CN104067291B - 向无线通信系统中的至少一个移动部件、尤其是rfid系统的rfid标签供能的方法和系统 - Google Patents

向无线通信系统中的至少一个移动部件、尤其是rfid系统的rfid标签供能的方法和系统 Download PDF

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Abstract

用于向无线通信系统中的至少一个移动部件、尤其是RFID系统的RFID标签供能的方法和系统。在用于向具有两个或更多个基站(12，13，14，15，16，17，18)的无线通信系统中的至少一个移动部件(20)供能的方法中，借助所述基站(12，13，14，15，16，17，18)中的至少两个基站发射相干电磁波(25)。在无线通信系统(10)的基站(12，13，14，15，16，17，18)的系统中，所述基站(12，13，14，15，16，17，18)中的至少两个基站被构造用于发射相干电磁波(25)。

Description

向无线通信系统中的至少一个移动部件、尤其是RFID系统的 RFID标签供能的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种向无线通信系统中的至少一个移动部件供能的方法和一种无线通信系统的基站的系统。
背景技术
在通信系统中已知，通过无线电场向各个移动部件供能。一个示例是无源RFID系统，其移动部件——即所谓的RFID标签、尤其是具有RFID发射应答器的RFID芯片——通过无线电场获取能量并且因此只要无线电场充足地提供能量就可以无需继续输送能量地使内部计算器运行一段时间。如果出现这种情况，标签可以发射例如应答信号，所述应答信号可以由基站或相应的读取设备接收。为了在没有足够的无线电场强度的情况下也能得到应答信号和提高作用距离，使用具有例如电池形式的自有电源的有源标签。
发明内容
本发明的任务是，提出一种用于向无线通信系统中的至少一个移动部件供能的改进的方法和改进的系统。
本发明的任务通过具有在权利要求1中所说明的特征的方法以及在权利要求10中所说明的特征的系统解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求、以下的说明和附图中进行说明。
本发明方法用于向至少一个移动部件供能。为此在具有两个或更多个基站的无线通信系统中执行所述方法。在本发明方法中借助所述基站中的至少两个基站发射相干电磁波。
在本发明方法中特别重要的是，基站以相干电磁波的形式——也即利用不同基站所发射电磁波相互的固定相位关系——发射其能量。
与只有一个基站的系统相比，按照本发明可以这样使用所述固定的相位关系，使得在空间中的特定位置处导致在那里可测量的电磁无线电场强度的提高。
如果各个基站的电磁波以相同的(或接近相同的)相位关系(即具有相同的或接近相同的相位)到达这样的位置(电磁波的建设性的叠加)，则恰好在该位置处出现提高。优选地，这样的位置是移动部件的位置。尤其是在本发明意义下接近相同的相位可以理解为这样的相位，在所述相位情况下波以彼此之间的相对相移到达这样的位置，尤其是移动部件的位置，所述相对相移小于电磁波波长的八分之一，优选小于十六分之一和在理想情况下小于三十二分之一。适当地，为了对尤其是无源电子设备形式的移动部件的最优供能，这样调整各个基站的发射相位，使得准确地在移动部件所处的空间点中发生抵达的电磁波的建设性的叠加。
在本发明方法中这可以优选借助对传播时间相位的认识来进行。基于该认识，发送相位优选以基站与移动部件之间的不同无线电信道或传输路程的传播时间相位偏移被来回调整，使得信号以相同的相位到达移动部件。
通过这种方式可能的是，与只有一个基站的系统相比，在移动部件的相应位置处的无线电场强度可以被提高。因为无线电场强度与位置相关，因此对准确的移动部件位置的认识是值得期待的。
因此，本发明尤其是同时使用特定系统特性的结合，即移动部件的供能以及移动部件的定位的结合，而且此外适宜地使用移动部件的位置跟踪(Tracking)。
优选地在本发明方法中，对由至少两个基站分别发射的电磁波的相位这样调节，使得电磁波同相位地到达移动站的位置。为此适当地，在基站位置处分别如此选择电磁波的相应的起始相位(在本申请范围内也称作发射相位)，使得对在相同起始相位的情况下从电磁波的不同传播时间中得出的不同相位进行补偿。适宜地在本发明系统中，所述基站被构造用于尤其是与时间有关地分别调整电磁波的相位。
对电磁波的传播时间相位的认识使得能够同时定位或确定移动部件的位置。为此可以使用不同的算法，这些算法部分地从已有的定位系统中已知。从中因此还得出这样的可能性，即适应性地执行基站的相位设置，以便也因此保证已经移动的移动部件的供能。
在本发明方法的一个特别优选的改进方案中，此外借助所述基站中的两个基站或至少两个基站接收由移动部件发射的信号并且对所接收信号的一个或多个相位信息进行分析。所述相位信息用于对移动部件进行定位或位置跟踪并且也可以被用于通过相应地跟踪基站的发射相位来优化移动部件的供能。
同样可以使用大量的其他不同的已知的无线电定位系统或方法，其中可以从基站与移动部件之间的波传播的不同的可测量的参量中获取移动部件的位置信息。这样的参量适当地可以是：
-在移动部件位置处的接收场强度和/或
-在每一个基站与移动部件之间的信号传播时间和/或
-传播时间差和/或
-由移动部件所发射的和到达基站的信号的一个或多个角度信息。
适宜地在本发明方法中，通过多个分布在空间中的基站/天线发射相同功率的电磁波并且通过它们接收由移动部件发射的电磁波。这通过相干方式进行并且利用可调整的相位关系执行。为了避免基站相互之间的干扰，在本发明的一个改进方案中规定对全部基站进行控制，使得由一个基站对移动部件的询问不会被解释为冲突或来自另一个基站的干扰信号。适宜地可以只利用一个基站的单义标识来进行对移动部件的询问。
在本发明方法中可以通过不同的方式进行相位的确定和调整。例如在由于无线电场强度过小而不能识别移动部件的情况下可以通过试验和错误来执行对各个基站的相位设置。在此所述相位被迭代地优化，使得由移动部件接收的无线电场强度被最大化。可以使用移动部件处的应答信号作为指示符。
如果在移动部件处已经存在足够大的无线电场强度，则在本发明方法中在移动部件的位置在时间上发生变化的情况下借助移动模型来估计相位确定。基于这样的移动模型(例如移动部件相当均匀地移动)可以推论出优化的相位的相应均匀的时间上的发展。相应的数学调节方法对此是已知的(尤其是卡尔曼滤波器)。
在本发明方法中同样可以考虑使用多个移动部件。为此可以在时分复用方法中在不同组的最佳相位系数之间进行转换并且可以因此分别针对给定的位置选择最佳系数。由此可以利用多个移动部件实施本发明方法。
本发明方法的特别优选的改进方案在于，为了确定最佳相位系数移动部件在其侧发射无线电信号。然后基于无线电信道的相互性可以将由基站测量的接收信号的相位信息换算成最佳的发射相位。可以将本发明方法的该改进方案用于在一个或少数几个读取循环内确定最佳的相位系数。
在本发明方法中可以从对相位系数的认识中推断出移动部件的位置。为此在本发明方法中基站被适宜地布置成一组或多组，它们的接收信号通过算法彼此联结。理想地，基站以彼此尤其是小于电磁波的波长的间距沿着直线布置。在这种条件下可以诸如从由移动部件接收的信号的相位差中推算出移动部件偏离所述基站的直线的角度。相应的方法以词条“数字波束形成(Digital Beamforming)”或“数字波束摆动”已知。
除了“数字波束摆动”也可以考虑“模拟波束摆动”，其是借助强集束的辐射特性、尤其是分别由基站的天线射出的天线波瓣实现的。这样的天线波瓣可以根据天线组内的各个天线的相位设置在不同的方向上摆动。通过将多个基站的天线连接在一起所生成的较高的天线增益在优选的空间方向上同样造成提高的无线电场强度。
此外可能的是，也可以从由移动部件接收的信号的接收场强度中推断出移动部件的位置。相应的算法是本身已知的并且是背景技术。
此外，以足够数量的基站为前提，即使在基站的相当一般的布置的情况下也可以总体上从基站的相位中推断出移动部件的位置。
也可以借助追踪算法从对应的相位和接收场强度的时间变化曲线来实现位置估计的改善。由此可以检测移动部件的移动并适应性地调节基站的相位设置。
本发明系统是无线通信系统的基站的系统。在本发明系统中，所述基站中的至少两个基站被构造用于发射相干电磁波。
适宜地，本发明系统被构造用于实施如前所述的方法。
为了实现供能和与此相关的作用距离提高以及定位和位置跟踪的可能性，基站被借助本发明方法同步地运行。相应的用于操控基站的控制单元优选是本发明系统的组成部分。
适当地，本发明的基站的系统被构造用于按照如上所述的本发明方法执行时分复用方法。
特别优选地，为了向RFID系统形式的无线通信系统中的RFID标签形式的移动部件供能执行本发明方法。在本发明的一个优选的改进方案中，本发明系统是RFID系统。
附图说明
下面借助在附图中示出的实施例对本发明进行更详细的阐述。其中：
图1以原理图的俯视图示出在向移动部件发射电磁波期间用于执行本发明方法的本发明的基站的系统，
图2以原理图的俯视图示出在通过移动部件接收电磁波期间按照图1的本发明系统，
图3以原理图的俯视图示出用于执行本发明方法的本发明的基站的系统的另一实施例，所述系统具有一组沿着直线布置的基站，
图4以原理图的俯视图示出用于执行本发明方法的本发明的基站的系统的另一实施例，其中示出了所发射的电磁波的相位关系。
具体实施方式
在图1中示出的本发明无线通信系统10包括多个基站12，13，14，15，16，17，18。基站12，13，14，15，16，17，18借助用于向移动部件20供能的天线19同时发射电磁波25。电磁波25借助天线21被移动部件20接收。
在所示的实施例中，基站12，13，14，15，16，17，18分别利用相同的功率和通过相干方法——即利用相互分别预先给定的相位——发射电磁波25。为了避免基站12，13，14，15，16，17，18相互之间干扰，为全部的基站12，13，14，15，16，17，18设置控制和分析装置(在图1中没有明确示出)，使得由基站12，13，14，15，16，17，18中的一个基站对移动部件20的询问不被理解为冲突信号或来自基站12，13，14，15，16，17，18中的另一个基站的干扰信号。在所示的实施例中，对移动部件20的询问利用基站12，13，14，15，16，17，18中每一个基站的单义标识来进行。
由基站12，13，14，15，16，17，18所发射的电磁波25相互之间的相对相位是以这样的方式选择：电磁波25在移动部件20的位置处建设性地叠加。在移动部件20位置处因此高度集中的无线电场能量利用移动部件20的天线21接收并且在所述移动部件中被转换成电能。所述电能可用于移动部件20的运行。
该原理附加地根据图4根据分别由基站所发射的电磁波25的相位关系的图示来说明(尽管按照图4的基站布置与按照图1的基站布置有差别，在图4中示出的原理也可以转用到按照图1的实施例上以及以相应的方式转用到全部其余被阐述的实施例上)：在图4中所示的基站101，102，103，104，105向移动部件20发射相干电磁波25。电磁波25借助基站101，102，103，104，105分别利用自己的发射相位Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5被发射。由于基站101，102，103，104，105与移动部件20之间的距离不同，各个基站101，102，103，104，105的电磁波25分别具有到移动部件20的不同的传播时间τ1，τ2，τ3，τ4，τ5。这样选择发射相位Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5，使得电磁波25以相同的相位到达移动部件20。通过这种方法电磁波25在移动部件20处建设性地叠加成特别强的总电场。
在图1中所示的实施例中，由基站12，13，14，15，16，17，18发射的电磁波25的相对相位被这样确定，使得移动部件20发射无线电信号30(图2)。所述无线电信号30被基站12，13，14，15，16，17，18接收。借助控制和分析装置相互确定由基站12，13，14，15，16，17，18分别所接收的电磁波25在每一个基站12，13，14，15，16，17，18位置处的相位。根据这样确定的相位确定适当的发射相位(参照图4)。这样的确定被一次性地或在时间上重复地执行。
在图3中所示的实施例与图1和2中所示的实施例相对应。但是附加地，在借助根据图3的系统执行所述方法时从对相位系数的认识推断出移动部件20的位置。为此目的，一组40基站近邻地——即分别最近的相邻基站之间的间距小于电磁波25的波长地——沿着一条直线布置。由该组40基站接收的接收信号通过算法彼此联结。以本身(例如从“数字波束形成”或“数字波束摆动”技术)已知的方式从由移动部件20所接收信号的相位差中推论出朝向移动部件20的方向与该组40基站所沿着的直线合围成的角度。
除了“数字波束摆动”在其他的实施例中也可以使用“模拟波束摆动”，该“模拟波束摆动”导致由基站组的天线所辐射的电磁波的强集束波瓣。所述波瓣可以根据基站组内的各个天线19的相位位置以不同的方向摆动。通过将基站组40的天线连接在一起而产生的较高的天线增益在优选的空间方向上同样造成提高的无线电场强度。
在其他没有单独示出的、但是此外与所示的实施例相对应的实施例中，附加地从由移动部件20所接收的信号的接收场强度中推断出移动部件20的位置和/或地点。为此所需的算法本身是已知的。
此外，以足够数量的基站为前提，即便在与基站12，13，14，15，16，17，18的地点相关的非常一般的条件下，可以总体上从基站12，13，14，15，16，17，18的相位中推断出移动部件的位置。
从相应的发射相位Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5和/或接收相位的时间变化曲线以及接收场强度中也可以借助追踪算法来实现对位置估计的改善。由此可以检测移动部件的移动和适应性地调节基站12，13，14，15，16，17，18的相位。
在另一个没有专门示出的、但是此外与所示实施例相对应的实施例中，向多个移动部件供能。为此，在时分复用方法中在不同组的最佳相位系数之间转换并且因此分别针对每一个移动部件的位置选择和调整最佳系数。由此在该实施例中以有多用户能力的方式实施基站的系统。
例如在所阐述的实施例中，移动部件20是RFID标签并且基站12，13，14，15，16，17，18，101，102，103，104，105是RFID系统的基站。在其他的实施例中，移动部件20是另外的移动部件并且基站12，13，14，15，16，17，18，101，102，103，104，105形成另外的以无线电为基础的通信系统。

Claims (11)

1.向具有两个或更多个基站(12,13,14,15,16,17,18)的无线通信系统(10)中的至少一个移动部件(20)供能的方法，其中借助所述基站(12,13,14,15,16,17,18)中的至少两个基站发射相干电磁波(25)，
其中对两个或更多个相干发射的电磁波(25)之间的一个或多个相对发射相位(Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5)进行调整，
其中检测在借助所述基站(12,13,14,15,16,17,18)中的至少两个基站以相干方式向移动部件(20)发射的电磁波(25)之间的一个或多个传播时间相位，并且该一个或多个传播时间相位被用于选择和/或调整所述一个或多个发射相位(Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5)，
以及/或者
借助移动部件(20)发射至少一个信号(30)，所述信号被所述基站(12,13,14,15,16,17,18)中的至少两个基站接收，并且其中检测由所述至少两个基站(12,13,14,15,16,17,18)所接收的信号(30)的一个或多个传播时间相位，并且该一个或多个传播时间相位被用于选择和/或调整所述一个或多个发射相位(Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5)，
以及/或者
检测移动部件(20)的位置和/或移动状态，并且根据所检测的位置来选择和/或改变和/或匹配所述一个或多个发射相位(Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中相干发射的电磁波(25)在至少一个移动部件(20)位置处的电场的能量被用于对该移动部件(20)供能。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中，借助适当地控制基站(12,13,14,15,16,17,18)来实施调整。
4.根据权利要求3所述的方法,其中根据试验和错误确定所述一个或多个相对发射相位(Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5)。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中时间相继地或连续地检测一个或多个传播时间相位并且根据该一个或多个所检测的传播时间相位或其时间上的变化来选择和/或改变和/或匹配所述一个或多个发射相位(Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5)。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中根据由移动部件(20)所接收信号的接收场强度来检测移动部件(20)的位置和/或移动状态。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中借助数字波束摆动方法和/或模拟波束摆动方法发射所相干发射的/待发射的电磁波(25)。
8.无线通信系统的基站(12,13,14,15,16,17,18)的系统，其中所述基站(12,13,14,15,16,17,18)中的至少两个基站被构造用于发射相干电磁波(25)，并且所述系统被构造用于实施根据权利要求1至7之一所述的方法。
9.根据权利要求8所述的系统，其中存在用于控制一个或多个基站(12,13,14,15,16,17,18)的控制单元，使得相干发射的电磁波(25)之间的一个或多个发射相位(Φ1，Φ2，Φ3，Φ4，Φ5)是能调节的或能改变的。
10.根据权利要求8或9所述的系统,其中存在用于检测移动部件(20)的位置的装置。
11.根据权利要求10所述的系统，包括用于检测在移动部件(20)的位置处和/或在一个或多个基站(12,13,14,15,16,17,18)处的一个或多个传播时间相位和/或接收场强度的装置。
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