[发明专利]用于测定RFID应答器的位置的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及RFID领域，尤其涉及一种用于测定RFID应答器的距离、速度和/或运动方向的方法和系统。

背景技术

广为人知的RFID(射频识别)技术近年来得到了迅猛发展。尤其是价格便宜的无源超高频RFID应答器(UHF-RFID-Transponder)如RFID标签(label)或RFID标记(tag)目前在市场上大量出售。它们能简化物流行业和工业中的操作流程。RFID应答器(下文简称为“应答器”)与RFID阅读器(下文简称为“阅读器”)结合后可应用于各种领域，例如仓储管理，或者也可以在安全系统领域起识别作用。它们的主要任务是提供唯一的识别号，一般情况下还接收少量数据。

应答器通常具有至少一个天线和包含有反向散射调制器、时序逻辑系统电路和数据存储器的芯片，对应答器的询问和/或读取是按照公知的反向散射原理借助电磁波来完成。所谓反向散射原理就是阅读器发出一个经均匀调制的恒定信号，该信号一方面触发整合在应答器内的RFID芯片发送应答信号，阅读器再将该应答信号记录下来。这个应答信号至少包含有应答器的唯一的识别信息，视情况还包含有其它数据。另一方面，阅读器所发出的信号还可用来为应答器供电。

阅读器通常在工作频率下用电磁信号辐射应答器，该信号由应答器天线接收并由整流器做转换处理以获得可用性。阅读器所发出的信号由一供电载波信号(下文简称为“载波”)构成，该信号可能载有需要传输给应答器的、用已知方式调制过的数据。举例而言，阅读器可借此提出传送应答器识别号或读取应答器存储器的请求。数据传输完毕后并不立即切断这个载波，否则应答器将会因断电而无法应答。载波改为保持未调制状态，应答器将其天线的反射系数改成所谓的反向散射调制(Backscatter-Modulation)。通过这种方式，应答器可在近乎于断电的状态下将应答发送到阅读器上。采用这种通信方式时，对应答器的供电是关键途径，也就是，还能在距离较大的情况下检测到应答器的应答。但是，现代应答器的耗电量将最大有效距离限制在10m左右。

应用广泛的ISM频段(工业、科学和医学频段)在欧洲是868MHz，在美国是915MHz。若用允许的最大发射机功率进行信号辐射，则最大的有效读出距离不超过10m。超距(overreaching)是在UHF频段运行RFID系统时会遇到的问题，其主要发生于密闭空间：与阅读器相距很远的应答器虽然处于阅读器的额定有效距离之外，但是阅读器所发射的电磁波的与设计相关的干涉使得应答器能够被供电和识别。通过测量阅读器到应答器的距离，可以识别出这种超距。

撇开这一具体实例不谈，应答器距离、应答器速度和/或应答器运动方向的测量通常也具有重要意义。

众所周知，只有使用带宽较大的信号，才能实现分辨率足够高的距离测量。雷达系统分辨率R的计算公式是R＝c/B，其中，c是光速，B是电磁信号的带宽。例如，带宽为B＝80MHz的FMCW雷达(调频连续波雷达)提供的分辨率为R＝1.875m。亦即，当信号是通过多条程差(path difference)低于1.875m的间接路径(例如通过房间墙面反射)传播时，测量结果会严重失真。只有在程差较大的情况下，距离估算才不会受多路径传播的影响，误差也较小。如果能进行所谓的视距(Line-of-Sight,LOS)传输，即阅读器和应答器的天线之间能够没有障碍地相互看见，就可将大多数测量环境下因多路径传播而产生的误差减小至R/10以下，以上述雷达为例，这意味着误差将不超过20cm。但是如果视距传输受到影响，误差就会显著增大。

在常规RFID系统中，反向散射调制应答信号的带宽最大为500KHz。与之对应的分辨率为R＝300m，剩余误差约为R/10＝30m。结合上文提到的RFID系统的有效距离只有10m，显然在这样的误差下是无法完成距离测量的。在各种不同的中心频率下实施多次距离测量可能会有所帮助，但是在指定频率下，UHF-RFID系统的可用带宽非常有限，欧洲约为2MHz，美国为15MHz。

另一种可以测定应答器运动方向及速度的方法是使用所谓的闸门。这类闸门通常又称“闸门阅读器”，主要是包含有天线且天线上连接着RFID阅读器的门或通道。需要识别装有应答器的物品时，使该物品穿过这样一个闸门。其中，多个阅读器彼此相隔较大距离布置并记录下每一次对应答器的成功识别。根据识别的时间顺序可以推断出该应答器的运动方向与速度。但是，应答器在各闸门之间的确切位置和速度仍是未知的。举例而言，当应答器只是靠近而非经过闸门时，超距在这种情况下也可能导致产生错误信息。