专利名称：用于通过无线电信道进行通信的方法和rfid读取器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过无线电信道在RFID读取器和发射机应答器 之间进行通信的方法。本发明还涉及一种适于通过无线电信道与发射机应答器进行通 信的RFID读取器。
背景技术：
数字通信系统利用了通信信道，通过通信信道来传递通信数据。 这些信道典型地有带宽限制并且信道容量有限。结合信道的其他特性，例如各种形式的噪声和干扰，信道容量将具有统计确定性地引起 或者另外导致在通过信道传递的通信数据中引入错误状态。这些错误 状态的作用在诸如RFID系统之类的通常利用不可预知的广播通信信 道(无线电信道)的无线通信系统中是尤为明显的，通过所述广播通 信信道来使远程站点(例如RFID发射机应答器)与中心站点(例如 RFID读取器站点)进行通信。消除或者至少减少这些错误状态的作用的第一途径是在发送站 点将校验和添加到通信数据并在接收站点执行循环冗余校验(CRC)。 如果CRC显示接收数据含错误，则丢弃这些接收数据。换句话说，只 有无错误数据可被接收站点评估并做进一步处理。在错误数据的情况 下，接收站点必须将发生的错误通知给发送站点，并请求发送站点重 发这些数据，这导致传输率减小。为了消除丢弃错误数据的必要，在第二途径中利用了纠错算法。 然而，纠错算法的实施无法不对通信系统产生负担。所有的纠错算法 都具有对要被传输的通信数据添加用于错误识别和纠错的附加冗余 数据这样的共同特征。结果，存在一种同样通过通信信道传输的冗余 数据的开销，因此减小了用于传输通信数据的带宽。减小了的通信数据传输率通常会减小通信数据率。显著的是，其严重地影响了 RFID 系统中的防冲突算法的处理速度。因此，在特定的情况下，如果不运 用纠错算法则能够实现更好的通信数据传输率。特别地是如果通信信 道很少被干扰或不被干扰，则更好的策略是接受数据必须被偶尔丢弃 并被重新传输，而不是接受由冗余纠错数据的传输引起的通信数据带 宽的持续减小。因此，需要一种通信系统，其运用了使得在中心站点(诸如RFID读取器)和远程站点(诸如发射机应答器)之间传输的通信数据的量 最大的纠错算法。文献US 6， 314， 535 Bl公开了一种减轻上述问题的方法。根据 此方法，选择初始纠错算法，并且在也包含冗余纠错数据的包中进行 编码的第一多个通信数据通过通信信道在第一和第二通信终端之间 传输。在第一多包传输期间确定通信信号的错误率水平。可通过以下 技术来确定通信信道的错误率水平，例如，测量欠纠错数据包的数量。 根据确定了的错误率水平来从多个纠错算法中选择后续纠错算法。虽然已知的方法成功地运用了纠错数据的开销在不同纠错算法 之间变化很广这样的事实，其中，作为经验法则，冗余纠错开销的量 随着纠错算法的强度而增大，然而已知的方法已显现出不足，即，在 第一和第二通信终端之间的通信的初始阶段，初始选择的纠错算法可 能对于通信信道的当前质量是完全不相称的。原因是纠错算法的这一 已知的动态适应是一种需要将多个"测试"数据包通过通信信道发送 直到能够确定错误率水平的跟踪过程。在两个通信终端间的通信的另 一过程中，直到该方法产生有用结果的这一短暂时间的重要性较低， 但是特别是对于其中的RFID读取器必须査明有多少发射机应答器以 及哪些发射机应答器在其通信范围内这样的RFID系统中的盘点过程 来说，这一短暂时间是不能被接受的，因为RFID读取器与发射机应 答器之间的大部分通信都发生在这一初始盘点过程中，尤其是由可靠 地识别发射机应答器所需的防冲突算法所引起的过程中。在发射机应 答器已被识别之后，由RFID读取器将它们"置为睡眠状态"，从而 在发射机应答器与RFID读取器之间只有很少的后续通信。因此，对在RFID读取器与发射机应答器通过无线电信道的通信的初始阶段中 尤其有效的纠错算法的动态适应仍有需要。特别是，这样的解决方案应在通信的初始阶段也实现有用的结果。 发明内容本发明的目的是提供一种在开始段落中所定义类型的方法以及 在第二段落中所定义类型的RFID读取器，其中上述缺点都被避免。本发明的目的是由一种在RFID读取器和发射机应答器之间通过 无线电信道进行通信的方法来实现的，所述方法包括步骤-测量无线电信道的噪声电平，-取决于噪声电平测量结果选择一种纠错算法，以及 -将RFID读取器和发射机应答器都设置为所选择的纠错算法。 另外，本发明的目的是由适于与发射机应答器通过无线电信道 进行通信的RFID读取器实现的，所述RFID读取器包括-用于测量无线电信道的噪声电平的噪声电平测量装置，以及 -用于取决于噪声电平测量结果来选择一种纠错算法的纠错算 法选择装置，其中RFID读取器适于将其自身设置为所选择的纠错算 法并将关于所选择的纠错算法的选择信息发送到发射机应答器。根据本发明的特征提供了这样的优点，§卩，取决于噪声电平测 量，在RFID读取器与发射机应答器之间的通信开始时就己经可以选 择适当类型的纠错算法。虽然对纠错算法类型的这第一个"猜测"也 许仍不能表示最佳结果，但其至少提供了用于应用纠错的一个好的开 始点。在RFID读取器与发射机应答器间通信的另一个过程中，纠错 算法能够根据另一个噪声电平测量而被快速地适应。结果，本发明不 具有"短暂时间"的效果，或者至少显示了与已知系统和方法相比减 少了的"短暂时间"。已知的方法只有在足够数量的"测试"通信数 据包已通过通信信道被发送并且关于它们的错误率水平被评估时才 适当地工作。本发明还提供协同效果，因为无线电信道的测得噪声电 平也可被用于设置RFID系统的各种参数，诸如检测阈值等。在此文本中使用的术语"噪声电平测量"不止包括测量噪声电平的瞬时值，还包括记录噪声电平值并评估它们在时间上的(或一个 时间窗口内的)进程。术语"噪声电平测量"还包括在多个不同的频 带内执行噪声电平测量和对这些不同测量结果的评估。通过应用这些 噪声电平测量，不同类型的噪声和参考可分别被区分开。优选的是在RFID读取器中执行测量噪声电平和选择纠错算法的 步骤，其中RFID读取器将关于所选纠错算法的选择信息发送到发射 机应答器。当如此进行时，获得了这样的优点，即实现本发明所需的 硬件适应或添加很少涉及RFID读取器，而制造量比RFID读取器高的 多的发送机应答器仍可具有很便宜的设计。另外，优选的是选择纠错算法的步骤包括在更高的噪声电平情 况下或在不是不稳定就是具有朝向更高噪声电平趋势的噪声电平进 程的情况下选择更强的纠错算法，并在更低噪声电平情况下或在具有 朝向更低噪声电平趋势的噪声电平进程的情况下选择更弱的纠错算 法。以此方式，获得这样的优点，即，要使用的纠错算法对应于无线 电信道的质量。在此使用的术语"更强"纠错算法指明了比"更弱" 纠错算法更能够对数据帧或数据包中的错误数据的更高部分进行纠 正的纠错算法。在另一个优选的方法中，选择纠错算法的步骤包括使用或不使 用纠错算法。因此，获得了这样的优点，即，在高质量无线电信道的 情况下，为了发送最大通信数据而将纠错算法完全关闭，而在低质量 无线电信道的情况下将纠错算法开启。应该注意，对纠错算法的开启 可与从多个不同纠错算法中选择一个纠错算法相结合。最后，优选的是确定无线电信道的错误率水平并将其考虑到纠 错算法的选择中。如果如此进行，则获得这样的优点，即，可额外考 虑诸如错误电平率之类的关于统计学错误信息的信息，以在RFID读 取器和发射机应答器间的通信进程中在处理自动提供该信息的纠错 算法时选择最佳的纠错算法。本发明的这些和其他方法将通过参考下述非限制示例来阐明。
在附图中，图1是根据本发明RFID系统的示意性电路框图。图2是在本发明中使用的RFID发射机应答器的示意性电路框具体实施方式
图1是RFID (射频识别)系统的示意性电路框图，该系统包括 RFID读取器1和多个RFID发射机应答器2a、 2b，其中，为清楚起见， 只描述了 2个RFID发射机应答器。RFID读取器1依靠调制的电磁信 号通过无线电信道20形式的通信信道以无接触方式与RFID发射机应 答器2a、 2b进行通信。RFID读取器1包括诸如微处理器或微控制器 之类的控制装置3，该控制装置3通过数据总线与程序存储装置4进 行通信。程序存储装置4适于存储用于控制装置3的基础操作的操作 系统OS以及将被控制装置3处理的应用程序码SW。程序存储装置4 可被构成为一个非易失性存储器，例如PR0M、 EPR0M、 EEPROM等。程 序存储装置4还可被构成为用户定义ASIC、 PAL等。另外，控制装置 3和程序存储装置4可被集成在单个芯片上。应当注意，应用程序码 SW和操作系统OS可彼此结合。控制装置3还与随机存取存储器5进 行通信。当对程序码SW进行处理时，控制装置3与输入/输出装置8 协作，该输入/输出装置8例如可被构成为到计算机的链接接口。控 制装置3还与射频通信装置6进行通信，该射频通信装置6连接到用 于将电磁信号SS发射到RFID发射机应答器2a、 2b的天线7。这些 电磁信号SS可被用来向RFID发射机应答器2a、2b发射数据和指令， 并且如果RFID发射机应答器2a、 2b被构成为无源发射机应答器，则 这些电磁信号SS还可被用来向它们供能。RFID发射机应答器2a、 2b 用响应信号RS1、 RS2对RFID读取器作出响应。通过标准数据传输协 议和标准调制方法来在RFID读取器和RFID发射机应答器2a、 2b之 间完成数据交换。例如，从RFID读取器1发送到RFID发射机应答器 2a、 2b的电磁信号SS被构成为脉宽调制信号。从RFID发射机应答 器2a、 2b到RFID读取器的响应信号RS1、 RS2例如是负载调制信号，其中通过切换连接到RFID发射机应答器2a、2b的天线上的负载阻抗 来对包含在电磁信号SS中的载波信号或副载波信号进行调制，从而 可从载波信号或副载波信号中提取变化的能量。在RFID发射机应答 器端切换负载阻抗引起了 RFID读取器1的天线7的阻抗改变并因此 引起了 RFID读取器1的天线7处的电压幅度的变化，变化的电压幅 度表示输入到射频通信装置6的输入信号IS。为了恢复包含在输入 信号IS中的数据，由射频通信装置6对输入信号IS进行整流或解调， 得到数据流信号DS。控制装置3例如通过对在数据流信号DS中编码 的数据与规定的位电平进行比较来提取该数据，并且如果对控制装置 3进行了设置，则执行纠错算法。根据本发明，为RFID读取器1提供适于测量无线电信道20的 噪声电平SN的噪声电平测量装置14。在本发明的这个实施例中，噪 声电平测量装置14结合在射频通信装置6中，但是也可将其结合在 RFID读取器1的其他部分中，例如结合在控制装置3中，或者将其 构成为RFID读取器1中的独立组件。例如可通过计算期望值或标准 偏差来执行噪声电平测量。也可通过记录噪声电平值并评估它们关于 时间(或在一个时间窗口内)的进程，或者通过测量多个不同频带中 的噪声电平并评估这些不同测量的结果来执行噪声电平测量。噪声电平测量装置14将测量到的噪声电平SN传递到控制装置 3。控制装置3对应于纠错算法选择装置15，该纠错算法选择装置15 适于根据噪声电平SN来选择纠错算法ECA1、 ECA2到ECAx。选择适 当的纠错算法意味着当无线电信道20质量低，g卩，当噪声电平SN 高时开启纠错算法，或者当噪声电平SN低时关闭纠错算法。当噪声 电平SN的值需要使用纠错算法时，还可从不同的纠错算法中选择最 适合的纠错算法，其中随着噪声电平SN的增加选择更强的纠错算法， 反之亦然。已选择一个合适的纠错算法，则纠错算法选择装置15对控制装 置3就行配置来将所选择的纠错算法用在与发射机应答器2a、 2b进 一步的通信中。纠错算法选择装置15还指示控制装置3将选择信息 ES发送到发射机应答器2a、 2b以向它们通知在与RFID读取器1进一步的通信中它们必须使用哪个纠错算法。循环地重复测量噪声电平SN的步骤、根据测得的噪声电平选择 适当的纠错算法的步骤、以及对RFID读取器1和发射机应答器2a、 2b进行设置来使用所选择的纠错算法的步骤，从而执行了 RFID系统 对于针对无线电信道20的当前质量的最佳纠错算法的持续动态适 应。为了与发射机应答器2a、 2b建立通信，控制装置3执行一种利 用所选纠错算法的防冲突算法。通过运行纠错算法来自动采集关于无 线电信道20的错误率水平ER的信息。将这个错误率水平ER提供到 纠错算法算选择装置15，该纠错算法选择装置对其进行参考来选择 最合适的纠错算法。图2是发射机应答器2a、 2b的实施例的示意性电路框图。应该 注意发射机应答器2a、 2b的配置仅仅是为了便于理解本发明而举出 的示例，本领域技术人员显然明了该配置可被改变。每个发射机应答 器2a、 2b都被构成为无源发射机应答器，并包括天线10、连接到天 线10的模拟射频接口 11、连接到模拟射频接口 11的数字控制单元 12、以及连接到数字控制单元12的存储器13。存储器13是非易失 性存储器(例如EEPR0M)，因此在与RFID读取器l通信期间写入存 储器13的数据始终存储，即使例如因为发射机应答器2a、 2b脱离 RFID读取器1的发射范围从而不再由RFID读取器l供能而使发射机 应答器2a、 2b被关闭时。存储器13还包括用于操作数字控制单元 12的程序码以及唯一识别号。天线10从RFID读取器1接收电磁信 号SS并将它们传递到模拟射频接口 11上。通常，模拟射频接口 11 包括具有集成的能量存储元件(例如电容器)的整流器RECT和电压 调节器VREG，从而由接收到的电磁信号SS得出针对数字控制单元12 和存储器13的必要的操作电压VDD。另外，模拟射频接口 ll包括用 于从电磁信号SS中提取输入通信数据DIN和选择信息ES并用于将它 们传递到数字控制单元12上的解调器DEM0D。这里使用的术语"通 信数据"将被理解为在RFID读取器和发射机应答器2a、 2b之间进行 交换的有用数据，它们可能包含指令、标识数据等。数字控制单元12对接收到的输入通信数据DIN进行处理并可通过创建输出通信数 据D0UT来对RFID读取器1作出响应。数字控制单元12还对选择信 息ES进行评估并根据接收到的选择信息ES来选择纠错算法ECA1、 ECA2到ECAx。当产生输出通信数据D0UT时，数字控制单元12根据 所选纠错算法来添加必要的冗余纠错数据ECx并将输出通信数据 D0UT和冗余纠错数据ECx 二者打包成数据帧或数据包。包含输出通信数据D0UT的数据帧或数据包与冗余纠错数据ECx 一起被随后传递到模拟射频接口 11。模拟射频接口 11包括调制器 M0D，其对输出数据DOUT进行调制并将调制信号作为响应信号RS1、 RS2通过无线电信道20经天线10发送到RFID读取器1。应该注意，代替在控制单元12中用纠错数据ECx对输出通信数 据DOUT进行编码，还可以根据各种纠错算法将某些输出通信数据以 预编码的形式存储在存储器13中。这样的实施例将允许现存类型的 发射机应答器用于本发明，尤其是如果输出通信数据仅由差别很少的 数据构成时。当然以上建议会伴随对存储器的一些"浪费"。另外， 现存类型的发射机应答器将以未编码形式发送标识号。将会明了的是选择纠错算法还意味着选择循环冗余校验，因为 这也是一种纠错。另外，应当注意图中所示的实体具有功能性的含义而不是物理 上的含义。因此，在实际中，示出的实体可被分布在多个物理实体上， 并且在实际中， 一个物理实体可包含多个功能实体。因此，读取器1 或发射机应答器2a、 2b的实现不必反映出所示方框的分别。此外，本领域技术人员将容易理解即使附图只示出了应用本发 明的一个图解示例，但是本发明并不限于RFID系统或智能卡系统。 本发明还可应用于各种发射器/接收器系统，这些系统通过无线电波、 声音、和/或光来执行数据传输。此外，本发明并不限于无线电链接， 其还可覆盖通过线路和光缆的数据传输。最后应该注意上述实施例仅为示例而不限制本发明，并且本领 域技术人员将能在不脱离所附权利要求定义的本发明范围的情况下 设计出许多替代实施例。在权利要求中，置于括号中的任何参考符号不应构成对权利要求的限制。使用动词"包括"及其变形不排除在任 一权利要求或整个说明书中提到的那些元件或步骤之外的元件或步 骤。元件的单数形式不排除这些元件的复数形式，反之亦然。在设备 权利要求中列举了几个装置的情况下，这些装置的几个可被实现为一 个相同的软件项或硬件项。在互不相同的从属权利要求中提出某些方 案的事实并不表示这些方案的组合不能被用来实现本发明的优点。
权利要求
1.一种在RFID读取器(1)和发射机应答器(2a，2b)间通过无线电信道(2)进行通信的方法，所述方法包括步骤测量无线电信道(20)的噪声电平(SN)，根据对噪声电平(SN)的测量结果来选择一个纠错算法(ECA1，ECA2，...ECAx)，以及将RFID读取器(1)和发射机应答器(2a，2b)设置为所选择的纠错算法(ECA1，ECA2，...ECAx)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中在RFID读取器(1)中执 行所述测量噪声电平(SN )的步骤和所述选择纠错算法(ECAl,ECA2，.，.ECAx)的步骤，其中RFID读取器(1)将关于所选 择的纠错算法的选择信息(ES)发送到发射机应答器(2a，2b)。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述选择纠错算法 (ECAl，ECA2，.，.ECAx)的步骤包括在更高噪声电平的情况下，或在不是不稳定就是具有朝向更高噪声电平趋势的噪声电平进程的情 况下，选择更强的纠错算法；并且在更低噪声电平情况下，或在具有 朝向更低噪声电平趋势的噪声电平进程的情况下，选择更弱的纠错算 法。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述选择纠错算法 (ECA1，ECA2， . . .ECAx)的步骤包括使用或不使用纠错算法。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中确定无线电信道(20)的 错误率水平(ER )，并对其进行考虑来用于选择纠错算法(ECA1， ECA2， . . . ECAx)。
6. —种RFID读取器(1)，其适于与发射机应答器(2a，2b)通过无线电信道进行通信，所述RFID读取器包括噪声电平测量装置(14)，其用于测量无线电信道(20)的噪 声电平(SN)，以及纠错算法选择装置(15)，其用于根据对噪声电平(SN)的测 量结果来选择一个纠错算法(ECAl,ECA2，...ECAx)，其中所述RFID 读取器(1)适于将其自身设置为所选择的纠错算法并适于将关于所 选择的纠错算法的选择信息(ES)发送到发射机应答器(2a，2b)。
7. 根据权利要求6所述的RFID读取器，其中所述纠错算法选 择装置(15)适于在更高噪声电平(SN)的情况下，或在不是不稳定 就是具有朝向更高噪声电平趋势的噪声电平进程的情况下，选择更强 的纠错算法；并且适于在更低噪声电平(SN)的情况下，或在具有朝 向更低噪声电平趋势的噪声电平进程的情况下，选择更弱的纠错算 法。
8. 根据权利要求6所述的RFID读取器，其中所述纠错算法选 择装置(15)适于在使用或不使用纠错算法之间进行选择。
9. 根据权利要求6所述的RFID读取器，其适于确定无线电信 道(20)的错误率水平(ER)，其中所述纠错算法选择装置(15)适 于对该错误率水平(ER )进行考虑来用于选择纠错算法(ECA1， ECA2， . . . ECAx)。
全文摘要
一种在RFID读取器(1)和发射机应答器(2a，2b)间通过无线电信道(2)进行通信的方法。所述方法包括步骤测量无线电信道(20)的噪声电平(SN)，根据对噪声电平(SN)的测量结果来选择一个纠错算法(ECA1，ECA2，...ECAx)，以及将RFID读取器(1)和发射机应答器(2a，2b)设置为所选择的纠错算法(ECA1，ECA2，...ECAx)。另外，公开了一种RFID读取器(1)，其适于执行根据本发明的方法。
文档编号G06K7/00GK101331498SQ200680047166
公开日2008年12月24日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月14日
发明者丹尼尔·阿尔尼茨, 迈克尔·劳贝尔 申请人:Nxp股份有限公司