專利名稱：Rfid標(biāo)簽探詢系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于讀取RFID (射頻識(shí)別)標(biāo)簽、特別地UHF (超高頻)RFID標(biāo)簽的系統(tǒng)、方法及計(jì)算機(jī)程序代碼。
背景技術(shù)：
RFID已在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被用于檢測(cè)和識(shí)別物品，從而與其它技術(shù)相比，允許在更大的范圍上讀取相當(dāng)大數(shù)量的數(shù)據(jù)。其中特別關(guān)注的是高頻(UHF)無源RFID系統(tǒng)，其希望利用自身無需功率源的標(biāo)簽提供十米量級(jí)的讀取范圍。然而，這些設(shè)備通常只有在離讀取器天線幾米距離時(shí)才具有高的成功讀取的可能性。這種性能典型地明顯限制了它們?cè)趯⒈镜靥炀€用于探詢的環(huán)境中的應(yīng)用。為了能夠成功讀取無源UHF RFID標(biāo)簽，它應(yīng)當(dāng)接收足夠的射頻(RF)功率以激活其內(nèi)部邏輯電路和以足夠的信噪比(SNR)返回信號(hào)給讀取器。這種要求設(shè)定了有關(guān)最大標(biāo)簽范圍的限制。然而，由于信號(hào)的窄頻 帶特性，真實(shí)環(huán)境中的衰減效應(yīng)在上行鏈路和下行鏈路方向的自由空間損耗上產(chǎn)生較大變化，并且會(huì)阻礙標(biāo)簽的成功讀取，即使完全落在最大讀取范圍內(nèi)。因此，為了在真實(shí)應(yīng)用中完全部署這些無源UHF RFID標(biāo)簽，需要用于長(zhǎng)距離條件下的強(qiáng)力的讀取技術(shù)。數(shù)項(xiàng)研究已經(jīng)開展以提高無源UHF RFID系統(tǒng)的性能。然而，標(biāo)準(zhǔn)的RFID系統(tǒng)目前不能防止出錯(cuò)(即，100%的成功讀取率)。舉例而言，DanielM. Doubkin的“The RF inRFID-passive UHF RFID in practice”提出多種改善SNR的方法該作者建議在普通的直接轉(zhuǎn)換I/Q解調(diào)器的同相(I)或正交(Q)通道中加入90°相移來改善標(biāo)簽背散射信號(hào)的SNR，因?yàn)楸成⑸湫盘?hào)的相位因與它與標(biāo)簽的距離有關(guān)而不可預(yù)測(cè)。進(jìn)一步舉例而言，Mojix(http ://www. mojix. com/)具有一種無源 UHFRFID 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有相控陣列的天線(即，天線位于彼此的近場(chǎng)區(qū)域內(nèi))。這樣允許使用相控陣列技術(shù)，例如形成為使鏈路預(yù)算最大化的數(shù)字束。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)改善的接收機(jī)靈敏度，以及在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)(ISM)頻帶(902MHz和928MHz)上提供射頻(RF)信號(hào)以激活標(biāo)簽的發(fā)射機(jī)。細(xì)節(jié)可以例如在W02007/094868、W02008/118875和W02008/027650中找到。更多的背景技術(shù)可以在EP2146304和US2008/0024273中找到。EPC global UHF Class IGen 2RFID協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)允許美國(guó)的跳頻O7HSS)技術(shù)和英國(guó)的會(huì)話前偵聽技術(shù)以克服多重及密集探詢環(huán)境中的干涉[關(guān)于RFID空中接口的EPC通用規(guī)范的有效鏈接http: //www. epcglobalinc. org/standards/uhfclg2/uhfclg2 I20-standard-20080511. pdf 1「EPC global UHF Class IGen 2RFID 規(guī)范，Alien 的有效鏈接http://www. rfidproductnews. com/whitepapers/files/ATffp EPCGlobal ffEB. pdfI。需要改善的用于讀取特別地UHF無源RFID標(biāo)簽、以及用于尤其在其中在共同空間區(qū)域中可存有多個(gè)標(biāo)簽的場(chǎng)合對(duì)這種標(biāo)簽進(jìn)行定位的技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因此提供了一種用于讀取一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)，與所述RF發(fā)射機(jī)和所述RF接收機(jī)耦合以提供空間發(fā)射/接收信號(hào)分集的多個(gè)發(fā)射/接收天線，以及與至少所述RF接收機(jī)耦合的標(biāo)簽信號(hào)解碼器，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成將從所述天線接收的RF信號(hào)合并以提供合并的接收的RF信號(hào)，其中所述RF接收機(jī)將所述合并的接收的RF信號(hào)作為輸入；其中所述天線彼此之間的間隔足以使一個(gè)所述天線不落在另一所述天線的近場(chǎng)內(nèi)，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)，所述循環(huán)包括多個(gè)用于讀取所述標(biāo)簽的標(biāo)簽讀取回合，所述標(biāo)簽讀取回合包括從所述多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射RF標(biāo)簽探詢信號(hào)，以及從所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)處接收信號(hào)，所述標(biāo)簽讀取回合具有一組時(shí)間槽，在時(shí)間槽期間，所述標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射標(biāo)簽數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括用于由所述天線接收的標(biāo)簽ID，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間執(zhí)行以下操作中的一個(gè)或多個(gè)改變同時(shí)從所述多個(gè)天線發(fā)射的所述標(biāo)簽探詢信號(hào)的頻率，以及/或者改變從所述天線之一發(fā)射的所述RF標(biāo)簽探詢信號(hào)關(guān)于所述天線中的另一天線的相對(duì)相位。在一些實(shí)施例中，通過將來自采用空間分集(即天線彼此間隔成不包括相控陣列)的系統(tǒng)中的天線的RF信號(hào)合并，以及通過使發(fā)射頻率和相對(duì)相位中的一個(gè)或兩個(gè)抖動(dòng)，能夠在盤點(diǎn)循環(huán)期間讀取更多的標(biāo)簽。與直覺相反，該系統(tǒng)的運(yùn)行速度也更快，因?yàn)榇嬖诟俚臎_突(盡管人們可能會(huì)認(rèn)為如果存在更多標(biāo)簽將會(huì)出現(xiàn)更多沖突)。稍后將提供有關(guān)這點(diǎn)的證據(jù)。在一些實(shí)施例中，頻率/相位以相對(duì)較快的時(shí)標(biāo)發(fā)生變化，例如在小于I秒、IOOms或IOms的時(shí)期內(nèi)。與切換天線相比，將來自多個(gè)天線的RF信號(hào)合并使得沖突數(shù)量減少。在系統(tǒng)的一些優(yōu)選實(shí)施方式中，RFID標(biāo)簽被構(gòu)造成按照有關(guān)在公共空間區(qū)域讀取多個(gè)無源RFID標(biāo)簽的協(xié)議工作，例如EPC Gen 2協(xié)議(出處同上)。在這種協(xié)議中，可以對(duì)標(biāo)簽總數(shù)進(jìn)行估算，并且估算值只入不舍成為接下來的2的冪數(shù)，由此限定用于標(biāo)簽使用的發(fā)射槽的數(shù)量。該數(shù)量被發(fā)送給標(biāo)簽，使得標(biāo)簽?zāi)軌蜻x擇槽，并在其中實(shí)施發(fā)射，且一旦被讀則保持沉默(最終重新喚醒)。(在EPC Gen2中對(duì)術(shù)語“盤點(diǎn)回合”作了定義；該定義顯然以參考的方式被結(jié)合) 。在標(biāo)簽讀取回合期間，我們指的是上述標(biāo)簽在可用時(shí)間槽內(nèi)被讀取，且在一些實(shí)施例中，頻率和/或相對(duì)相位則在執(zhí)行另一標(biāo)簽讀取回合之前發(fā)生改變。這是因?yàn)橐欢ū壤?例如大約一半)的標(biāo)簽在讀取回合中被讀取；在一些優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于標(biāo)簽可用的槽的數(shù)量被更新成接下來的2的冪數(shù)，其高出剩余的待讀取的標(biāo)簽總數(shù)(注意，這可能是估算值，因?yàn)闃?biāo)簽的總數(shù)可能是未知的)。在一些實(shí)施例中，該程序被重復(fù)進(jìn)行，例如直至不再有標(biāo)簽可以被讀取，或者重復(fù)給定或預(yù)定的持續(xù)時(shí)間，或者無限期地重復(fù)(因?yàn)闃?biāo)簽最終重新喚醒)。該程序的一些優(yōu)選實(shí)施方式在標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間改變發(fā)射信號(hào)的相對(duì)相位。在這種方法中，某一天線處的發(fā)射信號(hào)的相位可以被定義成參考值，關(guān)于該參考值來確定其它天線處的相位。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)還可以被構(gòu)造成在將RF信號(hào)合并之前調(diào)節(jié)發(fā)射功率或接收天線增益，以優(yōu)化合并的接收的RF信號(hào)，例如以便最大化信噪比或者最小化位或包的錯(cuò)誤率。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，不同于切換式天線系統(tǒng)，系統(tǒng)具有至少三個(gè)空間位置不同的天線，這樣使得性能得到改善。在一些實(shí)施例中，RFID標(biāo)簽為無源UHF(300MHz-3000MHz)RFID標(biāo)簽，其優(yōu)選工作在小于IGHz的頻率上，且優(yōu)選地，這些天線彼此間隔至少I米、2米、5米、10米或20米。在上述系統(tǒng)的實(shí)施例中，讀/寫性能得到很大改進(jìn)，使用范圍增大，且標(biāo)簽讀取SNR(信噪比)得到改善-特別在一些實(shí)施例中，已發(fā)現(xiàn)能夠近似100%地讀取由天線連接線限定的區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽，以及基本消除零陷效應(yīng)。在相關(guān)方面，提供了一種用于讀取一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)的使用方法，該系統(tǒng)包括RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)，與所述RF發(fā)射機(jī)和所述RF接收機(jī)耦合以提供空間發(fā)射/接收信號(hào)分集的多個(gè)發(fā)射/接收天線，以及與至少所述RF接收機(jī)耦合的標(biāo)簽信號(hào)解碼器，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成將從所述天線接收的RF信號(hào)合并以提供合并的接收的RF信號(hào)，其中所述RF接收機(jī)將所述合并的接收的RF信號(hào)作為輸入；其中所述天線彼此之間的間隔足以使一個(gè)所述天線不落在另一所述天線的近場(chǎng)內(nèi)，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)，所述循環(huán)包括多個(gè)用于讀取所述標(biāo)簽的標(biāo)簽讀取回合，所述標(biāo)簽讀取回合包括從所述多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射RF標(biāo)簽探詢信號(hào)，以及從所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)處接收信號(hào)，所述標(biāo)簽讀取回合具有一組時(shí)間槽，在時(shí)間槽期間，所述標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射標(biāo)簽數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括用于由所述天線接收的標(biāo)簽ID，所述方法包括在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間改變以下參數(shù)的一個(gè)或兩個(gè)從所述天線之一發(fā)射的所述RF標(biāo)簽探詢信號(hào)關(guān)于所述天線中的另一天線的相對(duì)相位，以及同時(shí)從所述多個(gè)天線發(fā)射的所述標(biāo)簽探詢信號(hào)的頻率。本發(fā)明還提供了用于例如在通用計(jì) 算系統(tǒng)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)上實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)和方法的處理器控制代碼。該代碼可以被提供在載體上，諸如光盤、CD或DVD-ROM、編程的存儲(chǔ)器，諸如只讀存儲(chǔ)器(硬件)。用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的代碼(和/或數(shù)據(jù))可以包括采用諸如C語言這樣的常規(guī)編程語言(編譯或匯編)的源、目標(biāo)或可執(zhí)行代碼，或者匯編碼，用于建立或控制ASIC(專用集成電路)或FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編輯門陣列)的代碼，或者有關(guān)硬件描述語言的代碼，所述描述語言諸如是Veri log (商標(biāo))或VHDL (極高速集成電路硬件描述語言)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這種代碼和/或數(shù)據(jù)可以分布在彼此聯(lián)通的多個(gè)耦合部件之間。這些天線可以通過同軸、光纖射頻傳輸技術(shù)或經(jīng)由任何其它合適的傳輸介質(zhì)來饋電。在需要長(zhǎng)距離(即超過100m)傳輸?shù)膱?chǎng)合，進(jìn)出天線或天線單元的RF信號(hào)可能通過光纖射頻傳輸裝置/方法進(jìn)行傳播。類似地，在短途傳輸中，可優(yōu)選同軸電纜或雙扭線(即CAT-5/6)。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)射/接收天線中的一個(gè)或多個(gè)可以包括漏泄饋線。因此還提供一種用于使用對(duì)一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀取的RFID標(biāo)簽讀取漏泄饋線系統(tǒng)的系統(tǒng)/方法。在一些實(shí)施例中，該漏泄饋線系統(tǒng)包括RF漏泄饋線發(fā)射機(jī)和RF漏泄饋線接收機(jī)，與所述RF漏泄饋線發(fā)射機(jī)和所述RF漏泄饋線接收機(jī)耦合以提供空間發(fā)射/接收信號(hào)分集的多個(gè)發(fā)射/接收漏泄饋線，以及與至少所述RF漏泄饋線接收機(jī)耦合的標(biāo)簽信號(hào)解碼器。該系統(tǒng)被構(gòu)造成將從所述漏泄饋線接收的RF信號(hào)合并以提供合并的接收的RF信號(hào)。RF漏泄饋線接收機(jī)將合并的接收的RF信號(hào)作為輸入，漏泄饋線彼此之間的間隔足以使一個(gè)所述漏泄饋線不落在另一所述漏泄饋線的近場(chǎng)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)，所述循環(huán)包括多個(gè)用于讀取標(biāo)簽的標(biāo)簽讀取回合，標(biāo)簽讀取回合包括從多個(gè)漏泄饋線同時(shí)發(fā)射RF標(biāo)簽探詢信號(hào)，以及從標(biāo)簽中的一個(gè)或多個(gè)處接收信號(hào)。標(biāo)簽讀取回合具有一組時(shí)間槽，在時(shí)間槽期間，標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射標(biāo)簽數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括用于由漏泄饋線接收的標(biāo)簽ID。該系統(tǒng)/方法包括在標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間改變以下參數(shù)的一個(gè)或兩個(gè)(的裝置)從漏泄饋線之一發(fā)射的RF標(biāo)簽探詢信號(hào)關(guān)于漏泄饋線中的另一饋線的相對(duì)相位，以及同時(shí)從多個(gè)漏泄饋線發(fā)射的標(biāo)簽探詢信號(hào)的頻率。


現(xiàn)在將參考以下附圖以舉例的方式進(jìn)一步描述本發(fā)明的這些和其它方面圖1，與符號(hào)讀取器相結(jié)合的三天線分布式天線系統(tǒng)(DAS)。圖2，關(guān)于三天線DAS的標(biāo)簽上的功率與相對(duì)于天線的距離的曲線。圖3，2射線模型紅線代表直接路徑，藍(lán)線代表從地板反射的路徑。圖4，20mX 20m區(qū)域上的天線設(shè)置。藍(lán)色十字代表天線位置，紅色十字代表網(wǎng)格點(diǎn)，在這些點(diǎn)上計(jì)算功率。圖5，關(guān)于三天線DAS的標(biāo)簽上的功率與距離的曲線。它顯示零陷如何隨頻率移動(dòng)。紅色和藍(lán)色分別代表860MHz和920MHz。圖6，關(guān)于三天線DAS的標(biāo)簽上的功率與距離的曲線。它顯示零陷如何隨相位移動(dòng)。紅色和藍(lán)色分別代表各個(gè)天線的相位角0，0，0和8，0，JI。圖7，利用2射線模型時(shí)信號(hào)功率上的空間變化圖。綠色代表高于-15dBm的功率水平，紅色代表低于-15dBm的功率水平(其代表零陷)。紅色位置的數(shù)量為55. 7%。圖8，在各個(gè)天線依次相移(180° )時(shí)信號(hào)功率上的空間變化圖。綠色代表高于-15dBm的功率水平，紅色代表低于-15dBm的功率水平(其代表零陷)。借助相位分集，紅色位置的數(shù)量現(xiàn)在增加至77%。圖9,有關(guān)頻率抖動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置。圖10，天線設(shè)置。以(x，y)坐標(biāo)的形式標(biāo)出天線的位置(單位為米)。紅色十字表示測(cè)量位置。圖11，在頻率選擇恰當(dāng)?shù)那闆r下，返回信號(hào)強(qiáng)度隨著關(guān)于三天線的距離的變化。紅色數(shù)字表示Tx頻率，在這些頻率上零陷消失。圖12，關(guān)于具有恰當(dāng)選擇的頻率的三天線和三天線DAS系統(tǒng)的經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的返回信號(hào)功率的累積概率分布。圖13，有關(guān)相位抖動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置。圖14，關(guān)于三天線DAS、經(jīng)優(yōu)化(相位抖動(dòng))的三天線DAS及切換式三天線系統(tǒng)的經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的返回信號(hào)功率指示(RSSI)的經(jīng)驗(yàn)累積概率分布。圖15，關(guān)于三天線DAS、下行鏈路及上行鏈路上具有功率分集的三天線DAS的經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的返回信號(hào)功率指示(RSSI)的經(jīng)驗(yàn)累積概率分布。圖16，用于改進(jìn)無源RFID覆蓋范圍的實(shí)驗(yàn)裝置。圖17，天線設(shè)置。以(x，y)坐標(biāo)的形式標(biāo)出天線的位置(單位為米)。紅色十字表示測(cè)量位置。圖18，關(guān)于三天線DAS和經(jīng)優(yōu)化 的三天線DAS的經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的返回信號(hào)功率的累積概率分布。
圖19，與Alien 8800RFID讀取器相結(jié)合的雙天線DAS。圖20，在2m的高度上，在IOmX 4m的區(qū)域中按照25cm的網(wǎng)格間距放置140個(gè)Al ienHiggs2 標(biāo)簽。圖21，關(guān)于普通的切換式天線系統(tǒng)和經(jīng)完全優(yōu)化的DAS系統(tǒng)的經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的返回信號(hào)功率的累積概率分布。圖22 =Gen 2協(xié)議的示意圖；盤點(diǎn)主要通過計(jì)數(shù)和Q因子進(jìn)行控制。在每個(gè)循環(huán)開始時(shí)，標(biāo)簽選擇命令喚醒所有標(biāo)簽，然后進(jìn)行具有Q個(gè)槽的計(jì)數(shù)讀取嘗試。圖23，關(guān)于普通的切換式天線和經(jīng)優(yōu)化的DAS RFID系統(tǒng)的被讀取標(biāo)簽數(shù)與時(shí)間的曲線。普通的切換式天線系統(tǒng)-2X68. 6 = 137. 2ms且精度為79% (140個(gè)標(biāo)簽中讀取111個(gè)標(biāo)簽)=809個(gè)標(biāo)簽/秒。經(jīng)優(yōu)化的DAS = 119. 52ms且精度為100% (140個(gè)標(biāo)簽中讀取140個(gè)標(biāo)簽)。注意，DAS讀取111個(gè)標(biāo)簽只花費(fèi)93. 42ms = I, 188個(gè)標(biāo)簽/秒。圖24，它表明，與普通的多天線系統(tǒng)相比，經(jīng)優(yōu)化的DAS系統(tǒng)中的沖突數(shù)量減少了。圖25，在采用Intel R1000讀取器開發(fā)工具的RF前端中結(jié)合相位抖動(dòng)技術(shù)。圖26，它顯示控制電壓上的隨機(jī)變化，即隨機(jī)相位抖動(dòng)。這通過使用C/C++語言的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)。圖27，作為原理論證的一部分，已經(jīng)開發(fā)了基于Intel R1000的DASRFID系統(tǒng)。圖28，在2m的高度上，在IOmX 4m的區(qū)域中按照50cm的網(wǎng)格間距放置80個(gè)AlienHiggs2 標(biāo)簽。圖29a_29g分別示出了 關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DAS RFID系統(tǒng)的被讀取標(biāo)簽數(shù)與時(shí)間的曲線；關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DASRFID系統(tǒng)的RN16超時(shí)數(shù)與時(shí)間的曲線；關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DAS RFID系統(tǒng)的接收的RN16數(shù)量與時(shí)間的曲線；關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DAS RFID系統(tǒng)的良好的EPC讀取數(shù)與時(shí)間的曲線；關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DAS RFID系統(tǒng)的被讀取標(biāo)簽數(shù)與時(shí)間的曲線；關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DAS RFID系統(tǒng)的RN16超時(shí)數(shù)與時(shí)間的曲線；關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DASRFID系統(tǒng)的接收的RN16數(shù)量與時(shí)間的曲線；以及關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和經(jīng)優(yōu)化的DAS RFID系統(tǒng)的良好的EPC讀取數(shù)與時(shí)間的曲線。圖30，天線間距為20m的六邊形結(jié)構(gòu)。使用2射線模型時(shí)信號(hào)功率上的空間變化圖。黃色代表高于-15dBm的功率水平，紅色代表低于-15dBm的功率水平(其代表零陷)。藍(lán)色十字指示天線位置。紅色位置的數(shù)量為70%。圖31 :示出了關(guān)于切換式天線和分布式天線系統(tǒng)(DAS)的功率水平(dBm)與標(biāo)簽位置(距離單位為米)的關(guān)系,標(biāo)簽通訊系統(tǒng)在860MHz和900MHz上，表明與單天線(切換式天線系統(tǒng))相比，頻率抖動(dòng)對(duì)多天線(DAS)具有較強(qiáng)影響。圖32 :示出了關(guān)于雙天線DAS和切換式雙天線的在860和950MHz之間進(jìn)行頻率抖動(dòng)的效果(其中在860MHz和950MHz之間隨機(jī)選取頻率)，其表明與單天線(切換式天線系統(tǒng))相比，頻率抖動(dòng)對(duì)多天線(DAS)具有較強(qiáng)影響。
具體實(shí)施例方式多光纖饋電的天線可以改善RFID系統(tǒng)的覆蓋范圍[S. Sabesan, M. Crisp,R. Penty,1. White, “Demonstration of Improved Passive UHF RFID Coverage usingOptically-Fed Distributed Mult1-Antenna System，，， IEEE International Conferenceon RFID, April 2009]。我們現(xiàn)在證明如何能夠通過操縱從多個(gè)天線(它們被置于彼此的近場(chǎng)之外)到RIFD標(biāo)簽的讀/寫信號(hào)的相差和載波頻率來提高覆蓋范圍。因此，我們要描述工作于分布式天線系統(tǒng)(DAS)之上的讀/寫系統(tǒng)。盡管可以采用同軸系統(tǒng)或使用其它傳輸介質(zhì)的系統(tǒng)，但是我們的工作主要集中于使用光纖射頻傳輸(RoF)系統(tǒng)來發(fā)射和接收從天線單元(AUs)到RFID標(biāo)簽的信號(hào)。如圖1所示，由于空間分集，與利用單個(gè)全向和定向天線的無源RFID系統(tǒng)相比，使用數(shù)個(gè)天線減少了因零陷引起的誤差。然而，在簡(jiǎn)單的模擬環(huán)境中，(由地面、屋頂和墻壁等反射引起的)多路徑效應(yīng)和DAS中的不同天線的信號(hào)之間的破壞性干涉引起深度衰落，如圖2中所示。我們利用以下事實(shí)，即RFID標(biāo)簽在一定的載波頻率范圍內(nèi)工作，且該范圍(盡管較小)足以使得頻率抖動(dòng)能夠讓零陷離開特定位置，且同時(shí)通過控制各天線的發(fā)射幅度，剩余零陷的深度可被減小。與使用常規(guī)手段相比，通過使用這種組合方法能夠在更大距離上實(shí)現(xiàn)基本無誤差的讀寫及增強(qiáng)的返回信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)。舉例而言，以20m間隔放置三個(gè)天線，并且利用簡(jiǎn)單的2射線模型(圖3)計(jì)算沿圖4中示出的紅十字的功率。它清楚表明，零陷隨頻率和相位抖動(dòng)而移動(dòng)，正如圖5和6中分別示出的那樣。因此，如果在數(shù)種頻率和相位配置下實(shí)施標(biāo)簽探詢程序，則任意給定位置上的標(biāo)簽將在這些組合之一中不會(huì)遇到零陷。由于標(biāo)簽通常處于未知環(huán)境中的未知位置上，因此可以通過詳盡的搜索找到在標(biāo)簽處形成建設(shè)性干涉的幅度和頻率的“正確”組合。圖7以5cm的網(wǎng)格間隔示出了從發(fā)射功率均為+33dBm的三個(gè)天線處接收到的信號(hào)的功率。然后假定標(biāo)簽的閾值功率為_15dBm且該標(biāo)簽閾值功率為限制因素，利用它來判斷是否能實(shí)現(xiàn)成功讀取。如圖8所示，顯示借助相位抖動(dòng)技術(shù)已使讀取位置的數(shù)量從
55.7%增長(zhǎng)至77%。相 位抖動(dòng)技術(shù)在此實(shí)現(xiàn)了以下模擬，即所有DAS天線均達(dá)到相位匹配，且彼此之間偏差180度；然后對(duì)從這四種情況中得到的最大返回功率進(jìn)行了繪圖。頻率抖動(dòng)我們已經(jīng)論證了通過使用多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線對(duì)接收的信號(hào)強(qiáng)度的改進(jìn)和零陷數(shù)量的減少。然而，優(yōu)選應(yīng)進(jìn)一步減少零陷數(shù)量以使RFID更為可靠。在此，應(yīng)用了一種新穎的頻率抖動(dòng)技術(shù)以基本消除零陷的影響。通過改變RFID的載波頻率，可以使零陷發(fā)生移動(dòng)，且因此可以減少它們的平均瞬時(shí)效應(yīng)。如圖9中所示，在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，為了同時(shí)發(fā)射兩種不同的頻率，采用了兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器，一個(gè)信號(hào)發(fā)生器發(fā)射通用標(biāo)簽頻段(從860MHz-960MHz)內(nèi)的RFID載波信號(hào)，其向AUl和AU2饋電，另一信號(hào)發(fā)生器發(fā)射相同頻段的信號(hào)，其向AU3饋電。對(duì)于無源RFID，英國(guó)法規(guī)允許將865. 5MHz和867. 5MHz之間的2MHz頻帶分成10個(gè)200kHz的通道；美國(guó)法規(guī)允許902MHz和928MHz之間的25MHz頻帶。圖10示出了 10mX4m的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的天線位置。這些天線的位置被選擇成在雜亂房間的約束條件下實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍的重疊。在這項(xiàng)和后面的實(shí)驗(yàn)中，按照IOcm的間隔沿著遠(yuǎn)離AUl的直線測(cè)量背散射信號(hào)功率。當(dāng)遇到零陷時(shí)，改變載波頻率以將零陷移至另一位置或?qū)⑵湎D11中示出了在頻率選擇適當(dāng)?shù)那闆r下，返回信號(hào)強(qiáng)度隨著關(guān)于三天線的距離的變化。紅色數(shù)字表示使零陷消失的Tx頻率(MHz)。最佳的頻率選擇將讀取位置的數(shù)量提高至95%，如圖12中所示。提高的原因是RFID信號(hào)在不同頻率下具有不同的多路徑效應(yīng)和增益。因此，在最佳的頻率下，路徑損失被降低；從而減小了衰減的幾率。因此，頻率的變化提供了改善系統(tǒng)性能的潛能。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，我們描述的頻率抖動(dòng)技術(shù)改善了無源RFID的覆蓋范圍，且不同于之前提及的EPC Class IGen 2RFID協(xié)議的HlSS (跳頻)技術(shù)。相位抖動(dòng)相位和功率控制被示出為多天線系統(tǒng)(圖13)中的性能提供改善。通過在各天線信號(hào)之間提供相移，同時(shí)關(guān)于參考信號(hào)在0°和360°之間以24°的步階改變相位，能夠改善無源RFID的覆蓋范圍。通過將從各天線處接收到的信號(hào)合并且給來自各個(gè)天線的信號(hào)施加不同的增益以優(yōu)化合并的接收信號(hào)的SNR，能夠進(jìn)一步改善覆蓋范圍；例如，通過在OdB至30dB之間以IOdB或更小的步階改變各個(gè)天線單元(AU)的上行鏈路的增益。作為這些創(chuàng)新點(diǎn)的結(jié)果，我們已經(jīng)論證了借助相位控制，利用三個(gè)發(fā)射天線及重疊單元可以使普通的DAS RFID系統(tǒng)的零陷數(shù)量從29%降至2%，如圖14中所示。與普通的切換式多天線RFID系統(tǒng)相比，檢測(cè)到的來自標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度也被觀察到平均增大了約10dB。然而，當(dāng)將三天線DAS系統(tǒng)與更為普通的在天線之間進(jìn)行切換并選擇最高SNR的多天線RFID系統(tǒng)進(jìn)行比較 時(shí)，可以看到性能上的退化。通過圖14中的⑶F曲線說明了這一點(diǎn)。可以看到，普通的切換式三天線系統(tǒng)具有14%的零陷，而三天線DAS系統(tǒng)具有29%的零陷。DAS系統(tǒng)中零陷數(shù)量的增長(zhǎng)可以通過DAS中不同天線的信號(hào)之間的破壞性干涉(其引起衰減)來解釋。然而，利用相位抖動(dòng)技術(shù)優(yōu)化DAS能基本消除衰減效應(yīng)(取時(shí)間平均值時(shí))，且由此能夠提供明顯優(yōu)于普通的切換式多天線系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，如圖14中所示。這種改進(jìn)已經(jīng)利用R&S(Rohde&SchwarZ)SMIQ信號(hào)發(fā)生器和作為RFID讀取器的R&S FSQ頻譜分析儀(如圖13中所示)進(jìn)行了論證。通過在下行鏈路中分割天線信號(hào)和在上行鏈路中合并天線信號(hào)來形成這種三天線DAS系統(tǒng)。我們?nèi)缓笳撟C通過使用相位抖動(dòng)技術(shù)對(duì)DAS的優(yōu)化。通過每次從一個(gè)天線處發(fā)射和接收信號(hào)且隨后從所有三個(gè)天線中獲得最好的接收信號(hào)強(qiáng)度的方式對(duì)普通的切換式三天線系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。圖15示出了當(dāng)借助作用于三天線DAS系統(tǒng)上的功率抖動(dòng)將三天線中的零陷數(shù)量從24%降至20%時(shí)，對(duì)來自其它接收天線的干涉形成抑制的、上行鏈路中的功率控制提高了接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)。在所提出的光學(xué)UHF RFID系統(tǒng)中，上行鏈路和下行鏈路的增益以IOdB的步階從OdB變化至30dB。原理上的證明(與頻率抖動(dòng)相結(jié)合的天線分集)已經(jīng)利用場(chǎng)中的單個(gè)標(biāo)簽對(duì)改善的無源RFID的覆蓋范圍進(jìn)行了原理上的論證；該系統(tǒng)在圖16中示出。信號(hào)發(fā)生器和分析儀已被選來說明這種改進(jìn)。設(shè)計(jì)了一款Labview程序來使兩個(gè)天線之間的相差在0° -360°之間以24°的步階自動(dòng)變化，同時(shí)頻率以IMHz的步階從860MHz變化至960MHz。這項(xiàng)論證在20mX6m的區(qū)域上進(jìn)行,如圖17所示。與頻率抖動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的天線分集被示出使成功讀取的可能性從67%提高到100%，如圖18所示。這項(xiàng)結(jié)果是在各天線處的EIRP為+30dBm的情況下取得的。多個(gè)無源RFID標(biāo)簽的覆蓋范圍的改進(jìn)
在先前的段落中已經(jīng)示出了單個(gè)標(biāo)簽的覆蓋范圍的改進(jìn)。在此表明在多個(gè)標(biāo)簽上也能夠取得類似的改進(jìn)。如圖19中所示，在該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中使用了與Alien 8800RFID讀取器相結(jié)合的雙天線。如圖20中所示，在2m的高度上，在10mX4m的區(qū)域中按照25cm的網(wǎng)格間距放置140個(gè)Alien Higgs2標(biāo)簽。從各個(gè)AU中發(fā)射+32dBm的有效各向同性輻射功率(EIRP)，并且測(cè)量合并的經(jīng)優(yōu)化的標(biāo)簽返回信號(hào)RSSI。利用Labview程序，天線之間的相差在0° -360°之間以24°的間隔隨機(jī)抖動(dòng)，同時(shí)頻率以200kHz的步階從865. 7MHz變化至867. 5MHz。如圖21中所示，與頻率抖動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的天線分集被示出在完全優(yōu)化的DAS中，標(biāo)簽讀取精確度從79% (111個(gè)標(biāo)簽)提升至100% (140個(gè)標(biāo)簽)，其優(yōu)于普通的切換式多天線系統(tǒng)。多個(gè)無源標(biāo)簽的讀取率/速度的提高對(duì)低級(jí)別讀取器訪問能力的缺乏使得成品RFID讀取器阻礙了 DAS優(yōu)化算法和標(biāo)簽查詢循環(huán)的集成。利用有關(guān)成功占據(jù)槽(具有有效的標(biāo)簽讀數(shù))、空閑槽及沖突(其引起補(bǔ)償-如果存在過多沖突，則增加可用時(shí)間槽的數(shù)量，讀取器檢測(cè)沖突)數(shù)量的概率模型調(diào)查讀取率。來自優(yōu)化DAS讀取多個(gè)標(biāo)簽的能力的早期測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)被用于模擬確定在各種狀態(tài)下的優(yōu)化DAS及普通系統(tǒng)的視野中存在多少獨(dú)特的未盤點(diǎn)的標(biāo)簽。DAS與普通的RFID進(jìn)行比較，其中所述普通的RFID在天線之間進(jìn)行切換，執(zhí)行盤點(diǎn)循環(huán)。Alien RFID 8800讀取器利用兩個(gè)主要參數(shù)來調(diào)諧多個(gè)標(biāo)簽的讀取。Q因子確定在Aloha算法中分配多少個(gè)槽(2q)。在盤點(diǎn)中，Q因子可以關(guān)于各個(gè)計(jì)數(shù)發(fā)生變化。DASRFID系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)，所述循環(huán)包括多個(gè)讀取標(biāo)簽的標(biāo)簽讀取回合，標(biāo)簽讀取回合具有由標(biāo)簽槽計(jì)數(shù)器中的Q位隨機(jī)數(shù)確定的一組時(shí)間槽，在此期間，標(biāo)簽使其槽計(jì)數(shù)器遞減，并且能夠在 標(biāo)簽槽計(jì)數(shù)器為0時(shí)發(fā)射標(biāo)簽數(shù)據(jù)，其中包括用于由天線接收的標(biāo)簽ID。在盤點(diǎn)循環(huán)期間，已讀取的標(biāo)簽具有盤點(diǎn)位組，因此它們不參與后續(xù)的循環(huán)，從而使盤點(diǎn)變快。在每個(gè)循環(huán)開始時(shí)，標(biāo)簽選擇命令喚醒所有標(biāo)簽，并且將其盤點(diǎn)位設(shè)為零。然后進(jìn)行計(jì)數(shù)讀取嘗試。每次讀取嘗試為競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)簽分配2Q個(gè)槽。該數(shù)字(Q)被發(fā)送給標(biāo)簽，并且使標(biāo)簽將Q位隨機(jī)數(shù)加載到它們的槽計(jì)數(shù)器中。然后要求標(biāo)簽遞減其槽計(jì)數(shù)器的數(shù)值，并且讓它在且只在槽計(jì)數(shù)器為0時(shí)實(shí)施發(fā)送。一旦已被成功讀取，則指示它們?cè)谟蓵?huì)話標(biāo)記持續(xù)時(shí)間設(shè)定的時(shí)期內(nèi)保持沉默(最終重新喚醒)。成功讀取的標(biāo)簽具有盤點(diǎn)位組，因此它們?cè)谖磥淼挠?jì)數(shù)中不再爭(zhēng)奪槽，直至開始新的循環(huán)。DAS優(yōu)化設(shè)置關(guān)于各個(gè)計(jì)數(shù)發(fā)生變化(圖 22)。對(duì)于切換式系統(tǒng)中的每個(gè)天線而言利用80個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行模擬，而對(duì)于DAS系統(tǒng)則采用140個(gè)標(biāo)簽。圖23表明通過模擬，與普通的切換式天線RFID系統(tǒng)相比，在優(yōu)化DAS系統(tǒng)中能夠獲得提高47%的標(biāo)簽讀取率(從809個(gè)標(biāo)簽/秒到1188個(gè)標(biāo)簽/秒)。這是通過減少每次讀取中的沖突數(shù)量(圖24)來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)镈AS優(yōu)化技術(shù)允許我們圍繞場(chǎng)移動(dòng)零陷。因此，任何時(shí)候都只有特定數(shù)量的標(biāo)簽處于活動(dòng)狀態(tài)(圖24中的峰點(diǎn)是可用時(shí)間槽數(shù)量2Nm現(xiàn)下降的地方)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得出每種DAS設(shè)置下活動(dòng)標(biāo)簽的數(shù)量。然后將其用于在我們的分析模型中模擬優(yōu)化DAS。DAS優(yōu)化技術(shù)作用于正好位于計(jì)數(shù)之上的循環(huán)(loop)(因此要針對(duì)每個(gè)DAS設(shè)置組合對(duì)Q因子進(jìn)行調(diào)整)。這使得能夠利用標(biāo)簽的盤點(diǎn)位來防止重新讀取標(biāo)簽。原理論證證明已經(jīng)對(duì)改進(jìn)的讀取速度/率的原理論證進(jìn)行了證明。如圖25中所示，開發(fā)了基于Intel R1000開發(fā)板的原型。R1000支持主機(jī)端應(yīng)用(Intel收發(fā)機(jī)接口)。該收發(fā)機(jī)接口包括C/C++功能接口以與采用USB通訊的硬件模塊進(jìn)行通訊。當(dāng)利用收發(fā)機(jī)接口實(shí)施盤點(diǎn)時(shí)，R1000以一連串?dāng)?shù)據(jù)包的形式經(jīng)由USB接口將數(shù)據(jù)從Intel硬件返回給主機(jī)PC。當(dāng)R1000返回指示盤點(diǎn)回合開始的盤點(diǎn)-回合-開始數(shù)據(jù)包時(shí)(如圖25中所示)，利用由PC控制的壓控移相器(如圖26中所示)使相位隨機(jī)變化。開發(fā)的三天線DAS RFID系統(tǒng)被構(gòu)造成在UK RFID頻帶內(nèi)發(fā)射信號(hào)，并且從各個(gè)天線處發(fā)射+30dBm的EIRP，如圖27中所示。如圖28中所示，在2m的高度上，在10mX4m的區(qū)域上按照50cm的網(wǎng)格間距放置80個(gè)Alien Higgs2標(biāo)簽。我們利用R1000開發(fā)板來實(shí)現(xiàn)固定和動(dòng)態(tài)Q算法以讀取多個(gè)標(biāo)簽。我們?cè)诖苏故玖嘶谶@兩種算法對(duì)標(biāo)簽讀取的提高。基于R1000固定Q算法采用相位和頻率抖動(dòng)對(duì)讀取率/速度的提高利用固定Q算法對(duì)如普通(其中三天線系統(tǒng)被用于同時(shí)發(fā)射信號(hào))和優(yōu)化三天線DAS RFID系統(tǒng)(其中將頻率和相位抖動(dòng)應(yīng)用于三天線系統(tǒng))般工作的系統(tǒng)進(jìn)行盤點(diǎn)。如圖29a中所示，普通天線系統(tǒng)的標(biāo)簽讀取速度為38個(gè)標(biāo)簽/秒，而優(yōu)化DAS RFID的速度為68個(gè)標(biāo)簽/秒。由此證實(shí)與普通系統(tǒng)相比，DAS RFID系統(tǒng)在讀取率上有81%的提高。此外，如圖29a中所示，利用DAS RF ID系統(tǒng)，在全部標(biāo)簽中有更大的比例保持了 > 110個(gè)標(biāo)簽/秒的初始讀取率。標(biāo)簽讀取率上的這種改進(jìn)歸功于以下事實(shí)由于DAS優(yōu)化技術(shù)使零陷圍繞場(chǎng)移動(dòng)，因此利用該技術(shù)減少了各盤點(diǎn)回合內(nèi)的沖突數(shù)量，提高了讀取成功率。因此，任何時(shí)候都只有特定數(shù)量的標(biāo)簽處于活動(dòng)狀態(tài)。DAS優(yōu)化技術(shù)作用于正好位于計(jì)數(shù)之上的循環(huán)(因此要針對(duì)每個(gè)DAS設(shè)置組合對(duì)Q因子進(jìn)行調(diào)整)。這使得能夠利用標(biāo)簽的盤點(diǎn)位來防止重新讀取標(biāo)簽。圖29b示出了關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和優(yōu)化DAS RFID系統(tǒng)的RN16超時(shí)數(shù)與時(shí)間的曲線。RN16超時(shí)是由沖突和空槽造成的。它清楚地表明，與普通RFID系統(tǒng)相比，DAS RFID遭遇更少的沖突和空槽。為全面比較，針對(duì)DAS RFID和普通系統(tǒng)，分別在圖29c和29d中示出了接收的RN16數(shù)量和良好的EPC讀取數(shù)(標(biāo)簽成功讀取數(shù))。這些結(jié)果清楚表明，在工作性能可優(yōu)于普通RFID讀取器的DAS RFID中，能夠在標(biāo)簽總數(shù)較大的情況下獲得高且持續(xù)的標(biāo)簽流量?；赗1000動(dòng)態(tài)Q算法采用相位和頻率抖動(dòng)對(duì)讀取率/速度的提高也利用動(dòng)態(tài)Q算法對(duì)普通和優(yōu)化RFID系統(tǒng)實(shí)施盤點(diǎn)。如圖29e中所示，普通RFID系統(tǒng)呈現(xiàn)出71個(gè)標(biāo)簽/秒的標(biāo)簽讀取率，優(yōu)化DAS RFID提供84個(gè)標(biāo)簽/秒的讀取率。因此，在標(biāo)簽讀取速度上實(shí)現(xiàn)了 19%的提高。此外，利用DAS RFID系統(tǒng)，在全部標(biāo)簽中有更大的比例保持了> 140個(gè)標(biāo)簽/秒的初始讀取率。圖29f示出了關(guān)于普通RFID系統(tǒng)和優(yōu)化DAS RFID系統(tǒng)的RN16超時(shí)數(shù)與時(shí)間的曲線。它再次表明，與普通RFID系統(tǒng)相比，DAS RFID遭遇更少的沖突和空槽。針對(duì)DAS RFID和普通系統(tǒng)，分別在圖29g和29h中示出了接收的RN16數(shù)量和良好的EPC讀取的數(shù)量。這些結(jié)果再次表明，在DAS RFID系統(tǒng)中能夠獲得高且持續(xù)的標(biāo)簽流量。論證者表明，在DAS RFID系統(tǒng)中獲得提高的標(biāo)簽讀取率的同時(shí)，在全部標(biāo)簽中有更大的比例保持了初始的標(biāo)簽讀取率。這種改進(jìn)歸功于沖突數(shù)量的減少(動(dòng)態(tài)聚合的結(jié)果)和讀取成功率的改善(射頻覆蓋范圍提高的結(jié)果)。期望借助獲得更高集成度的針對(duì)讀取器的下次開發(fā)，并且通過按照讀取器協(xié)議配置標(biāo)簽以獲取最大數(shù)據(jù)率，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)想的> 1000個(gè)標(biāo)簽/秒的標(biāo)簽讀取率。更高的集成度將通過對(duì)R1000讀取器硬件進(jìn)行編輯以提供對(duì)各個(gè)讀取嘗試的指示(從而實(shí)現(xiàn)與盤點(diǎn)回合內(nèi)的各個(gè)讀取嘗試時(shí)的相位抖動(dòng)的完美同步)來實(shí)現(xiàn)。多天線分布式天線(DAS)系統(tǒng)我們已經(jīng)展示利用與頻率抖動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的天線分集能夠改善三天線DAS系統(tǒng)的無源RFID覆蓋范圍。因此存在形成利用6個(gè)三天線DAS形成六邊形結(jié)構(gòu)的多天線DAS系統(tǒng)的可能。如圖30中所示，將六邊形結(jié)構(gòu)形成為實(shí)現(xiàn)花紋狀單元。天線用藍(lán)色十字示出。利用簡(jiǎn)單的2射線模型來模擬RFID的衰減。如圖30中所示，按照5cm的網(wǎng)格間距計(jì)算從發(fā)射功率均為+30dBm的天線接收的信號(hào)功率。然后通過假設(shè)標(biāo)簽的閾值功率為_15dBm且該標(biāo)簽閾值功率為限制因素，利用它來確定在該位置上是否能夠讀取成功。通過使用天線分集和頻率抖動(dòng)技術(shù)能夠減小衰減的時(shí)間平均效應(yīng)。因此，可以形成多個(gè)六邊形單元，且由此相信讀取范圍可以擴(kuò)展至類似與無線局域網(wǎng)(WLAN)相當(dāng)?shù)闹?，于是可以借助公共基礎(chǔ)設(shè)施獲得無處不在的覆蓋范圍。預(yù)期在多天線DAS系統(tǒng)中需要讀取大量的標(biāo)簽。因此可以將六邊形結(jié)構(gòu)分割成6個(gè)具有3個(gè)天線的單元，并且搜索、確保其它單元處于不同的頻率抖動(dòng)上。這可以通過利用單個(gè)天線同時(shí)發(fā)射2個(gè)或更多頻率來實(shí)現(xiàn)。此外，如果標(biāo)簽密度較低，則可以同時(shí)掃描六邊形中的所有6個(gè)三角形。因此，通道管理將是處理高容量標(biāo)簽的關(guān)鍵。因此，可以將頻率重復(fù)使用、時(shí)間分集技術(shù)用于處理多天線DAS系統(tǒng)中的大量標(biāo)簽。應(yīng)注意到，本發(fā)明的實(shí)施 例不僅提高了無源UHF RFID的覆蓋范圍，還能夠?yàn)槿魏蜶F驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)提供改善的性能。多天線分布式天線(DAS)系統(tǒng)中的天線和極化切換已證實(shí)，通過抖動(dòng)相位和頻率能夠提高RFID的覆蓋范圍。然而，這種方法也可以與其它技術(shù)一同使用以進(jìn)一步提高覆蓋范圍，這些其它技術(shù)諸如是極化切換(即，在特定位置上切換Tx和Rx天線的(垂直或圓)極化)，或者切換用于Tx和Rx的天線。這歸功于以下事實(shí)由相位和頻率抖動(dòng)造成的形成建設(shè)性干涉的位置隨著天線極化和輻射圖而變化。多個(gè)天線上的頻率抖動(dòng)這涉及例如重復(fù)執(zhí)行標(biāo)簽讀取回合且隨后改變頻率的系統(tǒng)在從多個(gè)頻率中隨機(jī)選擇使用頻率的實(shí)施例中，頻率抖動(dòng)可以改變零陷的位置，從而將它們移離標(biāo)簽和促進(jìn)成功讀取。通過這種方式，一些實(shí)施例已經(jīng)能夠取得100%的讀取成功率(實(shí)際零誤差操作)，且由此提供改善的覆蓋區(qū)域。對(duì)照于在普通的切換式天線系統(tǒng)上使用頻率抖動(dòng)，如果在構(gòu)造成同時(shí)發(fā)射相同頻率的多個(gè)天線上使用頻率抖動(dòng)，可以進(jìn)一步提高覆蓋范圍。例如，圖31示出了兩天線多點(diǎn)傳送(DAS)系統(tǒng)和切換式雙天線系統(tǒng)的比較結(jié)果，其中天線間隔IOm放置。針對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)示出了 860MHz和900MHz時(shí)標(biāo)簽上接收的信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)，該信號(hào)強(qiáng)度為位置的函數(shù)；可以清楚地看到，在某些位置、特別是與兩個(gè)發(fā)射天線的距離大致相等的位置上，與切換式天線系統(tǒng)相比，多點(diǎn)傳送系統(tǒng)在標(biāo)簽位置上產(chǎn)生更強(qiáng)的頻率相關(guān)的RSSI。在某些位置上功率得到提高的同時(shí)，一些位置上接收的功率變小，但是這種效應(yīng)可以通過相位偏移(重復(fù)執(zhí)行標(biāo)簽讀取回合且隨后改變相位)來克服。圖32示出了當(dāng)頻率從860MHz抖動(dòng)至950MHz時(shí)的類似結(jié)果，并且記錄了最大的RSSI。形成這種效果的原因是改變多個(gè)天線(其同時(shí)實(shí)施發(fā)射)上的頻率導(dǎo)致來自多個(gè)天線的信號(hào)既形成建設(shè)性干涉，又形成破壞性干涉，并且在形成建設(shè)性干涉的區(qū)域中，信號(hào)水平被提高。因此，與切換式天線系統(tǒng)相比，在多點(diǎn)傳送天線系統(tǒng)上使用頻率抖動(dòng)(特別是與相位抖動(dòng)相結(jié)合時(shí))趨于在射頻識(shí)別(RFID)覆蓋范圍上表現(xiàn)出進(jìn)一步的改進(jìn)。利用多個(gè)標(biāo)簽收發(fā)機(jī)在多個(gè)天線上同時(shí)進(jìn)行頻率抖動(dòng)在同時(shí)發(fā)射射頻(RF)信號(hào)的多個(gè)天線上使用頻率抖動(dòng)、特別是從多個(gè)頻率中隨機(jī)選取頻率，可以改善RFID的覆蓋范圍。這歸功于以下事實(shí)改變多個(gè)天線(其同時(shí)實(shí)施發(fā)射)上的頻率導(dǎo)致來自多個(gè)天線的信號(hào)既形成建設(shè)性干涉，又形成破壞性干涉，并且在形成建設(shè)性干涉的區(qū)域中，信號(hào)水平被提高。因此，與切換式天線系統(tǒng)相比，在多點(diǎn)傳送天線系統(tǒng)上使用頻率抖動(dòng)(特別是與相位抖動(dòng)相結(jié)合時(shí))趨于在射頻識(shí)別(RFID)覆蓋范圍上表現(xiàn)出進(jìn)一步的改進(jìn)?，F(xiàn)在描述與順序頻率抖動(dòng)相比，多個(gè)天線上的同時(shí)頻率抖動(dòng)如何能夠在DAS RFID系統(tǒng)中提高標(biāo)簽讀取速度。這歸功于上述低誤差標(biāo)簽讀取系統(tǒng)是基于改變多個(gè)天線上的頻率和相位的。它利用多個(gè)發(fā)射頻率來抖動(dòng)零陷的位置。如果順序抖動(dòng)RFID信號(hào)的頻率，則需要多個(gè)標(biāo)簽盤點(diǎn)回合/循環(huán)(包括一組時(shí)間槽以讀取多個(gè)標(biāo)簽)。然而，如果并行發(fā)射多個(gè)頻率(即，同時(shí)頻率抖動(dòng))，則可以在更少的盤點(diǎn)回合/循環(huán)內(nèi)讀取所有標(biāo)簽。為了更快讀取RFID標(biāo)簽，我們?cè)谏鲜鯠AS RFID系統(tǒng)中并行實(shí)施盡可能多的抖動(dòng)操作。這種并行操作可以利用多個(gè)讀取器/收發(fā)機(jī)IC(通向多個(gè)RF前端)來實(shí)現(xiàn)，所述IC能夠?qū)崿F(xiàn)在各個(gè)AU上同時(shí)傳輸多個(gè)頻率，以及獨(dú)立處理各載波頻率上的返回標(biāo)簽信號(hào)。為改善標(biāo)簽讀取率，多個(gè)頻率以多點(diǎn)傳送的方式同時(shí)通過所有天線，使得頻率抖動(dòng)能夠同時(shí)進(jìn)行，而非順序進(jìn)行。這種類型的結(jié)構(gòu)對(duì)標(biāo)簽讀取速度/率具有很大影響，從而形成高速感測(cè)系統(tǒng)。在RFID系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)這種同時(shí)頻率抖動(dòng)，因?yàn)镽FID標(biāo)簽不被調(diào)諧成RFID頻帶中的特定頻率，因此，背散射的調(diào)制將同時(shí)在多個(gè)頻率上具有大致相同的效果。由于缺乏頻率選擇性，因此應(yīng)注意確保相同的讀取器對(duì)標(biāo)簽的命令同時(shí)經(jīng)由所有頻率和AU被發(fā)射，否則RFID性能會(huì)因?yàn)槎鄠€(gè)協(xié)議命令而降低。因此，我們已經(jīng)描述了用于通過經(jīng)由兩個(gè)或更多天線多點(diǎn)傳送信號(hào)以及操縱發(fā)射信號(hào)之間的相差和載波頻率來使RF驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)(諸如無源UHF RFID)的覆蓋范圍得到提高的方法和系統(tǒng)。優(yōu)選地，這些天線被放置在彼此的近場(chǎng)之外。

一些實(shí)施例利用RFID信號(hào)源從各個(gè)天線發(fā)射兩個(gè)或更多頻率且使它們之間的載波頻率以一定步階抖動(dòng)來大致消除零陷。一些實(shí)施例還利用兩個(gè)或更多天線之間的相移以及使它們之間的相位以一定步階抖動(dòng)來大致消除零陷。其它實(shí)施例通過操縱相差和載波頻率來大致消除零陷，其中相位在兩個(gè)天線之間以24°的步階在0°和360°之間變化，同時(shí)頻率以IMHz的步階從860MHz變化至960MHz。在使用兩個(gè)以上天線的情況下，可以進(jìn)行詳盡的檢索。這些方法/系統(tǒng)將從兩個(gè)或更多天線接收的信號(hào)合并，然后在基站對(duì)其進(jìn)行處理。優(yōu)選地，這些方法/系統(tǒng)對(duì)來自各個(gè)天線的信號(hào)應(yīng)用不同的增益，以優(yōu)化合并的接收的信號(hào)的SNR ;這可以是借助以IOdB或更小的步階在OdB和30dB之間改變各個(gè)天線單元(AU)的上行鏈路的增益的。一些實(shí)施例利用相位和功率分集提高無源UHF RFID和傳感器的覆蓋范圍。一些實(shí)施例還借助相位和功率分集改善RFID和傳感器系統(tǒng)的讀取范圍，以及/或者借助相位和功率分集改善RFID和傳感器系統(tǒng)的讀取速度/率，以及/或者借助從多個(gè)天線合并的RSS1、相位分集和功率分集改善RFID和傳感器系統(tǒng)的位置精度。在這些方法的一些優(yōu)選實(shí)施例中，通過同軸或光纖射頻傳輸技術(shù)來對(duì)天線進(jìn)行饋電。廣泛而言，我們已經(jīng)描述了這樣一些技術(shù)，其中在一些實(shí)施例中，利用頻率和相位抖動(dòng)使零陷在空間上動(dòng)態(tài)移動(dòng)，其總的時(shí)間平均效果是改善或基本消除了它們的不利影響。

毫無疑問，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖芏嗥渌行У母淖??？梢哉J(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例，并且包括落在所提交的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的、對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于讀取一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)，與所述RF發(fā)射機(jī)和所述RF接收機(jī)耦合以提供空間發(fā)射/接收信號(hào)分集的多個(gè)發(fā)射/接收天線，以及與至少所述RF接收機(jī)耦合的標(biāo)簽信號(hào)解碼器，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成將從所述天線接收的RF信號(hào)合并以提供合并的接收的RF信號(hào)，其中所述RF接收機(jī)將所述合并的接收的RF信號(hào)作為輸入；其中所述天線彼此之間的間隔足以使一個(gè)所述天線不落在另一所述天線的近場(chǎng)內(nèi)，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)，所述循環(huán)包括多個(gè)用于讀取所述標(biāo)簽的標(biāo)簽讀取回合，所述標(biāo)簽讀取回合包括從所述多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射RF標(biāo)簽探詢信號(hào)，以及從所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)處接收信號(hào)，所述標(biāo)簽讀取回合具有一組時(shí)間槽，在時(shí)間槽期間，所述標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射標(biāo)簽數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括用于由所述天線接收的標(biāo)簽ID，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間執(zhí)行以下操作中的一個(gè)或多個(gè)改變同時(shí)從所述多個(gè)天線發(fā)射的所述標(biāo)簽探詢信號(hào)的頻率，和改變從所述天線之一發(fā)射的所述RF標(biāo)簽探詢信號(hào)關(guān)于所述天線中的另一天線的相對(duì)相位。
2.如權(quán)利要求1所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)被構(gòu)造成重復(fù)執(zhí)行所述標(biāo)簽讀取回合，然后改變所述相對(duì)相位。
3.如權(quán)利要求1或2所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)被構(gòu)造成重復(fù)執(zhí)行所述標(biāo)簽讀取回合，然后改變所述頻率。
4.如權(quán)利要求2或3所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其進(jìn)一步被構(gòu)造成在所述重復(fù)之前，將所述時(shí)間槽的可用數(shù)量發(fā)送給所述標(biāo)簽。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其被構(gòu)造成在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間改變所述相對(duì)相位。
6.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其進(jìn)一步被構(gòu)造成在將所述接收的RF信號(hào)合并之前調(diào)節(jié)所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間來自所述天線中的一個(gè)或多個(gè)的所述發(fā)射的RF標(biāo)簽探詢信號(hào)的功率以及接收天線增益中的一個(gè)或兩個(gè)，以優(yōu)化所述合并的接收的RF信號(hào)。
7.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其具有至少三個(gè)所述天線。
8.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其中，所述RFID標(biāo)簽包括多個(gè)無源UHF RFID標(biāo)簽，其中所述天線彼此間隔至少I米、2米、5米、10米或20米。
9.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其還包括光纖射頻傳輸裝置，用于將所述RF信號(hào)傳入和/或傳出所述天線。
10.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其中，所述RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)為漏泄饋線系統(tǒng)，其中所述RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)分別包括RF漏泄饋線發(fā)射機(jī)和RF漏泄饋線接收機(jī)，其中所述發(fā)射/接收天線中的一個(gè)或多個(gè)包括漏泄饋線。
11.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間執(zhí)行所述標(biāo)簽探詢信號(hào)的極化上的改變。
12.如任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，其被構(gòu)造成在多個(gè)不同頻率上同時(shí)發(fā)射所述標(biāo)簽探詢信號(hào)。
13.一種用于讀取一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)的使用方法，該系統(tǒng)包括RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)，與所述RF發(fā)射機(jī)和所述RF接收機(jī)耦合以提供空間發(fā)射/接收信號(hào)分集的多個(gè)發(fā)射/接收天線，以及與至少所述RF接收機(jī)耦合的標(biāo)簽信號(hào)解碼器，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成將從所述天線接收的RF信號(hào)合并以提供合并的接收的RF信號(hào)，其中所述RF接收機(jī)將所述合并的接收的RF信號(hào)作為輸入；其中所述天線彼此之間的間隔足以使一個(gè)所述天線不落在另一所述天線的近場(chǎng)內(nèi)，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)，所述循環(huán)包括多個(gè)用于讀取所述標(biāo)簽的標(biāo)簽讀取回合，所述標(biāo)簽讀取回合包括從所述多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射RF標(biāo)簽探詢信號(hào)，以及從所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)處接收信號(hào)，所述標(biāo)簽讀取回合具有一組時(shí)間槽，在時(shí)間槽期間，所述標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射標(biāo)簽數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括用于由所述天線接收的標(biāo)簽ID，所述方法包括在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間改變以下參數(shù)的一個(gè)或兩個(gè)從所述天線之一發(fā)射的所述RF標(biāo)簽探詢信號(hào)關(guān)于所述天線中的另一天線的相對(duì)相位，以及同時(shí)從所述多個(gè)天線發(fā)射的所述標(biāo)簽探詢信號(hào)的頻率。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中使用漏泄饋線，其中所述RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)為漏泄饋線系統(tǒng)，其中所述RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)分別包括RF漏泄饋線發(fā)射機(jī)和RF漏泄饋線接收機(jī)，其中所述發(fā)射/接收天線包括與所述RF漏泄饋線發(fā)射機(jī)和所述RF漏泄饋線接收機(jī)耦合的漏泄饋線。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其還包括在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間改變所述RF標(biāo)簽探詢信號(hào)的極化。
16.如權(quán)利要求13、14或15所述的方法，其包括在多個(gè)不同頻率上同時(shí)發(fā)射所述標(biāo)簽探詢信號(hào)。
17.一種用于在如權(quán)利要求12或16所述的系統(tǒng)或方法中使用的標(biāo)簽探詢收發(fā)機(jī)，該標(biāo)簽探詢收發(fā)機(jī)包括多個(gè)收發(fā)機(jī)電路以用于同時(shí)操作，各電路被構(gòu)造成在不同頻率上實(shí)施發(fā)射，其中所述收發(fā)機(jī)電路中的每一個(gè)均與公共的天線接口耦聯(lián)。
18.如權(quán)利要求17所述的標(biāo)簽探詢收發(fā)機(jī)，其還包括收發(fā)機(jī)控制器，用于向所述收發(fā)機(jī)電路中的每一個(gè)施加頻率控制和相位控制中的一個(gè)或兩個(gè)。
19.一種載有處理器控制代碼的載體，所述代碼在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
描述了一種用于讀取一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽的RFID標(biāo)簽讀取系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括RF發(fā)射機(jī)和RF接收機(jī)，與所述RF發(fā)射機(jī)和所述RF接收機(jī)耦合以提供空間發(fā)射/接收信號(hào)分集的多個(gè)發(fā)射/接收天線，以及與至少所述RF接收機(jī)耦合的標(biāo)簽信號(hào)解碼器，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成將從所述天線接收的RF信號(hào)合并以提供合并的接收的RF信號(hào)，其中所述RF接收機(jī)將所述合并的接收的RF信號(hào)作為輸入；其中所述天線彼此之間的間隔足以使一個(gè)所述天線不落在另一所述天線的近場(chǎng)內(nèi)，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成執(zhí)行標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)，所述循環(huán)包括多個(gè)用于讀取所述標(biāo)簽的標(biāo)簽讀取回合，所述標(biāo)簽讀取回合包括從所述多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射一個(gè)或多個(gè)RF標(biāo)簽探詢信號(hào)，以及從所述標(biāo)簽的一個(gè)或多個(gè)處接收信號(hào)，所述標(biāo)簽讀取回合具有一組時(shí)間槽，在時(shí)間槽期間，所述標(biāo)簽?zāi)軌虬l(fā)射標(biāo)簽數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括用于由所述天線接收的標(biāo)簽ID，其中所述系統(tǒng)被構(gòu)造成在所述標(biāo)簽盤點(diǎn)循環(huán)期間執(zhí)行以下操作中的一個(gè)或多個(gè)改變同時(shí)從所述多個(gè)天線發(fā)射的所述標(biāo)簽探詢信號(hào)的頻率，和改變從所述天線之一發(fā)射的所述RF標(biāo)簽探詢信號(hào)關(guān)于所述天線中的另一天線的相對(duì)相位。
文檔編號(hào)H01Q3/22GK103069647SQ201180027986
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
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