用于測定rfid應(yīng)答器的位置的方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及RFID領(lǐng)域，尤其涉及一種用于測定RFID應(yīng)答器的距離、速度和/或運動方向的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]廣為人知的RFID(射頻識別)技術(shù)近年來得到了迅猛發(fā)展。尤其是價格便宜的無源超高頻 RFID 應(yīng)答器(UHF-RFID-Transponder)如 RFID 標(biāo)簽(label)或 RFID 標(biāo)記(tag)目前在市場上大量出售。它們能簡化物流行業(yè)和工業(yè)中的操作流程。RFID應(yīng)答器(下文簡稱為“應(yīng)答器”)與RFID閱讀器(下文簡稱為“閱讀器”)結(jié)合后可應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如倉儲管理，或者也可以在安全系統(tǒng)領(lǐng)域起識別作用。它們的主要任務(wù)是提供唯一的識別號，一般情況下還接收少量數(shù)據(jù)。
[0003]應(yīng)答器通常具有至少一個天線和包含有反向散射調(diào)制器、時序邏輯系統(tǒng)電路和數(shù)據(jù)存儲器的芯片，對應(yīng)答器的詢問和/或讀取是按照公知的反向散射原理借助電磁波來完成。所謂反向散射原理就是閱讀器發(fā)出一個經(jīng)均勻調(diào)制的恒定信號，該信號一方面觸發(fā)整合在應(yīng)答器內(nèi)的RFID芯片發(fā)送應(yīng)答信號，閱讀器再將該應(yīng)答信號記錄下來。這個應(yīng)答信號至少包含有應(yīng)答器的唯一的識別信息，視情況還包含有其它數(shù)據(jù)。另一方面，閱讀器所發(fā)出的信號還可用來為應(yīng)答器供電。
[0004]閱讀器通常在工作頻率下用電磁信號輻射應(yīng)答器，該信號由應(yīng)答器天線接收并由整流器做轉(zhuǎn)換處理以獲得可用性。閱讀器所發(fā)出的信號由一供電載波信號(下文簡稱為“載波”)構(gòu)成，該信號可能載有需要傳輸給應(yīng)答器的、用已知方式調(diào)制過的數(shù)據(jù)。舉例而言，閱讀器可借此提出傳送應(yīng)答器識別號或讀取應(yīng)答器存儲器的請求。數(shù)據(jù)傳輸完畢后并不立即切斷這個載波，否則應(yīng)答器將會因斷電而無法應(yīng)答。載波改為保持未調(diào)制狀態(tài)，應(yīng)答器將其天線的反射系數(shù)改成所謂的反向散射調(diào)制(Backscatter-Modulat1n)。通過這種方式，應(yīng)答器可在近乎于斷電的狀態(tài)下將應(yīng)答發(fā)送到閱讀器上。采用這種通信方式時，對應(yīng)答器的供電是關(guān)鍵途徑，也就是，還能在距離較大的情況下檢測到應(yīng)答器的應(yīng)答。但是，現(xiàn)代應(yīng)答器的耗電量將最大有效距尚限制在1m左右。
[0005]應(yīng)用廣泛的ISM頻段(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段)在歐洲是868MHz，在美國是915MHzο若用允許的最大發(fā)射機功率進行信號輻射，則最大的有效讀出距離不超過10m。超距(overreaching)是在UHF頻段運行RFID系統(tǒng)時會遇到的問題，其主要發(fā)生于密閉空間:與閱讀器相距很遠的應(yīng)答器雖然處于閱讀器的額定有效距離之外，但是閱讀器所發(fā)射的電磁波的與設(shè)計相關(guān)的干涉使得應(yīng)答器能夠被供電和識別。通過測量閱讀器到應(yīng)答器的距離，可以識別出這種超距。
[0006]撇開這一具體實例不談，應(yīng)答器距離、應(yīng)答器速度和/或應(yīng)答器運動方向的測量通常也具有重要意義。
[0007]眾所周知，只有使用帶寬較大的信號，才能實現(xiàn)分辨率足夠高的距離測量。雷達系統(tǒng)分辨率R的計算公式是R = c/B，其中，c是光速，B是電磁信號的帶寬。例如，帶寬為B=80MHz的FMCW雷達(調(diào)頻連續(xù)波雷達)提供的分辨率為R=1.875m。亦即，當(dāng)信號是通過多條程差(path difference)低于1.875m的間接路徑(例如通過房間墻面反射)傳播時，測量結(jié)果會嚴(yán)重失真。只有在程差較大的情況下，距離估算才不會受多路徑傳播的影響，誤差也較小。如果能進行所謂的視距(Line-of-Sight，LOS)傳輸，即閱讀器和應(yīng)答器的天線之間能夠沒有障礙地相互看見，就可將大多數(shù)測量環(huán)境下因多路徑傳播而產(chǎn)生的誤差減小至R/10以下，以上述雷達為例，這意味著誤差將不超過20cm。但是如果視距傳輸受到影響，誤差就會顯著增大。
[0008]在常規(guī)RFID系統(tǒng)中，反向散射調(diào)制應(yīng)答信號的帶寬最大為500KHZ。與之對應(yīng)的分辨率為R = 300m，剩余誤差約為R/10 = 30m。結(jié)合上文提到的RFID系統(tǒng)的有效距離只有10m，顯然在這樣的誤差下是無法完成距離測量的。在各種不同的中心頻率下實施多次距離測量可能會有所幫助，但是在指定頻率下，UHF-RFID系統(tǒng)的可用帶寬非常有限，歐洲約為2MHz，美國為 15MHz。
[0009]另一種可以測定應(yīng)答器運動方向及速度的方法是使用所謂的閘門。這類閘門通常又稱“閘門閱讀器”，主要是包含有天線且天線上連接著RFID閱讀器的門或通道。需要識別裝有應(yīng)答器的物品時，使該物品穿過這樣一個閘門。其中，多個閱讀器彼此相隔較大距離布置并記錄下每一次對應(yīng)答器的成功識別。根據(jù)識別的時間順序可以推斷出該應(yīng)答器的運動方向與速度。但是，應(yīng)答器在各閘門之間的確切位置和速度仍是未知的。舉例而言，當(dāng)應(yīng)答器只是靠近而非經(jīng)過閘門時，超距在這種情況下也可能導(dǎo)致產(chǎn)生錯誤信息。
[0010]另一種至少可以部分避免超距的方法是使用專用天線和精確調(diào)節(jié)的閱讀器(出于發(fā)射機功率方面的考慮)。然而，就算應(yīng)用這種方法也無法徹底解決超距問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于測定RFID應(yīng)答器的位置的方法和裝置。
[0012]本發(fā)明用以達成上述目的的解決方案由各項獨立權(quán)利要求給出。優(yōu)選設(shè)計方案可從從屬權(quán)利要求中獲得。
[0013]所述應(yīng)答器的待測“位置”可以是一維、二維或三維變量。如果是一維變量，則該位置就只是應(yīng)答器和某一參考點之間的距離，舉例而言，該參考點可以是所述閱讀器。
[0014]本發(fā)明對以下事實加以了利用:主要出于成本考慮，RFID應(yīng)答器中用于進行例如反向散射調(diào)制的應(yīng)答器芯片采用的是較大帶寬，而非僅限于特定工作頻率的窄帶設(shè)計。這樣就只需要研制出一種適用于例如歐洲、美國和亞洲等不同地區(qū)的應(yīng)答器標(biāo)簽的芯片方案。從技術(shù)角度看，不對反向散射調(diào)制器的頻率響應(yīng)做明確限制，也是一種更為有益的做法。據(jù)此可以認(rèn)為，應(yīng)答器芯片中的反向散射調(diào)制器即使在有別于所選RFID工作頻率、特定而言高于所選RFID工作頻率的頻率下，其反射系數(shù)也能發(fā)生程度足夠大的變化，以便使芯片的反向散射功能即使在較高頻率下也能得到利用。
[0015]有鑒于此，本發(fā)明提出解決方案的前提為:需要測定位置、(視情況)速度和/或運動方向的RFID應(yīng)答器不僅被所述閱讀器以常用RFID工作頻率用相應(yīng)的詢問信號輻射，理想情況下同時還被至少一個雷達模塊以不同于所述RFID工作頻率的頻率用帶寬較大的相應(yīng)的雷達信號輻射。
[0016]在本發(fā)明用以測定RFID應(yīng)答器的位置的方法中，所述RFID應(yīng)答器不僅可接收和反射由RFID閱讀器以RFID頻率發(fā)射的供電載波信號，還可接收和反射由雷達模塊以雷達頻率發(fā)射的雷達信號，其中，所述雷達模塊用所述雷達信號輻射所述RFID應(yīng)答器。隨后，所述雷達信號被所述RFID應(yīng)答器反射，反射的雷達信號被所述雷達模塊接收。根據(jù)所述雷達模塊接收到的反射雷達信號，就可測定所述RFID應(yīng)答器的位置。
[0017]所述雷達信號優(yōu)選與所述供電載波信號同時發(fā)射。
[0018]分階段地將用于詢問和/或讀取所述應(yīng)答器的詢問數(shù)據(jù)調(diào)制到所述供電載波信號上。其中，只有在不調(diào)制任何數(shù)據(jù)到所述供電載波信號上時，才發(fā)射所述雷達信號。
[0019]根據(jù)一種特殊實施方案，調(diào)制所述詢問數(shù)據(jù)到所述供電載波信號的過程一結(jié)束，即發(fā)射所述雷達信號。
[0020]根據(jù)一種優(yōu)選實施方案，所述供電載波信號和所述雷達信號具有不同頻率。此外，所述雷達信號的帶寬大于所述供電載波信號的帶寬。
[0021]除所述位置外，根據(jù)