系统的实现方式。RFID系统包括至少一个RFID发射机应答器1和RFID读取器2。在本实施例中，RFID发射机应答器1被配置为无源RFID发射机应答器(也称为标签)，被由RFID读取器2产生的射频(RF)电磁场无线供电。RFID读取器2包括读取器空中接口C2，读取器空中接口C2具有预定义的高品质因数Q2，用于发送射频电磁场，该射频电磁场包括相位调制的射频载波信号CS，载波信号CS具有给定频率，例如13,56MHz。通常，载波信号CS具有正弦形式。如本领域技术人员所知，对载波信号进行调制的信号具有预定义基带内的频率范围。应当强调，这里使用的术语“电磁场”根据场的频率包括电场、磁场和混合电磁场。在13,56MHz范围中，磁场在近场中主导，而在800MHz与900MHz之间的UHF系统中，传播混合电磁场。

读取器空中接口C2还从RFID发射机应答器1接收负载调制的数据信号DS。RFID读取器2是可以从目前可用的传统RFID读取器模型中选择的。

为了从载波信号C2中接收尽可能多的能量，RFID发射机应答器1的发射机应答器空中接口C1被设计为具有相对较高的品质因数Q1，品质因数Q1被调整至载波信号CS的频率。RFID发射机应答器1还适于通过对所接收的电磁场的载波信号CS进行负载调制，经由发射机应答器空中接口C1来发送数据信号RS。然而，从RFID发射机应答器1至RFID读取器2的数据传输不是本发明的对象。更确切地，这是如本领域技术人员已知的方式执行的，因此不需要进一步解释。

应当注意，这里使用的术语“相位调制的信号”还包括数字调制系统中用于对信号进行相位调制的、仅具有两个不同条件(即，0和1)的任何类型的相移键控(PSK)。二进制相移键控(BPSK)是PSK的最简单形式。它使用载波信号的彼此相隔180°的两个不同相位。

还应当注意，RFID读取器2发送的相位调制的载波信号CS(图4的定时图中示出了该信号)在经过RFID读取器2与RFID发射机应答器1和发射机应答器空中接口C1之间的空中传输路径之后，不再具有该理想信号形状，但是由于RFID系统的总体品质因数，该载波信号CS变为受到品质因数影响的、相位调制的载波信号CSQ(在图5的定时图中示出)，载波信号CSQ被馈送至RFID发射机应答器1的解调器3。

解调器3适于对受到品质因数影响的、相位调制的载波信号CSQ中所包含的数据进行解调，现在将参照图3的电路框图来更详细地解释解调器3。解调器3包括：频率下转换器4，总体上被配置用于将受到品质因数影响的、相位调制的载波信号CSQ频率下转换为调制的基带信号MS。具体地，在本实施例中，频率下转换器4被配置为乘法器，适于将受到品质因数影响的、相位调制的载波信号CSQ与(余弦)参考信号RCOS相乘。备选地，频率下转换器4可以被配置为采样装置，适于对受到品质因数影响的、相位调制的载波信号CSQ进行采样，并根据采样信号来计算调制的基带信号MS。

然后，将频率下转换器4的输出信号(即频率下转换器4的调制的基带信号MS，在图6的定时图中示出)馈送至滤波器结构5。滤波器结构5可以被配置为独立组件，或者可以在信号处理器中实现。在一种简单的形式中，滤波器结构5被配置为低通滤波器。当滤波器结构5被适配为匹配滤波器时，实现高滤波性能。

滤波器结构5的滤波后的输出信号FS(在图7的定时图中示出)被馈送至差值计算装置6，差值计算装置6包括：采样装置7，适于以预定义采样率对滤波后的信号FS进行采样，并至少存储滤波后的信号FS的实际采样值S(t0)和先前采样值S(t1)。图8的定时图中示出了采样值S(t)的序列。差值计算装置6还包括：减法装置8，被配置为计算实际采样值S(t0)与先前采样值S(t1)之间的差值。图9的定时图中示出了减法装置8产生的差值信号DS。然后，将差值信号DS馈送至差值评估装置9。这些差值评估装置9根据以下准则来对所馈送的差值信号DS进行评估：

1.如果差值具有正号，则确定第一逻辑值(例如1)。

2.如果差值具有负号，则确定第二逻辑值(例如2)。

3.如果差值为0，则保持最近一次评估的逻辑值。

为了避免电子电路的实现中始终存在的信号噪声等等影响差值评估的结果，可以使用零值范围来代替精确零值，以确定自从最近一次评估起，比特值是否未改变。因此，必须将准则表示如下：

1.如果差值具有正号，并且差值处于预定义零值范围ZR之外，则确定第一逻辑值(例如1)。

2.如果差值具有负号，并且差值处于该零值范围ZR之外，则确定第二逻辑值(例如0)。

3.如果差值处于该零值范围ZR之内，则保持最近一次评估的逻辑值。

由于推广的第二组准则是通过将零值范围ZR设置为0的范围宽度而得到的，因此所建立的第一组准则可以被认为是推广的第二组准则的一种特殊方案。

参照示出了示例差值DS的图9的定时图，可以认识到，第一个差值为负并低于预定义零值范围ZR，因此处于零值范围ZR之外。因此，将所得到的比特值确定为具有第一逻辑值(这里为0)。第二个差值为正并高于零值范围ZR，因此处于零值范围ZR之外。因此，将所得到的比特值确定为具有第二逻辑值(这里为1)。第三个差值略微为正，但处于零值范围ZR之内。因此，保持先前的比特值1。第四个差值为负并低于零值范围ZR，因此被确定为0。第五至第七个差值均处于零值范围ZR之内，因此，针对所有所分配的比特保持逻辑值0。第八至第十个差值分别处于零值范围之上、之下和之上，因此，将比特值分别确定为1、0、1。

差值评估装置9的输出信号是图10的定时图中示出的比特流BS。

与现有技术RFID发射机应答器相比，根据本发明的信号评估对于由RFID系统的高品质因数导致的相位调制的载波信号CS的信号失真要鲁棒得多。确实，它几乎与如图11所示而应用的品质因数Q无关，图11示出了以差错值的百分比相对于品质因数Q的形式表示的误比特率ERR的图。可以认识到，所实现的误比特率ERR非常低，允许显著提高从RFID读取器2至RFID发射机应答器1的数据传输速率，同时将RFID系统设计为具有高品质因数Q，使得能够传输高能量级以向RFID发射机应答器1供电。

应当注意，上述实施例示意而不是限制本发明，在不脱离所附权利要求的范围的前提下，本领域技术人员能够设计出许多备选实施例。在权利要求中，置于括号之间的任何参考标记不应解释为对权利要求的限制。“包括”一词不排除存在与权利要求中所列的元件或步骤不同的元件或步骤。元素之前的不定冠词“一”不排除存在多个这种元素。在列举多个装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个装置可以由同一硬件项来实现。仅有在互不相同的从属权利要求中记载了特定手段的事实不表示不能使用这些手段的组合来获得优点。

Claims

1.一种RFID发射机应答器(1)，包括：发射机应答器空中接口(C1)，用于接收相位调制的射频载波信号(CS)；以及解调器(3)，用于对接收到的相位调制的载波信号(CSQ)进行解调；其中，所述解调器(3)包括：

-频率下转换器(4)，被配置用于将相位调制的载波信号(CS)频率下转换为调制的基带信号(MS)；

-滤波器结构(5)，用于对频率下转换器(4)提供的调制的基带信号(MS)进行滤波；

-采样装置(7)，适于对滤波器结构(5)提供的滤波后的信号(FS)进行采样，并至少存储滤波后的信号(FS)的实际采样值(S(t0))和先前采样值(S(t1))；

-减法装置(8)，被配置为计算实际采样值(S(t0))与先前采样值(S(t1))之间的差值(DS)；以及

-差值评估装置(9)，被配置为根据以下准则来对所述差值(DS)进行评估：

a.如果所述差值(DS)具有正号，并且所述差值处于预定义的零值范围(ZR)之外，则确定第一逻辑值(例如1)；

b.如果所述差值(DS)具有负号，并且所述差值处于所述零值范围(ZR)之外，则确定第二逻辑值(例如0)；

c.如果所述差值(DS)处于所述零值范围(ZR)之内，则保持最近一次评估的逻辑值。

2.根据权利要求1所述的RFID发射机应答器(1)，其中，差值评估装置(9)被配置为根据以下准则来对所述差值(DS)进行评估：

a.如果所述差值(DS)具有正号，则确定第一逻辑值(例如1)；

b.如果所述差值(DS)具有负号，则确定第二逻辑值(例如0)；

c.如果所述差值(DS)为零，则保持最近一次评估的逻辑值。

3.根据权利要求1或2所述的RFID发射机应答器(1)，其中，频率下转换器(4)被配置为乘法器，所述乘法器被配置为将相位调制的载波信号(CS)与参考信号(RCOS)相乘。

4.根据权利要求1或2所述的RFID发射机应答器(1)，其中，频率下转换器(4)被配置为采样装置，所述采样装置适于对相位调制的载波信号(CS)进行采样，并根据采样后的相位调制的载波信号(CS)来计算调制的基带信号(MS)。

5.根据权利要求1所述的RFID发射机应答器(1)，其中，滤波器结构(5)被配置为低通滤波器。

6.根据权利要求1所述的RFID发射机应答器(1)，其中，滤波器结构(5)被配置为匹配滤波器。