专利名称：反冲突标记装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含一个读取器/写入器(后面指”读取器”)和发射机应答器(标记)的射频识别装置(RFID)。
这样的装置形成射频加标记系统的基础，其中在可被读取字段内的标记数量仅由唯一的位组合的数量来限制，其中位用来定义识别每个标记的一个代码。另外，二个或多个标记可定义一个有同样的位组合或部分位组合的一个集合，并且这些可同时被选择。这可以是这样的情况，当为了写入它们，或禁止它们，或否则为了修改它们的功能定址他们，故意给这样的组合或部分组合的标记发送数据。
在操作中，一个RFID读取器将试图用一个或多个在读取器的发射区域内的RFID标记通信。读取器发送一个预定信号(后面指“字段”)并监视该信号。响应该信号的标记以一个由读取器识别的预定的方式调制它。然而，如果在发射区域内有数个标记，对单独的标记来说，用仅仅一个标记甚至解密他们对被发射的信号的反应，这是困难并耗时的。
以前的系统通常通过与一些装置一起与单个标记“对话”，例如，通过二进制选择，有时通过使用随机并借助于标记被引入该区域的稍稍不同的时间，或通过字段的发射(方向控制)或通过字段的修改或使用复杂算法来解密覆盖数据，试图实现信号的反冲突。
这些系统在同一时间“对话”的不止一个标记所阻碍。
过去，系统已经试图解密由在同一时间“对话”的多个标记引发的覆盖数据，或依靠随机发射至在时间主域中的分离信号，或使用一个字段发射，或引导一个耗时的二进制搜索来孤立单个标记。为了证实没有数据错误，通常标记需要被读取二次或者甚至三次。
根据本发明的一个方面，提供了一个包含多个标记的射频标记和一个发送信息至该标记以及从该标记接收信息的收发器的装置，其中每个标记分配一个包括预定数量的位的识别字，该标记包括用来选择性地调制从收发器接收到的信号的装置，收发器包括用来发送包括多个部分的讯问信号的装置，其中每个部分对应于识别字的一个预定位或位序列，并用来实际上在同一时间讯问标记，以识别在预定位或位序列有给定值的某个标记或多个标记的出现，以响应标记提供的调制信号。
根据本发明的另一方面，提供了一个方法，它通过为出现在目标区域中的标记有选择性的调制，从收发器发出讯问信号，来检测标记在某个目标区域内的出现，每个标记分配有一个包括预定数量位的识别字，该方法包括从收发器发送一个包括多个部分的讯问信号，每个部分对应于识别字的一个预定位或位序列，并能够传递该位或位序列的给定值，其中在预定位或位序列有该值的标记被配置来调制该信号，该调制用来识别那些标记的出现。
根据本发明的另一方面，提供了一个射频标记识别系统，包括一个接收器/发射器和发射机应答器，调整发射机应答器在同一时间启动通信并被同时讯问和逐渐消除讯问。
本发明是高效迅速的方式交互式地孤立标记的另一种替代方法。
操作是这样的，二个或多个发射机应答器能够在同样的字段以这样的方式，即以数据位形式的信息可以被接收并发送至标记而不被破坏的方式同时运行。这已知为反冲突。
与以前的系统相反，除非容许标记在同一时间“对话”并主动地使用“冲突”而不是要避免冲突，本发明将不能工作。
而且，描述的本发明的系统是自检的。不仅读取器检查标记输出，而且标记也检查读取器输出，并且一旦有错误将放弃。这种自我检查意味着标记只需要读取一次，并且是安全的。
现在将只用实例的方法并参考附图描述本发明。
图1是一个数据位流，用于依照本发明的设备中；图2是另一个数据位流，用于依照本发明的设备中；图3是另一个数据位流，用于依照本发明的设备中；图4是一个RFID“读取器”的方框图，用于依照本发明的设备中；以及图5是一个RFID“标记”的方框图，用于依照本发明的设备中。
在本发明的一个实施例中，要求所有活动标记在同一时间启动通信，形成一个“冲突”，并被同时讯问和逐渐消除。在这种情况下，标记通信被一个搜索模式同步，但这可以被任何其它形式的同步所同步。没有收到有效搜索模式的标记不发送任何数据。
本发明考虑为同步冲突可能更好。对于读取器使用100％的调制字段同标记通信是正常的。为了启动一个搜索模式，读取器发送一个称为“启动搜索模式”的数据模式。这被所有的标记理解为一个启动搜索命令。还有另外一个已知为“新扫描模式”的模式，它在整个搜索中发出一个新扫描信号。每次扫描代表一次对在可及范围的标记的单个询问，并且需要扫描数量等于标记数量加一以识别每一独立标记的出现。一次搜索将一般包括由与字段中的标记一样多的扫描和附加的最后一次扫描，当没有标记响应时，最后一次扫描可以中断。本例中的上述“启动搜索”和“新扫描”模式由它们的持续时间来探测，但可以是任何兼容的可区别的模式。
如果标记接收到“启动搜索模式”，才容许参与一次搜索。这与其它事情防止后来者干扰搜索。有效接收启动搜索模式之后，该标记即是处于活动状态。接着该读取器发送该询问的脉冲序列。在本实施例中，脉冲长度决定该询问脉冲的二进制值，但可以使用另外一个可替代的诸如脉冲码调制的编码方案。标记使用振幅调制，然而，可以使用诸如相移键控的替代方法。
一次“搜索”将由几次“扫描”组成。每次扫描将选择一个单独的标记或共享同一地址的标记集。不同地址标记的搜索的正常序列将显示如下。这里示出三种状态。它们是“活动”状态，在这种情况下，该标记将参加搜索，“静止”状态，在这种情况下，该标记将等待另外一次扫描，和“非活动”状态，在这种情况下，该标记要么没有收到一个“启动新搜索”模式，要么已经参加到一搜索中并已被清除(写入和/或读取)。
在字段中识别标记的步骤次序如下；(a)读取器发射一个“启动搜索模式”提醒在该字段中的所有标记将有一次搜索-在范围内的所有标记进入“活动”状态。
(b)识别字的位数量，或位序列，或者如果一个集将被识别已减少的数量的对应标记的询问脉冲(部分)序列，被读取器发出，活动标记交互式响应该读取器，并且仅有一个标记(或共享同一地址的标记集)被渐渐消除。数据可能被写入已选择的任何一个标记/几个标记。然后这样选择的任何标记将进入非活动状态，直到下一个“启动搜索模式”命令。在一位接一位(或位模式接位模式)基础上不能被选择的标记，一旦不能通过这样的询问，就进入静止状态。
(c)读取器发出一个“新扫描模式”-所有处于静止状态的标记再次进入活动状态。没有收到“启动搜索模式”或没有被选择(读取)的标记保持非活动状态。
(d)读取器循环至上面“b”。在n+1个循环，该读取器探测到没有另一次标记交互并结束当前搜索。
在发送一个“启动搜索模式”之后，读取器发出一个脉冲。随着脉冲持续时间增加，脉冲持续时间通过一个名为0调制窗(MW-0)的时间区间，在MW-0，在第一个位位置有0的所有活动标记，必须通过开启它们的调制字段的调制器来回答。缺少可探测的反应，读取器将继续脉冲的持续时间。随着脉冲持续时间的增加，脉冲持续时间通过一个名为1调制窗(MW-1)的区间，在MW-1，在第一个位位置有1的所有活动标记，必须通过开启它们的调制字段的调制器来回答。(后面将解释位模式(如00,01,10,11)如何能替代单独的位。)图1示出了这样一个实例，即启动搜索模式跟着三个MW-0窗的发送，它由读取器发送。
在本实施例中，一个标记在问到它的下一位是否为1之前，将总是被问到它的下一位是否为0。通过在同一时间调制该字段，哪里有不止一个标记回答，该字段的调制将增加。读取器内的逻辑一般将根据出现在MW-0窗的调制探测，不延长脉冲来传送一个MW-1窗。在MW-1调制窗不发送的地方，在那个位置有1的任何活动标记被编程为进入静止状态，直到收到一个“新扫描模式”命令。在该位置没有活动标记有0的情况下，读取器将延长脉冲直到位置“1”，在该位置有一个“1”的所有活动标记将保持活动状态。脉冲之间的空隙被标记用来将进度顺序通过位。读取器传送下一个询问脉冲等等。以这样的方法，读取器能进行一个高效的二进制清除，这样它只需要一个“启动搜索模式”或一个“新搜索模式”，跟着有与标记类型中的位一样多的脉冲。
在本实施例中，在标记数据和标记地址之间没有区别。标记数据，如果出现的话，可以放在标记地址的尾部或在可定址块。一旦单个标记被孤立，同样的过程能被重复来读取任何标记数据，如果出现的话，然而，一旦消除了冲突的可能性，标记数据能用传统的方法，如曼彻斯特编码或阶段变化调制来读取。本发明的关键是用已描述的方法孤立单个标记(或同一地址或部分地址的标记集)的自我检查“反冲突”方法。
一个标记可以收到一个启动搜索模式或一个新扫描模式并参与，但在读取器的读取范围之外。在这种情况下，标记本身探测到读取器传送中的明显的不一致性。例如，刚刚已调整了一个0窗的标记将期望脉冲中止，而不是继续到1调制窗。在这种情况下，该标记将处于静止状态并等待一个新扫描模式。这就是自我检查，也是系统的优点。
当单个标记或标记集已经成功地被孤立和识别。读取器也可以给它写入数据(假设标记有EEROM或EPROM)。一旦读取，该标记可以预编程保持无声，直到要么该字段被移走，或要么标记收到一个新“启动搜索模式”命令。接着读取器一般将传送一个“新扫描模式”命令并继续读取和清除标记，直到没有标记为止。“新扫描模式”唤醒在前次扫描中已被清除但没被读取的处于”静止状态“中的任何标记，容许它参加下次扫描。每次扫描一般将识别一个唯一的标记，这样一般将有与在字段中标记一样多的扫描，并且将不产生结果的最后一次扫描可以较早中止。
读取器以发送一个搜索模式开始。接着读取器开始传送一个脉冲。如果没有标记调制脉冲的0窗，读取器将推断在字段中没有第一个位位置是0的活动标记。在这种情况下，读取器将继续该脉冲至包括一个1调制窗。在该字段中在这个位置有1的任何标记将在这个窗开始调制，并将继续处于活动状态。在第一位的情况下，如果没有一个窗被调制，读取器将推断没有标记处于范围内。
假设第一位在0调制窗(MW-0)被调制并且读取器在1调制窗前停止脉冲，在这个位置上有一个1的任何标记将处于静止状态，直到收到一个“新扫描模式”或一个“启动搜索模式”命令。该读取器继续到第二位等等，直到它到达最后一个位位置并且一个独立的标记(或标记集)已经被孤立。在一个标记已被识别并清除后，读取器将启动一个新扫描。(“标记集”的重要性在于这样一种可能性，即一个特殊标记集能被切断，或者如果设备容许，被写入或否则以一种特殊方式来表现。还有一种类型的读取器调制可以插入-如通过脉冲延长至1调制窗之外或被极其小型脉冲插入-来使得该集合知道它已被选择。)在这种方式下，读取器将每64位脉冲检测一个64位标记(不包括“启动搜索模式”和“新扫描模式”)。这是一个高效算法。
图2和图3示出在读取器上接收到的信号，响应由读取器传送并由标记调制的信号。
参照图2，将发现脉冲A,B,C在“0”调制窗(MW-0)都已被调制。这是通过跟随MW-0的信号级的下降来代表。这显示出在字段中至少有一个活动标记，它的前三个位置上有一个“0”。实例示意出在图1中的“启动搜索模式”为一个长脉冲。实际上在该字段中一个长间断更为常见。它重置所有标记。
在图3中将看到第一个脉冲(A)被至少一个在第一个位置上有一个“0”的标记调制。第二个讯问脉冲(B)显示没有一个在该位置上为“0”的活动标记。结果是，读取器已继续脉冲，容许在该位置上有一个“1”的活动标记来响应和调制“1”调制窗，并保持活动状态。在这种方式下，标记被逐渐读取并清除。
在本实施例中，标记字段调制是振幅调制(ASK)，但也可使用相位调制(PSK)，频率调制(FSK)或任何可探测形式的调制。
在本实施例中，为了简单起见，单独位已被讯问，尽管象00,01,10,11之类的位模式能被讯问。在下面的位模式的例子中，00,01,10,11，这能通过使用4个可能的代表4个可能的组合的调制窗来实现。然后象前面一样实现该操作。第一个调制窗可能是00。在执行讯问的阶段有这种位模式的任何活动标记将被要求调制该窗并保持活动状态。这将清除有位模式01,10和11的位模式的标记。如果没有标记有00模式，读取器将延长该脉冲来包括下一个调制窗并继续，如同检测“0”和“1”位的情况一样。因为读取器不需要调制该字段那么多次，有一些速度上的优势。随着位模式增加超过2-3位，将在速度优势上越加困难，如果位模式更大，整体速度将逐渐消失。
图4和图5是用于本发明的传统设备的方框图。
权利要求
1．一种射频标记装置，包括多个标记的和一个收发器，收发器用于发送信息至标记和从标记收取信息，其中每个标记分配一个包括预定数量位的识别字，该标记包括用来从收发器选择性地调制一个信号的装置，收发器包括用来发送包括多个部分的讯问信号的装置，其中每个部分对应于该识别字的一个预定位或位序列，响应由这些标记提供的调制信号，用来实际上在同一时间讯问标记，以识别在预定位或位序列上有一个给定值的一个标记或多个标记的出现。
2．如权利要求1的装置，还包括一个天线组，一个射频发射机应答器，一个外部数据通信口和一个电源。
3．如权利要求1或2的装置，能够为天线应用生成调制的射频功率施加到天线上。
4．如上述权利要求任一个的装置，在每个标记包括一个导电的环形天线或电容器，它能将电能转换为电场来与发射机应答器通信，并在某些情况下给发射机应答器提供电力，其中这种电力不来自发射机应答器内部的内部电池或轻电池。
5．如上述权利要求任一个的装置，在每个标记包括一个天线，它能将收发器的信号功率转换为一个RF场来与与发射机应答器通信。
6．如上述权利要求任一个的装置，包括为了进行二进制搜索，在先前与标记通信的逻辑输出的基础上决定调制属性的装置。
7．如上述权利要求任一个的装置，包括用来探测任何标记施加场的调制的装置，包括一个解调器和一个振荡器，其中调制信号被发送至逻辑块中的一个处理器并在逻辑处理器中数字化和评估。
8．如上述权利要求任一个的装置，该标记或数个标记包括信号获得装置，一个整流器，一个有滞后的限流器，一个时钟提取器，一个数据提取器，一个解调器和一个逻辑部件。
9．如权利要求8中的装置，其中信号获得装置包括一个获得线圈。
10．一种通过从收发器发送讯问信号在目标区域检测标记的出现用在目标区域出现的标记选择性调制的方法，每个标记分配一个包括预定数目位的识别字，该方法包括从收发器发送一个包括多个部分的讯问信号，每个部分对应于识别字的预定位或位序列并能够转移该位或位序列的给定值，其中配置在预定位或位序列有给定值的标记来调制信号，该调制用来识别那些标记的出现。
11．如权利要求10中的方法，其中有一个独立识别字的一个标记或多个标记的出现通过发送有对应识别字的所有位的部分的讯问信号来检测。
12．如权利要求10或11中的方法，其中每个部分包括第一部分，它用来讯问标记以决定相关位或位序列是否有第一值，和第二部分，它用来讯问标记以决定相关位或位序列是否有第二值。
13．如权利要求12中的方法，其中如果一个部分用来讯问标记以决定相关位或位序列是否有第一值，则第一部分发送，如果该部分用来讯问标记以决定相关位或位序列是否有第二值，那么第一和第二部分发送。
14．如权利要求10至13中的方法，其中在预定位或位序列没有该值的一个标记忽略后来的信号，直到收到一个激活或唤醒信号。
15．如权利要求10至14中的方法，其中通过在讯问信号后发出下一个位从发射机应答器中读取或向发射机应答器写入一个标记的数据位，然后其中的标记静止活动并忽略后来的信号直到收到一个激活信号。
16．一个射频标记识别系统，它包括一个接收器/发射器和发射机应答器，它们适合在同一时间启动通信并被同时讯问和逐渐消除讯问。
全文摘要
本发明涉及包含一个读取器/写入器和发射机应答器(标记)的无线电通信频率识别(RFID)装置,这样的二个或更多的发射机应答器能够在同一场同时操作,使得数据位形式的信息可以从这些标记中接收或发送至这些标记而不受损坏。
文档编号G06K17/00GK1313974SQ99809918
公开日2001年9月19日 申请日期1999年6月22日 优先权日1998年6月22日
发明者乔治·伦纳德·鲍威尔 申请人:乔治·伦纳德·鲍威尔, 羽田钢筋混凝土管株式会社