专利名称：反向散射型rfid通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反向散射(backscattering)型射频识别(radio frequencyidentification, RFID)通信系统，且更明确地说，涉及一种通过使用由RFID读出器(reader)发射的载波的能量而使RFID标签将信号发射回到RF读出器的反向散射型 RFID通信系统
背景技术：
射频识别(RFID)标签通过使用由RFID读出器发射的载波的能量而将信号发射到 RFID读出器的通信系统被称为反向散射通信系统。参考图1，在根据相关技术的一种反向散射通信系统中，以一种方式执行RFID读出器与RFID标签之间的通信，使得当RFID标签在预定的时步(time step)期间发射查询信号(query signal)时，RFID标签在下一时步期间发射回响应信号。一般来说，在每个国家，在RFID通信中使用的频带被指定在预定范围内，且对 RFID相关产品的批准受到管制，从而不会偏离频率范围。因此，当在受限制的频带中执行多个RFID读出器与多个RFID标签之间的通信时， 所述频带被分成多个频道(frequency channels)，且每一 RFID读出器发射并接收处于指定的频道范围内的RF信号。如图2中所说明，当在特定频道上发射RFID读出器的查询信号时，RFID标签通过使用反向散射而发射回具有与载波相同或相近的频率的响应信号。在图2中，在与载波的频道相同的频道内发射回具有与载波的频率相比略低或略高的频率的响应信号。这种情况被称为信道内反向散射(in-charmel backscattering)。此外，存在边界信道散射 (boundary channel scattering)禾口 ^^iSflfilt^!寸(adjacent-channel scattering), 边界信道散射，在对应于处于载波的频道与邻近于载波的频道的频道之间的边界的频率下发射回响应信号；通过邻近信道散射，在邻近于载波的频道的频道的频率下发射回响应信号。同时，在分配到RFID通信系统的频带中使用的RFID读出器的数目大于频道的数目的RFID通信环境被称为过度拥挤的读出器环境(overcrowded reader environment)。在过度拥挤的读出器环境下，在执行如上所述的反向散射型RFID通信时存在问题。由于RFID读出器的数目大于频道的数目，所以每一RFID读出器在每一时步期间在随机选择的频道上发射查询信号。在此情况下，如图3中所说明，RFID读出器2可在其中RFID 标签1响应于RFID读出器1的查询信号的时步期间频繁地发射载波。由于过度拥挤的读出器环境，由两个或两个以上RFID读出器发射的载波的频道常常可为相同的。如图4中所说明，当RFID读出器1和RFID读出器2的频道相同时，RFID 标签1的响应信号和RFID读出器2的查询信号常常彼此重叠在同一频道处。一般来说，反向散射型RFID通信系统中的RFID标签仅将载波的能量的一部分作为响应信号而发射回。因此，如图4中所说明，与查询信号1的强度相比，响应信号2和响应信号3的强度相对较弱。因此，由于RFID读出器2的查询信号1的缘故，RFID读出器1 无法接收RFID标签1的响应信号2和响应信号3。为了解决这些问题，可使所有RFID读出器的发射时步和接收时步彼此同步。然而，所述方法导致RFID读出器的结构复杂化，且可能增加制造成本。另外，当在同一环境下使用由不同的制造商制造的RFID读出器时，难以使RFID读出器之间具有兼容性。
发明内容
本发明提供一种反向散射型射频识别(RFID)通信系统，其中即使在过度拥挤的读出器环境下，也在没有错误的情况下有效地执行RFID通信，同时在RFID读出器之间不发生干扰。根据本发明的一方面，提供了一种反向散射型射频识别(RFID)通信系统，其包含多个RFID读出器，所述多个RFID读出器中的每一者包含读出器控制器，其产生待发射到RFID标签的查询信号；可见 射线发射单元(visible ray transmitting unit)，其以可见射线的形式发射由读出器控制器发射的查询信号；读出器发射器，其通过从多个频道中选择一者而发射呈RF形式的载波；以及读出器接收器，其接收从RFID标签发射的呈RF 形式的响应信号，并将所述响应信号发射到读出器控制器；以及多个RFID标签，所述多个 RFID标签中的每一者包含可见射线接收单元，其接收由RFID读出器的可见射线发射单元发射的查询信号，并将该查询信号转换为电信号；标签接收器，其接收由RFID读出器的读出器发射器发射的载波；标签控制器，其处理由可见射线接收单元接收的查询信号的命令， 并相对于查询信号产生响应信号；以及标签发射器，其通过使用由标签接收器接收到的载波的能量而相对于载波发射由标签控制器发射的呈RF载波信号(carrier signal)形式的响应信号。根据本发明，即使在过度拥挤的读出器环境下，在RFID读出器之间也不发生RF信号的干扰，且可有效地执行RFID通信。根据本发明，RFID读出器的发射时步和接收时步不需要彼此同步，使得可改善 RFID读出器的兼容性。
通过参考附图来详细描述本发明的示范性实施例将更加明白本发明的上述和其它特征和优点，其中图1到图4各自说明根据相关技术的反向散射型射频识别(RFID)通信系统。图5示意性地说明根据本发明的实施例的反向散射型RFID通信系统。图6是图5中所说明的反向散射型RFID通信系统的RFID读出器的框图。图7是图5中所说明的反向散射型RFID通信系统的RFID标签的框图。图8和图9各自说明图5中所说明的反向散射型RFID通信系统的操作。
具体实施例方式现在将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性实施例。图5示意性地说明根据本发明的实施例的反向散射型射频识别(RFID)通信系统，图6是图5中所说明的反向散射型RFID通信系统的RFID读出器的框图，且图7是图5中所说明的反向散射型RFID通信系统的RFID标签的框图。参看图5到图7，根据当前实施例的反向散射型RFID通信系统包含多个RFID读出器30和多个RFID标签40。图5说明通过m个RFID读出器30和ρ个RFID标签40来配置反向散射型RFID通信系统的情况。在当前实施例中，在通过将分配到RFID通信的频带分成N份而形成的N个频道上执行多个RFID读出器30与多个RFID标签40之间的RFID通信。RFID读出器30中的每一者经由无线网络20而连接到服务器10，且以一种方式执行无线通信，使得RFID读出器30中的每一者和RFID标签40中的每一者发射并接收可见射线信号和RF信号。参看图6，每一 RFID读出器30包含读出器控制器31、可见射线发射单元32、读出器发射器33以及读出器接收器34。读出器控制器31产生待发射到每一 RFID标签40的查询信号，并将所述查询信号发射到可见射线发射单元32。可见射线发射单元32包含编码器(encoder) 321、调制器(modulator) 322以及辐射单元(emission imit)323。编码器321根据预定的规则对由读出器控制器31发射的查询信号进行编码，且调制器322将由编码器321发射的查询信号调制(modulates)成适于作为可见射线信号进行发射的形式。为了通过使用调制器322来调制该查询信号，可使用包含幅移键控(amplitude shift keying, ASK)等的各种方法。当使用ASK方法时，可使用调制指数为100%的开/关键控(on/off keying,00K)调制来改进信号发射效率。辐射单元323将由调制器322发射的呈电信号形式的查询信号转换为光学信号的形式，进而辐射可见光。辐射单元323可为激光二极管(laser diode, LD)、发光二极管(light emitting diode, LED)等。具体来说，LED可同时执行照明的功能，和可见射线通信单元的功能。而且，LED不使用用作常规照明光源的荧光灯(fluorescent lamp)或白炽灯(incandescent lamp)的水银组件，且因此是对生态环境友好的。读出器发射器33经由天线35将呈RF形式的载波发射到每一 RFID标签40。在这方面，使用循环器(circulator)、耦合器(coupler)等来将发射信号与接收信号彼此分离。 读出器发射器33发射具有属于N个频道中的一者的范围的频率的载波。读出器发射器33 以规则间隔(regularinterval)改变载波的频率。换句话说，读出器发射器33以规则间隔改变从N个频道中随机选择的一个频道上的载波的频率。另外，在检查另一 RFID读出器30是否使用与待发射的载波的频道相同的频道之后，RFID读出器30在另一 RFID读出器30未使用选定频道时在所述频道上发射载波。这被称为发射前监听(listen before transmit，LBT)。读出器接收器34接收呈RF形式的响应信号，其中由RFID标签40发射回由读出器发射器33发射的载波，并将响应信号发射到读出器控制器31。在这方面，由循环器、耦合器等来接收响应信号，以用于将发射信号和接收信号彼此分离。一般来说，用以将能量供应到标签的待发射的载波的一部分由读出器接收器接收，并干扰到接收标签信号，且可导致性能降级。因此，相对于由读出器接收器34检测的载波具有180度相差(phasedifference)、 且具有与载波的量值(magnitude)相同的量值的信号是由读出器发射器33的载波产生的且是由读出器接收器34添加，以移除泄漏到读出器接收器34的载波，并改进反向散射型RFID通信系统的性能。读出器接收器34包含解调器(demodulator) 341和解码器 (decoder) 3420解调器341将经由天线35接收的响应信号解调为适于解码的形式，且解码器342将经解调的响应信号解码为呈适于由读出器控制器31识别的形式的信号，其中可由读出器控制器31识别经解调的响应信号。参 看图7，每一 RFID标签40包含标签控制器41、可见射线接收单元42、标签接收器44以及标签发射器43。可见射线接收单元42包含光接收单元421、放大器422、解调器423以及解码器 424。光接收单元421检测由RFID读出器30的可见射线发射单元32发射的呈可见射线形式的查询信号，并将所检测的查询信号转换为电信号。通过使用光检测器(photodetector) 等来配置光接收单元421。由光接收单元421接收的查询信号被放大器422放大，且被解调器423解调为适于解码的形式。解码器424将从解调器423发射的查询信号解码为适于通过使用标签控制器41进行处理的形式，且将其发射到标签控制器41。标签控制器41从可见射线接收单元42接收该查询信号、处理包含在该查询信号中的命令、相对于该查询信号而产生响应信号并将所产生的响应信号发射到标签发射器 43。标签接收器44经由天线45接收由RFID读出器30的读出器发射器33发射的载波，并将接收到的载波发射到标签发射器43。标签发射器43包含编码器431、调制器432以及反向散射单元433。编码器431 对由标签控制器41发射的响应信号进行编码，并将经编码的响应信号发射到调制器432， 且调制器432将响应信号调制为适于发射的形式。反向散射单元433通过将响应信号加载于从标签接收器44发射的载波上而经由天线45将响应信号发射到RFID读出器30。在这方面，反向散射单元433以与接收到的载波发生谐振的方式在与所述载波相同的频道的频率下、在邻近于载波的频道的频率下或在载波与邻近的信道之间的边界的频率下发射响应信号。下文将描述具有以上结构的反向散射型RFID通信系统的通信方法。RFID读出器30通过使用读出器控制器31而产生查询信号，并通过使用可见射线发射单元32而以可见射线的形式将查询信号发射到每一 RFID标签40。读出器发射器33 经由天线35而将随机选择的频道的载波发射到RFID标签40。在这方面，读出器发射器33 在读出器控制器31随机地重设所述频道之前发射具有预定频率的载波。详细地说，RFID读出器30以可见射线的形式将含有主要数据的查询信号发射到RFID标签40，并通过反向散射以RF的形式将用作由RFID标签40发射回的信号的能量源的载波发射到RFID标签40。RFID标签40通过使用可见射线接收单元42来接收呈可见射线形式的查询信号， 并通过使用标签控制器41来处理根据查询信号的命令。举例来说，RFID标签40可将由 RFID读出器30发射的数据存储在RFID标签40的存储器单元中，或者可更新所述数据、可存取待由RFID读出器30询问的RFID标签40的信息、且可将所述信息发射到RFID读出器 30。响应信号被加载于载波的载波信号上，并被RFID标签40发射到RFID读出器30。 由标签接收器44接收的载波被发射到反向散射单元433，且反向散射单元433产生在与载波相同或相似的频率处发生谐振的载波信号。而且，反向散射单元433通过将由标签控制器41发射的响应信号加载于载波信号上而将所述响应信号发射到RFID读出器30。详细地说，RFID标签40通过使用载波的能量源发射回谐振频率信号而发射待发射到RFID读出器 30的响应信号。在图8中说明查询信号、载波以及响应信号根据时间的变化。
反向散射单元433根据对响应信号的编码方法和数据速度而产生具有与载波相同的频率的载波信号，或者产生具有略低于或略高于载波的频率的频率的载波。视情况需要，反向散射单元433产生在邻近于载波的频道的频道的范围内的频率下的载波信号，或者产生在作为载波的频道与邻近于载波的频道的频道之间的边界的频率下的载波信号。如上所述，通过划分可见射线和RF信号来执行对查询信号的发射和接收以及对响应信号的发射和接收。因此，在RFID读出器30的数目大于频道的数目的过度拥挤的读出器环境下，可在RFID读出器30之间没有接口(interface)的情况下有效地执行与RFID 标签40的通信。换句话说，如图9中所说明，由于信息无需包含在载波中，且载波仅用作反向散射单元433的能量源，所以可在不具有带宽的精确频率下控制载波5。在这方面，属于同一频道的载波5并不影响响应信号6和响应信号7，且即使载波5与响应信号6和响应信号7彼此重叠，其彼此也可容易地分离。因此，甚至在过度拥挤的读出器环境下，RFID读出器30的读出器接收器34也可有效接收响应信号，同时在载波5与响应信号6和响应信号 7之间不发生干扰。另外，由于载波5不影响响应信号6和响应信号7，所以RFID读出器30接收载波 5的时步和接收响应信号6和响应信号7的时步不需要彼此同步。换句话说，RFID读出器 30彼此不影响，即使其在不同的时步期间发射查询信号和接收响应信号也是如此。因此，可容易地研发和制造RFID读出器30，且还可改善RFID读出器30的兼容性。另外，如上所述，在检查另一 RFID读出器30是否使用与待发射的载波的频道相同的频道之后，每一 RFID读出器30在另一 RFID读出器30未使用选定频道时在所述频道上发射载波。因此，即使在过度拥挤的读出器环境下也可顺畅地执行RFID读出器30与RFID 标签40之间的通信，同时在RFID读出器30之间不发生干扰。同时，根据本发明，使用可见射线来发射查询信号。因此，由可见射线发射单元32 产生的可见射线照射在特定RFID标签40上，以使得仅将查询信号发射到来自多个RFID标签40中的所要RFID标签40。另外，不同于根据相关技术的反向散射型RFID通信系统，用户用裸眼便可容易地检查与RFID读出器30通信的RFID标签40。由于可容易地拦截呈可见射线形式的查询信号，所以可仅在所要区域中执行RFID读出器30与RFID标签40之间的通信，且可容易地防止将不需要的RFID信号发射到外部并防止影响外部环境。另外，由于主要使用可见射线，所以在研发RFID读出器30等时便不需要传播授权。如上所述，尽管已参考附图描述了本发明的示范性实施例，但本发明的范围不限于所述示范性实施例。举例来说，RFID读出器30在检查是否使用与待发射的载波相同的频道之后，在所述频道未被使用时发射载波。然而，RFID读出器30可在没有预先检查所述频道是否被使用的情况下任意地发射载波。在此情况下，当待由两个或两个以上RFID读出器发射的载波的频道彼此重叠，且RFID读出器未能接收RFID标签的响应信号时，RFID读出器再次发射查询信号和载波以尝 试与RFID标签的通信。 此外，可由调制可见射线或非调制可见射线来唤醒RFID标签。
权利要求
1.一种反向散射型射频识别(RFID)通信系统，其包括 多个RFID读出器，所述多个RFID读出器中的每一者包括 读出器控制器，其产生待发射到RFID标签的查询信号；可见射线发射单元，其以可见射线的形式发射由所述读出器控制器发射的所述查询信号；读出器发射器，其通过从多个频道中选择一者而发射呈RF形式的载波；以及读出器接收器，其接收从所述RFID标签发射的呈RF形式的响应信号，并将所述响应信号发射到所述读出器控制器；以及多个RFID标签，所述多个RFID标签中的每一者包括可见射线接收单元，其接收由所述RFID读出器的所述可见射线发射单元发射的所述查询信号，并将所述查询信号转换为电信号；标签接收器，其接收由所述RFID读出器的所述读出器发射器发射的所述载波； 标签控制器，其处理由所述可见射线接收单元接收的所述查询信号的命令，并相对于所述查询信号而产生响应信号；以及标签发射器，其通过使用由所述标签接收器接收到的所述载波的能量而相对于所述载波发射由所述标签控制器发射的呈RF载波信号形式的所述响应信号。
2.根据权利要求1所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID读出器的所述读出器发射器以规则间隔将所述载波的频率改变为从所述多个频道中随机选择的一个频道。
3.根据权利要求1所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于，在检查另一RFID读出器是否使用与待发射的所述载波的频道相同的频道之后，所述RFID读出器在另一 RFID 读出器未使用所述频道时在所述频道上发射所述载波。
4.根据权利要求2所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于，在检查另一RFID读出器是否使用与待发射的所述载波的频道相同的频道之后，所述RFID读出器在另一 RFID 读出器未使用所述频道时在所述频道上发射所述载波。
5.根据权利要求3所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于，所述RFID标签的所述标签发射器以与接收到的所述载波发生谐振的方式在与所述载波相同的频道的频率下、 在邻近于所述载波的所述频道的频道的频率下或在所述载波的所述频道与邻近于所述载波的所述频道的频道之间的边界的频率下发射所述响应信号。
6.根据权利要求4所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于，所述RFID标签的所述标签发射器以与接收到的所述载波发生谐振的方式在与所述载波相同的频道的频率下、 在邻近于所述载波的所述频道的频道的频率下或在所述载波的所述频道与邻近于所述载波的所述频道的频道之间的边界的频率下发射所述响应信号。
7.根据权利要求1所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID读出器的所述可见射线发射单元包括编码器，其对由所述读出器控制器发射的所述查询信号进行编码；调制器，其对经编码的所述查询信号进行调制；以及辐射单元，其将经调制的所述查询信号转换为可见射线信号。
8.根据权利要求2所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID读出器的所述可见射线发射单元包括编码器，其对由所述读出器控制器发射的所述查询信号进行编码；调制器，其对经编码的所述查询信号进行调制；以及辐射单元，其将经调制的所述查询信号转换为可见射线信号。
9.根据权利要求7所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述可见射线发射单元的所述调制器通过使用幅移键控(ASK)来调制信号。
10.根据权利要求8所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述可见射线发射单元的所述调制器通过使用ASK来调制信号。
11.根据权利要求9所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述可见射线发射单元的所述调制器通过使用调制指数为100%的开/关键控(OOK)来调制信号。
12.根据权利要求1所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID标签的所述可见射线接收单元包括光接收单元，其接收呈可见射线形式的所述查询信号，并将所述查询信号转换为电信号；解调器，其对从所述光接收单元发射的所述查询信号进行解调； 以及解码器，其对经解调的所述查询信号进行解码，并将所述查询信号发射到所述标签控制器。
13.根据权利要求2所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID标签的所述可见射线接收单元包括光接收单元，其接收呈可见射线形式的所述查询信号，并将所述查询信号转换为电信号；解调器，其对从所述光接收单元发射的所述查询信号进行解调； 以及解码器，其对经解调的所述查询信号进行解码，并将所述查询信号发射到所述标签控制器。
14.根据权利要求1所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID标签的所述标签发射器包括编码器，其对由所述标签控制器发射的所述响应信号进行编码；以及反向散射单元，其将从所述编码器发射的所述响应信号转换为与所述载波发生谐振的载波信号。
15.根据权利要求2所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID标签的所述标签发射器包括编码器，其对由所述标签控制器发射的所述响应信号进行编码；以及反向散射单元，其将从所述编码器发射的所述响应信号转换为与所述载波发生谐振的载波信号。
16.根据权利要求1所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于所述RFID读出器的所述读出器接收器产生具有与所述载波的相位相反的相位、并具有与流过所述读出器接收器的所述载波的量值相同的量值的信号，且将所述信号添加到所述读出器接收器，从而移除流过所述读出器接收器的所述载波。
17.根据权利要求2所述的反向散射型RFID通信系统，其特征在于，所述RFID读出器的所述读出器接收器产生具有与所述载波的相位相反的相位、并具有与流过所述读出器接收器的所述载波的量值相同的量值的信号，且将所述信号添加到所述读出器接收器，从而移除流过所述读出器接收器的所述载波。
全文摘要
本发明提供一种反向散射型射频识别(RFID)通信系统，且更明确地说，提供一种通过使用由RFID读出器发射的载波的能量而使RFID标签将信号发射回到RF读出器的反向散射型RFID通信系统。所提供的是一种反向散射型射频识别(RFID)通信系统，即使在过度拥挤的读出器环境下，也在没有错误的情况下有效地执行RFID通信，同时在RFID读出器之间不发生干扰。即使在过度拥挤的读出器环境下，在RFID读出器之间也不发生RF信号的干扰，且可有效地执行RFID通信。RFID读出器的发射时步和接收时步不需要彼此同步，使得可改善RFID读出器的兼容性。
文档编号H04B5/02GK102257741SQ201080003653
公开日2011年11月23日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月27日
发明者吴光珍, 姜良奇, 朴锺声 申请人:光电认识株式会社