CN103053118B - 用于射频识别与分组无线电通信的混合体系结构 - Google Patents
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Abstract
提供了具有全双工操作性的射频识别（“RFID”）混合分组无线电装置。该RFID分组无线电装置包括天线以及接收和发送分组无线电信号及RFID信号的无线电装置。提供了与无线电装置通信的处理器，以相对于RFID信号执行信号检测与解调。提供了将分组无线电信号和RFID信号从无线电装置传输到天线的发送路径。该RFID分组无线电装置包括用于将从天线接收到的分组无线电信号传输到无线电装置的第一接收路径和与第一接收路径不同的、将从天线接收到的RFID信号传输到处理器的第二接收路径。第一接收路径和第二接收路径使得能够同时进行RFID信号的发送与接收。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于集成射频识别技术与无线电分组技术的方法与系统。更具体而言，本发明涉及通过添加次接收路径对半双工分组无线电系统提供全双工操作性的方法与系统，所述次接收路径在信号发送过程中接收射频识别（“RFID”）反向散射信号。
背景技术
射频识别（“RFID”）系统在多种应用中使用，包括用于物品的自动跟踪、识别与验证。RFID系统一般包括一个或多个读取器（通常也称为询问器）和RFID标签（通常也称为标记器或应答器）。读取器一般位于期望控制或接收来自附着到物品上的RFID标签的信息的地方，其中的物品例如商品、资产、文档或家畜。读取器的位置可以包括入口和/或出口点、存货控制点或者交易终端。
RFID标签可以存储具有预定义结构的识别码，包括头、有效载荷信息和用于纠错的循环冗余码（“CRC”）。有效载荷信息可以包括识别信息、验证信息或者其它信息，例如用于要对承载选定的RFID标签的物品进行的处理或操作的序列指令。数据分组可以存储在RFID标签中的存储器装置中，例如只读存储器（“ROM”）或者非易失性可编程存储器。
此外，RFID标签可以支持电子产品码（“EPC”），这是识别在供应链中传输的物品的全球唯一的序列号。EPC包含关于物品制造商、物品类型和具体物品序列号的信息。EPC还可以与动态数据（例如物品始发点或者物品生产日期）关联。RFID系统允许用户利用EPC执行查询，以在供应链中的任何地方定位物品的单个实例。
数据分组利用无线通信装置经无线介质在RFID标签与读取器之间传送。RFID标签可以配置成作为有源RFID标签或者无源RFID标签。有源RFID标签包括能量源，例如电池，使得RFID标签能够独立地执行操作，例如启动数据分组的传送。无源RFID标签不包括能量源，并且获得来自从读取器接收到的询问信号的能量，这种能量使得RFID标签能够启动数据分组的传送。有源和无源RFID在本领域中都是已知的并且在这里不作进一步的描述。
传统的RFID体系结构包括具有收发器的专用RFID芯片，其中收发器包括高性能的集成电路（“IC”）部件。这些专用RFID芯片的生产是相对昂贵的。所需要的是利用低成本部件提供RFID无线通信的系统与方法。一种类型的低成本无线通信装置是分组无线电装置。
传统的分组无线电装置是有缺点的，因为它们只提供半双工操作。此外，因为它们有限的动态范围、接收器与发送器之间缺乏隔离及多路复用或通道化的操作，所以传统的分组无线电装置至少对于RFID应用是有缺陷的。在多路复用或者通道化的操作中，用于传统分组无线电装置的发送器在它接收无线分组传输的时候被关闭。另选地，传统的分组无线电装置使用不同的频率来发送和接收数据。如果在接收过程中发送器没有关掉或者如果发送器和接收器未能以不同的频率操作，那么，当分组无线电发送器生成高干扰信号时，接收器变得饱和。在饱和期间，发送器捕获可用的接收器动态范围。为了避免饱和，传统的分组无线电装置或者在处于接收模式时关掉其发送器或者利用与发送器不同的频率接收信号。所需要的是利用低成本部件提供全双工无线RFID通信的系统和方法。
发明内容
本发明有利地提供了利用分组无线电连接提供全双工无线RFID通信的方法与系统。根据一种实施方式，本发明提供了具有天线和无线电装置的射频识别（“RFID”）混合分组无线电装置，其中该无线电装置接收和发送分组无线电信号与RFID信号。所述RFID混合分组无线电装置或者RFID分组无线电装置包括RFID功能与分组无线电功能的组合。提供了与无线电装置通信的处理器，以便执行信号检测与解调。RFID分组无线电装置包括从无线电装置向天线传输分组无线电信号和RFID信号的发送路径。RFID分组无线电装置还包括将从天线接收到的分组无线电信号传输到无线电装置的第一接收路径和与第一接收路径不同的、将从天线接收到的RFID信号传输到处理器的第二接收路径。
根据另一种实施方式，本发明提供了具有服务器和RFID标签读取器的射频识别（“RFID”）通信系统。RFID标签读取器与服务器通信并且包括无线RFID分组无线电装置。RFID分组无线电装置包括天线和无线电装置，其中无线电装置接收和发送分组无线电信号和RFID信号。提供了与无线电装置通信的处理器。所述处理器可以执行RFID信号的信号检测和解调。作为对比，分组无线电装置可以对分组无线电信号执行信号检测和解调。RFID分组无线电装置包括从无线电装置向天线传输分组无线电信号和RFID信号的发送路径。RFID分组无线电装置还包括将从天线接收到的分组无线电信号传输到无线电装置的第一接收路径和与第一接收路径不同的、将从天线接收到的RFID信号传输到处理器的第二接收路径。
根据另一种实施方式，提供了利用射频识别（“RFID”）分组无线电装置执行通信的方法，包括利用RFID分组无线电装置发送RFID信号及与RFID信号发送同时地在RFID分组无线电装置接收RFID反向散射信号。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下具体描述，对本发明及其附属优点与特征的更完整了解将更容易理解，其中：
图1是根据本发明原理构建的、部署在使用全双工无线无线电连接（wireless radio connectivity）在射频识别标签读取器与服务器之间通信的供应链环境中的示例性通信系统的框图；
图2是根据本发明原理构建的、提供全双工无线分组无线电连接的示例性通信装置的框图；
图3是根据本发明原理、用于射频识别分组无线电装置的示例性全双工通信处理的流程图。
具体实施方式
在具体描述根据本发明的示例性实施方式之前，应当指出，所述实施方式主要涉及与利用低成本部件实现提供全双工无线RFID通信的系统与方法相关的装置部件和处理步骤的组合。相应地，所述系统与方法组成在附图中通过传统的符号适当地表示。附图仅仅示出了与理解本发明实施方式有关的那些具体细节，从而对受益于本文描述的本领域技术人员来说很显然的细节不会模糊本公开内容。
如在此所使用的，关系术语，例如“第一”和“第二”、“顶部”和“底部”等，可以仅仅用来区分一个实体或元素与另一个实体或元素，而不一定要求或者暗示这些实体或元素之间的任何物理或逻辑关系或次序。
本发明的一种实施方式有利地提供了利用无线分组无线电连接提供全双工无线RFID通信的方法与系统。根据一种实施方式，次接收路径添加到分组无线电芯片上系统（“SoC”）。该次接收路径补充具有传统分组无线电SoC的现有接收路径。本发明使得分组无线电SoC能够以相同的频率同时发送和接收信号。换句话说，分组无线电SoC发送信号，同时在次接收路径上接收RF反向散射发送。因此，本发明将半双工分组无线电SoC变成了全双工混合分组无线电SoC。全双工操作允许分组无线电装置作为RFID收发器来操作。关于全双工分组无线电装置的动态范围，发送器的持续波信号可以比RFID/EAS标签的反向散射信息高70dB。作为对比，传统的发送器可以在30dBm的输出功率之上操作。利用20dB的隔离，接收到的信号是+10dBm。作为比较，反向散射标签响应可以是-60dBm或者更小。
本发明提供了RFID事务与分组无线电事务之间操作的多路复用。图1示出了根据本发明的一种实施方式、可以部署在例如供应链的环境中的系统体系结构100。所述环境可以包括零售商店环境或者仓库环境等环境。系统体系结构100配置成提供全双工无线分组无线电连接。服务器105经有线网络107、无线网络109或者有线网络107和无线网络109的组合和/或其它网络耦合到多个装置。所述装置可以包括射频识别（“RFID”）标签读取器110、终端装置120、有线桥125、无线桥130和服务点（“POS”）终端135等装置。POS终端135可以利用有线连接，例如USB连接，耦合到RFID标签读取器110，或者可以无线地耦合到RFID标签读取器110。所述装置可以利用方便添加、删除、更新和/或改进其中的部件和/或部件中的特征的部件构建。很容易理解，装置可以包括更多或更少数量的部件。本领域技术人员将很容易认识到，本发明可以利用单独部件或者结合两个或多个单独描述部件的特征的单个部件来实现。
RFID标签读取器110可以位于供应链环境中，以便读取附着到物品（例如在供应链中传输的那些物品）上的RFID标签116。RFID标签读取器110可以包括若干部件，包括分离器112和RFID分组无线电装置114等部件。分离器112位于RFID标签读取器110处，用以询问和/或禁用RFID和电子物品监视（“EAS”）标签116和/或分离附着到被监视物品的RFID/EAS标签116。分离器112可以包括电源、用于执行分离器操作的处理器和用于连接到外部装置的各种连接器等部件。关于连接器，分离器112可以包括RJ45连接器或者通用串行总线（“USB”）连接器等连接器。RFID分组无线电装置114是用于执行RFID通信的全双工的无线RFID分组无线电装置114。传统的分组无线电装置包括以半双工模式操作的发送器与接收器。换句话说，传统的分组无线电装置没有配置成同时地经无线电链路发送和接收数据。相反，传统的分组无线电装置通过首先发送数据分组的脉冲串然后停止数据发送以便监听响应信号来操作。
图2示出了根据本发明一种实施方式的全双工无线RFID分组无线电装置114。RFID分组无线电装置114包括天线202、连接器204a、204n（下文中称为连接器204）、天线开关206、滤波器208、耦合器210、集成的放大器与低噪声放大器（“LNA”）电路212、RFID检测器与接收器电路214、无线电装置216和处理器218。根据一种实施方式，无线电装置216和处理器218可以集成在单个芯片中，以便允许尺寸减小和降低的部件成本。另选地，无线电装置216和处理器218可以在单独的芯片上提供。无线电装置216配置成提供用于分组无线电无线通信的功能。例如，无线电装置216提供给定功率水平的射频（“RF”）输出。无线电装置216可以支持各种发送器调制方法，例如幅移键控（“ASK”）、最小移频键控（“MSK”）和高斯频移键控（“GFSK”）等调制方法。无线电装置216还可以支持稳健发送的无线通信方法，例如前向纠错（“FEC”）、交织和数据白化方法。
处理器218配置成管理无线电装置216并且执行驱动器和应用操作。处理器218还操作成解码并处理基带RFID信号。当RFID分组无线电装置114以RFID模式操作时，处理器218解码与无线分组无线电协议不同的特定RFID协议。处理器218配置成管理并向主机系统传输无线通信数据或者RFID数据。当RFID分组无线电装置114以分组无线电模式操作时，RFID检测器与接收器电路214被禁止并且集成的放大器与低噪声放大器（“LNA”）电路212接收作为分组无线电发送的进入的信号。通信可以利用串行通信传输或者并行通信传输执行等传输方法。根据一种实施方式，处理器218以20MHz至30MHz范围内的处理器速度操作。作为对比，现有的RFID读取器和询问器使用处理器速度为150MHz或者更大的处理器，例如数字信号处理器。
RFID检测器与接收器电路214提供了具有用于接收RFID反向散射信号的次通道的RFID分组无线电装置114。RFID检测器与接收器电路214包括二极管检测器220和信号调节部分。信号调节部分可以包括滤波器222、放大器224和限幅器（slicer）226等部件。二极管检测器220可以使用零偏置的二极管来提供改进的信号灵敏度。限幅器226接收来自参考信号的输入和放大器224的输出。限幅器226可以包括比较器和参考阈值水平。在限幅器226接收到的输入信号与阈值进行比较。限幅器226基于从放大器224接收到的信号的水平生成高或低输出信号。来自限幅器226的输出提供给处理器218，用于信号检测与解调。根据一种实施方式，来自限幅器226的输出可以包括RFID反向散射数据。因而，RFID检测器与接收器电路214构成使RFID分组无线电装置114的SoC能够在发送信号的同时接收RF反向散射发送的次接收路径。
此外，RFID检测器与接收器电路214可以采样放大器224与限幅器226之间的基带信号，来评估所接收到的信号强度。另选地，RFID检测器与接收器电路214可以在其它位置采样基带信号。RFID检测器与接收器电路214可以利用包括在处理器218中的A/D转换器执行信号强度评估。根据一种实施方式，接收信号强度指示器（“RSSI”）测量点的位置可以利用运算放大器缓冲，从而减小对接收器基带链的影响。
根据一种实施方式，集成的放大器与低噪声放大器电路212在单个芯片中提供，以便包括具有前置放大器230和放大器232的第一路径及具有低噪声放大器（“LNA”）234的第二路径。另选地，集成的放大器与低噪声放大器电路212可以在单独的芯片中提供。LNA234在无线分组无线电通信中用于改进通信范围。对于较低性能的应用，集成的放大器与低噪声放大器电路212可以省略。在这种情况下，无线电装置输出的RF功率足以满足应用的运行需求并且不提供集成的放大器与低噪声放大器电路212。
提供了开关236、238，以便在具有前置放大器230和放大器232的第一路径或者具有LNA234的第二路径之间进行选择。当开关236、238设置成选择第一路径时，信号从无线电装置216通过前置放大器230和放大器232发送到达耦合器210。当开关236、238设置成选择第二路径时，通过LNA234在无线电装置216处接收信号。在这种配置下，集成的放大器与低噪声放大器电路212在半双工模式下操作。
提供了天线开关206，以便在天线202或连接器204的操作之间进行选择。天线202可以包括印制电路板（“PCB”）集成的天线，而连接器204可以包括微型同轴（“MMCX”）连接器。不平衡变压器203可以在天线处提供，以便校正任何不平衡，例如执行不平衡到平衡的转换。RFID分组无线电装置114可以配置成使用天线202和一个连接器204或两个连接器204等配置。RFID分组无线电装置114可以利用0欧姆的电阻器或跳线等部件执行选择。
天线开关206通过使信号成形的滤波器208连接到耦合器210。耦合器210通过经滤波器208和天线开关206选择性地耦合在集成的放大器与低噪声放大器电路212、RFID检测器与接收器电路214及天线202和连接器204之间来提供RFID操作。滤波器和匹配部件可以在集成的放大器与低噪声放大器电路212和耦合器210之间提供。
耦合器210通过集成的放大器与低噪声放大器电路212在天线202或连接器204与无线电装置216之间双向地路由无线分组无线电通信信号。此外，耦合器210还通过RFID检测器与接收器电路214在天线202或连接器204与处理器218之间路由反向散射信号。换句话说，耦合器210通过RFID检测器与接收器电路214选择性地将反向散射信号从RFID/EAS标签116引向处理器218。耦合器210是有损耗的，并且，与不包括耦合器210的系统相比，可能引入信号损耗。作为耦合器210的一种备选方案，RFID分组无线电装置114可以包括减少所接收信号的衰减的循环器。
返回图1，RFID标签读取器110可以利用耦合到无线桥130接入点的RFID分组无线电装置114经无线网络109与服务器105通信。无线桥130可以包括路由器等装置。耦合到RFID标签读取器110和无线桥130的RFID分组无线电装置114可以利用超高频（“UHF”）分组无线电协议通信。根据一种实施方式，与RFID标签读取器110关联的RFID分组无线电装置114利用UHF第1类第2代空中接口协议读取存储在RFID标签116上的EPC。根据一种实施方式，无线桥130和服务器105可以利用具有低级别读取器协议（“LLRP”）的以太网基础设施传送RFID标签信息。LLRP是提供用于在RFID读取器与RFID分组无线电装置或其它终端装置之间通信的格式与过程的EPC全球标准。RFID标签读取器110可以使用LLRP来报告信息，包括状态信息、RF探测信息或者访问与库存操作信息等信息。利用LLRP的通信采用称为消息的协议数据单元的形式，所述消息发送到RFID读取器和终端装置以及从RFID读取器和终端装置接收。LLRP可以实现传输层安全性（“TLS”）。
此外，RFID标签读取器110可以利用有线桥125经以太网在有线网络107上与服务器105通信。有线桥125可以包括在RFID标签读取器110与服务器105之间提供有线通信的任何硬件装置。根据一种实施方式，有线桥125支持RFID标签读取器110与服务器105之间的以太网通信。
此外，RFID标签读取器110可以利用耦合到点对点终端装置120的RFID分组无线电装置114在无线网络109上与服务器105通信。终端装置120可以形成ad hoc网络，从而不利用中间接入点就可以在终端装置120之间提供直接通信。耦合到RFID标签读取器110的RFID分组无线电装置114和终端装置120可以利用超高频（“UHF”）分组无线电协议通信。根据一种实施方式，点对点的终端装置120可以用于根据期望扩展无线通信范围。
根据参考图3的流程图描述的本发明的一种实施方式，RFID分组无线电装置发送RFID信号（步骤S300），同时在RFID信号发送期间接收RFID反向散射信号（步骤S302）。RFID分组无线电装置在处理器应用RFID协议，以便解码接收到的RFID反向散射信号（步骤S304）。处理器还可以应用业务规则或者执行定义要对RFID标签所采取的行动的方法。RFID分组无线电装置发送分组无线电信号（步骤S306）并且以与分组无线电信号发送不同的时间间隔接收分组无线电信号（步骤S308）。分组无线电装置还可以应用业务规则或者执行定义要由分组无线电装置所采取的行动的方法。
本发明可以在硬件、软件或者硬件与软件的组合中实现。任何类型的计算系统或者适于执行在此所述方法的其它设备都适于执行在此所述的功能。
硬件与软件的一种典型组合可以是具有一个或多个处理元件及存储在存储介质上的计算机程序的专用或通用计算机系统，当所述计算机程序被加载和执行时，控制计算机系统，使其执行在此所述的方法。本发明还可以嵌入到计算机程序产品中，该计算机程序产品包括使得在此所述的方法能够实现的全部特征，并且当该计算机程序产品被加载到计算系统中时能够执行这些方法。存储介质指任何易失性或者非易失性存储装置。
计算机程序或应用在本语境中指用任何语言、代码或符号的一套指令的任何表示，该套指令意在使系统具有信息处理能力以直接地或在以下任一或两者之后执行特定功能，a）转换成另一种语言、代码或符号；b）以不同的材料形式再现。
此外，应注意除非上面相反地指出，所有附图都不是按比例绘制的。显然，本发明可以以其它特定形式实施，而不脱离其核心或本质属性，并且相应地，在指示本发明的范围时应参考所附权利要求而不是前述说明。
Claims (17)
1.一种射频识别RFID分组无线电装置，所述RFID分组无线电装置包括：
天线；
无线电装置，所述无线电装置接收和发送分组无线电信号及RFID信号，所述分组无线电信号和RFID信号的接收和发送是以第一频率进行的；
处理器，所述处理器与所述无线电装置通信并且执行信号检测与解调，所述处理器被配置为以所述第一频率接收RFID信号；
发送路径，所述发送路径将要发送的分组无线电信号和要发送的RFID信号从所述无线电装置传输到所述天线；
第一接收路径，所述第一接收路径将从所述天线接收到的分组无线电信号传输到所述无线电装置；以及
与所述第一接收路径不同的第二接收路径，所述第二接收路径将从所述天线接收到的RFID信号传输到所述处理器；
耦合器，所述耦合器位于所述发送路径和所述第二接收路径中，并且用于同时发送第一RFID信号和接收第二RFID信号，以允许RFID分组无线电装置以全双工模式操作。
2.如权利要求1所述的RFID分组无线电装置，还包括将所述天线选择性地通信耦合到所述无线电装置以及所述处理器的耦合器。
3.如权利要求1所述的RFID分组无线电装置，其中所述第二接收路径和所述发送路径同时传输信号。
4.如权利要求1所述的RFID分组无线电装置，其中所述无线电装置与所述处理器位于不同的集成电路装置上。
5.如权利要求1所述的RFID分组无线电装置，还包括可操作成在所述发送路径与所述第一接收路径之间进行选择的开关。
6.如权利要求1所述的RFID分组无线电装置，其中所述第二接收路径包括检测器、放大器和限幅器，所述限幅器向所述处理器提供数据。
7.如权利要求1所述的RFID分组无线电装置，还包括：
连接器，以与所述天线平行的取向设置；以及
天线开关，所述天线开关选择所述天线与所述连接器中的一个。
8.一种射频识别RFID通信系统，所述RFID通信系统包括：
服务器；以及
RFID标签读取器，所述RFID标签读取器与所述服务器通信，所述RFID标签读取器具有RFID分组无线电装置，所述RFID分组无线电装置包括：
天线；
无线电装置，所述无线电装置接收和发送分组无线电信号及RFID信号，所述分组无线电信号和RFID信号的接收和发送是以第一频率进行的；
处理器，所述处理器与所述无线电装置通信并且执行信号检测与解调，所述处理器被配置为以所述第一频率接收RFID信号；
发送路径，所述发送路径将要发送的分组无线电信号和要发送的RFID信号从所述无线电装置传输到所述天线；
第一接收路径，所述第一接收路径将从所述天线接收到的分组无线电信号传输到所述无线电装置；以及
与所述第一接收路径不同的第二接收路径，所述第二接收路径将从所述天线接收到的RFID信号传输到所述处理器，
耦合器，所述耦合器位于所述发送路径和所述第二接收路径中，并且用于同时发送第一RFID信号和接收第二RFID信号，以允许RFID通信系统以全双工模式操作。
9.如权利要求8所述的RFID通信系统，其中所述RFID分组无线电装置还包括将天线选择性地耦合到所述无线电装置及所述处理器的耦合器。
10.如权利要求8所述的RFID通信系统，其中所述第二接收路径和所述发送路径同时传输信号。
11.如权利要求8所述的RFID通信系统，其中所述无线电装置与所述处理器位于不同的集成电路装置上。
12.如权利要求8所述的RFID通信系统，还包括可操作成在所述发送路径与所述第一接收路径之间进行选择的开关。
13.如权利要求8所述的RFID通信系统，其中所述第二接收路径包括检测器、放大器和限幅器，所述限幅器向所述处理器提供数据。
14.如权利要求8所述的RFID通信系统，还包括：
连接器，以与所述天线平行的取向设置；以及
天线开关，所述天线开关使得能够选择所述天线与所述连接器中的一个。
15.一种利用射频识别(“RFID”)分组无线电装置执行通信的方法，所述方法包括：
利用RFID分组无线电装置发送RFID信号；
以第一频率发送第一分组无线电信号，以所述第一频率发送所述RFID信号；以及
在发送所述RFID信号的同时，在所述RFID分组无线电装置处通过双向耦合器以所述第一频率接收RFID反向散射信号，所述RFID分组无线电装置以全双工模式操作；以及
以所述第一频率接收第二分组无线电信号。
16.如权利要求15所述的执行全双工通信的方法，还包括在处理器处应用RFID协议，从而解码所接收到的RFID反向散射信号。
17.如权利要求15所述的执行全双工通信的方法，还包括以与分组无线电信号发送不同的时间间隔在所述RFID分组无线电装置处接收所述分组无线电信号。
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