基于蓝牙rf的rf标记读/写站的制作方法

专利名称：基于蓝牙rf的rf标记读/写站的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明涉及短程通信技术。进一步地，本发明涉及一种针对短程通信使用附加无线电的移动终端或装置。
相关技术的详述蓝牙无线技术通过提供免于有线连接，使得移动计算机、移动电话、便携式手持装置之间能够链接和能够连接到因特网，从而使得个人连接市场发生巨大变化。蓝牙装置运行在全球可用的自由许可的ISM(工业、科学和医药)频带中的2.4GHz。在蓝牙系统中，操作频带间隔为一兆赫的信道，每个信道以每秒一百万码元的速度发出(signalling)数据，以便得到最大可利用信道带宽。选择GFSK(高斯频移键控)作为调制方案，二进制1引起相对标称载波频率的正的频移而二进制0引起负的频移。在每个分组后，相互通信的装置重新调谐它们的无线电到不同的频率，从无线电信道有效地跳变到无线电信道(跳频扩频(FHSS))。通过跳频技术利用了整个频带，以便一个信道内的干扰不会引起妨碍整个通信。每个时隙持续625微秒，并且装置每分组跳变一次，每分组是每个时隙、每三个时隙或每五个时隙。由于预定用于低功率的便携式应用，无线电功率必须在功率为1mW(10dBm)、2.5mW(4dBm)和100mW(20dBm)的三个不同等级其中之一内最小化，具有10、20和100米的相应工作范围。
蓝牙无线电系统结构能够采用多种形式。这样将包括例如零IF(中频)或直接变频、外差或单比特位调制、使用查找表的多位IQ采样调制，和甚至向发送合成器直接发送调制。
另一方面，RFID(射频标识)系统比蓝牙系统简单但能够用于多个不同的应用，例如在项目管理、标识、付款、电子签名等等的领域中。在将来，RF标记还能够在每个地方展开。读出和写入到这样的装置的需要增长，并且需要完成这些操作的装置。RFID系统同样运行在2.4GHz ISM的频带中。
在最简单的RFID系统中，阅读器给在某一范围内的标记提供动力并与之通信。在提供动力阶段，阅读器发送恒定的RF功率到该标记，使用起天线作用的谐振器在标记中装载一个充电电容器。当装载了充电电容器时，标记能够起无线电设备的作用，接收和发送数据。在当无源的标记通信回到阅读器的期间，阅读器发送稳定无线电功率，而标记则调制其天线的阻抗。阅读器接收作为反射信号变化或作为天线阻抗变化的数据。无源反向散射RFID系统使用这种无线电接口。在它的最简单的形式中，无源RFID系统使用启闭键控(OOK)作为调制技术，但也可以使用FSK，PSK和其他调制技术。RFID系统工作在多个频带上。
当前，根据是否打算使用的是蓝牙或RFID应用，使用设计用于给定的系统(蓝牙或RFID)的两个不同的收发机是必要的。有利的是能够使用单个收发机用于每一个目的。另外，RFID阅读器或询问器的问题是在本地采集信息但可能在诸如远程分析中心的另一个位置更有用。
发明的公开本发明的一个目的是提供一种收发机，其能够通过改变它的接收和发送性能(capability)适应于起RF标记阅读器或蓝牙收发机的作用。
本发明的另一个目的是使得有可能避免额外费用和需要蓝牙收发机和RF标记阅读器的附加的收发机的区域。
本发明的另一个目的是使得有可能将移动装置既用作蓝牙收发机又用作RF标记阅读器。
再一个目的是使得通过RFIC阅读器或询问器、或通过在其他位置可得到的蓝牙装置、或两者，在本地采集信息。
根据本发明的第一方面，收发机通过改变它的接收和发送性能适应于起RF标记阅读器或蓝牙收发机的作用。
进一步根据本发明的第一方面，蓝牙收发机用作用于2.4GHz ISM频带的RF标记阅读器系统的收发机。
进一步根据本发明的第一方面，单个天线用于作为RF标记阅读器或作为蓝牙收发机的收发机。
进一步根据本发明的第一方面，收发机是在移动终端中。
根据本发明的第二方面，具有无线电接收机和无线电发射机的无线电装置运行在两个模式下，即蓝牙模式和RF标记阅读器模式。
进一步根据本发明第二方面，无线电装置在每个模式下的操作使用无线电接收机和所述的无线电发射机。
进一步根据本发明的第二方面，无线电装置在具有附加装置功能的结合装置(incorporating device)中。
还进一步根据本发明的第二方面，结合装置包括移动电话。
再进一步根据本发明的第二方面，无线电装置安装在移动电话中。
根据本发明的第三方面，无线电装置具有无线电接收机、无线电发射机、和信号处理器；其中无线电接收机响应输入的模拟无线电信号，用于提供下变频和调制的信号到信号处理器；并且其中无线电发射机响应来自信号处理器的输出信号的同相和正交的数字分量，用于作为输出模拟无线电信号的传输；其特征在于用于在两个模式下控制无线电装置的控制逻辑，第一模式用于起蓝牙装置的作用，第二模式用于起RF标志阅读器的作用。
本发明的第一方面后面的基本思想是用于RF标记阅读器也使用和用于蓝牙的相同的无线电部分。由于操作频带相同，就没有必要改变无线电前端必需的谐振的中心频率。但是，由于这些系统不同的特性，一些自适应性必须被包括到无线电中。这样，自适应性意味着必须利用一些自适应结构的解决方案。应当由软件控制自适应性，以便无线电硬件的模式能够简单地编程和运行(on the fly)。这个概念称为定义设计用于蓝牙/RF标记操作的结构的软件。
典型地，蓝牙和RF标记阅读器没有集成到一个单个芯片或甚至一个单个装置。本发明将两个不同的系统集成到一个收发机芯片，通过再用现有的RF、模拟、数字和混合的信号部分来引起成本和空间的节省。而且，如果调制是FSK，一些DSP也能够再用。通过集成这些系统到一个移动装置，就允许不同的应用。这些应用如下面所述的读出RFID标记并直接发送该信息到数据库或使用用户想要的数据，使用所有对移动装置正执行或将执行的可能的装置，从因特网页、WAP页或从一些其他服务提供者下载钱数，使用时间，票或与RF标记相当的。这些只是一些例子。若干其他应用也是可能的。
本发明允许蓝牙RF芯片用作2.4GHz ISM频带RF标记阅读器系统的收发机。再用明显减少了RF标记阅读器的价格，因为不需要每个系统的独立的芯片。而且天线和PCB(印刷电路板)可以是相同的，产生更多的成本节省。
根据本发明的第一方面的发明可以适用于移动装置(例如移动电话)或适用于一些其他类型的装置。移动电话用户能够选择他/她是否想要与RF标记通信或利用蓝牙连接。本发明目标在于尽可能有效地再用现有的蓝牙RF部分。
本发明在以2.4GHz频带运行的RFID系统的背景下公开。本发明仍然可以应用于其他RFID系统中，若干这样的其他系统被简单地看作是示出了本发明较宽的范围而并不是为了限制。
在本发明中，RF标记能够是无源，半无源或有源的装置。无源的RF标记由阅读器RF功率提供动力，半无源的标记由阅读器RF功率唤醒，但实际的DC功率来自电池，有源的标记完全由标记自身的电源来提供动力。
根据本发明的第二方面，诸如移动电话的移动装置可以用作蓝牙收发机或RFID标记阅读器。由于它能够在蓝牙环境、RFID标记阅读器环境或二者中执行功能，这使得移动装置更加通用和有用。使用移动装置例如既具有蓝牙性能又具有RF标记阅读器性能以及根据公知标准的普通移动电话性能的移动电话，可能使得装置用于增长的较宽的多种目的包括科学、军事、工业、民用政府性功能等等功能非常强大。例如，在RF标记阅读器功能中，移动装置能够询问和读出来自RFID标记的响应，并使用它的移动电话数据通信性能来发送从RFID标记读出的信息到可以利用该信息的远程位置。类似地，移动电话数据性能可以用于向数据收集地点报告借助在与多个附近的具有蓝牙能力的装置通信的移动装置的蓝牙性能收集的信息。
如附图所示的，根据其最佳模式实施例的详细描述，本发明这些和其他的目的、特征和优点将变得更明显。
附图的详细说明

图1示出了一种可能的蓝牙/RF标记阅读器收发机布局。该布局只是一个例子，多种其他解决方案可能由其教导被给出。该解决方案基于在RX端和TX端的低IF概念，它能够满足用于两个系统的规格。
图2示出了蓝牙/RF标记阅读器，例如在各种装置中使用的图1的蓝牙/RF标记阅读器。
执行本发明最佳模式缩略语A/D 模数转换器(也称为ADC)AM调幅ASIC 专用集成电路BB基带CPU 中央处理器D/A 数模转换器(也称为DAC)DSP 数字信号处理FDD 频分双工FM调频FSK 频移键控GFSK 高斯FSKIC集成电路IF中频ISM 工业，科学和医药LNA 低噪声放大器LO本地振荡器PA功率放大器PM调相RX接收机RF射频RSSI 所接收的信号强度指示符TX发射机TDD 时分双工VCO 压控振荡器蓝牙是运行在2.4GHz ISM频带(2403-2480MHz)的短程无线电系统。它是具有1Mbit/s数据率和针对-20dBc的1MHz带宽的快速跳频扩频系统。它具有83个信道并且信道间隔是1MHz。调制是调制指数从0.28到0.35的GFSK。功率等级2(20米)的输出功率可能在-6和4dBm之间。额定输出功率是0dBm。等级1设计为100米并允许100毫瓦(20dBm)，而等级3只允许用于10米的范围的1毫瓦(0dBm)。
该公开的内容集中于将蓝牙收发机和基于定义在2.4GHz ISM频带下操作的标准的最简单的RF标记结合起来。这些系统是无源或半无源RF标记系统。例如，一种可能的标准是ISO/IEC 18000-4模型。但应当明白本发明并不被其或示出的特定的例子所限制。图1示出了双模式蓝牙/RF标记阅读器收发机布局。该布局是一个例子，但应当明白还存在各种其他解决方案。特别是，在蓝牙发射机中，一般使用分数N合成器来直接调制VCO。在本发明示出的收发机结构能够实现既用于蓝牙又用于RFID系统的无线电规格。当收发机用于蓝牙模式时，信号流和构件块的状态是常规的。通过使用该布局，TX能够以直接上变频或低IF模式来操作。蓝牙是TDD系统，并且因此RX部分(在上半部分中所示的)和TX部分(在下半部分中)不能同时运行。典型地，开关在TDD系统中分离TX和RX，但也存在解决方案，其中LNA 14和PA 16简单地连接在一起。由于较小的TX输出功率，这就有可能在特别是象蓝牙的系统中。后者的解决方案用于本发明，如图1所示。当该装置运行在RFTAG阅读器模式下时，LNA 14起衰减TX信号的衰减器作用，以便接收器能够接收该信号而没有压缩。增益和其他接收机特性由控制逻辑66a、66b控制。发送放大器16提供了发送电源到天线10，而功率电平也由控制逻辑66控制。另外，循环器或一些其他元件用于前向和反射的信号的分离。调幅能够被增加到模拟或数字域中的TX信号上。这里RX是低IF接收机，但其他类型例如直接变频也可以利用，如先前所述的。将蓝牙和RFID系统结合到一个芯片时的困难是它们使用不同的调制，并且对于RF阅读器，TX信号在接收过程中接通，即，TX信号在接收中由RF标记调制。这意味着TX和RX同时接通。这不是用于蓝牙的情况。由于在蓝牙无线电中输出功率接近0dBm，为了不全部压缩RX部分，调制的TX信号在接收相位上必须被衰减。如果RF前端是深度饱和，由RF标记调制的信号衰减。这就是为什么LNA 14必须切断，以便充分衰减，和以便输入信号能够被解调。这可以由控制逻辑66a、66b来完成。通过控制逻辑或其他装置，LNA的增益能够明显地减少。任何一种信号衰减技术能够用于本发明来防止压缩。如果增加一些类型的绝缘，使用例如一个循环器，不需要LNA中的衰减，并且接收机能够变得更灵敏，由此得到更大的读出范围。
如上述在最简单的RFID系统中调制能够是OOK，这意味着简单地将RF信号接通和切断。在发送中，调制在DSP 62中、在模拟基带或RF中完成。在接收的相位上，RF标记调制的信号衰减、下变频、滤波和解调。解调的一种可能的方法是使用RSSI块64。RSSI块的时间常数必须足够小以便RSSI能够跟踪信号。这意味着时间常数必须是自适应的。如果使用这种类型的AM解调，两个模数转换器能够由控制逻辑切断。另一个方法是在限幅器链中绕过一些或所有的放大器以便信号不受限制。在那样的情况下，ADC用来数字化信号，DSP能够处理解调。在DSP中执行的解调器可以是典型的AM解调器或类似RSSI的一些其他类型的振幅检测块。然而，在这个例子中所需的ADC动态范围很大。I和Q支路对于解调不是必定需要，意味着其他ADC和可能的两个限幅器能够由控制逻辑切断。在这个实施例的优选模式中，不同RX块例如混频器、LNA和滤波器的增益和偏流，能够数字地或通过模拟的方法来调谐。这样，与常规的增益控制系统相比，所有的RX块能够用来以类似的方式定义接收机最好的可能动态范围，但另外也影响每个块的性能。这种自适应性由控制逻辑控制，如示出的，该控制逻辑能够处理自适应接收机的设置。在最简单的例子中，输入到该控制逻辑的可能只有一个比特，其是来选择模式的。
现在从图的上半部分的接收部分开始，详细描述图1的装置1，接收低噪声放大器14已经被描述了。该低噪声放大器在提供RF信号到I同相下变频混频器22和Q正交的下变频混频器26时提供输出信号到RF功率分配器。这两个混频器22、26可以(但不是必要)由控制逻辑控制，例如用于动态范围的目的。在蓝牙模式中，通过产生I和Q本地振荡器信号的合成的本地振荡器正交移相器30，混频器被反馈跳频信号。这些来自移相器30的信号用来驱动下变频混频器22、26。为了提供所要的跳频功能，合成器68受控制逻辑的控制。从混频器22、26的输入端的节点18接收的信号与来自正交移相器30的输出信号相混频。混频器提供输出信号到各个I信道IF(中频)放大器34和接收Q信道IF放大器36。这些IF放大器34、36也由控制逻辑控制。应当注意的是控制逻辑自身有关它的模式是由确定装置1是否运行在蓝牙模式或RF阅读器模式的模式选择信号来控制。该信号的来源是来自图1的电路的外部，例如来自诸如其中图中装置是固有的移动电话装置的装置之中。
在任何情况下，IF放大器34、36的输出被提供到各个I和Q接收I信道和Q信道IF滤波器38、42，其用作带通滤波器用于去掉不要的混频器结果。滤波器38、42的带通滤波器输出被提供到限幅器50、52，其用作接收I信道IF限幅器50和接收Q信道IF限幅器52。尽管分别示出，RSSI/AM检测器64在一些情况下可以是限幅器50、52的一部分。在任何情况下，限幅器提供输出信号到模数转换器54、56用来(例如蓝牙模式下)转换已经相位调制或频率调制的模拟I或Q接收信号到数字信号，用于DSP 62的I和Q输入。
在例如RF标记阅读器模式所接收的振幅调制信号的情况下，限幅器功能模块50和52不被使用或在控制逻辑的控制下通过开关46、48被短路。输入I和Q支路被反馈到RSSI/AM检测器64，用于AM的检测。AM检测器64的输出被提供到示出的DSP。或者，如先前讨论的，AM能够在DSP中通过ADC54、56检测出来。
现在注意图1的下半部分，将描述发送部分。数字信号处理器62提供I和Q输出信号到数模转换器58、60，其依次提供模拟输出信号到发送I信道IF滤波器44和发送Q信道IF滤波器40。这些滤波器44、40提供输出信号到各个I和Q信道IF到RF上变频混频器28、24。混频器也可能受控制逻辑的控制例如动态范围目的这并不是必要的例子。在任何情况下，混频器也响应来自产生I和Q本地振荡器信号来驱动上变频混频器28、24的合成本地振荡器正交移相器32的输入信号。来自正交移相器32的信号和来自滤波器44、40的到混频器的输入信号相混频，如示出的。出于与上述相同的理由，合成器68在控制逻辑控制下提供输出信号到合成本地振荡器正交移相器32，其与接收部分正交移相器30相连接。
混频器24，28提供输出信号到组合来自RF上变频转换器28、24的I和Q发送信号的节点20。节点20提供组合的输出信号到上面已经讨论过的发送放大器16，其受控制逻辑的控制用于控制的目的例如动态范围。发送放大器16的输出被提供到节点12，其通过天线10依次提供用于发送的发送输出信号作为从天线10发出的输出无线电信号70。节点12能够以一个循环器来替换，以便提高接收的灵敏度。
在这个公开内容中介绍的收发机优选地实施于单个IC芯片中，其用于蓝牙模型。
图2示出了蓝牙/RF标记阅读器，诸如图1示出的用作独立的装置或普通网络中其他装置的一部分，其可以包括示出的一些或所有的装置。如从图2中可以看到的，图1的蓝牙/RF标记阅读器能够用作独立的装置，例如由图2的装置1a、1b、1c示出的。这些蓝牙RF标记阅读器被示出运行在例如由蓝牙主设备1c和从设备1a、1b组成的蓝牙微网。这样的微网也可以包括应用于更大装置中的其他蓝牙/RF标记阅读器。例如，移动电话78示出了具有蓝牙/RF标记阅读器1d，其也在上述蓝牙微网中其相对主蓝牙装置1c的从设备的作用。但移动电话78也具有一个蜂窝电话收发机80，允许其作为移动电话通信以便用户能够通过无线电接口82与无线电接入网络84进行通信。移动电话78具有一个信号处理器86，其受蓝牙/RF标记阅读器1d和蜂窝电话收发机80以及用户接口88控制。
示出了另外的装置90，其可以是或不是移动装置。该装置90也具有蓝牙RF标记阅读器1e，其类似于图1示出的，并且另外具有其他的装置功能模块92，其一般在图中示出。蓝牙/RF标记阅读器1e被示出，起相对上述蓝牙微网中的主蓝牙装置1c的从设备的作用。
图2中还示出了RF标记100，其能够由图2的RF标记阅读器1a、1b、1c、1d、1e中的任何一个询问。因此，蓝牙/RF标记阅读器1d可以通过信号处理器86根据上述原理(结合图1)转换到RF标记阅读器模式，并且通过RF标记阅读器1d的天线10d和RF标记100的天线102之间的双向无线电接口106询问RF标记100。同样地，图2的其他蓝牙/RF标记阅读器1a、1b、1c、1e中的任何一个能够转换到RF标记、阅读器模式，并且询问RF标记100，以及接收具有RF标记100中包含的数据从RF标记100返回的响应。在移动电话78的情况下，这是特别有利的，因为来自RF标记的数据能够由RF标记阅读器1d检索出，并发送到信号处理器86。信号处理器86能够通过用户接口88提供检索到的信息给用户或使用蜂窝电话收发机80和到无线电接入网络84的空气接口82发送它到远程位置，或都进行。这使得移动电话成为具有蜂窝电话功能，蓝牙功能和RF标记阅读器功能模块的非常通用的装置。应当明白，出于本发明的该方面的目的，蓝牙/RF标记阅读器1d可为独立的装置，不象图1中示出的共享无线电功能模块。换句话说，如果方便或需要，独立的蓝牙收发机和独立的RF标记阅读器收发机能够用于蜂窝电话收发机、信号处理器和用户接口的组合中。
尽管对于其中的最佳模式的实施例，已经示出和描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解其中可以在其形式和细节上作出上述和各种其他改变、省略和增加，而不背离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种收发机，通过改变它的接收和发送性能，它使自己适于起RF标记阅读器或者蓝牙收发机的作用。
2.如权利要求1的收发机，其中，所述蓝牙收发机可用作2.4GHz ISM频带RF标记阅读器系统的收发机。
3.如权利要求2的收发机，其中，单个天线可用于作为所述RF标记阅读器或作为所述蓝牙收发机的所述收发机。
4.如权利要求1的收发机，该收发机在一个移动终端中。
5.具有无线电接收机和无线电发射机的无线电装置，其特征在于，所述装置可在两种模式下操作，即蓝牙模式和RF标记阅读器模式。
6.如权利要求5的无线电装置，其特征进一步在于，所述无线电装置在任一个模式下的操作都使用所述无线电接收机和所述无线电发射机。
7.如权利要求5的无线电装置，其特征进一步在于，结合装置(90)中的所述无线电装置具有附加的装置功能模块(92)。
8.如权利要求7的无线电装置，其特征在于，所述结合装置包括移动电话。
9.如权利要求5的无线电装置，其特征进一步在于，所述无线电装置安装在移动电话(78)中。
10.一种无线电装置，具有无线电接收机、无线电发射机和信号处理器(62)；其中无线电接收机响应输入的模拟无线电信号(72)，用于提供下变频的和调制的信号到所述信号处理器；其中无线电发射机响应来自所述信号处理器的输出信号，用于作为输出的模拟无线电信号(70)的发送；其特征在于，控制逻辑(66)用于在两个模式下控制无线电装置，第一模式用于起蓝牙装置的作用，第二模式用于起RF标志阅读器的作用。
全文摘要
无线电装置具有无线电接收机、无线电发射机和信号处理器(62)；其中无线电接收机响应输入的模拟无线电信号(72)，用于提供下变频的和调制的信号到信号处理器(62)；其中无线电发射机响应来自信号处理器(62)的输出信号，用于作为输出的模拟信号(70)的传输；其特征在于控制逻辑(66)用于在两个模式下控制该无线电装置，第一模式用于起蓝牙装置的作用，而第二模式用于起RF标志阅读器的作用。
文档编号H04L27/04GK1666455SQ03815160
公开日2005年9月7日 申请日期2003年6月25日 优先权日2002年6月26日
发明者P·塞皮宁, A·佩尔西宁 申请人:诺基亚有限公司