CN102655436A - 通信处理装置以及通信处理装置的距离计测方法 - Google Patents

Abstract

提供通信处理装置以及通信处理装置的距离计测方法，在不破坏通信处理的效率的情况下高精度地计测离标签的距离。在交替进行发送重叠有指令的载波的处理和发送非调制载波(CW)来接收来自标签的响应的处理的通信处理装置中，发送控制部响应于开始接收来自标签的反射波，切换从收发电路发送的非调制载波的相位。收发电路包括将包含在来自标签中的反射波中的I信号及Q信号分离后检测的电路，相位检测部利用I信号及Q信号来检测反射波的相位的变化。距离计算部计测从非调制载波相位的切换时刻到在反射波的相位上检测到与非调制载波的相位变化相对应的变化的时刻为止的时间，利用该时间来计算从天线到标签的距离。

Description

通信处理装置以及通信处理装置的距离计测方法

技术领域

本发明涉及一种利用连续载波与RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)标签进行通信的通信处理装置，尤其涉及一种计测响应来自通信处理装置的指令的RFID标签(以下有时会简称“标签”)与通信处理装置之间的距离的技术。

背景技术

在RFID方式的通信处理装置中，通信处理装置交替进行如下的处理：其一是通过连续性地发送基于恒定频率的载波的同时调制该载波，来向标签发送指令的处理，其二是发送非调制载波(Continuous Wave，简称CW)来接收来自标签的响应的处理。接收到指令的标签，通过使自身电路的阻抗发生变化来对指令作出响应。通过该标签的响应动作，使得在非调制载波中重叠有针对指令的响应信号的信号(反射波)返回到通信处理装置，使得响应信号被解码。

在生产现场或物流现场等的RFID系统中，需要在预先设定的通信距离范围内与标签进行通信，但根据所使用的电波的波长，电波会到达超过所需距离的地点。并且，电波还会在现场的地板或墙壁等发生反射而引导至远处的标签。其结果，处于无需通信的地点的标签响应于指令而影响信息处理。其具体例见图5。

图5所示的例子表示，分别在并列的路径B1、B2的侧面配置通信处理装置的天线A1、A2，通过所述天线A1、A2，从在路径B1、B2行驶的车辆C上安装的标签T读取信息。在如图所示的例子中，只有与车辆C所在的路径B1对应的天线A1需要与标签T进行通信，但来自相邻路径B2的天线A2的电波也到达标签T，使得标签T响应来自天线A2的指令，因此存在读写错误信息的忧虑。

作为解决上述问题的方法，提出有根据来自标签的响应信号的强度来推测从天线到标签的距离的方法、利用从发送指令到接收来自标签的响应为止的时间长度来计测离标签的距离的方法(例如参照专利文献1、专利文献2)。

并且，还提出了如下的方法：依次发送频率不同的2组载波，按照各频率检测来自标签的反射波的相位变化量，并通过利用各变化量之差进行运算来计算出与标签的距离(参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4462149号公报

专利文献2：日本特开2008-232907号公报

专利文献3：日本专利第4265686号公报

发明内容

根据反射波的强度来推测与标签的距离的方法应用于标签的反射强度恒定，不易在地板或墙壁等发生电波反射的情况。但实际上，因标签的安装状态或指向性的偏差，导致标签的反射强度也存在偏差。并且，如果不设置如同电波吸收体一样的特殊设备，就很难防止来自地板或墙壁等的电波的反射。

在利用从发送指令到接收来自标签的响应为止的时间的长度来计算出到标签的距离的方法中，如果针对指令的标签侧的反应时间(从指令到达到响应开始的时间)不恒定，就很难保证计测精度。在被动式或半被动式标签中，由于上述反应时间不恒定，因而难以采用上述方法。

专利文献3所述的方法应用了如下原理：对标签发送的载波与来自标签的反射波之间发生与离标签的距离和载波的频率相对应的相位差。若要根据这种方法保证计测精度，就需要最大限度地增加两种载波间的频率之差，但由于电波法具有局限性，因而不能增加频率。并且，天线除了接收直接从标签返回到天线的反射波(直接波)之外，还接收从标签经由在地板或墙壁等发生的反射返回到天线的反射波，如果这些反射波的合成波的相位被检测出，反射波的相位变化量就无法准确表示到标签的距离。

由此，难以实际应用这种方法。就算能够实际应用，也由于需要多次进行通信处理，因而难以适用于移动的标签。

本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于，在不破坏通信处理的效率的情况下，高精度地计测离标签的距离。

本发明的通信处理装置，用于进行如下的处理：指令发送处理，通过对载波进行调制来发送针对RFID标签的指令，接收处理，一边发送非调制载波，一边接收针对该非调制载波的来自RFID标签的反射波，解码处理，根据接收到的反射波，对来自RFID标签的响应信号进行解码；其特征在于，上述通信处理装置具有：相位检测单元，其用于检测通过上述接收处理来接收到的反射波的相位，相位变更单元，其响应于在上述接收处理中开始接收反射波，使非调制载波的相位发生变化，距离计测单元，其对特定的时间进行计测，并利用计测得到的特定的时间，来对离返回了上述反射波的RFID标签的距离进行测定，该特定的时间是指，从上述非调制载波的相位发生了变化的时刻到上述相位检测单元所检测的反射波的相位发生了与上述非调制载波的相位变化相对应的变化的时刻为止的时间。

根据上述结构，在接收指令之后为了接收来自标签的响应而发送非调制载波的期间内，响应于来自标签的反射波到达通信处理装置，变更非调制载波的相位。并且计测变更相位的时刻到检测到在从标签接收的反射波发生相同的相位变化为止的时间。由于能够根据该计测时间计算出电波在通信处理装置与标签之间的往复时间，因而能够高精度地计测离标签的距离。

在上述通信处理装置的一实施方式中，相位变更单元响应于解码处理中检测出了响应信号中的前同步信号，改变非调制载波的相位。由于响应信号中的前同步信号具有“1”以及“0”的比特信号排列成恒定图案的结构，因而能够通过检测该图案容易地判别出开始接收反射波的情况，并能够切换相位。并且能够防止误将在地板或墙壁等反射而返回到通信处理装置的噪声反射波识别成来自标签的反射波。

在再一实施方式中，相位变更单元响应于上述解码处理中检测出了响应信号中的前同步信号，改变非调制载波的相位，相位检测单元对在能够检测到前同步信号的期间所发送的反射波的相位的变化进行检测。

根据该实施方式，由于能够在接收包含排列成恒定图案的信号的反射波的期间结束计测距离的处理，因而能够在一周期的通信处理期间准确地计测距离。

另一实施方式的通信处理装置，还具有判别单元，还具有判别单元，该判别单元根据距离计测单元所计测的距离，来判别反射了反射波的RFID标签是否适合作为通信对象。如此一来，能够容易地只采用来自处于预先设定的距离范围内的标签的响应信号，并能够防止进行错误的信息处理。

本发明的通信处理装置的优选方式是针对RFID标签读取以及写入信息的RFID读写器，但不局限于此，也可以是只进行信息读取的RFID阅读器。

本发明的距离计测方法，利用通信处理装置来执行，该通信处理装置用于进行如下的处理：指令发送处理，通过对载波进行调制来发送针对RFID标签的指令，接收处理，一边发送非调制载波，一边接收针对该非调制载波的来自RFID标签的反射波，解码处理，对接收到的反射波所包含的来自RFID标签的响应信号进行解码。该方法的特征在于，响应于在接收处理中开始接收反射波，使非调制载波的相位发生变化，然后，一边检测反射波的相位，一边计测到该相位发生了与非调制载波的相位的变化相对应的变化的时刻为止的时间，并利用计测得到的时间来对离返回了反射波的RFID标签的距离进行计测。

根据本发明，响应于开始接收针对指令的来自RFID标签的反射波，使非调制载波的相位发生变化，利用从发生该变化的时刻到在反射波发生相同的相位变化的时刻为止的时间的长度来计测离标签的距离，因而能够在不对针对指令的标签的反应时间、反射强度的偏差造成影响的情况下计测距离。并且在地板等反射的电波而能够与处于所需距离以上地点的标签进行通信的情况下，由于计测时间的增加量与途中的反射量相对应，因而距离的计测值也变成更大的值，并能够在不易受到来自地板的反射的影响的情况下进行计测。

附图说明

图1是表示要适用本发明的读写器的结构的框图。

图2是表示通信处理的流程的时序图。

图3是表示非调制载波(CW)以及反射波的相位变化与要根据这种变化计测的时间T之间的关系的时序图。

图4是表示通信处理装置的控制部的处理顺序的流程图。

图5是表示错误的通信处理的例子的说明图。

具体实施方式

图1表示作为要适用本发明的通信处理装置的一例的读写器的结构。

本实施例的读写器1利用UHF(Ultra High Frequency，特高频)波段的电波与被动式或半被动式RFID标签2进行通信，来进行从该标签2读取信息或向标签2写入信息的处理，具有包含天线10的收发电路100和控制该收发电路的动作的控制部110。此外，所要使用的电波不局限于UHF波段，还能够使用其他波段的电波。

收发电路100除了包括天线10之外，还包括循环器11、振荡器12、调制电路13、分配器14、15、混频器16A、16B、90度相位器17、放大器18A、18B、A/D转换器19A、19B等。控制部110的实体是现场可编程门阵列(FPGA)，设置发送控制部111、相位检测部112、距离计算部113、解码处理部114、输出处理部115的各功能。

并且，未然未在图1中示出，但在该读写器1中还设置针对未图示的主设备的接口电路。控制部110根据从主设备发送的指示与标签进行通信处理，并将其处理结果发送到主设备。

从振荡器12输出作为基波的频率信号。调制电路13从发送控制部111接收数据信号，并根据该数据信号对连续载波进行调制。调制后的信号经由循环器11到达天线10，并作为电磁波发送。

发生实质性调制是在发送指令的期间，在接收来自标签2的响应的期间，发送非调制载波CW(以下，称为“非调制载波”)。

并且，调制电路13中含有用于错开载波相位的相位切换电路。该电路响应来自发送控制部111的相位切换指令进行动作，由此切换载波的相位。在该实施例中，由正交调制器形成调制电路13，并将载波的相位错开90度，但调制电路13的结构不局限于此。

由天线10从标签2接收到的反射波经由循环器11引导至分配器15，并分配到各混频器16A、16B。并且通过另一方的分配器14分配来自振荡器12的振荡信号，所分配的一方的信号直接输入到混频器16A，另一方的信号经由90度相位器17输入到混频器16B。由此从混频器16A输出包含在反射波中的I信号，从混频器16B输出包含在反射波中的Q信号。I信号以及Q信号分别经放大器18A、18B放大之后通过A/D转换电路19A、19B进行数字转换而输入到控制部110。

输入到控制部110的I信号以及Q信号由相位检测部112以及解码处理部114进行处理。

相位检测部112利用I信号和Q信号来检测反射波的相位变化。该检测处理例如通过求出Q信号相对于I信号的强度比率Q/I的运算处理和将每次的运算结果与前一次的运算结果进行比较的处理来进行。

解码处理部114将I信号以及Q信号作为IQ平面上的向量，求出它们的合成向量的长度，并根据该长度的时间序列变化对将包含在反射波中的来自标签的响应信号进行解码。

发送控制部111在输出构成指令的数据信号之后，发送连续载波。进而，发送控制部111响应于解码处理部114开始对响应信号进行解码，向调制电路13输出相位切换指令。通过所述处理，从天线10发送的电磁波从重叠有指令的载波转移到非调制载波(CW)，进而转移到相位错开90度的非调制载波。

距离计算部113响应于输出相位切换指令，开始进行计时处理，计测直到通过相位检测部112检测出在反射波的相位发生与非调制载波的情况相同的变化为止的时间。并且利用所计测的时间进行后述的运算，从而计算出从天线10到标签2的距离。

输出处理部115将通过距离计算部113计算出的距离与预先从主设备发送的基准距离进行比较，将来自计算出的距离在基准距离以内的标签的响应信号发送到主设备。在通过距离计算部113计算出的距离大于基准距离的情况下，解码处理部114判别通信中的标签不适合作为通信对象，而中止解码处理。

下面，将以计测从天线10到标签2的距离的方法为主，对通过读写器1进行的通信处理进行详细说明。

首先，图2沿着时间轴示出了上述读写器1与标签2之间进行的通信处理的流程。在本实施例中，根据EPCglobal C1 Gen2标准，在读写器1交替产生如下的期间：其一是发送重叠有指令的载波的期间，其二是发送非调制载波(CW)的同时接收来自标签2的响应的期间。用于计测离标签2的距离的处理也在发送非调制载波的期间内进行。

参照图2对通信处理的具体流程进行说明。首先，读写器1向包含在能够通信的范围内的所有标签2发送检测用指令(询问指令)(图2的(a))。在接收到该指令的标签2生成随机数，并将该随机数发送到读写器1(图2的(b))。接收到随机数的读写器1根据该接收数量识别能够通信的标签的数量，之后按照各标签依次进行如下的处理：根据接收到的随机数确定通信对象来发送请求读取信息的指令(Ack(Acknowledgement，确认字符)指令)的处理和接收针对该指令的来自标签的响应信号的处理(图2的(c)(d))。并且，在接收针对该确认字符指令的响应信号的期间，进行切换非调制载波相位的处理以及计测距离的处理(图2的(e))。

图3示意性地表示非调制载波的相位与来自标签2的反射波的相位的关系。

假设当初发送的非调制载波(与来自振荡器12的频率信号同步)的相位为0度时，切换相位之后的非调制载波的相位为90度。

针对从天线10发送的非调制载波的来自标签2的反射波在发送后经过预定时间后返回到天线10，此时的反射波中存在与从天线10到标签2为止的距离和非调制载波的频率对应的相位的偏差。在这里，将偏差量设为φ。

由于非调制载波的频率恒定，因而假设标签2的位置几乎不变时，切换非调制载波的相位之后的反射波的相位的偏差量也仍然是φ。针对0度相位的非调制载波的反射波与针对90度相位的非调制载波的反射波之间的相位差也是约90度。

在本实施例中，利用上述现象，响应于开始接收来自标签2的反射波，将非调制载波的相位从0度切换为90度。通过由解码处理部114检测出响应信号的最前列的前同步信号，来判别为开始接收反射波。由此在本实施例中，响应于检测出前同步信号的最前列的几比特，切换非调制载波的相位，并计测从该切换时刻到在反射波的相位发生接近90度变化的时刻为止的时间T。

如上所述，响应于标签2开始响应指令而产生的反射波到达读写器1，迅速进行计时处理，并在针对非调制载波相位的切换部分的来自标签2的反射波到达读写器1的时刻结束计时处理，因而能够计测不包括标签2从接收指令到响应为止所需的延迟时间在内的时间。预期所计测的时间T中包含由读写器1的电路特性导致的延迟时间T0和电波在天线与标签之间往复的时间T1，但延迟时间T0是能够根据控制部110与天线10之间的信号的传输速度、信号线的长度等算出的固定时间。

由此，本实施例的控制部110中注册有预先求出的延迟时间T0，在距离计算部113利用注册的时间T0和所计测的时间T进行以下运算式，从而导出从天线10到标签2为止的距离R：

R＝c·(T-T0)/2(c是光速)

在本实施例中，由于响应于根据由天线10接收到的信号开始对响应信号的最前列部分的前同步信号进行解码，直接切换非调制载波的相位，因而在大部分情况下，能够在前同步信号的解码结束为止的期间，检测反射波的相位变化来计算出距离R。

在前同步信号中，由于“1”以及“0”的信号排列成了特定图案，因而能够准确地检测出开始接收反射波的情况。并且在检测相位变化的处理中，能够利用根据在“1”被解码的时机得到的I信号以及Q信号检测出的相位，来提高检测的准确性。

但是，切换非调制载波相位的时机不局限于前同步信号被检测出的期间，还能够在前同步信号后的响应信号的具体内容被检测出的期间切换相位。并且，切换前的非调制载波与切换后的非调制载波之间的相位差不局限于90度，只要能够利用I信号以及Q信号检测出来自标签2的反射波的相位变化，相位差就能够采用任意的角度。

图4表示为了进行图2以及图3所示的处理而在读写器1的控制部110进行的一系列处理的流程。

首先，在步骤S1中，进行发送询问指令以及接收来自标签2的响应后进行解码的处理，来检测出能够通信的标签2。

之后，按照对各检测出的标签2进行步骤S2之后的处理。

首先，在步骤S2中发送确认字符指令，然后在步骤S3中开始进行非调制载波的发送以及解码处理。之后，直到在解码处理中开始对响应信号的前同步信号进行解码为止待机(步骤S4)。

开始对前同步信号进行解码(步骤S4为“是”)时，一边将非调制载波的相位从0度切换成90度，一边开始进行计时处理(步骤S5)。之后，一边利用将在前同步信号中的“1”的信号被解码的时机得到的I信号以及Q信号来检测反射波的相位，一边直到在其相位发生约90度的变化为止待机(步骤S6)。

判别为发生了上述变化时(步骤S6为“是”)，利用发生其变化的时刻为止的计时时间T来进行上述运算式[R＝c·(T-T0)/2]，从而计算出从天线10到标签2为止的距离R(步骤S7)。

接着，将计算出的距离R和基准距离R0进行比较，如果R≤R0(步骤S8为“是”)，则继续进行解码处理来对所有响应信号进行解码(步骤S9)。进而，将解码后的响应信号与距离R一同发送到主设备(步骤S10)。另一方面，如果R＞R0(步骤S8为“否”)，则前进到步骤S11中止解码处理。

之后，通过进行相同的处理，来只对来自距离R在基准距离R0以内的标签的响应信号进行解码，并与距离R一同发送到主设备。针对是否结束对所有标签的处理这一情况在步骤S12为“是”时，结束处理。

此外，非调制载波相位的切换在响应信号的解码结束或中止之后解除，针对下一个标签的确认字符指令通过0度相位的载波发送。并且，还能够重新对进行了步骤S9、步骤S10处理的标签发送另一指令来接收响应，但在这种情况下，不需要重新进行用于计算出距离R的处理(步骤S4～步骤S8)。

如上所述，本实施例的计测时间T中不包含由针对指令的标签2的反应时间导致的延迟时间，能够高精度地求出电波在天线10与标签2之间往复时所需的时间来求出距离R。并且，除了在标签2反射后直接返回到天线10的反射波(直接波)之外，从标签2经由在地板等发生的反射返回到天线10的反射波也能够到达天线10，但前者相比后者更准确地提前到达天线10。因此，响应于开始接收来自标签2的反射波，变更非调制载波的相位，并检测在之后的反射波最初发生的相位变化，从而能够容易地检测出相对于刚变更完相位之后的非调制载波的直接波的到达。由此，来自地板等的反射波不影响通过上述实施例计算出的距离R，能够高精度地求出从天线10到标签2为止的距离。

并且，由于一边对来自标签2的响应信号进行解码，一边计测距离R，因而能够在通常的通信处理的周期内结束距离的计测的同时取得标签2的信息。由此，即使与移动的标签2进行通信，也不存在发生障碍的忧虑。并且，对距离R大于基准距离R0的标签中止响应信号的解码，因而能够高效率地进行处理，并能够防止不必要信息发送到主设备。并且，与解码后的响应信号一同将距离R的计算结果发送到主设备，因而在主设备中，能够一边识别标签2的信息，一边识别该标签2与天线10之间的距离。

但是，用读写器1甄选来自标签2的响应信号的过程不是必经过程。也可以是无论距离R的值如何，都对来自通信对象的所有标签2的响应信号进行解码，并将各响应信号与距离R一同发送到主设备。或者进行到比较距离R和基准距离R0为止的处理，并将来自各标签的响应信号和表示距离的比较结果的数据建立对应关系后发送到主设备。如此一来，能够在主设备容易地甄选出响应信号。

并且在上述实施例中，使非调制载波的相位发生了90度变化，但该变化量不局限于90度，能够设定成其他角度。在这种情况下，能够通过计测从切换非调制载波相位的时刻到在反射波发生与在非调制载波的相位变化对应的变化的时刻为止的时间，来高精度地求出距离R。

Claims (5)

1.一种通信处理装置，

用于进行如下的处理：

指令发送处理，通过对载波进行调制来发送针对RFID标签的指令，

接收处理，一边发送非调制载波，一边接收针对该非调制载波的来自RFID标签的反射波，

解码处理，根据接收到的反射波，对来自RFID标签的响应信号进行解码；

其特征在于，上述通信处理装置具有：

相位检测单元，其用于检测通过上述接收处理来接收到的反射波的相位，

相位变更单元，其响应于在上述接收处理中开始接收反射波，使非调制载波的相位发生变化，

距离计测单元，其对特定的时间进行计测，并利用计测得到的特定的时间，来对离返回了上述反射波的RFID标签的距离进行测定，该特定的时间是指，从上述非调制载波的相位发生了变化的时刻到上述相位检测单元所检测的反射波的相位发生了与上述非调制载波的相位变化相对应的变化的时刻为止的时间。

2.根据权利要求1所述的通信处理装置，其特征在于，上述相位变更单元响应于上述解码处理中检测出了响应信号中的前同步信号，改变非调制载波的相位。

3.根据权利要求1所述的通信处理装置，其特征在于，

上述相位变更单元响应于上述解码处理中检测出了响应信号中的前同步信号，改变非调制载波的相位，

上述相位检测单元对在能够检测到前同步信号的期间所发送的反射波的相位的变化进行检测。

4.根据权利要求1所述的通信处理装置，其特征在于，还具有判别单元，该判别单元根据上述距离计测单元所计测的距离，来判别反射上述反射波的RFID标签是否适合作为通信对象。

5.一种距离计测方法，利用通信处理装置来执行，

该通信处理装置用于进行如下的处理：

指令发送处理，通过对载波进行调制来发送针对RFID标签的指令，

接收处理，一边发送非调制载波，一边接收针对该非调制载波的来自RFID标签的反射波，

解码处理，对接收到的反射波所包含的来自RFID标签的响应信号进行解码；

其特征在于，

响应于在上述接收处理中开始接收反射波，使非调制载波的相位发生变化，然后，一边检测反射波的相位，一边计测到该相位发生了与上述非调制载波的相位的变化相对应的变化的时刻为止的时间，并利用计测得到的时间来对离返回了上述反射波的RFID标签的距离进行计测。

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