CN106471749B - 用于反向散射通信的装置 - Google Patents

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Abstract

反向散射通信包括从基站接收电磁能量以及编码第一数据和第二数据。通过调节装置的雷达截面调制反射回基站的电磁能量而以第一频率编码第一数据。通过在一时间长度上将多个雷达截面的调节限制到多个雷达截面的第一子集或第二子集而以第二频率编码第二数据。第二频率低于第一频率。

Description

用于反向散射通信的装置
相关申请的交叉引用
本申请涉及美国专利申请NO.14/502,175，该专利申请的名称为“Receiver forBackscatter Communication”，代理人编号为7171P279，于2014年9月30日提交，并且目前正在处理中。
技术领域
该公开总体上涉及反向散射通信，并且具体但不排他地，涉及射频识别(“RFID”)标签。
背景技术
射频识别(“RFID”)通信是反向散射通信的一个示例。RFID通信通常包括“基站收发器”，该“基站收发器”广播/发射电磁能量并且然后从广播的电磁能量的反射解译数据。“标签”将电磁能量的一部分反射回基站以向读取器通信数据。为了在反射的部分中编码数据(例如识别号)，无源(无电池)的标签可以从广播的电磁能量获取功率，并且使用所获取的功率调制反射回基站的电磁能量。相比之下，电池供电的标签使用电池给调制反射回基站的电磁能量的电路供电。无源标签通常具有比电池供电的标签短很多的范围。
反向散射通信(包括RFID通信系统)越来越重要，这是因为标签可以被制造得相对较小，并且RFID通信不需要基站与标签之间的直线对传(line-of-site)。随着RFID通信变得更加流行，对于利用反向散射通信在更短的时间段里发送更大量的信息的需求增加。
附图说明
参考下面的附图描述本发明的非限制和非排他的实施例，其中，贯穿各个视图，相同的附图标记表示相同的部分，除非另有规定。
图1示出了根据本公开实施例的包括基站和标签的反向散射通信系统。
图2A为示出根据本公开的实施例的用于辅助反向散射通信的基站的功能框图。
图2B为示出根据本公开的实施例的示例性反向散射接收电路的功能框图。
图3A示出了根据本公开的实施例的包括示例性标签的装置的框图。
图3B示出了根据本公开的实施例的包括示例性标签的装置的框图。
图4A示出了显示根据本公开的实施例的电压信号随时间的图表。
图4B示出了根据本公开的实施例的图4A中的图表的放大部段。
图5示出了显示根据本公开的实施例的天线的矢量雷达截面随时间的图表。
图6示出了示出根据本公开的实施例的反向散射通信的标签侧方法的流程图。
图7示出了示出根据本公开的实施例的利用基站的反向散射通信的方法流程图。
具体实施方式
在这里描述用于反向散射通信的系统和方法的实施例。在下面的描述中，阐述了许多特定的细节以提供实施例的透彻的理解。然而，本领域的技术人员将认识到，在这里描述的技术可以在没有一个或多个特定细节的情况下或者用其他的方法、部件、材料等实施。在其他的情况下，没有示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免掩盖某些方面。
贯穿本说明书引用“一个实施例”或“实施例”是指，结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方的出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”不必须都指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。
图1示出了根据本公开实施例的反向散射系统100，该反向散射通信系统100包括基站收发器103和包括在移动设备101中的标签。反向散射通信系统100利用反向散射通信提供短范围(例如，大到20m)、高带宽(例如，20到100Mbps)和低功率(例如，小于1mW)的无线通信链路，以从一个或多个移动设备101递送数据到基站103。反向散射通信的一个示例通常被称为射频识别(“RFID”)。RFID常常被用于无线地通信目标(例如，电子卡片、消费产品)的识别代码。然而，包括RFID的反向散射通信还可以用于流式传输(stream)比仅仅识别代码/编号更大的数据集。
通过将反向散射标签(例如，半无源标签)集成到移动设备101中实现反向散射通信链路。该设计利用在有线基站103和移动设备101之间的不对称功率预算，以通过依靠在基站侧的随时可用的功率来提供移动设备侧的低功率解决方案。
基站103包括一个或多个天线，该天线朝向移动设备101广播电磁(“EM”)能量，并接收EM能量104的经调制的反向散射反射105。经调制的反向散射反射105被称为反向散射信号或反向散射信道。集成到移动设备101中的反向散射标签不发射任何RF或微波功率。相反地，它们以调制EM能量104的反射而操作。反向散射反射通过用数据调制移动设备101的雷达特征或雷达截面而编码有数据，并且基站103解调接收到的从移动设备101反射的雷达特征，以提取嵌入的数据。一种用于调制移动设备101的雷达截面的技术是调制联接至移动设备101上的反向散射天线的阻抗负载。当与例如WiFi或蓝牙无线电的有源发射器比较时，该阻抗调制是低功率任务。
一些射频识别(“RFID”)标签是完全无源的装置，其不包括独立的功率源，并且从EM能量104获取能量来操作。然而，从EM能量104获取能量有效地减慢了反向散射信道的数据速率，因为反向散射天线将通常被优化以用于获取功率，而不必须提高反向散射信道的信噪比(“SNR”)。此外，完全无源RFID标签常常为了周期性的功率获取而暂停，这中断或延迟数据发射。能量获取降低了基站103的读取范围，因为为反向散射标签供电所需的入射EM辐射104比单独的反向散射通信所需的入射EM辐射更多。传统的完全无源反向散射标签采用更慢的数据速率，因为在反向散射标签上的能量消耗高度依赖时钟速度。
嵌入移动设备101内的反向散射标签的实施例可以是部分无源装置，其不需要从EM辐射104获取能量。然而，反向辐射标签由移动设备101的主电池供电。因为调制阻抗负载需要适度的功率预算(例如，15μW)，反向散射传输不显著影响电池寿命。此外，通过不从EM能量104获取功率，可以针对反射EM能量104来优化反向散射天线和调制负载阻抗，以提高SNR、降低比特率错误和提高反向散射信道的数据吞吐量。通过不从EM能量104获取功率以给反向散射标签供电,一些在这里公开的实施例可以以更高的时钟速率和更大的数据吞吐量操作。本公开的其他实施例可以从EM能量104获取能量。
可以使用各种不同的载波频率广播EM能量104。例如，EM能量104可以以未受阻的(unencumbered)频率操作，例如915MHz、2.45GHz、5.8GHz和61.25GHz。反向散射标签可以使用各种技术和用于将数据编码到反向散射信道上的符号群集(symbol constellations)来调制反向散射信号。例如，可以使用二进制相移键控(“BPSK”)或二进制幅移键控(“BASK”)。为了实现更高的数据速率，可以使用正交幅度调制(“QAM”)来调制负载阻抗，该负载阻抗被施加到反向散射天线以改变天线的矢量雷达截面(“RCS”)。使用更高的载波频率和更大的QAM群集(例如，16-QAM、64-QAM等)可以实现更高的数据速率(例如，100Mps)。在一些实施例中，可以基于环境(例如，噪声、多路径反射等)适应性地更新用于在反向散射信道上编码数据的符号群集，以提高吞吐量、提高SNR或者使得反向散射链路在移动设备101穿过其环境移动时更不易受到退化的影响。
移动设备101表示各种不同的装置，包括移动电话101A、头戴式显示器101B、智能腕表101C、平板电脑、膝上型计算机、身体可安装装置、身体可植入物或其他以有限功率预算操作的移动设备。在此公开的实施例提供了一反向散射信道，该反向散射信道具有足够带宽以从移动设备101到基站103无线地流式传输数据(例如视频数据、音频数据、文本数据)。基站103随后可以经由有线连接(例如，以太网)或无线连接(例如，WiFi)将流式传输的数据传输其他设备，例如电机视、服务器或其他移动设备。在所示实施例中，基站103为独立的机盒。在其他实施例中，基站103集成到电视机、家用计算机、计算机监视器、WiFi接入点、电缆调制解调器、硬盘驱动器、路由器、机顶盒或其他电子装置。在基站103是或包括在WiFi接入点中的实施例中，EM能量104可以是WiFi传输，并且标签可以将EM能量104反射回基站103。
图2为示出根据本公开的实施例的用于辅助反向散射通信的基站203的功能框图。基站203是图1中示出的基站103的一种可能的实现方式。示出的基站203的实施例包括反向散射收发器205、反向散射天线210和215、控制电路220、有线接口(一个或多个)230、功率调节器235和一个或多个无线通信天线242。示出的反向散射收发器205的实施例包括反向散射发射电路245和反向散射接收电路250。示出的控制电路220的实施例包括逻辑287。图2示出了基站203的功能部件，并不必须是结构布局。应理解的是，基站203的部件可以全部实现在硬件中、全部实现在软件/固件中，或者利用软件/固件和硬件两者的混合实现。
反向散射收发器205是用于将高带宽数据从移动设备101递送到基站203的通信信道。在一个实施例中，从反向散射发射电路245的上行方向是非通信路径，而仅输出EM能量212作为一种雷达信号。在其他实施例中，反向散射发射电路245可以将数据调制到EM能量212上，以提供到移动设备101的上行广播数据路径。反向散射发射电路245可以输出EM能量212，该EM能量212具有各种不同的频率，例如915MHz、2.45GHz、5.8GHz、61.25GHz等。反向散射接收电路250实现从移动设备101的下行路径，并通过解调由移动设备101反射的反向散射信号而操作。大体上，反向散射接收电路250解调所接收的由移动设备101反射的雷达特征。可以使用包括BPSK、BASK、QAM等符号群集和各种不同技术来调制雷达特征或反向散射信号。如此，反向散射接收电路250包括必要的滤波器、混频器、放大器、解码器、成帧器等，以解调/解码适当的调制方案。虽然图2示出了分开的发射天线和接收天线，在其他实施例中，可以使用单个反向散射天线来发射EM能量212和接收反向散射信号217二者。在其他实施例中，多个发射和接收天线可以与波束形成和追踪技术一起使用。
无线接口(一个或多个)240表示不使用反向散射通信的一个或多个无线通信信道。例如，无线接口(一个或多个)240可以利用WiFi收发器、蓝牙收发器、红外收发器或其他标准化/专有无线通信系统来实施。无线接口(一个或多个)240可以辅助与移动设备101或其他设备的非反向散射式通信。无线接口(一个或多个)240还可以为基站203提供到因特网或其他消费产品(例如网络附接存储等)的无线网络连接。
有线接口(一个或多个)230包括任意数量的有线通信端口。例如，有线接口230可以包括以太网控制器、通用串行总线(“USB”)端口等。以太网控制器也可以提供网络连接。
功率调节器235提供有线功率连接，以用于为基站203的内部部件供电。由于基站203是有线装置，它不像移动设备101那样受到有限的功率预算的约束。反向散射通信通过将产生EM能量212的功率需求推动到基站203中来利用该不对称功率预算，同时，移动设备101通过反射在基站203处产生的EM能量212(不是独立地产生EM辐射)而操作。
控制电路220是基站200的操作大脑。它包括用于协调其他功能部件操作的逻辑287，并且包括用于执行计算的现场可编程门阵列(“FPGA”)和/或处理器。逻辑287可以包括硬件逻辑或存储在一个或多个存储装置上的软件/固件指令。例如，逻辑287可以包括指令，该指令用于建立与一个或多个移动设备101的无线会话、配置和管理无线显示会话以及终止无线显示会话。
许多商用反向散射标签通过利用两个离散状态编码数据来操作。然而，通过使用更大数量的状态(增加可用的通信符号群集)，可以实现正交幅值调制(“QAM”)以在反向散射通信中递送更高的数据速率。例如，使用16个状态(例如，16-QAM)可以导致在更低的SNR权衡下使数据速率成四倍。此外，将增加的通信符号与增加的数据频率配对已经表明能够实现非常高的数据速率(例如，～100Mbps)。更高的数据速率可用于针对大量数据应用流式传输数据(例如云备份、视频数据)。
为了增加可用通信符号的群集超过两个数据状态(例如，数字零和一)，在反向散射通信中涉及的标签必须能够产生增加数量的通信符号。此外，在更高频率产生增加数量的通信符号允许具有比传统可用的数据速率更高的数据速率的高速信道。然而，为了确保标签还能够利用传统低速方案(具有两个数据状态)通信，既可以利用低速方案又可以利用公开的高速数据传输来通信数据的标签是有利的。因此，本公开中公开的标签被配置为实现高速数据传输，并且向后兼容传统的(例如，“Gen 2”)低速RFID协议，以确保数据标签能够与利用现有RFID协议的现有基站通信。传统的低速数据可以以125kHz发送，而更高速的数据可以以25MHz发送。
图3A示出了根据本公开的实施例的包括示例标签307A的装置310A的框图。装置310A可以是图1中描述的移动设备中的一个。示例装置310A包括电池325、处理器350、传感器375、第一模拟数字转换器(“ADC”)361、第二ADC 363和天线345。标签307A包括调制电路330和编码模块320。
天线345被配置成从反向散射基站的天线(例如基站203的天线210)接收电磁辐射/能量(例如EM能量212)。天线345还可以被配置成接收蜂窝数据(例如3G、4G、LTE)、WiFi(例如，IEEE 802.11)和/或蓝牙数据。换句话说，在移动设备上现有的天线可以被用于反向散射通信。
调制电路330被联接以在施加到天线的多个阻抗值(图3A中的Z0-Z31)之间调制天线345。改变天线345的阻抗值是改变装置310A的矢量雷达截面(vector radar cross-section)的一种方式。改变矢量雷达截面可以改变由天线345反射回基站203的反向散射信号217，这允许标签307A将数据传送回基站203。
调制电路330包括A'调制电路331、B'调制电路332和2-1复用器(“MUX”)339。A'调制电路可以只在阻抗值的第一子集Z0-Z15之间调制天线345的阻抗。阻抗Z0-Z15作用为通信可用于与基站203通信的十六个符号(例如，实现16-QAM信令)。B'调制电路可以只在阻抗值的第二子集Z16-Z31之间调制天线345的阻抗。阻抗Z16-Z31作用为十六个对应的符号(symbol)，该符号如阻抗Z0-Z15那样通信同样的符号。例如，在一个实施例中，将天线345调节至阻抗Z0将如同将天线345调节到阻抗Z16那样通信同一符号到基站203。在该示例中，Z0和Z16是通信同一对应符号的对应阻抗。应理解，具有包括16个阻抗值的子集的32个阻抗值(Z0-Z31)仅仅是示例性的，并且在不同的实施例中可以利用更多或更少的阻抗值。
编码模块320包括A'选择器逻辑325和B'选择器逻辑327。编码模块320通过指导调制模块330在多个阻抗Z0-Z31之间做出选择而在第一较高频率(CLK1)下编码第一数据391。编码模块320还被联接成通过指导调制模块330在多个阻抗Z0-Z31的第一子集Z0-Z15或第二子集Z16-Z31中做出选择而以第二频率(CLK2)编码第二数据392。CLK2在低于CLK1的频率操作。
在图3A中，A'选择器逻辑325被联接成接收第一数据391和在第一频率下运行的CLK1。A'选择器逻辑325被联接成通过指导A'调制电路331在Z0-Z15之间选择来在第一频率下编码第一数据391。B'选择器逻辑327也被联接成接收第一数据391和时钟1(CLK1)。B'选择器逻辑327被联接成通过指导B'解调电路332在Z16-Z31之间选择来在第一频率下编码第一数据391。MUX 339被联接成接收数据392。第二数据392的数字值对应于时钟2(CLK2)改变，该CLK2的频率比第一数据391和CLK1的频率更低。数据392的数字值导致2-1 MUX 339将来自A’调制电路331的阻抗值或来自B'调制电路的阻抗值联接到天线345。因此，当第二数据392具有第一状态(例如，数字零)时，施加到天线345的阻抗值被限制到A'调制电路331的第一阻抗值子集；并且，当第二数据392具有第二状态(例如，数字一)时，施加到天线345的阻抗值被限定到B'调制电路332的阻抗值的第二子集。
A'选择器逻辑325和B'选择器逻辑327可以利用微控制器、逻辑阵列、离散逻辑或定制专用集成电路(“ASIC”)实现。A'调制电路331可以用晶体管T0-T15实现，该晶体管T0-T15可以被激活以连接不同的阻抗值Z0-Z15到MUX 339(并且最终到天线345)。类似地，B'调制电路332可以用晶体管T16-T31实现，该晶体管T16-T31可以被激活以连接不同的阻抗值Z16-Z31。当然，可以使用其他能够在高频率下开关的非晶体管开关器代替晶体管。本领域技术人员还应理解的是，可以实施用于连接不同阻抗值到天线345的替代的技术和配置。
将注意力转向图5以进一步示出图3A如何经由反向散射技术通信高速数据流和低速数据流两者。图5的图示显示根据本公开实施例的在标签中的天线的矢量雷达截面随时间的变化。应理解，在图5中的矢量RCS值被示出以表达向天线提供不同的矢量RCS值的总体构思，但是在操作中，矢量RCS将包括复矢量RCS而不是严格地实矢量RCS值。此外，被施加到天线以提供天线给定的矢量RCS值的阻抗值可以是复阻抗值。图5示出了第一、第二、第三和第四周期。每个周期对应与CLK2的频率关联的周期。在第一、第二、第三和第四周期的矢量RCS的收集分别示出为组401、402、403和404。
在第一周期中，天线345被调制到不同的矢量RCS值(例如通过向天线345施加不同的阻抗值)，以编码第一数据391为不同的符号，该符号与阻抗值的第一子集(例如，Z0-Z15)对应。在第二周期中，天线345也被调制到不同的矢量RCS值，以编码第一数据391为不同的符号，该符号与阻抗值的第二子集对应。矢量RCS值的第一组401接近中心雷达值421，而矢量RCS值的第二组402更接近中心雷达值422。当天线345的矢量RCS值在一CLK2的周期中更接近中心雷达值421时，传达第二数据392的第一数据状态(例如，数字零)，而在一CLK2的周期中更接近中心雷达值422的矢量RCS值时，传达第二数据392的第二数据状态(例如，数字一)。因此，在图5中的第一、第二、第三和第四周期中的组401、402、403和404传达第二数据392是“0-1-0-0”。通过以这种方式调制天线345，标签307A可以通信第一数据391作为对应于CLK1的高速数据；并且通过在阻抗值的第一子集和阻抗值的第二子集之间切换来编码第二数据，从而通信第二数据392作为对应于CLK2的低速数据。由于标签必须在阻抗值的子集之间切换来通信低速数据，在正在被通信的符号群集中的每个符号具有通信该符号的在第一子集中的阻抗值和也通信该符号的对应的在第二子集中的阻抗值，因此，可以通信特定的高速符号，而不管正在使用的是阻抗值的第一子集还是第二子集。当然，改变阻抗值(以改变天线的矢量RCS)仅仅是通过调节被反射回基站的反向散射信号的同相(in-phase)和异相(out-of-phase)(即I和Q正交)性质来调制反向散射信号的实施方式。
从标签307A接收反向散射信号的基站可以应用具有在第一频率(CLK1)和第二频率(CLK2)之间的截止频率的滤波器来隔离第二数据392。应用滤波器将滤除较高频率的数据，但是较高频率的符号的组合仍然将通过，其中，更接近对应于中心雷达值421或中心雷达值422的雷达信号指示较低速的第二数据392的两个不同的离散状态。应理解的是，术语“中心雷达值”中的词语“中心”可以与特定映射(例如史密斯图(Smith Chart)的特定区域)相关联，该映射是从反向散射信号到由基站接收到的信号的映射。这样的映射不必须与标签的阻抗线性相关、不必须均匀分布、很大程度上依赖于标签与基站之间的RF链路、并且高度依赖于采用的矢量RCS值的群集。
返回图3A，传感器375被联接为给ADC1 361和ADC2 362二者提供信号371。信号371可以是电压、电流等。传感器375可以是测量例如葡萄糖或心率的生物传感器。ADC1 361以与CLK1相关联的第一频率对信号371采样。ADC1 362以与CLK2相关联的第二频率对信号371采样。
图4A和4B示出了第一频率(CLK1)是比第二频率(CLK2)更高的频率。图4A的图示示出信号471的电压随时间变化，图4B的图示示出根据本公开的实施例的图4A中的图示的放大部分。
信号471是信号371的示例。由于ADC1 361以比ADC2 362对信号471采样更快的速率对信号471采样，第一数据391具有比第二数据392更高的分辨率。在一个示例中，只使用一个ADC以第一频率(CLK1)对信号采样，并且以第二频率(CLK2)采样的信号的子集作为第二数据392发送。例如，ADC可以选择每隔十个或每隔一百个样本对应于第二数据392。可替代地，来自一个ADC的数据可以被处理以提供作为第二数据392的汇总数据(summarydata)。该实施方式的一个应用为发送心电图(“ECG”)心脏信号，其中，波形信号在较高频率上具有有关诊断的细节，但是较低频率仍然可以指示每分钟跳动的心跳。当标签307A通过改变天线345的阻抗来同时编码第一数据391和第二数据392时，它既可以编码较高分辨率的第一数据391又可以编码较低分辨率的第二数据392。因此，被配置为读取较高速数据协议的基站将能够接收较高分辨率的第一数据391。然而，如果基站没有被配置成读取较高速数据协议(传统基站)，它将能够读取较低速数据协议，并且将仍然能够接收较低速的第二数据392。较低速数据392协议将为向后兼容的EPC Gen2，以使得传统基站可以读取较低速数据392。
处理器350还可以被联接以发送数据到标签307A用于反向散射通信。在一个实施例中，处理器350可以访问存储器，并且，处理器发送来自存储器的数据到标签307A以发送该数据到基站。在一个实施例中，在存储器中存储医疗记录，并且，处理器350辅助流式传输这些医疗记录到使用标签307A的基站。在一个实施例中，处理器350是装置310A的主处理器。在一个实施例中，第一数据391和第二数据392包括相同的数据内容。因此，第一数据391被简单地比第二数据392更快地编码，并且，被配置为接收较高速协议的基站将在高速信道上更快地接收数据内容。然而，传统基站仍然将能够在较低速信道上接收相同的数据内容作为第二数据392。该配置使更新的基站能够更快地从标签307A接收数据，同时仍然使未更新的基站能够接收相同的数据，尽管以较慢的速率。
图3B示出了根据本公开的实施例的包括示例标签307B的装置310B的框图。标签307B示出了执行关于标签307A描述的相同功能的不同的硬件配置。标签307B包括编码模块340和调制电路351。调制电路351被联接以在多个阻抗值Z0-ZN之间调制天线345。编码模块340被联接以通过指导调制模块351在其阻抗值Z0-ZN之间选择来在第一频率下编码第一数据。编码模块340还被联接以通过指导调制模块351在多个阻抗Z0-ZN的第一子集或第二子集中选择来在第二频率下的编码第二数据。编码模块340包括选择器逻辑343。选择器逻辑343可以用微处理器或离散逻辑实现。选择器逻辑343接收第一数据391和第二数据392。当第二数据392是第一数据状态(例如，数字零)时，选择器逻辑343限制其阻抗值Z0-ZN选择到该阻抗值的第一子集。当第二数据392是第二数据状态(例如，数字一)时，选择器逻辑343限制其阻抗值Z0-ZN的选择到该阻抗值的第二子集。
装置310B包括传感器377、传感器379、第一ADC 361、第二ADC 363。传感器377提供信号372到第一ADC 361，并且传感器379提供信号373到第二ADC 363。传感器379可以为心率传感器，而传感器377可以感测音频数据(例如，麦克风)。在一个实施例中，需要较低数据速率的传感器被联接以产生第二数据392，而需要较高数据速率的传感器被联接以产生第一数据391。应理解的是，在图3A和3B示出的不同的传感器配置可以用在任一图中以产生第一数据391和第二数据392。
在图3A和3B中示出的示例中，阻抗值的第一子集可以包括与阻抗值的第二子集共有的阻抗值。在不同的实施例中，阻抗值的第一子集可以不与阻抗值的第二子集公用阻抗值。
在标签307A或307B将数据编码到反向散射信号217之后，反向散射信号217被天线215接收并且被反向散射接收电路250解码。图2B示出根据本公开的实施例的示例性反向散射接收模块251的功能框图，该反向散射接收模块251作为反向散射接收电路250的一个可能的示例。
反向散射接收模块251包括混合块252、前端模块255和解码模块280。前端模块255包括低速滤波器256和高速滤波器257。解码模块280包括具有符号转译单元282的高速解码模块281。解码模块280还包括低速解码模块283。反向散射接收模块251将可能包括额外的模拟和/或数字滤波器、ADCS、成帧模块和均衡模块以及没有具体示出以避免干扰本发明的电路。
混合块252被联接以从接收天线215接收反向散射信号217，并且被联接以接收载波(carrier)频率253。载波频率253将与EM能量212(传输信号)的频率相同，并且混合块252将反向散射信号217乘以载波频率253以隔离包含数据的反向散射信号217的调制部分。反向散射信号的调制部分继续到前端模块255。高速滤波器257和低速滤波器256两者均接收反向散射信号，因为它们在图2B中被并行配置。反向散射信号可以在到达滤波器之前被可选择地放大。
低速滤波器254被配置成将低速数据从高速数据隔离。如果高速数据以第一频率(例如，25MHz)由标签(例如，307A或307B)编码到反向散射信号217中，并且低速数据以第二频率(例如，125kHz)被编码，则低速滤波器256通过滤除在125kHz之上的频率隔离低速数据。例如，低速滤波器256可以为具有在第一频率和第二频率之间的截止频率的低通滤波器。因此，低速滤波器256响应于反向散射信号通过低速数据。因为，低速滤波器256滤除高速数据的高速转变，高速符号的值被有效地平均。该滤波确定在给定的时间段的高速信号是来自符号的第一子集还是符号的第二子集，因为低速数据的值将指示在给定的时间段期间符号的哪个子集被使用。当高速符号正在被接收在第一子集中(对于特定时间长度)时，其指示低速数据的第一状态(例如，零)，并且当高速符号正在被接收在第二子集中(对于特定时间长度)时，其指示低速数据的第二状态(例如，一)。高速符号需要留在一子集中以指示特定数据状态的时间长度与第二频率(例如，125kHz)的周期对应。
高速符号包括符号的第一子集和符号的第二子集。符号的第一子集可以对应到图3A和3B描述的阻抗值的第一子集。类似地，符号的第二子集可以对应到图3A和3B描述的阻抗值的第二子集。在第一子集中的每个符号具有在第二子集中的对应的符号，使得无论标签307使用天线的矢量雷达截面的第一子集(其由阻抗的第一子集产生)还是天线的矢量雷达截面的第二子集(其由阻抗的第二子集产生)，标签307都可以通信完整的符号群集。即使使用不同的符号，对应的符号通信相同的数据值。在一个实施例中，Z0与Z16对应，Z1与Z17对应...Z15与Z31对应。所以在该实施例中，给天线345Z0或Z16通信相同的符号或数据特性。
高速滤波器257被配置成响应于接收反向散射信号使高速数据258通过。高速滤波器257可以包括带通滤波器以隔离高速数据。高速滤波器257和低速滤波器256的任一或两者都可以由配置为软件限定无线电的处理器实施。
高速解码模块281接收高速数据258，并且低速解码模块283接收低速数据259。高速解码模块281被配置成通过解码以第一频率(例如，25MHz)编码的高速符号而产生第一数据271。标签207可以通过调制天线345的阻抗而以第一频率(CLK1)编码高速符号。如果标签307正使用QAM，高速解码模块281将包括QAM解码单元。低速解码模块283被配置成响应于低速数据259输出第二数据272，该低速数据以第二频率(例如，125kHz)编码。标签307可以通过驱动MUX 339以限制天线345的阻抗值到对应于电路331或332的阻抗值的第一子集或第二子集而以第二频率(CLK2)编码低速数据。
在图2B中，高速解码模块281包括2-1符号转译单元282。由于高速符号包括符号的第一子集和第二子集，并且在第一子集中的给定符号具有在第二子集中的通信相同的符号或数据特性的对应的符号，所以，符号转译单元282响应于接收对应的符号中的任一而输出合适的数据特性。解码模块280还可以包括校验和(checksum)以确保准确的数据接收。
图6示出了一流程图，其示出根据本公开的实施例的标签侧反向散射通信的过程。出现在过程600中的一些或所有的过程块的顺序不应该被认为是限制性的。相反，受益于本公开，本领域技术人员将理解可以以未示出的各种顺序、甚至并行地执行某些处理块。
在过程块605中，接收来自基站的电磁能量(例如EM能量212)。在过程块610中，通过在多个雷达截面之间调节装置的雷达截面来编码(以第一频率)第一数据。在图3A和3B中示出的示例中，通过在多个阻抗值之间调制天线的阻抗来调节天线345的矢量雷达截面。然而，存在调节装置的雷达截面的其他方式。例如，可以操纵微机电系统(“MEMS”)以改变装置的雷达截面。例如，调节雷达反射材料(例如，金属)的倾斜的MEMS也改变装置的雷达截面。此外，可以在多种模式中(除了倾斜控制以外)操纵多个MEMS以产生不同的雷达截面。调节装置的雷达截面的其他方式包括将金属物质浸入(infuse)液晶并利用液晶控制金属物质的对准并进而改变装置的雷达截面。这里另外，具有浸入的金属物质的可独立选择的液晶的阵列还将产生雷达截面的额外的可调节性，以产生多个不同的雷达截面。调节雷达截面的其他方法包括变容二极管、PIN二极管、可变衰减器和可变移相器。
在处理块615中，通过在一时间段中限制多个雷达截面的调节来编码(以比第一频率低的第二频率)第二数据。该时间段与第二频率的周期对应。过程600继续编码第一数据和第二数据，以根据需要通信所需数量的数据到基站。
图7示出了示出根据本公开的实施例的利用基站的反向散射通信的方法流程图。出现在过程700中的一些或所有的过程块的顺序不应该被认为是限制性的。相反，受益于本公开，本领域技术人员将理解可以以未示出的各种顺序、甚至并行地执行某些处理块。
在过程块705中，利用反向散射接收天线(例如天线215)接收反向散射信号(例如，反向散射信号217)。反向散射信号是由传输天线(例如，天线210)传输的电磁传输信号的经调制的版本。在一些实施例中，反向散射接收天线和传输天线可以是同一天线。传输信号可以由在移动设备(例如，装置310)内的标签(例如，标签307)反射回作为经调制的反向散射信号。
在步骤710中，解码被编码到反向散射信号中的高速符号。高速符号以第一频率(例如，25MHz)被编码到反向散射信号中。
在处理块715中，将高速符号转译成第一数据(例如，数据271)。高速符号包括符号的第一子集和符号的第二子集。来自第一子集和第二子集的对应的符号被转译以在第一数据中具有相同的数据特性。
在过程块720中，响应于被编码到反向散射信号中的低速数据解码第二数据(例如，数据272)。低速数据以第二频率(例如，125kHz)编码到反向散射信号中，该第二频率比高速符号在其上被编码的第一频率小。由于标签307A通过在一时间长度(例如，在CLK2的信号之间)中发送高速符号的第一子集以指示第二数据的第一状态(例如，数字零)，并且通过发送高速符号的第二子集以指示第二数据的第二状态(例如，数字一)，来编码第二数据，当高速符号在第一子集中持续一特定时间长度时，第二数据获得第一状态，当高速数据在第二子集中持续该时间长度时，第二数据获得第二状态。在一个实施例中，该时间长度与第二频率的周期对应。
应理解的是，可以并行地执行处理块710、715和720，或者串行地执行它们。过程700可以重复以继续解码来自反向散射信号的数据。应理解的是，利用过程700的基站将能够解码高速数据以及支持低速数据。因此，只发送低速数据的标签将与基站兼容，并且只发送高速数据(例如利用QAM)的标签也将与基站兼容。此外，可以发送低速数据和高速数据两者的标签(例如，标签307)也将利用过程700与基站(例如，基站203)兼容。
以上解释的过程是根据计算机软件和硬件描述的。所述技术可以构成嵌入到有形的或非暂时性的机器(例如，计算机)可读存储介质内的机器可读指令，该机器可读指令当被机器执行时，将致使机器执行所述操作。此外，过程可以在例如专用集成电路(“ASIC”)等硬件内实现。
有形非暂时性机器可读存储介质包括任何以机器(例如，计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、任何具有一组一个或多个处理器的任何装置等)可访问的形式提供(即，存储)信息的任何机制。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置等)。
上述本发明示出的实施例，包括在摘要中描述的实施例，不意图是排他的或将本发明限制为所披露的准确形式。虽然本发明的特定实施例和用于本发明的示例在此出于阐释性目的被描述，各种变型在本发明的范围内是可行的，如本领域的技术人员将意识到的。
根据上述详细描述，可对本发明做出这些变型。在以上权利要求中使用的术语不应视为将本发明限制到说明书中披露的特定实施例。但是，本发明的范围完全通过以下权利要求确定，它们将根据所建立的权利要求解释原则被解译。

Claims (23)

1.一种移动设备，包括：
天线，其配置为接收来自RFID基站的电磁能量；
调制电路，其被联接以在多个阻抗值之间调制天线，以改变移动设备的雷达截面，用以经由电磁能量的反向散射与RFID基站通信；以及
编码模块，其被联接以通过指导调制电路在多个阻抗值之间选择而以较高频率编码第一数据，并且还被联接以通过指导调制电路在一时间长度中在所述多个阻抗值的第一子集或第二子集中选择而以较低频率编码第二数据，其中，通过在所述时间长度期间在第一子集中选择来表示第二数据的第一数据状态，并且其中，通过在所述时间长度期间在第二子集中选择来表示第二数据的第二数据状态。
2.如权利要求1所述的移动设备，还包括：
生物传感器，该生物传感器被联接以产生第一数据或第二数据中的至少一个。
3.如权利要求1所述的移动设备，其中，天线还被配置为接收WiFi或蜂窝数据中的至少一种。
4.如权利要求1所述的移动设备，其中，第一数据是第二数据的更高分辨率的版本。
5.如权利要求4所述的移动设备，还包括：
第一模拟数字转换器ADC，其配置为以较高频率对第一信号采样，以产生第一数据；以及
第二模拟数字转换器，其配置为以较低频率对第二信号采样，以产生第二数据。
6.如权利要求1所述的移动设备，其中，所述多个阻抗值的所述第一子集包括与阻抗值的所述第二子集共有的阻抗值，并且还包括与阻抗值的第二子集不同的阻抗值。
7.如权利要求1所述的移动设备，其中，所述编码模块包括第一选择器逻辑，该第一选择器逻辑被联接以响应于第一数据从所述第一子集中选择阻抗值，并且其中，所述编码模块包括第二选择器逻辑，该第二选择器逻辑被联接以响应于第一数据从所述第二子集中选择阻抗值，所述编码模块被配置为当第二数据具有第一数据状态时，将天线与来自第一子集的阻抗值连接，并且，所述编码模块被配置为当第二数据具有第二数据状态时，将天线与来自第二子集的阻抗值连接。
8.如权利要求1所述的移动设备，其中，所述多个阻抗值的第一子集与所述多个阻抗值的第二子集不共有阻抗值。
9.如权利要求1所述的移动设备，其中，所述移动设备包括移动电话、头戴式显示器、腕表、身体可安装装置、身体可植入装置、平板电脑或膝上计算机中的一种。
10.如权利要求1所述的移动设备，其中，所述时间长度对应所述较低频率的周期。
11.如权利要求1所述的移动设备，其中，基于在所述时间长度期间选择的阻抗值到两个中心雷达值之一的接近程度来编码第二数据。
12.一种射频识别RFID标签，包括：
调制电路，其被联接以在多个阻抗值之间调制天线，以改变RFID标签的雷达截面，用以与RFID基站通信，其中，所述天线被配置为从RFID基站接收电磁能量；以及
编码模块，其被联接以通过指导调制电路在所述多个阻抗值之间选择而以较高频率编码第一数据，并且还被联接以通过指导调制电路在一时间长度中在所述多个阻抗值的第一子集或第二子集中选择而以较低频率编码第二数据，其中，通过在所述时间长度期间在第一子集中选择来表示第二数据的第一数据状态，并且其中，通过在所述时间长度期间在第二子集中选择来表示第二数据的第二数据状态。
13.如权利要求12所述的RFID标签，其中，
编码模块包括第一选择器逻辑，该第一选择器逻辑被联接以响应于第一数据从所述第一子集中选择阻抗值，并且其中，编码模块包括第二选择器逻辑，该第二选择器逻辑被联接以响应于第一数据从所述第二子集中选择阻抗值，所述编码模块被配置为当第二数据具有第一数据状态时，将天线与来自第一子集的阻抗值连接，并且，所述编码模块被配置为当第二数据具有第二数据状态时，将天线与来自第二子集的阻抗值连接。
14.如权利要求12所述的RFID标签，其中，所述多个阻抗值的第一子集包括与阻抗值的第二子集共有的阻抗值，并且还包括与阻抗值的第二子集不同的阻抗值。
15.如权利要求12所述的RFID标签，其中，所述多个阻抗值的第一子集与所述多个阻抗值的第二子集不共有阻抗值。
16.如权利要求12所述的RFID标签，其中，所述第一数据是所述第二数据的更高分辨率的版本。
17.如权利要求12所述的RFID标签，其中，天线还被配置为接收WiFi、蓝牙或蜂窝数据中的至少一种。
18.一种反向散射通信方法，包括：
从基站接收电磁能量；
通过在装置的多个雷达截面之间调节装置的雷达截面来调制反射回基站的电磁能量而以第一频率编码第一数据；以及
通过在一时间长度上将所述多个雷达截面的调节限制到所述多个雷达截面的第一子集或第二子集而以第二频率编码第二数据，所述时间长度与第二频率的一个周期对应，其中，通过在所述时间长度期间在第一子集中选择来表示第二数据的第一数据状态，并且其中，通过在所述时间长度期间在第二子集中选择来表示第二数据的第二数据状态，所述第二频率小于所述第一频率。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述多个雷达截面的第一子集包括与雷达截面的第二子集共有的雷达截面，并且还包括与雷达截面的第二子集不同的雷达截面。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述多个雷达截面的第一子集与所述多个雷达截面的第二子集不共有雷达截面。
21.如权利要求18所述的方法，其中，调节装置的雷达截面包括选择装置的天线的不同阻抗值。
22.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二数据是从所述第一数据中提取的，或者是所述第一数据的更小的子集。
23.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二数据向后兼容EPC Gen2RFID协议。
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