包括UHF标签读取器的无线电通信设备

摘要

公开了包括UHF标签读取器的无线电通信设备。本发明涉及包括装配有UHF天线(A1)的无线电收发器(TR1)、与所述无线电收发器关联的时钟发生器(CKG)、被配置为定期通过所述无线电收发器连接到无线电话网络(BST)的处理器(BBP)，以及被配置为仅在处理器(BBP)与无线电话网络连接的时间段以外执行针对UHF标签(TG)的事务UHF标签读取器(RT1)。专门应用于移动电话。

说明书

技术领域

本发明涉及包括UHF标签读取器的无线电通信设备。

背景技术

近场通信或NFC技术现在已经广泛普及并且可以嵌入任何类型的便 携式设备。所生产的NFC组件可以配置为读取RFID标签(“射频识别标 签”)的“读取器”操作模式或配置为模拟非接触式标签与其他读取器交 换数据的“卡模拟”模式。

根据NFC技术交换的数据是以读取器发射的一般在标准射频 13.56kHz处振荡的交变磁场为媒介，通过读取器的天线线圈和标签的天线 线圈之间的电感耦合来实现的。读取器类型的NFC组件需要较大的天线线 圈，这意味着会限制其集成到移动电话中。

在各种RFID标签技术中，有一种类似NFC技术的技术，该技术基于 两个UHF天线的电耦合，而不是基于两个RF天线线圈的电感耦合的原理。 该技术用于在被称为“UHF标签”的RFID标签中读写数据。所述UHF 标签的结构类似于NFC标签，但是使用的UHF天线小于NFC天线线圈。 与NFC标签相同，这些UHF标签一般使用调节UHF标签天线的反射系 数的反向散射技术无源地传输数据。最后，与NFC标签相同，UHF标签 可以是完全无源并由读取器发射的电场来供电。

UHF标签的成本价格低于NFC标签。在具有相同特征(主要是存储 器大小大小)的情况下，它们的成本价格一般会降低两到三倍。这主要是 因为天线的表面积以及厚度减少，因此降低了对原材料的需求，使用了更 低成本的制作过程并增加了生产线的速度。

有时还需要同时使用NFC和UHF这两种非接触式通信技术。例如， 申请WO 2004/034317或US 2005/0186904描述了NFC-UHF标签。申请 WO 2010/015753描述了允许使用NFC读取器读取UHF标签的NFC/UHF 转换器。

对于UHF标签，由于是在UHF频段(560MHz-960MHz)发射电场， 因此还允许使用更小的天线，这样便更容易集成到诸如移动电话之类的小 型设备中。作为实例，TagSense公司销售一款称为“NANO-UHF RFID READER”的小型UHF读取器，专门设计为集成到移动电话中。这款 “nano-reader”同时在欧洲UHF频率(865-868MHz)和北美UHF频率 (902-928MHz)上运行。它包括振荡器、控制器、调制器和解调器。反向 散射信号通过I/Q混频阶段解调为接近基带，然后进行过滤和放大。解调 的信号然后由控制器进行采样和处理。Nano-reader通过三布线总线连接 到主机处理器。

图1示意性地示出装配有UHF标签读取器RT0的移动电话HD0。电 话HD0包括基带处理器BBP、时钟发生器CKG和收发器TR0。收发器 TR0与第一天线A1相连并且读取器RT0与第二天线A2相连。处理器BBP 通过控制总线CTB与收发器TR0相连并且通过数据总线DTU与读取器 RT0相连。它通过on/off信号CKON控制时钟发生器CKG。

因此，处理器BBP第一使用收发器TR0通过天线A1建立到GSM网 络的基站BST的连接，第二使用UHF读取器RT0通过天线A2在UHF 标签TG中读取和/或写入数据。

尽管与集成NFC读取器相比，将UHF读取器集成到移动电话中更为 容易，但是成本却十分昂贵。因此，需要使这种集成合理化以进一步降低 UHF读取器的成本价格。

发明内容

本发明的某些实施例涉及包括装配有UHF天线的无线电收发器、与 所述无线电收发器关联的时钟发生器、被配置为定期通过所述无线电收发 器连接到无线电话网络的处理器以及UHF标签读取器的设备，其中所述 UHF标签读取器被配置为仅在处理器与无线电话网络连接的时间段以外 执行针对UHF标签的事务。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器从所述处理器接收指示所述 无线电收发器是否正在用于连接到所述无线电话网络的活动信号。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器包括至少一个与所述无线电 收发器的UHF天线耦合的UHF信号接收端子。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器的UHF信号接收端子与所述 UHF天线进行电感耦合、电耦合或电容耦合。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器的UHF信号接收端子通过交 换机与所述UHF天线相连。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器的UHF信号接收端子直接与 所述UHF天线相连。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器包括接收所述无线电收发器 的时钟发生器提供的时钟信号的时钟信号输入。

根据一个实施例，所述无线电收发器的时钟发生器的激活同时由所述 处理器控制以及由所述UHF标签读取器控制。

根据一个实施例，所述无线电收发器的时钟发生器由所述处理器提供 的第一激活信号和所述UHF标签读取器提供的第二激活信号进行激活。

根据一个实施例，所述无线电收发器的时钟发生器由所述UHF标签 读取器提供的第二激活信号进行激活，其中所述第二激活信号是所述处理 器提供的第一激活信号的从信号。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器包括至少一个与所述无线电 收发器的UHF天线耦合的UHF信号发射端子。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器包括至少一个与所述处理器 的输入相连并提供发往所述UHF标签的数据信号的输出端子，所述处理 器被配置为代表所述UHF标签读取器通过所述无线电收发器以解调的 UHF无线电信号的形式发射数据信号。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器和所述处理器被配置为在通 过与所述处理器相连的输出端子发射数据信号之前，交换同步信号。

根据一个实施例，所述UHF标签读取器包括至少一个与所述无线电 收发器的输入相连并为所述无线电收发器提供将发射到所述UHF标签的 调制信号的输出端子。

根据一个实施例，与所述UHF标签读取器的输出相连的所述无线电 收发器的输入通过所述处理器控制的交换机与天线相连。

附图说明

下面将参考(但不限于)以下附图描述根据本发明的移动电话实施例， 在这些附图中：

上述图1示出装配有UHF标签读取器的移动电话，

图2A、2B示出移动电话的无线电活动周期，

图3示出根据本发明的移动电话的第一实施例，

图4示出根据本发明的移动电话的第二实施例，

图5示出根据本发明的移动电话的第三实施例，

图6示出图5中的移动电话的替代电话，

图7示出图5或图6中电话内的UHF标签读取器的体系结构，

图8示出根据本发明的移动电话的第四实施例，

图9示出图8中电话内的UHF标签读取器的体系结构，

图10示出图8中电话内的无线电收发器的体系结构，

图11示出显示图8中电话的操作信号时序图，

图12示出根据本发明的移动电话的第五实施例，

图13示出图12中电话内的UHF标签读取器的体系结构，以及

图14示出图12中电话内的无线电收发器的体系结构实例。

具体实施方式

众所周知，GSM电话具有发射无线电信号“突发脉冲”的活动时间段， 所述活动时间段中间间隔不使用无线电通信装置的非活动时间段。而且， 电话在多数时间内都处于“GSM待机”模式以节省电池。因此，无线电交 换时间很简短并在时间上间隔开。

本发明的某些实施例基于观察到电话无GSM活动的时间段足以执行 针对UHF标签的事务。所述“事务”表示与读写UHF标签有关的任何活 动，其中包括简单地发射访问信号以判定UHF标签是否位于读取器的访 问范围内。

为了对此进行说明，图2A示出处于GSM待机模式的电话的活动。可 以区分接收模式(RX模式)下的监听时间段Ta，在该时间段内允许电话 接收监视数据包，并且中间间隔无线电话电路空闲的时间段Tb。时间Ta 一般很短，例如为577微秒。时间Tb根据操作者而变化，一般介于0.471 和2.122秒之间。这足以执行针对UHF标签的事务(即，发送访问信号， 接下来可能对标签进行读取和/或写入操作)。

图2B示出通话期间发射信号(模式TX)的电话的活动。此时电话使 用时分多址(TDMA)帧中的时隙，所述TDMA包括8个或16个时隙。 所述时隙的一般长度Ts为577微秒，在这期间，电话发射无线电信号突发 脉冲。因此对于包括8个时隙的帧，在电话再次发射无线电信号之前，已 逝去7*577微秒(即，接近4毫秒)，这也足以执行针对UHF的简单事 务，即对标签执行读取类型事务，不写入任何数据。例如，针对UHF标 签的“标识符读取”类型事务的长度通常以毫秒计。

因此，本发明的某些实施例涉及包括被配置为当电话的无线电通信装 置空闲时，执行针对UHF标记的事务的UHF标签读取器的移动电话。此 功能使得UHF标签读取器能够使用电话的无线电话资源，例如可以简化 读取器的体系结构并降低它的成本价格。此类无线电话资源的“供应”可 能包括以下配置的全部或部分：

-在GSM活动时间段以外使用电话的无线电收发器天线，

-在GSM活动时间段以外使用电话的无线电发射器。

下面将描述装配有UHF读取器的移动电话的实施例，所述UHF读取 器在GSM活动时间段以外使用电话的至少一个无线电通信设备元件执行 针对UHF标签的事务。

图3示出装配有UHF标签读取器RT1的移动电话HD1。电话HD1 包括基带处理器BBP和无线电通信装置，所述无线电通信装置包括时钟发 生器CKG和与天线A1相连的收发器TR1。收发器TR1例如是四频GSM 收发器(850、900、1,800或1,900MHz)。所述时钟发生器CKG例如是 VTCXO(电压控制温补晶体振荡器)类型实例并且为收发器TR1提供 26MHz的时钟信号CK。电话HD1包括为了简单起见未示出的其他单元， 例如显示设备和键盘、电池、麦克风、扬声器等。

处理器BBP通过控制总线CTB与收发器TR1相连，所述控制总线 CTB专门传送下面描述的控制信号PAEN、VRAMP、SWSEL。处理器 BBP还通过on/off信号CKON控制时钟发生器CKG。因此，处理器BBP 使用时钟发生器CKG和收发器TR1建立与GSM网络的基站BST的连接。

读取器RT1具有典型的体系结构并且例如包括诸如微控制器之类控 制器CTRL、高频振荡器OSC、调制器MD、解调器DMD和通过数据总 线DTU与处理器BBP相连的通信接口IT。振荡器OSC为调制器MD和 解调器DMD提供内部时钟信号CKi。还可以使用图3中未示出的诸如环 形振荡器之类的低成本辅助振荡器为控制器CTRL提供时钟信号。调制器 MD具有与控制器CTRL相连的输入以及通过射频放大器P0与读取器的 输出端子TX相连的输出。解调器DMD具有与读取器的输入端子RX相 连的输入和与控制器CTRL相连的输出。

输出端子TX和输入端子RX与收发器TR1的天线A1耦合。所述耦 合在此通过与天线A1串联的第一线圈B1实现，所述第一线圈B1电感耦 合到与读取器RT1的输入端子RX和输出端子TX相连的第二线圈B2。 作为备选，该电感耦合由采用微波传输带的电耦合替代，或由电容耦合替 代。因此，读取器RT1可以使用电话的天线A1与UHF标签TG进行交 互，且不必在电话中提供第二天线。优选地，与读取器RT1的端子RX和 TX相连的电路(尤其是放大器P0的输出和解调器DMD的输入)被设计 为当电话进行GSM活动时具有高阻抗，以便不会干扰收发器TR1的工作。

在实践中，UHF应用(UHF标签读取和/或写入)可以通过两种方式 实现：

1)处理器BBP管理UHF应用，因此自己执行旨在实现这些应用 (“应用程序”)的程序。读取器RT1仅用作UHF耦合器，

即，将处理器BBP提供的命令发射到UHF标签并接收来自标 签的数据，然后将来自标签的数据提供给处理器BBP进行处 理；

2)处理器BBP不管理UHF应用，这些应用由读取器RT1进行 处理。控制器CTRL在这种情况下必须具有足够的处理能力 和程序存储容量才能承载和执行应用程序。

在第一种情况下，处理器BBP仅在GSM活动时间段以外激活读取器 RT1，从而避免天线A1上的电信号发生冲突。

在第二种情况下，如图3中所示，读取器RT1包括接收信号的输入 E1(例如，控制器CTRL的端口)，所接收的信号允许其了解电话的无线 电通信电路(收发器TR1和时钟发生器CKG)正在使用还是处于空闲状 态。该信号可以是由处理器BBP发射的“GSM_ON”信号(如虚线所示)， 也可以是处理器BBP应用于时钟发生器CKG的on/off信号CKON。读取 器RT1被配置为监视信号CKON并且当信号CKON处于指示处理器BBP 正在使用时钟发生器CKG的状态时，不执行UHF应用。

图4示出根据本发明装配有UHF标签读取器RT2的移动电话HD2。 读取器RT2与读取器RT1不同，因为它包括提供信号SEL的输出S0。电 话HD2与电话HD1不同，因为耦合线圈B1、B2被信号SEL驱动的多路 交换机SW1替代。交换机SW1包括与收发器TR1的天线端子相连的输入 1，与读取器RT2的端子RX、TX相连的输入2，以及与天线A1相连的 输出。根据信号SEL的值，输入1与输出3相连，或者输入2与输出3相 连。在第一种情况下，收发器TR1与天线A1相连。在第二种情况下，读 取器RT2的端子TX和RX与天线A1相连。

在图4所示的实施例实例中，假设UHF应用由读取器RT2管理。如 上所述，读取器RT2在输入E1处接收使其了解处理器BBP是否正在使用 天线A1的信号CKON(或GSM_ON)，以便赋予信号SEL适当的值。

在其中UHF应用由处理器BBP管理的备选实施例中，信号SEL由处 理器BBP提供，所述处理器BBP然后自己控制交换机SW1。

图5示出根据本发明装配有读取器RT3的移动电话HD3。读取器RT3 的结构在图7中更详细地示出。读取器RT3与读取器RT1不同(比较图3)， 因为它包括：

-接收信号CKON的输入E1和提供信号SEL的输出S0，上面针对 读取器RT2进行了描述，

-提供信号CKON’的输出S1，例如由控制器CTRL的端口构成，以 及

-接收时钟发生器CKG提供的时钟信号CK的输入CKIN。

在输入CKIN处接收的信号CK应用于调制器MD和解调器DMD并 替代读取器RT1中的内部振荡器OSC提供的时钟信号CKi(比较图3)。 去除了振荡器OSC以简化体系结构并降低读取器RT3的成本价格。

时钟发生器CKG在此由信号CKON’控制并且CKON应用于读取器 RT3的输入E1。在处理器BBP激活时钟发生器CKG方面，控制器CTRL 以透明的方式管理信号CKON’。因此，当信号CKON的值对应于时钟发 生器CKG的启动(活动值)时，信号CKON’与信号CKON完全相同。 另一方面，当时信号CKON的值对应于时钟发生器CKG的关闭(非活动 值)时，控制器CTRL可以随时决定启动时钟发生器CKG以执行针对UHF 标签的事务。当读取器RT3正在执行或启动事务时，处理器BBP可以将 信号CKON置于活动值上。在这种情况下，赋予GSM活动优先级并且读 取器RT3会中断UHF事务，同时使时钟发生器仍保留激活状态。

因此，在此可供读取器RT3使用的电话的无线电话资源为通过交换机 SW1使用的天线A1，以及时钟发生器CKG。

在其中UHF应用由处理器BBP管理的备选实施例中，信号SEL可以 直接由处理器BBP提供，所述处理器BBP然后自己控制交换机SW1。类 似地，信号CKON’并非必要元素并且时钟发生器CKG可以直接由处理器 BBP控制。

图6示出在控制时钟发生器CKG方面与图5中的电话等同的电话 HD3。信号CKON和CKON’通过“或”门OG进行组合，其输出应用于 时钟发生器CKG的控制输入。当信号CKON或信号CKON’具有活动值 时，时钟发生器CKG处于激活状态。在这种情况下，信号CKON’不必在 信号CKON具有活动值时复制信号CKON。

图8示出装配有读取器RT4的移动电话HD4。读取器RT4的结构在 图9中更详细地示出。读取器RT4与读取器RT3不同，因为去除了输出 端子TX，以及调制器MD和高频放大器P0。输出端子TX由基带输出TXB (此处为控制器CTRL的端口)替代，它为处理器BBP提供数据载体信 号DTX。读取器RT4与读取器RT3的不同之处还在于输入端子RX直接 与收发器TR1的天线端子天线A1相连。输入端子RX优选地具有高阻抗， 以便不会与天线A1失配，并且不会降低收发器TR1的性能。

因此，在此可供读取器RT4使用的电话HD4的无线电话装置包括：

-天线A1和时钟发生器CKG以接收UHF标签发送的通过端子RX 读取的数据，

-处理器BBP、时钟发生器CKG、收发器TR1和天线A1以发射电 场并根据数据信号DTX对该电场进行调制。

图10示出收发器TR1的结构实例。收发器TR1包括四频段收发器 (“QBT”)块和功率放大器PA。功率放大器PA包括多路交换机SW2 和两个放大器P1、P2。交换机SW2具有一个与天线A1相连的外部端子以 及六个内部端子，并且根据处理器BBP提供的信号SWSEL的值将其中一 个内部端子连接到外部端子。

通过滤波器F1与QBT收发器的输入相连的交换机SW2的第一内部 端子被提供为接收信号RX_GSM850(从基站接收的850MHz GSM调制信 号)。通过滤波器F2与QBT收发器的输入相连的第二内部端子被提供为 接收信号RX_GSM900(从基站接收的900MHz GSM调制信号)。通过滤 波器F3与QBT收发器的输入相连的第三内部端子被提供为接收信号 RX_DCS(从基站接收的1,800MHz DCS调制信号)。通过滤波器F4与 QBT收发器的输入相连的第四内部端子被提供为接收信号RX_PCS(从基 站接收的1,900MHz PCS调制信号)。第五内部端子与放大器P1的输出相 连。该放大器的输入接收QBT收发器提供的信号TX_GSM_850/950(要发 送到基站的850MHz或900MHz GSM调制信号)。最后，第六内部端子与 放大器P2的输出相连。该放大器的输入接收QBT收发器提供的信号 TX_DCS/PCS(要发送到基站的1,800MHz DCS调制信号或1,900MHz PCS 调制信号)。

除了信号SWSEL，处理器BBP还将上面所述的信号PAEN和 VRAMP应用于功率放大器PA。信号PAEN是用于激活功率放大器PA的 激活信号以及用于从放大器P1、P2中选择一项的选择信号。信号VRAMP 是一个模拟“调整输出波形”类型的信号，用于调整放大器P1或P2发射 的电信号的波形。

而且，处理器BBP将在基频上传送I/Q GSM数据并且必须发送到基 站的不同信号TXI和TXQ应用于QBT收发器块。在接收模式下，QBT收 发器将传送I/Q GSM数据的不同信号RX1、RXQ发射到处理器BBP。最 后，QBT收发器接收时钟发生器CKG提供的时钟信号CK。

图11通过表示信号VRAMP、PAEN、DTX、CKON的时序图示出 电话HD4将数据发射到UHF标签的操作。此处使用了通过信号VRAMP 调节放大器P1或P2的发射功率以发射无线电信号形式的信号DTX的实 例。更具体地说，使用放大器P1是因为它的带宽符合UHF事务频率，同 时针对DCS高频段1,800MHz和PCS高频段1,900MHz提供了放大器P2。 此外，在该实施例中，信号DTX还通过开路漏极线控制系统用作握手信号， 以便读取器RT4可以与处理器BBP交换同步信号。

在时间t1，电话离开GSM待机模式并且通过将信号CKON置于1上 来启动振荡器CKG。收发器TR1被置于监听模式，同时使信号PAEN保 留0，以便接收基站GSM发送的监视数据包。当GSM无线电处于激活状 态时，读取器RT4了解可以在完全接收GSM数据包之后立即执行UHF事 务。它通过在时间t2的1级上释放信号DTX通知处理器BBP。处理器BBP 通过在时间3将信号DTX拉到0上来通知读取器RT4GSM活动结束。与 此同时，处理器BBP通过将信号PAEN置于1上来启动功率放大器PA。 处理器BBP然后逐渐增加应用于功率放大器的信号VRAMP的值。在时间 t4，处理器BBP通过释放更改回1的信号DTX通知读取器RT4无线电已 开启。从时间t6开始，读取器RT4将数据DTX发送到处理器BBP并且后 者使用信号VRAMP对应用于天线A1的电信号执行波幅调制。发射完数据 DTX之后，事务包括通过读取器RT4的端子RX在不经过收发器TR1的 情况下接收数据的阶段。在此接收阶段，信号DTX保留在1上，以便收发 器TR1继续发射电场。

在时间t10，UHF事务完成并且读取器RT4通过将信号DTX拉到0 上通知处理器BBP。在时间t11，处理器BBP通过将信号PAEN置于0上 停用功率放大器PA。在时间t12，通过将信号CKON置于0上停止时钟发 生器CKG，这样还会导致读取器RT4提供的信号CKON’更改为0。

图12示出装配有读取器RT5的移动电话HD5。读取器RT5的结构在 图13中更详细地示出。读取器RT5包括调制器MD和解调器DMD，它 们在此接收时钟发生器CKG提供的时钟信号CK。如上所述，解调器DMD 与读取器的端子RX相连，所述端子RX直接与天线A1相连。调制器MD 与读取器的端子TX相连，不经过放大器P0，该放大器已被去除。因此， 端子TX提供不进行放大的调制信号。

此外，电话HD5包括收发器TR2，其结构在图14中示出。收发器TR2 与收发器TR1不同，因为它包括额外的功率放大器P3，该放大器的输入 与读取器RT5的非放大输出TX相连。收发器TR2还包括具有7个而非6 个内部端子的交换机SW3，第七个端子与放大器P3的输出相连。当处理 器BBP根据读取器RT5的请求提供适当的控制信号SWSEL时，交换机 SW3将放大器P3的输出链接到天线A1。

在备选实施例中，收发器TR2不包括放大器P3，但是包括在放大器 P1处安排的复用电路，此电路可使读取器RT5的输出TX与放大器P1的 输入相连。

因此，在此可供读取器RT5使用的电话HD5的无线电话装置包括：

-天线A1和时钟发生器CKG以接收UHF标签发送的数据，

-时钟发生器CKG、收发器TR1和天线A1以将数据发射到UHF标 签。

本领域的技术人员将理解，根据本发明的移动电话的各种其他实施例 和应用是可能的，尤其是可以通过组合上述各种备选实施例来实现。

具体而言，应该理解，UHF标签读取器被配置为仅在处理器不与GSM 网络连接的时间段以外执行针对UHF标签的事务，并且为了此目的，从 处理器接收指示GSM收发器是否正用于连接到GSM网络的活动信号所依 据的特征可以具有除了上述应用之外的各种应用，其中包括在UHF标签 读取器的操作中使用GSM收发器的至少一个元件。此特征可以专门在标 签读取器不使用任何GSM收发器元件时执行，从而防止当读取器和GSM 收发器同时工作时，它们所发射的信号之间出现可能的干扰。

此外，尽管上面描述了与UHF标签的读写有关的UHF读取器的各方 面，但是不用说此类读取器还可以包括实现标签模拟(也称为卡模拟)模 式的装置。由于这种操作模式不需要发射电场，因此，此类模拟装置与解 调器DMD并行地链接到读取器的端子RX。

另外，本发明可以应用于任何装配有发送语音或数据的无线电话装置 (例如，设计为插入计算机的3G调制解调器卡)的设备类型。