[發明專利]用于測定RFID應答器的距離、速度和/或運動方向的方法與系統

無效

• 申請號: 200980155543.8
• 申請日: 2009-09-10
• 公開（公告）號: CN102301256A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 羅伯特·比貝爾;丹尼爾·埃弗斯;迪特爾·霍斯特;格哈德·梅茨;斯特凡·施瓦策爾;克勞斯·賽申貝格爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58;G01S13/75;G01S13/82;G01S13/86;G01S13/87;G01S13/62
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及RFID領域，尤其涉及一種用于測定RFID應答器的距離、速度和/或運動方向的方法和系統。

背景技術

廣為人知的RFID(射頻識別)技術近年來得到了迅猛發展。尤其是價格便宜的無源超高頻RFID應答器(UHF-RFID-Transponder)如RFID標簽(label)或RFID標記(tag)目前在市場上大量出售。它們能簡化物流行業和工業中的操作流程。RFID應答器(下文簡稱為“應答器”)與RFID閱讀器(下文簡稱為“閱讀器”)結合后可應用于各種領域，例如倉儲管理，或者也可以在安全系統領域起識別作用。它們的主要任務是提供唯一的識別號，一般情況下還接收少量數據。

應答器通常具有至少一個天線和包含有反向散射調制器、時序邏輯系統電路和數據存儲器的芯片，對應答器的詢問和/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出一個經均勻調制的恒定信號，該信號一方面觸發整合在應答器內的RFID芯片發送應答信號，閱讀器再將該應答信號記錄下來。這個應答信號至少包含有應答器的唯一的識別信息，視情況還包含有其它數據。另一方面，閱讀器所發出的信號還可用來為應答器供電。

閱讀器通常在工作頻率下用電磁信號輻射應答器，該信號由應答器天線接收并由整流器做轉換處理以獲得可用性。閱讀器所發出的信號由一供電載波信號(下文簡稱為“載波”)構成，該信號可能載有需要傳輸給應答器的、用已知方式調制過的數據。舉例而言，閱讀器可借此提出傳送應答器識別號或讀取應答器存儲器的請求。數據傳輸完畢后并不立即切斷這個載波，否則應答器將會因斷電而無法應答。載波改為保持未調制狀態，應答器將其天線的反射系數改成所謂的反向散射調制(Backscatter-Modulation)。通過這種方式，應答器可在近乎于斷電的狀態下將應答發送到閱讀器上。采用這種通信方式時，對應答器的供電是關鍵途徑，也就是，還能在距離較大的情況下檢測到應答器的應答。但是，現代應答器的耗電量將最大有效距離限制在10m左右。

應用廣泛的ISM頻段(工業、科學和醫學頻段)在歐洲是868MHz，在美國是915MHz。若用允許的最大發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系統時會遇到的問題，其主要發生于密閉空間：與閱讀器相距很遠的應答器雖然處于閱讀器的額定有效距離之外，但是閱讀器所發射的電磁波的與設計相關的干涉使得應答器能夠被供電和識別。通過測量閱讀器到應答器的距離，可以識別出這種超距。

撇開這一具體實例不談，應答器距離、應答器速度和/或應答器運動方向的測量通常也具有重要意義。

眾所周知，只有使用帶寬較大的信號，才能實現分辨率足夠高的距離測量。雷達系統分辨率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(調頻連續波雷達)提供的分辨率為R＝1.875m。亦即，當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，測量結果會嚴重失真。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，即閱讀器和應答器的天線之間能夠沒有障礙地相互看見，就可將大多數測量環境下因多路徑傳播而產生的誤差減小至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。

在常規RFID系統中，反向散射調制應答信號的帶寬最大為500KHz。與之對應的分辨率為R＝300m，剩余誤差約為R/10＝30m。結合上文提到的RFID系統的有效距離只有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系統的可用帶寬非常有限，歐洲約為2MHz，美國為15MHz。

另一種可以測定應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答器的成功識別。根據識別的時間順序可以推斷出該應答器的運動方向與速度。但是，應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，當應答器只是靠近而非經過閘門時，超距在這種情況下也可能導致產生錯誤信息。