本申請是申請日為2012年6月11日，申請?zhí)枮?01280073516.8，名稱為“用于在采用帶通調(diào)制的電感耦合的rfid系統(tǒng)中產(chǎn)生專用數(shù)據(jù)信道的方法及裝置”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明總體上涉及用于在采用帶通調(diào)制的電感耦合的射頻通信網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生專用數(shù)據(jù)傳輸信道的方法及裝置。

背景技術(shù)：

射頻識別(rfid)系統(tǒng)通常用于定位并跟蹤包括讀取裝置和至少一個無線終端或者標(biāo)簽的近場通信網(wǎng)絡(luò)中的物品。在給定的rfid網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中，將含有載波信號的激勵時變電磁射頻(rf)波從讀取器發(fā)送到標(biāo)簽。可利用電感耦合借助于兩個電路之間的互感將能量從一個電路(例如導(dǎo)電天線線圈及相關(guān)電路)傳輸?shù)搅硪粋€電路。標(biāo)簽中所感應(yīng)出的電壓能夠被整流并用于向標(biāo)簽電路供電。rfid網(wǎng)絡(luò)可包括標(biāo)簽和讀取器，其中，標(biāo)簽和讀取器利用它們的電感耦合天線(或者天線線圈)間的這種電感耦合來交換信息。為了使信息能夠從標(biāo)簽傳遞到讀取器，標(biāo)簽電路會改變負(fù)載或者使負(fù)載發(fā)生變化，該負(fù)載在本文中指的是與電感耦合線圈或者元件相關(guān)的耦合阻抗。由于互感耦合的原因，讀取器能夠檢測到此改變，借此，標(biāo)簽?zāi)苄薷脑醋宰x取器的rf信號以傳送編碼數(shù)據(jù)。

圖1a描述了現(xiàn)有技術(shù)的rfid系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，在相同的頻率信道或頻譜104上進行從標(biāo)簽101a-c到讀取裝置103的數(shù)據(jù)傳輸。在利用己有的電感耦合技術(shù)時，通常處于rfid系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中的多個標(biāo)簽中的每個標(biāo)簽利用修改后的載波信號發(fā)送rf信號。因此，來自各標(biāo)簽的修改后的rf信號在與rfid網(wǎng)絡(luò)中的給定讀取裝置相關(guān)的相同rf頻譜內(nèi)與其它標(biāo)簽的修改后的rf信號重疊。

因此，當(dāng)多個標(biāo)簽被相同的rfid讀取裝置激勵，同時利用給定頻率信道對返回至讀取器的它們各自的、重疊的信號進行修改時，在rfid系統(tǒng)中會發(fā)生標(biāo)簽沖突。這樣，每當(dāng)在同一rf場中必須同時讀取大量標(biāo)簽時，標(biāo)簽沖突問題就會加重。當(dāng)同時產(chǎn)生的信號發(fā)生沖突時，讀取器不能區(qū)分這些信號。標(biāo)簽沖突會使讀取器混淆，產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸錯誤，并通常會降低rfid系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)吞吐量。

已提出了許多系統(tǒng)來對個體標(biāo)簽進行隔離。例如，在一種專門減少沖突錯誤的技術(shù)中，當(dāng)讀取器意識到已發(fā)生標(biāo)簽沖突時，該讀取器會發(fā)送特殊的“間隙脈沖”信號。當(dāng)接收到此信號時，各標(biāo)簽會詢問隨機數(shù)計數(shù)器以確定發(fā)送其數(shù)據(jù)前要等待的間隔。由于各個標(biāo)簽得到唯一的數(shù)字間隔，因此標(biāo)簽會在不同時間發(fā)送它們的數(shù)據(jù)。然而，就數(shù)據(jù)吞吐率而言，仍然存在對整個rfid系統(tǒng)性能的不利影響。

目前已知的是，通過利用例如相移鍵控(psk)和幅移鍵控(ask)這樣的信號調(diào)制方案來對標(biāo)簽所接收到的信號進行調(diào)制并將調(diào)制后的信號電感耦合至讀取裝置，其中標(biāo)簽通過改變狀態(tài)之間的阻抗匹配來改變其相關(guān)的阻抗。然而，當(dāng)使用這些已知的信號調(diào)制方案時，仍然存在由給定頻率信道上重疊的修改后的信號導(dǎo)致的標(biāo)簽沖突的不利影響。

此外，在rfid網(wǎng)絡(luò)的讀取裝置環(huán)境下，尤為相關(guān)的是讀取裝置中dc偏移量的影響以及讀取器的相位噪聲的影響。

在電感耦合的rfid系統(tǒng)中，基礎(chǔ)線圈(underlyingcoils)由它們的物理尺寸和結(jié)構(gòu)確定。已熟知的是，等效的變壓器能替代兩個線圈的耦合系統(tǒng)。這兩個線圈之間的關(guān)系由磁場(b)和基礎(chǔ)值(underlyingvalue)給出，以表示此關(guān)系即為互感(m)和/或耦合因子(k)。

圖lb示出了現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合的rfid系統(tǒng)。適用的畢奧-薩伐爾biot-savart關(guān)系式為：

這使得每點處磁場的計算為電流i1和幾何量的函數(shù)。在式(1)中，μ0表示磁導(dǎo)率，x代表距離，s表示沿線圈的積分路徑。

除此之外，互感和耦合因子通過下式給定：

這里，a2表示第二線圈的面積，而l1和l2表示兩個線圈的電感。讀取器的線圈與應(yīng)答器的線圈之間的距離也可確定耦合因子。

仍然參照圖1b，如讀取裝置所視為的阻抗為：

zin＝ω²m²[yl+y2]

其中ω為以rads/s為單位的工作頻率，m為互感，y1+y2為在標(biāo)簽裝置內(nèi)的導(dǎo)納。這里，ll和l2分別與電容c1和c2產(chǎn)生共振。調(diào)制y1+y2導(dǎo)納以將信息傳回讀取器。可經(jīng)由幅度(ask)或相位(psk)調(diào)制y1+y2。也能利用多相位psk和多幅值ask調(diào)制y1+y2，但是這會造成針對l1c1和l2c2的共振q的問題。

調(diào)制導(dǎo)納y1+y2使得大多數(shù)頻域數(shù)據(jù)接近dc。由于必須要從可能由讀取器本身產(chǎn)生的dc偏移量中區(qū)分出真實信號，因此會產(chǎn)生針對讀取裝置的問題；例如，讀取器的工作頻率泄露回到自身從而產(chǎn)生dc，或者讀取器中使用的振蕩器的相位噪聲(不期望地)疊加在調(diào)制后的信號上。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于修改傳入的射頻(rf)信號的電感耦合裝置。該電感耦合裝置包括電感線圈或者元件、具有電耦合至電感元件的輸出的可變阻抗電路以及至少一個帶通delta-sigma(δ∑)調(diào)制器，該調(diào)制器耦合至可變阻抗電路并數(shù)字式控制可變阻抗電路的輸出，其中，根據(jù)基于可變阻抗電路的輸出進行調(diào)節(jié)的電感元件的耦合阻抗特征來修改傳入的rf信號。

在一個實施例中，至少一個帶通delta-sigma調(diào)制器的輸出在兩個狀態(tài)間切換可變阻抗電路的輸出以調(diào)節(jié)耦合阻抗z。

在另一實施例中，施加至帶通delta-sigma調(diào)制器的輸入信號由將傳入的射頻信號偏移+/ω0的復(fù)合調(diào)制信號其中之一組成。

復(fù)合調(diào)制信號可由gmsk、qpsk、npsk、nqam和ofdm信號中的任意信號組成。

在電感耦合的裝置的實施例中，帶通delta-sigma調(diào)制器的輸出為歸零(rtz)和非歸零(nrz)類信號中的一個信號。

在一個實施例中，電感耦合裝置可包括iq上變頻調(diào)制器，其中根據(jù)輸入至帶通delta-sigma調(diào)制器的同相一正交(iq)上變頻信號產(chǎn)生數(shù)字式受控的輸出。

在又一實施例中，提供給iq上變頻模塊的輸入數(shù)據(jù)由gmsk、qpsk、npsk、nqam和ofdm信號中的一個信號組成。

電感耦合裝置可包括電磁耦合至射頻識別(rfid)系統(tǒng)中的讀取裝置的標(biāo)簽終端的一部分，其中基于標(biāo)簽終端內(nèi)置的時鐘電路來從iq上變頻調(diào)制器中產(chǎn)生數(shù)據(jù)。

在另一個實施例中，基于利用讀取裝置的被m分頻后的載波信號頻率frf的時鐘電路來從iq上變頻調(diào)制器中產(chǎn)生數(shù)據(jù)，其中m表示正數(shù)值。

在一個實施例中，可基于標(biāo)簽終端內(nèi)置的時鐘電路對iq上變頻調(diào)制器進行計時。

在另一個實施例中，可基于利用讀取裝置的被n分頻后的載波信號頻率frf的時鐘電路對iq上變頻調(diào)制器進行計時，其中n表示正數(shù)值。

在電感耦合裝置的另一實施例中，電感元件包括標(biāo)簽終端的部分，標(biāo)簽終端電磁耦合至射頻識別(rfid)系統(tǒng)中的讀取裝置，rfid系統(tǒng)包括利用在標(biāo)簽終端內(nèi)的時鐘電路對帶通delta-sigma調(diào)制器進行計時。

在備選的實施例中，利用基于傳入的被l分頻后的rf信號頻率產(chǎn)生的時鐘電路對帶通delta-sigma調(diào)制器進行計時，其中l(wèi)表示正數(shù)值。

附圖說明

現(xiàn)在將僅參照下列附圖示例性地描述本發(fā)明，其中：

圖la示出了現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合的rfid網(wǎng)絡(luò)，在該系統(tǒng)中，在相同的頻率信道中進行從標(biāo)簽到讀取器的數(shù)據(jù)傳輸；

圖lb示出了現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合的rfid系統(tǒng)的代表模型；

圖2示出了一個實施例中的采用帶通調(diào)制的的裝置，其用于產(chǎn)生耦合至電感元件的可變阻抗；

圖3示出了一個實施例中的用于產(chǎn)生偏移了數(shù)字信號源(例如直接數(shù)字式頻率合成器)的頻率的iq信號的裝置；

圖4示出了一個實施例中的利用帶通調(diào)制的用于產(chǎn)生偏移了數(shù)字信號源(例如是直接數(shù)字式頻率合成器)的頻率的正交頻分復(fù)用(ofdm)信號的裝置；

圖5示出了rfid系統(tǒng)的實施例，在該系統(tǒng)中，經(jīng)由標(biāo)簽和讀取器之間的電感耦合的數(shù)據(jù)傳輸可利用帶通調(diào)制在專用頻率信道上進行；

圖6a示出了一個實施例中的用于產(chǎn)生qam信號的電感耦合的帶通調(diào)制器裝置；

圖6b示出了一個實施例中的用于實現(xiàn)利用帶通調(diào)制產(chǎn)生64qam數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的過程；

圖6c示出了圖6a的64qam系統(tǒng)裝置的具有信噪比13db的輸出的星座示意圖；以及

圖6d示出了圖6a的64qam系統(tǒng)裝置的具有信噪比22db的輸出的星座示意圖。

具體實施方式

本文使用的術(shù)語調(diào)制指的是射頻識別(rfid)無線終端或標(biāo)簽改變讀取器電感耦合裝置的載波射頻(rf)信號以對信息進行編碼和傳遞的過程。例如，在相位調(diào)制中，將從讀取裝置傳輸?shù)綐?biāo)簽的數(shù)據(jù)編碼到由rfid讀取裝置發(fā)出的載波的相位變化中。

圖2示出了一個實施例中的如射頻識別(rfid)通信網(wǎng)絡(luò)的無線通信系統(tǒng)的電感耦合裝置200，該rfid通信網(wǎng)絡(luò)可以為無源或半無源式的，其用于在電感元件203上產(chǎn)生可變(或者調(diào)制)阻抗205以修改例如來自rfid網(wǎng)絡(luò)的讀取裝置的傳入的射頻(rf)信號?？勺鳛閞fid通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)簽終端的一部分的電感元件203根據(jù)其時變的負(fù)載或者阻抗的特征zl(t)來修改傳入的rf信號。這里，將數(shù)字波形207應(yīng)用于單比特帶通delta-sigma(δ∑)調(diào)制器202。應(yīng)用單比特帶通δ∑調(diào)制器202的輸出以控制可變阻抗205的至少兩個狀態(tài)。

圖3示出了一個實施例中的用于產(chǎn)生偏移了數(shù)字信號源的頻率的同相-正交(iq)信號(308，309)的裝置300，其中在一個實施例中數(shù)字信號源可以是直接數(shù)字式頻率合成器(dds)307。至混頻器的iq信號(308，309)由dds307產(chǎn)生?？蓱?yīng)用帶通delta-sigma(δ∑)調(diào)制器302來產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號。如本文所述，帶通delta-sigma調(diào)制器產(chǎn)生代表下述輸入數(shù)據(jù)的輸出比特流，該輸入數(shù)據(jù)接近帶通delta-sigma調(diào)制器的采樣頻率(表示為fs)被4分頻后的頻率。高于或低于fs/4時，帶通delta-sigma調(diào)制器的量化噪聲會一直增加，直到在某設(shè)計截止點處該信號被認(rèn)為具有過多的量化噪聲為止。

仍然參照圖3，至混頻器的iq信號可由直接數(shù)字式頻率合成器(dds)307或者時鐘在fs/4處進行上變頻。然后將上變頻后的輸出信號施加給帶通delta-sigma調(diào)制器302。在采樣頻率fs上應(yīng)用帶通delta-sigma(δ∑)調(diào)制器302以產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號。如本文所述，帶通delta-sigma調(diào)制器產(chǎn)生代表從fs/4-bw/2到fs/4+bw/2范圍內(nèi)的輸入信號的輸出比特流，其中fs代表帶通delta-sigma調(diào)制器的采樣頻率，bw代表設(shè)計帶通delta-sigma調(diào)制器的預(yù)定帶寬。標(biāo)簽裝置的電感元件的復(fù)合iq信號在frf+/-fs/4左右，其中frf為rfid網(wǎng)絡(luò)中讀取裝置的頻率。由于輸出比特流相對于讀取裝置信號的頻率偏移了fs/4，因此這既減少了讀取裝置中dc偏移量的影響，也減少了讀取裝置的相位噪聲的影響。

在此情形下，可采用任何類型的復(fù)合調(diào)制，其中包括高斯最小頻移鍵控(gmsk)、多相相移鍵控(npsk)、正交相移鍵控(qpsk)、多相正交幅度調(diào)制(nqam)以及ofdm信號，其中，n表示整數(shù)，施加至帶通delta-sigma調(diào)制器的輸入信號由將讀取裝置的傳入的射頻信號偏移了+/-ω0的復(fù)合調(diào)制信號組成，其中ω0表示相對于傳入的rf信號所偏移的頻率。

在一個實施例中，電感耦合裝置可包括電磁耦合至rfid網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中的讀取裝置的標(biāo)簽終端的一部分，其中可基于讀取裝置的被l分頻后的載波信號頻率frf來驅(qū)動帶通delta-sigma調(diào)制器的計時，其中l(wèi)表示正數(shù)值。

在另一個實施例中，電感耦合裝置可包括電磁耦合至rfid網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中的讀取裝置的標(biāo)簽終端的一部分，其中由標(biāo)簽終端內(nèi)置的時鐘電路來驅(qū)動產(chǎn)生來自iq上變頻調(diào)制器的數(shù)據(jù)。

備選地，電感耦合裝置可包括電磁耦合至rfid網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中的讀取裝置的標(biāo)簽終端的一部分，其中由基于讀取裝置的載波信號頻率frf被m分頻后的頻率的時鐘電路來驅(qū)動產(chǎn)生來自iq上變頻調(diào)制器的數(shù)據(jù)，其中m表示正數(shù)值。

在一個實施例中，帶通delta-sigma調(diào)制器302的輸出可以為歸零值(rtz)，因此，如果數(shù)據(jù)為1101101，則輸出為10100010100010；注意在各比特位之間有0。在備選實施例中，帶通delta-sigma調(diào)制器302的輸出可以為非歸零(nrz)類信號；例如，如果數(shù)據(jù)為1101101，則輸出為1101101，且不對數(shù)據(jù)流進行任何添加。

在一實施例中，在可變阻抗電路中會存在一個或多個濾波器以濾除來自帶通delta-sigma調(diào)制器302的帶噪輸出。

圖4示出了一個實施例中的針對z-δ∑方案的、用于產(chǎn)生偏移了數(shù)字信號源(例如dds407)的頻率的正交頻分復(fù)用(ofdm)信號的裝置400。由直接數(shù)字式頻率合成器(dds)407或者時鐘將至混頻器的輸入信號上變頻至fs/4。然后將輸出信號施加給帶通delta-sigma調(diào)制器402。在采樣頻率fs上應(yīng)用帶通delta-sigma(δ∑)調(diào)制器402以產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號。

圖5示出了rfid通信網(wǎng)絡(luò)500的實施例，其中通過產(chǎn)生針對rfid通信網(wǎng)絡(luò)500中所使用的各個標(biāo)簽501a-c的不同頻率信道505，506，507，利用針對帶通delta-sigma(δ∑)調(diào)制的復(fù)合調(diào)制裝置和方法在專用頻率信道上進行從標(biāo)簽到讀取器的數(shù)據(jù)傳輸。這里，針對耦合阻抗的帶通delta-sigma(δ∑)調(diào)制的復(fù)合調(diào)制方法和裝置是指并表示為“z-δ∑方案”。各個標(biāo)簽終端501a-c中的電感元件503a-c根據(jù)電感元件503a-c的耦合阻抗特征z來修改例如來自讀取裝置502的傳入的射頻信號。可變阻抗電路(在圖5中未示出)具有電連接至電感元件503a-c的輸出。帶通delta-sigma調(diào)制器耦合至可變阻抗電路的輸入，以數(shù)字式控制該可變阻抗電路的輸出，使得可通過改變該可變阻抗電路的輸出來調(diào)節(jié)電感元件503a-c的耦合阻抗z。

圖6a示出了在一個實施例中用于產(chǎn)生正交調(diào)幅(qam)信號的電感耦合的z-δ∑裝置600a。將輸入數(shù)據(jù)比特施加到查找表(lut)601以產(chǎn)生i和q信號608，609。然后將i和q信號608，609上變頻至fs/4后，再施加給在fs上進行采樣的帶通delta-sigma調(diào)制器502。

圖6b示出了在一個實施例中用于實現(xiàn)產(chǎn)生64qam數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的過程600b。在步驟611中，采用步驟610中傳入的iq數(shù)據(jù)來產(chǎn)生64qam數(shù)據(jù)。然后，在步驟612中對數(shù)據(jù)進行上采樣，并在步驟613中將該數(shù)據(jù)上變頻至fs/4。隨后，在步驟614中將四階帶通delta-sigma調(diào)制器應(yīng)用于該信號，以調(diào)制rfid系統(tǒng)的標(biāo)簽裝置的電感元件603的耦合阻抗。然后，輸出可由rfid系統(tǒng)的讀取器進行解調(diào)，并可繪制出針對不同等級的信噪比(snr)的附帶的輸出星座圖。

圖6c示出了具有信噪為13db的64qam系統(tǒng)裝置的輸出的星座示意圖。

圖6d示出了具有信噪比22db的64qam系統(tǒng)裝置的輸出的星座示意圖。

圖6c和6d的星座圖示出了通過應(yīng)用包括帶通delta-sigma調(diào)制器的z-δ∑方案產(chǎn)生的64qam調(diào)制。星座圖是通過獲取來自標(biāo)簽裝置的電感元件的輸出(即帶通delta-sigma調(diào)制器所要驅(qū)動的)、然后經(jīng)由讀取裝置將其傳遞的方式而產(chǎn)生的。讀取裝置利用該讀取裝置的載波信號rf頻率進行下變頻，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)將數(shù)據(jù)數(shù)字化，然后對數(shù)據(jù)進行下采樣并將經(jīng)由數(shù)字濾波器來傳遞，最后解調(diào)該iq數(shù)據(jù)。圖6c和6d所示的星座點表示解調(diào)后的數(shù)據(jù)。

針對由無線標(biāo)簽終端所利用的、例如用于驅(qū)動帶通delta-sigma調(diào)制器的計時功能而言，該計時功能的產(chǎn)生可以由標(biāo)簽讀取器中的時鐘電路來提供，或者基于由rfid網(wǎng)絡(luò)的讀取裝置所提供的傳入的rf信號的頻率的時鐘電路發(fā)生器來提供。

例如，在利用來自讀取器的信號來啟用時鐘功能的實例中，如果讀取器處于frf處，則標(biāo)簽使用的時鐘將為frf，或者某頻率frf/n，其中n為某整數(shù)；即frf被n分頻以產(chǎn)生時鐘功能。

雖然本文針對無源和半無源rfid通信網(wǎng)絡(luò)對本發(fā)明優(yōu)選的實施例進行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到，也確實能理解的是，本文中提出的方案還可應(yīng)用于無線通信的其它方面。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本文所描述的具體實施例僅是說明性的而不一定是全面的。在不脫離如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出這些或其它多種修改。