一種用於確定一個表面聲波識別標籤上的標識符的傳輸功能系統及其操作方法
2023-12-01 09:11:16
專利名稱：一種用於確定一個表面聲波識別標籤上的標識符的傳輸功能系統及其操作方法
技術領域：
本發明大體上涉及一種用於確定一個識別標籤上的標識符的系統，特別地，涉及一種用於確定一個表面聲波(SAW)識別標籤上的標識符的傳輸功能系統。
背景技術：
為了處理和克服在現有射頻識別(RFID)標籤技術中關於成本、數據容量和可靠範圍的現存的內在限制，提出了一種新的RFID標籤技術。該項新技術利用表面聲波(SAW)設備作為識別標籤，在與本發明共同轉讓並在此參考引用的Hartmann、Clinton S.(「HartmannOne」)的標題為《有增強數據內容的表面聲波識別標籤及其操作和製造方法》的美國專利申請序列號第10/024,624號中對其進行了詳細描述。在同樣與本發明共同轉讓並在此參考引用的Hartmann、Clinton S.(Hartmann-Two)的標題為《按相位和時移鍵控的調製及其使用方法》的美國專利申請序列號第10/062,833號中詳細描述了用於對涉及同步相位和時移調製的SAW標籤中的數據進行編碼的原理。在同樣與本發明共同轉讓並在此參考引用的Hartmann、Clinton S.(Hartmann-Three)的標題為《通過將每組多脈衝與同步相位和時移鍵控相結合的調製及其使用方法》的美國專利申請序列號第10/062,894號中詳細描述了通過將每組多脈衝調製與同步相位和時移調製相結合以用於對數據進行編碼的原理。在依然是與本發明共同轉讓並在此參考引用的Hartmann、Clinton S.(「Hartmann Four」)的標題為《用於高信息容量SAW識別標籤的閱讀器及其使用方法》的美國專利申請序列號第10/066,249號中詳細地闡明了額外的關於SAW識別標籤和SAW識別標籤閱讀器的相關信息。
被詢問的RFID標籤響應於詢問信號，反射或轉發一個無線電信號。該返回的或應答的信號包含當被解碼時，識別所述標籤和任何與該標籤有關的物品的數據。用作識別標籤的SAW設備上可以使用大量數據來編碼。當依照某個電子產品編碼(EPC)規範，使用64或96比特的數據進行編碼時，如果這種標籤將是有用的，則需要一種從遠處精確識別該標籤的可靠系統和過程。
在用戶有大量物品、每個物品有其自身唯一的識別標籤的情況下，可以很好地理解這一問題。為了在大量物品中識別一個特定的物品，用戶將發送一個被每個物品上的標籤同時接收的詢問信號。當每個標籤響應於所述詢問信號時，將有大量的數據，從中必須隔離和識別來自單個標籤的信號。因此，以能夠輕易地互相辨別SAW標籤的方式來對標籤編碼是很重要的。需要一種可用於使用唯一的數據對SAW標籤進行編碼的系統，其中所述數據可從在其它SAW標籤上編碼的數據中輕易地被辨別。
因此，現有技術中需要的是一種用於確定在可被輕易地解碼以識別與其有關物品的SAW識別標籤上編碼的唯一標識符的可靠系統。
發明內容
為了處理上述討論的現有技術的不足，本發明提供了一種用於確定一個表面聲波(SAW)識別標籤上的標識符的傳輸功能系統以及一種操作該系統的方法。在一個實施例中，該系統提供(1)產生一個射頻(RF)詢問信號，其引起位於壓電襯底上的換能器產生一個初始聲脈衝，其反射於多個按時間和相位放置於所述襯底上的反射器，以產生多個響應聲脈衝，其中所述換能器從所述多個響應聲脈衝中產生一個RF響應信號；以及(2)考慮預定的時間、相位和振幅參數，通過解碼所述RF響應信號來確定所述標識符。
因此，本發明提供了一種用於確定在一個SAW識別標籤上編碼的唯一標識符的系統。該系統利用了作為無源器件的SAW標籤的某些已知特徵，以產生當被詢問信號激勵時，在特徵上可預期的響應。因為所述詢問信號包括某些會被位於SAW標籤上的反射器可預計地影響的預定特徵，分析該反射的響應信號將顯示出SAW標籤的配置。也就是說，響應信號包括傳輸給詢問信號的SAW標籤特徵。這樣，由於詢問脈衝的特徵是已知的，針對詢問脈衝的可能的SAW標籤響應也是已知的；從而允許根據由SAW標籤傳輸給詢問信號的信息來識別特定的SAW標籤。
在本發明的一個實施例中，RF詢問信號的載波頻率約為2.44GHz。當然，任何其它的載波頻率可以使用並且也在本發明預期的範圍之內。在一個特別有用和通用的實施例中，本系統在襯底上提供了一組反射器位置。該實施例的特徵之一在於提供了位於襯底上的多個這樣的組。而另一特徵在於提供了由21個反射器位置組成的一組，其中以最少相互間隔十個反射器位置來放置兩個反射器。在另一特徵中，所述組由16個反射器槽位置組成，其中放置單個反射器。
在本系統的一個實施例中，在襯底上有十四組反射器位置。本實施例的有用特徵在於在識別標籤上可以編碼多達80比特的數據。在本發明的另一實施例中，在襯底上有十九個組，允許在識別標籤上編碼多達112比特的數據。
前述內容概述了本發明的首選和替代的特徵，以便那些對技術熟悉的人可以更好地理解下述的本發明詳細描述。此後將描述組成本發明權利要求的對象的本發明附加特徵。那些對技術熟悉的人應當意識到他們可以輕易地使用公開的概念和特定的實施例作為設計或修改用於執行本發明相同目的的其它結構的基礎。那些對技術熟悉的人還應當意識到這種等價的構造並不背離本發明的精髓和範圍。
為了更完整地理解本發明，現在結合附圖來參考下述的描述，其中附圖包括圖1表示一個通常是可用作射頻識別(RFID)標籤的類型的表面聲波(SAW)標籤；圖2表示一個利用襯底上的十四組反射器位置來編碼達80比特數據的SAW標籤的實施例的典型布局；以及圖3表示一個利用襯底上的十九組反射器位置來編碼達112比特數據的SAW標籤的實施例的典型布局。
具體實施例方式
首先參見圖1，表示的是一個通常是可用作射頻識別(RFID)標籤類型的表面聲波(SAW)標籤100。圖示的實施例提供了一個發射射頻(RF)詢問信號110的閱讀器天線105。該RF信號110被標籤100上的天線115接收並激勵位於壓電襯底130上的換能器120，以便它產生一個初始聲脈衝140。當初始聲脈衝140向下移動到襯底130的表面135時，它遇到位於其上的多個反射器150，導致初始聲脈衝140的部分被反射。該被反射的脈衝在此被稱為響應聲脈衝160。
圖示實施例的特徵之一在於，依照時間和相位位置，在襯底130上放置多個反射器150以產生多個響應聲脈衝160。當換能器120接收到這些響應聲脈衝160時，產生了一個RF響應信號170，該信號通過天線115發射以被閱讀器天線105檢測。然後閱讀器(未畫出)考慮在響應聲脈衝160中檢測的預定時間、相位和振幅參數，利用在此描述的系統來確定所述標識符。
這樣，本系統定義了一個由它的「傳輸功能」在SAW標籤100上編碼的標識符；也就是說，由SAW標籤100對詢問信號的脈衝響應來確定所接收的信號。由系統的傳輸功能方法來定義SAW標籤100是一種適當的方法，因為SAW標籤100是無源器件，其與來源於碰撞信號的能量起反應並將其反射。因為在SAW標籤100上編碼的標識符是唯一的，響應信號170也將是唯一的，在其上編碼的數據可以根據SAW標籤100的傳輸功能而被唯一地確定。因此，向詢問信號110傳輸了SAW標籤100的特徵，其出現在RF響應信號170的模式中，定義了嵌入SAW識別標籤100中的編碼。
當與更經常使用的用於定義信號響應的「空中接口」方法相比較時，使用傳輸功能方法來定義SAW標籤100響應的效率是明顯的。使用空中接口方法，不參照發射或響應設備來定義信號，如果這兩個設備都是有源的情況下這是合理的。然而，在SAW標籤100的情況下，使用空中接口方法來定義信號還將必須要求分析SAW標籤100對詢問信號110的影響，因為SAW標籤是無源的並且只響應於信號激勵。因此，通常的依賴於空中接口技術來定義SAW標籤100的信號處理方法將要求把傳輸功能嵌入於詢問信號110以及伴隨的響應信號170的定義中。
在描述SAW標籤100的詳細內容時，空中接口方法將是低效的，因為它將過多地指定用於識別目的的基本要求。由傳輸功能來指定SAW標籤100允許在設計SAW標籤閱讀器時使用多種方法，因為對可使用的詢問信號110的類型沒有限制，而只有詢問信號110必須符合適當的政府頒布的輻射要求這一條實際約束。在該約束下，可以使用將產生帶有足夠信息的響應信號170的任何信號，以檢測嵌入於SAW標籤100中的反射模式。像，例如(i)獨立的窄脈衝(例如衝擊脈衝)；(ii)用於檢測多個獨立音調的返回振幅和相位的頻譜測量；(iii)掃頻(例如線性調頻脈衝)信號；以及(iv)編碼(例如直接序列)擴展頻譜信號這樣的詢問信號都可以用作詢問信號。
因而，本發明提供了一種用於確定在一個SAW識別標籤100上編碼的唯一標識符的系統，當其被各種類型的詢問信號激勵時，利用SAW標籤100的已知特徵來產生特徵上可預期的響應。由於位於SAW標籤100的表面135上的多個反射器150對響應特徵的影響是可預計的，對該反射的響應信號170的分析顯示了對被詢問SAW標籤100而言唯一的配置。在本發明的一個實施例中，RF詢問信號110利用的載波頻率約為2.44GHz。當然，可以使用任何其它的載波頻率，並且只要當使用任何這種其它的載波頻率時按照SAW100傳輸功能來描述SAW標籤100的特徵，任何其它的載波頻率也在本發明預期的範圍之內。
在本發明的一個實施例中，根據時間、相位、振幅和數據順序的外部可觀察數值來定義SAW標籤100的傳輸功能。作為外部可觀察數值，時間與多個RF響應信號170之間的時間有關，並且暗示了該時間考慮了在兩個反射器150之間(或在一個換能器120和一個反射器150之間)的內部往返傳播移動的時間。如果在兩個反射器150之間的內部傳播時間為t秒，則外部可觀察值為2t秒。在闡明SAW標籤100的結構時，通常指定時間與詢問信號110脈衝持續期間相關。因此，表示為0.1T的值指的是等於詢問信號110脈衝的持續期間十分之一的持續期間。除非另有指定，通常認為時間是從脈衝的中心開始測量。
在考慮外部可觀察相位值時，必須結合考慮在詢問信號110、由換能器120傳播的初始聲脈衝140、被反射的RF響應信號170中的內部反射相位和相位偏移。由內部傳播而產生的相位偏移依賴於詢問信號110的載波頻率，如上所指出的，出於說明本描述的目的，該頻率被假定為2.44GHz(ISM頻帶的中心)。然而，如那些掌握相關技術普通技能的人將會理解的，如果不同的載波頻率被用作詢問信號110，必須相應地調整外部可觀察相位值。
為了按照SAW標籤100的結構參數來定義外部可觀察的RF響應信號170，假定初始聲脈衝140的振幅為1.0並且有一個用於被反射的響應聲脈衝160的相對值，以指定RF響應信號170的振幅。任何指定的脈衝振幅必須考慮傳播衰減、反射係數和傳輸損耗的任何內部情況。
當使用外部可觀察值來定義SAW標籤100的傳輸功能時，有必要做出關於數據和數據欄位如何在信號中表現的某些假設。為了本描述起見，假定將把最低有效位(lsb)放置於右邊，把最高有效位(msb)放置於左邊，這意味著數據的傳輸順序將首先是msb。如那些掌握相關技術普通技能的人將會理解的，可以做出關於數據和數據欄位如何在信號中表現的不同假定，並且它們也在本發明預期的範圍之內。
本發明的一個特別有用和通用的實施例為所述系統在襯底130上提供了一組180反射器位置190。因此，可以設計SAW標籤100以根據由在一組180預定反射器位置190中的反射器150位置定義的SAW標籤100的傳輸功能來產生外部可觀察值。在本發明的一個實施例中，本系統提供了一種用於一組180二十一個反射器位置190的編碼算法，其中以最少相隔十個反射器位置190來放置兩個反射器150。所述兩個反射器150被分隔最少10個反射器位置190以避免在響應聲脈衝140之間的顯著重疊。通過增加脈衝之間的反射器位置190的數量，可以獲得額外的脈衝間隔。如下文中將解釋的，該「21之2(2-of-21)」實施例提供了編碼多比特數據的能力，其可用少量響應聲脈衝140解碼。儘管其它編碼算法可能允許在更少的空間中編碼更多的數據，所述「21之2」系統有編碼簡單、靈活和在響應聲脈衝140的振幅中提高一致性的可能這些優勢。
為了幫助從SAW標籤100上的一組180緊密相間的位置190中確定並選擇反射器位置190，相鄰位置190為反射的響應聲脈衝140提供了不同的相位值。表1定義了使用21之2系統來編碼的實施例分配的反射器位置190和相對反射相位。
表1二十一個位置編碼組
本實施例提供了額定間隔等於詢問脈衝寬度(被表示為一個時間單位)的百分之十的反射器位置190。如那些掌握相關技術普通技能的人將會理解的，其它的相位、時間和反射器位置190可以使用，並且也在本發明的預期範圍之內。
有二十一個可能的位置190和在反射器150之間十個位置190的最少間隔，有66個數據組合可使用兩個響應聲脈衝160來解碼。如下表2所示，可以使用這些組合中的六十四個來代表6比特的信息。
表2二十一之二數據編碼
另一種有用的編碼算法是16之1(1-of-16)編碼格式。該格式提供了位於十六個發射器位置190之一的單個反射器140，並且可用於編碼四比特的數據。表3列出了本算法一個實施例的每個位置190的相位值和每個這種位置190所代表的代碼。
表3十六個位置編碼組
現在參見圖2，表示的是一個SAW標籤的實施例的典型布局200，其利用襯底上的十四組210反射位置以編碼多達80比特數據。在圖示實施例中，前十二組210使用21之2編碼，而後兩組210使用16之1。這樣，所述十四組210提供了80比特的數據編碼(12×6加上2×4＝80)。如那些掌握相關技術普通技能的人將會理解的，可以構造所述80比特數據以提供64比特的代碼(如相關電子產品編碼(EPC)規範所要求的)，而留出16比特數據以用於誤差校驗、幀與相位同步和SAW標籤的版本信息。
在圖示的布局200中，前序碼220在數據組230之前，並提供例如幀與相位同步的功能以及提供用於SAW標籤版本信息的數據空間。由時間值215(被標記為t1至t14)分隔所述十四組210。每個時間值215的期間表示在一組210的最後一個反射器位置的中心到下一組210的第一個反射器位置的中心之間的時間。同時示出了時間延遲值216(被標記為延遲0)，在反射器可以向詢問信號產生一個響應聲脈衝之前。該延遲提供了詢問信號的SAW標籤響應和其它相對高能反射之間的間隔。還提供了一種方法以在SAW標籤的各個類別之間進行辨別。例如，倉庫用戶可以識別三種主要的應用，諸如板(palettes)、箱(cases)和項(item)。為了在存在一個或多個某一類的標籤時最大化檢測另一類標籤的能力，可以建立初始延遲的差異量。識別SAW標籤版本的其它方法包括前序碼220格式化和誤差校驗。在前序碼格式化的情況下，可通過修改前序碼脈衝間隔、相位編碼或其組合來定義不同的版本。在誤差校驗的情況下，如果在假定某個版本時不能獲得有效的校驗和，可以使用別的假定版本來處理返回的信號，直到有效的校驗和產生。
一種用於辨別SAW識別標籤的有利方法是擾亂SAW識別標籤上的數據和數據欄位。當使用連續的編碼數來製造一系列SAW識別標籤時，由兩個連續編號的SAW標籤返回的響應信號之間的差異將是最小的。為了促進在相似編碼的SAW標籤之間進行辨別的能力，可以擾亂在其中編碼的數據以給SAW標籤上的每個代碼產生差異較大的脈衝模式，而無需改變例如報頭、目標和msb這種數據。使用不同的脈衝模式將有助於在SAW標籤的整體中識別各個SAW標籤。通過增加擾亂的脈衝間隔可以獲得更多的益處。
為了說明擾亂的概念，假定產生了一系列SAW標籤，在其上編碼了64比特的數據和16比特的誤差校驗，總有效載荷為80比特。在將80比特有效載荷編碼為除了B0、B1、B2、B3和EC之外的所有欄位之前，通過用B0和B1的十二比特來逐比特「異或」其它欄位來擾亂其它欄位。通過B0與B1的循環移位，可以產生多種版本的擾碼。SN0-i的名稱表示循環移位至B0的i比特位置的左邊(B0的lsb出現於左側的i比特位置)。相似地，B1-i的名稱表示循環移位至B1的i比特位置的左邊。表4識別被擾亂的欄位和用於擾亂各個欄位的B0或B1的特定移位值。在40比特的代碼字S的子欄位中指定擾亂處理的輸出代碼。子欄位S0至S5的長度為六比特，而子欄位S6的長度為四比特，這是通過異「或」B10和B0的四個lsb而產生的。
表464比特擾亂處理 擾亂SAW標籤代碼以給一系列緊密相關的標籤中的每個代碼產生差異較大的脈衝模式，而不管某些欄位將是相同的這一事實。使用不同的脈衝模式將有助於在各個SAW標籤的全體中識別這種標籤。選擇B0和B1欄位用於圖示例子中的擾碼，因為假定它們將在SAW標籤的一個全體到另一個全體之間變化。為了避免在多個欄位中使用相同的擾碼，移位代碼以在S0到S6中產生不同的代碼。這樣，即使未擾亂的欄位可能是相同的，被擾亂的代碼也不會是相同的。
表5示出了64比特數據代碼的SAW標籤響應信號格式。按順序B0至B3後接被擾亂欄位S0至S6，來傳輸表5所示的64比特代碼普通欄位。16個誤差校驗比特的傳輸將在64比特數據欄位之後。
表564比特未擾亂 假定B0和B1(像經過誤差校驗連續驗證那樣)被正確地接收，通過倒轉在擾亂中使用的處理可以使擾亂的欄位恢復原狀，如表6所示。
表664比特去擾亂處理 現在參見圖3，表示的是一個SAW標籤的實施例的典型布局300，其利用十九組210反射器位置來編碼多達112比特數據。圖示實施例提供了前十二組210使用21之2編碼，而最後兩組210使用16之1。這樣，所述十四組210提供了80比特的數據編碼(12×6加上2×4＝80)。十八組21之2編碼加上一組16之1編碼提供了112比特的數據，這可編碼96比特的EPC代碼和16比特的誤差校驗。編碼本實施例基本上與編碼圖2所示的實施例相同。
儘管詳細描述了本發明，那些對技術熟悉的人應當理解他們可以在此做出各種變化、替換和更改，而不背離本發明最寬泛形式的精髓和範圍。
權利要求
1.一種用於確定一個表面聲波(SAW)識別標籤上的一個標識符的系統，其包括產生一個射頻(RF)詢問信號，其引起位於壓電襯底上的換能器產生一個初始聲脈衝，其反射於多個按時間和相位位置放置於所述襯底上的反射器，以產生多個響應聲脈衝，所述換能器從所述多個響應聲脈衝中產生一個RF響應信號；考慮預定的時間、相位和振幅參數，通過解碼所述RF響應信號來確定所述標識符。
2.如權利要求1中所陳述的系統，其中所述RF詢問信號的載波頻率約為2.44GHz。
3.如權利要求1中所陳述的系統進一步包含在所述襯底上的一組反射器位置。
4.如權利要求3中所陳述的系統，其中有多個所述組位於所述襯底上。
5.如權利要求3中所陳述的系統，其中所述組由21個所述位置組成，其中以最少間隔十個反射器位置來放置所述多個反射器中的兩個反射器。
6.如權利要求3中所陳述的系統，其中所述組由16個所述位置組成，其中放置單個反射器。
7.如權利要求4中所陳述的系統，其中十四個所述組位於所述襯底上。
8.如權利要求7中所陳述的系統，其中在所述識別標籤上編碼多達80比特的數據。
9.如權利要求4中所陳述的系統，其中十九個所述組位於所述襯底上。
10.如權利要求9中所陳述的系統，其中在所述識別標籤上編碼多達112比特的數據。
11.一種操作用於確定一個表面聲波(SAW)識別標籤上的標識符的系統的方法，其包括引起產生一個射頻(RF)詢問信號，其激勵位於壓電襯底上的換能器產生一個初始聲脈衝，其反射於多個按時間和相位位置放置於所述襯底上的反射器，以產生多個響應聲脈衝，所述換能器從所述多個響應聲脈衝中產生一個RF響應信號；考慮預定的時間、相位和振幅參數，檢測所述RF響應信號並從所述RF響應信號中解碼所述標識符。
12.如權利要求11中所陳述的方法，其中所述RF詢問信號的載波頻率約為2.44GHz。
13.如權利要求11中所陳述的方法進一步包含在所述襯底上的一組反射器位置。
14.如權利要求13中所陳述的方法，其中有多個所述組位於所述襯底上。
15.如權利要求13中所陳述的方法，其中所述組由21個所述位置組成，其中以最少間隔十個反射器位置來放置所述多個反射器中的兩個反射器。
16.如權利要求13中所陳述的方法，其中所述組由16個所述位置組成，其中放置單個反射器。
17.如權利要求14中所陳述的方法，其中十四個所述組位於所述襯底上。
18.如權利要求17中所陳述的方法，其中在所述識別標籤上編碼多達80比特的數據。
19.如權利要求14中所陳述的方法，其中十九個所述組位於所述襯底上。
20.如權利要求19中所陳述的方法，其中在所述識別標籤上編碼多達112比特的數據。
全文摘要
一種用於確定表面聲波(SAW)識別標籤上的標識符的傳輸功能系統以及一種操作該系統的方法。在一個實施例中，該系統提供(1)產生一個射頻(RF)詢問信號，其引起位於壓電襯底上的換能器產生一個初始聲脈衝，其反射於多個按時間和相位位置放置於所述襯底上的反射器，以產生多個響應聲脈衝，其中所述換能器從所述多個響應聲脈衝中產生RF響應信號；以及(2)考慮預定的時間、相位和振幅參數，通過解碼RF響應信號來確定所述標識符。
文檔編號H03H9/64GK1689053SQ03824002
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月30日 優先權日2002年10月9日
發明者柯林頓·S.·哈特曼, 約翰·C.·貝拉米 申請人:射頻表面聲波元件公司