CN1710897B - 阅读器设备及其传输方法和标签 - Google Patents

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Abstract

一种阅读器设备和RF标签，其使用从阅读器到标签的无线通信，提高了频率使用的效率而没有增加带宽，并且提供了这样一种传输方法，其提高了从阅读器向标签提供的电压的供应效率，以延长从标签到阅读器的通信距离。用于与RF标签无线通信的阅读器设备包括可操作用来向RF标签传输无线信号的电路以及可操作用来接收和解调来自RF标签的无线信号的电路，所述无线信号包括表明数据的编码方法的信息。

Description

阅读器设备及其传输方法和标签
技术领域
本发明一般地涉及读/写(R/W)设备、它的通信方法，以及RF标签。例如，本发明是用于RFID系统的执行多电平ASK调制的读/写(R/W)设备、它的传输方法以及标签。
背景技术
传统上，RFID使用调幅信号与读/写设备(这里称为“阅读器”)以及RF标签进行通信。下面将解释传统阅读器和RF标签的示例。
图1示出了传统阅读器的配置。图2示出了传统的命令格式。
图3示出了传统的1位曼彻斯特编码ASK信号的波形。
在图1中，阅读器10接收来自LAN21的信息信号，并通过处理器30传输定时信息。处理由处理器30产生的命令或者从LAN21接收的信息信号，使之成为图2的命令格式所示的数据并输出到滤波器11。后面将说明处理器30的详细配置。
滤波器11输出信号，限制了从处理器30到ASK调制器12的数据带宽。ASK调制器12基于来自滤波器11的信号，对来自振荡器14的传送信号执行ASK(幅移键控)调制。图3示出了调幅信号(这里称为“ASK信号”)的波形。另外，在ASK信号的波形中使用了A和B电平，用(A-B)/(A+B)来表示调制度。另外，在ISO/IEC 18000的第6部分的类型B中，规定应使用18％或100％作为调制度的程度。
另外，使用放大器13来放大ASK信号，并通过耦合设备15和天线16将其传输到RF标签。
下面使用图1来说明阅读器对来自RF标签的调制后向散射信号的接收。通过共享设备15并经过放大器20的放大，由天线16接收的调制后向散射信号(这里称为“调制信号”)被输出到降频变换器19。降频变换器19使用振荡器14的输出，将放大了的调制信号解调为IF信号。由于滤波器18使用低通滤波器(LPF)消除了高频分量，所以控制了IF信号的相邻信道之间的干扰。解调器17将来自滤波器18的信号解调为数据，并将其输出到处理器30。处理器30处理解调数据并将从标签接收的数据输出到LAN21。
图4示出了传统阅读器的处理器配置。
在图4中，控制器31从上层进行控制，并输出关于是否以4倍速率从RF标签向帧组装器34传输上行链路的控制数据(称为写入到定界符区域的信息)。CRC添加器32向来自LAN21的命令、参数以及来自数据的传输数据添加16位以用于CRC，并输出到1位曼彻斯特编码器33。
1位曼彻斯特编码器33将码“1”分配给添加了16位CRC的传输数据的1符号的曼彻斯特码“10”，而将码“0”分配给1符号的曼彻斯特码“01”。执行1位曼彻斯特编码，并将1位曼彻斯特编码信号输出到帧组装器34。例如由帧组装器34建立的前导的配置为，16位全0固定波形作为前导检测以及9位曼彻斯特码0作为前导。前导检测对于在数据被解调前向RF标签的每个部件分派功率这一操作来说是必需的。这使得RF标签的每个部件总能在解调器接收必需数据前就绪于接收。RF标签知道前导的波形。
帧组装器34利用前导检测、前导、定界符以及曼彻斯特编码数据来生成帧数据。该帧数据的格式如图2所示。另外，解码器35对来自图1的解调器17的FM0编码信号进行解码，并输出到错误检测器36。错误检测器36检测解码数据中的错误。处理器30确认接收数据的内容。另外，处理器30将从标签接收的数据传输到图1的LAN21。
图5示出了传统RF标签的配置。
在图5中，RF标签40利用天线41接收来自图1的阅读器10的ASK信号。电功率发生器46通过矫正由天线41接收的信号来生成直流电压。虽然未示出，但是该直流电压被提供给每个部件。ASK解调器42解调从天线41接收的ASK信号，并将解调曼彻斯特编码信号输出到逻辑部件44。逻辑部件44解码曼彻斯特编码信号并抽取解码数据中的命令数据。如果命令是写命令，则将解码数据写到存储器45。当写完成时，逻辑部件44对“确认”信息进行FM0编码。数据被调制器43调制后，被传输到阅读器10。
另外，逻辑部件44确认解调数据中命令的细节，如果命令是读命令，则读取存储在存储器45中的对应于参数中地址的信息，并对其进行FM0编码。此外，逻辑部件44向编码数据添加前导和CRC位。数据被调制器43调制后，被传输到阅读器10。
上述有关阅读器和RF标签的配置的各项在日本未审查专利申请公开2003-158470和PCT申请2002-525932的公开日本译文中公开。
如所说明的那样，ASK信号的解调相对容易，这就是为什么在RF标签系统中ASK调制是流行的前向链路(对标签传输的阅读器)调制。但是，1位ASK调制的频率使用效率很低。
另外，日本和欧洲对当前UHF带的RFID系统分配的频率带宽比美国的要窄。当使用多个相邻阅读器时，每个阅读器必须使用不同的频率以避免相互干扰的影响。但是，如果可用频率范围很窄，那么由于现在可用阅读器的数量也被限制了，所以就存在安全频率信道数量受到限制的问题。结果，RFID是频率使用效率低下的系统。可以预期，未来出现使用多个相邻阅读器的情况将增加。需要频率使用效率提高了但频率范围并未增加的RFID系统。
另外，图2所示的1位曼彻斯特编码ASK调制将数据码“1”分配给1符号的曼彻斯特码“10”，而将数据码“0”分配给1符号的曼彻斯特码“01”。当曼彻斯特码为“1001”时，生成低电平振幅周期以用于1符号长度时期。因此，从阅读器提供给RF标签的电压是不足够的，在使用传统1位曼彻斯特编码的ASK调制的RFID系统中，存在RF标签和阅读器之间的通信范围受限的问题。
结果，当使用RFID系统时，必须构建通信范围受限的系统。
在RFID系统中，需要一种技术来扩大RF标签和阅读器之间的传统通信范围。
发明内容
本发明使用从阅读器到标签的无线通信，有利地提高了频率使用的效率而没有增加带宽。另外，本发明提供了这样一种传输方法，其提高了从阅读器向标签提供的电压的供应效率，以延长从标签到阅读器的通信距离。而且，根据下面的实施本发明的最佳方式的各种配置，本发明提供了传统技术不能得到的结果。与传统装置相比，本发明的阅读器设备、通信方法和标签提高了频率使用效率而没有增加带宽，并且扩大了从标签到阅读器的通信距离。
在本发明的一个实施例中，用于与RF标签进行无线通信的阅读器设备包括可操作用来向RF标签传输无线信号的电路以及可操作用来接收和解调来自RF标签的无线信号的电路，其中所述无线信号包括表明所使用的编码方法的信息。该阅读器设备还包括可操作用来使每个符号都具有相同的编码信号峰值电平的电路、可操作用来传输信号而不改变每个符号的幅度还可操作用来接收的电路，以及可操作用来解调来自标签的信号的电路。编码调制是N位曼彻斯特编码，其中N至少是2。该阅读器设备还包括可操作用来生成前导波形信号和表明数据编码方法的信号的电路，以及可操作用来将添加了前导波形信号和表明数据编码方法的信号的数据作为传输数据输出的电路。阅读器设备还包括可操作用来生成具有表明编码方法的信息的信号的电路，以及可操作用来调制所生成的信号的电路。阅读器设备还包括可操作用来生成前导波形信号的电路、可操作用来生成表明数据的编码方法的信号的电路，以及可操作用来向数据添加前导和表明数据编码方法的信号并且传输数据的电路。阅读器设备还包括可操作用来偏置和传输每个符号的多电平信号的恒定峰值的电路。编码调制是曼彻斯特编码幅度调制。
在本发明的一个实施例中，用于与阅读器设备无线通信的RF标签包括：可操作用来接收调制信号的电路，所述调制信号在调制前添加了标识曼彻斯特码的编码方法的信息；可操作用来检测解调过程和标识了对应的编码方法的信息的电路；以及可操作用来响应于标识了编码方法的信息，切换解调处理的电路。
附图说明
参照附图描述本发明的优选实施例。
图1示出了传统阅读器的配置。
图2示出了传统的命令格式配置。
图3示出了传统的1位曼彻斯特编码ASK信号。
图4示出了传统处理器配置。
图5示出了传统RF标签配置。
图6示出了本发明的阅读器配置。
图7示出了本发明的第一命令格式配置。
图8示出了本发明的处理器配置。
图9示出了本发明的2位曼彻斯特编码ASK信号波形。
图10示出了本发明的3位曼彻斯特编码ASK信号波形。
图11示出了本发明的RF标签配置。
图12示出了本发明的RF标签逻辑部件的配置。
图13示出了本发明的第二命令格式配置。
具体实施方式
参照下面的图来说明本发明的构成。
对本发明构成的说明
图6示出了本发明的阅读器的配置。图7示出了本发明的第一命令格式的配置。
在图6中，LAN21向阅读器100的处理器50传输要写入到标签的指令命令或信息信号，并从阅读器100的处理器50接收定时信息。在处理器50开始与RF标签通信之前，在处理器50的较高层运行的协议通过获取RF标签的ID来确认兼容曼彻斯特编码多值(例如4位)的RF标签。处理器50生成的命令或从LAN21接收的信息信号被处理成为图2的命令格式所示的数据，并被输出到滤波器11。后面将说明处理器50的详细配置。
滤波器11将来自处理器50、限制了数据带宽的信号输出到ASK调制器60。ASK调制器60基于来自滤波器11的信号，对来自振荡器14的传送信号执行ASK调制。ASK调制器60对来自滤波器11的下述数据执行ASK调制，所述数据是从如图7所示的前导检测、前导、定界符、命令、参数、数据以及CRC-16得到的。
调制信号被输出到放大器13。放大器13对来自ASK调制器60的调制信号进行放大，并通过共享设备15和天线16，将其作为无线信号传输到RF标签。
阅读器100使用天线16接收来自RF标签的无线信号。通过共享设备15，所接收的无线信号在放大器20被放大并被输出到降频变换器19。降频变换器19将放大信号与来自振荡器14的传送信号进行混合，并将两种解调信号、即I(同相信号)和Q(正交信号)都输出到滤波器18。滤波器18用低通滤波器来消除高频分量，并将信号输出到解调器17。解调器17将来自滤波器18的信号解调为数据，并输出到处理器50。
下面使用图8所示的处理器50的配置，对处理器50的操作进行了说明。
在图8中，控制器51基于处理器50的较高层指令，将控制信号输出到帧组装器56。接收到传输数据、CRC添加器52生成的命令或来自LAN21的信息信号后，添加了16位CRC的数据被输出到1位/2位曼彻斯特编码器54。响应于来自处理器50的使能和禁用信号，1位/2位曼彻斯特编码器54在编码2位或1位曼彻斯特码之间切换，并将数据输出到帧组装器56。通过对前导头部(前导检测、前导)添加来自控制器51的上行链路传输速率信息、表明后面的数据部分所使用的曼彻斯特编码方法的定界符，以及来自1位/2位曼彻斯特编码器54的曼彻斯特编码数据，帧组装器56获得如图7所示的格式的编码数据。
另外，解调数据被输入到解码器55。解码器55对由解调器17解调得到的FM0编码数据进行解码，并输出到错误检测器53。错误检测器53使用解码数据的CRC位并检测错误。错误检测的结果与接收数据一起输出。
图9示出了本发明的2位曼彻斯特编码调制信号的波形。该图中的波形信号对应于从ASK调制器60输出的信号。该图示出了2位的每个值的波形信号，并且幅度值被垂直地以刻度标记。该波形的任意值符号的峰值都是相等的。但是，某些值(例如曼彻斯特码“11”和“00”)的波形信号的幅度与其它值(例如曼彻斯特码“10”和“01”)的波形信号的幅度不同。该信号从阅读器传输到RF标签，并且该信号的幅度分量被用作RF标签的电功率供应。增加该信号的幅度值会增加向RF标签供应的电功率。因此，与传统装置相比，从RF标签到阅读器的传输距离就可以延长。比较所述2位的“10”和传统的图3所示的相同时间的1符号的1位的“1” ，“10”的功率是“1”的功率的1.5倍。该比较中的通信距离等同于功率比的平方根，因此，该距离比传统装置延长了约1.2倍。
图10示出了本发明的3位曼彻斯特编码调制信号的波形。该图中的波形信号对应于从图6的ASK调制器60输出的信号。该图示出了3位的每个值的波形信号，并且幅度值被垂直地以刻度标记。该波形的任意值符号的峰值都是相等的。但是，第一值(例如曼彻斯特码“000”和“100”)的波形信号的幅度、第二值(例如曼彻斯特码“001”和“101”)的波形信号的幅度、第三值(例如曼彻斯特码“010”和“110”)的波形信号的幅度，以及第四值(例如曼彻斯特码“011”和“111”)的波形信号的幅度都是不同的。
该信号从阅读器传输到RF标签，并且该信号的幅度分量被用作RF标签的电功率供应。增加该信号的幅度会增加向RF标签供应的电功率。因此，与传统装置相比，从RF标签到阅读器的传输距离就可以延长。
图11示出了本发明的RF标签的配置。图12示出了本发明的RF标签逻辑部件的配置。
RF标签400通过天线41接收来自阅读器100的无线信号。天线41接收的信号被输出到ASK解调器401和功率发生器46。虽然没有详细示出功率发生器46，但是功率由矫正器矫正，生成直流电压并供给每个电路部件。ASK解调器401解调接收数据并将解调数据传输到逻辑部件44。
下面使用图12来说明逻辑部件44的操作。
逻辑部件44中的识别器47获取图7所示的解调数据，并根据定界符(识别信息)来识别曼彻斯特编码方法是2位还是1位。此处还识别是否写入了将返回链路的传输速率提高到4倍的信息。如果后面的部分应用了2位曼彻斯特编码，则识别信息被传输到解码器446。如果该信息指定了将返回链路的传输速率提高到4倍，则该信息被传输到命令处理器441。此外，识别器447仅向解码器446输出到定界符为止的解调数据以及不包括头部、命令、参数、数据和CRC-15信息的后续数据。当识别器447识别出定界符的内容后，解码器446基于表明编码方法的识别信息，向错误检测器445输出命令、参数、数据和CRC-15解码信息。具体地说，如果识别信息是2位曼彻斯特编码，则后续数据是通过2位曼彻斯特编码方法进行编码的，并且解码器446将数据作为2位曼彻斯特编码信号进行解码。另外，如果信息不是2位曼彻斯特码，则解码器446将信息作为1位曼彻斯特编码信号进行解码。错误检测器445使用数据解码后得到的数据中的CRC位来检测数据中的任何错误。
此外，错误检测器445向命令处理器441输出接收数据。命令处理器441识别命令内容。如果命令是读命令，则根据命令将其与参数中和存储器45(未在图12中示出)中的ID进行比较。如果它们匹配，则读取存储在存储器45中的对应于参数中地址的信息。如果命令处理器441从识别器447接收到指定将返回链路传输速率提高到4倍的信息，则由调制器43将传输速率提高到4倍。
下面说明RF标签的传输处理。
CRC添加器442添加CRC位到从命令处理器441读出的传输数据，并将信号输出到FM0编码器443。FM0编码器443将添加有CRC位的信号编码为FM0，并在帧组装器444处添加前导。它作为编码数据被输出到调制器43。调制器43调制编码数据并将其传输到阅读器10。
另外，关于命令处理器441，错误检测器445使用16位CRC来检测解码CRC-16数据中的错误。命令处理器441识别接收数据中的命令内容。如果命令是向RF标签的存储器45的写入命令，则根据命令将其与参数中和存储器45中的ID进行比较。如果它们匹配，则参数后面的在参数地址中的数据被写入存储器45。
图13示出了第二命令格式的配置。
图13说明了与图7所示的第一命令格式不同的项。
该格式在定界符后增加了多电平前导。
该多电平前导可用来调节用于检测图9所示的多电平信号的最佳门限电平。例如，基于图9所示的波形，表明单个数据ID的门限的信息以曼彻斯特码“00”、“01”、“10”和“11”的顺序传输。
上面说明了曼彻斯特编码。如果编码处理使用了不同的曼彻斯特码并且解码定时关闭，则解码仍是可能的。
在上述的本发明的最佳实施模式中，说明了ASK调制。但是，除了2位和3位曼彻斯特编码之外还可使用其它调制格式例如QPSK和QAM。
虽然描述了本发明的具体实施例，但是本领域的技术人员应理解，存在与上述实施例等同的其它实施例。相应地应当理解，本发明并不受限于具体示出的实施例，而仅由所附权利要求的范围所限定。

Claims (3)

1.一种与射频标签执行无线电通信的阅读器设备，所述阅读器设备包括：
处理器、滤波器、调制器、放大器、振荡器和共享设备，
其中所述处理器被配置为接收并处理来自LAN的要写入到射频标签的信息信号或指令命令并将处理后的数据传输到所述滤波器，
所述滤波器被配置为将来自所述处理器、限制了数据带宽的信号输出到所述调制器，
所述调制器被配置为基于来自所述滤波器的信号对来自所述振荡器的传送信号进行调制并将调制后的信号输出到所述放大器，
所述放大器被配置为对调制后的信号进行放大，并通过所述共享设备和天线将放大后的调制信号作为无线信号传输到所述射频标签，
并且其中所述处理器包括CRC添加器、1位/2位曼彻斯特编码器或2位/4位曼彻斯特编码器和帧组装器，
其中所述CRC添加器被配置为向来自所述LAN的信息信号或指令命令添加16位CRC并将其输出到所述1位/2位曼彻斯特编码器或2位/4位曼彻斯特编码器，
所述1位/2位曼彻斯特编码器或2位/4位曼彻斯特编码器被配置为响应于来自所述处理器的使能和禁用信号分别在2位和1位曼彻斯特编码之间切换或者在2位和4位曼彻斯特编码之间切换，并将编码后的数据传输到所述帧组装器，
所述帧组装器被配置为基于编码后的数据生成帧数据并将所述帧数据作为处理后的数据输出。
2.一种用于与射频标签执行无线电通信的阅读器设备的传输方法，其中所述阅读器设备包括处理器、滤波器、调制器、放大器、振荡器和共享设备，并且其中所述处理器包括CRC添加器、1位/2位曼彻斯特编码器或2位/4位曼彻斯特编码器和帧组装器，所述传输方法包括：
由所述处理器接收并处理来自LAN的要写入到射频标签的信息信号或指令命令以生成处理后的数据；
由所述滤波器限制所述处理后的数据的带宽；
由所述调制器基于被限制了带宽的数据来调制来自所述振荡器的传送信号；
由所述放大器放大调制后的信号并通过所述共享设备和天线将放大的调制信号作为无线信号传输到所述射频标签；
并且其中由所述处理器对所述信息信号或指令命令的处理包括：
由所述CRC添加器向来自所述LAN的信息信号或指令命令添加16位CRC；
由所述1位/2位曼彻斯特编码器或2位/4位曼彻斯特编码器响应于来自所述处理器的使能和禁用信号对添加了16位CRC的信息信号或指令命令进行曼彻斯特编码，其中该曼彻斯特编码在2位和1位曼彻斯特编码之间切换或者在4位和2位曼彻斯特编码之间切换；以及
由所述帧组装器基于编码后的数据生成帧数据并将所述帧数据作为处理后的数据输出。
3.一种射频标签，包括：
天线、解调器和逻辑部件，其中所述逻辑部件包括识别器和解码器，
其中所述天线被配置为接收来自阅读器设备的无线信号并将所接收的信号传输到所述解调器，
所述解调器被配置为对所接收的信号解调并将解调数据传输到所述逻辑部件，
所述识别器被配置为获取所述解调数据并根据解调数据中的定界符识别信息来识别曼彻斯特编码方法是2位还是1位或者是2位还是4位，并将到所述定界符识别信息为止的解调数据以及不包括头部、命令、参数、数据和16位CRC信息的后续数据传输到所述解码器，并且
所述解码器被配置为根据所述定界符识别信息将所述后续数据作为2位或1位曼彻斯特编码信号或者4位或2位曼彻斯特编码信号进行解码。
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