专利名称：一种利用电子标签进行通讯的系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电子标签进行通讯的系统及其实现方法，具体涉及，但不仅限于，一种利用与贴在目标物上的电子标签进行通讯的系统及其实现方法。
背景技术：
电子标签是一种可以贴在各种目标物、从而使用户能够方便地获得保存在该电子标签中并与该目标物相关的信息的设备。因此，用户可以将电子标签贴在诸如实物资产、动物以及个人上，这样，人们可以利用无线设备，如查询机，获得这些信息。
一个用于对带有电子编码标签的目标物进行管理的电子标签系统，是一种可以使信息在可生成电磁查询扫描场的查询机及电子编码标签(简称“标签”)之间进行传递的系统，所述标签可以通过发送能由上述查询机检测到的、并可以提供给其他设备的应答信号进行响应。
在正常操作状态下，该标签可以是无源的(亦即，在该标签中没有内部能量来源，需从查询扫描场中获得能量，才能进行应答)，也可以是有源的(也就是说，该标签中包含内部能量源，例如电池)，并且只有当上述标签处于、或刚刚经过查询扫描场时，才能进行应答，其中，当标签开始一个或一系列应答时，该查询扫描场具有向有源标签传送信令的功能。
在现有的电子标签系统中，一个普遍的问题就是当在一个查询扫描场内同时存在一系列未知的标签时，就需要在该查询机与标签之间建立一个通讯过程，只有这样，才能够在较短的时间内检测到该查询扫描场内的所有标签。
与同时存在于查询扫描场中的一系列未知标签进行通讯的协议，可以采用专利申请PCT AU 92 00143(即‘143申请)中所描述的协议种类。该143申请描述了一种协议，其中，标签可以间歇地、以可变时间间隔大于一个应答持续时间的方式重复对其进行应答，这样，可以在无干扰的状态下检测整个时间段内的所有应答。同时，由于在143申请中描述的协议仅需要很少的或不需要查询机的信令，因此，当在查询扫描场中同时有大量标签存在时，该协议性能较差。
在其他多重标签读协议，诸如在PCTAU 98 00017、PCTAU 00 01493以及PCT AU 01 01676所公开的协议，为了保持标签电路的简单，在操作时每个电子标签都需要大量来自查询机的信令。
在PCTAU 98 00017、PCTAU 00 01493以及PCT AU 01 01676所公开的多重标签读协议中，公开了一种查询机传输信令的方案，该方案采用查询机电源和载波信号(查询信号)调幅的方式，以此提供在查询载波电源中的“波谷(dip)”。所谓的波谷是在查询信号中振幅最小的位置，它是利用包含命令或数据内容的调制信号对查询机电源及载波信号进行振幅调制产生的。
当查询机信号频率过高而无法在标签电路中提供一个方便的时间参照时，就需在标签中配备一个振荡器(此处为“单片振荡器”)，以便提供一种计时参照系统，防止遗漏查询机信号编码的细节(例如，信号波谷)，并提取命令或数据内容。
但是，由于制造误差和/或当标签从不同方位经过查询扫描场时的实际激励水平的差异，单片振荡器的频率稳定性较差。这种不稳定的频率很可能导致该标签从查询机信号中提取出错误的命令或数据信息。
当查询机载波频率足够低时，通过从该标签自身获得计时参照，上述问题(即，提取错误的命令或数据信息)就能够避免。虽然这种方式减少了使用查询机信令的标签的误解几率，但是却可能不时地产生该查询载波的相应调幅脉冲，该脉冲可以表示为基频的倒数的倍数，结果可能在查询机信令频谱中引入明显的信令边带。而此边带可能并不遵循电磁兼容性的规律。
本发明的目的在于至少在一定程度上改善当前技术的缺陷。
发明内容
根据本发明第一方面，本发明提供了一种在查询设备及至少一个电子标签设备之间进行通讯的系统，该系统包括(a)一个查询设备，该设备利用一个查询信号生成查询扫描场，所述查询信号包括角度调制和振幅调制，该振幅调制对含有用于与一个或多个电子标签设备进行通讯的信息的查询信号进行编码；并且(b)一个或多个电子标签设备，所述一个或多个电子标签设备中的每个设备位于查询扫描场内并可以对该查询扫描场进行检测和解码以恢复信息；其中，该角度调制可以在受控的情况下进行调整，使该查询信号具有一条包含振幅已经降低的边带的频率谱线。
在本发明的一种较佳形式中，该查询设备包括(a)能够产生经过角度调制的载波信号的信号发生器；(b)用于对经过角度调制的载波信号进行振幅调制、产生查询信号的调制装置，该调制装置将含有以一系列符号的形式的信息的查询信号进行编码，每种符号表示在对查询信号进行振幅调制中使用一种调制方式；并且(c)用于将查询信号转换为查询扫描场的装置。
根据本发明第二方面，本发明提供了一种在一个查询设备及至少一个电子标签设备之间进行通讯的方法，该方法包括(a)该查询设备利用查询信号生成查询扫描场，所述查询信号包括角度调制和振幅调制，该振幅调制对含有用于与一个或多个电子标签设备进行通讯的信息的查询信号进行编码；并且(b)一个或多个电子标签设备对该查询扫描场进行检测和解码以恢复信息；其中，该角度调制可以在受控的情况下进行改变，使该查询信号具有一条包含振幅已经降低的边带的频率谱线。
根据本发明第三方面，本发明提供了一种与至少一个电子标签设备进行通讯的查询设备，该查询设备包括利用查询信号生成查询扫描场的发射机，该查询信号包含角度调制和振幅调制；其中，所述振幅调制对含有用于与一个或多个电子标签设备进行通讯的信息的查询信号进行编码，并且，其中，所述角度调制在受控的情况下进行改变，使其与不包含任何角度调制的查询信号相比，降低查询信号边带的振幅)。
根据本发明第四方面，本发明提供了一种生成用于查询电子标签的查询信号的方法，该方法包括(a)生成一个射频载波信号；(b)利用第一调制信号对该载波进行角度调制，所述角度调制产生了一个经过角度调制的载波信号；(c)通过利用第二调制信号对所述经过角度调制的载波信号进行调幅，提供一个查询信号，所述第二调制信号包括向标签传输的消息数据；以及(d)发送该查询信号。
下面结合附图中描述的不同实施例对本发明进行详细说明。当然，以下所述并非用于限定上述说明的通用性。
其中图1是根据本发明一个较佳实施例的多重电子标签读操作系统的框图。
图2是根据图1中较佳实施例的多重电子标签读操作协议中标签状态的状态图；图3是查询机一个利用查询机信号包封中波谷来传输信令的实例；图4是一个在HF信令中非常有用的一位脉冲；
图5是根据适于本发明较佳实施例的查询机波谷检测电路示意图；图6(a)是一个当所发出的信令为二进制1时，可用于在查询机内完成的边带调制中对冲突进行检测的标签应答调制的例子。
图6(b)是一个当所发出的信令为二进制0时，可用于在查询机内完成的边带调制中对冲突进行检测的标签应答调制的例子。
图6(c)是一个当不同标签同时发出二进制1和二进制0时，可用于在查询机内完成的边带调制中对冲突进行检测的标签应答调制的例子。
图7(a)说明了电磁兼容性原则对查询载波频率及其信令边带的影响。
图7(b)是经过调幅以便按恒定的比率生成符号的单频查询载波的频谱。
图8是说明在查询机发出信令的过程中振幅和相位变化的相量图。
图9是说明在查询机发出信令的过程中振幅和相位变化的另一个相量图。
图10是一个可用于对查询机载波进行调频的子载频随时间变化的示意图。
图11(a)是适于本发明的查询机的第一较佳形式的结构框图。
图11(b)是适于本发明的查询机第二较佳形式的结构示意图。
图12是一个说明边带单谱线创新方法效果的例子。
具体实施例方式
图1显示了一个用于与一个或多个电子标签设备1进行通讯的系统的简化结构框图。如图所示，该系统包括一个查询设备2(以下简称为查询机)，所述查询机可以产生一个能内置有电子标签1(以下称标签)的查询扫描场。
下文中将详细说明，该查询扫描场包括角度调制和振幅调制，所述振幅调制对包含用于与一个或多个电子标签设备进行通讯的信息的查询信号进行编码，同时，在受控情况下改变所述角度调制，使该查询信号具有一条包含振幅已经降低的边带的频率谱线。
在本发明的较佳实施例中，所述查询扫描场是利用对载波信号进行角度调制后产生的查询信号生成的。对该经过角度调制的载波信号利用一个调制信号进行调幅处理，就可以将以一系列符号形式所表达的信息对该信号进行编码，其中，每个符号都表示对该查询信号振幅的一种调制方式。
较佳地，将该查询机信令设置具有足够的振幅，以使之能够方便地利用标签进行解码，但是，该信令必须同时保持其原有的振幅和相位特征，这样，首先所述载频包封能够具有利用在标签中普遍适用的相关宽带检测器方便检测所必需的形态，其次，使该查询机传输信令的频谱具有边带中所不具备的统一而较小的振幅。
在本发明的一种较佳形式中，查询扫描场是通过发射机3生成的。
在图1中还阐述了一个能够接收来自于标签1的应答信号并对该信号进行解码的接收机4。
较佳地，查询机2在控制器5的控制下进行工作，其中，所述控制器5能够向外部设备提供经过解码的信号，并对查询过程进行管理。
图1中所示的系统可以利用到通过合适的通讯协议与多个标签设备1进行通讯的应用中。
实际上，在本发明的一个实施例中，使用了Slotted Terminating AdaptiveRound(STAR)通讯协议。
如图2所示，根据Slotted Terminating Adaptive Round(STAR)通讯协议，标签1按一定的时间间隔(此处即为“时隙”)进行应答，其中，时隙的开始及终止由查询机2进行控制。查询机的命令可以包括当前时隙的终止以及下一个时隙的开始的信号。
对于进入由查询信号生成的查询扫描场的标签设备1而言，当其具有足够用于操作的能量后，这些设备就会在READY状态下等待，直至接收到来自查询机2包含有标签选择(Label Selection)命令开始循环(Begin Round)命令后，进行应答。上述等待过程构成了一个系统操作方式，该方式与电子标签行业内众所周知的Reader Talks First(RFT)操作模式是一致的。
在本协议中，接收到Begin Round命令(可能包含Label Selection命令)的标签即进入到所谓的ACTIVE状态，然后，该标签从连续的时隙组中最大的时隙号随机选择一个时隙号，并在该时隙发出一个应答，即一个循环。该标签可以通过任何内部信息储存机制查询到时隙号，或通过一个承载在查询机的命令中的一个指令而获得时隙号。
在本发明的一个较佳实施例中，可以将在时隙内的应答条件划分成如下三类(a)无标签应答(“第一种情况”)；(b)存在一个标签应答(“第二种情况”)；(c)存在两个或两个以上标签应答(“第三种情况”)。
在查询机2默认的时间内进行等待，在等待中标签的应答应该已经开始，并且在接收机4中对信号振幅进行检测得到实际上并无启动应答查询机通过上述方法能够了解第一种情况(a)。
如果当前不存在任何标签应答，该查询机2将向所有处于激活状态的标签发送Close Slot命令，使其当前时隙号自加。(也就是说，这些处于激活状态的标签已经唤醒并因此等待其应答时隙号与其当前时隙号相匹配的标签，以进行应答)。
在第二种情况(b)中，在完成其应答后，该标签设备自动或响应查询机的信号进入RETIRED状态。此时，该标签设备将不再进行应答，即便是存在应答时隙号与其当前时隙号相匹配的条件。通过这种方式，该标签设备就会从查询扫描场中当前处于激活状态的标签设备列表中消失。
然后，该查询机2发送信号，以终止当前时隙，开始下一个时隙。
如果在应答中存在错误，该查询机2就会发送一个错误信号，该信号使刚刚进行过应答的标签设备退出RETIRED状态，进入ACTIVE状态。已经进入ACTIVE状态的该标签设备将等待当前时隙执行完毕，然后从最大时隙号之内计算另一个在新循环中可以利用的随机应答时隙。
第三种情况(c)可以通过如下所述的在标签设备应答中调制的一个特性进行确认。在这种情况下，将留下两个或更多相互重叠的标签来完成应答，然后，该查询机2发出一个错误(Error)信号。与以上所述的第二种情况相似，这些标签设备将在下一循环中进行应答，其中，其所发生冲突重复的可能性很小。
较佳地，每一个标签设备1中都包含能够储存标识数据的单板存储器。该标识数据可以包括表明生产商和/或标签设备所有人和/或目标物种类的数据。因此，所述标签设备1就可以拥有通过上述标识数据即可进行选择的特定特征。所以，查询设备2就能够使用包含有标签选定数据(即“选定数据”)的选择命令。
在接收并对包含选定标签数据的选择命令的查询信号进行解码后，标签设备可以从最关键字节(MSB)或最不重要字节(LSB)开始，将上述选定数据与标签设备主板中的标签标识数据逐字节地进行比较。
当从查询机2发出选定数据信令的过程停止时，选出那些具有与上述选定数据相匹配的标识数据的标签设备，而不选择数据中有一个或多个字节不相匹配的标签设备。
然后提供应答的上述选定标签设备，可以利用标识数据中余下的内容进行应答，其中可能聚拢了所有不完整的字节，而忽略所有或大部分用以选择标签设备的标识数据、与选择标签设备所用标识数据链接相对应的循环冗余码(CRC)，以及在其应答中包含的数据。较佳地，将CRC存储在标签设备的存储器中。当然，CRC可以作为总体处理的一部分动态生成。
上述选择方法的突出优点是，将应答时间作为标签应答进行保存，就无需将包含由查询机2广播的大部分数据的信息作为标签选择数据的一部分。为预防由引起中断的电磁噪声引起的通信错误，CRC也可以提供一种保护性的检测。
为了更好地对应答循环进行管理(同时为了与其他标准相共存)，需要有许多查询机命令。可能提供的适用于本发明的查询机命令包括(a)进入激活状态命令；(b)关闭空时隙命令；(c)退役命令；(d)出错命令；(e)解码出错命令；(f)开始新时隙命令；(g)改变循环范围命令，以及(h)开始新循环命令。
还可以提供其他查询机命令，比如与选择包含在一个应答循环中的标签设备子集相关的查询机命令等。
在信息(此即命令或数据内容)传输方面，可以参照固定时间，按照脉冲的宽度或位置传输信息。如上所述，当所述查询机加电，同时，载波频率过高而无法在标签回路中提供方便的时间参照时，如同在UHF波段中经常发生的情况，而此时，一个单片振荡器可以提供一种计时参照，利用该计时参照，就可以考察查询机信号下降的详细信息，并提取其中的数据内容。
由于制造误差所产生的振荡器频率不稳定，以及当标签从不同方位经过查询扫描场时的实际激励水平的差异，都可能导致该标签从查询机信号中提取正确信息的过程出现问题。
查询机命令可以是由帧开始(SOF)形成的二进制或m进制(每个符号中包含m个字节)数据或帧结束(EOF)。此时的SOF以及EOF都是正常数据信令中的特例，因此很容易从正常的数据中区分出来。
从查询机2中传送出来的数据，其完整性检查可以利用标签应答中CRC的内容进行。所述CRC可以通过传送的或接收的数据进行计算。在一个较佳实施例中，为了使标签回路的结构更为简捷，该CRC是预先置入到标签设备板上的，从而无需进行动态计算。
对于SOF、EOF、1以及0，该查询机信令可以使用互相独立的符号。这些符号可以通过脉冲宽度或者脉冲间距等特性加以区分。
另一方面，查询机信令可以使用统一的脉冲创建SOF、EOF、1以及0等符号，这些脉冲通过改变脉冲间的时间间隔的方式形成符号。该信令过程如附图4所示。
也可以通过改变统一脉冲中的脉冲间距创建SOF、EOF以及m进制(每个符号中包含m个字节)的符号。
现参照附图5，图中显示了一个适用于电子标签，以便对查询机发送信令的波谷，特别是对短波谷进行检测的电路，该电路同样适用于本发明的一个较佳实施例。
在上述回路中，一对接线端A及B接收到一个查询频率的交互信号，并在第一整流器中将其转换为直流电能，其中，第一整流器包含一个二极管6和充电电容器7，同时通过标有D和B的接线端为芯片回路的其他器件提供动力能源。
其中，充电电容器7的容量足够大，以使其能够在查询机信令波谷时为整个标签回路提供没有意外电压降的能源。在该回路中，在A及B接线端接收到的查询频率下，信号在第二整流器中也将被转换成保直流电能，其中，所述整流器包含一个二极管8和充电电容器9。将充电电容器9的容量足够小，以使当查询信号经历其中一个波谷时，在用电路器件10所表示的负载的影响下，通过该电容器的电压迅速降低，其中，所述电路器件可能是如图所示的一个实在的电阻、一个受控分流器，或其他合适的电荷负载器件。
上述两个整流器的不同特性，使比较器11在一个短查询信号波谷时段内，在图5中的接线端C及B产生一个输出脉冲，而在查询信号水平发生缓慢变化的过程中脉冲输出却微乎其微，其中，所述过程是当标签在查询扫描场中的正常操作过程。
近年来，出台了与产品电子代码(Electronic Product Code)相关的标准以及其他准，其目的都在于促进RFID标签设备的广泛应用，这些标准要求发展低成本的查询电子标签。为了使其成本降低到所要求的水平，就需要采用微型电路。
如上所述，这样简化标号电路的要求，以至于利用查询机信号的振幅调制发送从查询机2至标签的信息，并且这种发送是通过查询机信号的振幅中的波谷正常完成。虽然从该查询机到标签设备的信息信令传递过程以“波谷”进行描述，但是，发送其他形式的调幅信号同样可以使用。
现在重新参照附图5，在一个波谷区间内，如前所述，标签电路是由储存在整流器的可充电电容中(显示为电容器7)的能量支撑的。波谷应该维持其较低的振幅，同时需要使其持续时间尽可能短，以缩小可充电电容的外型尺寸。相应地，在本发明的一个实施例中，查询信令波谷与其间距相比是比较短的。
如果波谷的上升及下降的时间与波谷的持续时间相比比较短，也会增加该方案的优势，因为这种形状可以改善图5中所示的波谷检测回路11的输出质量。从这点上看，如果波谷前后两个波峰的振幅更大一些(如图4中平台部分)，以便在断电期内为可充电电容提供额外的电荷，同时也能够在该波谷结束时快速补充该放掉的电荷。此形状与现有技术的波谷形状形成了很大的对比。
从标签电路的设计看，其计时都是从下降的一边开始的。这些过程都是由于当信号振幅增大或减小时，向图5中输入接线端A及B传送的不同负载引起的，正是由于这种差异导致了整流器输出信号不同的上升、下降时间，使对脉冲宽度的测量变得十分复杂，但是这并不影响对各下降沿间距的测量。
从图中还可以看到，该方式还具有以下特点，其查询信号间距是波谷宽度τ的倍数(参见图4)。这将导致与脉冲位置相关的傅立叶级数中一些波峰相重叠的单个脉冲的傅立叶变换结果变成零，同时能避免产生额外的振幅谱带曲线。这是一些EMC权限的优点。
在重复信令模式中降低边带水平的一种技术就是，对于大多数应用中的命令，选择只包含几个脉冲的信令排序，这种选择将导致一个较低的负载循环。
基于这种想法，在本发明的一个较佳实施例中，可以通过一个独立的波谷可以发送上述关闭的时隙和下一个时隙的信号。同样，二进制0的符号却根本没有波谷。
在本发明的一个较佳实施例中，上述查询机为HF区的标签设备提供电源，而标签设备中的内部计时信号可以从查询机载波中获得。因此，在图3中所示类型的压缩信令非常实用。
在该信令中，存在大约40微秒的符号持续期。各种不同的信号就是通过将如图4所示的统一脉冲，置于符号周期T的不同位置获得的。图中显示了表示扫描场开始、二进制1、二进制0，以及扫描场结束等的符号。我们注意到，二进制0的符号没有波谷。
所述统一脉冲的宽度可以是符号周期T的四分之一，也可以是其他比例。使用较小的脉冲宽度具有可保证电路中的可充电电容器体积更小巧的优点。
可以通过标签中的电路，利用对查询频率加电载波信号进行调制产生标签设备的应答信号。因此，该标签设备会将其接收到能量的一部分以调制的形式反射回去。
该标签设备采用的调制过程中可以有一段时间，其间，该标签设备周期性地对用于接收能量或信号反射的天线进行加载和卸载，一般将此操作成为反向散射，或者在无反向散射或无电磁标签的情况下改变或保持通过其转发设备产生的信号的振幅。因此，该调制过程中也会存在没有发生反向散射、反射或者信息传输的时间段。所以，所述应答可以利用调制时段以及沉寂时段进行编码，其中，上述时段可以是在一个信令时间之内，也可以组成调制的任何负荷循环，沉寂时段跨越任何数量的字节。
这样，如下所述，一个发生在查询机接收器、作为两个或更多同时应答的叠加结果的表观应答(每个应答都包含有应答数据)就可能发生错误。
下面将要说明的应答信号调制方法在防止非常普遍的小信号捕捉或抑制效应方面优势明显，上述所谓的效应是指当采用未应用沉寂期的方案进行调制时，两个或多个具有差别很大的振幅的应答标签信号同时接收时，就会只识别其中振幅较大的信号这一过程。但这种检测错误的方案对于下述调制频率却是有益的。这些调制频率可能与查询扫描场同步，或与查询计时信号近似同步，或者由于通过标签的电子电路计时的频率而导致的异步等。
图6提供了一种可能用于冲突检测的标签应答调制过程的说明，图6(a)说明的是当发出的信号是二进制1时，在查询机中检测到的一种基带调制过程r(t)(此处称之为“被检测信号”)；图6(b)是当发出的信号是二进制0时的被检测信号；而图6(c)是当不同标签设备同时发出二进制0和二进制1时的被检测信号。很明显，在图中，在人们认为存在沉寂期的位置上，预期的沉寂期并未出现。
在一个特殊的实施例中，应答调制过程是在应答子载波上进行的，同时，在每个预期的沉寂期中的子载波周期的数量比统一标准多得多。这种配比方式有以下优点它可以使应答话路中从其有限的带宽获得的瞬态将逐渐衰减到一个相当低的振幅，以便于信号从一个冲突的标签转化成一个被测信号，即便是组成该标签的应答十分虚弱，比如在不同标签之间的不同传播损失的情况下。这种优点在以下两种情况下都有所体现当标签计时是根据查询载波进行，诸如当该查询机在HF频率范围内工作时；或者当该标签的计时是根据在标签设备中一个独立的振荡器的周期进行，诸如当该查询机在UHF频率范围内工作时。
因此，这种应答发送方式的优点在于，可以检测到来自于不同标签的应答信号之间的冲突，该不同标签在查询机接收器中具有较大强度差异。
在STAR协议中，当检测到此类冲突时，该查询机将连同一个错误信号通知，提供产生此标签冲突的并自动从当前循环中退出的标签，，使已经退出的标签重新进入一个循环。
如上所述，尽管这些标签在当前循环中并不被再次读出，但将在随后的循环中将进行应答，因此，避免了进一步产生冲突的可能性。
在上述查询扫描场中，损害多重读操作协议有效操作的不同等级的中断，是那些在对所有查询扫描场中的标签完成读操作之前，引起标签电子装置中的操作电压发生损失的中断。此类中断可以通过标签的移动，或者通过从附近具有电磁反射特性的表面或物体发出的信号反射产生。
这种结果可能对于标签所在位置的查询扫描场是一种损失。结果，一个已经经过读操作的标签设备一旦恢复电能供应，就可能重新进入一个循环，并可能与那些尚未经过读操作的标签竞争眼球，从而可能减少多重读操作过程的有效性。现在参照PCT AU/98/00017，通过多重标签读系统(Multiple Label ReadingSystem)可以说明，可以通过使用内核或长久但仍属半易失性内存降低这种现象的影响，其中，所述半易失性内存存储着标签最近的历史信息，特别是，当由于标签设备的移动或预先设计的电场方向变化过程而使电源断开时，该标签是否处于ACTIVE或RETIRED状态的信息。在STAR协议的一个较佳实施例中，为标签提供了这种方便性。
系统一般都会对标签中的查询信令进行振幅检测，以便使标签回路最简化。
根据本发明，用于产生查询机信号的载波信号是经过角度调制的，同时，该角度调制(即相位和频率)在信令发出时/或信令发出的间隔期间，是受控调整的。
更具体地说，在查询机发出信令的时段其间，或者在查询机发出信令的波谷之间，该查询机载波的相位可以保持恒定，也可以随时间线形变化，但是，在发送信令的波谷期内，与稳定的查询载波频率相比，该查询机载波的相位是随着时间而变化的。
图7(a)中显示了电磁兼容性原则对查询机信令的影响，图7(b)是按照规则的信号比率进行了调幅处理的单频查询载波信号的频谱。
图7(a)同时说明当前在某权限中仍然有效的，以及提议在其他权限中生效的规则。从图7(a)中可以发现，用于RFID(射频识别)系统的查询机信号可以在狭窄的频带，即HF ISM带，中具有较大的振幅，但是，频带就会被限定在较低的水平，当以足够快的、有助于读取多重标签的速率对该查询机信号进行调制时，该频带就会增加。
当提议调节器提高查询载波的允许电压水平，但不相应地提高被补偿的频带信令水平时，上述特性的重要性就会大大提高。其效果就是增加对RFID标签加电的范围，但同时，会对信令边带相对振幅的限制会更佳苛刻。
如图7(b)显示的是，利用图3及图4中说明的符号类型，按照一定的比率进行了调幅处理的恒定查询频率的谱带。这里有几点值得注意。其中之一是，存在一系列不同形状的如图7(a)所示的谱带掩模。另外一点就是谱带，该谱带包含有谱线，通过采用波谷深度只有原来18％的小波谷调制，以及当发出的信令为二进制0时根本没有波谷这样的原则，边带的水平已经大为降低。
如果中心谱线和信令边带的谱线的相关振幅变化比较大(如，20dB)，而且变化量是要求调节器调节的幅度，则所述的谱带就将不再满足电磁相容性原则。
因此，在本发明的一个较佳实施例中利用查询载波的频率调制和相位调制方法改变所述谱带的特性，从而降低边带的振幅。较佳地，通过降低边带的振幅，可以将边带振幅最小化。
在图8相量图中说明了一种具有很多优点的可用的振幅和相位变化机制。图中，点12代表当标签设备反向散射应答时，查询信令脉冲之间(如波谷)或发出查询信令的操作之间保持相位恒定(或随时间线形变化)的时段。
在发出信令脉冲的时段，查询载波的振幅和相位都可能沿着图8中的轮廓线13的一端变化。进一步地，可以沿着轮廓线13的正向或反向进行，并且可能是随机安排的。
这种信令方式的一个优点就是，在重复一种信令模式之前的周期性时间间隔是按照某个因子增加的，在本实施例情况下，该因子是4，而且，该信令谱带中着重线可以方便地进行频率漂移，因此，使得频带的振幅明显减小。
可以想象，本发明的信令方案对HF以及UHF信令都是适用的。
在本发明的一个针对HF的较佳实施例中，至少有一些重要信令谱线可以移动到频率谱带控制比较宽松的部分。在本发明的一个针对UHF的较佳实施例中，可以调整图8中显示的轮廓线，以降低边带。
在另一个容易实现的较佳实施例中，在图8中只使用了两个相位静止点12。该技术方案可以简化查询机所使用的回路。
本发明并非仅限于使用图8中所示的振幅和相位转换模式，可以想象，此时也可以使用其他振幅和相位转换模式。事实上，从不同位置上的静止点12到图8中所示的静止点的转换是完全可以实现的。
在静止点间的移动可以是双方向的。在一个具体实施例中，一些连续的静止点是以原始点为中心随机分布的。在这种方式可以使长信令流的边带信令谱带一致地降低到与查询机载波相近，同时具有由统一脉冲的傅立叶变换决定的全面的形状。
现参照图9，根据本发明的另一个实施例说明另一个进行振幅和相位调制的过程。
在图9中，点14代表了所述查询机载波的振幅和相位，该载波与未经过调制的、在查询机发出信令时段内开始阶段的一些特殊点上发生的13.5MHz信号相关。该信令既可以是一个单脉冲，也可以是脉冲序列。图中的弧线15代表了同样是未经过调制的、具有恒定频率载波信号有规则变化的振幅和相位，其中，所述的信号是在信令发送间隙发生的。在一个特殊实施例中，可能并未进行调幅处理，但为了便于对图9进行说明，这些弧线都有一些变形，使其中的每条弧线都具有一定的特征。
在发送信号的时段中，该标签设备可以反向散射应答，也可以只对该标签查询信号进行很少的振幅和相位的调制处理，尽管其频率可能不再是准确的13.56MHz，或者可能是通过高频噪声没有完成的的慢相位调制，并满足系统对低相位噪声查询载波的要求。但是，发送所述查询信号期间的原始相位可能已经安排，通过上述方法，可以随机分布在以原始点为中心的圆周上，这样，由查询机信号生成的边带采取小振幅致密频谱，而非一系列离散的谱线。因而，可以在增加查询机波谷深度，或者增加查询机载波能量的同时，依然遵守电磁兼容性原则。
利用相位调制对所述查询载波进行处理的方法可以扩展到没有相位或频率变化的静止点的情况，在该情况下上利用合适的调制信号进行了调频处理的查询机载波。
在图10中图示了一种特殊的有利的情况，此时选择具有平均值为fS的子载波频率作为调制信号，其中，fS为该信号自己的频率或利用调节的频率为fM、调制指数为βS的信号进行了调制的相位。
如图7(b)所示，此类查询机频率或相位调制过程会改变查询信号的频谱，使之成为间距和振幅都大幅降低的信令谱线。
根据图11(a)，本发明提供了一种安装在查询机内部的发射机框图。图中包含一个信号发生器16，根据本发明，其较佳的形式是一个载波频率振荡器，并在HF带中产生一个经过角度调制的载波信号。
在信号发生器16的左侧，有一个频率调制单元，它从随机信号发生器23接收缓慢变化的频率调制信号。通过这种方式，对经过角度调制的载波信号进行的角度调制操作就可以根据从随机信号发生器接收的频率调制信号进行受控调整。
当随机信号发生器23的输出保持恒定，同时该输出可以进行变换时，微处理器22会向随机信号发生器23提供信号，从而得到图9所示的查询信号模式。
然后，在将该经过角度调制的载波信号传送到功率放大器18前，利用振幅调制器17对所述载波信号进行振幅调制，然后通过定向耦合器19传送给发射机天线20。该定向耦合器19允许将查询信号从标签应答信号中分离出来，如框图所示，后者被传送到查询机的接收器。
由块17进行的振幅调制过程与报文发生器21提供的信号相符合，其中，所述报文发生器接收来自于对查询机进行全面控制的微处理器22的数据。
图11(b)根据本发明的一个可选择的实施例提供了查询机中发射机3框图。图中，载波频率振荡器16在HF带中产生一个经过角度调制的载波信号。在将该信号发送到功率放大器18前，通过振幅调制器17对其进行振幅调制。
上述功率放大器的输出就是查询机信号。然后该查询机信号通定向耦合器19传送给发射机天线20，以便生成查询扫描场。
该定向耦合器19允许将查询信号从标签应答信号中分离出来，如框图所示，后者被传送到查询机的接收器。
如图11所示，该查询机发射机3不仅可以向查询机接收器提供接收自天线20并通过定向耦合器19分离出来的信号，还能够提供由可以作为查询接收机内的本机振荡器的载频振荡器16产生的一系列信号的一部分。通过这种方式，由上述两种信号叠加而成的输出信号基本上不受上述载波频率振荡器中频率及相位变化的影响。
载波频率振荡器可以与来自于参照频率设备24的控制信号一道结合使用，这样，载波频率振荡器的平均频率就会保持在所需谱带的中心，而瞬时频率则随从子载频振荡器25接收信号的不同而变化，其中，子载频振荡器25在平均频率为fS下运行。
子载频振荡器25的频率随调制频率振荡器26所产生信号的变化而变化，其中，所述信号的频率经过了调制频率fM、调制指数βS的调制。当调制频率fM及子载波频率fS为基频的倍数，如100Hz，同时，调制指数βS选择合适时，由载频振荡器16及振幅调制器17产生的信令谱带将包括带有100Hz分频的低振幅边带。
与在标签应答中进行的调制相比，查询载频的频率变化较小，同时也会使用标准设计的查询机接收器。
图12中的一个特殊实施例说明了查询机信号角度调制的效果。在该实施例中，图11中的载波频率振荡器16发出的是经过调制频率为100Hz、峰值频率偏差为5kHz的信号调制过的频率。将图12显示一条独立谱线的振幅视为单位振幅，该谱线如图7(b)所示谱线中的一条，并将其分成约100个具有较小振幅的谱线，其中，振幅最大的谱线比原始谱线的振幅低约15dB。由于电磁兼容性原则一般用于现存谱线中振幅最大谱线，因而，查询载波的强度可以升高约15dB，同时仍遵守所述兼容性原则。即，其结果就是标签读取范围的实质性增加。
凡在本发明上述精神和原则之内，对所述结构和安排所作的任何变化、修改及/或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种在查询设备与至少一个电子标签设备之间进行通讯的系统，该系统包括(a)查询设备，该设备利用查询信号生成查询扫描场，所述查询信号包括角度调制和振幅调制，该振幅调制对含有用于与一个或多个电子标签设备进行通讯的信息的查询信号进行编码；并且(b)一个或多个电子标签设备，所述一个或多个电子标签中的每个电子标签位于查询扫描场内、并可以对该查询扫描场进行检测和解码，恢复所述信息；其中，在受控状态下调整所述角度调制，使该查询信号具有一条包含振幅已降低的边带的频率谱线。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述查询设备包括(a)能够产生经过角度调制的载波信号的信号发生器；(b)用于对经过角度调制的载波信号进行振幅调制、产生查询信号的调制装置，该调制装置对具有以一系列符号的形式的所述信息的查询信号进行编码，其中，每种符号表示在查询信号的振幅调制中使用一种调制方式；和，(c)用于将查询信号转换为查询扫描场的装置。
3.根据权利要求1和2所述的系统，其中，所述角度调制是连续进行的。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述角度调制是周期性进行的，使该角度调制过程包括未经过调制的静止点。
5.根据权利要求1至4之一所述的系统，其中，所述角度调制包括频率调制。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，利用子载波信号对已经过频率调制的载波信号进行频率调制。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述子载波信号是已经过频率调制的载波。
8.一种在查询设备及至少一个电子标签设备之间进行通讯的方法，该方法包括(a)所述查询设备利用查询信号生成查询扫描场，所述查询信号包括角度调制和振幅调制，该振幅调制对具有用于与一个或多个电子标签设备进行通讯的信息的查询信号进行编码；并且(b)一个或多个电子标签设备对该查询扫描场进行检测和解码，恢复所述信息；其中，在受控的状态下调整该角度调制，使该查询信号具有一条包含振幅已经降低的边带的频率谱线。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述查询扫描场的生成过程包括(a)产生一个经过角度调制的载波信号；(b)对所述经过角度调制的载波信号进行振幅调制，产生查询信号，该调制过程以一系列符号的形式对具有所述信息的查询信号进行编码，其中，每种符号表示在对查询信号进行振幅调制中使用的一种方式；并且，(c)将查询信号转换为查询扫描场。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述角度调制连续进行。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述角度调制是周期性进行的，使该角度调制过程包括未经过调制的静止点。
12.根据权利要求8～11中任意一个所述的方法，其中，所述角度调制包括频率调制。
13.根据权利要求8～12中任意一个所述的方法，其中，利用子载波信号对已经过频率调制的载波信号进行频率调制。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述子载波信号是经过调频处理的载波。
15.一种与至少一个电子标签设备进行通讯的查询设备，所述查询设备包括利用查询信号生成查询扫描场的发射机，所述查询信号包括角度调制和振幅调制；其中，所述振幅调制对具有用于与一个或多个电子标签设备进行通讯的信息的查询信号进行编码；并且，其中，在受控的情况下调整所述角度调制，与未经过角度调制的同等查询信号相比，降低该查询信号边带的振幅。
16.根据权利要求15所述的查询设备，其中，所述发射机进一步包括(a)一个用于产生角度调制载波信号的信号发生器；(b)用于改变载波信号角度调制的控制装置；(c)用于对经过角度调制的载波信号进行振幅调制、产生查询信号的调制装置，该调制装置以一系列符号的形式对包含所述信息的查询信号进行编码，其中，每种符号表示对查询信号进行振幅调制中使用的一种调制方式；和，(d)将查询信号转换为查询扫描场的装置。
17.根据权利要求15或16所述的查询设备，其中，所述角度调制是连续进行的。
18.根据权利要求15或16所述的查询设备，其中，所述角度调制是周期性进行的，该角度调制过程包括未经过调制的静止点。
19.根据权利要求15～18中任意一个所述的查询设备，其中，所述角度调制包括频率调制。
20.根据权利要求19所述的查询设备，其中，利用子载波信号对已经过频率调制的载波信号进行频率调制。
21.根据权利要求20所述的查询设备，其中，所述子载波信号是经过频率调制的载波。
22.一种产生用于查询电子标签的查询信号的方法，该方法包括(a)产生一个射频载波信号；(b)利用第一调制信号对该载波进行角度调制，所述角度调制提供一个经过角度调制的载波信号；(c)利用第二调制信号对所述经过角度调制的载波信号进行调幅，提供一个查询信号，所述第二调制信号包括向标签传输的消息数据；以及(d)发送该查询信号。
全文摘要
本发明公开了一种在查询设备(2)及至少一个电子标签设备之间进行通讯的系统及其实现方法，该系统包括一个利用一个查询信号生成查询扫描场的查询设备(2)、一个发射机(3)、一个接收机(4)以及一个控制器(5)。所述查询信号包括角度调制和振幅调制，所述振幅调制对含有与一个或多个电子标签设备(1)之间进行通讯的信息的查询信号进行编码，所述角度调制可以在受控的情况下进行调整，使该查询信号具有一条包含振幅已降低的边带的频率谱线。该系统还包括一个或多个位于在查询扫描场内、并可以对该查询扫描场进行检测和解码以恢复信息的电子标签设备(1)。
文档编号H04B1/59GK1610842SQ03801868
公开日2005年4月27日 申请日期2003年1月16日 优先权日2002年1月16日
发明者彼得·哈罗德·科尔 申请人:标签系统澳大利亚有限公司