专利名称：用于读取从应答器发送的信息的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于读取从应答器发送的信息的读取器设备。此外，本发明涉及一种通信系统。此外，本发明涉及一种从读取从应答器发送的信 息的方法。除此之外，本发明还涉及一种程序单元。此外，本发明涉及一种计算机可读介质。
背景技术：
自动识别系统的重要性越来越高，尤其是在服务部门、在后勤领域、在商业领域以 及在工业生产领域。识别系统的其他应用涉及对任何人和动物的识别。具体地，诸如应答器系统(例如，使用RFID标签的应答器系统)之类的无接触识 别系统适于以快速的方式来无线传输数据，而不用可能很麻烦的有线连接。这样的系统具 体在高频范围内利用电磁波的发射、反射/吸收。RFID技术的缺点是，当多个门(gate)或读取器要读取多个标签时，可能出现不期 望的串扰。US 6，943，725公开了一种用于对象(具体地，机动车辆)的访问控制系统，所述访 问控制系统包括具有收发器设备的至少一个基站，发送宽带调制询问信号；至少一个应 答器，具有调制设备，以便将辅助载波信号调制到在与基站相距一定距离处接收到的询问 信号上并将其反映为码调制响应信号，所述辅助载波信号的频率在有限数目个频率位置之 间变化；以及评估设备，连接在收发器设备之后，相对于码和距离来评估已改变的频率位置 的边带中的响应信号。US 2005/00U653公开了一种分离(s印aration)确定系统，用于确定基站与应答 器之间的分离，从而基站包括用于产生信号的振荡信号源以及用于广播信号的发送设备。 应答器包括接收设备，用于接受来自基站的信号；振荡器，用于产生与来自基站的信号相 位相干的信号；以及发送设备，用于广播相位相干信号。基站还包括接收器设备，用于接收 来自应答器的相位相干信号；以及分离确定设备，用于确定基站与应答器之间的距离。可以 改进系统和组件，从而用接收到的信号来为应答器中的振荡器提供能量，以便产生准相位 相干信号。
发明内容
本发明的目的是以高精度从应答器读取信息。为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求所述的一种用于读取从应答器发送 的信息的设备、一种通信系统、一种读取从应答器发送的信息的方法、一种程序单元以及一 种计算机可读介质。根据本发明的示例实施例，提供了一种用于读取从应答器发射的信息的读取器设 备(如，基站)，所述读取器设备包括距离估计单元，适于基于从应答器发送的反向散射信号的两个边带的与传播有关的特性差异，来估计读取器设备与应答器之间的(空间)距离 (具体地，响应于读取器设备发射初级电磁辐射束)。根据本发明的另一实施例，提供了一种通信系统，包括一个或多个应答器，用于 向读取器设备发送信息；具有上述特征的一个或多个读取器设备，用于读取从应答器发送 的信息。根据本发明的另一实施例，提供了一种利用读取器设备来读取从应答器发送的信 息的方法，所述方法包括基于从应答器发送的反向散射信号的两个边带的与传播有关的 特性差异，来估计读取器设备与应答器之间的距离。根据本发明的另一示例实施例，提供了一种程序单元(例如，源代码形式或可执 行代码形式的软件例程)，所述程序单元在由处理器来执行时适于实施或控制具有上述特 征的数据处理方法。根据本发明的另一示例实施例，提供了一种计算机可读介质(例如，⑶、DVD、USB 棒、软盘或硬盘)，所述计算机可读介质中存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器 来执行时，适于实施或控制具有上述特征的数据处理方法。可以根据本发明的实施例来执行的数据处理可以由计算机程序来实现(S卩，由软 件来实现)，或通过使用一个或多个特殊电子优化电路来实现(即，以硬件来实现)，或者以 混合形式来实现(即，利用软件组件和硬件组件来实现)。术语“距离”可以表示应答器与读取器设备之间的物理间隔。术语“反向散射信号的两个边带的与传播有关的特性差异”可以具体是指当从应 答器传播回读取器设备时，反向散射信号的两个边带之间的频率差与相应电磁辐射束的其 他特性差异有关。不同频率分量的不同传播特性可以引起不同的延迟时间和不同的角度/ 相位特性等等。术语“读取器设备”可以是指基站，所述基站适于发送电磁辐射束，以读出应答器 并检测反射回的信号。这样的读取器设备可以是例如RFID读取器。术语“应答器”可以具体是指RFID标签或(例如无接触)智能卡。更一般地，应 答器可以是在被来自询问方的特殊信号所激活时可以自动发送特定(例如，编码的)数据 的设备(例如，包括芯片)。根据本发明的示例实施例，可以响应于读取器设备应用刺激信号，基于应答器的 反向散射信号的两个边带的不同且与距离有关的传播特性，来估计读取器设备与故意和非 故意通信耦合的应答器之间的距离，从而产生容易测量的参数，所述参数对于具有不同频 率的两个边带是不同的。当从应答器向读取器设备传播时，两个边带的(被配置为在用于 为应答器供电的刺激信号的载频之上和之下)不同频率值引起不同的可测量特性，如，两 个边带的传播相位和传播延迟。当这两个不同的频率分量从应答器向读取器设备传播时， 可以在传播期间强调这两个频率分量的不同传播特性，从而允许精确且可靠地估计读取器 设备与应答器之间的相对空间布置。读取器设备可以出于控制目的来使用这样的位置/距 离信息。例如，可以使用距离信息来判定由于读取器与应答器之间的距离小于预定义的阈 值(例如，5m)，那么检测到的在应答器与读取器之间的通信是否是故意的，以及相应的通 信消息对于读取器来说是否有意义。如果测量到距离大于预定义的阈值，则读取器设备可 以推断读取器设备与应答器之间没有打算通信。在当不同通信信道之间可能出现不期望的串扰时，后一种情况可以出现多个读取器设备和多个应答器的布置中。在这种情况下，有利 的是，每个读取器设备可以基于对相应通信消息来源的空间距离的认知来区分有效信号和 无效信号。附加地或备选地，还可以根据所测量的距离来控制读取器设备与应答器之间的 通信参数，例如以便根据检测到的应答器与读取器之间的方位来调节发射功率。根据本发明的示例实施例，提供了一种距离估计器，所述距离估计器用于基于与 频率有关的标签反向散射特性来估计UHF(超高频)应答器与读取器之间的距离。更具体 地，提供了一种通过利用离散时间正交子采样估计来评估来自应答器的反向散射信号的两 个边带的到达延迟或到达角度，来评估读取器与应答器之间的距离的方法。根据本发明的示例实施例，提供了一种估计UHF RFID标签的辐射距离的方法。UHF 长距离读取器的特性可以使得读取到相邻门或大门(door)中的不期望的标签。由于标签 包含的智能不多以便更有效地利用源自读取器辐射场的功率，反向散射调制器可以主要是 晶体管，所述晶体管根据要发送的数据来改变反射系数。这种反射系数变化影响雷达截面， 产生的反向散射信号可以由读取器来检测和解码。反向散射信号可以主要是窄带双边带幅 度调制，根据链路频率，与载频之间有频率偏移。在向读取器传回信号的过程中，由于上边 带和下边带的不同波长，可以出现角度差异和不同的传播延迟(以两个边带的到达延迟或 到达角度来编码应答器与读取器之间的距离)。根据本发明的示例实施例，针对UHF RFID系统中的距离估计提供了一种改进的反 向散射调制。由于基本反向散射调制，使得基于反向散射信号的距离估计具有一定程度的 复杂度。调制可以基于调制晶体管，所述调制晶体管在两个专用状态之间切换芯片阻抗。上 边带和下边带是实际信号，在UHF读取器的接收部分将上边带和下边带分开可能具有挑战 性。用于反向散射调制的另一种改进的方式源自于对正交调制器的使用。简言之，在这样 的实施例中，上边带位于信号的实部，下边带位于信号的虚部。在备选配置中，下边带可以 位于信号的实部，上边带可以位于信号的虚部。在UHF读取器的接收器处，可以使用相干接 收器来检测复信号的上边带和下边带。此外，相位偏移检测方法等也可以应用于这样的场景。在下文中将说明读取器设备的其他示例实施例。然而，这些实施例也可以应用于 通信系统、方法、程序单元和计算机可读介质。距离估计单元可以适于基于从应答器发送的反向散射信号的两个边带的到达时 间差来估计读取器设备与应答器之间的距离。两个边带的不同发射频率可以引起在应答器 反射相应分量与到达读取器设备之间的不同的延迟。因此，可以在读取器设备中执行与时 间有关的测量，以允许分别估计两个边带的到达时间，或交替地估计两个到达时间之间的 时间差。距离估计单元可以附加地或备选地适于基于从应答器发送的反向散射信号的两 个边带的相位差(或相位偏移)来估计读取器设备与应答器之间的距离。由于两个边带的 不同传播特性和不同频率以及不同的反射特性，这两个边带的相位特性可以互不相同。本 发明的实施例可以使用这样的差异来推断读取器设备与应答器之间的距离。在实施例中，可以例如通过实现相应的滤波器(例如，带通滤波器)来确定反射信 号的特性和它们之间的差异。距离估计单元可以适于基于离散时间正交子采样估计来确定读取器设备与应答器之间的距离。具体地，在应答器中实现正交调制器可以允许以相对高的精度来确定应答 器相对于读取器设备的空间位置。距离估计单元可以适于基于从应答器发送的复反向散射信号的实部和虚部的分 离来估计读取器设备与应答器之间的距离。假定由应答器来执行相应的调制，那么可以为 两个边带之一分派复传递函数的实部，而向另一边带分派复传递函数的虚部。这可以允许 利用直接数学过程来精确地以高精度分离不同的分量，从而在确定距离时进一步提高分辨率。距离估计单元可以包括相干接收器，所述相干接收器用于基于信号的实部与虚部 的分离来估计读取器设备与应答器之间的距离。在反向散射信号没有虚部的情况下，可以实现频率选择滤波器，以基于两个边带 的不同波长来将这两个边带分开。可以提供确定(或判定)单元，所述确定(或判定)单元适于基于所评估的距离 来确定(或判定)反向散射信号是否属于读取器设备与应答器之间的通信。判定标准可以 是检测到的距离是小于/等于(信号的接受)还是大于(信号的拒绝)预定义的阈值。在 存在多种读取器设备和多种应答器的情况下，可能重要的是，读取器设备确定从具体应答 器接收到的通信消息是否确实与当前通信系统有关。读取器设备与应答器之间的距离可以 是易于确定的且可靠的参数，该参数指示读取器设备接收到的信号是否确实源自所分派的 应答器。读取器设备可以包括解码单元，所述解码单元适于仅当确定单元先前确定反向散 射信号属于读取器设备与应答器之间的通信时，对反向散射信号中编码的信息进行解码。 在实施例中，解码单元仅在成功识别或认识到特定信号确实是发往当前读取器设备之后开 始解码。这可以节省处理能力并且可以避免不必要地处理不是发往读取器设备的信号。具体地，读取器设备可以被适配为超高频(UHF)长距离读取器设备。具体在这样 的场景下，可能重要的是读取器设备对属于读取器设备的信号与来自与该读取器设备不相 关的其他应答器的信号加以区分。相应的载频可以在例如840MHz与960MHz之间。然而， 这仅仅是示例，其他实施例可以使用其他频率，例如50MHz。两个边带可以被布置为相对于中心频率(即，读取器设备所产生的载频)而对称。 这两个边带中，一个边带可以低于该中心频率，而另一个边带可以高于该中心频率。因此， 可以基于该信息来清楚地区分来自其他信号的边带。通过以下描述的实施例的示例，本发明的上述方面和其他方面将显而易见，将参 考这些实施例的示例来说明本发明的上述方面和其他方面。
以下将参考示例实施例来更详细描述本发明，然而本发明不限于这些示例实施 例。图1示出了根据本发明示例实施例的通信系统。图2示出了根据本发明示例实施例的反向散射信号的频率分布，所述反向散射信 号的频率分布作为确定应答器与读取器设备之间的距离的基础。图3示出了根据本发明示例实施例的读取器设备。
具体实施例方式图中的说明是示意性的。在不同附图中，类似或相同的单元具有相同的附图标记。在下文中，参考图1，将说明根据本发明示例实施例的通信系统100。通信系统100包括用于读取从应答器120发送的信息的读取器设备110。尽管当 前场景中只有应答器120打算与读取器设备110通信，然而在不期望的环境下(例如，在存 在多个应答器和读取器设备的环境中)不打算与读取器设备110通信的应答器130也会对 读取器设备110发射的电磁辐射进行反向散射。如以下将说明的，这会在不同通信信道之 间产生不期望的串扰。本发明的实施例允许读取器设备110区分源自(打算与读取器设备110通信的) 应答器120的信号与源自(不打算与读取器设备110通信的)应答器130的信号。如以下 将更详细说明的，作为用于进行这种区分的标准，可以考虑以下不同的距离应答器120与 读取器设备110的距离Cl1，和应答器130与读取器设备110的距离d2。通信系统110适于执行对基站110与相应应答器120、130之间的距离屯、d2的测 量。反向散射应答器120、130不具有它们自己的电源，而是由从读取器设备110接收到的 经过预先放大或没有经过预先放大的电磁信号来供电并反射该电磁信号。例如，可以使用 对距离屯、d2的认知来进行访问控制或确定接收到的信号是否是实际发往读取器设备110 而非发往另一读取器设备的。读取器设备110包括振荡器单元118，振荡器单元118用于产生具有特定频率 (即，例如925MHz的载频)的振荡信号。振荡器单元118的输出连接至发送天线122，发送 天线122利用载频发射电磁辐射束124。在所描述的实施例中，发送天线122是与接收天线 126分开提供的。在备选实施例中，发送天线122也可以用于接收。在读取器110的控制单元134的控制下，可以触发振荡单元118产生振荡，所连接 的发送天线122发送电磁辐射束124，所述电磁辐射束IM可以是超高频波束。控制单元 Π4可以是微处理器或中央处理单元(CPU)。读取器设备110还包括适于与输出单元134 双向通信的输入/输出单元136。输入/输出单元136可以包括诸如小键盘、按钮、操纵杆 等输入元件，还可以包括诸如液晶显示器(IXD)等用于向用户显示与读取器设备110的操 作有关的信息的显示单元。应答器120包括收发天线138，收发天线138适于接收由发送天线122发射的电 磁辐射束124。应答器120的控制单元142可以是具有处理能力尤其是调制能力的微处理 器。控制单元142还可以访问用于存储信息的可选的存储单元144，例如EEPR0M。根据在 应答器120被询问和电源信号IM激活之后要从应答器120发送至读取器设备110的通信 消息，在接收到的信号1 被天线138反射或重新发射之前，应答器120的反射晶体管可以 处理/调制接收到的信号124。据此，响应信号146可以从应答器120被反射并且可以传播 回读取器设备110。实际上并不打算与读取器设备110通信的应答器130具有与应答器120类似的结 构。尽管图中未示出，然而应答器120、130可以包括或可以不包括附加的振荡器。本发明的发明人已意识到，应答器120、130的反射特性包括针对反向散射信号
8146的两个边带的不同反射特性。这两个边带可以具有不同的频率，因此在反向散射特性 方面有所不同。更具体地，在接收天线126的位置处两个边带的到达时间可以是不同的。 到达时间之间的时间间隔的定量范围取决于相应应答器120、130(—方面)与读取器设备 110 (另一方面)之间的距离(^、屯。此外，反向散射信号146的相位偏移对于两个边带是不 同的，并且可以由接收天线1 来检测。频率选择性滤波器单元1 可以允许将两个边带 分开以用于后续独立或单独的分析。基于对两个边带的评估，读取器设备110的距离估计 单元112可以根据下述数学分析方案，基于响应信号146的评估来确定应答器120、130中 相应的一个应答器的距离屯、d2。更具体地，可以由系统100来执行离散时间正交子采样估计以确定距离值。还可 以评估反向散射信号146的两个边带的相位差，以获得表示距离Cl1或d2的信息。在实施例中，可以适配系统100，使得可以分析具有实部和虚部的虚数反向散射信 号146，从而将实部和虚部之一分派给第一边带，而将其他信号分派给另一边带。因此，将复 方向图的两个分量分开可以允许将信号分量分开，从而允许得到距离信息。可以将距离估计单元112所确定的距离信息提供给确定单元或判定单元114，所 述确定单元或判定单元114适于确定反向散射信号146是属于读取器设备110与应答器 120之间的预期通信的，还是属于另一读取器设备与另一应答器之间的通信而不是发往读 取器设备110的。所评估的距离值Cl1或d2可以用作判定应答器120是否仍然在读取器设 备110范围内的判定标准(如在应答器130的情况下一样)。仅当确定单元114已确定检测到的信号146与所分派的应答器120相对应时，所 连接的解码单元116才开始对信号进行解码以便得到信息，例如，包含在反射信号146中的 标识或其他数据内容信息。在实施例中，应答器120附着到例如超市中的要购买的商品，该 信息可以是应答器120附着到的商品的价格。在该示例中，可以将另一应答器130附着到 商品，该商品没有被购买者购买，而是由在与读取器设备110所在的付款台不同的另一付 款台前排队的另一购买者购买。因此，通信系统100起到距离估计器的作用，所述距离估计器用于基于反向散射 信号来检测UHF应答器120与读取器110之间的距离。UHF长距离读取器的特性可以导致读取到门或大门附近的不期望的标签。本发明 的实施例检测应答器与读取器之间的距离，以确定一个读取器的所需读取量。由于标签包含较少的智能以便于省电，所以反向散射调制器主要是根据所需脉冲 串来改变反射系数的晶体管。这种反射系数变化影响雷达截面，得到的散射信号由读取器 来检测和解码。散射信号主要是窄带双边带幅度调制的，根据链路频率与载频Qci之间有 频率偏移Δ ω1()在将信号传播至读取器的过程中，由于上边带与下边带的不同波长使得将 会出现角度差。窄带信号特性具有例如导频音，这是协议的特征。以数学方式表达的调制读数如下(t表示时间)sm(m0t) sin(^r) = — {cos[(似0 — mt)/]—cos[( 0 + )/]}现在将执行以下替换=COtl-CO1= ω3 and ω0+ω: = ω,在自由空间中，向读取器的回传(函数S)可以表达为
权利要求
1.一种用于读取从应答器(120)发送的信息的读取器设备(110)，所述读取器设备 (110)包括-距离估计单元(112)，适于基于从应答器(120)发送的反向散射信号的两个边带的与 传播有关的特性差异，来估计读取器设备(110)与应答器(120)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的读取器设备(110)，其中，距离估计单元(112)适于基于从应 答器(110)发送的反向散射信号的两个边带的到达时间的差异，来估计读取器设备(110) 与应答器(120)之间的距离。
3.根据权利要求1所述的读取器设备(110)，其中，距离估计单元(112)适于基于从应 答器(120)发送的反向散射信号的两个边带的相位差，来估计读取器设备(110)与应答器 (120)之间的距离。
4.根据权利要求1所述的读取器设备(110)，其中，距离估计单元(112)适于基于离散 时间正交子采样估计，来估计读取器设备(110)与应答器(120)之间的距离。
5.根据权利要求1所述的读取器设备(110)，其中，距离估计单元(112)适于基于从应 答器(120)发送的反向散射信号的实部和虚部的分离，来估计读取器设备(110)与应答器 (120)之间的距离。
6.根据权利要求5所述的读取器设备(110)，其中，距离估计单元(11 包括相干接 收器，用于基于从应答器(120)发送的信号的实部和虚部的分离，来估计读取器设备(110) 与应答器(120)之间的距离。
7.根据权利要求1所述的读取器设备(110)，包括确定单元(114)，适于基于所评估 的距离来确定反向散射信号是否属于读取器设备(110)与应答器(120)之间的通信。
8.根据权利要求7所述的读取器设备(110)，包括解码单元(116)，适于当确定单元 (114)确定反向散射信号属于读取器设备(110)与应答器(120)之间的通信时，对反向散射 信号中编码的信息进行解码。
9.根据权利要求1所述的读取器设备(110)，所述读取器设备(110)被适配为UHF长 距离读取器设备。
10.根据权利要求1所述的读取器设备(110)，其中，所述两个边带被布置为相对于读 取器设备(110)所产生的载频而对称。
11.一种通信系统(100)，包括-应答器(120)，用于向读取器设备(110)发送信息；-根据权利要求1所述的读取器设备(110)，用于读取从应答器(120)发送的信息。
12.根据权利要求11所述的通信系统(100)，其中，应答器(120)包括射频识别标签和 无接触芯片卡之一。
13.一种利用读取器设备(110)来读取从应答器(120)发送的信息的方法，所述方法包括-基于从应答器(120)发送的反向散射信号的两个边带的与传播有关的特性差异，来 估计读取器设备(110)与应答器(120)之间的距离。
14.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质中存储有利用读取器设备(110)来读 取从应答器(120)发送的信息的计算机程序，所述计算机程序在由处理器来执行时，适于 实施或控制根据权利要求13所述的方法。
15. 一种利用读取器设备(110)来读取从应答器(120)发送的信息的程序单元，所述程 序单元在由处理器来执行时适于实施或控制根据权利要求13所述的方法。
全文摘要
一种用于读取从应答器(120)发射的信息的读取器设备(110)，所述读取器设备(110)包括距离估计单元(112)，适于基于从应答器(120)发送的反向散射信号的两个边带的与传播有关的特性差异，来估计读取器设备(110)与应答器(120)之间的距离。
文档编号G01S13/84GK102077115SQ200980125543
公开日2011年5月25日 申请日期2009年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者尤里科·穆赫曼 申请人:Nxp股份有限公司