專利名稱：反向散射型rfid通信系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種反向散射(backscattering)型射頻識別(radio frequencyidentification, RFID)通信系統，且更明確地說，涉及一種通過使用由RFID讀出器(reader)發射的載波的能量而使RFID標簽將信號發射回到RF讀出器的反向散射型 RFID通信系統
背景技術：
射頻識別(RFID)標簽通過使用由RFID讀出器發射的載波的能量而將信號發射到 RFID讀出器的通信系統被稱為反向散射通信系統。參考圖1，在根據相關技術的一種反向散射通信系統中，以一種方式執行RFID讀出器與RFID標簽之間的通信，使得當RFID標簽在預定的時步(time step)期間發射查詢信號(query signal)時，RFID標簽在下一時步期間發射回響應信號。一般來說，在每個國家，在RFID通信中使用的頻帶被指定在預定范圍內，且對 RFID相關產品的批準受到管制，從而不會偏離頻率范圍。因此，當在受限制的頻帶中執行多個RFID讀出器與多個RFID標簽之間的通信時， 所述頻帶被分成多個頻道(frequency channels)，且每一 RFID讀出器發射并接收處于指定的頻道范圍內的RF信號。如圖2中所說明，當在特定頻道上發射RFID讀出器的查詢信號時，RFID標簽通過使用反向散射而發射回具有與載波相同或相近的頻率的響應信號。在圖2中，在與載波的頻道相同的頻道內發射回具有與載波的頻率相比略低或略高的頻率的響應信號。這種情況被稱為信道內反向散射(in-charmel backscattering)。此外，存在邊界信道散射 (boundary channel scattering)禾口 ^^iSflfilt^!寸(adjacent-channel scattering), 邊界信道散射，在對應于處于載波的頻道與鄰近于載波的頻道的頻道之間的邊界的頻率下發射回響應信號；通過鄰近信道散射，在鄰近于載波的頻道的頻道的頻率下發射回響應信號。同時，在分配到RFID通信系統的頻帶中使用的RFID讀出器的數目大于頻道的數目的RFID通信環境被稱為過度擁擠的讀出器環境(overcrowded reader environment)。在過度擁擠的讀出器環境下，在執行如上所述的反向散射型RFID通信時存在問題。由于RFID讀出器的數目大于頻道的數目，所以每一RFID讀出器在每一時步期間在隨機選擇的頻道上發射查詢信號。在此情況下，如圖3中所說明，RFID讀出器2可在其中RFID 標簽1響應于RFID讀出器1的查詢信號的時步期間頻繁地發射載波。由于過度擁擠的讀出器環境，由兩個或兩個以上RFID讀出器發射的載波的頻道常常可為相同的。如圖4中所說明，當RFID讀出器1和RFID讀出器2的頻道相同時，RFID 標簽1的響應信號和RFID讀出器2的查詢信號常常彼此重疊在同一頻道處。一般來說，反向散射型RFID通信系統中的RFID標簽僅將載波的能量的一部分作為響應信號而發射回。因此，如圖4中所說明，與查詢信號1的強度相比，響應信號2和響應信號3的強度相對較弱。因此，由于RFID讀出器2的查詢信號1的緣故，RFID讀出器1 無法接收RFID標簽1的響應信號2和響應信號3。為了解決這些問題，可使所有RFID讀出器的發射時步和接收時步彼此同步。然而，所述方法導致RFID讀出器的結構復雜化，且可能增加制造成本。另外，當在同一環境下使用由不同的制造商制造的RFID讀出器時，難以使RFID讀出器之間具有兼容性。
發明內容
本發明提供一種反向散射型射頻識別(RFID)通信系統，其中即使在過度擁擠的讀出器環境下，也在沒有錯誤的情況下有效地執行RFID通信，同時在RFID讀出器之間不發生干擾。根據本發明的一方面，提供了一種反向散射型射頻識別(RFID)通信系統，其包含多個RFID讀出器，所述多個RFID讀出器中的每一者包含讀出器控制器，其產生待發射到RFID標簽的查詢信號；可見 射線發射單元(visible ray transmitting unit)，其以可見射線的形式發射由讀出器控制器發射的查詢信號；讀出器發射器，其通過從多個頻道中選擇一者而發射呈RF形式的載波；以及讀出器接收器，其接收從RFID標簽發射的呈RF 形式的響應信號，并將所述響應信號發射到讀出器控制器；以及多個RFID標簽，所述多個 RFID標簽中的每一者包含可見射線接收單元，其接收由RFID讀出器的可見射線發射單元發射的查詢信號，并將該查詢信號轉換為電信號；標簽接收器，其接收由RFID讀出器的讀出器發射器發射的載波；標簽控制器，其處理由可見射線接收單元接收的查詢信號的命令， 并相對于查詢信號產生響應信號；以及標簽發射器，其通過使用由標簽接收器接收到的載波的能量而相對于載波發射由標簽控制器發射的呈RF載波信號(carrier signal)形式的響應信號。根據本發明，即使在過度擁擠的讀出器環境下，在RFID讀出器之間也不發生RF信號的干擾，且可有效地執行RFID通信。根據本發明，RFID讀出器的發射時步和接收時步不需要彼此同步，使得可改善 RFID讀出器的兼容性。
通過參考附圖來詳細描述本發明的示范性實施例將更加明白本發明的上述和其它特征和優點，其中圖1到圖4各自說明根據相關技術的反向散射型射頻識別(RFID)通信系統。圖5示意性地說明根據本發明的實施例的反向散射型RFID通信系統。圖6是圖5中所說明的反向散射型RFID通信系統的RFID讀出器的框圖。圖7是圖5中所說明的反向散射型RFID通信系統的RFID標簽的框圖。圖8和圖9各自說明圖5中所說明的反向散射型RFID通信系統的操作。
具體實施例方式現在將參考附圖更全面地描述本發明，在附圖中示出了本發明的示范性實施例。圖5示意性地說明根據本發明的實施例的反向散射型射頻識別(RFID)通信系統，圖6是圖5中所說明的反向散射型RFID通信系統的RFID讀出器的框圖，且圖7是圖5中所說明的反向散射型RFID通信系統的RFID標簽的框圖。參看圖5到圖7，根據當前實施例的反向散射型RFID通信系統包含多個RFID讀出器30和多個RFID標簽40。圖5說明通過m個RFID讀出器30和ρ個RFID標簽40來配置反向散射型RFID通信系統的情況。在當前實施例中，在通過將分配到RFID通信的頻帶分成N份而形成的N個頻道上執行多個RFID讀出器30與多個RFID標簽40之間的RFID通信。RFID讀出器30中的每一者經由無線網絡20而連接到服務器10，且以一種方式執行無線通信，使得RFID讀出器30中的每一者和RFID標簽40中的每一者發射并接收可見射線信號和RF信號。參看圖6，每一 RFID讀出器30包含讀出器控制器31、可見射線發射單元32、讀出器發射器33以及讀出器接收器34。讀出器控制器31產生待發射到每一 RFID標簽40的查詢信號，并將所述查詢信號發射到可見射線發射單元32。可見射線發射單元32包含編碼器(encoder) 321、調制器(modulator) 322以及輻射單元(emission imit)323。編碼器321根據預定的規則對由讀出器控制器31發射的查詢信號進行編碼，且調制器322將由編碼器321發射的查詢信號調制(modulates)成適于作為可見射線信號進行發射的形式。為了通過使用調制器322來調制該查詢信號，可使用包含幅移鍵控(amplitude shift keying, ASK)等的各種方法。當使用ASK方法時，可使用調制指數為100%的開/關鍵控(on/off keying,00K)調制來改進信號發射效率。輻射單元323將由調制器322發射的呈電信號形式的查詢信號轉換為光學信號的形式，進而輻射可見光。輻射單元323可為激光二極管(laser diode, LD)、發光二極管(light emitting diode, LED)等。具體來說，LED可同時執行照明的功能，和可見射線通信單元的功能。而且，LED不使用用作常規照明光源的熒光燈(fluorescent lamp)或白熾燈(incandescent lamp)的水銀組件，且因此是對生態環境友好的。讀出器發射器33經由天線35將呈RF形式的載波發射到每一 RFID標簽40。在這方面，使用循環器(circulator)、耦合器(coupler)等來將發射信號與接收信號彼此分離。 讀出器發射器33發射具有屬于N個頻道中的一者的范圍的頻率的載波。讀出器發射器33 以規則間隔(regularinterval)改變載波的頻率。換句話說，讀出器發射器33以規則間隔改變從N個頻道中隨機選擇的一個頻道上的載波的頻率。另外，在檢查另一 RFID讀出器30是否使用與待發射的載波的頻道相同的頻道之后，RFID讀出器30在另一 RFID讀出器30未使用選定頻道時在所述頻道上發射載波。這被稱為發射前監聽(listen before transmit，LBT)。讀出器接收器34接收呈RF形式的響應信號，其中由RFID標簽40發射回由讀出器發射器33發射的載波，并將響應信號發射到讀出器控制器31。在這方面，由循環器、耦合器等來接收響應信號，以用于將發射信號和接收信號彼此分離。一般來說，用以將能量供應到標簽的待發射的載波的一部分由讀出器接收器接收，并干擾到接收標簽信號，且可導致性能降級。因此，相對于由讀出器接收器34檢測的載波具有180度相差(phasedifference)、 且具有與載波的量值(magnitude)相同的量值的信號是由讀出器發射器33的載波產生的且是由讀出器接收器34添加，以移除泄漏到讀出器接收器34的載波，并改進反向散射型RFID通信系統的性能。讀出器接收器34包含解調器(demodulator) 341和解碼器 (decoder) 3420解調器341將經由天線35接收的響應信號解調為適于解碼的形式，且解碼器342將經解調的響應信號解碼為呈適于由讀出器控制器31識別的形式的信號，其中可由讀出器控制器31識別經解調的響應信號。參 看圖7，每一 RFID標簽40包含標簽控制器41、可見射線接收單元42、標簽接收器44以及標簽發射器43。可見射線接收單元42包含光接收單元421、放大器422、解調器423以及解碼器 424。光接收單元421檢測由RFID讀出器30的可見射線發射單元32發射的呈可見射線形式的查詢信號，并將所檢測的查詢信號轉換為電信號。通過使用光檢測器(photodetector) 等來配置光接收單元421。由光接收單元421接收的查詢信號被放大器422放大，且被解調器423解調為適于解碼的形式。解碼器424將從解調器423發射的查詢信號解碼為適于通過使用標簽控制器41進行處理的形式，且將其發射到標簽控制器41。標簽控制器41從可見射線接收單元42接收該查詢信號、處理包含在該查詢信號中的命令、相對于該查詢信號而產生響應信號并將所產生的響應信號發射到標簽發射器 43。標簽接收器44經由天線45接收由RFID讀出器30的讀出器發射器33發射的載波，并將接收到的載波發射到標簽發射器43。標簽發射器43包含編碼器431、調制器432以及反向散射單元433。編碼器431 對由標簽控制器41發射的響應信號進行編碼，并將經編碼的響應信號發射到調制器432， 且調制器432將響應信號調制為適于發射的形式。反向散射單元433通過將響應信號加載于從標簽接收器44發射的載波上而經由天線45將響應信號發射到RFID讀出器30。在這方面，反向散射單元433以與接收到的載波發生諧振的方式在與所述載波相同的頻道的頻率下、在鄰近于載波的頻道的頻率下或在載波與鄰近的信道之間的邊界的頻率下發射響應信號。下文將描述具有以上結構的反向散射型RFID通信系統的通信方法。RFID讀出器30通過使用讀出器控制器31而產生查詢信號，并通過使用可見射線發射單元32而以可見射線的形式將查詢信號發射到每一 RFID標簽40。讀出器發射器33 經由天線35而將隨機選擇的頻道的載波發射到RFID標簽40。在這方面，讀出器發射器33 在讀出器控制器31隨機地重設所述頻道之前發射具有預定頻率的載波。詳細地說，RFID讀出器30以可見射線的形式將含有主要數據的查詢信號發射到RFID標簽40，并通過反向散射以RF的形式將用作由RFID標簽40發射回的信號的能量源的載波發射到RFID標簽40。RFID標簽40通過使用可見射線接收單元42來接收呈可見射線形式的查詢信號， 并通過使用標簽控制器41來處理根據查詢信號的命令。舉例來說，RFID標簽40可將由 RFID讀出器30發射的數據存儲在RFID標簽40的存儲器單元中，或者可更新所述數據、可存取待由RFID讀出器30詢問的RFID標簽40的信息、且可將所述信息發射到RFID讀出器 30。響應信號被加載于載波的載波信號上，并被RFID標簽40發射到RFID讀出器30。 由標簽接收器44接收的載波被發射到反向散射單元433，且反向散射單元433產生在與載波相同或相似的頻率處發生諧振的載波信號。而且，反向散射單元433通過將由標簽控制器41發射的響應信號加載于載波信號上而將所述響應信號發射到RFID讀出器30。詳細地說，RFID標簽40通過使用載波的能量源發射回諧振頻率信號而發射待發射到RFID讀出器 30的響應信號。在圖8中說明查詢信號、載波以及響應信號根據時間的變化。
反向散射單元433根據對響應信號的編碼方法和數據速度而產生具有與載波相同的頻率的載波信號，或者產生具有略低于或略高于載波的頻率的頻率的載波。視情況需要，反向散射單元433產生在鄰近于載波的頻道的頻道的范圍內的頻率下的載波信號，或者產生在作為載波的頻道與鄰近于載波的頻道的頻道之間的邊界的頻率下的載波信號。如上所述，通過劃分可見射線和RF信號來執行對查詢信號的發射和接收以及對響應信號的發射和接收。因此，在RFID讀出器30的數目大于頻道的數目的過度擁擠的讀出器環境下，可在RFID讀出器30之間沒有接口(interface)的情況下有效地執行與RFID 標簽40的通信。換句話說，如圖9中所說明，由于信息無需包含在載波中，且載波僅用作反向散射單元433的能量源，所以可在不具有帶寬的精確頻率下控制載波5。在這方面，屬于同一頻道的載波5并不影響響應信號6和響應信號7，且即使載波5與響應信號6和響應信號7彼此重疊，其彼此也可容易地分離。因此，甚至在過度擁擠的讀出器環境下，RFID讀出器30的讀出器接收器34也可有效接收響應信號，同時在載波5與響應信號6和響應信號 7之間不發生干擾。另外，由于載波5不影響響應信號6和響應信號7，所以RFID讀出器30接收載波 5的時步和接收響應信號6和響應信號7的時步不需要彼此同步。換句話說，RFID讀出器 30彼此不影響，即使其在不同的時步期間發射查詢信號和接收響應信號也是如此。因此，可容易地研發和制造RFID讀出器30，且還可改善RFID讀出器30的兼容性。另外，如上所述，在檢查另一 RFID讀出器30是否使用與待發射的載波的頻道相同的頻道之后，每一 RFID讀出器30在另一 RFID讀出器30未使用選定頻道時在所述頻道上發射載波。因此，即使在過度擁擠的讀出器環境下也可順暢地執行RFID讀出器30與RFID 標簽40之間的通信，同時在RFID讀出器30之間不發生干擾。同時，根據本發明，使用可見射線來發射查詢信號。因此，由可見射線發射單元32 產生的可見射線照射在特定RFID標簽40上，以使得僅將查詢信號發射到來自多個RFID標簽40中的所要RFID標簽40。另外，不同于根據相關技術的反向散射型RFID通信系統，用戶用裸眼便可容易地檢查與RFID讀出器30通信的RFID標簽40。由于可容易地攔截呈可見射線形式的查詢信號，所以可僅在所要區域中執行RFID讀出器30與RFID標簽40之間的通信，且可容易地防止將不需要的RFID信號發射到外部并防止影響外部環境。另外，由于主要使用可見射線，所以在研發RFID讀出器30等時便不需要傳播授權。如上所述，盡管已參考附圖描述了本發明的示范性實施例，但本發明的范圍不限于所述示范性實施例。舉例來說，RFID讀出器30在檢查是否使用與待發射的載波相同的頻道之后，在所述頻道未被使用時發射載波。然而，RFID讀出器30可在沒有預先檢查所述頻道是否被使用的情況下任意地發射載波。在此情況下，當待由兩個或兩個以上RFID讀出器發射的載波的頻道彼此重疊，且RFID讀出器未能接收RFID標簽的響應信號時，RFID讀出器再次發射查詢信號和載波以嘗 試與RFID標簽的通信。 此外，可由調制可見射線或非調制可見射線來喚醒RFID標簽。
權利要求
1.一種反向散射型射頻識別(RFID)通信系統，其包括 多個RFID讀出器，所述多個RFID讀出器中的每一者包括 讀出器控制器，其產生待發射到RFID標簽的查詢信號；可見射線發射單元，其以可見射線的形式發射由所述讀出器控制器發射的所述查詢信號；讀出器發射器，其通過從多個頻道中選擇一者而發射呈RF形式的載波；以及讀出器接收器，其接收從所述RFID標簽發射的呈RF形式的響應信號，并將所述響應信號發射到所述讀出器控制器；以及多個RFID標簽，所述多個RFID標簽中的每一者包括可見射線接收單元，其接收由所述RFID讀出器的所述可見射線發射單元發射的所述查詢信號，并將所述查詢信號轉換為電信號；標簽接收器，其接收由所述RFID讀出器的所述讀出器發射器發射的所述載波； 標簽控制器，其處理由所述可見射線接收單元接收的所述查詢信號的命令，并相對于所述查詢信號而產生響應信號；以及標簽發射器，其通過使用由所述標簽接收器接收到的所述載波的能量而相對于所述載波發射由所述標簽控制器發射的呈RF載波信號形式的所述響應信號。
2.根據權利要求1所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID讀出器的所述讀出器發射器以規則間隔將所述載波的頻率改變為從所述多個頻道中隨機選擇的一個頻道。
3.根據權利要求1所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于，在檢查另一RFID讀出器是否使用與待發射的所述載波的頻道相同的頻道之后，所述RFID讀出器在另一 RFID 讀出器未使用所述頻道時在所述頻道上發射所述載波。
4.根據權利要求2所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于，在檢查另一RFID讀出器是否使用與待發射的所述載波的頻道相同的頻道之后，所述RFID讀出器在另一 RFID 讀出器未使用所述頻道時在所述頻道上發射所述載波。
5.根據權利要求3所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于，所述RFID標簽的所述標簽發射器以與接收到的所述載波發生諧振的方式在與所述載波相同的頻道的頻率下、 在鄰近于所述載波的所述頻道的頻道的頻率下或在所述載波的所述頻道與鄰近于所述載波的所述頻道的頻道之間的邊界的頻率下發射所述響應信號。
6.根據權利要求4所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于，所述RFID標簽的所述標簽發射器以與接收到的所述載波發生諧振的方式在與所述載波相同的頻道的頻率下、 在鄰近于所述載波的所述頻道的頻道的頻率下或在所述載波的所述頻道與鄰近于所述載波的所述頻道的頻道之間的邊界的頻率下發射所述響應信號。
7.根據權利要求1所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID讀出器的所述可見射線發射單元包括編碼器，其對由所述讀出器控制器發射的所述查詢信號進行編碼；調制器，其對經編碼的所述查詢信號進行調制；以及輻射單元，其將經調制的所述查詢信號轉換為可見射線信號。
8.根據權利要求2所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID讀出器的所述可見射線發射單元包括編碼器，其對由所述讀出器控制器發射的所述查詢信號進行編碼；調制器，其對經編碼的所述查詢信號進行調制；以及輻射單元，其將經調制的所述查詢信號轉換為可見射線信號。
9.根據權利要求7所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述可見射線發射單元的所述調制器通過使用幅移鍵控(ASK)來調制信號。
10.根據權利要求8所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述可見射線發射單元的所述調制器通過使用ASK來調制信號。
11.根據權利要求9所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述可見射線發射單元的所述調制器通過使用調制指數為100%的開/關鍵控(OOK)來調制信號。
12.根據權利要求1所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID標簽的所述可見射線接收單元包括光接收單元，其接收呈可見射線形式的所述查詢信號，并將所述查詢信號轉換為電信號；解調器，其對從所述光接收單元發射的所述查詢信號進行解調； 以及解碼器，其對經解調的所述查詢信號進行解碼，并將所述查詢信號發射到所述標簽控制器。
13.根據權利要求2所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID標簽的所述可見射線接收單元包括光接收單元，其接收呈可見射線形式的所述查詢信號，并將所述查詢信號轉換為電信號；解調器，其對從所述光接收單元發射的所述查詢信號進行解調； 以及解碼器，其對經解調的所述查詢信號進行解碼，并將所述查詢信號發射到所述標簽控制器。
14.根據權利要求1所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID標簽的所述標簽發射器包括編碼器，其對由所述標簽控制器發射的所述響應信號進行編碼；以及反向散射單元，其將從所述編碼器發射的所述響應信號轉換為與所述載波發生諧振的載波信號。
15.根據權利要求2所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID標簽的所述標簽發射器包括編碼器，其對由所述標簽控制器發射的所述響應信號進行編碼；以及反向散射單元，其將從所述編碼器發射的所述響應信號轉換為與所述載波發生諧振的載波信號。
16.根據權利要求1所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于所述RFID讀出器的所述讀出器接收器產生具有與所述載波的相位相反的相位、并具有與流過所述讀出器接收器的所述載波的量值相同的量值的信號，且將所述信號添加到所述讀出器接收器，從而移除流過所述讀出器接收器的所述載波。
17.根據權利要求2所述的反向散射型RFID通信系統，其特征在于，所述RFID讀出器的所述讀出器接收器產生具有與所述載波的相位相反的相位、并具有與流過所述讀出器接收器的所述載波的量值相同的量值的信號，且將所述信號添加到所述讀出器接收器，從而移除流過所述讀出器接收器的所述載波。
全文摘要
本發明提供一種反向散射型射頻識別(RFID)通信系統，且更明確地說，提供一種通過使用由RFID讀出器發射的載波的能量而使RFID標簽將信號發射回到RF讀出器的反向散射型RFID通信系統。所提供的是一種反向散射型射頻識別(RFID)通信系統，即使在過度擁擠的讀出器環境下，也在沒有錯誤的情況下有效地執行RFID通信，同時在RFID讀出器之間不發生干擾。即使在過度擁擠的讀出器環境下，在RFID讀出器之間也不發生RF信號的干擾，且可有效地執行RFID通信。RFID讀出器的發射時步和接收時步不需要彼此同步，使得可改善RFID讀出器的兼容性。
文檔編號H04B5/02GK102257741SQ201080003653
公開日2011年11月23日 申請日期2010年3月26日 優先權日2009年3月27日
發明者吳光珍, 姜良奇, 樸鍾聲 申請人:光電認識株式會社