专利名称：一种用于确定一个表面声波识别标签上的标识符的传输功能系统及其操作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种用于确定一个识别标签上的标识符的系统，特别地，涉及一种用于确定一个表面声波(SAW)识别标签上的标识符的传输功能系统。
背景技术：
为了处理和克服在现有射频识别(RFID)标签技术中关于成本、数据容量和可靠范围的现存的内在限制，提出了一种新的RFID标签技术。该项新技术利用表面声波(SAW)设备作为识别标签，在与本发明共同转让并在此参考引用的Hartmann、Clinton S.(“HartmannOne”)的标题为《有增强数据内容的表面声波识别标签及其操作和制造方法》的美国专利申请序列号第10/024,624号中对其进行了详细描述。在同样与本发明共同转让并在此参考引用的Hartmann、Clinton S.(Hartmann-Two)的标题为《按相位和时移键控的调制及其使用方法》的美国专利申请序列号第10/062,833号中详细描述了用于对涉及同步相位和时移调制的SAW标签中的数据进行编码的原理。在同样与本发明共同转让并在此参考引用的Hartmann、Clinton S.(Hartmann-Three)的标题为《通过将每组多脉冲与同步相位和时移键控相结合的调制及其使用方法》的美国专利申请序列号第10/062,894号中详细描述了通过将每组多脉冲调制与同步相位和时移调制相结合以用于对数据进行编码的原理。在依然是与本发明共同转让并在此参考引用的Hartmann、Clinton S.(“Hartmann Four”)的标题为《用于高信息容量SAW识别标签的阅读器及其使用方法》的美国专利申请序列号第10/066,249号中详细地阐明了额外的关于SAW识别标签和SAW识别标签阅读器的相关信息。
被询问的RFID标签响应于询问信号，反射或转发一个无线电信号。该返回的或应答的信号包含当被解码时，识别所述标签和任何与该标签有关的物品的数据。用作识别标签的SAW设备上可以使用大量数据来编码。当依照某个电子产品编码(EPC)规范，使用64或96比特的数据进行编码时，如果这种标签将是有用的，则需要一种从远处精确识别该标签的可靠系统和过程。
在用户有大量物品、每个物品有其自身唯一的识别标签的情况下，可以很好地理解这一问题。为了在大量物品中识别一个特定的物品，用户将发送一个被每个物品上的标签同时接收的询问信号。当每个标签响应于所述询问信号时，将有大量的数据，从中必须隔离和识别来自单个标签的信号。因此，以能够轻易地互相辨别SAW标签的方式来对标签编码是很重要的。需要一种可用于使用唯一的数据对SAW标签进行编码的系统，其中所述数据可从在其它SAW标签上编码的数据中轻易地被辨别。
因此，现有技术中需要的是一种用于确定在可被轻易地解码以识别与其有关物品的SAW识别标签上编码的唯一标识符的可靠系统。
发明内容
为了处理上述讨论的现有技术的不足，本发明提供了一种用于确定一个表面声波(SAW)识别标签上的标识符的传输功能系统以及一种操作该系统的方法。在一个实施例中，该系统提供(1)产生一个射频(RF)询问信号，其引起位于压电衬底上的换能器产生一个初始声脉冲，其反射于多个按时间和相位放置于所述衬底上的反射器，以产生多个响应声脉冲，其中所述换能器从所述多个响应声脉冲中产生一个RF响应信号；以及(2)考虑预定的时间、相位和振幅参数，通过解码所述RF响应信号来确定所述标识符。
因此，本发明提供了一种用于确定在一个SAW识别标签上编码的唯一标识符的系统。该系统利用了作为无源器件的SAW标签的某些已知特征，以产生当被询问信号激励时，在特征上可预期的响应。因为所述询问信号包括某些会被位于SAW标签上的反射器可预计地影响的预定特征，分析该反射的响应信号将显示出SAW标签的配置。也就是说，响应信号包括传输给询问信号的SAW标签特征。这样，由于询问脉冲的特征是已知的，针对询问脉冲的可能的SAW标签响应也是已知的；从而允许根据由SAW标签传输给询问信号的信息来识别特定的SAW标签。
在本发明的一个实施例中，RF询问信号的载波频率约为2.44GHz。当然，任何其它的载波频率可以使用并且也在本发明预期的范围之内。在一个特别有用和通用的实施例中，本系统在衬底上提供了一组反射器位置。该实施例的特征之一在于提供了位于衬底上的多个这样的组。而另一特征在于提供了由21个反射器位置组成的一组，其中以最少相互间隔十个反射器位置来放置两个反射器。在另一特征中，所述组由16个反射器槽位置组成，其中放置单个反射器。
在本系统的一个实施例中，在衬底上有十四组反射器位置。本实施例的有用特征在于在识别标签上可以编码多达80比特的数据。在本发明的另一实施例中，在衬底上有十九个组，允许在识别标签上编码多达112比特的数据。
前述内容概述了本发明的首选和替代的特征，以便那些对技术熟悉的人可以更好地理解下述的本发明详细描述。此后将描述组成本发明权利要求的对象的本发明附加特征。那些对技术熟悉的人应当意识到他们可以轻易地使用公开的概念和特定的实施例作为设计或修改用于执行本发明相同目的的其它结构的基础。那些对技术熟悉的人还应当意识到这种等价的构造并不背离本发明的精髓和范围。
为了更完整地理解本发明，现在结合附图来参考下述的描述，其中附图包括图1表示一个通常是可用作射频识别(RFID)标签的类型的表面声波(SAW)标签；图2表示一个利用衬底上的十四组反射器位置来编码达80比特数据的SAW标签的实施例的典型布局；以及图3表示一个利用衬底上的十九组反射器位置来编码达112比特数据的SAW标签的实施例的典型布局。
具体实施例方式
首先参见图1，表示的是一个通常是可用作射频识别(RFID)标签类型的表面声波(SAW)标签100。图示的实施例提供了一个发射射频(RF)询问信号110的阅读器天线105。该RF信号110被标签100上的天线115接收并激励位于压电衬底130上的换能器120，以便它产生一个初始声脉冲140。当初始声脉冲140向下移动到衬底130的表面135时，它遇到位于其上的多个反射器150，导致初始声脉冲140的部分被反射。该被反射的脉冲在此被称为响应声脉冲160。
图示实施例的特征之一在于，依照时间和相位位置，在衬底130上放置多个反射器150以产生多个响应声脉冲160。当换能器120接收到这些响应声脉冲160时，产生了一个RF响应信号170，该信号通过天线115发射以被阅读器天线105检测。然后阅读器(未画出)考虑在响应声脉冲160中检测的预定时间、相位和振幅参数，利用在此描述的系统来确定所述标识符。
这样，本系统定义了一个由它的“传输功能”在SAW标签100上编码的标识符；也就是说，由SAW标签100对询问信号的脉冲响应来确定所接收的信号。由系统的传输功能方法来定义SAW标签100是一种适当的方法，因为SAW标签100是无源器件，其与来源于碰撞信号的能量起反应并将其反射。因为在SAW标签100上编码的标识符是唯一的，响应信号170也将是唯一的，在其上编码的数据可以根据SAW标签100的传输功能而被唯一地确定。因此，向询问信号110传输了SAW标签100的特征，其出现在RF响应信号170的模式中，定义了嵌入SAW识别标签100中的编码。
当与更经常使用的用于定义信号响应的“空中接口”方法相比较时，使用传输功能方法来定义SAW标签100响应的效率是明显的。使用空中接口方法，不参照发射或响应设备来定义信号，如果这两个设备都是有源的情况下这是合理的。然而，在SAW标签100的情况下，使用空中接口方法来定义信号还将必须要求分析SAW标签100对询问信号110的影响，因为SAW标签是无源的并且只响应于信号激励。因此，通常的依赖于空中接口技术来定义SAW标签100的信号处理方法将要求把传输功能嵌入于询问信号110以及伴随的响应信号170的定义中。
在描述SAW标签100的详细内容时，空中接口方法将是低效的，因为它将过多地指定用于识别目的的基本要求。由传输功能来指定SAW标签100允许在设计SAW标签阅读器时使用多种方法，因为对可使用的询问信号110的类型没有限制，而只有询问信号110必须符合适当的政府颁布的辐射要求这一条实际约束。在该约束下，可以使用将产生带有足够信息的响应信号170的任何信号，以检测嵌入于SAW标签100中的反射模式。像，例如(i)独立的窄脉冲(例如冲击脉冲)；(ii)用于检测多个独立音调的返回振幅和相位的频谱测量；(iii)扫频(例如线性调频脉冲)信号；以及(iv)编码(例如直接序列)扩展频谱信号这样的询问信号都可以用作询问信号。
因而，本发明提供了一种用于确定在一个SAW识别标签100上编码的唯一标识符的系统，当其被各种类型的询问信号激励时，利用SAW标签100的已知特征来产生特征上可预期的响应。由于位于SAW标签100的表面135上的多个反射器150对响应特征的影响是可预计的，对该反射的响应信号170的分析显示了对被询问SAW标签100而言唯一的配置。在本发明的一个实施例中，RF询问信号110利用的载波频率约为2.44GHz。当然，可以使用任何其它的载波频率，并且只要当使用任何这种其它的载波频率时按照SAW100传输功能来描述SAW标签100的特征，任何其它的载波频率也在本发明预期的范围之内。
在本发明的一个实施例中，根据时间、相位、振幅和数据顺序的外部可观察数值来定义SAW标签100的传输功能。作为外部可观察数值，时间与多个RF响应信号170之间的时间有关，并且暗示了该时间考虑了在两个反射器150之间(或在一个换能器120和一个反射器150之间)的内部往返传播移动的时间。如果在两个反射器150之间的内部传播时间为t秒，则外部可观察值为2t秒。在阐明SAW标签100的结构时，通常指定时间与询问信号110脉冲持续期间相关。因此，表示为0.1T的值指的是等于询问信号110脉冲的持续期间十分之一的持续期间。除非另有指定，通常认为时间是从脉冲的中心开始测量。
在考虑外部可观察相位值时，必须结合考虑在询问信号110、由换能器120传播的初始声脉冲140、被反射的RF响应信号170中的内部反射相位和相位偏移。由内部传播而产生的相位偏移依赖于询问信号110的载波频率，如上所指出的，出于说明本描述的目的，该频率被假定为2.44GHz(ISM频带的中心)。然而，如那些掌握相关技术普通技能的人将会理解的，如果不同的载波频率被用作询问信号110，必须相应地调整外部可观察相位值。
为了按照SAW标签100的结构参数来定义外部可观察的RF响应信号170，假定初始声脉冲140的振幅为1.0并且有一个用于被反射的响应声脉冲160的相对值，以指定RF响应信号170的振幅。任何指定的脉冲振幅必须考虑传播衰减、反射系数和传输损耗的任何内部情况。
当使用外部可观察值来定义SAW标签100的传输功能时，有必要做出关于数据和数据字段如何在信号中表现的某些假设。为了本描述起见，假定将把最低有效位(lsb)放置于右边，把最高有效位(msb)放置于左边，这意味着数据的传输顺序将首先是msb。如那些掌握相关技术普通技能的人将会理解的，可以做出关于数据和数据字段如何在信号中表现的不同假定，并且它们也在本发明预期的范围之内。
本发明的一个特别有用和通用的实施例为所述系统在衬底130上提供了一组180反射器位置190。因此，可以设计SAW标签100以根据由在一组180预定反射器位置190中的反射器150位置定义的SAW标签100的传输功能来产生外部可观察值。在本发明的一个实施例中，本系统提供了一种用于一组180二十一个反射器位置190的编码算法，其中以最少相隔十个反射器位置190来放置两个反射器150。所述两个反射器150被分隔最少10个反射器位置190以避免在响应声脉冲140之间的显著重叠。通过增加脉冲之间的反射器位置190的数量，可以获得额外的脉冲间隔。如下文中将解释的，该“21之2(2-of-21)”实施例提供了编码多比特数据的能力，其可用少量响应声脉冲140解码。尽管其它编码算法可能允许在更少的空间中编码更多的数据，所述“21之2”系统有编码简单、灵活和在响应声脉冲140的振幅中提高一致性的可能这些优势。
为了帮助从SAW标签100上的一组180紧密相间的位置190中确定并选择反射器位置190，相邻位置190为反射的响应声脉冲140提供了不同的相位值。表1定义了使用21之2系统来编码的实施例分配的反射器位置190和相对反射相位。
表1二十一个位置编码组
本实施例提供了额定间隔等于询问脉冲宽度(被表示为一个时间单位)的百分之十的反射器位置190。如那些掌握相关技术普通技能的人将会理解的，其它的相位、时间和反射器位置190可以使用，并且也在本发明的预期范围之内。
有二十一个可能的位置190和在反射器150之间十个位置190的最少间隔，有66个数据组合可使用两个响应声脉冲160来解码。如下表2所示，可以使用这些组合中的六十四个来代表6比特的信息。
表2二十一之二数据编码
另一种有用的编码算法是16之1(1-of-16)编码格式。该格式提供了位于十六个发射器位置190之一的单个反射器140，并且可用于编码四比特的数据。表3列出了本算法一个实施例的每个位置190的相位值和每个这种位置190所代表的代码。
表3十六个位置编码组
现在参见图2，表示的是一个SAW标签的实施例的典型布局200，其利用衬底上的十四组210反射位置以编码多达80比特数据。在图示实施例中，前十二组210使用21之2编码，而后两组210使用16之1。这样，所述十四组210提供了80比特的数据编码(12×6加上2×4＝80)。如那些掌握相关技术普通技能的人将会理解的，可以构造所述80比特数据以提供64比特的代码(如相关电子产品编码(EPC)规范所要求的)，而留出16比特数据以用于误差校验、帧与相位同步和SAW标签的版本信息。
在图示的布局200中，前序码220在数据组230之前，并提供例如帧与相位同步的功能以及提供用于SAW标签版本信息的数据空间。由时间值215(被标记为t1至t14)分隔所述十四组210。每个时间值215的期间表示在一组210的最后一个反射器位置的中心到下一组210的第一个反射器位置的中心之间的时间。同时示出了时间延迟值216(被标记为延迟0)，在反射器可以向询问信号产生一个响应声脉冲之前。该延迟提供了询问信号的SAW标签响应和其它相对高能反射之间的间隔。还提供了一种方法以在SAW标签的各个类别之间进行辨别。例如，仓库用户可以识别三种主要的应用，诸如板(palettes)、箱(cases)和项(item)。为了在存在一个或多个某一类的标签时最大化检测另一类标签的能力，可以建立初始延迟的差异量。识别SAW标签版本的其它方法包括前序码220格式化和误差校验。在前序码格式化的情况下，可通过修改前序码脉冲间隔、相位编码或其组合来定义不同的版本。在误差校验的情况下，如果在假定某个版本时不能获得有效的校验和，可以使用别的假定版本来处理返回的信号，直到有效的校验和产生。
一种用于辨别SAW识别标签的有利方法是扰乱SAW识别标签上的数据和数据字段。当使用连续的编码数来制造一系列SAW识别标签时，由两个连续编号的SAW标签返回的响应信号之间的差异将是最小的。为了促进在相似编码的SAW标签之间进行辨别的能力，可以扰乱在其中编码的数据以给SAW标签上的每个代码产生差异较大的脉冲模式，而无需改变例如报头、目标和msb这种数据。使用不同的脉冲模式将有助于在SAW标签的整体中识别各个SAW标签。通过增加扰乱的脉冲间隔可以获得更多的益处。
为了说明扰乱的概念，假定产生了一系列SAW标签，在其上编码了64比特的数据和16比特的误差校验，总有效载荷为80比特。在将80比特有效载荷编码为除了B0、B1、B2、B3和EC之外的所有字段之前，通过用B0和B1的十二比特来逐比特“异或”其它字段来扰乱其它字段。通过B0与B1的循环移位，可以产生多种版本的扰码。SN0-i的名称表示循环移位至B0的i比特位置的左边(B0的lsb出现于左侧的i比特位置)。相似地，B1-i的名称表示循环移位至B1的i比特位置的左边。表4识别被扰乱的字段和用于扰乱各个字段的B0或B1的特定移位值。在40比特的代码字S的子字段中指定扰乱处理的输出代码。子字段S0至S5的长度为六比特，而子字段S6的长度为四比特，这是通过异“或”B10和B0的四个lsb而产生的。
表464比特扰乱处理 扰乱SAW标签代码以给一系列紧密相关的标签中的每个代码产生差异较大的脉冲模式，而不管某些字段将是相同的这一事实。使用不同的脉冲模式将有助于在各个SAW标签的全体中识别这种标签。选择B0和B1字段用于图示例子中的扰码，因为假定它们将在SAW标签的一个全体到另一个全体之间变化。为了避免在多个字段中使用相同的扰码，移位代码以在S0到S6中产生不同的代码。这样，即使未扰乱的字段可能是相同的，被扰乱的代码也不会是相同的。
表5示出了64比特数据代码的SAW标签响应信号格式。按顺序B0至B3后接被扰乱字段S0至S6，来传输表5所示的64比特代码普通字段。16个误差校验比特的传输将在64比特数据字段之后。
表564比特未扰乱 假定B0和B1(像经过误差校验连续验证那样)被正确地接收，通过倒转在扰乱中使用的处理可以使扰乱的字段恢复原状，如表6所示。
表664比特去扰乱处理 现在参见图3，表示的是一个SAW标签的实施例的典型布局300，其利用十九组210反射器位置来编码多达112比特数据。图示实施例提供了前十二组210使用21之2编码，而最后两组210使用16之1。这样，所述十四组210提供了80比特的数据编码(12×6加上2×4＝80)。十八组21之2编码加上一组16之1编码提供了112比特的数据，这可编码96比特的EPC代码和16比特的误差校验。编码本实施例基本上与编码图2所示的实施例相同。
尽管详细描述了本发明，那些对技术熟悉的人应当理解他们可以在此做出各种变化、替换和更改，而不背离本发明最宽泛形式的精髓和范围。
权利要求
1.一种用于确定一个表面声波(SAW)识别标签上的一个标识符的系统，其包括产生一个射频(RF)询问信号，其引起位于压电衬底上的换能器产生一个初始声脉冲，其反射于多个按时间和相位位置放置于所述衬底上的反射器，以产生多个响应声脉冲，所述换能器从所述多个响应声脉冲中产生一个RF响应信号；考虑预定的时间、相位和振幅参数，通过解码所述RF响应信号来确定所述标识符。
2.如权利要求1中所陈述的系统，其中所述RF询问信号的载波频率约为2.44GHz。
3.如权利要求1中所陈述的系统进一步包含在所述衬底上的一组反射器位置。
4.如权利要求3中所陈述的系统，其中有多个所述组位于所述衬底上。
5.如权利要求3中所陈述的系统，其中所述组由21个所述位置组成，其中以最少间隔十个反射器位置来放置所述多个反射器中的两个反射器。
6.如权利要求3中所陈述的系统，其中所述组由16个所述位置组成，其中放置单个反射器。
7.如权利要求4中所陈述的系统，其中十四个所述组位于所述衬底上。
8.如权利要求7中所陈述的系统，其中在所述识别标签上编码多达80比特的数据。
9.如权利要求4中所陈述的系统，其中十九个所述组位于所述衬底上。
10.如权利要求9中所陈述的系统，其中在所述识别标签上编码多达112比特的数据。
11.一种操作用于确定一个表面声波(SAW)识别标签上的标识符的系统的方法，其包括引起产生一个射频(RF)询问信号，其激励位于压电衬底上的换能器产生一个初始声脉冲，其反射于多个按时间和相位位置放置于所述衬底上的反射器，以产生多个响应声脉冲，所述换能器从所述多个响应声脉冲中产生一个RF响应信号；考虑预定的时间、相位和振幅参数，检测所述RF响应信号并从所述RF响应信号中解码所述标识符。
12.如权利要求11中所陈述的方法，其中所述RF询问信号的载波频率约为2.44GHz。
13.如权利要求11中所陈述的方法进一步包含在所述衬底上的一组反射器位置。
14.如权利要求13中所陈述的方法，其中有多个所述组位于所述衬底上。
15.如权利要求13中所陈述的方法，其中所述组由21个所述位置组成，其中以最少间隔十个反射器位置来放置所述多个反射器中的两个反射器。
16.如权利要求13中所陈述的方法，其中所述组由16个所述位置组成，其中放置单个反射器。
17.如权利要求14中所陈述的方法，其中十四个所述组位于所述衬底上。
18.如权利要求17中所陈述的方法，其中在所述识别标签上编码多达80比特的数据。
19.如权利要求14中所陈述的方法，其中十九个所述组位于所述衬底上。
20.如权利要求19中所陈述的方法，其中在所述识别标签上编码多达112比特的数据。
全文摘要
一种用于确定表面声波(SAW)识别标签上的标识符的传输功能系统以及一种操作该系统的方法。在一个实施例中，该系统提供(1)产生一个射频(RF)询问信号，其引起位于压电衬底上的换能器产生一个初始声脉冲，其反射于多个按时间和相位位置放置于所述衬底上的反射器，以产生多个响应声脉冲，其中所述换能器从所述多个响应声脉冲中产生RF响应信号；以及(2)考虑预定的时间、相位和振幅参数，通过解码RF响应信号来确定所述标识符。
文档编号H03H9/64GK1689053SQ03824002
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月30日 优先权日2002年10月9日
发明者克林顿·S.·哈特曼, 约翰·C.·贝拉米 申请人:射频表面声波元件公司