CN1701342A - 具有可选择的反向散射参数的rfid系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于RFID系统的RFID标签。该RFID标签包括可操作地从RFID阅读器接收载波的天线。一种状态机与该天线耦合并接收反向散射命令，该命令包括RFID标签用于反向散射该载波的反向散射参数。在该天线和该状态机之间耦合调制器。该调制器至少部分地基于该反向散射命令，产生经调制的反向散射信号。

Description

具有可选择的反向散射参数的RFID系统
相关申请的交叉参考
本申请要求2003年8月29日申请的美国临时申请60/498,843的优先权。
技术领域
本发明涉及射频识别领域，尤其涉及具有可选择的反向散射参数的RFID系统。
背景技术
在当今高度竞争的市场中，管理和跟踪存货(inventory)的能力极为重要。对于消费者零售店和处理大量存货的其他商业的主要成本是商品在整个供应链中移动时跟踪存货中的各个产品的成本。
传统上，已经采用条码和条码扫描器来跟踪存货。条码扫描系统通过为产品标注编码了产品识别号的条码来工作。当需要时，利用条码阅读器读出条码。虽然这种系统对于一些应用有用，但条码有多种缺陷。首先，条码在能被编码的信息量上受限。而且，一旦打印上了条码，就不可能改变该条码，因而不可能改变所编码的信息。另外，条码必须处于条码阅读器要阅读的视线内。
为了减少条码系统的一些缺陷，已经提出了各种射频识别(RFID)系统。在典型的资产跟踪实施例中，RFID系统包括至少一个RFID阅读器和至少一个RFID标签。RFID标签置于要跟踪的资产上。RFID标签典型地属于以下两种类型中的一种：包括自带电源(如电池)的有源RFID标签，或由从RFID阅读器发送的射频载波激励的无源RFID标签。有源RFID标签典型地能由RFID阅读器在比无源RFID标签更远的距离处阅读，而无源RFID标签典型地必须靠近标签阅读器，以便从RFID阅读器接收载波来激励RFID标签。
无源RFID标签典型地将数据存储在非易失存储器中。为了读取所存储的数据，RFID阅读器发射一个时变射频载波，该载波通过跨越无源标签的天线产生AC电压来激励无源RFID标签。AC电压典型地被整流为DC电压，激活RFID标签。RFID标签一旦被激活，就能发送存储在RFID标签存储器中的数据。这典型地是通过从RFID阅读器接收的载波的经调制的反向散射实现的。RFID标签通过引起RFID阅读器的载频的幅度和/或相位变化进行反向散射。RFID标签通过改变RFID标签的天线210的负载阻抗执行RF载波的调制。
RFID系统典型地利用处于多个频率范围之一内的频率，这些频率范围包括低频范围125KHz，高频范围13.56MHz，和超高频范围800-900MHz和2.45GHz(微波)。上述这些频率范围只是可用的频率范围的例子。可用于RFID系统的确切的频率范围随国家而不同。所分配的频率范围经常被信道化(分割为多个信道)，以便允许多个RFID阅读器同时工作。使信道靠近在一起产生了这样一种可能，即，非常接近RFID标签的RFID阅读器能压倒来自RFID标签的反向散射调制。在许多情况下，制定规章的地方委员会预先确定信道间隔，并且使用具有固定反向散射调制率的标签可能导致调制边带靠近相邻信道的载频。由落入标签的反向散射调制边带的相同频率范围内的阅读器振荡器的相位噪声产生干扰的一个成分。
另外，有时，RFID标签被设计用来反向散射的频率有噪声和/或拥挤。这可能导致一个弱信号被反向散射回RFID阅读器，这可能降低系统的作用距离以及导致可能丢失数据。RFID标签无法避免这种频率干扰是因为RFID标签无法切换RFID标签反向散射调制RFID阅读器的载波的频率，导致RFID标签和RFID阅读器之间的接收很差。
因此，需要提供在接收到特定命令时能改变反向散射参数的RFID标签。在一个实施例中，反向散射参数是RFID标签反向散射调制载波的频率。反向散射参数还可能包括调制方案和RFID标签的数据率。
发明内容
在本发明的一个实施例中，公开了一种用于RFID系统的RFID标签。该RFID标签包括能够从RFID阅读器接收载波的天线。一种状态机与该天线耦合并接收反向散射命令，该反向散射命令包括RFID标签用于反向散射所述载波的反向散射参数。在该天线和该状态机之间耦合一个调制器。该调制器至少部分地基于该反向散射命令产生一个经调制的反向散射信号。
在本发明的一个方面，该反向散射命令确定反向散射信号的频率。在本发明的另一个方面，该反向散射命令确定该反向散射信号的调制方案。在本发明的另一个方面，一个非易失存储器存储与产品有关的代码。
在本发明的另一个实施例中，公开了一种用于操作RFID标签的方法。在第一步骤，基于从RFID阅读器接收的命令确定反向散射调制信号设置。接着，至少部分基于该反向散射信号设置产生一个反向散射调制信号。在本发明的一个方面，反向散射调制信号设置设定状态机的状态，使得该反向散射调制信号被设定到特定频率。在本发明的另一个方面，反向散射调制信号设置设定状态机的状态使得调制方案被设定。
附图说明
下面结合附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的部分，且：
图1是根据本发明的教导的RFID系统的框图；
图2是根据本发明的教导的RFID阅读器和RFID标签的框图；和
图3是根据本发明的教导的改变反向散射参数的方法的流程图。
具体实施方式
下面的详细说明在本质上仅仅用于举例，而不想限制本发明或本发明的应用和用途。此外，也不想受在前面的技术领域、背景技术、发明内容或在下面的详细说明中所提出的任何明示或暗含的理论的限制。虽然下面讨论了无源RFID标签，但这只是用于举例目的，本发明可以使用无源、半无源或有源的RFID标签。
图1-2示意了根据本发明的教导的RFID系统100。RFID系统100，在一个实施例中，包括RFID阅读器102，它与至少一个RFID标签104配合。RFID系统100还任选地包括与RFID阅读器102耦合的计算机系统106。在本发明的一个实施例中，RFID阅读器102能确定由RFID系统100使用的频谱的质量，并且能向RFID标签104发送包含命令的询问信号107，指示RFID标签104应反向散射经调制的反向散射信号108的频率。注意，改变RFID标签104反向散射调制该载波的频率可能改变RFID标签的数据率。
在一个实施例中，RFID阅读器102包括与处理器204和信号质量指示器电路206耦合的收发信机202。收发信机202与RFID阅读器天线207耦合。信号质量指示器电路206与信号强度天线209耦合。
信号质量指示器电路206可以是能确定和能扫描RFID系统100所使用的频率范围，以确定所述频率范围内的各个频道的质量的任何装置。在一个实施例中，整个频率范围都能被扫描。在另一个实施例中，只检查对应于能被RFID标签104使用的频率的频率范围内的一个预定频率子集以确定信号质量。例如，能检查每个频率的信噪比。信噪比测量以及其他信号质量测量在本领域是众所周知的，而且各种信号强度测量技术都能够用于本发明。信号质量指示器电路206能利用信号强度天线209，或者作为选择，能被耦合到RFID阅读器天线207，从而无需信号质量指示器电路206和信号强度天线209。在一个可选实施例中，RFID收发信机202可用于确定该频率范围内的各个频道的质量。
在一个实施例中，处理器204从信号强度指示器电路206，或者作为选择，从收发信机202，接收信号质量测量。处理器204为该频率范围内的频率分析信号质量测量，并确定应被RFID标签104用于反向散射的一个或多个频率。而且，在一个实施例中，处理器204能确定RFID标签104基于期望的数据率应反向散射调制载波的频率。处理器204另外能提供给收发信机202适当的命令以发送到RFID标签104。处理器204可以是任何处理器，如通常用于RFID阅读器或其他类似应用中的那些处理器。
收发信机202可以是能够发送信号，包括发送载波信号到RFID标签104，以及能够接收信号，包括从RFID标签104接收反向散射的信号的任何装置。收发信机202包括发送和接收数据所需的任何必要电路，如任何需要的调制/解调电路和任何编码/译码电路。
输出203可以是RFID阅读器显示、存储和/或发送从RFID标签104中取出的数据中取出或导出的数据所使用的任何输出装置。这可以包括RFID阅读器显示器，存储器，与无线局域网通信的无线收发信机等等。例如，输出端203可经由通往输出端203的连接105连接到计算机系统106，。在此实施例中，连接105可以是有线或无线连接。
在本发明的一个实施例中，RFID标签104包括与电压整流器212耦合的天线210，电压整流器212又耦合到解调器214和调制器216。解调器214与状态机218耦合，状态机218又与存储器220耦合。调制器216与状态机218，存储器220或者任选地与振荡器215耦合。
天线210在一个实施例中可以是线圈天线，偶极子天线或任何设计成使RF发射，如RFID阅读器102发送的载波，将感应AC电压的天线。天线210的设计取决于RFID标签104的应用以及RFID标签104工作的频率。
电压整流器212在一个实施例中将感应的AC电压转换为可用的DC电压。该DC电压激励RFID标签104的操作。当天线210被暴露于来自RFID阅读器102的载波时，所感应的AC电压在通过电压整流器整流时，将被转换为DC电压。DC电压将增大，直到达到临界电压，从而激活RFID标签104。
解调器214解调从RFID阅读器102接收的任何输入的调制信号。虽然来自RFID阅读器102的初始RF载波被设计用于激活和激励RFID标签104，如前所述，调制数据也能由RFID阅读器102发送，如用于设定RFID标签104的状态的数据。
状态机218可以是能够在接收到来自RFID阅读器102的适当请求或命令时设定RFID标签104的状态的任何装置。RFID标签的状态可包括读状态，写状态，校准状态或命令状态。在本发明中，对于反向散射调制载波的不同频率设置可以存在不同状态。另外，可能存在对应于引起载波的反向散射的其他参数中的变化的状态，如调制方案。
在本发明的一个实施例中，RFID标签104可以接收来自RFID阅读器102的命令。在一个实施例中，存在多种状态，每个不同状态表示将被RFID标签104用于反向散射RFID阅读器102的载波的一个或多个频率。由RFID阅读器102发送的命令可以将RFID标签104设定为其中一种状态，所选定的状态表示由RFID阅读器102所确定的频率作为RFID标签104应用于反向散射调制的频率。作为选择，一种或多种状态可表示在另一反向散射参数中的变化，如表示不同调制方案的不同状态。一个命令可以由RFID标签104接收，该命令选择其中一种状态。而且，通过改变状态机218的状态也可设定数据率。用于RFID标签104的状态机的设计在本领域是众所周知的。例如，可以利用诸如可编程逻辑装置的逻辑电路实现状态机。在本发明的一个实施例中，状态机218可以是处理器，能实现状态机的功能或以类似方式工作。例如，状态机能作为运行于处理器上的软件实现。
存储器220存储数据，根据RFID标签104的使用，包括产品识别号，产品说明等。存储器220优选为非易失存储器。根据具体应用，存储器220可以是只读存储器或读/写存储器。在一个实施例中，存储在存储器220中的产品识别码可以从存储器220中取出，并提供给调制器用于传送到RFID阅读器102。
振荡器215提供对RFID标签104的时钟控制信号。振荡器215可以被设定为某个频率，利用分频电路该频率然后能被下分为其他频率。振荡器215所设定的频率可用于设定载波的调制频率。在本发明的一个可选实施例中，来自RFID阅读器102的载波可用于调整振荡器215的精度。而在另一个可选实施例中，RFID标签104不使用振荡器215，而且所有定时信息可从RFID阅读器102的载波中提取出来。
调制器216调制由RFID阅读器102发送的载波以发送数据给RFID阅读器102。调制器216可采用各种调制手段，如频移键控(FSK)，相移键控(PSK)和幅移键控(ASK)。来自RFID阅读器102的载波被调制和反向散射到RFID阅读器102。在本发明的一个实施例中，调制类型为能为RFID标签104改变的一种反向散射特性。
如前所述，在一个典型的实施例中，RFID标签104通过负载调制，即，通过改变RFID标签天线的负载阻抗反向散射。典型地，负载调制是通过RFID标签的天线210上的负载阻抗实现的。对此的一种方式是利用数据流的传送随时开通和关闭电阻性负载。可使用电容器以取代电阻器。负载阻抗改变的速率(循环开关电阻性或电容性元件)确定反向散射出现的频率。RFID标签的天线210的负载阻抗的改变率受振荡器215的输出或某一其他定时信号的控制。例如，在一个实施例中，取决于状态机218设定的状态，调制器216能选择RFID标签104的负载阻抗关闭正在改变的几种速率中的一种，将经反向散射调制的信号从一个频率移动到第二频率。
例如，对于FSK调制，以分离的频率发送逻辑1和0。在一个实施例中，可以以振荡器的基频除以8(或振荡器的基频的1/8)反向散射逻辑1，而可以以振荡器的基频除以10(或振荡器的基频的1/10)反向散射逻辑0。通过改变振荡器215的输出，可以选择不同的频率集合以调制1和0。
任选的计算机系统106可以是能从RFID阅读器102接收数据并对该数据执行某个动作的任何计算机。在RFID系统100为销售点系统的环境下，一旦RFID阅读器102从附着在产品上的RFID标签104接收到所请求的产品代码，该信息可以被发送到计算机系统106。计算机系统106可执行价格查询和生成一个输入项到销售收据中。在存货控制系统中，由RFID阅读器102采集的信息可以被发送到运行存货跟踪软件的计算机系统106中。运行它们所需的各种有用的计算机系统和软件在本领域是已知的。
图3是根据本发明的教导改变反向散射参数的方法的流程图。在第一步骤，步骤302，RFID阅读器102扫描频谱以确定RFID标签在反向散射时使用的最佳频率。选择用于反向散射的最佳频率可基于所测量的各个频率的信号质量，在一个实施例中，通过每个频率的信噪比。在另一个实施例中，使RFID标签104反向散射载波的频率可以基于期望的数据率。在一些调制方案中，经反向散射调制的频率的数据率和频率被相关。另外，使用的最佳频率的选择可以至少部分基于其他反向散射参数，如调制方案。
接下来，在步骤304，RFID阅读器102发送一个载波以激励RFID标签104。如前所述，在一个典型的实施例中，在天线中载波感应一个AC电压，该电压通过电压整流器212被转换为DC电压。在DC电压达到足够电平后，RFID标签104被激活。
在步骤306，RFID阅读器102发送一个指示要设定反向散射参数的信号。在本发明的一个实施例中，该信号可以用于设定状态机218的状态，所选择的状态具有一个或多个反向散射参数。在一个示例性实施例中，反向散射参数可以是应用来反向散射的频率。该信号，在一个实施例中，可以作为代码与发送给RFID标签104的任何其他命令或数据一起发送。在一个可选实施例中，RFID阅读器102可发送一个指示要改变的另一反向散射参数的信号。例如，RFID阅读器102发送一个信号以改变调制方案。
接下来，在步骤308，由RFID阅读器102发送的命令，在一个实施例中，可以切换状态机的状态以改变反向散射参数。例如，可以存在多个状态，每个状态包括一个不同的反向散射频率。
接下来，在步骤310，RFID标签104通过反向散射RFID阅读器102的载波应答RFID阅读器102。在本发明中，该反向散射将至少部分利用由RFID阅读器102发送的反向散射参数实现。例如，该反向散射可以在由RFID阅读器102所设定的频率出现。这可通过以振荡器215控制的速率改变RFID天线的阻抗实现，这将产生由RFID阅读器102确定的必要频率。在另一个实施例中，可以利用由RFID阅读器102设置的调制方案调制反向散射。
虽然在前面的详细说明中已经提出了至少一个示例性实施例，但应理解的是，存在大量变化。还应理解的是，上述一个或多个示例性的实施例仅仅是例子，并不打算限制本发明的范围，适用性或配置。相反，前面的详细说明将给本领域的技术人员提供用于实现上述示例性实施例的方便的路线图。应理解的是，可以对各部分的功能和配置进行各种变化，而不偏离在所附权利要求书及其法律等同物中陈述的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种RFID标签，包括：
可操作地从RFID阅读器接收载波的天线；
与所述天线耦合的状态机，所述状态机可操作地接收反向散射命令，所述命令包括所述RFID标签用于反向散射所述载波的反向散射参数；以及
在所述天线和所述状态机之间耦合的调制器，所述调制器至少部分地基于所述反向散射参数，可操作地产生调制后的反向散射信号。
2.根据权利要求1的RFID标签，其中所述反向散射命令确定所述调制后的反向散射信号的频率。
3.根据权利要求1的RFID标签，其中所述反向散射命令确定所述调制后的反向散射信号的调制方案。
4.根据权利要求1的RFID标签，进一步包括非易失存储器，用于存储与产品有关的代码。
5.根据权利要求4的RFID标签，其中所述存储器为读/写存储器。
6.根据权利要求1的RFID标签，其中所述天线可操作地接收超高频率范围内的频率。
7.根据权利要求1的RFID标签，进一步包括电压整流器，所述电压整流器可操作地将由所述载波感应的AC电压转换为DC电压。
8.根据权利要求1的RFID标签，进一步包括振荡器，所述振荡器的频率用于确定所述调制后的反向散射信号的频率。
9.根据权利要求8的RFID标签，其中通过由所述反向散射命令所设定的所述状态机的状态确定所述振荡器输出的频率。
10.根据权利要求9的RFID标签，其中，与所述载波一起发送的定时信号被用于确定所述经调制的反向散射信号的频率。
11.根据权利要求10的RFID标签，其中通过由所述反向散射命令所设定的所述状态机的状态确定由所述定时信号产生的频率。
12.一种用于RFID系统的RFID阅读器，包括：
信号强度质量指示器装置，用于确定在频率范围内的一个或多个频率的信号强度；
处理器装置，用于基于所述信号强度电路的输出产生命令；以及
收发信机装置，用于产生包含所述命令的信号。
13.根据权利要求12的RFID阅读器，其中所述命令确定RFID标签应该用于反向散射信号的频率。
14.根据权利要求12的RFID阅读器，其中所述命令确定RFID标签应该用于反向散射信号的调制方案。
15.根据权利要求12的RFID阅读器，其中所述RFID阅读器与销售点系统相耦合。
16.一种用于操作RFID标签的方法，包括：
基于从RFID阅读器接收的命令，确定反向散射调制信号设置；以及
至少部分基于所述反向散射调制信号设置，产生反向散射调制信号。
17.根据权利要求16的方法，其中所述基于从RFID阅读器接收的命令确定反向散射信号设置的步骤进一步包括：
设定状态机的状态，使得所述反向散射调制信号被设定为特定频率。
18.根据权利要求16的方法，其中所述基于从RFID阅读器接收的命令确定反向散射信号设置的步骤进一步包括：
设定状态机的状态，使得所选择的调制方案被用于调制所述反向散射调制信号。
19.根据权利要求16的方法，进一步包括步骤：
从接收的载波中感应AC电压；
整流所述AC电压以产生DC电压；以及
至少部分地利用所述DC电压激励所述RFID标签。
20.根据权利要求16的方法，进一步包括在所述反向散射调制信号中发送产品识别号。
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