多協議或多命令rfid系統的製作方法

2023-05-27 05:01:41

專利名稱：多協議或多命令rfid系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及詢問系統。更具體地說，本發明涉及一種具有密集間 隔的詢問器的詢問系統，所述詢問器同時處理不同的標籤協議或命令。
背景技術：
如Landt的第5,030,807號美國專利所討論的，RFID(射頻標識) 系統相結合地使用頻率分離和時域復用以允許多個詢問器在由無線電 管理機構實行的帶寬限制內緊密地一起操作。在運輸和其它應用中， 強制性地需要詢問器在附近操作。在收費系統的示例中，許多交通車 道並排操作，同時讀取存在於每個車道的標籤變得很必要。這帶來了 新的挑戰，特別是當將系統設計為與不同協議的標籤通信時，需要性 能的損失。
反向散射RFID系統因為其頻率靈活，所以可以使用頻率分離以 允許密集間隔的詢問器的同時操作。然而，以可接受性能操作的能力 受限於詢問器拒絕鄰近信道幹擾的能力，在重複使用頻率的情況下， 存在同信道幹擾。此外，操作附近的多個詢問器而產生的對彼此的幹 擾影響由於第二和第三階互調而變得複雜。因為下行鏈路(詢問器到 標籤)是已調信號，而上行鏈路信號(標籤到詢問器)是在詢問器的 連續波(CW)栽波，所以由下行鏈路對上行鏈路的幹擾在大多數情 況比下行鏈路對下行鏈路的幹擾或上行鏈路對上行鏈路的幹擾更加嚴 重。當下行鏈路對上行鏈路的幹擾使性能削弱了超過可接受的級別時， 可在詢問器間針對時分復用建立所述系統。詢問器隨後將根據邏輯方 案來共享佔用時間(輪流)，以最小化或消除詢問器間幹擾的影響。
然而，由於給定的處理需要更多的合計時間來完成，所以將導致較低 的速度性能。當涉及較大數量的車道時，速度性能損失會比較嚴重，
並且不可接受。由於有成本效益的主動式(active)發送器在固定的頻率上操作， 所以主動式RFID系統典型地不能使用頻率分離。因此，這些系統遵 循以純時分復用的模式操作的方式，以防止緊密定位的詢問器間的幹 擾。當標籤從兩個詢問器接收信號時，典型地發生下行鏈路對下行鏈 路的幹擾。如果詢問器間隔比較密集，則兩個發送的比特流的RF級 會是可比較的。如果在不應接收到RF的比特周期期間接收到來自鄰 近詢問器的相當大的RF，則標籤會不正確地對消息進行解碼。從自測的角度看來，RFID系統典型地釆用通常所謂的"檢查標 籤"來提供關於RFID系統的健康的可信度級。檢查標籤可以是外部供 電裝置，其僅響應於特定命令，或者僅響應於其編程的標識號碼。可 將檢查標籤內置於系統天線中，或者可將其安裝在天線上或天線附近。 還可將其安置在詢問器內，或者經由安裝在系統天線附近的檢查標籤 天線耦合到系統天線。儘管檢查標籤可釆取各種形式，但是一個共同 點在於檢查標籤必須以某種方式被激活，從而可由詢問器讀取響應， 並且在正常操作期間保持不活動狀態。當激活檢查標籤時，它典型地提供可由詢問裝置讀取的響應。檢 查標籤響應通常與由詢問器在當標籤在所述特定應用中經過系統時的 正常操作期間所接收的響應相同。如果反向散射RFID系統開啟檢查 標籤，並且響應被接收到，則檢驗RFID系統對於已經發送RF並且 已經接收和解碼檢查標籤反向散射響應的情況是可操作的。如果檢查 標籤需要已調信號來觸發它的響應，則僅檢驗RF的編碼調製。完成 所述循環花費的時間取決於採用的標籤類型並可在幾毫秒到若干毫秒 間變化，並且周期性地重複所述循環。發明內容因此，本發明的一個目的在於提供一種能夠同時操作多個密集間 隔的詢問器的詢問系統。本發明的另 一 目的在於提供一種對多個詢問 器進行同步的詢問系統。本發明的另一目的在於提供一種同時處理用 於與標籤通信的不同協議的系統。本發明的另一目的在於提供一種同 時處理不同的反向散射協議的系統。本發明的另 一 目的在於提供一種 同時處理不同的主動式和反向散射協議的系統。本發明的另一目的在 於提供一種避免由下行鏈路對上行鏈路的幹擾、以及下行鏈路對下行 鏈路的幹擾和上行鏈路對上行鏈路的幹擾的詢問系統。本發明的另一 目的在於提供一種自測操作，其能夠檢驗詢問器的操作，並且不具有 檢查標籤的時間約束。本發明的另 一 目的在於提供一種其中通過單個 天線接收上行鏈路信號並發送下行鏈路信號的詢問系統。根據本發明的這些和其它目的，提供一種多協議RFID詢問系統， 其採用用於反向散射RFID系統的同步技術(步鎖，step-lock)，其 允許同時操作密集間隔的詢問器。所述詢問器當與時分復用結合時可 更加有效地讀取主動式和反向散射標籤兩者。多協議RFID詢問系統 可與具有不同輸出協議的反向散射應答器以及主動式應答器進行通信，包括遵從標題(title) 21的RFID反向散射應答器、提供超過 標題21的擴展模式性能的IT2000 RFID反向散射應答器；EGO RFID反向散射應答器、SEGC)TMRFID反向散射應答器、遵從ATA、 ISO、 ANSI AAR的RFID反向散射應答器以及遵從IAG的主動式技 術應答器。所述系統實現步鎖操作，由此，對鄰近詢問器進行同步以確保所 有下行鏈路在相同時間幀內操作，所有上行鏈路在相同時間幀內操作。 步鎖操作允許帶有較高RFID系統的容量的改進性能。實現主動式和 反向散射技術，從而單個詢問器可在最小化幹擾並產生較好的性能的 情況下讀取兩種技術類型的標籤。步鎖操作消除下行鏈路對上行鏈路的幹擾。因為下行鏈路對上行 鏈路的幹擾是詢問器對詢問器幹擾的最嚴重形式，所以其具有明顯減 少給定頻率信道的重複使用距離的淨影響。可擴展步鎖技術以對於固 定(重複)的下行鏈路消息減小或消除下行鏈路對下行鏈路的幹擾。 這可以通過使詢問器以精確的相同時間發送下行鏈路消息中的每個比
特來實現。根據無線電管理以及產生的可用於給定反向散射系統的頻 率信道的數量，其可允許重複使用距離足夠得靠近，從而可在不需要 在詢問器間進行時間共享的情況下操作不受限數量的收費車道，顯著提高了性能並增加了整個RFID系統的性能。詢問器的步鎖允許詢問器以多協議模式操作，由此，相同詢問器 能夠以更加有效的方式讀取主動式和反向散射標籤兩者。這通過將用 於主動式應答器的時分策略與用於反向散射標籤的步鎖頻率分離策略 結合成一個統一的協議來實現。


圖1是在主/從模式中由詢問器產生同步信號的步鎖配置中的詢 問器的框圖；圖2是由外部源產生同步信號的步鎖配置中的詢問器的框圖； 圖3(a)是示出對於多個詢問器的上行鏈路、下行鏈路和處理時 間的步鎖特徵的時序圖；圖3 (b)是比特級的時序圖；圖3 (c)是具有時分復用的步鎖特徵的時序圖；圖4是詢問器的優選框圖；圖5是圖4的合成源33和45的框圖；圖6是圖4的雙混頻器配置56的框圖；圖7是圖4的DOMDAC和調製控制器60的框圖；圖8是圖4的功率放大器65及其外圍的框圖；圖9是圖4的下行鏈路/上行鏈路DAC以及功率控制器72的框圖；圖IO是示出迴環內置測試性能的詢問器的框圖；圖11是示出帶有耦合天線的測試標籤內置測試能力的詢問器的框圖；圖12是示出帶有定向耦合器的測試標籤內置測試能力的詢問器 的框圖； 圖13是示出用於具有不同命令序列的單個協議的下行鏈路頻率的系統的車道規劃圖；圖14是圖13的系統的車道規劃圖，其中示出上行鏈路頻率；圖15是圖13和圖14的系統的時序圖，其中示出命令序列；圖16是示出用於主動式應答器和反相散射應答器的下行鏈路頻率的系統的車道規劃圖；圖17是圖16的系統的車道規劃圖，其中示出上行鏈路頻率；圖18是圖16和圖17的系統的時序圖，其中示出協議序列；圖19和圖20是示出用於主動式應答器和反向散射應答器的下行鏈路和上行鏈路頻率的系統的車道規劃圖；以及圖21是圖19和圖20的系統的時序圖，其中示出協議序列。
具體實施方式
在以下對優選實施例的詳細描述中，將參照形成優選實施例一部 分的附圖，在附圖中示出作為示例的可實施本發明的特定實施例。對 該實施例進行足夠詳細的描述以使得本領域的技術人員能夠實施該發 明，並且應該理解，在不脫離本發明的範圍的情況下，可採用其它實 施例，並且可進行結構或邏輯上的改變。因此，以下的詳細描述並不具有限制作用，本發明的範圍由所附權利要求限定。參照附圖，圖1是根據本發明優選實施例的整體系統10的框圖。 系統10示出步鎖配置中詢問器12和主機或控制器14的單群集，以及 各個主動式或反向散射應答器11。如圖所示，詢問器12根據各種標 籤協議(標籤協議1和標籤協議2 )與應答器11通信。控制器14控 制並連接特定應用會需要的各個系統部件，諸如相關詢問器12、車輛 檢測和視頻執行。將一個詢問器12指定為主設備，而將其餘詢問器12指定為從設 備。主詢問器12產生同步信號16，並將其發送到從詢問器12。詢問 器12經由RS-485接口連接到一起以在半雙工操作中進行多點通信， 通過所述線路發送同步信號16。相比同步信號16的接收，在主/從指 定中最重要的因素是在各個詢問器12中設置的時序參數。時序參數在 每個詢問器12中設置，從而如果失敗，則後來的從設備可變成主設備。詢問器12優選地具有單個天線18，其用於發送已調下行鏈路信 號以詢問應答器11。單個天線18還發送接收反向散射應答器的反向 散射響應所需的CW上行鏈路信號。此外，單個天線18從主動式應 答器ll接收響應。圖2是系統20的框圖，示出步鎖配置中的詢問器群集22和相關 主機或控制器24。提供產生同步信號28的外部源26。在優選實施例 中，外部源26是具有lpps (每秒脈沖)信號的GPS接收器，所述信 號用於實現各個群集22的同步。主詢問器將參考時鐘鎖定到GPS的 lpps信號，並使用參考時鐘來產生被發送到從詢問器的同步信號。來 自GPS單元的lpps信號的時序非常精確，這允許每個群集在時間上 同步在一起。當距離或某些其它物理障礙不允許群集22的直接連接 時，採用所述配置。通常，每個群集22需要一個GPS接收器，隨之 可如圖l所示連接詢問器22以將群集同步到外部源。圖3 (a)是示出以步鎖操作的若干詢問器10的時序圖。該圖顯 示所有詢問器12在相同時間發送它們的上行鏈路和下行鏈路信號。當 詢問器10被步鎖時，控制每個詢問器10的時序，從而上行鏈路和下 行鏈路均在相同時間開始和結束。這減少了由一個詢問器的下行鏈路 信號幹擾另一詢問器的上行鏈路信號而造成的幹擾。通過在各個標籤 協議間使用不同的頻率規劃，可增加特定群集中詢問器的數量。如圖1到圖2所示，系統就特定信息輪詢標題21反向散射應答 器，然後就特定信息輪詢EGO反向散射應答器，並且各個應答器相 應作出響應。每個詢問器12將標籤協議1信號和標籤協議2信號發送 到每個應答器11。標題21反向散射標籤11提供對標籤協議1相應的 標題21協議信號的反向散射相應，EGO反向散射標籤11提供對標籤 協i義2相應的EGO協i義信號的反向散射響應。圖3 (a)示出支持兩種標籤協議所需的時序。如圖所示，第一標 籤協議(標籤協議l)具有不同於第二標籤協議(標籤協議2)的下行 鏈路和上行鏈路持續時間的下行鏈路和上行鏈路周期。所述標籤協議 還可具有緊接著數據的上行鏈路的不同的處理時間。因此，如果標籤 協議未實現同步，則很可能用於一個詢問器的第一或第二協議的下行 鏈路會干擾用於另 一詢問器的第 一或第二協議的上行鏈路。為了避免 這種幹擾，如圖所示，將詢問器進行步鎖，從而第一標籤協議的下行 鏈路對於所有詢問器在相同時間開始，第二標籤協議的下行鏈路也對於所有詢問器在相同時間結束。在每個循環的開始由同步信號控制時 序，其觸發標籤協議l的下行鏈路信號。如果只有這兩種類型的標籤被詢問，則圖3(a)中的信號樣式將 重複自身。如果更多標籤協議被使用，則在重複所述樣式之前，發送 用於額外標籤的上行鏈路和下行鏈路信號。在某些情況下，在詢問器 切換到不同的協議之前，可多次發送特定標籤協議，所述情況諸如需 要多次讀取標籤或者讀取標籤，隨後由另外的命令使其進入睡眠狀態。因此，優選地以串行方式來實現所述協議，由此，每個詢問器在 重複所述樣式之前循環經過各個協議，並且所有詢問器處理相同的協 議。也就是說，由所有詢問器在相同時間處理用於標籤協議1的下行 鏈路和上行鏈路信號，所述相同的時間繼之以處理時間和用於標籤協 議2的下行鏈路和上行鏈路信號。本領域的技術人員應該清楚，所述 協議不需要以串行方式來排列，而是可以通過同步不同協議間的下行 鏈路時間來以並列方式同時運行。也就是說，第一詢問器可處理第一 協議下行鏈路信號，同時，第二詢問器處理第二協議下行鏈路信號。 在圖18中，作為示例，關於單個協議的命令示出這種類型的步鎖，這 將在下面進行討論。然而，使詢問器處理相同的協議最小化了由於各個協議的不同信 令持續時間引起的各個信號之間的任何延遲。例如，如果詢問器l處 理標籤協議1而詢問器2處理標籤協議2，則由於標籤協議2的下行 鏈路長得多，以致在標籤協議2仍舊進行下行鏈路的同時標籤協議1 尚未進行上行鏈路，所以必定引入延遲。如圖18所示，增加每次傳輸 的時間以允許最長命令，其為EGO協議的選擇或讀取命令。
圖3 (b)是示出擴展到圖3 (a)的信號的比特同步級的步鎖技 術的示圖。將每個詢問器進行步鎖，在精確的相同時間發送下行鏈路 消息中每個比特的傳輸。為了進行比特同步，必須由每個詢問器發送 確切相同的命令(比特對比特)，並且所述確切相同的命令打算用於 滿足所述準則的協議。圖3(c)示出對於包括主動式應答器和反向散射應答器兩者的應 用使用時分復用和步鎖同步的時序。同步信號發起信號循環，在這種 情況下其開始於第一組詢問器(詢問器l、 4和7)，它們根據標籤協 議l (主動式標籤協議)產生發送脈沖。根據時分復用方案發送主動式協議。將發送脈衝進行偏移以防止 破壞由閱讀器接收的數據的幹擾，所述幹擾可由其它方式從緊密定位 的標籤來產生。因此，將主動式協議劃分為三個時間間隙。在第一時 隙中，第一詢問器和每三個詢問器發送用於主動式標籤協議的下行鏈路。緊接著下行鏈路的傳輸，每個詢問器從標籤尋找響應。如果發送 下行鏈路的詢問器接收到響應，則所述詢問器假設所述標籤在它的天 線下。如果沒有發送下行鏈路的詢問器接收到響應，則所述詢問器假 設所述標籤在不同的詢問器的天線下。詢問器將優選地忽略在不同的 詢問器的天線下的標籤的響應。在第二和第三時間間隙中，其它詢問器在它們各自的時隙進行發送，並且每個詢問器使用關於接收的信號的相同邏輯來確定標籤響應 是否在它們的天線下。緊接著主動式標籤協議的完成，每個詢問器發 送反向散射協議下行鏈路，隨後從標籤尋找反向散射上行鏈路信號。 詢問器由詢問器支持的多個協議轉化為各個應答器的特定要求。標籤可 以是被動式(passive)或主動式的，電池或波束供電，並具有由應答器 的物理性質指示的額外變量。因此，詢問器12必須能夠允許用於主動 式和被動式標籤的不同的變量和要求，以及不同的命令和反向散射協 議。此外，詢問器12必須能夠調整自身以處理不同的協議功率級、調 制深度、工作循環、速度(比特率)、傳輸頻率、接收器範圍調整以
及標籤和詢問器靈敏度。由於詢問器控制由反向散射應答器反射的信號的功率，所以採用上行鏈路RF功率級來設置用於反向散射應答器的各個上行鏈路捕獲帶。在裝置將作出響應之前，使用下行鏈路RF功率級來與需要已調命令的應答器(標題21、 IT2000、 EGO、 SEGO反向散射應答器)或需要觸發脈沖的應答器(主動式應答器)通信。因此，採用RF下行 鏈路功率來建立用於指定的應答器的下行鏈路捕獲帶，並且在反向散射應答器的情況下，所述RF下行鏈路功率可不同於上行鏈路RF功 率級。此外，由波束供電的應答器所需的RF功率級比由電池供電的 應答器所需的RF功率級大得多。實現閉合環路控制以保持對由系統 所需的動態RF功率級的嚴格控制。由於應答器接收器動態範圍取決於在下行鏈路期間發送的調製 深度(DOM)的事實，所以支持多DOM級的要求是必要的。各個應 答器的基帶路徑可以是在DC耦合路徑典型地需要較大的調製深度處 耦合的AC或DC。實現閉合環路控制以保持對從協議到協議的動態 DOM級的控制。調整工作循環的能力提供用於補償詢問器調製路徑中的有限非 線性的靈活性以及用於將工作循環優化到各個應答器要求的性能。可 典型地將工作循環設置在具有較小容限的50%,然而，用於應答器類型的理想情況可更高或更低。對工作循環或脈衝寬度的調整有助於將 已調信號調諧到應答器要求，並且有助於導出應答器對於工作循環的變化的靈敏度。除標題21和IT2000協議以外，波特率對於所有協議是不同的。 從最快協議到最慢協議的比率超過10比1。詢問器必須在保持對RF 功率、DOM和發射屏障的控制的同時允許從詢問器內的原始點經過 傳輸的不同波特率。傳輸頻率當實際發送時涉及同步周期並且必須可 變，以便允許協議和命令序列的所有組合。有限接收器調整提供用於變化詢問器對於每個協議的敏感級的 性能。理想地，默認情況為使每個協議的詢問器敏感級近似相同。在
需要各個協議的敏感級不同的多模式應用中，可相應地調整所述敏感 級。示例是具有一個協議的波束供電的應答器和另一協議的電池供電的應答器的多協議應用。可通過發送的RF級將電池供電的應答器的 捕獲帶調整到特定程度。對于波束供電的應答器也是如此，只是調整 到更低的程度。如果期望排列捕獲帶，則接收器調整提供另一程度的 自由。以基帶接收器的閾值級的形式為RF接收路徑提供所述調整， 必須超過所述閾值級以便信號通過。所述技術也用於消除不期望的交 叉車道讀取。圖4是詢問器12的優選框圖。詢問器12具有收發器30和處理 器IOO。收發器30提供到應答器的通信鏈路，處理器100提供對詢問 器10的功能控制。收發器30包括發送鏈，其產生幅度調製("AM，，) 和CW載波；接收器，用於接受並處理各個應答器的反向散射或主動 式響應；以及控制器，用於連接到處理器並提供對發送和接收功能的 必要控制。收發器30包括發送鏈和接收鏈。發送鏈包括源33、 34、源選 擇器44、 MOD/CW56、 RFAMP65、濾波器74、耦合器76、隔離器 77和耦合器78。接收鏈包括濾波器82、衰減器84、選擇器86、接 收器88、 92、基帶處理器94和檢測器90、 96。發送器發送鏈開始於兩個合成RF源(下行鏈路/上行鏈路源45和專用 上行鏈路源33)的產生。源33、 45用於產生諸如圖3 (a)中所示的 上行鏈路和下行鏈路信號。下行鏈路/上行鏈路源45產生第一合成RF 信號(Sl)，其用作下行鏈路已調源以詢問，激活和/或觸發應答器。 所述源還可用作上行鏈路連續波(CW)源以提供反向散射標籤的響 應的通信鏈路。上行鏈路源33產生合成RF源(S2)，其用作上行鏈 路CW源以提供反向散射標籤的響應的通信鏈路。源33、 45是合成 的低噪聲源，其有助於用單個天線提供較高的反向散射接收器性能。參照圖5，源33、 45包括頻率合成器34、環路濾波器36、低 噪聲壓控振蕩器(VCO) 38和耦合器40。耦合器40具有增益塊39，
用於將VC0 38輸出反饋回合成器34以形成低噪聲鎖相環(PLL)。 PLL的輸出具有高隔離的緩衝放大器以提供增益並使PLL從發送鏈 隔離。處理器100經由時鐘、數據和載入信號通過收發器30上的控制 裝置43將Sl和S2源初始化到固定頻率。可調振蕩器(未示出)為 上行鏈路合成器33和下行鏈路/上行鏈路合成器45兩者提供參考信 號。振蕩器是可調的，以便提供用於校準到外部標準參考的性能。包括高隔離的單刀單擲(SPST)開關的源選擇電路44用於送入 高隔離的單刀雙擲(SPDT)非反射開關的源33、 45。其提供用於在 保持源33、 45之間的較高程度的隔離的同時選擇源33或45的能力， 以最小化互調產物的產生。處理器100通過收發器30上的控制裝置 43來控制開關的狀態。將用於直接轉換反向散射接收器的本地振蕩器(LO )48從SPDT 開關45的輸出去耦合。將其送入高隔離的緩衝放大器(未示出)，以 提供增益並使發送鏈從收發器30的接收器部分隔離。通過增益塊固定 LO級，其經過低通濾波並送入高隔離的SPST開關(未示出)以提供 從主動式接收器的附加隔離。處理器100通過收發器30上的控制裝置 43來控制源45的SPDT開關的狀態。MOD/CW塊56提供用於調製各個源或將所述源置於CW條件 的性能。如圖6所示，MOD/CW塊56包括由增益塊分離的雙混頻器 配置。所述配置提供線性AM調製的較高動態範圍以有助於減少發送 佔用帶寬。儘管這種類型的配置可引入非線性二階效應，但是採用第 二混頻器來提供主要的AM調製會最小化失真。由提供需要的驅動電 平的放大器分別使用各個協議比特流、觸發信號或DC電平在基帶驅 動混頻器56。來自放大器的驅動電平生成期望的當調製時用於CW或 "高"和"低"條件的峰值電平。發送器比特率和DOM調整協議的各個數據率之間的差別需要可在保持發射屏障的同時支 持用於所有協議的數據率的配置，所述發射屏障最小化信道間隔以便 最大化可用信道的數量。由在圖7中更加詳細地示出的調製控制塊60
在圖4的詢問器中處理比特率調整。DOM DAC和調製控制器60採用 開關以在高速路徑和低速路徑之間進行選擇。高速路徑允許諸如標題 21和IT2000的高速協議，而低速路徑允許諸如EGO、 SEGO和觸發 脈衝的低速協議。收發器30上的控制裝置43基於由處理器100指示 的協議配置來選擇期望的路徑。第八階低通濾波器提供期望的用於所 支持的協議的發射屏障。控制單元60根據需要接收固定的DC參考電平(VREF)，所述 DC參考電平設置指示"高"比特的傳輸的電平或CW條件，並且對於 所有協議是相同的。數模轉換器(DAC) 70根據需要設置指示"低" 比特的傳輸的電平或DOM (調製深度)級，其從控制器43中的存儲 器檢索。調製信號提供對SPDT開關的真邏輯控制，所述開關基於調 制信號的狀態選擇"高"條件或"低"條件。需要從詢問器開始的已調下行鏈路傳輸的每個協議在收發器30 上的控制裝置43中具有相應的存儲器位置，將所述下行鏈路傳輸校準 到所述協議所需的DOM級。由控制裝置43基於由處理器100指示的 協議配置來處理各個DOM級之間的切換。調製控制單元60輸出濾波 器Mod信號，由MOD/CW56使用它以根據期望的協議調製信號。發送器功率級調整詢問器必須還能夠允許由各個反向散射協議和主動式應答器協 議所需的各個功率級。由在圖8和圖9中更加詳細地示出的RF AMP 65和功率控制器72在圖4的詢問器中處理功率調整。參照圖8， RF AMP 65包括增益塊64、電壓可變衰減器66、 RF開關和900MHz 集成功率放大器68。增益塊64將期望的電平提供到電壓可變衰減器 66。採用電壓可變衰減器66以基於從功率控制器72接收的VCTL Attn 信號來變化RF功率。衰減器66提供當開啟用於CW傳輸的RF功率 時的固定上升時間，所述RF功率還用於已調傳輸之前的DOM級。在圖9中示出DL/ULDAC和功率控制器72。下行鏈路DAC 71 設置到應答器的下行鏈路傳輸所需的RF峰值功率級。上行鏈路DAC 73設置用於來自反向散射應答器的響應的CW的上行鏈路傳輸所需
的RF功率級。由Attn_Sel信號通過SPDT開關來處理低通濾波的上 行鏈路和下行鏈路級之間進行選擇。另一 SPDT開關通過選擇的DAC 電平或預設的參考電平作為VCTL Attn信號，釆用所述信號來限制電 壓可變衰減器66的動態範圍。獨立地校準下行鏈路和上行鏈路功率級 兩者以提供ldB步進中15dB的動態範圍。
需要從詢問器開始的下行鏈路傳輸的每個協議在控制裝置43中 具有獨立的存儲器位置，以存儲用於各個配置的靜態功率級。對於需 要上行鏈路傳輸的每個協議也是如此。控制器43基於協議配置和來自 處理器100的離散輸入來控制下行鏈路和上行鏈路傳輸的序列。選擇 集成功率放大器68以在保持較高程度的線性的同時在RF埠提供最 大的期望輸出。採用RF開關以便當啟動主動式接收器時提供必要的 OFF隔離。
發送器信號處理
低通濾波器74、耦合器-隔離器-耦合器配置76、 77和78完成 發送鏈。低通濾波器74衰減諧波發射。第一RF耦合器76提供閉合 環路控制所必需的反饋。將來自耦合器76的耦合信號送入4位數字步 進衰減器97，其提供ldB步進中15dB的動態範圍。通過提供功率控 制反饋路徑中的動態範圍，簡化對下行鏈路和上行鏈路RF輸出功率 的閉合環路控制，並且提高發送功率級的精確性。
15dB的反饋衰減範圍符合發送器的15dB動態範圍，以設置用於 下行鏈路或上行鏈路傳輸的各個功率級。設置反饋衰減器，以致在上 行鏈路或下行鏈路傳輸設置的衰減級加上在反饋環路中的數字步進衰 減器97設置的衰減級總是合計為15dB。這樣將數字步進衰減器97 之後的信號的動態範圍最小化到由所支持的協議要求的最高DOM 級。將衰減器97的輸出送入對數RF功率檢測器98，其將RF信號轉 換為與檢測到的RF級相應的等效電壓。
本質上，在以下電壓級重建調製信號，所述電壓級代表為下行鏈 路上的數字"高，，，代表上行鏈路上的DOM級或CW級的數字"低"發 送的峰值。用於數字"高，，和CW條件的電壓級由於在反饋環路中的數
字衰減器設置的相應級而實際上對於發送功率的整個15dB的動態範 圍保持相同。用於數字"低，，的電壓級相應於為正發送的協議設置的各 個DOM級。在正常操作中，對於由檢測器電路察看的溫度漂移調整代表檢測 到的RF級的信號，並對於到模數轉換器(ADC) 99的輸入來縮放所 述信號。將ADC 99的輸出送入收發器30上的控制裝置43,其通過 採用閉合環路算法來提供對峰值功率、CW功率和DOM的控制。隔 離器77將發送器從Tx埠和天線埠隔離。最後的RF耦合器78 提供從天線埠到Rx埠的接收路徑。接收器圖4的收發器30的接收器部分接受並處理各個應答器的反向散 射和主動式響應。RF接收鏈開始於帶通濾波器82，其包括繼之以增 益塊的前衰減器和後衰減器。濾波器82建立用於反向散射接收器的帶 通，並且還包含用於主動式接收器的預選擇器。靈敏度衰減器84和增 益塊建立接收器的RF動態範圍。靈敏度衰減器84也是基於所選擇的協議可調整的，以便提供用 於獨立調整和調諧各個協議的靈敏度的性能。靈敏度衰減器84是4 位數字步進衰減器，其提供ldB步進中15dB的動態範圍。所述衰減 器提供用於為每個協議變化詢問器的敏感級的性能。從校準的觀點來 看，設置每個協議的敏感級，以致它們在滿足建立的限制的條件下近 似相同。例如，如果一種協i義的最大靈敏度是-66dBm，而另一協議的 最大靈敏度是-63dBm，則可在限制為-60dBm的情況下將它們校準到 -62dBm。對主動式和反向散射接收靈敏度的調整有助於當在多協議環 境下操作時捕獲帶的排列。選擇塊86提供用於基於所選擇的協議在不同的接收路徑，即， 反向散射接收路徑(沿著部件92、 94、 96)和主動式接收路徑(沿著 部件88、卯)之間進行選擇。釆用RF開關以將反向散射接收路徑與 主動式接收路徑分離。處理器100通過收發器30上的控制裝置43來 控制所述開關的狀態。
反向散射接收路徑包括反向散射接收器92、基帶處理器94和 零交叉檢測器96。反向散射接收器92包括0度功率劃分器、90度 混合器、隔離器和混頻器。0度功率劃分器允許I&Q (同相&正交) 配置，所述配置具有兩個信號， 一個同相，另一相位偏移卯度。為了 生成I&Q信道，通過90度混合器來送入LO48的輸出。隨後，接收 和LO路徑通過隔離器被送入它們各自的路徑，以將RF和LO輸入 提供給用於到基帶的直接轉換的混頻器，基帶由基帶處理器94來處 理。需要0度路徑中的隔離器以將主動式接收器從發送器LO隔離， 並向混合耦合器提供較好的電壓駐波比(VSWR)，這產生較高的相 位和幅度平衡。還需要90度路徑中的隔離器以向混合耦合器提供較高的 VSWR。在基帶處理器94中，為高、中和低速I&Q信號提供濾波器 和放大器路徑，以允許各個協議的不同帶寬要求。零交叉檢測器96 將信號轉換為由收發器上的控制裝置要求的形式，以進行額外的處理。主動式接收路徑包括主動式接收器88和閾值檢測器90。主動式 接收器88包括帶通濾波器、增益塊和衰減器、對數放大器。帶通濾 波器建立用於主動式接收器的通帶和噪聲帶寬。增益塊和衰減器組合 與對數放大器結合來建立接收器的動態範圍，所述對數放大器將接收 的幅度鍵控(ASK)傳輸轉換為基帶。作為主動式接收器88 —部分的 基帶處理器進行峰值檢測並產生自動閾值，以提供更大的接收器動態 範圍和信號電平鑑別。靜態可調範圍調整閾值設置用於閾值檢測器90 的初始閾值。選擇閾值級，從而通過將用於閾值檢測器90的初始閥值 級設置在接收器的噪聲最低水平之上而使得接收器不受噪聲影響。閾 值級還有助於對捕獲帶的排列。在給定應用中，可通過增加所述閾值 級將捕獲帶從它的最大值減少。動態調整收發器30上的控制裝置43提供必要的功能，並控制出廠校準、 初始化、源選擇、DOM (閉合環路)、RF功率(閉合環路)、發送 和接收以及內置測試。控制裝置43的優選實施例是提供上述功能所需 的現場可編程門陣列以及相關支持電路。為合成器參考時鐘、調製深度和RF功率提供用於出廠校準的性能。通過數控固態電位計來提供 對參考時鐘的校準，其被送入參考振蕩器的壓控頻率調整埠。將振 蕩器出廠校準為提供用於測量裝置的LO的頻率標準。數控電位計包 含單板非易失性存儲器以存儲校準的設置。對於由所支持的協議所需的級提供調製深度校準。所述級為 20dB (IT2000) 、 30dB (標題21)和35dB (EGO、 SEGO、 LAG)， 它們在出廠校準期間被存儲在非易失性存儲器中。基於所選擇的協議 以及在收發器30的初始化期間為各個協議設置了 DOM級的內容，從 控制器43的存儲器檢索各個級，並將其栽入DOM DAC70。在合成源33和45兩者的15dB動態範圍以ldB步進來校準RF 功率。在出廠校準期間將每個級存儲在非易失性存儲器中。基於所選 擇的協議以及在收發器30的初始化期間為各個協議設置了功率級的 內容，從存儲器檢索各個級，並將其載入下行鏈路和上行鏈路衰減 DAC 72。初始化處理為合成源Sl、 S2設置頻率，並且為各個協議設置下 行鏈路衰減、上行鏈路衰減、源指定、工作循環、基帶範圍調整和靈 敏度調整級。由處理器100提供時鐘、串行數據線和載入信號，以加 載合成器33、 45。串行UART用於從處理器100到收發器30的通過 衰減、源指定、範圍和靈敏度調整。由處理器100經由配置離散值來提供源選擇和發送協議，所述配 置離散值結合指示下行鏈路或上行鏈路是否是主動式的離散值以及用 於開/關控制的離散值來指定所選擇的協議。基於主動式配置和在初始 化期間設置的參數，從用於指定源的存儲器中的校準值來設置適當的 衰減級。由收發器30提供確認離散值以助於排序。由各個協議指定順 序，並將其設計為最大化效率。此外，可將確認消息發送到標籤，以 在所述確認消息中定義的時間段內激活音頻/視頻響應，並且使應答器 處於睡眠狀態。期望使標籤處於睡眠狀態，從而諸如在車輛卡在車道 中的情況下標籤不繼續作出響應，以便詢問器可與其它標籤通信。
用於下行鏈路和上行鏈路RF輸出功率的RF功率控制是閉合環 路系統，以在頻率和溫度間提供穩定功率，並提供獨立於協議的穩定 DOM。根據優選實施例，用於DOM控制的閉合環路包括控制器43 (包括控制算法)、DOM控制器60、 MOD/CW 56、 RF AMP 65、 濾波器74、耦合器76、衰減器97、感測器98、 ADC 99以及到控制 器43的迴路。在功率放大器之後檢測到的耦合輸出提供到現場可編程 門陣列43的反饋路徑。現場可編程門陣列43包含用於控制CW上行 鏈路功率級和已調下行鏈路的峰值功率級兩者的閉合環路算法。閉合 環路功率控制算法對反饋路徑中的峰值功率級進行採樣，並將其與出 廠校準的功率級參考進行比較。通過DL/UL DAC&Power控制器72 來調整控制電壓(VCTLAttn)，以使得比較產生的誤差輸出為零。DOM控制也是閉合環路系統，以在頻率和溫度間提供穩定 DOM，包括RFAMDOM。這裡，用於峰值RF功率控制的閉合環路 包括控制器43 (包括控制算法)、功率控制器72、 RF AMP 65、 濾波器74、耦合器76、衰減器97、感測器98、 ADC 99以及到控制 器43的迴路。控制器43包括在功率放大器之後檢測到的耦合輸出， 其提供到現場可編程門陣列43的反饋路徑。現場可編程門陣列43包 含用於控制已調下行鏈路的DOM的閉合環路算法。閉合環路DOM 控制算法對反饋路徑中的最小功率級進行採樣，並將其與對各個協議 出廠校準的DOM參考進行比較。通過DOM DAC&調製控制器60來 調整指示"低，，比特的傳輸或DOM (調製深度)級的濾波器Mod信號 內的級，以使得比較產生的誤差輸出為零。由處理器100經由指定所選擇的協議的配置離散值來提供接收控 制。微處理器102產生所述離散值，其在優選實施例中是總共具有32 種獨特模式的5個信號。例如，離散信號可以是00011，其表示EGO 協議及其用於操作的特定參數。將所述離散值發送到控制器43,並且 詢問器12通過設置適當的功率級、比特率、反向散射路徑等配置自身 以與所選擇的標籤通信。基於主動式配置以及在初始化期間設置的參 數，激活適當的接收器，並且對各個協議通過存儲器中的校準值來設置靈敏度調整級。
處理器100包含用於執行或控制各種詢問器功能的所有必要電 路。它包含用於運行應用代碼的微處理器102，所述應用代碼控制對 解碼的標籤信號進行操縱並將其傳遞到主機，並控制通信接口、幹擾 處理、同步、1/0感測、1/0控制和收發器控制。處理器100還通過配 置控制離散值來控制用於採用迴環技術的系統的自測技術(以下討論) 和測試標籤技術。
動態RF功率調整
用於調整發送的RF功率級的能力用於多個目的。獨立於應答器 類型以及外部幹擾信號，捕獲帶依靠發送的RF功率和發送/接收天線 的增益。由詢問器支持的多協議轉化為各個應答器的特定要求。它們 可以是被動式或主動式的，電池或波束供電的，並具有由應答器的物 理性質指示的額外變量。這些變量包括應答器接收靈敏度、開啟閾 值、天線交叉部分和轉換損失。為了支持這些變量，詢問器的RF功 率必須對於每個協議可調到存儲在存儲器中的級，從而當選擇各個協 議時，可設置適當的級。
動態調製深度(DOM)調整
用於選擇發送的下行鏈路的DOM級的能力用於主要目的。獨立 於應答器類型和外部幹擾信號，應答器接收動態範圍依靠在下行鏈路 期間發送的DOM。由詢問器支持的多個協議轉化為各個應答器的特 定要求。它們的基帶處理可以是AC或DC耦合的，帶有由應答器的 物理性質指示的額外變量。為了支持所述變量，來自詢問器的下行鏈 路DOM對於每個協議必須可選到存儲在存儲器中的級，從而當選擇 各個協+義時，可i殳置適當的DOM。
動態調製工作循環調整
用於選擇基帶下行鏈路調製的工作循環的能力提供用於補償調 制路徑中的有限非線性的靈活性以及將工作循環優化到各個應答器要 求的性能。同步時鐘提供用於對來自編碼器的已調信號加長"高"比特的性
能，以增加提供給DOMDAC&調製控制器60的信號的工作循環。相 反，對來自編碼器的已調信號加長"低"比特減少提供給DOM DAC& 調製控制器60的信號的工作循環。為了支持所述性能，從控制器43 的存儲器檢索工作循環值，其在每個協議的初始化處理期間設置，從 而當選擇各個協議時設置適當的工作循環。對工作循環或脈衝寬度的獨立調整有助於將已調信號調諧到應答器要求，並且有助於導出應答器對於工作循環的變化的靈敏度。例 如，標題21規範不將閱讀器的工作循環或上升和下降時間指定為應答 器通信協議。因此，創立滿足標題21規範的應答器的製造商生產具有 根據所述參數而不同的特徵的應答器。 動態頻率選擇從存在固定到特定頻率的分離的下行鏈路和上行鏈路源33、 45 的意義上來說頻率選擇是動態的。在典型的具有多個詢問器的單模式 應用中，將下行鏈路(或已調)頻率對所有詢問器設置到相同頻率， 將上行鏈路(或CW)頻率設置到取決於各個協議的特定頻率。較高 數據率的協議需要上行鏈路頻率之間較大的分離，但是允許多個車道 間的頻率重複使用，即，在多個車道中使用相同的頻率，而沒有幹擾。較低數據率的協議需要上行鏈路頻率之間較少的分離，然而，頻率重 復使用變成更大的難題。詢問器12典型地操作在單個下行鏈路頻率上，從而僅需要單個 下行鏈路合成器45。然而，可在多於一個頻率上發送上行鏈路信號。 由於合成器33、 45中的每一個均操作在固定的頻率，所以為所述合成 器切換內部頻率將花費大量時間。因此，可使用兩個合成器來發送上 行鏈路信號。上行鏈路合成器33可在第一頻率上發送上行鏈路信號， 下行鏈路/上行鏈路合成器45可在第二頻率上發送上行鏈路信號。然 而，應該認識到，可使用多於一個的下行鏈路頻率以及或多或少的上 行鏈路頻率來實現本發明。因此，當將高速協議和低速協議集成到單個的多詢問器應用中 時，由於由無線電管理機構實行的帶寬限制，信道限制將增加。所述
系統通過使用步鎖排列以及用於建立詢問器的性能來允許上述情況， 所述詢問器用於允許在高速協議採用專用上行鏈路源的同時，將下行 鏈路源用作低速協議的上行鏈路源。這允許在制訂的帶寬限制之內獨 立地將高速和低速協議信道化，並提供多協議，多詢問器應用的靈活 性。自測操作現有技術的檢查標籤系統不太適於釆用本發明的多協議。用於檢 驗各個信號路徑的多檢查標籤對系統施加額外的時間約束和低效。相反，參照圖10，所述系統包括自測操作，其具有在詢問器22群集內 同步自測循環的附加性能。反向散射操作需要詢問器發送作為連續波 (CW)的上行鏈路信號，以便從反向散射應答器接收響應。由於接 收器在上行鏈路CW的傳輸期間是主動式的，所以反向散射接收器可 檢測並處理下行鏈路信號，其為幅度調製(AM)栽波。如虛線所示，經由編碼器104而源於處理器100的串行比特流經 由解碼器106被迴環到處理器100。所述環開始於編碼器104，經過控 制器43、 DOMDAC&調製控制器60、 MOD/CW 56、 AMP 65、濾波 器74、耦合器76、隔離器77、耦合器78、濾波器82、靈敏度衰減器 84、選擇器86。在選擇器86， Rx選擇信號確定將採取串行比特流的 路徑。 一種狀態將使得串行比特流通過反向散射接收器92鏈，而另一 種狀態將使得串行比特流通過主動式接收器88鏈。作為環路的結果，處理器100能夠檢驗通過解碼器106的串行比 特流是否匹配經由編碼器104發送的比特流。如果由編碼器104發送 的串行比特流匹配由解碼器106接收的比特流，則微處理器102指出 沿著測試路徑的所有部件正確操作。然而，即使比特流偏離單個數位， 微處理器102也將指出所述系統沒有正確操作。儘管測試也可具有長 度為實際消息，即，256比特的比特流，但是優選的情況是測試比特 流的長度在4到16比特之間，從而測試較快速。應注意到，如果主動式接收器88在下行鏈路AM載波的傳輸期 間是主動式的，即使其不是操作的普通模式並且僅對測試的觀點而言
可變，也利用所述處理來測試主動式接收器88。串行比特流即使與來 自最高波特率檢查標籤的響應相比也可以是簡單樣式並具有非常短的 持續期。所述方法提供用於對下行鏈路源、RF發送鏈、主動式接收 器和反向散射接收器進行可信度測試的手段。可通過對通常所謂的 CW源進行簡單的調製以相同的方式來測試上行鏈路源。然而，圖IO所示的環路並不提供對Tx/Rx耦合器78之後的任何 部件，即，天線或RF線纜的可信度測試。為此，所述系統使用圖ll 所示的系統。測試標籤110是連接到耦合天線的切換裝置，所述耦合 天線安裝在系統天線附近。由處理器100控制所述切換裝置以當耦合 到從系統天線發送的上行鏈路CW時生成反向散射響應。用於測試標 籤110的串行比特流可以與圖10的迴環模式採用的簡單樣式相同，或 者其可以是獨特的。圖11的系統提供對上行鏈路源、RF發送鏈、反向散射接收器以 及天線和同軸電纜進行可信度測試的手段。可對反向散射標籤模擬完 整的響應以助於當其被保證時進行更深入的測試。在圖12中示出所述 方法的簡化變型，其中，將發送器直接耦合到測試標籤110。所述自 測系統可採用任何發送器、接收器或收發器，並且不需要採用步鎖系 統或詢問器。在步鎖中，詢問器將測試序列當作另一協議，從而在相 同時間幀內發生測試。因此，在作為示例的圖3 (a)的實施例中，在 標籤協議2的處理時間之後以及另 一 同步信號之前會發生測試序列。示例圖13至圖21示出本系統的各個實施例。在上述每個實施例中， 將系統設計為覆蓋不受限數量的車道，儘管優選的情況是系統釆用至 多大約ll個交通車道，加上4個側翼車道。系統允許兩個主要協議， 第一協議用於在商標名稱為EGO下售出的標籤。第一協議具有上行 鏈路頻率，由於所述上行鏈路頻率會導致頻率不穩定，所以不應將其 共享。此外，在每個上行鏈路信道附近必須至少存在500kHz的乾淨 頻i瞽。下行鏈路信道可共享相同的頻率，或者它們可以在不同的頻率 上。來自調製的下行鏈路頻譜將幹擾上行鏈路，必須保持遠離上行鏈
路接收帶寬。
第二協議用於IT2000標籤。第二協議具有在三個階段喚醒的標 籤；RF功率使它們進入階段l,對下行鏈路信號的檢測使它們進入階 段2，階段3是對讀取請求的標籤響應。上行鏈路頻率可共享，多個 詢問器可使用上行鏈路上的相同信道。在每個上行鏈路附近必須存在 至少+A6MHz的乾淨頻鐠。下行鏈路信道可共享相同的頻率，或者它 們可在不同的頻率上。來自調製(第一或第二協議)的下行鏈路頻鐠 將幹擾上行鏈路信號，並且必須保持遠離上行鏈路頻謙。
對於詢問器，在操作期間不能改變下行鏈路和上行鏈路頻率，而 是要保持固定在它們的配置頻率。所有詢問器步鎖到彼此，從而它們 在時間上同步。由TDM信號和內部CAM文件來控制時序。步鎖防 止詢問器幹擾彼此，並消除了對在不同的時間間隙期間關掉詢問器的 需要。單標籤協議在圖13至圖18的實施例中，為採用單信令協議的標籤提供系統， 所述系統在該示例中是IT2000協議。如圖15的實施例所示的最佳情 況，存在若干不同長度的不同命令，它們必須在詢問器12和標籤之間 進行交換。由於所述命令具有不同長度，所以詢問器12在較短命令的 開始添加無感(dead)時間，以確保所有下行鏈路在相同時間結束。所述模式採用下行鏈路在918.75MHz,上行鏈路在903MHz、 912.25MHz和921.5MHz的頻率規劃。將上行鏈路和下行鏈路鎖定， 從而下行鏈路信號不會干擾上行鏈路信號。然而，詢問器並非必須被 進行命令鎖定。它們能夠獨立地發布命令。這表示一個詢問器可在另 一車道的詢問器正發布寫入請求的同時發布讀取請求。僅有上行鏈路 和下行鏈路被同步。由於下行鏈路發生在相同時間，所以上行鏈路不 會發生在與下行鏈路相同的時間，由此釋放了用於每個上行鏈路和下 行鏈路傳輸的整個頻語。
在圖13中示出下行鏈路頻率規劃。在所述配置中，所有下行鏈 路在相同頻率上操作。圖14示出上行鏈路頻率規劃，其中，上行鏈路
使用三個頻率重複使用的規劃，即，921.5MHz、 912.25MHz和 903MHz。如圖所示，三個不同上行鏈路頻率中的每一個的範圍均不 彼此重疊，從而所述頻率在車道間間隔開，以減少詢問器之間的幹擾。 同時，每個頻率存在於所述三個車道的每一個中，從而每個車道的詢 問器可在任何的上行鏈路頻率上接收信息。通過將詢問器天線18定位 於橢圓的頂部可創建橢圃樣式。在操作中，當上電時或發生復位之後，以各個應用所需的參數來 初始化詢問器，所述參數諸如下行鏈路和上行鏈路頻率。在初始化期 間還設置協議特定參數，包括用於特定應用協議的下行鏈路和上行 鏈路功率級、DOM級、靈敏度衰減、範圍調整以及源、接收器和發 送器排列。所述參數相應於在處理器100中對所述協議分配的5比特 配置。因此，對於IT2000,來自處理器100的配置00010向收發器30 傳送信號，對於即將到來的通信序列從控制器43的存儲器檢索IT2000 的特定參數。收發器確認處理器100，並指示其已經接收並設置了用 於特定配置的適當參數。如果是單協議應用，則所述配置一旦發生就 不會改變，這是由於隨後將收發器30設置到從所述時間向前的適當配 置。處理器30開啟收發器30的發送鏈，對IT2000命令進行編碼，所述命令。調製信號歷經在初始化期間設置的高速發送濾波器路徑。 在下行鏈路傳輸完成不久之後，控制信號將狀態改變為將下行鏈路源 關閉。其還以特定功率級開啟上行鏈路CW源，並啟動在初始化期間 設置的各個接收參數。如果通過高速反向散射路徑接收到IT2000應答 器響應並對其進行解碼，則在上行鏈路CW傳輸的結束對其進行處理， 並且重複以上順序。嚴格控制所有時序以允許步鎖技術。如果啟動步 鎖，則通過同步信號的接收對上述順序進行鍵控。參照圖15，示出各個上行鏈路和下行鏈路的時序。所述時序給出 至少大約3.5ms的每個時隙的全部時間，儘管所述時序可減少到大約
剛過2ms (在不需要處理時間的情況下用來完成最長處理的時間)。 在3.5ms的情況下，整個處理最少花費大約21ms。在3.5ms中，車輛 行駛0.51英尺(100mph )，而在21ms中，車輛行駛3.08英尺。因 此，標籤有機會在車輛行駛超過上行鏈路和下行鏈路信號所需的範圍 的距離之前，數次通過協議進行循環。對於10英尺的讀取帶，標籤可 完成大約3.3個完整交易。如圖15所示，由詢問器採用各個下行鏈路和上行鏈路通信協議。 在下表l中定義所述命令。因此，例如，依照第一命令，即，讀取尋 呼7，詢問器在下行鏈路上將讀取請求發送到標籤，標籤在上行鏈路 上發送讀取響應。命令下行鏈路上行鏈路讀取尋呼7讀取請求讀取響應讀取尋呼9帶有ID的讀取請求讀取響應隨機#請求隨機#請求隨機#響應寫入尋呼9帶有ID的寫入請求寫入響應寫入尋呼10帶有ID的寫入請求寫入響應普通確i人(Gen Ack)普通確認無響應表1 -協議命令在圖15的示例中，不同的詢問器12發送每個命令。因此，上行 鏈路和下行鏈路的持續時間、上行鏈路無感時間、下行鏈路無感時間 以及詢問器處理時間對於各個命令中的每一個有所不同。例如，寫入期。然而，對信號進行步鎖，從而所有下行鏈路在相同時間結束，上 行鏈路在相同時間開始。因此，上行鏈路和下行鏈路傳輸之間沒有幹 擾。兩種信令協議在圖16至圖18的實施例中，為採用兩種信令協議的標籤提供系 統，所述協i義在該示例中為IT2000和EGO協i義。圖16和圖17示出
頻率規劃的頻鐠要求，圖16示出下行鏈路規劃，圖17示出上行鏈路 規劃。規劃要求對於所有詢問器同步下行鏈路和上行鏈路。這表示在 特定時間段期間，所有詢問器發送它們的下行鏈路信號。在下一時間 段期間，詢問器發送它們的上行鏈路信號。在所述時間段期間，詢問 器可支持兩種協議中的任何一個。詢問器不必對於協議進行同步，只 有下行鏈路或上行鏈路信號被同步。在下行鏈路循環期間，所有詢問器在918.75MHz進行發送。在 上行鏈路循環期間，奇數IT2000詢問器在921.5MHz進行發送，而偶 數詢問器在903MHz進行發送。在910MHz和915.5MHz之間間隔 EGO上行鏈路。詢問器必須是IT2000或EGO詢問器。這表示如 果車道覆蓋需要7個覆蓋區域，則所述實現會需要14個分離的詢問器。 或者，如果詢問器的頻率靈活，則詢問器可根據此時發送的協議在需 要的IT2000上行鏈路頻率和需要的EGO上行鏈路頻率之間進行選 擇。添加額外詢問器可覆蓋額外的車道。在910MHz和915.5MHz之 間可支持的EGO上行鏈路信道的數量限制車道的數量。如果可將詢 問器之間的間隔減少到500kHz,則支持的EGO詢問器的數量為12。 如果需要額外的EGO詢問器，則可將所有IT2000上行鏈路移動到 903MHz,並且在915.5MHz和921.5MHz之間可提供用於額外的12 個EGO詢問器的空間。所述配置可支持24個EGO詢問器。在操作中，當上電時或發生復位之後，以各個應用所需的參數來 初始化詢問器，所述參數諸如下行鏈路和上行鏈路頻率。在初始化期 間還設置協議特定參數，包括用於特定應用協議的下行鏈路和上行 鏈路功率級、DOM級、靈敏度衰減、範圍調整以及源、接收器和發 送器排列。所述參數相應於對各個協議分配的5比特配置。來自處理器100的配置00010向收發器30傳送信號，以對於即 將到來的通信序列從存儲器檢索IT2000參數。收發器確認處理器100， 指示其已經接收並設置了用於IT2000的適當參數。處理器30隨後開 啟收發器30的發送鏈，對IT2000命令進行編碼，並以特定功率和為
IT2000協議初始化的DOM級在下行鏈路源上發送所述命令。調製信 號歷經在初始化期間設置的高速發送濾波器路徑。在下行鏈路傳輸完成不久之後，控制信號將狀態改變為將下行鏈 路源關閉。其還以特定功率級開啟上行鏈路CW源，並啟動為IT2000 協議初始化的各個接收參數。如果通過高速反向散射路徑接收到 IT2000應答器響應並對其進行解碼，則在上行鏈路CW傳輸的結束對 其進行處理。來自處理器100的配置00011隨後向收發器30傳送信號，以對 於即將到來的通信序列從存儲器檢索EGO參數。收發器確認處理器 100，由此指示其已經接收並設置了用於EGO協議的適當參數。處理 器30開啟收發器30的發送鏈，對EGO命令進行編碼，並以特定功 率和為EGO協議初始化的DOM級在下行鏈路源上發送所述命令。 調製信號歷經在初始化期間設置的低速發送濾波器路徑。在下行鏈路傳輸完成不久之後，控制信號將狀態改變為將下行鏈 路源關閉。其還以特定功率級開啟上行鏈路CW源，並啟動為EGO 協議初始化的各個接收參數。如果通過低速反向散射路徑接收到EGO 應答器響應並對其進行解碼，則在上行鏈路CW傳輸的結束對其進行 處理，並且重複整個順序。嚴格控制所有時序以允許步鎖技術。如果 啟動步鎖，如圖3(a)所示，則通過同步信號的接收對上述順序進行 鍵控。IT2000協議是標籤協議1 ， EGO協議是標籤協議2。圖16示出下行鏈路頻率如何用於覆蓋具有三個車道的系統，其 覆蓋每個外側車道的側翼，圖17示出用於上行鏈路頻率的布局。在所 述附圖中，圓圏代表在道路表面的區域實現的覆蓋。圓圏中的數字代 表各個詢問器，左邊的數字代表IT2000詢問器，右邊的數字代表EGO 詢問器。分配給每個半圏的數字代表由所述特定詢問器正在使用的頻 率，並與左邊的頻率協調。IT2000詢問器在903MHz和921.5MHz之 間的頻率交替。IT2000協議允許頻率共享，而詢問器不會明顯地彼此 幹擾。EGO詢問器使用909.75MHz和915.75MHz之間的頻率。由於 每個EGO詢問器需要獨特的頻率來用於它的上行鏈路，所以不共享EGO頻率。圖18顯示由EGO和IT2000標籤使用的命令所需的時序。第一 條線是EGO讀取命令，其作為對於下行鏈路的組選擇和上行鏈路的 工作數據(標籤ID)。這僅是該示例所需的EGO命令。當接收到所 述命令時，EGO標籤回向報告它的ID。其餘命令是在上面的表1中 列出的IT2000命令，它們以所示的順序完成。臨界的時序位置是上行鏈路和下行鏈路之間的轉化。所述轉化需 要發生在對於所有詢問器而言幾乎相同的時間。如果詢問器處於下行 鏈路模式過長時間，則其會干擾上行鏈路信號。用於上行鏈路和下行 鏈路兩者的無感時間是沒有命令被詢問器發送或接收的時間。詢問器 通常使用無感時間來排列它們的下行鏈路和上行鏈路信號。處理時間 是由詢問器用來處理由標籤接收的命令的時間。詢問器在EGO讀取命令和IT2000讀取尋呼7命令之間交替，直 到其接收到標籤響應。在上行鏈路時間期間處理EGO標籤響應，隨 後繼之以IT2000讀取尋呼7命令。其餘IT2000命令緊跟對讀取尋呼 7命令的IT2000標籤響應。通過以當前方式建立系統，在正在處理IT2000標籤的一個車道 的詢問器不會強制位於其它車道的其餘詢問器一直等到所述標籤完成。其餘詢問器可繼續在IT2000和EGO讀取之間交替。系統顯著增 加處理IT2000命令所需的時間。當前IT2000處理花費大約14ms外 加某些額外的處理時間。所述處理所需的最小時間量為大約40ms。如 果詢問器錯過任何命令，並且所錯過的命令必須被重複，則每重複一 次命令，時間就增加大約7ms。在100mph的情況下，車輛在40ms 大約行駛6英尺，其是捕獲帶的重要部分。圖19至圖21是採用多反向散射協議，即，EGO和IT2000的系 統的另一示圖。在該示例中，詢問器包含將源33或45用作接收器中 的LO的性能。這允許詢問器對EGO和IT2000上行鏈路使用不同的 頻率。由於EGO和IT2000下行鏈路可在相同的頻率上，所以僅有一 個源需要被調製。對所有詢問器在時間上進行步鎖，從而它們均在相
同時間執行相同的操作。這確保了沒有詢問器在另 一詢問器正嘗試接 收的同時進行發送。此外，幀包括IT2000命令集合和EGO命令集合。在IT2000命 令集合期間，發送整個IT2000命令序列。因此，在一幀期間，可讀取 和寫入IT2000標籤，並且其通常在命令集合返回EGO命令之間確認 關閉。所述幀的持續時間近似14ms，覆蓋EGO和IT2000命令集合 兩者。為了減少完成IT2000處理所需的時間，將IT2000處理減少為 單個讀取、單個寫入和三個普通確認。圖19示出頻率規劃的頻譜要求。所述塊代表每個信號所需的頻 率位置和帶寬。因為IT2000較快的數據率需要更寬的頻譜，所以 IT2000信號較寬。附圖示出EGO信號和IT2000下行鏈路信號共享 相同的中心頻率。所述信號使用詢問器中的一個源，而其它源有 IT2000上行鏈路信號使用。塊中的數字代表用於覆蓋車道的不同詢問 器。IT2000下行鏈路和EGO上行鏈路和下行鏈路頻率在909.75到 921.75MHz頻帶中被間隔開。根據EGO接收濾波器的選擇性來確定 間隔要求。EGO上行鏈路濾波器越窄，頻率可間隔地越緊，可支持的 車道數量越多。如果可將信道之間的間隔減少到500kHz，則這種設置 支持13個詢問器。通過共享由IT2000信道使用的上行鏈路信號，可 在903和921.5MHz添加額外兩個EGO詢問器。這將給出總共15個 詢問器，或者支持6個車道和4個側翼的能力。圖19還示出IT2000下行鏈路和EGO詢問器的3車道系統的頻 率規劃。對於所述實現，每個詢問器在不同的頻率上以消除與EGO 上行鏈路相關的頻率重複使用問題。通過設置來自詢問器的正確功率 級來實現車道區分。為了得到更大的車道覆蓋，增加功率以減少車道 覆蓋，減少了功率。如圖20所示，IT2000上行鏈路信號在903MHz、 912.25 MHz和 921.5 MHz。通過IT2000接收濾波器的選擇性來確定IT2000上行鏈 路的最小間隔。所述濾波器需要大約6MHz的信道間間隔。然而，與
EGO上行鏈路信道不同，IT2000上行鏈路頻率可重複使用，從而若 幹詢問器可使用相同的信道。圖20還示出IT2000上行鏈路詢問器的3車道系統的頻率規劃。 對於所述實現，IT2000上行鏈路共享三個中心頻率903、 912.25和 921.5MHz。由於IT2000上行鏈路信道可重複使用相同頻率，所以所 述頻率在若干詢問器間共享。所述附圖示出一種建立車道的方法，所 述方法通過將使用相同頻率的詢問器分離到在物理上儘可能實現得那 麼遠以減少同信道幹擾。圖21示出與將所有詢問器步鎖到一起的處理相關的時序。對於 所述系統，所有詢問器在相同時序上鎖定到一起。將信號鎖定到一起 確保了沒有詢問器在另 一詢問器嘗試接收上行鏈路信號的同時執行下 行鏈路調製。如果發生這樣的情況，則下行鏈路調製會干擾上行鏈路 信號，並阻止它的接收。時序規劃假設將IT2000命令減少為單個讀取、單個寫入以及三 個普通確認(Gen Ack)。系統發送讀取請求，直到接收到讀取響應， 隨後完成其餘讀取、寫入和普通確認命令。以這種方法，系統在每個 循環完成全部讀取、寫入和普通確認命令集合。用於這些命令的循環 時間大約14ms。在100mph的情況下，車輛行駛大約2英尺。如果讀 取區域是10英尺深，則系統應根據標籤在循環中進入捕獲帶的時間而 得到4和5之間的讀取。應該僅將上述描述和附圖看作本發明原理的示例。可按照各種方 式來配置本發明，不應由優選實施例來對其進行限制。對於本領域的 技術人員而言可容易地產生本發明的各種應用。因此，不期望將本發 明限制為公開的具體示例，或者以上示出和描述的確切結構和操作。 而可以採取落入本發明範圍的所有適當修改和等同物。
權利要求
1、 一種能夠與具有不同通信協議的應答器通信的詢問系統，所述詢問系統包括多個詢問器，每個詢問器具有發送器，用於根據不同通信協議 將下行鏈路信號通過下行鏈路通信鏈路發送到應答器；和接收器，用 於通過上行鏈路通信信號鏈路從應答器接收上行鏈路信號；以及同步信號，用於對多個詢問器中的每一個的下行鏈路信號進行同步。
2、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，應答器包括反向散射 應答器。
3、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，應答器包括主動式應答器。
4、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，應答器包括主動式應 答器和反向散射應答器。
5、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，所述多個詢問器包括 第一詢問器，根據第一通信協議發送第一下行鏈路信號；和第二詢問 器，根據第二通信協議發送第二下行鏈路信號。
6、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下行 鏈路信號和上行鏈路信號進行同步，從而下行鏈路信號的傳輸不幹擾上行鏈路信號的傳輸。
7、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下行 鏈路信號進行同步，以基本在相同時間結束。
8、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下行 鏈路信號進行同步，以基本在相同時間開始。
9、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下行 鏈路信號進行同步，以基本在相同時間開始發送每個比特。
10、 如權利要求l所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下行 鏈路信號進行同步，從而上行鏈路信號基本在相同時間開始。
11、 如權利要求l所述的詢問系統，其中，同步信號對多個詢問 器中的每一個的上行鏈路信號進行同步。
12、 如權利要求1所述的詢問系統，所述詢問器還具有處理器 其向應答器提供觸發信號，就特定信息輪詢應答器，並響應於對接收 的輪詢消息的有效響應向應答器提供確認消息。
13、 如權利要求1所述的詢問系統，其中，所述下行鏈路信號包 括幅度調製的無線電頻率信號。
14、 一種能夠與使用具有不同命令的通信協議的反向散射應答器 通信的詢問系統，所述詢問系統包括多個詢問器，每個詢問器具有發送器，用於根據不同通信命令 將下行鏈路信號通過下行鏈路通信鏈路發送到應答器；和接收器，用 於通過上行鏈路通信信號鏈路從應答器接收上行鏈路信號；以及同步信號，用於對多個詢問器中的每一個的下行鏈路信號進行同步。
15、 如權利要求14所述的詢問系統，其中，所述多個詢問器包 括第一詢問器，根據第一命令發送第一下行鏈路信號；和第二詢問 器，根據第二命令發送第二下行鏈路信號。
16、 如權利要求14所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下 行鏈路信號和上行鏈路信號進行同步，從而下行鏈路信號的傳輸不幹 擾上行鏈路信號的傳輸。
17、 如權利要求14所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下 行鏈路信號進行同步，以基本在相同時間結束。
18、 如權利要求14所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下 行鏈路信號進行同步，以基本在相同時間開始。
19、 如權利要求14所述的詢問系統，其中，所述同步信號對下 行鏈路信號進行同步，從而上行鏈路信號基本在相同時間開始。
20、 如權利要求14所述的詢問系統，其中，同步信號對多個詢 問器中的每一個的上行鏈路信號進行同步。
21、 如權利要求14所述的詢問系統，所述詢問器還具有處理器其向應答器提供觸發信號，就特定信息輪詢應答器，並響應於對接收 的輪詢消息的有效響應向應答器提供確認消息。
22、 如權利要求14所述的詢問系統，其中，所述下行鏈路信號 包括幅度調製的無線電頻率信號。
23、 一種能夠與第一組應答器和第二組應答器通信的詢問器，第 一和第二組應答器具有不同的功率、調製深度或工作循環，所述詢問 器包括發送器，用於將第一下行鏈路信號發送到第一組應答器，並將第 二下行鏈路信號發送到第二組應答器；接收器，用於從第一組應答器接收第一上行鏈路信號，並從笫二 組應答器接收第二上行鏈路信號；以及控制器，用於控制所述發送器基於第一和第二組應答器各自的功 率、調製深度或工作循環來發送第一和第二下行鏈路信號，並用於控 制所述接收器基於第一和笫二組應答器各自的功率、調製深度或工作 循環來接收第 一和第二上行鏈路信號。
24、 如權利要求23所述的詢問器，其中，所述第一下行鏈路信 號具有第一功率，以及所述第二下行鏈路信號具有第二功率。
25、 如權利要求23所述的詢問器，其中，所述第一下行鏈路信 號具有第一調製深度，以及所述第二下行鏈路信號具有第二調製深度。
26、 如權利要求23所述的詢問器，其中，第一下行鏈路信號具 有第一工作循環，以及所述第二下行鏈路信號具有第二工作循環。
27、 如權利要求23所述的詢問器，所述控制器還對所述第一和 第二上行鏈路信號以及所述第 一和第二下行鏈路信號進行同步。
28、 如權利要求23所述的詢問器，還包括電壓可變衰減器， 用於調整所述第一和第二下行鏈路信號的功率。
29、 如權利要求28所述的詢問器，還包括功率控制單元，其具 有高速濾波器、低速濾波器、以及開關，所述開關用於響應於所述 控制器來選擇所述高速濾波器或所述低速濾波器，以便向所述電壓可 變衰減器提供功率級信號以調整所述第一和第二下行鏈路信號的功 率。
30、 如權利要求29所述的詢問器，其中，所述電壓可變衰減器 和所述功率控制單元形成閉合環路。
31、 如權利要求23所述的詢問器，還包括調製控制單元，其具 有高速濾波器、低速濾波器、以及開關，所述開關用於響應於所述 控制器來選擇所述高速濾波器或所述低速濾波器，以調整所述第一和 第二下行鏈路信號的調製深度。
32、 如權利要求31所述的詢問器，其中，所述調製控制單元形 成閉合環路。
33、 如權利要求31所述的詢問器，其中，第一組應答器是主動 式應答器，第二組應答器是反向散射應答器。
34、 如權利要求31所述的詢問器，其中，第一和第二組應答器 是主動式應答器。
35、 如權利要求31所述的詢問器，其中，第一和第二組應答器 是反向散射應答器。
36、 一種具有沿著發送器路徑的用於處理髮送信號的發送器部件 和沿著接收器路徑的用於處理接收信號的接收器部件的詢問器，所述 詢問器包括編碼器，產生具有比特的測試信號，並通過沿著發送器路徑的每 個發送器部件和通過沿著接收器路徑的每個接收器部件來發送測試信 號；解碼器，用於從發送器路徑或接收器路徑之一的最後部件接收測 試信號；以及處理器，將由所述編碼器產生的測試信號與由所述解碼器接收的 測試信號進行比較，並且如果由所述編碼器產生的測試信號匹配由所 述解碼器接收的測試信號，則確定發送器和接收器部件正確操作。
37、 如權利要求36所述的詢問器，其中，接收器部件包括用於 從反向散射應答器接收信號的反向散射接收器。
38、 如權利要求36所述的詢問器，其中，接收器部件包括用於從主動式應答器接收信號的主動式接收器。
39、 一種具有沿著接收器路徑的用於處理接收信號的接收器部件 的詢問器，所述詢問器包括編碼器，產生具有比特的測試信號；測試標籤，從所述編碼器接收測試信號，並將測試信號發送到所 述詢問器，以由接收器部件進行處理；解碼器，用於從接收器路徑上的最後部件接收測試信號；以及 處理器，將由所述編碼器產生的測試信號與由所述解碼器接收的 測試信號進行比較，並且如果由所述編碼器產生的測試信號匹配由所 述解碼器接收的測試信號，則確定接收器部件正確操作。
40、 如權利要求39所述的詢問器，其中，接收器部件包括用於 從反向散射應答器接收信號的反向散射接收器。
41、 如權利要求39所述的詢問器，其中，接收器部件包括用於 從主動式應答器接收信號的主動式接收器。
42、 如權利要求39所述的詢問器，其中，接收器部件包括天線。
全文摘要
多協議RFID詢問系統採用用於反向散射RFID系統的同步技術(步鎖)，其允許同時操作密集間隔的詢問器。多協議RFID詢問系統可與具有不同輸出協議的反向散射應答器以及主動式應答器進行通信，包括遵從標題21的RFID反向散射應答器、提供超過標題21的擴展模式性能的IT2000 RFID反向散射應答器；EGOTM RFID反向散射應答器、SEGOTM RFID反向散射應答器、遵從ATA、ISO、ANSIAAR的RFID反向散射應答器以及遵從IAG的主動式技術應答器。所述系統實現步鎖操作，由此，對鄰近詢問器進行同步以確保所有下行鏈路在相同時間幀內操作，所有上行鏈路在相同時間幀內操作，以消除下行鏈路對上行鏈路的幹擾。
文檔編號H04B1/00GK101124829SQ200580029802
公開日2008年2月13日 申請日期2005年7月11日 優先權日2004年7月9日
發明者凱利·佳拉維勒, 史蒂文·卡塔納什, 約瑟夫·H·考, 羅伯特·蒂爾納伊, 麥可·梅爾維勒 申請人:Tc許可有限公司