MXPA03009244A

MXPA03009244A - Sistema de identificacion de radio-frecuencia de salto de frecuencia.

Info

Publication number: MXPA03009244A
Application number: MXPA03009244A
Authority: MX
Inventors: Lee Carrender Curtis
Original assignee: Battelle Memorial Institute
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2005-01-25
Also published as: JP2004535700A; CA2443749A1; US20020149484A1; NO20034532L; NO20034532D0; JP2008108270A; WO2002084328A1; US7009515B2; EP1425608A1; AU2002303212B2

Abstract

Se provee un interrogador 23 de identificacion por radio-frecuencia (RFID) que genera senales de interrogacion de radio-frecuencia pseudo-aleatoriamente seleccionadas para transmision en una primera antena 28 y recibe las senales de radio-frecuencia moduladas reflejadas mediante retrodifusion de onda continua desde un dispositivo de etiqueta de RFlD a traves de una segunda antena 30 acoplada a un receptor heterodino 31 en donde se extraen datos; el dispositivo de etiqueta de RFlD puede estar configurado para escribir datos asi como para leer datos desde el interrogador; la transmision con variacion por saltos de frecuencia en combinacion con la recepcion heterodina provee niveles de potencia mas altos con interferencia sustancialmente reducida, asi como la capacidad de enlazarse con senales rebotadas a ciertas frecuencias, incrementando el nivel de comunicacion en el sistema de RFID.

Description

SISTEMA DE IDENTIFICACION DE RADIO FRECUENCIA DE SALTO DE FRECUENCIA CAMPO TECNICO La presente invención se relaciona con sistemas de identificación (RFID), en lo particular a interrogadores RFID e identificadores que se comunican utilizando una técnica de transmisión de salto de frecuencia y recepción heterodina.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La comunicación remota utilizando equipo inalámbrico se basa típicamente en tecnología de radio frecuencia (RF). Una aplicación de la tecnología RF sirve para localizar, identificar y rastrear objetos como animales, inventario y vehículos. Se han desarrollado sistemas de identificación RF (RFID) que facilitan el monitoreo de uno o más objetos remotos. Como se muestra en la figura 1 , un sistema RFID básico 10 incluye dos componentes: un lector o interrogador 12 y un transponedor (llamado comúnmente un identificador RFID) 14. El interrogador 12 e identificador RFID 14 incluyen circuitos de antena correspondiente 16, 18.

Durante su operación, el interrogador 12 transmite a través de su circuito de antena 16 una señal de interrogación de radio frecuencia 20 al circuito de antena 18 del ¡dentificador RFID 14. Como respuesta al recibir la señal de interrogación 20, el ¡dentificador RFID 14 produce una señal de radio frecuencia modulada 22 que se refleja de vuelta al interrogador 12 a través de la antena de ¡dentificador 18 mediante un proceso que se conoce como retrodispersión de onda continua. La ventaja sustancial de los sistemas RFID es la capacidad de ausencia de contacto y ausencia de visibilidad directa de la tecnología. El interrogador 12 emite la señal de interrogación 20 con una escala de 2.54 cm a 30.48 m o más, dependiendo de su salida de energía y la radio frecuencia utilizada. Se pueden leer los identificadores en medio de una variedad de sustancias como el olor, neblina, hielo, pintura, polvo y otras condiciones visual y ambientalmente demandantes, en donde los códigos de barras u otras tecnologías legibles ópticamente serían inútiles. También se pueden leer los identificadores RFID a altas velocidades, en la mayor parte de los casos respondiendo en menos de cien milésimas de segundo. Un sistema RFID típico 0 por lo general contiene un número de identificadores RFID 14 y el ¡nterrogador 12. Los identificadores RFID se dividen en tres categorías principales. Estas categorías son identificadores pasivos alimentados por haz, identificadores semi-pasivos alimentados por batería e identificadores activos. Cada uno opera de diferentes maneras. El ¡dentificador RFID alimentado por haz por lo general se le conoce como un dispositivo pasivo porque deriva la energía necesaria para su operación a partir de la señal de interrogación emitida al mismo. El ¡dentificador rectifica el campo de energía y cambia las características reflectoras del mismo ¡dentificador, creando un cambio en reflectividad que se observa en el interrogador. Un ¡dentificador RFID semi-pasivo alimentado por batería opera de manera similar, modulando su sección transversal de RF para que refleje un delta en el interrogador para que desarrolle un enlace de comunicación. Aquí, la batería es la fuente de energía operativa del ¡dentificador para sistemas de circuitos opcionales. Los dispositivos pasivos y semi-pasivos, o dispositivos no activos, reflejan la energía de la señal de interrogación. En contraste, en un ¡dentificador RFID activo, se utiliza un transmisor para generar su propia energía de radio frecuencia alimentada por la batería. La escala de comunicación para dichos ¡dentificadores varía de conformidad con la energía de transmisión del interrogador 12 y el ¡dentificador RFID 14. Los ¡dentificadores alimentados por batería que operan a 2,450 MHz tradicionalmente se han limitado a menos de diez metros en escala. Sin embargo, dispositivos con suficiente energía pueden alcanzar hasta 200 metros de rango, dependiendo de las características de frecuencia y ambientales. Los sistemas de RFID espectro ensanchado utilizan transmisores de frecuencia con bits de redundancia que generan simultáneamente una banda de frecuencias. Un sistema de ese tipo se describe en la patente de los Estados Unidos No. 5,974,078 por Tuttle et al. Ya que este sistema se basa en la frecuencia con bits de redundancia, es difícil implementarlo con identificadores RFID de retrodispersión pasiva, en vez de requerir el uso de identificador RFID alimentados que generen sus propias señales de radio frecuencia. En la patente de los Estados Unidos No. 5,828,693 publicada a Mays et al., se describe un sistema de espectro ensanchado que utiliza un receptor homodino para recibir la señales reflejadas. Para evitar la interferencia inherente con los receptores homodinos, Mays et al. requiere el uso de un circuito detector complicado para detectar la interferencia y un controlador que funciona para variar la frecuencia de la señal de interrogación para evitar la interferencia detectada. Adicionalmente, este sistema ajusta dinámicamente la frecuencia sólo en respuesta a interferencia. Mays et al. requiere el uso de envolventes de escudriñamiento de señal predefinida para asegurar el cumplimiento con las reglamentaciones federales que limitan los niveles de energía.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Las modalidades descritas de la presente invención están dirigidas a un sistema de identificación de radio frecuencia y método que utiliza transmisiones de señal de salto de frecuencia en comunicaciones RFID. De conformidad con un método de la presente invención, se generan y transmiten señales de radio frecuencia seleccionadas de manera seudo-aleatoria a partir .de un interrogador, el cual recibe y extrae datos de las señales de radio frecuencia reflejadas correspondientes a partir de un identificador RFID. El interrogador utiliza una técnica de recepción heterodina para recibir y procesar la señal reflejada. De conformidad con una modalidad del método, la técnica de recepción heterodina es una técnica super heterodina. De conformidad con otra modalidad, el interrogador utiliza una antena para transmitir las señales de radio frecuencias seleccionadas de manera seudo-aleatoria y otra antena para recibir las señales de radio frecuencia reflejadas. Se provee un sistema de la presente invención que incluye un interrogador RF que utiliza una fuente de salto de frecuencia para generar y transmitir señales de interrogación a frecuencias seleccionadas de manera seudo-aleatoria y un receptor heterodino para recibir señales de radio frecuencia moduladas reflejadas por un identificador RFID no activo y extraer datos de los mismos. De conformidad con una modalidad del sistema, el interrogador emplea una antena individual para transmitir y recibir las señales de radio frecuencia. De conformidad con otra modalidad el interrogador emplea antenas separadas para recibir y transmitir las señales de radio frecuencia.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Las características anteriores y ventajas de la presente invención se discutirán a detalle con la siguiente descripción no restrictiva de modalidades específicas relacionadas con los dibujos adjuntos, en donde: La figura 1 es un diagrama de un sistema de identificador RFID existente; La figura 2 es una vista esquemática de un interrogador RFID con salto de frecuencia formado de conformidad con la modalidad de la presente invención, y La figura 3 es un diagrama de un identificador RFID formado de conformidad con la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En referencia a la figura 2, lo que se ilustra en la misma es una modalidad de un interrogador RFID de salto de frecuencia 23 de la presente invención. El interrogador 23 incluye una fuente de salto de frecuencia 24 estructurado para generar señales de radio frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria. En una modalidad, las señales de radio frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria son señales de interrogación. Debido a que las reglamentaciones de la FCC prohiben la transmisión de señales RF generadas de manera aleatoria, la fuente de salto de frecuencia 24 debe generar señales RF que sean seleccionadas de manera pseudo-aleatoria. Las reglamentaciones actuales de la FCC permiten transmisiones de salto de frecuencia de 92 MHz a 928 MHz y de 2.45 GHz y 5.8 GHZ. Así, se puede configurar la fuente de salto de frecuencia de 24 para que genere frecuencias seleccionadas de manera pseudo-aleatoria dentro de las bandas de frecuencia permitidas. Un experto en la técnica reconocerá que se pueden seleccionar otras radio frecuencias según lo permita la ley y las limitaciones de la ¡mplementación en particular. En una modalidad, la fuente de salto de frecuencia 24 está configurada para generar señales de frecuencia seleccionas de manera pseudo-aleatoria en intervalos de tiempo regulares. Por ejemplo, la FCC permite no más de 400 milésimas de segundos de tiempo de permanencia conforme a la sección 15 de dispositivos sin permiso. La fuente de salto de frecuencia 24 está disponible comercialmente y no se describirá en detalle en la presente. Un experto en la técnica reconocerá que existen muchas maneras de implementar la fuente de salto de frecuencia 24. Por ejemplo, se puede configurar un controlador digital (que no se muestra) para que genere un código pseudo-aleatorio que se convierta a una señal análoga entre un convertidor digital análogo. Se puede utilizar la señal análoga resultante para controlar un oscilador con voltaje controlado que genere la señales de radio-frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria. En la modalidad que se ilustra en la figura 2, la fuente de salto de frecuencia 24 está acoplada eléctricamente a un transmisor 26 que a su vez está acoplado eléctricamente a una primera antena 28. Ei transmisor 26 recibe la señal de radio frecuencia seleccionada de manera pseudo-aleatoria a partir de la fuente de salto de frecuencia 24 y amplifica la señal para su transmisión mediante la primera antena 28 de manera conocida. El transmisor 26 también puede modular la señal en respuesta a señales de control. Aunque la figura 2 contempla el uso de modulación de frecuencia, con respecto en la técnica reconocerá que se pueden utilizar diversos otros esquemas de modulación, como amplitud modulada y modulación de fase. La señal transmitida es recibida por el identificador RFID, como en la antena 18 del identificador RFID 14 (ver figura 1). El identificador RFID modula y refleja la señal transmitida de regreso al interrogador 23. La señal reflejada es recibida por una segunda antena 30 asociada con un receptor heterodino 31 en el interrogador 23. El receptor heterodino 31 incluye un amplificador de bajo ruido 32 acoplado a la segunda antena; un primer divisor de energía 34 que tiene una entrada conectada entre la fuente de salto de frecuencia 24 y el transmisor 26 mediante un acoplador de microonda 35; un segundo divisor de energía 42 que cuenta con una entrada acoplada al amplificador de bajo ruido 32; y un primer y segundo mezcladores 36, 40 que cuenta cada uno con dos entradas que son acopladas al primer y segundo divisores 34, 42 para formar una primera y segunda derivaciones 41 , 43, respectivamente. Debe entenderse que se puede utilizar un divisor de señal en vez del acoplador de microonda 35 para enviar un porcentaje más alto de la señal generada a la primera antena 28 y desviar un menor porcentaje al receptor 31 , como en una relación de 90-10, respectivamente. El primer divisor 34 recibe la señal de radio-frecuencia a partir de la fuente de salto de frecuencia 24 a través del acoplador 35 y divide al divisor en dos. La salida del primer divisor 34 está acoplado a una primera entrada del primer mezclador 36 y un desplazador de fase 38. La salida del desplazador de fase 38 está acoplada a una primera entrada de un segundo mezclador 40. El desplazador de fase está configurado para desplazar la señal generada en 90 grados o a un múltiple non de 90 grados para proveer una segunda señal sobre la segunda derivación 43 que se ha demorado. Esto permite la lectura de la señal reflejada durante ausencias de señal de cuadratura, lo que ocurre comúnmente con sistema RFID de retrodispersión de onda continua. Los expertos en la técnica entenderán que se puede construir un receptor con más o menos de dos canales, incluyendo uno, tres, cuatro, cinco ó seis canales. La modalidad anterior describe dos canales únicamente por propósito de ilustración. El amplificador de bajo ruido 32 está acoplado eléctricamente a una entrada del segundo divisor 42, el cual recibe la señal de radio frecuencia reflejada amplificada y divide la señal en dos. La salida del segundo divisor 42 está acoplada eléctricamente a una segunda entrada del primer mezclador 36 y a la segunda entrada del segundo mezclador 40. La salida del primer mezclador 36 está acoplada a un primer amplificador 44 mediante un primer circuito de conversión descendente final 47; y la salida del segundo mezclador 40 está acoplada con un segundo amplificador 46 mediante un segundo circuito de conversión descendente final 49. Los circuitos de conversión descendente 47, 49 procesan adicionalmente la señal para lograr la conversión heterodina de una manera muy conocida en la técnica. El primer amplificador 44 está acopiado a un primer desmodulador 48 y el segundo amplificador 46 está acoplado a un segundo desmodulador 50. En esta modalidad, ambos desmoduladores 48,50 son desmoduladores FM, aunque debe comprenderse que los desmoduladores pueden ser desmoduladores de amplitud o de fase según se requiera. Se proveen datos contenidos dentro de la señal de radio-frecuencia procesadas en las salidas del primer desmodulador 48 y un segundo desmodulador 50. Aunque la figura 2 ¡lustra el uso de un receptor super-heterodino particular, un experto en la técnica reconocerá que se puede utilizar un receptor heterodino. La figura 3 es un diagrama de un identificador RFID 53 formado de conformidad con una modalidad de la presente invención. En esta modalidad, el ¡nterrogador 23 transmite una señal de radio frecuencia seleccionada de manera pseudo-aleatoria que es recibida por la antena del identificador RFID 55. La antena del identificador RFID 55 está acoplada a un receptor 52, el cual recibe la señal de radio frecuencia transmitida a partir de la antena 55 y extrae datos contenidos en la misma. El receptor 52 está acoplado a un procesador 54, el cual analiza los datos extraídos a partir de ia señal de radio-frecuencia.

En una modalidad, el procesador 54 está acoplado a una memoria 60 y el procesador 54 genera señales de control para almacenar datos en la memoria 60 con base en los datos extraídos a partir de la señal de radio frecuencia transmitida. En otra modalidad, el procesador 54 está acoplado a un modulador 56 y genera señales de control para controlar la modulación de una señal de radio frecuencia reflejada por el modulador 56, con base en los datos extraídos a partir de la señal de radio frecuencia recibida. El modulador 56 está acoplado a la antena 55 que posteriormente refleja la señal de radio frecuencia recibida como si fuera modulada por el modulador 56. En una modalidad de ejemplo, el procesador 54 puede generar señales de control para almacenar datos en la memoria y para controlar el modulador 56 con base a los datos almacenados en la memoria 60, datos extraídos a partir de la señal de radio frecuencia transmitida o alguna combinación de los mismos. Un experto en la técnica reconocerá que el identificador RFID 53 también puede contener otros sistemas de circuitos, incluyendo el sistema de circuitos de energía 58, que pueden ser pasivos, semipasivos o activos. El sistema de salto de frecuencia de la presente invención es apropiado para su uso junto con un sistema de comunicación de frecuencia múltiple y un método desarrollado por el solicitante, como se describe en la solicitud de patente de los Estados Unidos No. 09/589,000, presentada el 6 de junio del 2000 y titulada "Multi-Frecuency Commupication System and Method", que se incorpora en su totalidad en la presente mediante referencia.

De lo anterior se observará que aunque se han descrito modalidades específicas de la invención en la presente como propósitos ilustrativos, se pueden realizar varias modificaciones sin desviarse de la esencia y alcance de la invención. Así, la invención no se limita más que por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES .- Un interrogador de identificación de radio frecuencia para su uso con un identificador para identificación de radio frecuencia pasiva (RFID), y el interrogador comprende: una fuente de salto de frecuencia configurada para generar de manera secuencial señales de radio frecuencia en frecuencias seleccionadas de manera pseudo-aleatoria; un transmisor acoplado a la fuente de salto de frecuencia de un circuito de antena y configurado para transmitir las señales de radio frecuencia generadas en el circuito de antena; un receptor heterodino acoplado al circuito de antena y configurado para recibir en el circuito de antena señales de radio frecuencia reflejadas a partir del identificador RFID; y un procesador de señal acoplado al circuito de antena y al receptor heterodino, en donde el procesador de señal está configurado para recibir señales de radio frecuencia reflejadas y para extraer datos contenidos dentro de las señales de radio frecuencia reflejadas que corresponden a la frecuencia de las señales de radio frecuencia transmitidas. 2.- El interrogador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el receptor heterodino comprende un receptor superheterodino. 3. - El interrogador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el circuito de antena comprende una primera antena y una segunda antena, y el transmisor está configurado para transmitir las señales de radio frecuencia en la primera antena y el receptor está configurado para recibir las señales de radio frecuencia reflejadas en la segunda antena. 4. - El interrogador de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque también comprende un amplificador de bajo ruido acoplado a la segunda antena y el receptor heterodino, en donde el amplificador de bajo ruido está configurado para amplificar las señales de radio frecuencia reflejadas recibidas. 5. - El interrogador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fuente de salto de frecuencia está configurada para generar de manera secuencial señales de radio frecuencia en intervalos regulares de tiempo. 6. - El interrogador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el transmisor está configurado para modular las señales de radio frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria. 7. - Un método de comunicación remota para utilizarse con un sistema de identificación de radio frecuencia (RFID) que cuenta con un interrogador RFID y un dispositivo identificador RFID no activo, y el método comprende: generar de manera secuencial señales de radío frecuencia en frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria utilizando una fuente de salto de frecuencia en el interrogador RFID; transmitir las señales de radio frecuencia a partir del interrogador RFID; reflejar las señales de radio frecuencia transmitidas en el dispositivo identificador de RFID; recibir señales de radio frecuencia reflejadas a partir del dispositivo identificador de RFID utilizando una técnica de recepción heterodina; y extraer datos contenidos dentro de las señales de radio frecuencia reflejadas que corresponden a la frecuencia de las señales de radio frecuencia transmitidas. 8. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la técnica de recepción heterodina es una técnica de recepción superheterodina. 9. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el interrogador RFID transmite las señales de radio frecuencia generada a partir de una primera antena y recibe las señales de radio frecuencia reflejadas en una segunda antena. 10.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque también comprende amplificar las señales de radio frecuencia reflejadas recibidas utilizando un amplificador de bajo ruido. 1 1. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque las señales de radio frecuencia generadas de manera secuencial son generadas en intervalos de tiempo regulares. 12. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque también comprende: modular las señales de radio frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria; extraer datos de las señales de radio frecuencia transmitidas moduladas en el dispositivo identificador RFID; y almacenar datos en el dispositivo identificador RFID con base en los datos extraídos en el dispositivo identificador RFID. 13.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque también comprende: modular las señales de radio frecuencia transmitidas seleccionadas de manera pseudo-aleatoria; extraer datos de las señales de radio frecuencia transmitidas moduladas en el dispositivo identificador RFID; y modular la señal de radio frecuencia reflejada con base en los datos extraídos en el dispositivo identificador RFID. 14.- Un dispositivo para comunicarse con un identificador para identificar radio frecuencia no activa (RFID), que comprende: un medio para generar de manera secuencial señales de radio frecuencia en frecuencias seleccionadas de manera pseudo-aleatoria utilizando una fuente de salto de frecuencia de un interrogador RFID; un medio para transmitir las señales de radio frecuencia a partir del interrogador RFID; un receptor heterodino configurado para recibir las señales de radio frecuencia que se reflejan a partir del identificador RFID; y un medio para extraer datos contenidos dentro de las señales de radio frecuencia reflejados, y en medio de extracción está configurado para recibir las frecuencias de radio transmitidas y para procesar datos a partir de las señales de radio frecuencia reflejadas que corresponden a la frecuencia de las señales de radio frecuencia transmitidas. 15.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el medio para transmitir las señales de radio frecuencia comprende una primera antena y el receptor heterodino comprende una segunda antena. 16. - El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque también comprende un amplificador de bajo ruido para amplificar las señales de radio frecuencia reflejadas recibidas. 17. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque también comprende un medio para modular las señales de radio frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria previo a la transmisión. 18.- Un sistema de identificación de radio frecuencia (RF1D), que comprende: un dispositivo RFID configurado para reflejar señales de radio frecuencia mediante retrodispersión de onda continua; y un interrogador RFID configurado para generar y transmitir señales de radio frecuencia seleccionados de manera pseudo-aleatoria al paso del tiempo y para generar, utilizando una técnica de recepción heterodina, señales de radio frecuencia moduladas que se reflejan desde el RFID. 19. - El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el interrogador comprende una fuente de salto de frecuencia configurada para generar las señales de radio frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria. 20. - El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el dispositivo RFID comprende un dispositivo identificador RFID pasivo. 21.- El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el interrogador comprende: una fuente de salto de frecuencia configurada para generar de manera secuencia! señales de radio frecuencia en frecuencia seleccionadas de manera pseudo-aleatoria; un transmisor acoplado a una primera antena y configurado para transmitir las señales de radio frecuencia generadas en la primera antena; un receptor heterodino acoplado a una segunda antena y configurado para recibir en la segunda antena las señales de radio frecuencia reflejadas a partir del dispositivo RFID; y un procesador de señal acoplado a la primera antena para recibir las señales de radio frecuencia transmitidas y acoplado al receptor heterodino para recibir las señales de radio frecuencia reflejadas, en donde el procesador de señal está configurado para extraer datos a partir de las señales de radio frecuencia reflejada que corresponden a las señales de radio frecuencia transmitidas. 22.- El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el interrogador está configurado adicionalmente para modular las señales de radio frecuencia transmitidas y seleccionadas de manera pseudo-aleatoria y el dispositivo RFID está configurado adicionalmente para extraer datos a partir de las señales transmitidas. 23.- El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el dispositivo RFID está configurado adicionalmente para almacenar datos con base en los datos extraídos a partir de las señales de radio frecuencia transmitidas. 24 - El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque el dispositivo RFID está configurado adicionalmente para modular la señal de radio frecuencia reflejada y la modulación se basa en los datos extraídos.