用于在電感耦合的rfid中產(chǎn)生專用數(shù)據(jù)信道的裝置制造方法
【專利摘要】用于修改傳入的射頻(RF)信號的電感耦合裝置包括用于根據(jù)電感元件的耦合阻抗特征修改傳入的射頻信號的電感元件?？勺冏杩闺娐钒婑詈现岭姼性妮敵?。低通Delta-Sigma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，基于可變阻抗電路的輸出調(diào)節(jié)電感元件的耦合阻抗。
【專利說明】用于在電感耦合的RFID中產(chǎn)生專用數(shù)據(jù)信道的裝置發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于在電感或磁耦合的射頻通信網(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)】
[0002]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簽的近場通信網(wǎng)絡(luò)中的物品。在給定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)送到多個標簽?？衫秒姼旭詈辖柚趦蓚€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。標簽中所感應(yīng)出的電壓能夠被整流并用于向標簽電路供電。RFID網(wǎng)絡(luò)可包括標簽和讀取器，其中，標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簽傳遞到讀取器，標簽電路會改變負載，其在本文中指的是與其電感耦合線圈相關(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，源自讀取器的RF信號能被修改并返回至該讀取器，修改后的信號由標簽來調(diào)制以傳送編碼數(shù)據(jù)。
[0003]圖1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上進行從標簽1la-C到讀取裝置103的數(shù)據(jù)傳輸。利用已有的電感耦合技術(shù)，通常處于RFID系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中的多個標簽中的每個標簽在用于電感耦合的相同載波信號上發(fā)送RF信號。因此，來自各標簽的電感耦合的RF信號在與給定讀取裝置/RFID網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的相同RF頻譜內(nèi)與其它標簽的電感耦合RF信號重疊。
[0004]因此，當多個標簽被相同的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、重疊的信號進行耦合時，在RFID系統(tǒng)中會發(fā)生標簽沖突。這樣，每當在同一 RF場中必須同時讀取大量標簽時，標簽沖突問題就會加重。當同時產(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。
[0005]已提出了許多系統(tǒng)來對個體標簽進行隔離。例如，在一種專門減少沖突錯誤的技術(shù)中，當讀取器意識到已發(fā)生標簽沖突時，該讀取器會發(fā)送特殊的“間隙脈沖”信號。當接收到此信號時，各標簽會詢問隨機數(shù)計數(shù)器以確定發(fā)送其數(shù)據(jù)前要等待的間隔。由于各個標簽得到唯一的數(shù)字間隔，因此標簽會在不同時間發(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。
[0006]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，其中標簽通過改變狀態(tài)之間的阻抗匹配來改變其耦合阻抗。然而，仍然存在由給定頻率信道上重疊的修改的信號導(dǎo)致的標簽沖突的不利影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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。電感耦合裝置包括電感元件、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低通Delta-Sigma(Δ Σ)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，當根據(jù)可變阻抗電路的輸出來調(diào)節(jié)電感元件的耦合阻抗時，修改傳入的RF信號。
[0008]在一個實施例中，至少一個低通Delta-Sigma調(diào)制器的輸出在至少兩個狀態(tài)間切換可變阻抗電路的輸出以調(diào)節(jié)耦合阻抗Z。
[0009]在另一實施例中，施加至低通Delta-Sigma調(diào)制器的輸入信號由將傳入的射頻信號偏移+/_ω(!的復(fù)合調(diào)制信號其中之一組成。
[0010]復(fù)合調(diào)制信號可以由GMSK、QPSK、nPSK、nQAM和OFDM信號中的任意信號組成。
[0011]在又一實施例中，電感耦合裝置還包括至少一耦合至可變阻抗電路的第二低通Delta-Sigma調(diào)制器,其中可變阻抗電路的輸出還數(shù)字式地受控于第二低通Delta-Sigma調(diào)制器。
[0012]在進一步的實施例中，輸入至電感耦合裝置的第一和第二低通Delta-Sigma調(diào)制器的輸入信號分別包括同相⑴信號和正交(Q)信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]現(xiàn)在將僅參照下列附圖示例性地描述本發(fā)明，其中:
[0014]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的電感耦合的RFID網(wǎng)絡(luò)，其中在相同的頻率信道中進行從標簽到讀取器的數(shù)據(jù)傳輸；
[0015]圖2示出了一實施例中用于產(chǎn)生耦合至電感元件的可變阻抗的裝置；
[0016]圖3示出了一實施例中用于產(chǎn)生由數(shù)字信號源(例如直接數(shù)字式頻率合成器)的頻率偏移的IQ信號的裝置；
[0017]圖4示出了一實施例中用于產(chǎn)生由數(shù)字信號源(例如是直接數(shù)字式頻率合成器)的頻率偏移的OFDM信號的裝置；
[0018]圖5a示出了一實施例中用于基于IQ信號輸入來產(chǎn)生單邊帶信號的交織調(diào)制器裝置；
[0019]圖5b示出了利用圖5a的交織調(diào)制器裝置產(chǎn)生的單邊帶信號的輸出信號的示意圖；
[0020]圖6示出了 RFID通信網(wǎng)絡(luò)的實施例，其中通過標簽和讀取器之間的電感耦合在專用頻率信道中進行數(shù)據(jù)傳輸；
[0021]圖7a示出了一實施例中用于產(chǎn)生QAM信號的電感耦合調(diào)制器裝置；以及
[0022]圖7b示出了可以在利用圖7a的調(diào)制器裝置產(chǎn)生的修改后的信號中產(chǎn)生的正交誤差的示意圖。
[0023]具體說明
[0024]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)綐撕灥臄?shù)據(jù)編碼到由RFID讀取裝置發(fā)出的載波的相位變化中。
[0025]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。可以為RFID通信網(wǎng)絡(luò)的標簽終端的一部分的電感元件203，根據(jù)其時變耦合阻抗特征ZJt)來修改傳入的RF信號。這里將數(shù)字波形207施加給單比特低通Delta-Sigma( Λ Σ)調(diào)制器202。應(yīng)用單比特低通Λ Σ調(diào)制器202的輸出以控制可變阻抗205的至少兩個狀態(tài)。
[0026]圖3示出了一實施例中用于產(chǎn)生偏移數(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) 3070至混頻器的信號(308,309)由直接數(shù)字式頻率合成器307產(chǎn)生。可以應(yīng)用低通Delta-Sigma ( Δ Σ)調(diào)制器302來產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號。如本文所述,低通Delta-Sigma調(diào)制器產(chǎn)生代表從DC電平到某預(yù)定設(shè)計的帶寬BW的輸入數(shù)據(jù)的輸出比特流。超過該預(yù)定設(shè)計的帶寬BW后，低通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為具有過多的量化噪聲為止。
[0027]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低通Delta-Sigma調(diào)制器302的帶噪輸出。
[0028]圖4示出了一實施例中用于產(chǎn)生由數(shù)字信號源的頻率偏移的正交頻分復(fù)用(OFDM)信號的裝置400。
[0029]在圖3和圖4的示例中，在frt+ δ f和frf- δ f處產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號，即它們?yōu)殡p邊帶的，并具有低邊帶和高邊帶。
[0030]圖5a示出了一實施例中用于基于IQ信號輸入508，509來產(chǎn)生單邊帶(SSB)信號的交織調(diào)制器裝置500a。能夠利用兩個交織的低通Λ Σ調(diào)制器502a，502b來產(chǎn)生單邊帶(SSB)信號。
[0031]參見圖5a，兩個交織的低通ΛΣ調(diào)制器502a，502b提供使Z改變0，90，180或270° (或者通常地偏移+0，偏移+90，偏移+180，或者偏移+270)的信號。至交織的第一和第二低通Delta-Sigma調(diào)制器502a, 502b的輸入信號可分別包括同相(I)和正交(Q)信號508，509。在一個實施例中，施加至交織的低通Delta-Sigma調(diào)制器502a，402b的輸入信號由將傳入的射頻信號偏移+ω0或-COtl或O的復(fù)合調(diào)制信號組成。
[0032]仍參照圖5a，第一 Λ Σ (即(AS)1)具有也使Z改變O或180°的輸出，而另一Λ Σ (即(Λ Σ))具有也能使Z改變90或270°的輸出。然而，輸出是交織的，在第一 Λ Σ和第二 Δ Σ之間交替切換。因此，如果(Δ 產(chǎn)生0，180，180，0，0，180…且(Δ Σ)^^90,90,270,270,…，則控制 Z 改變 0，90，180，90，180，270，0，270，…。通過利用此結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生單邊帶SSB信號。
[0033]圖5b示出了利用圖5a的調(diào)制器裝置500a產(chǎn)生的單邊帶SSB信號的代表性輸出信號500b。圖5b示出了這樣一種結(jié)構(gòu)的輸出，其中施加在(八2)1調(diào)制器和(AS)q調(diào)制器的信號分別為Sincobbt和COScobbt。這里，Cobb將被改變成三種不同的頻率。
[0034]如果Z中出現(xiàn)任何誤差，則會得到修改后的信號中有效的IQ偏移量。然而，這可通過使用已知的IQ校正方案在讀取裝置中進行校正。如果電感元件阻抗發(fā)生變化，則可將同樣的做法應(yīng)用到RFID讀取器上。
[0035]圖6示出了 RFID通信網(wǎng)絡(luò)600的實施例，其中通過產(chǎn)生針對RFID通信網(wǎng)絡(luò)600中進行數(shù)據(jù)通信的各個標簽60 la-c的不同頻率信道605，606, 607，利用針對低通Delta-Sigma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簽到讀取器的數(shù)據(jù)傳輸。這里，針對耦合阻抗的低通Delta-Sigma調(diào)制的復(fù)合調(diào)制方法和裝置是指并表示為“Ζ-Λ Σ方案”。各個標簽終端60la-c中的電感元件603a_c根據(jù)電感元件603a_c的耦合阻抗特征Z來修改例如來自讀取裝置602的傳入的射頻信號。可變阻抗電路(在圖6中未示出)具有電連接至電感元件603a_c的輸出。低通Delta-Sigma調(diào)制器f禹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603a_c的耦合阻抗Z。
[0036]圖7a示出了一實施例中用于產(chǎn)生正交調(diào)幅(QAM)信號的調(diào)制器裝置700。將數(shù)據(jù)比特施加到查找表(LUT) 701后，再施加給Λ Σ調(diào)制器702a，702b。
[0037]通過應(yīng)用單邊帶SSB方案，可以產(chǎn)生如GMSK、nPSK、正交相移鍵控(QPSK)、0FDM、nQAM等的復(fù)合調(diào)制信號，其中η表示整數(shù)。
[0038]在一實施例中，低通Delta-Sigma調(diào)制器702a，702b的輸出可以為歸零值(RTZ)，從而如果數(shù)據(jù)為1101101，則輸出為10100010100010 ;注意在各比特位之間有O。在備選實施例中，低通Delta-Sigma調(diào)制器702a，702b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。
[0039]Zin 的相位可能存在誤差；即 ZQexp(jO° )，(Z0+ ε ^ exp (j (180° +Φ!), (Z0+ ε 2)exp (j (90° +Φ2)4Ρ(Ζ0+ε3)θχρ(].(270。+Φ3)，其中 ε 17 φ17 ε2，φ2，ε^Ρφ3 表示誤差，Ztl為某參考阻抗。這些誤差在由電感元件返回的修改后的信號中產(chǎn)生正交誤差。
[0040]圖7b為在以偏移量Sf產(chǎn)生單邊帶的情況下的修改后的信號的示意圖。由于此誤差會在-Sf處產(chǎn)生錯誤音調(diào)(error tone);理想情況下誤差信號是不存在的。此正交誤差能夠通過⑴調(diào)節(jié)施加給低通Delta-Sigma調(diào)制器的I和Q信號來校正，或者(ii)在RFID通信網(wǎng)絡(luò)自身的讀取器內(nèi)進行校正。
[0041]例如，在讀取器中測量的是E (Q~2)-E (Γ2)和E (IQ)，其中E(X)為平均期望值。項E(Q~2)-E(I~2)為增益失配的度量，E(IQ)為相位失配的度量。直到E(Q~2)-E(Γ2) =0時I (或者Q)信道中的增益才會被更正，直到E(IQ) = O時I (或者Q)信道中的相位才能夠被更正。這可在閉環(huán)方案中例如通過使用最小均方濾波器的方式來完成。
[0042]用于產(chǎn)生校正的I和Q值的矩陣為:
[0043]I MiE0<]= 1*0
[0044]Q 更正的=sin(phase_error)*I+cos(phase_error)*Q
[0045]其中D為I和Q之間增益失配的度量，phase_error為I和Q之間的相位誤差。若沒有任何誤差，則D = I,且phase_error = 0°。
[0046]針對由無線標簽終端所利用的、例如用于驅(qū)動低通Delta-Sigma調(diào)制器的計時能而言，該計時功能的產(chǎn)生可由標簽讀取器中的時鐘電路來提供，或者經(jīng)由基于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。
[0047]例如，在將來自讀取器的信號作為時鐘的實例中，如果讀取器處于frf處，則標簽使用的時鐘將為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)。
[0048]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。例如，可以想到本文描述的低通Delta-Sigma調(diào)制器的比特流可由脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的類似比特流代替。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。
【權(quán)利要求】
1.一種用于修改傳入的射頻即信號的電感耦合裝置，其包括: 電感元件； 具有電耦合至所述電感元件的輸出的可變阻抗電路；以及 至少一耦合至所述可變阻抗電路并數(shù)字式控制所述可變阻抗電路的輸出的低通0611:8-3腦八2調(diào)制器； 其中當根據(jù)可變阻抗電路的輸出調(diào)節(jié)所述電感元件的耦合阻抗2時，修改傳入的射頻信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電感耦合裝置，其中至少一低通061^-3101^調(diào)制器的輸出在至少兩個狀態(tài)之間切換所述可變阻抗電路的輸出，從而調(diào)節(jié)所述耦合阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電感耦合裝置，其中施加至所述低通061^-3101^調(diào)制器的輸入信號包括將傳入的射頻信號偏移—廣0。的復(fù)合調(diào)制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電感耦合裝置，其中所述復(fù)合調(diào)制信號由咖部、職部、成部、成八1和0？01信號中之一組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的電感耦合裝置，其中所述低通061^-3101^調(diào)制器的輸出為歸零奶2和非歸零見？2類信號中的一種信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電感耦合裝置，其還包括至少一耦合至所述可變阻抗電路的第二低通061^-3101^調(diào)制器，其中所述可變阻抗電路的輸出還數(shù)字式受控于至少第二低通調(diào)制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電感耦合裝置，其中至第一和第二低通061仏調(diào)制器的輸入信號分別包括同相I和正交0信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電感耦合裝置，其中第一和第二所述低通061^-3101^調(diào)制器的組合輸出使所述可變阻抗電路的輸出在四個狀態(tài)間切換以調(diào)節(jié)所述電感元件的耦合阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電感耦合裝置，其中所述耦合阻抗包括四個狀態(tài)，彼此相隔206x^)00。)，2(^611)0180°)^2(^^)0270°
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的電感耦合裝置，其中第一所述低通061乜-318胍調(diào)制器((厶從)在0度和180度之間切換狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項所述的電感耦合裝置，其中所述第二低通061^1-31卿3調(diào)制器((八2)9在90度和270度之間切換狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電感耦合裝置，其中第一和第二低通061^-3101^調(diào)制器的輸出在彼此間交替切換，其中如果(八2):^^ 0,180,180,0,0,180-^ (八產(chǎn)生90,90,270,270,…，則控制 2 以 0，90，180，90，180，270，0，270，…來調(diào)節(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項所述的電感耦合裝置，其中施加到所述低通061仏調(diào)制器的輸入信號包括將傳入的射頻信號的頻率偏移^:的正弦和余弦波形，其中％可為正或負。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項所述的電感耦合裝置，其中施加到所述低通061^-81^調(diào)制器的輸入信號由將傳入的射頻信號的頻率偏移—03。，-03。和0其中之一的復(fù)合調(diào)制信號組成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電感耦合裝置，其中所述復(fù)合調(diào)制信號由成部、驢部、II洶1和0？01信號中之一組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求6至15中任一項所述的電感|禹合裝置,其中所述低通0611:21-31卿8調(diào)制器的輸出由歸零奶2和非歸零見？2類信號中的一個信號組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電感耦合裝置，其中調(diào)節(jié)所述I和0信號以補償在產(chǎn)生200X1)00。),2(^1)0180° ),2,1)(^90° )^2,^)0270° )時而導(dǎo)致的誤差。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電感耦合裝置，其中在電磁耦合至所述電感元件的射頻識別即10讀取裝置中進行所述誤差的補償。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的電感耦合裝置，其還包括在所述可變阻抗電路處的至少一濾波裝置以濾除來自至少一低通061^-3101^調(diào)制器的帶噪輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的電感耦合裝置，其中所述電感元件包括標簽終端的一部分，所述標簽終端電磁耦合至射頻識別即10系統(tǒng)中的讀取裝置，所述讀取裝置以載波信號頻率提供傳入的射頻信號，所述射頻識別系統(tǒng)包括對所述低通061^-3101^調(diào)制器進行計時，其中計時由標簽讀取器中的時鐘電路和基于所述載波信號頻率產(chǎn)生的時鐘電路中的一個電路產(chǎn)生。
21.一種用于修改傳入的射頻即信號的電感耦合裝置，其包括: 電感元件； 具有電耦合至所述電感元件的輸出的可變阻抗電路；以及 至少一耦合至所述可變阻抗電路并數(shù)字式控制所述可變阻抗電路的輸出的脈寬調(diào)制電路； 其中當根據(jù)可變阻抗電路的輸出調(diào)節(jié)所述電感元件的耦合阻抗2時，修改傳入的射頻信號。
【文檔編號】H04B7/005GK104380611SQ201280073533
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】塔吉德爾·曼庫 申請人:泰格信息技術(shù)有限公司