專利名稱：近場射頻通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實施例涉及一種近場射頻通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無處不在的(ubiquitous)網(wǎng)絡技術(shù)典型地包括射頻識別(RFID)技術(shù)或ZigBee 技術(shù)。在RFID網(wǎng)絡中，閱讀器或接入點(AP)周期性地發(fā)射信息請求信號。進入到閱讀 器的覆蓋區(qū)域的標簽根據(jù)閱讀器的信息請求信號來發(fā)射標簽信息。閱讀器檢查從標簽接收 到的標簽信息，以與標簽進行通信。在此類RFID網(wǎng)絡中，閱讀器僅能根據(jù)標簽的響應來判定標簽是否存在于閱讀器 的覆蓋區(qū)域，但是不能準確檢測標簽的位置信息。因此，不管標簽是否存在，閱讀器都周期 性地向標簽發(fā)射信息請求信號。因此，功率可能被浪費。另外，閱讀器不能選擇作為通信另一方的標簽。因此，當該標簽存在于閱讀器的覆 蓋區(qū)域中時，閱讀器可能沒必要與該標簽進行通信。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題實施例提供了一種使閱讀器或接入點(AP)能夠準確檢測標簽位置的近場射頻通 信系統(tǒng)。實施例也提供了一種能夠防止系統(tǒng)功率被浪費的近場射頻通信系統(tǒng)。技術(shù)方案根據(jù)實施例，近場射頻通信系統(tǒng)包括主RFID/USN裝置，包括多個天線以通過天 線順序地簇射能量信號；以及從RFID/USN裝置，使用能量信號來產(chǎn)生第一功率，檢測第一 功率的功率電平，并將基于功率電平創(chuàng)建的信息發(fā)射到主RFID/USN裝置。其中，主RFID/ USN裝置通過判定用來與從RFID/USN裝置通信的天線來創(chuàng)建從RFID/USN裝置的與方向有 關(guān)的第一位置信息，并使用基于功率電平所創(chuàng)建的信息來創(chuàng)建從RFID/USN裝置的與距離 有關(guān)的第二位置信息。有益效果如上述說明，根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)使閱讀器或接入點(AP)能夠準確 檢測標簽位置，并且可以防止功率被浪費。


圖1是示出根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)的控制框圖；圖2是示出根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)中的主RFID/USN裝置的控制框圖；圖3是示出根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)中的從RFID/USN裝置的控制框圖；圖4是示出根據(jù)實施例的在從RFID/USN裝置中接收的根據(jù)距離的能量信號的曲線；以及圖5是示出根據(jù)實施例的基于從RFID/USN裝置中根據(jù)距離的能量信號的功率的 曲線。
具體實施方式
在下文中，將參照附圖詳細說明根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)。圖1是示出根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)的控制框圖。根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)可以通過使用采用900MHz頻帶的信道的RFID收 發(fā)器或使用采用2. 4GHz頻帶的信道的ZigBee收發(fā)器來實現(xiàn)。當根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)通過使用RFID收發(fā)器來實現(xiàn)時，主射頻識別 (RFID)/無處不在的傳感器網(wǎng)絡(USN)裝置100可以是RFID/USN閱讀器，而從RFID/USN裝 置200可以是有源(active) RFID標簽或傳感器節(jié)點。當根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)通過使用ZigBee收發(fā)器來實現(xiàn)時，從RFID/ USN裝置200可以是通過使用簡化功能裝置(RFD)來實現(xiàn)的標簽，而主RFID/USN裝置100 可以是通過使用全功能裝置(FFD)或個人區(qū)域網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器(PAN協(xié)調(diào)器)來實現(xiàn)的接入點 (AP)。為了構(gòu)建具有各種拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡，上述FFD模塊可以與其他FFD模塊或FFD模塊 和RFD模塊兩者進行通信。RFD模塊是不能起協(xié)調(diào)器作用的ZigBee模塊。配備有網(wǎng)絡初始 化功能、節(jié)點功能或節(jié)點管理功能以使其他ZigBee模塊能夠形成網(wǎng)絡的FFD模塊，被稱為 PAN協(xié)調(diào)器模塊。如圖1所示，根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)包括主RFID/USN裝置100、從RFID/ USN裝置200、以及管理計算機300。主RFID/USN裝置100可以接收來自從RFID/USN裝置200的標簽信息，以將標簽 信息傳送到管理計算機300。多個主RFID/USN裝置100被安裝在每一個覆蓋區(qū)域中。例 如，當主RFID/USN裝置100作為建筑物中的閱讀器型AP被實現(xiàn)時，主RFID/USN裝置100 可以以矩陣形式、具有幾米間隔地被裝配在建筑物的天花板上面。因此，已發(fā)射標簽信息的 從RFID/USN裝置200的位置可以基于已接收到標簽信息的主RFID/USN裝置200的安裝位 置而被追蹤。從RFID/USN裝置200具有移動性，并且可以以標簽形式附著于物品或者被個人攜
市ο管理計算機300可以將以矩陣形式安裝的主RFID/USN裝置100的位置表示為坐 標，并且將主RFID/USN裝置100所追蹤的從RFID/USN裝置200的位置與坐標匹配。在下 文中，主RFID/USN裝置100的坐標將被稱為閱讀器坐標信息，而與該閱讀器坐標信息匹配 的從RFID/USN裝置200的坐標將被稱為標簽坐標信息。因此，管理計算機300在地圖上映 射標簽坐標信息，以分析從RFID/USN裝置200的位置。另外，主RFID/USN裝置100劃分其覆蓋區(qū)域，并且包括對應于所劃分區(qū)域的多個 天線101、102、103和104。天線101、102、103和104形成了具有預定方向的輻射圖案，并 且天線101、102、103和104的輻射圖案必須彼此不重疊。因此，屬于一個主RFID/USN裝置 100的天線的數(shù)目可以根據(jù)上述條件被調(diào)整。包括天線101、102、103 和 104 的主 RFID/USN 裝置 100，通過天線 101、102、103 和104順序地發(fā)射能量信號，這被稱為載波簇射方案(carriershower scheme) 0因此，通過接收主RFID/USN裝置100的能量信號以喚醒模式被驅(qū)動的從RFID/USN 裝置200的位置可以通過天線101、102、103和104來區(qū)分。因此，主RFID/USN裝置100根 據(jù)子劃分天線區(qū)域A、B、C和D可以精確地檢測與之通信的從RFID/USN裝置200的位置。
同時，從RFID/USN裝置200可以檢測通過載波簇射方案已被發(fā)射的能量信號的功 率電平，以基于該功率電平判定它是否位于主RFID/USN裝置100的覆蓋區(qū)域中，或者是否 在覆蓋區(qū)域的附近具有等待狀態(tài)。如果能量信號的功率電平超過基準值，則從RFID/USN裝置200通過使用額外的電 源以喚醒模式進行操作，以將從RFID/USN裝置200的標簽識別信息和標簽信息發(fā)射到主 RFID/USN裝置100。因此，主RFID/USN裝置100可以識別存在于主RFID/USN裝置100的 覆蓋區(qū)域中的從RFID/USN裝置200。如果能量信號的功率電平小于基準值，則從RFID/USN裝置200以休眠模式進行操 作，以將等待狀態(tài)信息發(fā)射到主RFID/USN裝置100，其中等待狀態(tài)信息表示從RFID/USN裝 置200具有等待狀態(tài)。因此，主RFID/USN裝置100可以檢測在主RFID/USN裝置100的覆 蓋區(qū)域的附近處于等待狀態(tài)的從RFID/USN裝置200。在下文中，為了說明的目的，從RFID/USN裝置200的根據(jù)天線101、102、103和104
的區(qū)域的位置信息被稱為第一位置信息，從RFID/USN裝置200的根據(jù)能量信號強度的可測 量位置信息被稱為第二位置信息。如上述說明，可以通過使用與閱讀器坐標信息匹配的標簽坐標信息、第一位置信 息和第二位置信息來追蹤從RFID/USN裝置200的位置。標簽坐標信息表示關(guān)于從RFID/USN裝置200的位置信息，該位置信息可以基于與 從RFID/USN裝置200通信的主RFID/USN裝置100的位置被間接地分析。第一位置信息可以表示在主RFID/USN裝置100的天線101、102、103和104的劃 分區(qū)域中與方向有關(guān)的信息。第二位置信息可以表示基于覆蓋區(qū)域距離的與主RFID/USN裝置100和從RFID/ USN裝置200之間的距離有關(guān)的信息。因此，第一位置信息和第二位置信息可以形成一個矢量。從RFID/USN裝置200的 位置可以通過第一位置信息與第二位置信息的組合以及標簽坐標信息被更詳細地跟蹤。在下文中，標簽坐標信息、第一位置信息和第二位置信息將被通稱為位置信息。主RFID/USN裝置100與另一主RFID/USN裝置100通信，以與另一主RFID/USN裝 置100共享標簽信息和標簽位置信息。因此，主RFID/USN裝置100預先檢測從RFID/USN 裝置200的移動，以平穩(wěn)地與從RFID/USN裝置200進行通信。管理計算機300被連接到多個主RFID/USN裝置100以收集標簽位置信息和標簽 信息，以控制主RFID/USN裝置100和從RFID/USN裝置200。另外，管理計算機300收集用 于標簽信息和標簽位置信息的統(tǒng)計信息，以通過用戶接口向管理者提供統(tǒng)計信息。主RFID/USN裝置100選擇位于覆蓋區(qū)域中的從RFID/USN裝置200，以喚醒從 RFID/USN裝置200。因此，從RFID/USN裝置200可以以喚醒模式進行操作，以與主RFID/ USN裝置100進行通信。在這種情況下，如果主RFID/USN裝置100首先與從RFID/USN裝置 200通信，則主RFID/USN裝置100分發(fā)喚醒選擇信息至從RFID/USN裝置200，并且將所分配的喚醒選擇信息發(fā)射到從RFID/USN裝置100。當通過載波簇射方案發(fā)射能量信號時，主RFID/USN裝置100可以實時地發(fā)射喚醒 選擇信息以及能量信號。喚醒選擇信息包括設備識別信息和用于指示以喚醒模式進行操作 的命令信息。從RFID/USN裝置200存儲喚醒選擇信息，并將表示它已成功處理喚醒選擇信息的 信息發(fā)射到主RFID/USN裝置100。隨后地，主RFID/USN裝置100識別從RFID/USN裝置200，并記錄喚醒選擇信息被 存儲在從RFID/USN裝置100中的事實。此后，嘗試與從RFID/USN裝置200通信的主RFID/USN裝置100，可以通過載波簇 射方案發(fā)射從RFID/USN裝置200的喚醒選擇信息以及能量信號。
已接收喚醒選擇信息和能量信號的從RFID/USN裝置200可以通過使用能量信號 作為用于切換到喚醒模式的功率來處理喚醒選擇信息。圖2是示出根據(jù)實施例的在近場射頻通信系統(tǒng)中的主RFID/USN裝置100的控制 框圖。如圖2所示，主RFID/USN裝置100包括第一天線到第四天線101到104，第一信 號分離器110，第二信號分離器115，RF輻射單元125，第一功率放大模塊(PAM) 135，第一接 收信號處理單元120，第一發(fā)射信號處理單元130，第一控制器150，數(shù)據(jù)收發(fā)器160，以及第 一鎖相環(huán)電路140。第一接收信號處理單元120包括第一低噪聲放大器(LNA) 121，第一濾波器122， 第一平衡-不平衡變換器電路123，第一混頻器124，第二混頻器125，以及第一解調(diào)器126。 第一發(fā)射信號處理單元130包括第二濾波器131，第二 PAM 132，以及調(diào)制器133。主RFID/USN裝置100劃分其覆蓋區(qū)域，并包括多個天線。根據(jù)實施例，主RFID/ USN裝置100包括四個天線。第一天線到第四天線101到104分別覆蓋上述覆蓋區(qū)域的第一象限到第四象限， 以發(fā)射/接收信號。第一天線到第四天線101到104可以發(fā)射/接收包括通信數(shù)據(jù)(例如， 標簽信息、喚醒選擇信息、第一位置信息和第二位置信息)的信號和能量信號。第一天線到 第四天線101到104可以具有貼片天線(patch antenna)的形式。第一信號分離器110和第二信號分離器115從第一控制器150接收控制電壓，以 選擇性地建立信號路徑。第一信號分離器110順序地建立用于第一天線到第四天線101到 104的信號路徑。第二信號分離器115選擇性地建立到RF輻射單元125、第一接收信號處 理單元120和第一發(fā)射信號處理單元130的信號路徑。第一信號分離器110和第二信號分 離器115可以通過使用半導體開關(guān)元件來實現(xiàn)。在下文中，將說明通過第一信號分離器110和第二信號分離器115處理發(fā)射/接 收信號。在下文中，從RFID/USN裝置200將被稱為標簽，主RFID/USN裝置100將被稱為 AP0當標簽200的位置被追蹤時，第二信號分離器115將RF輻射單元125與第一信號 分離器Iio連接，并且第一信號分離器110將第一天線到第四天線101到104順序地連接 到第二信號分離器115。從RF輻射單元125產(chǎn)生的能量信號經(jīng)由第二信號分離器115和第一信號分離器110通過第一天線到第四天線101到104順序地被簇射到覆蓋區(qū)域的四個子劃分區(qū)域。在能量信號通過第一天線到第四天線101到104中的一個被發(fā)射之后，第二信號 分離器115建立到第一接收信號處理單元120的信號路徑，以便判定是否接收到來自存在 于天線區(qū)域中的標簽200的預定信號。
當?shù)谝恍盘柗蛛x器110的信號路徑被切換到第一天線到第四天線101到104時， 第二信號分離器115的分支操作(branch operation)可以被重復。當標簽200根據(jù)能量信號的功率電平發(fā)射等待狀態(tài)信息、或者標簽識別信息和標 簽信息時，在AP 100中接收到的來自標簽200的信息在第一接收信號處理單元120中被處理。第一控制器150分析第一信號分離器110的切換狀態(tài)，以判定在第一天線到第四 天線101到104之中已接收來自標簽200的信息的天線。然后，第一控制器150創(chuàng)建通過 分析標簽200被放置的覆蓋區(qū)域的象限的位置而獲得的第一位置信息。當接收標簽識別信息和標簽信息時，第一控制器150創(chuàng)建第二位置信息，第二位 置信息表示標簽200位于離AP 100幾米之內(nèi)的覆蓋區(qū)域中。第一控制器150將從第一解調(diào)器126傳送的標簽識別信息和標簽信息解碼成數(shù)字 信號。另外，第一控制器150通過使用控制數(shù)據(jù)(與標簽操作有關(guān))和標簽命令數(shù)據(jù)(例 如，信息請求)來形成發(fā)射信號，并將該發(fā)射信號傳送到調(diào)制器133。第一控制器150控制第一信號分離器110，以排除已被用于與標簽200通信的第一 天線到第四天線101到104，并切換到剩余的天線路徑，以便能量信號可以被簇射。當接收到來自標簽200的等待狀態(tài)信息時，第一控制器150創(chuàng)建第二位置信息，第 二位置信息表示標簽200位于覆蓋區(qū)域的附近。在這種情況下，第一控制器150形成了包 括第一位置信息、第二位置信息、其AP識別信息和標簽識別信息的信號，然后將該信號發(fā) 射到鄰近的AP 100。因此，鄰近的AP 100估計標簽200的位置，以執(zhí)行上述說明的切換操作和信號處 理操作。因此，鄰近的AP 100可以與位于其覆蓋區(qū)域中的標簽200通信。包括第一位置信息、第二位置信息、AP識別信息和標簽識別信息的信號通過數(shù)據(jù) 收發(fā)器160傳送到管理計算機300，管理計算機300分析上述信息以創(chuàng)建標簽位置信息。管理計算機300根據(jù)AP識別信息識別已發(fā)射信號的AP 100，并創(chuàng)建與AP 100的 閱讀器坐標信息相匹配的標簽坐標信息。另外，管理計算機300結(jié)合第一位置信息和第二 位置信息創(chuàng)建更準確的標簽位置信息。管理計算機300搜索安裝在最鄰近于標簽200的地方中的AP 100，并且將標簽識 別信息和標簽位置信息發(fā)射到該AP 100。因此，已接收到標簽識別信息和標簽位置信息的 AP 100執(zhí)行天線切換操作和信號處理操作，以與位于其覆蓋區(qū)域中的標簽200通信。管理計算機300分析標簽位置信息、移動路徑和標簽信息，以在數(shù)據(jù)庫中存儲信 息，以便該信息可以被用于各種服務。例如，當根據(jù)實施例的近場射頻通信系統(tǒng)被安裝在大 型折扣商店中時，管理計算機300可以基于存儲在數(shù)據(jù)庫中的信息，分析顧客偏好和受歡 迎物品部門。數(shù)據(jù)收發(fā)器160可以通過諸如Wi-Fi、超寬帶(UWB)、全球微波互聯(lián)接入(WiMax)、 專用短程通信(DSRC)的無線網(wǎng)絡，或者包括通用異步接收器/發(fā)射器(UART)、因特網(wǎng)(采用TCP/IP)、交換機集線器和串行/并行纜線的有線網(wǎng)絡而被連接到管理計算機300。當AP 100嘗試從位置被檢測到的多個標簽200之中選擇一個，并與所選標簽200 通信時，第一控制器150使用喚醒選擇信息(例如，喚醒ID)形成發(fā)射信號，并且將該發(fā)射 信號發(fā)射到第一發(fā)射信號處理單元130。
第一發(fā)射信號處理單元130通過第二信號分離器115和第一信號分離器110將被 處理成RF信號的信號發(fā)射到第一天線到第四天線101到104。標簽200存儲從AP 100接收到的喚醒選擇信息。此后，第一控制器150從存儲在存儲器中的多條標簽100的喚醒選擇信息中提取 標簽200的喚醒選擇信息用于通信，然后將喚醒選擇信息發(fā)射到第一 PAM 135。然后，第一 PAM 135將標簽200的喚醒選擇信息放大成具有可發(fā)射大小的信號，并將放大后的信號發(fā) 射到RF輻射單元125。RF輻射單元125包括調(diào)制器、增益放大器、包絡檢測器和積分電路中的至少一個， 并且將由第一鎖相環(huán)電路140所供給的振蕩信號轉(zhuǎn)換成能量信號。由于能量信號必須適合于RFID信號標準，所以第一控制器150將功率電平信息發(fā) 射到第一 PAM 135，并且第一 PAM 135將由第一鎖相環(huán)電路140發(fā)射的振蕩信號放大成具有 預定電平的信號。當為了追蹤標簽200的位置而執(zhí)行載波簇射時，RF輻射單元125可以只產(chǎn)生能量 信號。另外，當標簽200被選擇為喚醒時，RF輻射單元125可以將標簽200的喚醒選擇信 息和能量信號結(jié)合成為單個信號。以休眠模式進行操作的標簽200，接收與喚醒選擇信息結(jié)合的能量信號，并分析喚 醒選擇信息，以從休眠模式切換到喚醒模式。處于喚醒模式中的標簽200與AP 100通信。下面將說明第一接收信號處理單元120。當接收到來自第二信號分離器115的信號時，第一 LNA 121盡可能抑制噪聲分量 以放大信號，當信號被低噪聲放大時，第一濾波器濾除噪聲分量。第一平衡-不平衡變換器電路123從經(jīng)濾波的信號中提取I信號(例如， “Esin (tH/)”)和 Q 信號(例如，“EcoS(tn/)，，)。第一平衡-不平衡變換器電路123的輸出端被連接到形成雙混頻器的第一混頻器 124和第二混頻器125。第一混頻器124通過將第一鎖相環(huán)電路140的振蕩信號與I信號 混頻來合成具有90度相位差的兩個I基帶信號(Γ信號和Γ信號)。第二混頻器125通 過將上述振蕩信號與Q信號混頻，合成具有90度相位差的兩個Q基帶信號(Q+信號和Q-信 號)。第一解調(diào)器126包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，以將I基帶信號和Q基帶信號解調(diào)成具有 多個極性的數(shù)字信號。下面將說明第一發(fā)射信號處理單元130。調(diào)制器133將從第一控制器150接收的數(shù)字發(fā)射信號與從第一鎖相環(huán)電路140接 收的振蕩信號合成，以將數(shù)字發(fā)射信號調(diào)制成模擬發(fā)射信號。此時，調(diào)制器133采用直接序 列擴頻(DSSS)方案。調(diào)制器133可以根據(jù)如下各項執(zhí)行調(diào)制用于傳感器節(jié)點之間通信的 IEEE 802. 15. 4、ΙΕΕΕ802. 15. 4a、IEEE 802. 154b 和 IEEE 802. 15. 5，用于資源管理和數(shù)據(jù) 格式的USIS和傳感器ML，以及用于傳感器接口的IEEE 1451。
第二 PAM 132將發(fā)射信號放大，使得發(fā)射信號可以被輸出。此后，當發(fā)射信號經(jīng)過 第二濾波器131然后被傳送到第二信號分離器115時，偽信號將被從發(fā)射信號中去除。圖3是示出近場射頻通信系統(tǒng)中的從RFID/USN裝置200的控制框圖。如圖3所示，根據(jù)實施例的從RFID/USN裝置200包括第五天線201、第三信號分離器205、第一信號耦合器210、電壓振蕩電路240、能量存儲單元245、信號測量單元250、第 二控制器160、模式控制器265、存儲器270、第二接收信號處理單元220、第二發(fā)射信號處理 單元230、電源255、以及第二鎖相環(huán)電路275。第二接收信號處理單元220包括第二低噪聲放大器221、第三濾波器222、第二平 衡_不平衡變換器電路223、第三混頻器224、第四混頻器225、以及第二解調(diào)器226。第二發(fā) 射信號處理單元230包括第四濾波器231、第三功率放大模塊232、第二信號耦合器233、 第一調(diào)制器234、以及第二調(diào)制器235。由于第二接收信號處理單元220和第二發(fā)射信號處理單元230，除了處理后的信 號的類型之外，分別與第一接收信號處理單元120和第一發(fā)射信號處理單元130具有相似 的結(jié)構(gòu)和操作，因此將省略對于重復部分的說明。當通過第五天線201接收能量信號時，第三信號分離器205將信號路徑切換到第 一信號耦合器210，第一信號耦合器210耦合能量信號并將能量信號發(fā)射到電壓振蕩電路 240。第三信號分離器205分別地傳送發(fā)射信號和接收信號。接收信號被傳送到第一信 號耦合器210，來自第二發(fā)射信號處理單元230的發(fā)射信號被傳送到第五天線201。例如， 第一信號耦合器210可以通過使用耦合電容器或方向耦合器來實現(xiàn)。電壓振蕩電路240使用能量信號的傳輸能量來產(chǎn)生第一功率。電壓振蕩電路240 可以包括以多級而連接到彼此的多個電容和多個調(diào)諧二極管，以順序地將從第五天線201 接收的RF信號整流成DC電壓，同時提高DC電壓。具有預定電壓電平的調(diào)制波形的第一功率，被存儲在能量存儲單元245中，以用 作模式控制器265的操作功率。在這種情況下，能量存儲單元245可以通過使用相對大的 電容器來實現(xiàn)。第一功率被傳送到第一調(diào)制器234，并且在第一調(diào)制器234中處理的第一模擬信 號作為響應代碼被包含在第一功率的調(diào)制波形中。發(fā)射信號通過反向散射方案被發(fā)射。第一調(diào)制器234將數(shù)字發(fā)射信號調(diào)制成第一模擬信號。例如，第一模擬信號可以 通過直接序列擴頻(DSSS)方案被產(chǎn)生。第一調(diào)制器234可以通過使用整流器、低通濾波器 和電平檢測器來實現(xiàn)。信號測量單元250檢測能量信號的功率電平，并且將被檢測信號發(fā)射到第二控制 器260。詳細地，信號測量單元250輸出作為正比于dB值的DC電壓信號的高頻能量信號， 從而擴展了具有可接收功率電平的信號的靈敏度范圍。換句話說，這樣的信號測量單元250 可以通過使用對數(shù)放大器來實現(xiàn)，以輸出能量信號作為DC電壓信號以產(chǎn)生被檢測的信號， 其中該能量信號以模擬信號的形式被耦合。圖4是示出根據(jù)一個實施例的在RFID/USN裝置200中接收的根據(jù)距離的能量信 號的曲線。圖5是示出根據(jù)一個實施例的在RFID/USN裝置200中的基于根據(jù)距離的能量 信號所產(chǎn)生的功率的曲線。
如圖4所示，當標簽200位于AP 100的覆蓋區(qū)域中時，在標簽200中接收具有電 壓電平V4到V4的能量信號E1。當標簽200位于AP 100的覆蓋區(qū)域外時，在標簽200中接 收具有電壓電平V3到V3的能量信號Fl。例如，上述V4可以具有大于20mW的電壓電平，V3可以具有小于20mW的電壓電平。因此，由于能量信號的強度根據(jù)標簽200的位置而變化，則在預定時間tl由電壓 振蕩電路240產(chǎn)生的第一功率的強度被改變，如圖5所示。當使用能量信號El來產(chǎn)生第一功率E2時，在預定時間tl第一功率E2具有電壓 強度V2。另外，當使用能量信號Fl來產(chǎn)生第一功率F2時，第一功率F2具有比電壓強度V2 小的電壓強度VI。
電壓振蕩電路240通過在時間tl提高能量信號的電壓，來產(chǎn)生第一功率。第二控制器260對第一功率與基準值進行比較。如果第一功率大于基準值，則第 二控制器260通過對電源255進行操作來切換到喚醒模式，并且將標簽識別信息和標簽信 息發(fā)射到AP 100以進行通信?；鶞手悼梢允谴蠹s2. IV的VI。如果第一功率小于基準值， 則第二控制器260創(chuàng)建等待狀態(tài)信息，并且將該等待狀態(tài)信息發(fā)射到AP 100。在發(fā)射等待狀態(tài)信息之后，第二控制器260切換到休眠模式，不對電源255進行操 作。電源255包括電池或電壓調(diào)節(jié)器，并將第二功率供給到標簽200的每一個部件。第二調(diào)制器235將數(shù)字發(fā)射信號調(diào)制成第二模擬信號。第二模擬信號可以基于四 象限相移鍵控方案來產(chǎn)生。第二調(diào)制器235包括多個混頻器、多個加法器或者多個正交信 號轉(zhuǎn)換器中的至少一個，并且通過將發(fā)射信號的相位改變90度，來將發(fā)射信號轉(zhuǎn)換成結(jié)合 四個信號(1+、1_、9+和9_)的信號。第二鎖相環(huán)電路275將信號調(diào)制或信號混頻所需的振蕩信號供給到第一調(diào)制器 234、第二調(diào)制器235、第三混頻器224或第四混頻器225。第二信號耦合器233通過一條線 路來耦合第一調(diào)制器234和第二調(diào)制器235中處理后的發(fā)射信號，然后將這些發(fā)射信號傳 送到第三功率放大模塊232。同時，當喚醒選擇信息被接收到時，具有喚醒選擇信息的能量信號或閱讀器信號 通過第一信號耦合器210被傳送到第二接收信號處理單元220。傳送到第二接收信號處理單元220的能量信號或閱讀器信號被解調(diào)成數(shù)字信號， 然后被傳送到第二控制器260。第二控制器260通過分析上述數(shù)字信號來對喚醒選擇信息進行編碼，然后將喚醒 選擇信息傳送到模式控制器265。模式控制器265通過在存儲器270中存儲喚醒選擇信息來管理喚醒選擇信息。此后，第二控制器260產(chǎn)生表示喚醒選擇信息被成功辨認的響應代碼，并通過使 用該響應代碼來形成發(fā)射信號。然后，第二控制器260將該發(fā)射信號發(fā)射到AP 100。當響應代碼沒有被接收到，或者喚醒選擇信息被改變時，AP 100可以周期性地發(fā) 射包括喚醒選擇信息的閱讀器信號。喚醒選擇信息可以被包括在能量信號中，然后通過載波簇射方案被發(fā)射，或者可 以按閱讀器信號的形式被發(fā)射。根據(jù)一個實施例，休眠模式表示標簽200的除了被第一功率驅(qū)動的模式控制器 265之外的組件都被停止。喚醒模式表示電源255進行操作，模式控制器265的控制權(quán)限被轉(zhuǎn)移到第二控制器260，并且剩余的組件正通過第二功率進行操作。當AP 100發(fā)射標簽200的喚醒選擇信息以及能量信號，以激活要求通信的標簽 200時，電壓振蕩電路240產(chǎn)生第一功率，并將第一功率供給到第二接收信號處理單元220 和處于休眠模式的模式控制器265。第二接收信號處理單元220對喚醒選擇信息進行解調(diào)，將喚醒選擇信息傳送到模式控制器265，并且模式控制器265對存儲在存儲器270中的喚醒選擇信息與從第二接收信 號處理單元220傳送的喚醒選擇信息進行比較。如果這兩條喚醒選擇信息彼此相同，則模 式控制器265辨認出AP100請求通信，并對電源255進行操作以將第二功率供給到包括第 二控制器260在內(nèi)的剩余的組件。換句話說，標簽200通過AP 100的喚醒選擇信息以喚醒 模式進行操作。已接收到來自模式控制器265的控制權(quán)限的第二控制器260，控制每一個部件，并 對RFID通信協(xié)議進行處理以與AP 100通信。已經(jīng)切換到喚醒模式的第二控制器260產(chǎn)生報告可以進行通信的響應代碼，并將 響應代碼以及標簽識別信息傳送到AP 100。當接收到來自AP 100信息請求信號時，第二控制器260將標簽信息和標簽識別信 息發(fā)射到AP 100。在這里所說明的實施例的例子，旨在提供對各種實施例的結(jié)構(gòu)的一般理解。這些 例子并不旨在起到如下作用對利用在這里所說明的結(jié)構(gòu)或方法的設備和系統(tǒng)的全部要素 和特征的完整說明。本領域技術(shù)人員在審閱本公開時，許多其他實施例可以是明顯的。根 據(jù)本公開可以利用和推導出其他實施例，從而可以在不偏離本公開范圍內(nèi)進行結(jié)構(gòu)的和邏 輯的替代和改變。另外地，這些例子僅僅是表示性的，可以不按比例繪制。在這些例子內(nèi)的 某些比例可能被放大，而其他比例可能被最小化。因此，本公開和附圖被認為是示例性的而 非限制性的。上述公開的主題被認為是示例性的，而非限制性的。所附權(quán)利要求是旨在覆 蓋落入本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的所有此類修改、增進和其他實施例。工業(yè)應用性本發(fā)明可應用于近場射頻通信系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種近場射頻通信系統(tǒng)，包括主RFID/USN裝置，包括多個天線以通過所述天線順序地簇射能量信號；以及從RFID/USN裝置，使用所述能量信號來產(chǎn)生第一功率，檢測所述第一功率的功率電平，并將基于所述功率電平所創(chuàng)建的信息發(fā)射到所述主RFID/USN裝置，其中，所述主RFID/USN裝置通過判定用來與所述從RFID/USN裝置通信的天線來創(chuàng)建所述從RFID/USN裝置的與方向有關(guān)的第一位置信息，并使用基于所述功率電平所創(chuàng)建的信息來創(chuàng)建所述從RFID/USN裝置的與距離有關(guān)的第二位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，如果所述第一功率的功率電平超 過基準值，則所述從RFID/USN裝置通過對電源進行驅(qū)動而以喚醒模式進行操作以發(fā)射標 簽識別信息和標簽信息，如果所述第一功率的功率電平小于或等于所述基準值，則所述從 RFID/USN裝置以休眠模式進行操作以發(fā)射等待狀態(tài)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，如果所述標簽識別信息和所述標 簽信息被接收到，則所述主RFID/USN裝置創(chuàng)建表示所述從RFID/USN裝置位于覆蓋區(qū)域中 的所述第二位置信息，如果所述等待狀態(tài)信息被接收到，則所述主RFID/USN裝置創(chuàng)建表示 所述從RFID/USN裝置位于所述覆蓋區(qū)域之外的所述第二位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，包括管理計算機，所述管理計算機通過 接收來自所述主RFID/USN裝置的所述第一位置信息和所述第二位置信息來創(chuàng)建標簽位置 信息，通過在統(tǒng)計上處理所述標簽位置信息而在數(shù)據(jù)庫中存儲所述標簽位置信息，并將所 述標簽識別信息和所述標簽位置信息發(fā)射到其他主RFID/USN裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，多個所述主RFID/USN裝置被提供，以及所述管理計算機基于所述主RFID/USN裝置的位置來創(chuàng)建閱讀器坐標信息，并通過將 與所述主RFID/USN裝置通信的所述從RFID/USN裝置的位置與所述閱讀器坐標信息相匹配 來創(chuàng)建標簽坐標信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述主RFID/USN裝置將所述第一 位置信息和所述第二位置信息以及標簽識別信息發(fā)射到其他主RFID/USN裝置，使得所述 其他主RFID/USN裝置與所述從RFID/USN裝置通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述主RFID/USN裝置將喚醒選擇 信息發(fā)射到所述從RFID/USN裝置，所述喚醒選擇信息被用于激活所述從RFID/USN裝置的 操作，以及如果所述喚醒選擇信息被首次接收到，則所述從RFID/USN裝置在存儲器中存儲所述 喚醒選擇信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述從RFID/USN裝置包括存儲器，存儲第一喚醒選擇信息；第二控制器，根據(jù)所述第一喚醒選擇信息以喚醒模式進行操作以處理通信協(xié)議；以及 模式控制器，通過所述第一功率進行操作，并對接收到的來自所述主RFID/USN裝置的第二 喚醒選擇信息與存儲在所述存儲器中的所述第一喚醒選擇信息進行比較，以在所述第二喚 醒選擇信息與所述第一喚醒選擇信息相同的情況下對電源進行操作，從而將所述第二喚醒 選擇信息發(fā)射到所述第二控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述從RFID/USN裝置創(chuàng)建第一響 應代碼并將所述第一響應代碼發(fā)射到所述主RFID/USN裝置，所述第一響應代碼報告所述 第一喚醒選擇信息被成功地接收到并被存儲在所述存儲器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述從RFID/USN裝置創(chuàng)建第二響 應代碼，所述第二響應代碼報告所述第二喚醒選擇信息被接收到，并且所述從RFID/USN裝 置以喚醒模式進行操作以將所述第二響應代碼發(fā)射到所述主RFID/USN裝置，以及如果所述第二響應代碼被接收到，則所述主RFID/USN裝置將信息請求信號發(fā)射到所 述從RFID/USN裝置以進行RFID通信。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述主RFID/USN裝置發(fā)射所述第 二喚醒選擇信息以及所述能量信號，以及所述從RFID/USN裝置包括電壓振蕩器，所述電壓振蕩器基于所述能量信號來創(chuàng)建所 述第一功率，并將所述第一功率傳送到所述模式控制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述主RFID/USN裝置包括 多個天線；第一鎖相環(huán)電路，產(chǎn)生振蕩信號；第一接收信號處理單元，通過使用所述振蕩信號來處理接收信號； 第一發(fā)射信號處理單元，通過使用所述振蕩信號來處理發(fā)射信號； RF輻射單元，通過使用所述振蕩信號來產(chǎn)生所述能量信號； 第一信號分離器，切換所述天線；以及第二信號分離器，將所述第一信號分離器切換到所述第一接收信號處理單元、所述第 一發(fā)射信號處理單元和所述RF輻射單元中的一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述從RFID/USN裝置包括 第三信號分離器，用于對所述天線的信號路徑進行分支；第二接收信號處理單元，電連接到所述第三信號分離器以處理接收信號；第二發(fā)射信號處理單元，電連接到所述第三信號分離器以處理發(fā)射信號；電壓振蕩器，電連接到所述第三信號分離器以將所述能量信號轉(zhuǎn)換成所述第一功率；信號測量單元，檢測所述第一功率的功率電平；以及第二控制器，根據(jù)所述信號測量單元所檢測到的功率電平來創(chuàng)建所述信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述主RFID/USN裝置通過使用全 功能裝置(FFD)ZigBee模塊或個人區(qū)域網(wǎng)絡(PAN)協(xié)調(diào)器ZigBee模塊而被實現(xiàn)，以及所述從RFID/USN裝置通過使用簡化功能裝置(RFD) ZigBee模塊而被實現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場射頻通信系統(tǒng)，其中，所述主RFID/USN裝置包括RFID/ USN閱讀器、路由器和協(xié)調(diào)器中的至少一個，以及所述從RFID/USN裝置包括RFID標簽和傳感器節(jié)點中的至少一個。
全文摘要
所公開的是一種近場射頻通信系統(tǒng)。該近場射頻通信系統(tǒng)包括主RFID/USN裝置，包括多個天線以通過這些天線順序地簇射能量信號；以及從RFID/USN裝置，使用能量信號來產(chǎn)生第一功率，檢測第一功率的功率電平，并將基于功率電平所創(chuàng)建的信息發(fā)射到主RFID/USN裝置。其中，主RFID/USN裝置通過判定用來與從RFID/USN裝置通信的天線，來創(chuàng)建從RFID/USN裝置的與方向有關(guān)的第一位置信息，并通過使用基于功率電平所創(chuàng)建的信息，來創(chuàng)建從RFID/USN裝置的與距離有關(guān)的第二位置信息。
文檔編號H04B7/26GK101868927SQ200880116800
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者金南倫 申請人:Lg伊諾特有限公司