ES2291531T3 - Lector para etiquetas de identificacion saw de alta capacidad de informacion y procedimiento de utilizacion de este lector. - Google Patents
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Abstract
Un sistema lector de etiquetas de identificación de ondas acústicas de superficie, SAW, incluyendo una etiqueta SAW de identificación (300) que tiene un sustrato piezoeléctrico (220), e incluyendo además un lector de etiquetas de identificación SAW (200) que tiene un transmisor (205) capaz de enviar una señal de interrogación (210) que excita un transductor SAW (215) situado en el sustrato piezoeléctrico (220) de la etiqueta de identificación SAW (300) y un receptor (260) para detectar y decodificar un número codificado en una señal devuelta a dicho transductor, caracterizándose dicho sustrato piezoeléctrico por: un grupo (340) de ranuras (330) dispuestas por posición de pulso y posición de fase, y un número de reflectores (320) distribuidos entre dichas ranuras de tal manera que dichos reflectores devuelvan a dicho transductor una señal de retorno (240) conteniendo un número codificado por una combinación de posición de pulso y posición de fase.
Description
Lector para etiquetas de identificación SAW de
alta capacidad de información y procedimiento de utilización de este
lector.
La presente invención se refiere, en general, a
un lector de etiquetas de identificación SAW y, más específicamente,
a un lector para uso con etiquetas de identificación de ondas
acústicas de superficie (SAW) que tienen un contenido de datos
mejorado y a métodos de operarlo y fabricarlo.
Todo el mundo está familiarizado con los códigos
de barras y bandas magnéticas empleadas por las empresas para
realizar funciones de identificación y los varios dispositivos
usados para leerlos. Generalmente, las bandas magnéticas son leídas
pasando una tarjeta que lleva una banda, tal como una tarjeta de
crédito, a través de un lector. Las bandas magnéticas también
pueden ser leídas por dispositivos de contacto o proximidad donde
la tarjeta, tal como una tarjeta de aparcamiento o acceso, se coloca
en el lector o se mantiene cerca de él. Los códigos de barras son
leídos muy a menudo usando un "cañón de luz" para leer el
código e identificar el elemento asociado con dicho código
particular. La principal razón por la que los códigos de barras y
las bandas magnéticas son los sistemas de identificación elegidos
es que son muy baratos.
Sin embargo, el número de aplicaciones para las
que son útiles los códigos de barras y bandas magnéticas es
limitado, por la cantidad relativamente pequeña de datos que pueden
codificar y sus limitaciones de legibilidad inherentes. Una de
tales limitaciones de legibilidad es la distancia a la que pueden
ser usados. Son sistemas de corto alcance que requieren que el
lector esté en contacto o muy cerca (a pocos centímetros, a lo sumo)
del código de barras o la banda magnética, según sea el caso, con
el fin de decodificar datos. También están limitados por el hecho
de que no puede haber obstrucción entre el lector y el código de
barras o la banda magnética para que el lector decodifique
exactamente los datos. La orientación del lector con relación al
código de barras o la banda magnética también puede ser un problema
de legibilidad significativo. Si el dispositivo de lectura no está
adecuadamente alineado o se mantiene en un ángulo incorrecto, la
información codificada no puede ser leída. Como resultado de estos
problemas, cada operación de lectura individual requiere la
exploración manual por un operador humano si se necesita una
lectura altamente exacta. Las varias limitaciones de los códigos de
barras y las bandas magnéticas han evitado su uso en un amplio rango
de aplicaciones para etiquetas legibles por máquina que necesitan
una lectura altamente fiable y totalmente automatizada a distancias
de lectura de hasta varios metros.
La etiqueta de identificación por radio
frecuencia "RFID") es otro dispositivo de identificación de la
técnica anterior. Como el nombre sugiere, cuando las etiquetas RFID
son interrogadas, reflejan o retransmiten una señal radio que
devuelve información de identificación codificada. Las etiquetas
RFID tienen muchos usos, que van des de la recogida de peajes de
autovías y puentes hasta estar embebidas en objetos para evitar las
falsificaciones. Una ventaja de las etiquetas RFID sobre los
dispositivos magnéticos y los códigos de barras es que generalmente
pueden ser detectados a una distancia algo más larga sin tener
problemas de línea de visión y de orientación tan significativos
como los que presentan los sistemas de códigos de barras y bandas
magnéticas. Aunque las etiquetas RFID tienen un rango de fiabilidad
más amplio que los omnipresentes sistemas de banda magnética y
código de barras, el rango al que pueden operar fiablemente todavía
es un factor de limitación.
Los dispositivos de etiquetas RFID de la técnica
anterior son de dos tipos básicos: los que contienen un microchip y
los que no. Hay una diferencia radical en el costo y el rendimiento
entre los dos tipos; hasta tal punto que raras veces compiten uno
con otro en cuanto al tipo de uso. Como una regla general, las
etiquetas de chip cuestan más por tener una mayor capacidad de
datos que las etiquetas sin chip. Las etiquetas con chip, por
ejemplo, no están disponibles generalmente a un costo unitario
inferior a un dólar aproximadamente cada una cuando se piden en
unas cantidades de menos de un millón; mientras que muchas etiquetas
sin chip tienen un costo de menos que 20 centavos cada uno, incluso
cuando se piden en una cantidad de cien mil.
Las etiquetas con chip son con mucho las más
populares. Una etiqueta de chip consta de cuatro elementos o
características: (1) un microchip de ordenador; (2) circuitos para
convertir señales radio a señales de datos informáticos y hacerlas
volver a señales radio; (3) una antena; y (4) unos medios para
suministrar potencia CC a la circuitería del chip. En etiquetas de
chip RFID de bajo costo, las dos primeras características están a
menudo parcial o totalmente integradas en un solo microchip,
integración que requiere ciertos compromisos en el rendimiento de
la etiqueta (rango de lectura, número de bits, etc). Esta
combinación de características también da lugar a ciertos
compromisos de costo y/o diseño del circuito integrado (CI) para
acomodar circuitería tanto digital como de radio frecuencia en un
solo CI. El impacto de estos compromisos de diseño puede ser
parcialmente compensado por el uso de bajas radio frecuencias (RF)
operativas que, a su vez, dan lugar a antenas bastante grandes y
caras.
El problema más desalentador de las etiquetas de
chip es la necesidad de potencia CC para la circuitería del chip.
La combinación de problemas medioambientales acoplados con severas
limitaciones de costo, tamaño y peso requiere generalmente que la
etiqueta no lleve una batería u otra fuente de alimentación. La
única solución utilizable en general es obtener potencia CC
convirtiendo la potencia RF recibida de la señal del lector de
etiquetas en potencia CC dentro de la etiqueta. Los expertos en la
técnica pertinente denominan a las etiquetas sin batería u otra
fuente de potencia etiquetas "pasivas", mientras que las que
contienen una batería u otra fuente se denominan etiquetas
"activas". El método pasivo de suministrar potencia CC a una
etiqueta de chip requiere una antena de etiqueta más eficiente (es
decir, mayor tamaño y costo) y mayores niveles de potencia
transmitida del lector. También requiere componentes añadidos que
aumentarán el costo del microchip o el costo de la etiqueta por los
componentes eléctricos extra requeridos en la etiqueta, componentes
adicionales que también darán lugar a una etiqueta de mayor tamaño.
La limitación más importante de etiquetas de chip pasivas, sin
embargo, es la severa restricción del rango de lectura de la
etiqueta porque una señal suficientemente fuerte para alimentar la
etiqueta solamente se extiende una corta distancia de la antena del
lector de etiquetas. Así, aunque las etiquetas de chip tienen la
parte predominante del mercado RFID, el alto costo y el rango de
lectura limitado se combinan para evitar que las etiquetas de chip
sustituyan a los códigos de barras o las bandas magnéticas de
manera significativa.
Las etiquetas RFID "sin chip" no contienen
un microchip, pero, en cambio, dependen de materiales magnéticos o
circuitos de película fina sin transistor para almacenar datos. Una
ventaja principal de las etiquetas RFID sin chip es su costo
relativamente bajo. Las desventajas de las etiquetas sin chip
incluyen que son de rango limitado (varios centímetros a lo sumo) y
solamente contienen cantidades limitadas de información. La
severidad de estos problemas ha evitado su aceptación comercial a
pesar de su bajo costo potencial.
En el año 2000, el mercado global corriente de
los sistemas y servicios RFID convencionales fue del orden de 500
millones de dólares estadounidenses. Este mercado es en gran parte
para etiquetas de chip que cuestan típicamente de aproximadamente
un dólar a decenas de dólares cada una. Aunque las etiquetas sin
chip no se venden bien, han generado gran interés por parte de
varios usuarios potenciales a causa de su bajo costo potencial.
Existe un inmenso vacío en el mercado de la identificación
automática entre los códigos de barras de muy bajo costo y las
etiquetas de chip RFID de mayores prestaciones. El mercado general
reclama una solución técnica para llenar dicho vacío. Las
características críticas de la nueva tecnología de identificación
automática para llenar este ranura son: (1) un costo de entre un
centavo y diez centavos por etiqueta cuando se fabrican en grandes
cantidades; (2) lectura fiable sin la necesidad de exploración
manual por un operador humano; (3) lectura fiable sin una línea de
vista entre la etiqueta y lector de etiquetas (es decir, lectura
fiable aunque la etiqueta esté rayada o cubierta de suciedad, o en
el lado erróneo del paquete, etc); (4) un rango de lectura fiable
de al menos uno a dos metros; y (5) una capacidad de datos de la
etiqueta de aproximadamente 100 bits. Tales etiquetas son de vital
interés para autoridades postales, líneas aéreas y aeropuertos,
autoridades de tránsito masivo, criadores de animales, la industria
del ganado, empresas de distribución, cualquier negocio con un
número significativo de cadenas de suministro, en particular las que
mantienen inventario o manejan artículos de consumo en rápido
movimiento, etc. Todas éstas son aplicaciones donde una etiqueta de
precio alto no es viable, en particular donde la etiqueta es
desechable o se venderá con el producto.
Para afrontar y superar las limitaciones de
costo, capacidad de datos y rango fiable inherentes a las etiquetas
RFID de la técnica anterior, se ha desarrollado un nuevo tipo de
etiqueta RFID. Estas etiquetas son las etiquetas de identificación
SAW que se describen en detalle en la Solicitud de Patente de
Estados Unidos número de serie 10/024.624, titulada "Etiqueta de
identificación de ondas acústicas de superficie que tienen un
contenido de datos mejorado y métodos de operarlas y
fabricarlas", de Hartmann, del mismo cesionario que la invención.
Sin embargo, para las etiquetas de identificación SAW descritas por
Hartmann sean de utilidad, es esencial proporcionar un lector
fiable capaz de enviar una señal de interrogación y de recibir y
decodificar una señal de respuesta para uso con tales
etiquetas.
El hecho de que los sustratos piezoeléctricos
pueden ser estructurados para que devuelvan una respuesta a una
señal de interrogación ha sido reconocido en numerosos casos, pero
en ningún caso se ha descrito o sugerido que la cantidad de datos
que pueden ser codificados en un sustrato piezoeléctrico puede ser
incrementado haciendo que un pulso reflejado sea codificado por la
combinación simultánea de posición de fase y la posición de pulso
de la posición de un reflector en el sustrato. Véase, por ejemplo,
la Solicitud de Patente de Estados Unidos publicada número
2002/0005677A1 de Reindl y colaboradores; la Patente de Estados
Unidos número 6.144, 332 de Reindl y colaboradores; la Patente de
Estados Unidos número 6.208.062 de Nysen y colaboradores;
WO97/26555.
Consiguientemente, lo que se necesita en la
técnica es un lector de etiquetas de identificación SAW que pueda
interrogar fiablemente una etiqueta de identificación SAW con datos
sustanciales codificados en ella y que pueda detectar y decodificar
fiablemente la señal de retorno de la etiqueta.
Para resolver las deficiencias antes indicadas
de la técnica anterior, la presente invención proporciona un lector
de etiquetas de identificación SAW y métodos de operarlo y
fabricarlo.
Según la invención se facilita un sistema lector
de etiquetas de identificación SAW según la reivindicación 1.
Además, según la invención se facilita un método de operar un
sistema lector de etiquetas SAW según la reivindicación 13. Además,
según la invención se facilita un método de fabricar un sistema
lector de etiquetas de identificación SAW.
En una realización, el lector de etiquetas de
identificación SAW incluye: (1) un transmisor capaz de enviar una
señal de interrogación que excita un transductor SAW situado en un
sustrato piezoeléctrico, teniendo el sustrato piezoeléctrico un
grupo de ranuras dispuestas por posición de pulso y posición de
fase, y un número de reflectores distribuidos entre las ranuras de
tal manera que los reflectores devuelvan al transductor una señal
de retorno conteniendo un número codificado por posición de pulso y
posición de fase; y (2) un receptor para detectar la señal de
retorno y decodificar el número.
La presente invención introduce así un lector
para uso con etiquetas de identificación SAW donde la etiqueta de
identificación SAW se construye para usar posiciones de fase y
posiciones de pulso para devolver un número codificado. Usando
métodos de codificación de posición de fase y posición de pulso se
puede lograr un aumento drástico de la cantidad de datos que una
etiqueta de identificación SAW puede contener. Tal aumento permite
que una etiqueta de identificación SAW contenga un número
globalmente único, permitiendo así que el uso de tales etiquetas
identifique de forma única y fiablemente y haga el seguimiento de un
número de objetos hasta ahora sin precedentes. La presente
invención proporciona un lector para interrogar fiablemente tales
etiquetas de identificación SAW y decodificar exactamente un número
codificado en la señal de retorno bajo una variedad de diferentes
condiciones medioambientales.
En una realización de la presente invención, el
lector se usa para transmitir señales de interrogación a, y
detectar y decodificar señales de retorno de, una etiqueta de
identificación SAW donde los reflectores están dispuestos de tal
manera que dicha posición de fase esté en cuadratura. En otra
realización, un reflector de encuadre está situado entre el
transductor SAW y el grupo.
En una realización de la presente invención, el
lector de etiquetas de identificación SAW puede leer una etiqueta
de identificación SAW que codifica un número que tiene una longitud
de al menos ocho bits. Otra realización proporciona un lector de
etiquetas de identificación SAW para uso con etiquetas de
identificación SAW que tienen una pluralidad de grupos separados
por espacios muertos. En otra realización, el lector de etiquetas
de identificación SAW puede leer una etiqueta de identificación SAW
que tiene al menos cuatro grupos y codifica un número que tiene una
longitud de al menos 32 bits. En otra realización, el lector de
etiquetas de identificación SAW puede leer una etiqueta de
identificación SAW que tiene al menos doce grupos y codifica un
número que es de al menos 64 bits de largo.
Una realización especialmente útil proporciona
un lector de etiquetas de identificación SAW que usa una señal de
interrogación que tiene una frecuencia de entre dos y tres
gigahertzios. Una aplicación especialmente ventajosa de esta
realización proporciona una frecuencia de 2,45 gigahertzios.
Una realización muy útil del lector de etiquetas
de identificación SAW realiza la lectura de una etiqueta de
identificación SAW conteniendo datos pertenecientes a un objeto
asociado con el número. Esta característica permite que grupos de
números estén asociados de forma única con tipos específicos de
objetos. Por ejemplo, un cierto bloque predeterminado de números de
etiqueta de identificación SAW puede ser asociado con ganado vacuno
mientras que otro bloque puede ser asociado con piezas de
automóvil.
La utilidad del lector de etiquetas de
identificación SAW se mejora con una realización de la invención que
tiene se compone además de un ordenador asociado con ella. Otro
aspecto de la invención se compone además de la etiqueta de
identificación SAW asociado con una red de ordenadores.
La presente invención abarca una amplia serie de
realizaciones del lector de etiquetas de identificación SAW. En una
realización a ilustrar y describir, el lector de etiquetas de
identificación SAW se selecciona del grupo que consta de un lector
de panel lateral, un lector de estante, un lector de puerta, un
lector de carretera, un lector de mano de rango corto, un lector de
mano de rango largo, un lector fijo de rango largo, un lector de
varilla y un lector de yema del dedo.
En lo que antecede se han esbozado, de forma
bastante amplia, características preferidas y alternativas de la
presente invención de modo que los expertos en la técnica puedan
entender mejor la descripción detallada de la invención que sigue.
A continuación se describirán características adicionales de la
invención que forman la materia de las reivindicaciones de la
invención. Los expertos en la técnica deberán apreciar que pueden
usar fácilmente las ideas descritas y realización específica como
una base para diseñar o modificar otras estructuras para llevar a
cabo los mismos fines de la presente invención. Los expertos en la
técnica también deberán darse cuenta de que tales construcciones
equivalentes no se apartan del espíritu y alcance de la invención en
su forma más amplia.
Para una comprensión más completa de la presente
invención, se hace referencia ahora a las descripciones siguientes
tomadas en unión con los dibujos acompañantes, en los que:
La figura 1 ilustra una vista isométrica lateral
de una máquina de manipulación de equipajes que se presenta como un
ejemplo de una realización de un lector de etiquetas de
identificación SAW construido según la presente invención.
La figura 2 ilustra un diagrama de bloques de
una realización de un lector de etiquetas de identificación SAW
construido según la presente invención.
La figura 3 ilustra una vista en planta de una
realización de una etiqueta de identificación SAW con una antena
configurada para proporcionar una señal de retorno con un número
específico codificado en ella por posición de pulso y posición de
fase.
La figura 4 ilustra un ejemplo de PPM digital
que representa cuatro posiciones de un intervalo de tiempo para
transmitir datos usando PPM convencional.
La figura 5 ilustra un ejemplo de una
realización de la invención que representa posiciones de pulso para
una PPM digital de cuatro estados convencional.
La figura 6 ilustra un ejemplo de posiciones de
pulso permisibles con solapamiento significativo.
La figura 7 ilustra los detalles de una
realización de pulsos con un aumento cinco veces superior del número
de estados que tiene un margen de detección limitado.
Las figuras 8A y 8B ilustran las partes real e
imaginaria de pulsos de solapamiento con un desplazamiento de fase
añadido de +90º.
La figura 9 ilustra una realización de la
invención donde un incremento de fase distinto de 90º se usa con
discriminación sustancialmente mejorada entre el estado correcto y
los estados contiguos donde las espaciaciones de pulsos permisibles
son Tmin/5 y se usa una diferencia de fase de 78,5º entre estados
permitidos adyacentes.
La figura 10 ilustra una realización de una
regla de espaciación mínima de pulsos que permite usar MPGK junto
con PTSK.
La figura 11 ilustra una tabla que representa
los 286 estados posibles que hay cuando se usan tres reflectores en
un grupo de 21 ranuras que tienen un factor de salto de cuatro.
La figura 12 ilustra una tabla que representa
los estados para una etiqueta RFID SAW con 10 ranuras, dos
reflectores y 36 posiciones posibles.
La figura 13 ilustra una tabla que representa un
subgrupo de estado de una etiqueta RFID SAW con cuatro reflectores
por grupo, 20 ranuras por grupo, un factor de salto de tres, un
incremento de fase entre ranuras adyacentes \pm90º con división
en 2 subgrupos y solamente un reflector de cada fase específica por
grupo.
Las figuras 14A-14I ilustran
varias realizaciones de lectores de etiquetas de identificación SAW
construidos según la presente invención.
La figura 15 ilustra un diagrama de bloques de
un método de operar un lector de etiquetas de identificación
SAW.
Y la figura 16 ilustra un diagrama de bloques de
un método de fabricar un lector de etiquetas de identificación
SAW.
Con referencia inicialmente a la figura 1, se
ilustra una vista isométrica lateral de una máquina de manipulación
de equipajes 100, que se presenta como un ejemplo de una realización
de un lector de etiquetas de identificación SAW 110 construido
según la presente invención. Cada objeto a identificar, tal como
equipajes 120, tiene una etiqueta de identificación SAW 130
asociada con él. Para identificar fiablemente el objeto, una
etiqueta de identificación SAW 130 debe tener suficiente capacidad
de datos para identificar fiablemente un objeto con particularidad.
Si la etiqueta de identificación SAW 130 tiene la necesaria
capacidad de datos, el lector 110 interrogará la etiqueta 130
transmitiendo una señal de interrogación, detectará una señal de
retorno y decodificará el número de identificación globalmente
único que está codificado en dicha señal de retorno. Las etiquetas
de identificación SAW 130 con suficiente capacidad de datos para
codificar un número de identificación globalmente único adecuado
para uso con la presente invención se describen en detalle en la
Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 10/024.624,
titulada "Etiqueta de identificación de ondas acústicas de
superficie que tiene un contenido de datos mejorado y métodos de
operarla y fabricarla" por Hartmann, del mismo cesionario que la
invención.
Una máquina de manipulación de equipajes 100 del
tipo ilustrado podría ser usada de forma beneficiosa por una
compañía aérea o compañía de autobuses en unión con etiquetas de
identificación SAW 130 tal como la descrita en Hartmann. Los
expertos en la técnica pertinente reconocerán que se podría
construir y usar varias configuraciones de máquinas de manipulación
de equipajes 100, y estarían dentro del alcance previsto de la
presente invención. Cuando los equipajes 120 son movidos a través
del lector 110 en una cinta transportadora 140, un transmisor 150
transmite una señal de interrogación a cada etiqueta de
identificación SAW 130 que está asociada con un elemento de
equipaje 120. Cada una de las etiquetas de identificación SAW 130
responde a la señal de interrogación transmitiendo una señal de
retorno con su propio número de identificación globalmente único
codificado en ella. Un receptor 160 en el lector 110 detecta la
señal de retorno y decodifica el número que permite al usuario
identificar el elemento de equipaje 120 con particularidad.
En la mayoría de los casos, el equipaje 120 se
colocará en la cinta transportadora 140 con la etiqueta de
identificación SAW 130 en una posición donde pueda ser leída por el
lector 110. En algunos casos, sin embargo, la etiqueta de
identificación SAW 130 estará situada en una posición donde el
equipaje 120 constituya un obstáculo entre la etiqueta de
identificación SAW 130 y el lector 110. Aunque un lector 110 puede
ser suficiente fuerte para detectar una etiqueta 130 en tal
posición, algunos artículos serán inevitablemente tan gruesos o
estarán hechos de una sustancia que bloqueen la señal de
interrogación o la señal de retorno. Para leer etiquetas 130
bloqueadas de esa forma, la máquina ilustrada 100 proporciona para
un lector de proximidad de etiquetas de identificación SAW de
reserva 170. El lector de proximidad de etiquetas de identificación
SAW 170 genera una señal de interrogación y detecta y decodifica
una señal de retorno de una etiqueta de identificación SAW 130. La
principal diferencia entre el lector estándar 110 y el lector de
proximidad 170 es la forma en que la señal de interrogación es
generada y detectada. En el caso de un lector estándar 110, el
lector 110 irradia por el aire una señal que es procesada y
devuelta por la etiqueta 130 como una señal de retorno que también
es irradiada a través del aire. En el caso del lector de proximidad
170, la señal de salida del lector 170 no es irradiada. En cambio,
se crean campos eléctricos y magnéticos cerca de los hilos 175 que
acoplan a/de una etiqueta 130 solamente cuando la etiqueta 130 está
cerca de los hilos 175.
La realización ilustrada de un lector de
proximidad de etiquetas de identificación SAW 170 tiene dos hilos
175 situados de modo que abarquen la cinta transportadora 140 por
estar situados entre rodillos 145 donde dos secciones se unen
conjuntamente. Una corriente eléctrica en los hilos 175 genera un
campo eléctrico o magnético circundante suficiente para excitar el
transductor en la etiqueta SAW 130 para producir una señal de
interrogación cuando la etiqueta 130 cruza los hilos 175. Una señal
de retorno es detectada y decodificada posteriormente por el lector
de proximidad de etiquetas de identificación SAW 170. Los expertos
en la técnica pertinente conocerán fácilmente que hay numerosas
aplicaciones adecuadas para usar un lector de proximidad de
etiquetas de identificación SAW 170 del tipo descrito, todas las
cuales caen dentro del alcance previsto de la invención.
Después de conocer el número de identificación
en una etiqueta de identificación SAW 130 asociada con un elemento
de equipaje 120, la información es transferida a un ordenador 180
asociado con el lector 110. Esta información puede ser usada
entonces para facilitar el manejo el equipaje 120, por ejemplo,
generando instrucciones de manejo tales como dirección, carga,
descarga o entrega. En otra realización útil de la invención, el
lector 110 está asociado con una red de ordenadores 185. Dicha red
de ordenadores 185 puede ser una red de área local ("LAN"),
una red de área ancha ("WAN"), una intranet, una extranet,
Internet o cualquier combinación de las mismas.
En una red de ordenadores típica 185 habrá
normalmente al menos un servidor con una base de datos diseñada
para realizar tareas específicas, tal como recibir, recuperar,
actualizar y diseminar información. La presente invención prevé que
se suministre información a la base de datos por un lector 110 que
interroga y lee etiquetas de identificación SAW 130. Además de un
servidor, la mayoría de las redes de ordenadores 185 tienen varios
dispositivos de interface convencionales, tal como ordenadores
personales, estaciones de trabajo, sistemas informáticos de oficina
y ordenadores portátiles. Además de dispositivos de interface
convencionales, las redes de ordenadores 185 también pueden incluir
asistentes digitales personales y vehículos individualmente
direccionables ("IAV"). Un IAV puede ser cualquier instrumento
capaz de ciertas funciones informáticas que se combina con un
receptor y/o transmisor inalámbricos y que es direccionable
individualmente. Un IAV podría ser usado, por ejemplo, por un
manipulador de equipaje en la pista de un aeropuerto para comunicar
con la red de ordenadores 185.
Pasando ahora a la figura 2, se ilustra un
diagrama de bloques de una realización de un lector de etiquetas de
identificación SAW 200 construido según la presente invención. Un
transmisor 205 en el lector 200 envía una señal de interrogación
210 que es recibida por un transductor SAW 215 en un sustrato
piezoeléctrico 220 de la etiqueta SAW. La interrogación excita el
transductor SAW 215 que envía una señal SAW 225 al sustrato 220.
Como se describe a continuación con detalle, en la superficie del
sustrato 220 hay un grupo de ranuras dispuestas por posición de
pulso y posición de fase. Un número de reflectores 230 están
distribuidos entre las ranuras y dispuestos por posición de pulso y
posición de fase para generar una señal de retorno 240 al
transductor 215 con un número 250 codificado en él. Un receptor 260
en el lector 200 detecta la señal de retorno 240 y decodifica el
número 250.
Pasando ahora a la figura 3 se ilustra una vista
en planta de una realización de una etiqueta de identificación SAW
300 con una antena 305 configurada para proporcionar una señal de
retorno con un número específico codificado en ella por posición de
pulso y posición de fase. La etiqueta SAW 300 tiene un transductor
310 en un extremo donde se usa una antena 305 para recibir una
señal de interrogación del lector de etiquetas SAW. Se genera una
SAW que pasa a la superficie de la etiqueta SAW 300 y encuentra
reflectores 320 dispuestos por posición de pulso y posición de fase
de modo que la señal de retorno tendrá un número codificado en ella
que está asociado de forma única con la etiqueta de identificación
SAW interrogada 300.
En la superficie de la etiqueta de
identificación SAW 300 se encuentran uno o más grupos 340 de ranuras
330 que están dispuestos por posición de pulso y posición de fase.
Naturalmente, también podrían estar dispuestos por posición de
pulso, posición de fase y posición de amplitud y todavía estar
dentro del alcance previsto de la presente invención. El número de
ranuras 330 y su disposición dependen del sistema de codificación
que se use. Una realización especialmente útil de la invención
proporciona los reflectores 320 a disponer de tal forma que la
posición de fase esté en cuadratura. Los expertos en la técnica
pertinente entenderán que otras realizaciones de la invención
pueden usar diferentes posiciones de fase que requieran diferentes
disposiciones de ranuras 330 dentro de un grupo 340 así como un
número diferente de ranuras 330 y grupos 340 y todavía estar dentro
del alcance previsto de la presente invención.
En una realización de la invención, el lector de
etiquetas de identificación SAW se usa con etiquetas SAW 300 que
tienen un reflector de encuadre 350 situado entre el transductor 310
y el grupo 340 de ranuras 330. Tal reflector de encuadre 350 se
puede considerar el punto de inicio en la señal de retorno donde el
lector de etiquetas de identificación SAW puede empezar a detectar
un número codificado de identificación. En otra realización, un
reflector de extremo 360 está situado en la etiqueta SAW 300 después
del grupo 340 o grupos 340 de ranuras 330. El reflector de extremo
360 conjuntamente con el reflector de encuadre 350, sirven para
encuadrar una señal de retorno para el lector de etiquetas de
identificación SAW a decodificar. La realización ilustrada también
representa un espacio muerto 370 que separa cada grupo 340. Este
espacio muerto 370, aunque no necesario para la presente invención,
sirve para separar grupos 340 y disminuir la interferencia entre
símbolos.
Para entender la disposición de reflectores 320
en una etiqueta SAW 300 y la señal de retorno que tienen un único
número codificado, es útil considerar métodos relevantes de
modulación de señal. En modulación de posición de pulso (PPM)
convencional una corriente de datos puede ser codificada
dividiéndola en valores de muestra separados donde se usa un solo
pulso para transmitir información contenida en una muestra. El
cambio de la posición de tiempo de ese único pulso en un intervalo
de tiempo predeterminado sirve para transmitir la información
acerca de dicha muestra. Los pulsos únicos en intervalos de tiempo
posteriores se usan igualmente para transmitir información sobre
valores de muestra posteriores.
Pasando ahora a la figura 4, se ilustra un
ejemplo de PPM digital que representa cuatro posiciones de pulso de
un intervalo de tiempo donde datos puede ser transmitido usando PPM
convencional. En este caso, la muestra a transmitir es digital y
tiene uno de cuatro valores posibles. Se representan cuatro formas
de onda posibles que constan de formas de onda de pulso único
nominalmente idénticas cuyas posiciones de tiempo pueden estar
centradas en unas de cuatro posiciones de tiempo o posiciones de
pulso. La espaciación de tiempo mínima requerida entre posiciones
de pulso para asegurar que el entorno de posiciones de pulso
contiguas sea esencialmente cero en el pico de cualquier pulso
seleccionado es Tmin. Naturalmente, se puede usar una espaciación de
pulso más ancha que Tmin sin afectar a la capacidad de demodular
una señal PPM; sin embargo, si las posiciones de los pulsos están
menos espaciadas que Tmin, es más difícil distinguir de forma
inequívoca una posición de pulso de su contigua. Utilizar un lector
para muestrear la forma de onda PPM en cada una de las cuatro
posiciones de pulso máximas posibles y seleccionar la más grande da
lugar a la demodulación de PPM convencional. Es fácilmente evidente
a los expertos en la técnica relevante que el proceso de
demodulación debe ser sincronizado usando uno de varios métodos de
sincronismo conocidos en la técnica.
Las cuatro posiciones de pulso posibles
representan dos bits binarios de datos. Un grupo posterior de cuatro
posiciones de pulso ocupadas por un solo pulso puede representar
unos dos bits binarios de datos adicionales. Se puede usar tantos
grupos secuenciales de cuatro posiciones de pulso como sea necesario
para representar una palabra de datos deseada conteniendo muchos
bits de información.
La modulación PPM es un método de modulación
preferido para las etiquetas RFID basadas en dispositivos SAW,
porque (1) un solo pulso puede ser creado fácilmente y programado
por un reflector SAW colocado en el sustrato SAW, (2) las varias
posiciones de tiempo de pulso se refieren directamente a la posición
espacial de posibles reflectores SAW, (3) el número de bits de
datos es mayor que el número de pulsos de señal que reduce pérdida
por introducción de tarjeta y (4) el número de reflectores SAW
permanece constante para todos los posibles números de
identificación de etiquetas, lo que da lugar a etiquetas de pérdida
razonablemente baja con amplitudes de pulso uniformes para
cualquier identificación de etiqueta. Sin embargo, el uso de PPM
para las etiquetas RFID SAW también tiene limitaciones incluyendo:
(1) la densidad de datos PPM es baja, lo que incrementa el tamaño
del chip (y por lo tanto el costo); (2) la baja densidad de datos
combinada con tamaños máximos prácticos para chips SAW crea un
límite superior del número de bits para etiquetas prácticas; y (3)
los reflejos multirrebote entre los varios reflectores en una
etiqueta PPM SAW crean pulsos indeseados que pueden interferir con
porciones posteriores del tren de pulsos PPM.
En la figura 4, Tmin se define como una ranura
que representa una duración de tiempo centrada en cualquiera de las
posibles posiciones de pulso. Un grupo se representa por un grupo de
ranuras adyacentes. El ejemplo de la figura 4 representa un grupo
con cuatro estados que representa dos bits de datos binarios. Si se
usan cuatro grupos de cuatro ranuras, hay 256 estados posibles (o
combinaciones) dados por 4 estados X 4 estados X 4 estados X 4
estados =
256 estados. Esto corresponde a ocho bits de datos (o cuatro veces más datos que un solo grupo). Estos 256 estados (ocho bits de datos) ocupan un total de 16 ranuras. Si estas 16 ranuras se combinan en un solo grupo y se usa el método PPM convencional, un pulso ocuparía uno de las 16 ranuras. Los 16 estados disponibles (cuatro bits de datos) son significativamente menos que los 256 estados que resultarían de usar las mismas 16 ranuras en cuatro grupos separados con cuatro ranuras cada uno.
256 estados. Esto corresponde a ocho bits de datos (o cuatro veces más datos que un solo grupo). Estos 256 estados (ocho bits de datos) ocupan un total de 16 ranuras. Si estas 16 ranuras se combinan en un solo grupo y se usa el método PPM convencional, un pulso ocuparía uno de las 16 ranuras. Los 16 estados disponibles (cuatro bits de datos) son significativamente menos que los 256 estados que resultarían de usar las mismas 16 ranuras en cuatro grupos separados con cuatro ranuras cada uno.
Si se dejan a un lado los conceptos PPM
convencionales y se permiten múltiples pulsos en un solo grupo, el
número de estados se incrementa de forma significativa. Por ejemplo,
si se permite que cuatro pulsos ocupen cualesquiera cuatro
posiciones en un grupo de 16 ranuras, existen 1.820 estados que son
significativamente más que los 256 estados disponibles usando la
PPM más convencional de cuatro grupos de cuatro ranuras (que
ocuparían las mismas 16 ranuras). Además, si se usan ocho pulsos en
el grupo de 16 ranuras, hay disponibles 12.870 estados, que es una
mejora aún mayor. Si se permiten siete, ocho, o nueve pulsos en un
grupo de 16 ranuras, son posibles 35.750 estados que corresponden a
más que 15 bits de datos en comparación con los ocho bits de datos
si se usase PPM convencional en el mismo espacio.
Una vez que se permiten múltiples pulsos en un
solo grupo, no es apropiado describir el formato de modulación como
PPM. Un nombre más adecuado para este nuevo método es manipulación
de múltiples pulsos por grupo (MPGK) donde manipulación es la
equivalente de modulación. Hay varias variantes posibles importantes
de MPGK. Este nuevo método se define (1) dividiendo una corriente
de datos de manera que sea transmitida a uno o más valores de
muestra separados; (2) usando más de un pulso (es decir, múltiples
pulsos) para transmitir un valor de muestra dado; (3) transmitiendo
el más de un pulso en un intervalo de tiempo que se divide en
intervalos de tiempo que están nominalmente pero no necesariamente
adyacentes; (4) la serie de los intervalos de tiempo incluyendo el
intervalo de tiempo constituye un grupo de ranuras; y (5)
distribuyendo los múltiples pulsos entre el grupo de ranuras de
manera predeterminada para representar la información contenida en
el valor de muestra separado. Los grupos pueden variar en el número
de ranuras y/o en el número de ranuras ocupadas. No todas las
ranuras tienen que ser idénticas (se permiten desiguales anchuras de
ranura, amplitudes de pulso, etc) ni las ranuras tienen que estar
necesariamente adyacentes una a otra. Un solo grupo puede ser
definido de tal manera que solamente tenga un número fijo de
ranuras ocupadas o, alternativamente, se podría permitir un número
variable de ranuras ocupadas. Un solo mensaje de datos podría
incluir más de un tipo de grupo (por ejemplo una cabecera podría
ser un tipo de grupo, los datos reales un segundo tipo de grupo, la
sincronización un tercero, y una detección/corrección de errores
podría ser un cuarto). Todas estas variantes tienen especial
utilidad en etiquetas RFID SAW. Tales variantes caen dentro del
alcance de esta invención.
Pasando ahora a la figura 5, se ilustra un
ejemplo de una realización de la invención que representa posiciones
de pulso para una PPM digital de cuatro estados convencional. En su
implementación más simple, el método de modulación cubierto por la
presente invención usa un solo pulso por grupo similar a la PPM
convencional. El ejemplo en la figura 5 es una representación
compacta de las posiciones de pulso permisibles en un grupo con
cuatro ranuras, siendo Tmin la separación de tiempo entre las
posiciones de pulso máximas permisibles. En PPM solamente uno de
estos pulsos es transmitido en este grupo y si el muestreo de
demodulación se realiza en las posiciones máximas permisibles, tres
muestras serán esencialmente cero y la muestra correcta tendrá
amplitud unitaria. Si el muestreo durante la demodulación no se
sincroniza adecuadamente con las posiciones máximas, la amplitud
para la posición de "pulso correcto" empezará a disminuir
mientras que la amplitud en una posición contigua será mayor que
cero. Sin embargo, la señal todavía puede ser correctamente
demodulada. Si también hubiese ruido en el sistema, la probabilidad
de demodulación incorrecta se incrementará debido a este error de
temporización. Sin embargo, si el error de temporización es pequeño,
la degradación es despreciable. En principio, si la relación de
señal a ruido es suficientemente pequeña, la señal
todavía puede ser demodulada satisfactoriamente a condición de que el error de temporización sea menor que Tmin/2.
todavía puede ser demodulada satisfactoriamente a condición de que el error de temporización sea menor que Tmin/2.
La capacidad de distinguir satisfactoriamente
entre dos posiciones posibles de un solo pulso incluso cuando los
pulsos están parcialmente solapados puede ser usada para aumentar la
densidad de datos a costa de la sensibilidad de la relación de
señal a ruido. Este aumento de la densidad de datos se logra
moviendo las posiciones de pulso permisibles más próximas
conjuntamente de una manera que la faldilla de una posición de pulso
permisible se solape con los picos de las posiciones de pulso
contiguas.
Pasando ahora a la figura 6, se ilustra un
ejemplo de posiciones de pulso permisibles con solapamiento
significativo. La espaciación de pulsos permisible ha sido reducida
a una unidad en comparación con las cinco unidades representadas en
la figura 5. En este caso, la anchura de ranura es igual a Tmin/5 y
así potencialmente representa un aumento cinco veces superior del
número de estados. Este método para incrementar la densidad de datos
raras veces se usa a causa de la obvia reducción del margen de
detección para distinguir posiciones de pulso contiguas.
Pasando a la figura 7, se ilustran los detalles
de una realización de pulsos con un aumento cinco veces superior
del número de estados que tiene un margen de detección limitado.
Para demodular una señal con los pulsos muy solapados representados
en la figura 7, habría que muestrear la señal recibida en las
posiciones máximas de todas las posiciones de pulso posibles (es
decir, en todas las posiciones enteras en el eje horizontal en la
figura 7). Como es evidente por la figura 7, la discriminación es
especialmente pobre con respecto a las posiciones de pulso
adyacentes, pero esta discriminación aumenta con el pulso adyacente
siguiente, el tercer pulso adyacente, etc. La presente invención
proporciona un nuevo formato de modulación como se describe aquí.
Los pulsos permisibles son modificados de tal manera que cada pulso
no solamente tenga una posición de tiempo diferente, sino también
un paso de fase añadido entre cada pulso adyacente. Por ejemplo, si
se añade un paso de fase de \pm90º entre cada pulso adyacente,
entonces el pulso en t = 0 (tiempo es igual a cero) podría tener
0º, el pulso en t = 1 tendrá \pm90º, el pulso en t = 2 tendrá
\pm180º, el pulso en t = 3 tendrá \pm270º, el pulso en t = 1
tendrá \pm360º, etc.
Pasando ahora a las figuras 8A y 8B, se ilustran
las partes real e imaginaria de pulsos de solapamiento con un
desplazamiento de fase añadido de +90º. Dado que se usan múltiplos
de fase de 90º en la realización ilustrada, los pulsos de número
impar (1, 3, 5, etc) tienen partes reales iguales a cero y los
pulsos de número par tienen partes imaginarias iguales a cero. Se
puede usar un amplio rango de ángulos de fase, muchos de los cuales
pueden dar igual o mejor rendimiento que este caso particular de
90º. Por ejemplo, un ángulo de inclinación podría variar más que
\pm20º sin degradación significativa.
Para demodular la señal en la figura 8, sería
necesario que el lector de etiquetas de identificación SAW
muestrease la parte real de la señal recibida en las posiciones
máximas (t = 0, 1, 2, etc) además de desplazar la fase de la señal
de muestreo de un intervalo de tiempo al siguiente de tal manera que
concuerde con la fase esperada de un pulso si se produjese en
dichas posiciones de ranura.
Pasando ahora a la figura 9, se ilustra una
realización de la invención donde se usa un incremento de fase
distinto de 90º con discriminación sustancialmente mejorada entre el
estado correcto y los estados contiguos donde las espaciaciones de
pulsos permisibles son Tmin/5 y se usa una diferencia de fase de
78,5º entre estados permitidos adyacentes. En la figura 9 se eligió
un incremento de fase distinto de 90º para ilustrar la
discriminación sustancialmente mejorada entre el estado correcto y
los estados contiguos para una amplia variedad de ángulos de fase.
Incluso más importante, la figura 9 ilustra una mejora drástica en
comparación con la espaciación de pulso permitida idéntica sin
desplazamientos de fase como se ilustró anteriormente en la figura
7. Los casos de la figura 7 y las figuras 8 y 9 tienen la mejora
cinco veces superior aproximada idéntica del número de estados en
comparación con la PPM más convencional con espaciación de pulsos
permisible de Tmin. Pero, sin el desplazamiento de fase (figura 7),
el margen de detección mínimo es solamente 0,067 mientras que, con
los desplazamientos de fase (figuras 8 y 9) el margen de detección a
estados adyacentes es ahora 0,81 que es muy similar a la PPM más
convencional que tiene un margen de detección que se aproxima a la
unidad.
En otra realización de la presente invención, la
modulación de pulso se puede caracterizar por desplazar
simultáneamente la fase y la posición de tiempo de una señal de
comunicación de pulso de manera conocida. Esta realización se
designará en adelante manipulación de desplazamiento simultáneo de
fase y tiempo (PTSK) donde manipulación es la equivalente de
modulación. Aunque esta explicación solamente considera
desplazamientos de tiempo uniformemente espaciados y
desplazamientos de fase uniformemente espaciados, los expertos en la
técnica pertinente entenderán que una espaciación no uniforme de
los desplazamientos de tiempo o fase (o ambos) cae dentro del
alcance de la presente invención.
En esta realización, una corriente de datos a
transmitir (1) se divide en uno o más valores de muestra separados;
(2) se usa al menos un pulso para transmitir un valor de muestra
dado; (3) el al menos único pulso es transmitido en un intervalo de
tiempo que se divide en intervalos de tiempo que son nominalmente,
pero no necesariamente, adyacentes; (4) la serie de intervalos de
tiempo incluyendo el intervalo de tiempo constituye un grupo de
ranuras; (5) cada ranura tiene un único desplazamiento de fase y una
única posición de tiempo; y (6) el al menos único pulso se contiene
dentro del grupo de ranuras de manera predeterminada para
representar la información contenida en el valor de muestra
separado. Los grupos pueden variar en el número de ranuras y/o en el
número de ranuras ocupadas y todavía estar dentro del alcance de la
presente invención. Además, un solo grupo puede ser definido de tal
manera que solamente tenga un número fijo de ranuras ocupadas o,
alternativamente, podría permitir un número variable de ranuras
ocupadas. Además, un solo mensaje de datos podría incluir más de un
tipo de grupo (por ejemplo, la cabecera podría ser un tipo de grupo,
los datos reales un segundo tipo de grupo, y una palabra de
detección/corrección de errores podría ser de un tercer tipo). Todas
estas variantes tienen especial utilidad en las etiquetas RFID SAW
y todas caen dentro del alcance previsto de la presente
invención.
En otra realización de la presente invención se
puede implementar una manipulación de grupos multipulso y
manipulación de desplazamiento simultáneo de fase y tiempo
combinadas (MPG/PTSK). En MPGK se usaron múltiples pulsos en un
grupo, pero Tmin separaba las posiciones de pulso. En PTSK solamente
se usó un pulso por grupo (de forma análoga a PPM convencional),
pero se permitió que las posiciones de pulso permisibles fuesen
significativamente menores que Tmin. La combinación de los dos
tipos requiere atención a ciertos detalles sutiles. En el caso de
MPGK, dos ranuras adyacentes pueden estar ocupados porque, como se
ha descrito anteriormente, la faldilla de un pulso no solapa el
pico de ningún pulso contiguo (lo mismo que para PPM convencional,
como se representa en la figura 5). Sin embargo, si se permitiesen
que dos ranuras adyacentes o estrechamente contiguos ranuras fuesen
ocupados simultáneamente al usar pulsos de fuerte solapamiento (como
en la figura 7), habría posibilidad de fuerte interferencia ente
símbolos entre pulsos y podría dar lugar a una cancelación casi
total entre los dos donde hay un significativo desplazamiento de
fase entre pulsos (por ejemplo, figuras 8 y 9). Esta posible
interferencia debe ser afrontada si el método de modulación MPGK ha
de ser combinado satisfactoriamente con el método PTSK.
Un método primario para resolver el problema de
interferencia es imponer una regla de espaciación mínima de pulsos
al usar MPGK junto con PTSK. Una regla generalmente útil es que
mientras que las posiciones de pulso permisibles puede tener
separaciones de tiempo significativamente menores que Tmin, en una
forma de onda específica dos pulsos reales cualesquiera incluidos
en dicha forma de onda siempre deben tener una espaciación mínima
mayor que Tmin. Pasando a la figura 10, se ilustra una realización
de una regla de espaciación mínima de pulsos que permite usar MPGK
junto con PTSK. En este ejemplo, se selecciona que un pulso en la
forma de onda tenga lugar a t=0 y, por la regla de espaciación
mínima de pulsos, el pulso siguiente es excluido de las posiciones
t = 1, 2, 3, y 4, pero se puede producir en las posiciones t = 5, 6,
7, etc. (Nota: los desplazamientos de fase PTSK entre ranuras de
pulso han sido omitidos para mayor claridad). Obsérvese que habría
que saltar al menos cuatro ranuras de pulso entre pulsos
seleccionados donde Tmin es igual a cinco ranuras. En un caso más
general, si la anchura de ranura es igual a Tmin/N, se puede definir
un factor de salto que será igual a N-1. Se puede
usar factores de salto más grandes y podrían ser beneficiosos en
algunos casos (por ejemplo en entornos operativos con fuerte
interferencia exterior). Factores de salto algo menores también
podrían ser beneficiosos en otros casos, pero parece que asegurar
una espaciación mínima igual a Tmin será probablemente la mejor
opción en la mayoría de las circunstancias.
Otro método de resolver el problema de
interferencia potencial de dos ranuras adyacentes ocupadas cuando se
combina PTSK con MPGK se basa en la ortogonalidad entre ranuras
adyacentes que surge si el desplazamiento de fase entre ranuras es
\pm90º (véase el ejemplo dado antes en la figura 7). Si la fase es
suficientemente próxima a \pm90º, un pulso en cualquier ranura
dada no interferirá con ninguna de las dos ranuras adyacentes. En
este caso, todas las ranuras de número impar son totalmente
independientes de todas las ranuras de número par. Sin embargo, un
pulso puede todavía interferir con su 2º, 4º, 6º, etc, más próximos
contiguos si la espaciación de estos contiguos es menor que Tmin.
En este caso especial de "vecino ortogonal más próximo", un
método útil para analizar las opciones es dividir las ranuras en
dos subgrupos entrecruzados (I y Q). Entonces, si es necesario, la
regla de la espaciación mínima Tmin ilustrada en la figura 10 se
aplica por separado a cada subgrupo.
Esta realización de la invención de usar PTSK
combinado con MPGK se caracteriza generalmente por un solapamiento
significativo entre los pulsos en ranuras contiguas. Se puede
derivar variantes de esta realización de las descripciones
anteriores de PTSK y MPGK. Sin embargo, la combinación de PTSK y
MPGK deberá considerar la necesidad de proporcionar unos medios
para evitar los posibles efectos de interferencia entre símbolos que
puede surgir al usar pulsos que tienen un solapamiento
significativo con ranuras contiguas. Dado que este método combina
las características de dos realizaciones previamente descritas, se
puede denominar apropiadamente MPG/PTSK (es decir, grupos
multipulsos combinados con manipulación de desplazamiento simultáneo
de fase y tiempo).
Se puede codificar aún más datos si también se
usa modulación de amplitud de pulso en combinación con MPG, PTSK,
PPM, o MBG/PTSK. Es evidente a los expertos en la técnica pertinente
que se ha previsto que la invención aquí descrita cubra
realizaciones que incluyan modulación de amplitud de pulso, tanto si
se usan solas como en combinación con cualquier otro método de
modulación.
Pasando ahora a la figura 11, se ilustra una
tabla que representa los 286 estados posibles que existen cuando se
usan tres reflectores en un grupo de 21 ranuras que tiene un factor
de salto de cuatro. Este es un ejemplo de un solo grupo donde una
etiqueta SAW RFID tiene tres reflectores por grupo, con 21 ranuras
por grupo, un factor de salto de cuatro, y un incremento de fase
entre ranuras adyacentes del orden de 75º a 105º. El incremento de
fase entre ranuras adyacentes es el mismo que el antes descrito en
unión con las figuras 8 y 9. El solapamiento quíntuplo entre pulsos
contiguos requería un factor de salto de cuatro. Es evidente que 286
estados son suficientes para codificar los 256 estados que
corresponden a 8 bits de datos. Esta variante particular tiene un
tamaño de grupo que es casi idéntico al descrito en la figura 4 con
el mismo número de bits de datos. Sin embargo, tiene dos ventajas
principales porque solamente usa tres reflectores SAW en lugar de
cuatro, y segunda, es menos susceptible a efectos comunes de
distorsión de la transmisión tales como transmisión de señales de
trayectos cortos y de trayectos múltiples y otros efectos de
persistencia de pulsos.
Pasando ahora a la figura 12, se ilustra una
tabla que representa los estados para una etiqueta SAW RFID con 10
ranuras, dos reflectores y 36 posiciones posibles. Esta tabla se
tomó de una situación donde la etiqueta RFID SAW tenía cuatro
reflectores por grupo, 20 ranuras por grupo y un factor de salto de
tres y un incremento de fase entre ranuras adyacentes de más o
menos 90º, donde el grupo se divide en dos subgrupos. Este ejemplo
es bastante similar al ejemplo anterior en el que cuatro estados de
fase distintos se dividen en dos subgrupos de diez ranuras cada
uno. Cada subgrupo puede ser tratado como que tiene un factor de
salto de uno. La tabla da los estados correspondientes a un
subgrupo. La única diferencia entre este ejemplo y el ejemplo
anterior es que los dos reflectores en fase
(+I y -I) puede ser del mismo signo o de signos opuestos. La principal ventaja de este ejemplo es que con 36 estados por subgrupo, se puede obtener un total de 10 bits por grupo, que es mejor que los ocho bits del ejemplo anterior. Las desventajas de este ejemplo son posiblemente peores reflejos espurios que el ejemplo anterior y la sensibilidad general a los efectos de persistencia del pulso.
(+I y -I) puede ser del mismo signo o de signos opuestos. La principal ventaja de este ejemplo es que con 36 estados por subgrupo, se puede obtener un total de 10 bits por grupo, que es mejor que los ocho bits del ejemplo anterior. Las desventajas de este ejemplo son posiblemente peores reflejos espurios que el ejemplo anterior y la sensibilidad general a los efectos de persistencia del pulso.
Pasando ahora a la figura 13, se ilustra una
tabla que representa un subgrupo de estados de una etiqueta SAW
RFID con cuatro reflectores por grupo, 20 ranuras por grupo, un
factor de salto de tres, un incremento de fase entre ranuras
adyacentes \pm90º con división en dos subgrupos y solamente un
reflector de cada fase específica por grupo. Esta tabla es del
ejemplo anterior en el que se usan cuatro estados de fase distintos
que se dividen en dos subgrupos de 10 ranuras cada uno, donde cada
subgrupo tiene un factor de salto de uno. Solamente se usa un
reflector de cada fase específica en cada grupo.
En una realización de la invención, el lector de
etiquetas de identificación SAW detecta una señal de retorno
generada por una etiqueta de identificación SAW y decodifica un
número que tiene una longitud de al menos ocho bits. En otra
realización, el lector decodifica una etiqueta de identificación SAW
con cuatro grupos de ranuras y un número codificado que tiene una
longitud de al menos 32 bits. En otra realización de la invención,
la etiqueta de identificación SAW tiene doce grupos de ranuras y
codifica un número de al menos 64 bits de largo. Los expertos en la
técnica pertinente entenderán que, independientemente del número de
grupos, ranuras o la longitud de bit de un número que puede ser
codificado en una etiqueta de identificación SAW, cualquier
realización de un lector de identificación SAW del tipo descrito
aquí está dentro del alcance previsto de la presente invención.
La presente invención ha introducido un lector
de etiquetas de identificación SAW para uso con etiquetas de
identificación SAW sobre las que se pueden codificar datos
sustanciales, en gran parte porque se puede devolver una señal que
tiene un número codificado usando modulación de posición de fase y
posición de pulso. Esta capacidad drásticamente incrementada de
transporte de datos permite que las etiquetas de identificación SAW
tengan un número codificado globalmente único. Dado que en ellas se
puede codificar un número globalmente único, las etiquetas de
identificación SAW pueden ser usadas para identificar fiablemente y
rastrear un número sin precedentes de objetos únicos. En una
realización, el número de la etiqueta de identificación SAW contiene
datos pertenecientes a un objeto asociado con el número. Esto
permite, por ejemplo, que una autoridad centralizada de asignación
de números asigne un grupo de números a una industria específica de
modo que la industria pueda asignar tales números a aplicaciones
específicas dentro de dicha industria. A la industria del automóvil
se le puede asignar, por ejemplo, todos los números donde los
dígitos tercero y cuarto son un nueve y un uno. La industria del
automóvil puede asignar entonces más números después del quinto
número como dicten sus propias normas. Independientemente de cómo
son asignados los números por la industria del automóvil, cualquier
objeto que tenga una etiqueta de identificación SAW identificada
por un lector de etiquetas de identificación SAW, como se describe
aquí, que tiene un nueve como el tercer dígito y un uno como el
cuarto dígito será identificado como asociado con la industria del
automóvil.
En otra realización de la invención, el número
de la etiqueta de identificación SAW incluye una porción de
detección de errores. La porción de detección de errores también
puede ser capaz de corregir errores al menos en cierta medida.
Naturalmente, la detección o la corrección de errores no se precisan
en el amplio alcance de la presente invención.
En otra realización de la invención, el lector
de etiquetas de identificación SAW usa una señal de interrogación
con una frecuencia de entre dos y tres gigahertzios. Una aplicación
especialmente ventajosa de esta realización permite que el lector
de etiquetas de identificación SAW use una frecuencia de 2,45
gigahertzios.
Pasando ahora a las figuras
14A-14I, se ilustran varias realizaciones de
lectores de etiquetas de identificación SAW construidos según la
presente invención. La figura 14A ilustra un lector de panel lateral
1410 que puede ser instalado, por ejemplo, en un torniquete admitir
clientes a un evento deportivo o en paneles laterales en puertas de
almacén. El lector de panel lateral 1410 puede leer entonces el
número de la etiqueta de identificación SAW en una etiqueta de
identificación SAW embebida en o asociada con un ticket de entrada
para determinar la validez del ticket de un cliente o al llegar o
salir carga para seguir la pista del contenido de un almacén.
La figura 14B ilustra un lector de estante 1420
apropiado para instalación en posiciones donde el espacio prohíbe
el uso de un lector más grande o donde un lector más grande sería
inapropiado. Por ejemplo, un lector de estante puede ser usado en
una clínica para hacer el seguimiento de archivos de pacientes con
etiquetas de identificación SAW asociadas. Un lector de estante
1420 puede tener varios nodos 1425 de modo que un lector 1420 puede
ser usado para supervisar zonas diferentes, tal como un sistema de
seguridad donde los nodos 1425 se usan para supervisar múltiples
puertas, pero se puede usar un solo lector 1420 en una posición
centralizada.
La figura 14C ilustra un lector de puerta 1430.
Un lector de puerta 1430 puede estar instalado en varias posiciones.
Una posición sería en una posición de trabajo donde solamente
ciertos empleados tienen acceso a ciertas posiciones. El lector de
puerta 1430 podría ser usado para supervisar dicha posición leyendo
etiquetas de identificación SAW 14A-141 embebidas
en distintivos de identificación que lleven tales empleados.
La figura 14D ilustra un lector de carretera
1440. Tal lector 1440 sería útil si las etiquetas de identificación
SAW estuviesen asociadas con placas de matrícula de vehículo.
Entonces se podría instalar un lector de carretera 1440 en
posiciones apropiadas y usar para cosas como recuento del tráfico.
Un lector de carretera 1440 podría también ser usado para la
recogida del peaje de manera similar a la forma en que las etiquetas
de peaje se utilizan actualmente.
La figura 14E ilustra un lector de mano de rango
corto 1450 útil para un número de aplicaciones tales como, por
ejemplo, realizar inventario o recuento de piezas. Un lector de mano
de rango corto económico 1450 también sería útil para un sistema de
identificación de etiquetas SAW domésticas para hacer el seguimiento
de comestibles, herramientas, libros, coleccionables, etc.
La figura 14F ilustra un lector de mano de rango
largo 1460. Tal lector 1460 sería útil donde el usuario no pueda
aproximarse a un objeto. Tal uso podría ser, por ejemplo, la lectura
de una etiqueta de identificación SAW en un objeto situado en un
entorno peligroso.
La figura 14G ilustra un lector fijo de rango
largo 1470 apropiado para instalación en una posición fija. Tal
lector 1470 sería apropiado para instalación en una línea de montaje
para identificar piezas y hacer el seguimiento de las piezas, por
ejemplo.
La figura 14H ilustra un lector de varilla 1480.
Tal lector 1480 puede ser utilizado de forma útil para identificar
artículos que están oscurecidos o a ellos no puede llegar ningún
otro tipo de lector. Podría ser usado para identificar, por
ejemplo, una pieza situada dentro de una máquina que no se podría
identificar de otro modo sin desmontar toda la máquina, tal como
una pieza de avión.
La figura 14I ilustra un lector de yema del dedo
1490. Tal lector 1490 puede ser útil para que los operarios
identifiquen elementos de piezas. También se podría emplear de forma
útil en una máquina de montaje por toma y colocación para
identificar piezas.
Numerosas empresas diferentes que tienen que
identificar objetos específicos con particularidad considerarán
útil alguna realización de la presente invención. Se ha previsto que
todos los lectores de etiquetas de identificación SAW, aquí
descritos o no y tanto si ahora son conocidos como si se descubren
posteriormente, caen dentro del alcance de la presente invención.
En resumen, independientemente de diferencias de lectores o
diferencias en el diseño de las etiquetas de identificación SAW,
los expertos en la técnica entenderán que el alcance previsto de la
presente invención cubre todas las configuraciones de lectores de
etiquetas de identificación SAW construidos según los principios
aquí expuestos.
Pasando ahora a la figura 15, se ilustra un
diagrama de bloques de un método 1500 de operar un lector de
etiquetas de identificación SAW. El método comienza con un paso
inicial 1510. En un paso de transmisión 1520 se transmite una señal
de interrogación para excitar un transductor SAW situado en un
sustrato piezoeléctrico que tiene un grupo de ranuras dispuestas
por posición de pulso y posición de fase. En un paso de hacer 1530,
se hace que la SAW se refleje de un número de reflectores situados
en el sustrato piezoeléctrico y distribuidos entre las ranuras
encima de tal manera que se genere para el transductor una señal de
retorno que tenga un número codificado en ella por posición de
pulso y posición de fase. En un paso de detección 1540 el lector
detecta la señal de retorno con un receptor. En un paso de
decodificación 1550 el lector decodifica el número de la etiqueta
de identificación SAW. El método 1500 concluye con un paso final
1560. Naturalmente, cualquier tipo de transmisión de señal de
interrogación que genere una respuesta de una identificación SAW cae
dentro del alcance de la presente invención. Otros tipos pueden
incluir, sin limitación, un segundo transductor en un sustrato que
detecta una señal y genera una señal de retorno en respuesta a
ella.
Otras varias realizaciones de un método de
operar un lector de etiquetas de identificación SAW caen dentro del
alcance previsto de la presente invención. Las descripciones de las
varias realizaciones de un lector de etiquetas de identificación
SAW aquí expuestas son suficientemente detalladas para que los
expertos en la técnica pertinente puedan entender y llevar a la
práctica otras realizaciones de un método de operar un lector de
etiquetas de identificación SAW.
Pasando ahora a la figura 16, se ilustra un
diagrama de bloques de un método 1600 de fabricar un lector de
etiquetas de identificación SAW. El método 1600 comienza con un paso
inicial 1610. En un paso de proporcionar un transmisor 1620, se
facilita un transmisor que es capaz de enviar una señal de
interrogación para excitar un transductor SAW situado en un
sustrato piezoeléctrico para crear una SAW. El sustrato
piezoeléctrico tiene un grupo de ranuras que están dispuestas por
posición de pulso y posición de fase. El sustrato piezoeléctrico
también tiene un número de reflectores distribuidos entre las
ranuras por posición de pulso y posición de fase. Estos reflectores
proporcionan al transductor una señal de retorno que tiene un número
codificado en ella por posición de pulso y posición de fase. En un
paso de proporcionar un receptor 1630, se facilita un receptor para
detectar una señal de retorno y decodificar el número codificado en
ella. El método 1600 concluye con un paso final 1640.
Otras varias realizaciones de un método de
fabricar un lector de etiquetas de identificación SAW caen dentro
del alcance previsto de la presente invención. Las descripciones de
las varias realizaciones de un lector de etiquetas de
identificación SAW aquí expuestas son suficientemente detalladas
para que los expertos en la técnica pertinente puedan entender y
llevar a la práctica otras realizaciones.
Aunque la presente invención se ha descrito con
detalle, los expertos en la técnica deberán entender que pueden
hacer varios cambios, sustituciones y alteraciones sin apartarse del
alcance de la invención definido en las reivindicaciones anexas.
Claims (34)
1. Un sistema lector de etiquetas de
identificación de ondas acústicas de superficie, SAW., incluyendo
una etiqueta SAW de identificación (300) que tiene un sustrato
piezoeléctrico (220), e incluyendo además un lector de etiquetas de
identificación SAW (200) que tiene un transmisor (205) capaz de
enviar una señal de interrogación (210) que excita un transductor
SAW (215) situado en el sustrato piezoeléctrico (220) de la etiqueta
de identificación SAW (300) y un receptor (260) para detectar y
decodificar un número codificado en una señal devuelta a dicho
transductor, caracterizándose dicho sustrato piezoeléctrico
por:
un grupo (340) de ranuras (330) dispuestas por
posición de pulso y posición de fase, y un número de reflectores
(320) distribuidos entre dichas ranuras de tal manera que dichos
reflectores devuelvan a dicho transductor una señal de retorno
(240) conteniendo un número codificado por una combinación de
posición de pulso y posición de fase.
2. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 donde dichos
reflectores están dispuestos de tal manera que dicha posición de
fase esté en cuadratura.
3. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 incluyendo además
un reflector de encuadre situado entre dicho transductor SAW y
dicho grupo.
4. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 incluyendo además
una pluralidad de dichos grupos separados por espacios muertos.
5. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 donde dicho
número tiene una longitud de al menos ocho bits.
6. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 4 donde dicha
pluralidad de grupos es al menos cuatro y dicho número tiene una
longitud de al menos 32 bits.
7. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 4 donde dicha
pluralidad de grupos es al menos doce y dicho número es al menos 64
bits largo.
8. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 donde dicha señal
de interrogación tiene una frecuencia de entre dos y tres
gigahertzios.
9. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW según la reivindicación 1 donde dicho número
contiene datos pertenecientes a un objeto asociado con dicho
número.
10. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 incluyendo además
un ordenador asociado con dicho lector de etiquetas de
identificación SAW.
11. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 incluyendo además
una red de ordenadores asociada con dicho lector de etiquetas de
identificación SAW.
12. El sistema lector de etiquetas de
identificación SAW expuesto en la reivindicación 1 donde dicho
lector de etiquetas de identificación SAW se selecciona del grupo
que consta de:
un lector de panel lateral,
un lector de estante,
un lector de puerta,
un lector de carretera,
un lector de mano de rango corto,
un lector de mano de rango largo,
un lector fijo de rango largo,
un lector de varilla, y
un lector de yema del dedo.
13. Un método de operar un sistema lector de
etiquetas de identificación de ondas acústicas de superficie, SAW,
incluyendo:
transmitir una señal de interrogación para
excitar un transductor SAW situado en un sustrato piezoeléctrico
para crear una SAW, teniendo dicho sustrato piezoeléctrico un grupo
de ranuras dispuestas por posición de pulso y posición de fase;
hacer que dicha SAW se refleje de un número de
reflectores situados en dicho sustrato piezoeléctrico, estando
distribuido dicho número de reflectores entre dichas ranuras de tal
manera que dicho reflector devuelva a dicho transductor una señal
de retorno conteniendo un número codificado por una combinación de
posición de pulso y posición de fase;
detectar dicha señal de retorno con un receptor;
y
decodificar dicho número.
14. El método según la reivindicación 13 donde
dichos reflectores están dispuestos de tal manera que dicha
posición de fase esté en cuadratura.
15. El método según la reivindicación 13
incluyendo además hacer que dicha SAW se refleje de un reflector de
encuadre situado entre dicho transductor SAW y dicho grupo.
16. El método según la reivindicación 13
incluyendo además una pluralidad de dichos grupos separados por
espacios muertos.
17. El método según la reivindicación 13 donde
dicho número tiene una longitud de al menos ocho bits.
18. El método según la reivindicación 16 donde
dicha pluralidad de grupos es al menos cuatro y dicho número tiene
una longitud de al menos 32 bits.
19. El método según la reivindicación 16 donde
dicha pluralidad de grupos es al menos doce y dicho número es al
menos 64 bits de largo.
20. El método según la reivindicación 13 donde
dicha SAW tiene una frecuencia de entre dos y tres gigahertzios.
21. El método según la reivindicación 13 donde
dicho número contiene datos pertenecientes a un objeto asociado con
dicho número.
22. El método según la reivindicación 13
incluyendo además asociar un ordenador con dicho lector de etiquetas
de identificación SAW.
23. El método según la reivindicación 13
incluyendo además asociar una red de ordenadores con dicho lector
de etiquetas de identificación SAW.
24. El método según la reivindicación 13 donde
dicho lector de etiquetas de identificación SAW se selecciona del
grupo que consta de:
un lector de panel lateral,
un lector de estante,
un lector de puerta,
un lector de carretera,
un lector de mano de rango corto,
un lector de mano de rango largo,
un lector fijo de rango largo,
un lector de varilla, y
un lector de yema del dedo.
25. Un método de fabricar un sistema lector de
etiquetas de identificación de ondas acústicas de superficie, SAW.,
incluyendo:
proporcionar un transmisor capaz de enviar una
señal de interrogación que excita un transductor SAW situado en un
sustrato piezoeléctrico para crear una SAW, proporcionar dicho
sustrato piezoeléctrico que tiene un grupo de ranuras dispuestas
por posición de pulso y posición de fase, y proporcionar un número
de reflectores distribuidos entre dichas ranuras de tal manera que
dichos reflectores devuelvan a dicho transductor una señal de
retorno conteniendo un número codificado por una combinación de
posición de pulso y posición de fase; y
proporcionar un receptor para detectar dicha
señal de retorno y decodificar dicho número.
26. El método según la reivindicación 25 donde
dichos reflectores están dispuestos de tal manera que dicha
posición de fase esté en cuadratura.
27. El método según la reivindicación 25
incluyendo además formar un reflector de encuadre entre dicho
transductor SAW y dicho grupo.
28. El método según la reivindicación 25
incluyendo además formar una pluralidad de dichos grupos separados
por espacios muertos.
29. El método según la reivindicación 25 donde
dicho número tiene una longitud de al menos ocho bits.
30. El método según la reivindicación 28 donde
dicha pluralidad de grupos es al menos cuatro y dicho número tiene
una longitud de al menos 32 bits.
31. El método según la reivindicación 28 donde
dicha pluralidad de grupos es al menos doce y dicho número es al
menos 64 bits de largo.
32. El método según la reivindicación 25 donde
dicha SAW tiene una frecuencia de entre dos y tres gigahertzios.
33. El método según la reivindicación 25 donde
dicho número contiene datos pertenecientes a un objeto asociado con
dicho número.
34. El método según la reivindicación 25 donde
dicho lector de etiquetas de identificación SAW se selecciona del
grupo que consta de:
un lector de panel lateral,
un lector de estante,
un lector de puerta,
un lector de carretera,
un lector de mano de rango corto,
un lector de mano de rango largo,
un lector fijo de rango largo,
un lector de varilla, y
un lector de yema del dedo.
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