一种移动式阅读器的制造方法
【专利摘要】一种移动式阅读器，移动设备的控制器连接接收机模块，接收机模块与移动设备天线相耦合，移动设备的射频部分作为前向链路发出信号激活UHFTTO标签，UHFTTO标签反射信号通过接收机模块检测反向散射的标签ID和数据并输入移动设备的控制器。本发明的移动式阅读器，和现有系统采用NFCRFID不同，具有阅读距离远、速度快、可多标签识别等优势；UHF标签仅需要一个芯片和单层印刷天线，在成本方面和NFC标签相比具有潜在优势；采用手机本身自带的射频部分作为前向链路以激活UHF标签，可省去集成额外射频电路，从而可以简化集成方式，降低成本。
【专利说明】—种移动式阅读器
【技术领域】
[0001]本发明属于无线射频识别(RFID)领域，尤其涉及一种将超高频RFID阅读器集成到手机等终端中的方法。
【背景技术】
[0002]无线射频识别系统至少包括一个RFID阅读器和一组电子标签。电子标签通常都是无源标签，由阅读器发射的射频信号能量激活。此外电子标签可以带有额外电池，工作在有源和半有源模式。阅读器通过调制发射的载波实现电子标签信息传输(前向链路);同时，电子标签通过反射不同强度的载波信号至阅读器，通常称为“反向散射”(返向链路)。阅读器和电子标签之间的通信规则通常称为空口通信协议。
[0003]目前，RFID领域有大量不同的RFID空中接口协议，这些协议通常以阅读器或电子标签先发起通信来分类，若阅读器先发起通信，则称为RTF (Reader Talk First，阅读器先讲)协议。如果电子标签先发起通信，则称为TTF (Tag Talk First，标签先讲)协议。TTF的一个分支称为TTO (Tag Talk Only，仅标签讲)协议，这时阅读器仅仅发射纯载波信号，永不需要调制载波，如IS0/IEC 18000-64和IP-X协议中的TTO协议。识别过程中，电子标签仅需阅读器发射足够的射频能量信号以激活标签，不需要阅读器发射任何命令。电子标签被激活后，以反向散射方式发送自身ID以及数据至阅读器。当多标签同时存在时，就需要一定方式的防冲突机制。TTO标签通过在随机的时间间隔发射ID及数据，阅读器仅仅需要记录收到的ID和数据即可实现。
[0004]尽管无需阅读器参与，TTO与RTF协议的防冲突性能不相上下。然而，由于当TTO协议的标签进入阅读器波束或者阅读器开始发射时，标签上电，就会激活并自动发送自身的ID，因此在高速识别应用场合更具有优势。TTO标签发射时间可以短至300 us,而且标签上电和反应时间极短，典型时间为150 us.甚至在标签上电小于Ims的情况下，也可以正确的识别标签反向散射信号。和RTF系统不同，TTO系统产生的阅读器干扰很小，使得多个TTO阅读器可以同时工作。
[0005]现在，手机无处不在而且功能强大，作为手持式RFID设备具有无可比拟的优势。许多RFID系统可以于包括手机在内的手持终端相连，通常是通过串口、USB接口、蓝牙或者W1-Fi，该终端一般和RFID阅读器集成在一起，或者安装在手持式RFID阅读器上。然而，由于这种安装方式需要一个全功能的RFID阅读和一个移动终端，具有体积大、显得笨拙、成本闻等缺点。
[0006]若把RFID阅读器集成到手机里，使得手机可以读取RFID标签，这样不仅可以降低成本，还可以缩小体积，还可以在移动支付系统、防伪应用中使用RFID功能。美国专利US8355670、US8260199 和 US8577290 经给出了 类似的建议，主要是把 NFC (Near Fieldcommunications RFID，近场通信RFID)模块集成到手机里。NFC RFID阅读器通常工作在
13.56MHz频段，这类模块通常包含一个NFC天线、射频电路，以及接收和解码部分。现今，此类NFC模块已经在一些智能手机如三星Galaxy 3中实现集成。实际上，说这些NFC模块“拼接”到手机中更为适合，因为这些模块功能的实现都与手机完全独立，只是通过USB接口于手机进行通信。NFC标签一般需要多层印刷环形天线，通常也很贵。读取距离也很近，一般只能读几个毫米。典型情况下一次只能读取一个标签。
[0007]美国专利US782685提供了一种既有RFID功能也有移动通信功能的集成电路。这种集成电路开发成本高，用来代替手机中的射频部分。然后，如今的智能手机主要基于集成了控制器、射频、基带电路的单一 SOC (片上系统)开发，要在现有系统集成这样一款集成电路变得较为困难。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是将RFID阅读器功能集成到手机中，克服现有手机阅读器读取距离短、成本高、功耗大等问题。
[0009]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种移动式阅读器，移动设备的控制器2连接接收机模块，移动设备的射频部分作为前向链路发出信号激活UHF TTO标签6，UHF TTO标签6反射信号通过接收机模块检测反向散射的标签ID和数据并输入移动设备的控制器2。
[0010]所述移动设备为手机I，包括控制器2、频率合成器3、功率放大器4和天线5，频率合成器3连接控制器2。
[0011]所述接收机模块为调幅接收机7或相关下变频器10。
[0012]所述调幅接收机7包括天线8和调幅检测放大器9，调幅接收机7通过外接或者嵌入方式安装于手机I上。
[0013]所述相关下变频器10包含天线8、混频器或正交下变频器11和基带放大器12，手机频率合成器3的输出信号通过耦合方式输出至混频器或者正交下变频器11。
[0014]所述射频部分作为前向链路发出信号为手机通信信号、WIFI信号或蓝牙信号，手机I的通信信号通过编程发射一个非调制载波信号或者让手机发送一个虚假呼叫或虚假短信以激活电子标签。
[0015]手机I的通信信号还包括CDMA或者WCDMA调制载波。
[0016]所述的UHF TTO 标签 6 采用的 TTO 协议为 IS0/IEC 18000-6D、IS0/IEC 18000-64或IP-X协议。
[0017]所述接收机模块检测到的反向散射的标签ID和数据直接传输到手机I控制器2的硬件接口上并通过软件进行解码，或者将反向散射的标签ID和数据进行解码并将解码后的信息通过USB接口或串口传输至手机I。
[0018]所述标签工作在850MHz、900MHz、1800MHz或1900MHz的一种或者几种频率组合上。
[0019]本发明的移动式阅读器，和现有系统采用NFC (13.56MHz) RFID不同，采用UHFRFID，UHF RFID和NFC相比，具有阅读距离远、速度快、可多标签识别等优势；UHF标签仅需要一个芯片和单层印刷天线，在成本方面和NFC标签相比具有潜在优势；采用手机本身自带的射频部分作为前向链路以激活UHF标签，可省去集成额外射频电路，从而可以简化集成方式，降低成本。【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例一将调幅接收器集成到手机上用以接收标签反向散射信号的阅读器原理图。
[0021]图2是本发明实施例二将相关下变频器集成到手机上用以接收标签反向散射信号的阅读器原理图。
【具体实施方式】
[0022]实施例一
如图1所示，移动设备采用手机I，手机I包含控制器2、频率合成器3、功率放大器4和天线5，手机的射频部分作为前向链路发出信号激活UHF TTO标签6，UHF TTO标签6的反射信号通过接收机模块检测反向散射的标签ID和数据并输入移动设备的控制器2，手机的控制器2连接该调幅接收机7，该调幅接收机7与移动设备天线5相耦合，调幅接收机7可以通过外接或者嵌入方式增加到手机上，该调幅接收机7包含一个独立于手机自身之外的天线8和调幅检测放大器9，该调幅接收机7用以检测反向散射的标签ID和数据，把反向信号的原始位数据流或者解码后的数据流发送到手机控制器上加以使用。如果控制器接收的是原始数据流，控制器本身可用软件方式进行解码，从而减少对硬件解码器的需求。
[0023]控制器2除在手机操作系统上实现显示驱动、电话呼叫、通过W1-Fi连接网络等功能外，还根据当地法规，依据基站的指令，通过频率合成器3实现上下行链路控制。“1G”、“2G”、”3G”和“4G”等不同通信系统具体实现方法不同，但它们都工作在850、900、1800或1900MHz频段，最高发射功率可达3W。这些载波信号可以激活一个或者一组UHF TTO标签6，电子标签通过反向散射发送他们的ID，识别距离可达数米。
[0024]本发明采用手机本身自带的射频部分作为前向链路以激活UHF标签。比如采用工作在850ΜΗζ-1900ΜΗζ UHF频段手机通信信号，最大功率可达3W。还可采用手机上集成了W1-Fi和蓝牙发射信号。如果使用手机的通信信号，可通过编程使手机在发射一个非调制载波信号，或者让手机发送一个虚假呼叫或虚假短信，以激活电子标签。
[0025]由于采用RFID通信协议中命令和数据对手机信号进行调制是非法的，本发明建议采用IS0/IEC 18000-64或者IP-X协议。TTO协议不需要对发射载波进行任何调制。反射调制信号速率为256kbits/s左右，这远远低于3G和4G手机的数据速率。由于可以把RFID反射信号从手机调制信号中通过滤波分离，所以CDMA或者WCDMA调制载波也可以用于RFID前向链路来激活电子标签。CDMA或者WCDMA仅仅会提高RFID反向散射信号的噪声水平。TTO RFID标签最短反应时间为150us，可在300us时间内完成ID传输。这样，手机可以仅仅需要约500u s发射信号就够了。由于前向路采用非载波调制信号，TTO RFID阅读器相互之间干扰很小，多个手机可以同时读取一个或者多个标签，标签可以工作在850MHz，900MHz, 1800MHz或1900MHz的一种或者几种频率组合上，标签天线可以响应手机发送的任意载波或全部载波，标签天线带宽足够宽以覆盖850MHz，900MHz，1800MHz或1900MHz等手机的一种或者几种频率组合。
[0026]本实施例对手机仅需增加一个低成本的小型接收机模块，对于近距离应用，一个简单的调幅接收机7即可满足应用，对于一个真正的低成本应用，从调幅接收机输出的原始比特流数信息可以直接传输到手机控制器的硬件接口上，并通过软件进行解码。此外，还可以将反射信号的RFID位数据流进行解码，并将解码后的信息通过USB接口传输至手机控制器。如果为了获得更好的性能，特别是载波受到CDMA或WCDMA信号调制时，可以增加一个相关接收器用以处理RFID反向散射信号。相关接收器可采用输出信号的副本和接收到的RFID反向散射信号进行相关处理，在噪声环境性可以获得更好的性能，还可增加读取距离。
[0027]本实施例对手机硬件的影响很小，具有低成本优势。仅需增加一个把原始或解码的ID信息流传输到控制器的连接方式。该链接可以是USB、串口或控其他接口。由于调幅接收机7灵敏度不高、频率不可选，且容易受到噪声干扰(如外部或者手机自己发射信号的相位噪声)，其主要缺点是识别距离较短。
[0028]实施例二
如图2所示，采用的移动设备为手机1，与实施例一相同，包含控制器2、频率合成器3、功率放大器4和天线5。在手机I中增加了一个相关下变频器10，包含天线8，混频器11和基带放大器12。手机频率合成器3的输出信号通过耦合方式(直接耦合、环形器或者其它方式)输出至混频器或者正交下变频器11。同样，接收的ID和数据可传输至手机控制器中加以利用。
[0029]本实施实例不易被外部噪声或者相位噪声所干扰，工作频率可选，带外噪声可以消除，从而具有更高的灵敏度。带内噪声可通过与手机发射的本振信号副本进行混频的方式抵消。
[0030]实施例二和实施例一相比成本要高一些，并且需要和手机硬件有更高的集成度。除和手机控制器相连外，还需要连接手机的射频部分，需要采用直接耦合器、环形器或其它方式用来获取少量的手机频率合成器产生的发射信号，并用于下变频器对标签反射信号进行混频。
[0031]本发明可在如下场合应用，如通过扫描商品上的电子标签以验证真伪，或者扫描广告牌上嵌入的电子标签以从网上获取该商品的更多信息，也可以用来直接对该广告商品下订单等。显然，该技术可以用到其它任何需要RFID阅读器的场合，如工业或商业场合中供应链管理和物品跟踪领域。
[0032]本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种移动式阅读器，其特征在于:移动设备的控制器(2)连接接收机模块，移动设备的射频部分作为前向链路发出信号激活UHF TTO标签(6)，UHF TTO标签(6)反射信号通过接收机模块检测反向散射的标签ID和数据并输入移动设备的控制器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述移动设备为手机(1)，包括控制器(2)、频率合成器(3)、功率放大器(4)和天线(5)，频率合成器(3)连接控制器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述接收机模块为调幅接收机(7 )或相关下变频器(10 )。
4.根据权利要求3所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述调幅接收机(7)包括天线(8 )和调幅检测放大器(9 )，调幅接收机(7 )通过外接或者嵌入方式安装于手机(I)上。
5.根据权利要求3所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述相关下变频器(10)包含天线(8)、混频器或正交下变频器(11)和基带放大器(12)，手机频率合成器(3)的输出信号通过耦合方式输出至混频器或者正交下变频器(11)。
6.根据权利要求1所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述射频部分作为前向链路发出信号为手机通信信号、WIFI信号或蓝牙信号，手机(I)的通信信号通过编程发射一个非调制载波信号或者让手机发送一个虚假呼叫或虚假短信以激活电子标签。
7.根据权利要求6所述的一种移动式阅读器，其特征在于:手机(I)的通信信号还包括CDMA或者WCDMA调制载波。
8.根据权利要求1所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述的UHFTTO标签(6)采用的 TTO 协议为 IS0/IEC 18000-6D、IS0/IEC 18000-64 或 IP-X 协议。
9.根据权利要求1所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述接收机模块检测到的反向散射的标签ID和数据直接传输到手机(I)控制器(2 )的硬件接口上并通过软件进行解码，或者将反向散射的标签ID和数据进行解码并将解码后的信息通过USB接口或串口传输至手机(I)。
10.根据权利要求1所述的一种移动式阅读器，其特征在于:所述标签工作在850MHz、900MHz、1800MHz或1900MHz的一种或者几种频率组合上。
【文档编号】G06K7/00GK103942513SQ201410108966
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】韩德克, 章伟, 张义强, 田果成, 邱运邦, 徐虎 申请人:爱康普科技（大连）有限公司