[發(fā)明專利]基于自適應智能天線的RFID閱讀器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310412892.1
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103440469A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 李建雄;陳曉宇;肖康;劉崇;李運祥;袁文東
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: G06K7/00
• 分類號: G06K7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種射頻識別(RFID)技術(shù)，特別涉及一種RFID閱讀器。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為一門新興產(chǎn)業(yè)，作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎之一，射頻識別(RFID，Radio?Frequency?Identification)技術(shù)已成為人們越來越關(guān)注的技術(shù)。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：應答器(射頻卡和電子標簽)、閱讀器(讀寫器和基站)和上位機主系統(tǒng)(中間件與網(wǎng)絡應用)。在射頻識別系統(tǒng)中，按照電子標簽供電系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，RFID電子標簽主要分為有源標簽、半有源標簽和無源標簽。有源標簽和半有源標簽具有外置的電池，通過外置的電池為標簽芯片的工作提供能量，其優(yōu)點是有較遠的通信距離，可以增加更多的電路并且功能強；缺點是價格高，體積大，標簽的使用壽命受到限制，而且隨著標簽內(nèi)電池電力的消耗，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x會越來越小，影響系統(tǒng)的正常工作。無源標簽依靠閱讀器的射頻信號提供能量使其工作，有著體積小、成本低、壽命長、免維護、使用便捷等優(yōu)點，是RFID標簽的主流產(chǎn)品。

目前，無源UHF?RFID系統(tǒng)存在以下問題：

(1)在無源UHF?RFID系統(tǒng)中，一個閱讀器的最大識別距離是10米左右，總的有效識別區(qū)域有限，還不能滿足大多數(shù)用戶的需求。

(2)在UHF?RFID系統(tǒng)中，一個關(guān)鍵的問題是很難達到100％識別率，即存在一些標簽沒有被識別，即丟失標簽問題。從硬件方面講，丟失標簽的問題有兩個主要原因：首先，因為天線的發(fā)射功率限制和固定的輻射方向圖，所以無源RFID系統(tǒng)的有效識別區(qū)域是受限的。第二，多徑干擾造成在識別區(qū)域內(nèi)一些標簽沒有足夠的能量被激活。

(3)許多標簽收到來自單個閱讀器的RF信號。在此閱讀器的有效識別區(qū)域內(nèi)，標簽共享同一個無線信道，由于多個標簽的散射信號之間的互相干擾，從而引起碰撞。碰撞的數(shù)量對于識別區(qū)域內(nèi)所有標簽的總識別時間有很大的影響。為了減少或避免碰撞，RFID系統(tǒng)在軟件上采取了防碰撞措施，例如二進制樹、ALOHA等。

(4)由于常用的RFID閱讀器天線具有低增益、寬波束的發(fā)射方向圖，使得標簽定位誤差較大。

最初的智能天線技術(shù)主要用于雷達、聲納、軍事抗干擾通信，用來完成空間濾波和定位等。近年來，隨著移動通信的發(fā)展及對移動通信電波傳播、組網(wǎng)技術(shù)、天線理論等方面的研究逐漸深入，現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)字信號處理芯片處理能力不斷提高，利用數(shù)字技術(shù)在基帶形成天線波束成為可能，提高了天線系統(tǒng)的可靠性與靈活程度。

在無源UHF?RFID閱讀器中使用智能天線有助于解決目前的問題和提升性能，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)利用數(shù)字多波束掃描可以增力RFID系統(tǒng)的最大識別距離和有效識別區(qū)域。由于規(guī)范規(guī)定的EIRP(Effective?Isotropic?Radiated?Power有效全向輻射功率最大值)是受限的，例如美國規(guī)定EIRP的最大值是4W。如果使用高增益、多波束掃描天線，EIRP可以在某一個短時間內(nèi)在某個方向超過4W，在計算平均功率時，它具有與低方向性、固定波束天線相同的平均功率，因為波束在多個方向上被掃描控制，從而減小了平均功率。在正常工作中，波束以預定的時間量在多個方向上掃描，因此最大識別距離隨著EIRP的增加而增大了。由于波束在多個方向上掃描，所以總的識別區(qū)域也擴展了。

(2)利用智能天線的空分多址技術(shù)(SDMA)，即空間濾波功能，可以減少或避免碰撞。閱讀器通過控制波束方向，來選擇有效識別區(qū)域的一個子集，從而僅與這個子集區(qū)域內(nèi)的標簽通信。因為同時響應RFID命令的標簽數(shù)目減少了，所以碰撞的概率也就減少，整個識別區(qū)域內(nèi)所有標簽的總識別時間能夠縮短。

(3)智能天線的高定向性、較小的波束躍度(天線波束指向角變化時的變化量)和較高的角度分辨率可以提高RFID定位的精度。

(4)通過控制波束形狀，將零陷或較低的旁瓣指向干擾信號方向，從而提高RFID系統(tǒng)的抗干擾能力。

發(fā)明內(nèi)容