包括具有不同存储容量的标签的射频识别系统的同步方法 申请人要求Kirk B.Bierach等1998年3月13日申请的，申请号为60/077,987的在先临时申请的优先权，该在先临时申请的发明人与本发明的相同，并且将该在先临时申请的全部内容结合于此作为参考，其效果就如同该在先申请地内容原本就包含在本文中一样。
本发明一般涉及RFID系统，更具体地讲，涉及包括具有不同存储容量的标签的RFID系统。
射频识别(RFID)系统是已知的，并且具有许多用途。例如，将RFID系统用于入口控制应用，在这种应用中，雇员使用RFID“邻近”卡或标签以获准进入授权区，或将标签用螺钉固定在运输卡车或其它类型车辆的底盘上，以允许它们进入某个设施。作为另一个例子，可以在动物标识应用中使用RFID系统，在这种场合，将各不相同的标签固定在牲畜的耳朵上，以标识每个动物。在另一个例子中，在容器跟踪应用中使用RFID系统，在这种场合，将各不相同的标签固定到可再用容器上，以便准确记录它们的使用。
在这些和其它应用中，RFID标签(也称为“转发器”或“标牌”)一般向RFID读取器发送多个数据块。但是，由于应用需求上的差异，或标签中存储这种数据的存储器结构的差异，标签中发送的数据块的数量和大小可能是不同的。存储器或数据结构中的差异来自于发送的不同数量的数据块，或每个数据块中的不同位数。标签或标签中使用的存储器的不同制造者也是标签中使用的存储器结构不同的一个原因。制造技术的进步是另一个原因。
但是，在现有RFID系统中，由于这种系统没有能力读出发送任意大小或数量数据块的标签，因而数据一般是以特定系统限定的固定数量通信的。因此，这种系统受到现有和将来商业可用的标签产品之间不能兼容的限制，并且它们产生的系统间不可操作性将使使用这种系统的整体成本增大。工业标准化将有助于解决这些问题。
因此，需要有一个“包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的同步方法”。
本发明的一个目的是要提供一种能够读出由于标签间数据块的不同大小和数量导致的具有不同存储容量的标签发送的数据的RFID系统。
本发明的另一个目的是要提供一种同步方法和装置，以便利从具有不同存储容量的RFID标签传输和读取数据。
通过本发明的各个方面可以达到这些和附加目的，其中，概括地讲，本发明的一个方面是一种包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的同步方法，包括步骤：在标签存储器的第一区存储同步字，和在标签存储器的第二区存储数据位和同步位，从而使同步字不能出现在数据位和同步位中。
在本发明的另一方面，一种用于包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的同步方法，包括步骤：在RF信号上发送串行调制的同步字，和在RF信号上发送串行调制的数据位和同步位，从而使同步字不能出现在数据位和同步位中。
在本发明的再一方面，一种用于包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的同步方法，包括步骤：接收串行调制的RF信号，该RF信号用存储同步字，数据位和同步位从而使同步字不能发生在数据位和同步位中的标签存储器的内容的重复来串行调制；识别RF信号上串行调制的同步字的一个重复；和读出跟随在RF信号上串行调制的同步字的一个重复之后的数据位，直到接收到RF信号上串行调制的同步字的下一个重复。
在本发明的又一方面，一种用于包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的RFID标签，包括：标签存储器，控制电路，和调制器电路。标签存储器具有存储在标签存储器一端的同步字，和存储在标签存储器的剩余部分的数据位和同步位，从而使同步字不能出现在标签存储器的剩余部分。控制电路向标签存储器提供地址和控制信号，以便读出标签存储器的内容。调制器电路产生由标签存储器的内容串行调制的RF信号。
在本发明的又一方面，一种用于包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的RFID读取器，包括：接收机电路和处理器。接收机电路耦合到一RF信号，该RF信号是用经过适当组织从而使同步字不能出现在数据位和同步位中的同步字，数据位和同步位的重复串行调制的。处理器耦合到接收机电路。处理器包括一存储了一个程序的存储器，该程序致使处理器识别同步字的一个重复，并且读出跟随在同步字的一个重复之后的数据位，直到接收到同步字的下一个重复。
在本发明的又一方面，一种包括具有不同存储容量的标签的RFID系统，包括：多个标签和一个RFID读取器。多个标签各自包括标签存储器，控制电路和调制器电路。标签存储器具有存储在标签存储器一端的同步字，和存储在标签存储器剩余部分的数据位和同步位，从而使同步字不能出现在数据位和同步位中。控制电路向标签存储器提供地址和控制信号，以便读出标签存储器的内容。调制器电路产生用标签存储器的内容的重复串行调制的RF信号。另一方面，RFID读取器包括接收机电路和处理器。接收机电路耦合到RF信号，和处理器。处理器包括一存储着一个程序的存储器，该程序使处理器识别RF信号上串行调制的同步字的一个重复，并读出跟随在同步字的一个重复之后的数据位，直到接收到RF信号上的同步字的下一个重复。
通过以下结合附图对本发明的优选实施例的说明，可以更为清楚地了解本发明的各个方面的附加目的，特征和优点。
图1是利用本发明的各个方面的，包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的方框图；
图2是利用本发明的各个方面的，包括一个32-位同步字的标签存储器组织的示例；
图3是利用本发明的各个方面的，包括一个24-位同步字的标签存储器组织的示例；
图4是利用本发明的各个方面的，包括一个16-位同步字的标签存储器组织的示例；
图5是利用本发明的各个方面的，包括一个9-位同步字的标签存储器组织的示例；
图6是利用本发明的各个方面的，包括一个在标签存储器的开始地址开始的16-位同步字的标签存储器组织的示例；
图7是利用本发明的各个方面的，包括一个在标签存储器的终止地址结束的16-位同步字的标签存储器组织的示例；
图8是一个现有技术标签存储器组织的第一示例；
图9是一个现有技术标签存储器组织的第二示例；
图10是一个现有技术标签存储器组织的第三示例；
图11是一个现有技术标签存储器组织的第一，第二或第三示例中任何一个的内容的重复的示例；
图12是利用本发明的各个方面的，用于包括具有不同存储容量的标签的RFID系统的同步方法的流程图。
图1是一个包括具有不同存储容量的标签的RFID系统10的方框图。RFID系统10包括一个主计算机20，一个RFID读取器30，和多个具有不同存储容量的RFID标签40-1至40-n。RFID标签40-1是RFID标签40-1至40-n的代表，为了以下讨论的目的，假设RFID标签40-1贴近RFID读取器30，因而它的一个或多个的天线元401接收到通过RFID读取器30的对应的一个或多个天线元302发送的激励器信号301。RFID读取器30的激励器电路303产生激励器信号301。
RFID标签40-1上的电源电路402整流接收的激励器信号301，产生一个用于RFID标签40-1上的其它电路的内部电源电压Vdd。如果命令或数据被重叠或调制到激励器信号301的载波信号上，电源电路402将激励器信号301传送到译码电路403。译码电路403解调激励器信号301，并执行模/数转换，以产生提供到控制电路404的数字形式的命令或数据。电源电路402也把激励器信号301传送到一个时钟发生器电路405。
时钟发生器电路405产生两种时钟信号。一种时钟信号具有与激励器载波信号相同的频率，并被提供到控制电路404。另一种时钟信号具有与激励器载波信号不同的频率，并被提供到调制器电路406，用作从RFID标签40-1发送的RF信号408的标签载波信号。在本优选实施例中，标签载波信号的频率大约是激励器载波信号的一半，以便区分两种载波信号。
控制电路404包括一个地址计数器(未示出)，地址计数器把地址递增到一个标签存储器407中。控制电路404响应激励器信号301，产生适当的控制信号，使信息以激励器载波信号速率从标签存储器407以串行形式重复地读出。然后，将信息提供到调制器电路406。调制器电路406将信息重叠或调制到标签载波信号上，以产生用标签存储器407内容的重复串行调制的RF信号408。在本优选实施例中，RF信号408是用经过适当组织因而使同步字不能出现在数据位和同步位中的同步字，数据位和同步位的重复串行调制的。耦合到调制器电路406的发射天线409将RF信号408发送到RFID读取器30上的一个接收天线304。
接收机电路305经过接收天线304耦合到RF信号408，以接收和放大RF信号408。接收机电路305最好也把RF信号408的频率转换到中频，以便在把它提供到检测器电路306之前进一步放大和带通滤波。检测器电路306检测串行调制到RF信号408上的信息，并把信息提供到一个处理器307，处理器307产生主计算机20可使用的格式的输出。处理器307包括一个存储处理器307执行的程序的存储器(未示出)。主计算机20处理处理器307传送给它的信息。
以具有不同块数量和/或每块不同位数量的各种存储或数据结构配置的标签存储器407可以是不同容量。例如，图2示出了标签存储器407的一种具有每块32位的7块的数据结构，图6示出了具有每块16位的7块的数据结构，和图8示出了具有每块5个十六进制字符(或每块20位，因为每个十六进制字符有4位)的3块的数据结构。
由于为了串行地调制到RF信号408上，标签存储器407的内容是重复读出的，因此RFID读取器30如果事先没有数据结构的知识，可能难于或不能确定重复模式(即，标签存储器407的内容)。例如，在图8中，模式“0123456789ABCDE”存储在一个现有技术标签存储器组织的第一实例中；在图9中，模式“56789ABCDE1234”存储在一个现有技术标签存储器组织的第二实例中；在图10中，模式“ABCDE0123456789”存储在一个现有技术标签存储器组织的第三实例中。问题在于，当从左上角开始，沿每块向右，从上块到下块，并且到右下角结束读出标签存储器407的信息时，这些模式的每个都产生如图11所示的相同的重复或循环模式。作为另一个例子，在如全都是1，全都是0，或1和0交替出现的特定重复模式中，RFID读取器30没有事先的数据结构知识实际上也不可能确定循环模式的长度。
因此，本发明的一个方面是要包括一个在标签存储器407的开始地址开始的，或在标签存储器407的终止地址结束的同步字，从而使RFID读取器30能够适当地从RF信号408读出标签存储器407的内容。为了保证同步字不在循环模式中的其它某个位置错误地重复，在循环模式的适当位单元散置同步位。因此，RFID读取器30可以通过首先发现同步字，然后读出同步字后的数据直到下一个同步字出现，同时忽略、掩蔽或剥离同步位，来确定循环模式。
参考图6，一个同步字52被示为在标签存储器407的开始地址开始的“1000000000000001”，如同存储器结构的第七块中的同步位组54这样的“01”同步位组分散在数据位56这样的数据位“X”中间，从而使同步字不能出现在数据位和同步位中。同步字和同步位也称为“系统位”，数据位也称为“用户数据位”。同步字与一组同步位之间，或各同步位组之间的连续数据位称为“数据字”，例如标签存储器407的第二块中的数据字58。图7示出了数据结构的另一个实例，其中同步字结束在标签存储器407的终止地址。
为了易于识别同步字，预先将同步字定义为一种位模式，在这个位模式中数据结构内容中的最大数量的0夹在两个1之间。为了保证同步字包括夹在两个1之间的最大数量的0，将“01”同步位组周期性地插在数据位之中，使相邻同步位组之间的数据位数比同步字中的位数少四(4)位，或四位以上。作为选择，可以用单独的“1”的同步位取代“01”同步位对。在这种情况下，相邻同步位组之间的数据位数将比同步字中的位数少三(3)位，或三位以上。
尽管相邻同步位组“01”之间的数据位的数量可以比同步字中的位数少四位以上，但最好把相邻同步位组之间的数据位的数量设定为比同步字中的位数少四位，因而使数据位的数据结构中有最大数量的位数可用。遵循这种规定，在RFID读取器30识别出同步字之后，可以容易地确定同步位的单元，使得RFID读取器30可以在读出串行调制在RF信号408上的数据位的同时，更容易地掩蔽或剥离掉同步位。
此外，通过遵循同步字包括整个第一数据块的规定，如图2中所示，RFID读取器30也能够容易地确定标签存储器407的数据结构。但是，这种规定对于包括相对较少数量的块的数据结构可能是不适用的。另外，如图3中所示的较短的同步字有时可以使标签存储器407中有比使用了整个第一块的同步字的情况更多的数据位可用。但是，如图4和5中所示，情况并不总是这样的。
总之，通过在存储器407中存储已知规定的同步字和同步位，RFID读取器30可以从调制在接收的RF信号408上的信息中容易地确定存储在其上的内容或重复模式。RFID读取器30的实现是简单的，并且对于熟悉本领域的普通技术人员是已知的。
图12示出了用于包括具有不同存储容量的标签40-1至40-n的RFID系统10的同步方法的流程图。第一步骤1201包括，把一个同步字存储在标签存储器的第一区中的步骤。该第一区最好是如图6中所示的在标签存储器的开始地址开始的连续的位单元。在这种情况下，存储同步字的步骤包括在所述标签存储器的开始地址开始的连续位单元中存储同步字的步骤。作为选择，第一区可以是如图7中所示的在标签存储器的终止地址结束的连续位单元。在这种情况下，存储同步字的步骤包括在所述标签存储器的终止地址结束的连续位单元中存储同步字的步骤。由于同步字最好是预定义为一种位模式，在这种模式中标签存储器的数据结构内容中的最大数量的0夹在两个1之间，因此，存储同步字的步骤包括步骤：存储第一二进制状态的一位，存储第二二进制状态的多个位，和存储所述第一二进制状态的一个位。同步字的存储最好是在制造之后通过用惯用方法和装置给标签存储器编程而执行。但是，同步字的存储可以选择在标签存储器或标签的制造过程中用惯用的方法和装置执行，这具有相同的效果。
第二步骤1202包括在所述标签存储器的第二区中存储数据位和同步位，从而使所述同步字不能出现在所述数据位和所述同步位中的步骤。第二区是标签存储器中在存储了同步字之后的标签存储器的剩余区域。一般地讲，同步位分散在所述数据位之间，使得所述同步字不能出现在所述标签存储器的所述剩余区域中。更具体地讲，存储数据位和同步位的步骤包括步骤：把数据位组织成每个都具有比所述同步字的位数至少少四位的数据位数的数据字；把同步位组织成每个都具有所述第一二进制状态的至少一位的同步位组；和通过交插所述同步位组和所述数据字把所述数据字和所述同步位组存储到所述标签存储器中。数据位和同步位的存储最好在制造之后用惯用方法和装置给标签存储器编程而执行。但是，数据位和同步位的存储可以选择在标签存储器或标签的制造过程中用惯用方法和装置执行，这具有相同的效果。
第三步骤1203包括发送串行调制到RF信号上的同步字的步骤。发送所述同步字的所述步骤最好包括步骤：发送第一二进制状态的一位；发送第二二进制状态的多个位；和发送所述第一二进制状态的一位。为了执行这个步骤，标签存储器407中的控制电路404产生适当的控制信号，以使信息以串行的方式从标签存储器407中重复地读出，并且提供到产生用标签存储器407的内容串行调制的RF信号408的调制器电路406。耦合到调制器电路406上的发射天线409发送RF信号408。
第四步骤1204包括发送串行调制到所述RF信号上的数据位和同步位，使所述同步字不能出现在所述数据位和所述同步位中的步骤。发送数据位和同步位的所述步骤最好包括步骤：发送组织成每个都具有至少比所述同步字中的位数少四位的数据字的数据位，和组织成每个都具有所述第一二进制状态的至少一位的同步位组的同步位，从而使所述同步位组与所述数据字交插。为了执行这个步骤，标签存储器407中的控制电路404产生适当的控制信号，以使信息以串行形式从标签存储器407重复读出，并提供到产生用标签存储器407的内容串行调制的RF信号408的调制器电路406。耦合到调制器电路406的发射天线409发送RF信号408。
第五步骤1205包括接收由适当地存储同步字、数据位和同步位从而使所述同步字不能出现在所述数据位和所述同步位中的标签存储器的内容的重复串行调制的RF信号的步骤。为了执行这个步骤，如参考图1所述的那样，将接收机305耦合到接收天线304，以接收和放大RF信号408。
第六步骤1206包括识别串行调制到所述RF信号的所述同步字的一个重复的步骤。识别所述同步字的一个重复的步骤最好包括发现串行调制到所述RF信号上的所述第二二进制状态的位的最长序列的步骤。由于同步字被组织成一个第一二进制状态的一位，第二二进制状态的多个位，和所述第一二进制状态的一位，因而使得需要发现串行调制到RF信号上的第二二进制状态的位的最长序列。为了执行这个步骤，处理器307包括一个存储一个用惯用编程方法编程的程序的存储器(未示出)，该存储的程序使处理器307通过发现第二二进制状态中的最大数量的连续位识别所述同步字的一个重复。
第七步骤1207包括读出所述串行调制到所述RF信号上的所述同步字的所述一个重复之后的数据位，直到接收到串行调制到所述RF信号上的所述同步字的下一个重复的步骤。读出数据位的所述步骤最好包括步骤：(a)读出一定数量的连续数据位，所述数量比所述同步字的位数少四位；(b)读出所述数量的连续数据位之后的下一位；和(c)如果所述下一位是所述第一二进制状态，那么停止，或如果所述下一位是所述第二二进制状态，那么忽略所述下一位后面的一位，并跳回到步骤(a)。为了执行这些步骤，处理器307包括一个存储一个用惯用编程方法编程的程序的存储器(未示出)，该程序致使处理器307执行这些步骤。
本发明的一个优点是一种能够读出从具有不同存储容量的标签发送的数据，允许现有和将来商业可用标签产品之间兼容的RFID系统。另一个优点是一种能够读出从具有不同存储容量的标签发送的数据，允许进行系统间操作和降低这种系统的整体成本的RFID系统。
尽管这里详细地说明了本发明的特殊实施例，但应当知道可以对优选实施例进行各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，上述说明并不限制附属权利要求中定义的本发明。