CN105765875B - 定位具有标准nfc标签的移动元件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其涉及定位具有NFC类型的标准标签的移动部件。定位设备(200)包括：用于发射所述至少一个标签的询问信号的发射装置(215)；控制装置(205，245)；以及多个接收装置(255)，选择性地连接到所述控制装置，所述接收装置能接收所述询问信号和所述至少一个标签的响应信号。所述控制装置被配置为顺次测量来自连接到所述控制装置的接收装置的信号并且通过测量值的插值来估计所述至少一个标签的位置。

Description

定位具有标准NFC标签的移动元件的方法和设备
技术领域
本发明涉及用户和计算机系统之间的界面，尤其在游戏领域，并更具体地涉及用于定位具有NFC(近场通信的首字母缩写)型标准标签的移动元件的方法和设备，该标签也就是使用与计算机系统间的近场通信技术，从而除了常规功能以外还提供读写功能。
背景技术
在各种情况下，可能都需要计算机系统检测移动元件以及其位置和/或朝向来因此允许该元件起作用。因此，例如，在允许用户与由计算机系统模拟的虚拟角色游戏的棋类游戏中，在计算机系统上实施的应用应该知道所有棋盘部件及其位置，尤其是被用户位移的部件及其位置，用于计算其一步。
存在用于检测在使用NFC技术或RFID(射频识别的首字母缩写)技术的游戏板上的真实对象的各种方案，可理解NFC技术是RFID技术的具体扩展。游戏板包括NFC型读取器，因此成为NFC读取器，通常放置在游戏板下面。此外，每个对象具有包括唯一标识符的NFC型标签。因此，通过执行对在游戏板附近的所有NFC标签的读取，可以检测游戏板上存在的所有对象。然而，这样的系统通常不允许准确地确定对象的位置和/或朝向。
还存在以下技术：用于检测游戏板上的真实对象并且确定其位置和/或朝向从而允许使用这些对象作为计算机系统的界面。
因此，例如，由NTRIG公司开发的技术包括把NFC标签装配一个接触点，该接触点允许建立与屏幕的电容性表面之间的接触。接触点的定位允许定位NFC标签。然而这样的方案需要修改NFC标签，从而导致其制造成本的增加以及使用价格昂贵的电容性表面。
还存在以下技术方案：在NFC读取器中，可以通过复用依次使用多个天线。与游戏板的格子相对应的每个天线允许检测NFC标签在对应格子上的存在并且获得其标识符。在知道天线位置的情况下，可以从中推导NFC标签的位置。精度因此在此与包括天线的格子的尺寸相关。这样的格子例如可以是边长4cm的方形。精度因此是4cm。然而，如果这样的方案允许使用标准NFC标签，则其需要预先确定NFC标签应该被检测的所有位置。
发明内容
本发明允许解决上述的至少一个问题。
本发明的目的因此是一种用于定位至少一个移动部件的设备，该至少一个移动部件具有使用近场通信技术的至少一个标签，该设备包括以下装置：
－用于发射对所述至少一个标签的询问信号的发射装置；
－控制装置；
－多个接收装置，选择性地连接到所述控制装置，所述接收装置能接收所述询问信号和所述至少一个标签的响应信号；
所述控制装置被配置为顺次测量来自连接到所述控制装置的接收装置的信号并且通过测量值的插值来估计所述至少一个标签的位置。
根据本发明的设备因此允许实时知道使用近场通信技术的位于检测表面附近的标签的数量、这些标签的标识符、以及其位置，位置的精度可以小于几毫米。所用的标签尤其可以是标准标签，尤其是NFC类型的标签，例如包括使用13.56MHz的载波频率的天线的双极型NFC标签。
根据一个具体实施方式，该设备还包括开关装置，开关装置被所述控制装置控制以顺次选择所述接收装置。根据本发明的设备因此允许简单地改进标签的定位精度。
根据具体实施方式，该设备还包括匹配装置，匹配装置用于把所述接收装置调谐到由所述发射装置发射的信号的载波的频率上。
根据具体实施方式，该设备还包括特定组件，特定组件连接到所述控制装置和所述发射装置以用于执行标签读取的特定功能。
根据具体实施方式，所述控制装置包括用于确定表示与经由所述接收装置接收的信号的载波相对应的分量的幅度的值的装置。
根据具体实施方式，所述控制装置包括用于确定表示经由所述接收装置接收的信号的有分用量的幅度的值的装置，该有用分量用于交换数据。
根据具体实施方式，所述接收装置包括至少一个环路组，所述至少一个环路组沿着表面的至少一个维度延伸，所述至少一个标签的位置应该在所述表面上被估计。
根据具体实施方式，所述接收装置中的每个接收装置包括两个部分，所述两个部分中的各个部分位于发射装置两侧。该装置因此允许改进标签的定位。
根据具体实施方式，所述发射装置和所述控制装置被配置为读取在所述至少一个标签中存储的至少一个数据或者把至少一个数据写入所述至少一个标签中。根据本发明的设备提供对这些标签的读取或写入的标准功能。
根据具体实施方式，该设备还包括选择性地连接到所述接收装置和所述控制装置的处理装置和选择装置，所述选择装置、所述处理装置和所述控制装置被配置为确定实施与近场通信技术不同的通信技术的至少一个标签的位置。根据本发明的设备因此能够确定使用近场通信技术的标准标签的位置和使用不同的通信技术的标签的位置。
本发明还涉及一种用于定位至少一个移动部件的定位方法，该至少一个移动部件具有使用近场通信技术的至少一个标签，所述方法在包括以下装置的设备中实施：用于发射对至少一个标签的至少一个询问信号的发射装置；控制装置；以及多个接收装置，选择性地连接到所述控制装置并且能接收由所述发射装置发射的信号和至少一个标签发射的信号；所述定位方法包括以下步骤：
－控制对所述至少一个标签的询问信号的发射；
－顺次选择接收装置并且测量经由所选择的接收装置接收的至少一个信号，所接收的信号得自由所述发射装置发射的至少一个信号和由至少一个标签响应于由所述发射装置发射的所述信号而发射的信号；以及
－通过对经由所选择的接收装置接收的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置。
根据本发明的定位方法因此允许实时知道使用近场通信技术的位于检测表面附近的标签的数量、这些标签的标识符、以及其位置，位置的精度可以小于几毫米。所用的标签尤其可以是标准标签，尤其是NFC类型的标签，例如包括使用13.56MHz的载波频率的天线的双极型NFC标签。
根据具体实施方式，该方法包括估计所述至少一个标签的大致位置的第一估计步骤和估计所述至少一个标签的位置的第二估计步骤，位置的所述第二估计步骤包括如下步骤：询问信号的发射控制步骤，接收装置的顺次选择步骤，测量经由所选的接收装置接收的至少一个信号的步骤，以及通过对经由所选的接收装置接收的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置的步骤。
根据具体实施方式，位置的所述第一估计步骤包括测量与经由所述接收装置接收的信号的载波相对应的分量的幅度和/或测量经由所述接收装置接收的信号的有用分量的幅度的步骤，该有用分量用于交换数据。
根据具体实施方式，该定位方法包括获得所识别的标签的数量和所识别的标签的标识符的初始获得步骤。
根据具体实施方式，针对所识别的每个标签来执行：询问信号的发射控制步骤，接收装置的顺次选择步骤，测量经由所选的接收装置接收的至少一个信号的步骤，以及通过对经由所选的接收装置接收的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置的步骤。
根据具体实施方式，测量接收的至少一个信号的所述步骤包括以下步骤：测量与经由所述接收装置接收的信号的载波相对应的分量的幅度和/或测量经由所述接收装置接收的信号的有用分量的幅度，该有用分量用于交换数据。
根据具体实施方式，该方法还包括读取在所述至少一个标签中存储的至少一个数据或者把至少一个数据写入所述至少一个标签中的步骤。根据本发明的方法因此提供对这些标签进行读取或写入的标准功能。
本发明还涉及一种计算机程序，包括适于在所述计算机程序在微控制器上执行时实施如前所述的方法的各步骤的指令。由计算机程序带来的优点类似于前面参照方法描述的优点。
附图说明
根据以非限定示例方式参照附图提供的以下详细描述，本发明的其他特征、目的和特征变得清楚，在附图中：
－图1示意地示出在使用近场通信技术的标签读取器和此类标签之间的通信原理；
-图2示出根据本发明的一个实施方式的允许定位标签的设备的示例；
-图3示出图2所示的匹配滤波单元的结构示例；
-图4示出在图2所示的微控制器中装载的软件示例，也就是说，参照图2和图3描述的设备中实施的步骤的示例，用于确定标签在检测表面上的位置并且允许读写标签的数据；
-图5包括图5a和5b，示出与在给定环路端子处接收的信号载波相对应的分量幅度的测量结果；
-图6示出用来估计标签在参照图2所述的那样的设备中的位置的横坐标的环路的简化配置示例；
-图7示出根据所用环路(理论方式)和标签的相对位置接收的信号的逆向调制的载波的幅度的理论变化，以及基于借助多个环路进行的测量通过抛物线对该幅度的变化的局部近似，用于从中推导出标签的位置；
-图8包括图8a、8b和8c，示出接收信号的有用分量(用于数据交换)的平均幅度的测量结果；
-图9示出根据所用环路(理论方式)和标签的相关位置进行逆向调制的信号的有用分量的幅度的理论变化，以及基于借助多个环路进行的测量通过抛物线对该幅度的变化的本地近似，用于从中推导出标签的位置；
-图10包括图10a和图10b，示出用于测量标签响应信号并且从中确定标签的位置的双环路的安装示例；以及
-图11示出允许定位根据本发明实施方式的不同类型标签的设备示例。
具体实施方式
为了清楚，以下描述针对实施交换通常使用的载波频率为13.56MHz的信号的标签读取器和标签。然而，可以使用其他载波频率。类似地，尽管所针对的标签主要是使用近场通信技术的无源标签，即NFC类型标签，本发明还可以用其他类型标签实施，尤其是RFID型标签。
首先应注意NFC技术是基于负载调制(还称为逆向调制)技术的技术。
通过使实施该技术的标签的天线的端子处的电阻或电容变化，也就是说通过调制表示该标签的负载，该标签修改在由所用的标签读取器发射的磁场中该标签表示的能量消耗。由于在标签的天线和标签读取器的天线之间存在的磁性耦合，该能量消耗倾向于修改在标签读取器的天线的电路(该电路还称为基站)中流动的电流值。
图1示意地示出在使用近场通信技术的标签读取器和此类标签之间的通信原理。
在第一阶段(标记为100)中，标签读取器的天线发射仅包括载波的信号，以便把能量带给标签并“唤醒”标签，此处载波为具有13.56MHz频率的载波。在后续阶段(标记为105)中，标签读取器经由其天线向标签通过调制载波来发射信息(通常为命令)。
在接收到能量和信息之后，标签可以在后续阶段(标记110)中通过改变其天线的阻抗(例如通过使用用于使其天线短路与否的断路器)来(通常根据接收的信息，通过与预先存储的信息比较)进行响应。这样的改变允许对由标签读取器发射的载波的如图1所示的分级调制(标记115)。
这些分级调制被标签读取器检测并译码。译码允许形成表示标签响应的二进制序列。因为该二进制序列不直接被射频技术响应而是根据这种耦合失配现象响应，所以该技术也称为逆向调制。
如图1所示，来自逆向调制的信号部分(标记115)包括允许转移数据的与载波相对应的分量和以城堞形式表示的有用分量。
此处观察到在标签读取器和标签之间交换的信号被扰码以使交换可靠。扰码的本质是使高状态和低状态的二进制分布均匀(存在平均数量的高状态和低状态)。
根据总的实施方式，交叠的环路组件被放置在标签读取器的天线的上方和/或下方，从而形成检测表面。环路组件在此包括两类环路，形成行的水平环路和形成列的竖直环路。这些环路限定检测表面。形成行的环路被用于确定标签位置的横坐标，形成列的环路被用于确定标签位置的纵坐标。
这些环路接收由放置在环路下方的标签读取器的天线发射的信号。环路被调谐在由标签读取器的天线发射的载波频率，例如具有13.56MHz的频率的载波。环路的品质因数优选被调整以用于限定由标签读取器的天线发射的电磁场的吸收，同时保证被接收用于正确定位的最小功率水平。
当标签被放置在检测表面上，也就是说，在标签读取器的天线和环路组件上方，并且由标签读取器发射询问时，放置在检测表面上的标签略微使在其所在的环路和标签读取器的天线之间的电感耦合不一致。在多个环路上测量该失谐以便通过插值来估计标签的位置。
更确切地，环路组件被配置为使得多个(优选至少为三个)相邻且交叠排列的环路被标签的存在失谐。在这三个相邻环路的端子处的信号(即，被与标签的响应相关的逆向调制修改的与由标签读取器发射的载波相对应的信号)特性的测量，因此允许通过插值来在与检测表面相关的坐标系中计算标签的确切位置。
根据具体实施方式(参照图5至图7更准确描述)，标签位置的确定是通过测量与在相邻且交叠的三个环路中的每个环路的端子处接收的信号的载波(该载波通常具有13.56MHz的频率)相对应的分量的幅度来执行的。
根据可与前面的实施方式组合或不组合的具体实施方式(参照图8至图9更准确描述)，标签位置的确定是通过测量在相邻且交叠的三个环路中的每个环路的端子处接收的信号的有用分量(用于交换数据)的幅度来执行的。
这些实施方式可以用参照图2描述的设备来实施。事实上，所用的滤波放大单元可以优选地向负责确定标签位置的微控制器提供两个信号(与在环路的端子处接收的信号的载波相对应的分量的幅度，环路的端子处接收的信号的有用分量的幅度)。
根据具体配置，每个环路具有接近矩形的形状。形成行的环路的长度优选地与标签的定位区域(即，检测表面)的宽度基本相等。类似地，形成列的环路的长度优选地与标签的定位区域的高度基本相等。尽管不是必需的，形成行的环路的宽度在这些环路之间彼此相等，形成列的环路的宽度在这些环路之间彼此相等，并且形成行的环路的宽度基本等于形成列的环路的宽度。
标签在此具有比定位区域的表面更小的天线表面。应注意当标签具有圆形(通常为螺旋形)天线时，由形成行和列的环路检测到的场的幅度在这些环路的宽度基本上等于标签的天线直径时最大化。
在标签具有更复杂形状例如矩形的天线的情况下，可以通过调整环路的宽度来进行耦合优化。
图2示出根据本发明的实施方式的允许定位标签的设备的示例。该设备在此包括标签读取器。
最好注意为了清楚，仅示出三个竖直环路。然而，环路组件包括多于三个环路并且包括如前所述的竖直环路和水平环路，环路的数量根据其尺寸和检测表面的尺寸来确定。类似地，这些环路的表示是示意性的。参照图6和图10来描述环路的布置。
如所示出的那样，设备200在此包括微控制器205(还标记为MCU)，微控制器205连接有用于执行标签读取器的特定功能的特定组件210(芯片组)。允许标签读/写的天线215通过阻抗适配器220(称为天线匹配)而连接到特定组件210。部件210、215、和220是允许读取标签中存储的数据并且把数据写入标签中的标准标签读取器部件。
设备200还包括环路，尤其是竖直环路225-i、225-j和225-k。设备还包括水平环路(未示出)。如所示出那样，所示出的竖直环路的端子分别经由阻抗适配器235-i、235-j和235-k以及信号衰减器240-i、240-j和240-k而连接到多路复用器230-1和230-2。
因此，例如，环路225-i的端子之一经由阻抗适配器235-i和信号衰减器240-i连接到多路复用器230-1，而环路225-i的另一个端子经由同一阻抗适配器235-i和同一信号衰减器240-i连接到多路复用器230-2。环路225-j和225-k的端子类似地连接多多路复用器230-1和230-2。
所用的环路，尤其是环路225-i、225-j和225-k被调谐在由标签读取器的天线215发射的载波的频率，例如13.56MHz的频率。该调谐在此通过阻抗适配器(尤其是阻抗适配器235-i、235-j和235-k)实现。这样的阻抗适配器通常包括RLC电路，该电路允许获得与由标签读取器的天线发射的载波频率(通常13.56MHz)对应的谐振频率。在谐振时，每个环路因此捕获包括由标签读取器的天线215发射的载波的信号。
所用的信号衰减器(通常为信号衰减器240-i、240-j和240-k)的目的是衰减阻抗适配器接收的信号以便限制传送到多路复用器230-1和230-2的信号的电压。这些信号的最大电压通常是设备200的供电电压。
信号衰减器中的每个信号衰减器都可以由电阻网络或串行安装的电阻构成，这些电阻的值是根据由标签读取器的天线215发射的信号的功率确定的。
被微控制器205控制的多路复用器230-1和230-2的输出端，被引向匹配滤波单元245。这些输出端之一，例如多路复用器230-1的输出端，被连接到标记为GND的大地。另一个输出端，在此是多路复用器230-1的输出端，表示环路之一(根据多路复用器的命令)的输出端的信号S。
匹配滤波单元245连接到微控制器205，以便向微控制器205传送：代表与在(经由多路复用器230-1和230-2)连接到该单元的环路的端子处接收的信号S的载波相对应的分量的幅度的信号SE，该幅度也就是说由该环路接收的信号S的载波的包括的幅度，和/或表示与连接到该单元的环路的端子处接收的信号的有用分量(用于交换数据)的幅度的信号SR。
最后，微控制器205还连接到主计算器250，主计算器250根据应用需要(例如根据由主计算器250执行的工作规则)控制微控制器205并且标签的估计位置(以及优选地检测的标签的数量及其标识符)被传送给主控制器250。
该设备200因此包括环路组合，每个环路都连接到阻抗适配器和信号衰减器，并且选择性地连接到匹配滤波单元。
此处应注意环路不彼此相连(没有公共接地)。因此可以使环路彼此绝缘并因此避免把有一个环路接收的信号传播到另一个环路上。
微控制器205并行地寻址多路复用器230-1和230-2，以便选择进行测量的具体环路。因此，多路复用器230-1允许把具体环路的端子之一连接到大地而多路复用器230-2允许把该环路的另一端子连接到匹配滤波单元245以便把要测量的信号S传送到该单元。
设备200允许估计标签255的位置。
图3示出图2所示的匹配滤波单元245的结构示例。
匹配滤波单元245主要具有两个功能：
-提取与在连接到该单元的环路的端子处接收的信号S的载波(通常是具有13.56MHz频率的载波)相对应的分量，以便允许传送表示该分量的幅度的信号SE；
-提取由被询问的标签发射的二进制序列，同时保持在连接到该单元的环路的端子处获得的逆向调制信号S的幅度的信息，以允许传送表示在连接到该单元的环路的端子处接收的信号的有用分量(用于交换数据)的幅度的信号SR。
匹配滤波单元245在输入端连接到多路复用器230-1并且在输出端连接到微控制器205，该单元245包括：用于放大所接收的信号的运算放大器300，用于去除所放大信号的一部分的第一整流器，以及用于衰减载波频率(通常13.56MHz)的贡献的带阻滤波器310。带阻滤波器310的输出端是表示与所接收信号的载波相对应的分量的幅度(信号SE)的电压。
此外，匹配滤波单元245包括增益部件315和用于提取从被询问的标签的响应得到的二进制序列的带通滤波器320。所用的带通滤波器的端部可以为26KHz和213KHz的量级。增益控制器325被用于增大电路未饱和的滤波信号范围。最后，积分整流滤波器通过对信号求和并把信号整流为正电压来使信号的高频噪声衰减，以允许在微控制器205中的模数转换。由被询问的标签传送的每个比特使积分滤波器执行一个积分步骤。
首先注意在来自标签响应的二进制序列中的高状态和低状态的二进制分布是均匀的，并且因此，该信号的积分表示其幅度。
还观察到如果NFC规范要求被询问的标签在其询问之后的最大延迟中做出响应，则该响应实际上在读取命令之后的恒定时间后进行。
通过测量在命令和来自特定组件210的读取返回之间的延迟，该延迟可以在实验室表征或者通过微控制器205针对每个标签评估。该延迟引起整个处理链的响应延迟并且包括标签的响应延迟。由于独立于标签的延迟部分可以预先在实验室表征(其不变化)，标签的延迟可以容易确定。
在从独立于标签的延迟部分中减去所观察到的响应延迟之后，微控制器存储标签的延迟。在确定该延迟的情况下，微控制器能够正好在被询问的标签的响应阶段开始之前释放积分器的“复位”。
为了使滤波器具有在足够长时段上对数据积分以便获得接收功率的测量结果(就是说有用分量的幅度)的良好精度的时间，标签读取命令应该要求读取最小量的比特或字节。
积分整流滤波器330的输出端对应于表示在连接到单元245的环路的端子处接收的信号的有用分量的幅度的信号SR。
图4示出在图2所示的微控制器中装载的Descartes软件的示例，也就是说，参照图2和图3描述的设备中实施的步骤的示例，用于确定标签在检测表面上的位置并且允许读取标签中存储的数据和把数据写入标签中。
这些步骤的执行在此处被微控制器205控制，微控制器205包括例如适于该控制的固件。
如所示出那样，第一步骤(步骤400)的目的是传送在检测表面上存在的所有标签的清查请求，以便获得标签的数量及其标识符。这样的请求在此被微控制器205向特定组件210传送。该请求例如涉及符合SPI(串行外围接口)标准的请求。
在此观察到任务在微控制器205和特定组件210之间的任务分布可以根据微控制器205的微码和所用的特定组件210的类型而变化。根据图4所示的示例，特定组件210负责获得在检测表面上存在的标签的数量及其标识符。
因此，在接收到清查请求后，特定组件210调制由标签读取器的天线发射的载波以对标签的识别命令进行编码(步骤402)。
特定组件210对接收的响应解码以便计算存在的标签数量T并把他们的标识符存储在标记为ID()的表中。标签数量T以及标签标识符表然后传送给微控制器205(步骤404)。再次地，SPI标准可用于该传送。
表示标签在所有识别出的标签中的索引的变量t被初始化为1(步骤406)。
然后进行测试来确定索引t的值是否小于或等于变量T(步骤408)。如果索引t的值大于变量T，则微控制器205向主计算器250传送变量T、标识符表ID()以及表示所识别的标签的位置的表P()(步骤410)。
该算法然后回到步骤400以便重执行标签的识别和定位的循环。这样的返回可以自动进行和/或由主控制器250控制。
相反，如果索引t的值小于或等于变量T，则微控制器205向特定组件210提出具有索引t的标签询问请求(步骤412)。再次地，该请求可以涉及符合SPI标准的请求。
在接收到询问请求后，特定组件210调制由标签读取器的天线发射的载波以对询问命令进行编码(步骤414)。
通过考虑图2表示的设备包括形成行的N个环路，表示环路在形成行的所有环路中的索引的变量n被初始化为1(步骤416)。
然后执行测试以确定索引n的值是否小于或等于变量N(步骤418)。
如果索引n的值小于或等于变量N，则微控制器控制多路复用器230-1和230-2以把环路n的一个端子连接到大地并且把该环路的另一端子连接到匹配滤波单元245(步骤420)。
根据所用的实施方式，与所接收信号的载波相对应的分量的幅度(SE)和/或与所接收信号的有用分量(用于交换数据)的幅度(SR)被传送给微控制器205，在微控制器205中这些幅度被转换(模数转换)然后存储在表SL()中(步骤422)。
变量n然后递增1(步骤424)并且该算法继续到步骤418。
如果变量n的值大于变量N，则通过考虑图2表示的设备包括形成列的P个环路，表示环路在形成列的所有环路中的索引的变量p被初始化为1(步骤426)。
然后执行测试以确定索引p的值是否小于或等于变量P(步骤428)。
如果索引p的值小于或等于变量P，则微控制器控制多路复用器230-1和230-2以把环路p的一个端子连接到大地并且把该环路的另一端子连接到匹配滤波单元245(步骤430)。
根据所用的实施方式，与所接收信号的载波相对应的分量的幅度(SE)和/或与所接收信号的有用分量(用于交换数据)的幅度(SR)被传送给微控制器205，在微控制器205中这些幅度被转换(模数转换)然后存储在表SL()中(步骤432)。变量p然后递增1(步骤434)并且该算法继续到步骤428。
相反，如果索引p的值大于变量P，则在与检测表面相关的坐标系中标签t的横坐标x(t)被基于表SC()中存储的值来计算(步骤436)；并且在与该同一坐标系中标签t的纵坐标y(t)被基于表SL()中存储的值来计算。值x(t)和y(t)存储在表P()中。
索引t然后递增1(步骤440)并且该算法继续到步骤408。
应当注意为了清楚，尽管环路被单个匹配滤波单元245逐个寻址，但可以使用多个匹配滤波单元来执行平行测量。因此，例如，可以使用两个匹配滤波单元，一个接收来自形成行的环路之一的信号，另一个接收来自形成列的环路之一的信号。
如前所述，把标签定位在所用的环路附近使环路的感性耦合局部不一致。
根据第一实施方式，针对每个环路来执行与所接收信号的载波相对应的分量的幅度(信号SE)的测量。
有利地，为了避免测量在每个环路的端子处的信号，标签位置的确定包括两个阶段，一个阶段称为“搜索”，另一个阶段称为“跟踪”。为了清楚，这两个阶段未在图4上示出，在图4上在环路组件上针对每个识别出的标签系统地执行单个测量。
在“搜索”阶段中，应被估计位置的标签被大致定位，也就是说，例如，定位在一个或两个接近的环路处。该初步定位是通过对来自两个环路之一或三个环路之一的信号SE的功率采样来执行的。事实上，测量的信号对于位于应被估计位置的标签附近的行具有局部最小值并且对于该标签附近的列具有局部最小值。
在“跟踪”阶段中，所接收的信号的幅度仅针对三个或五个相邻环路被测量，这三个或五个环路以定义对于信号SE具有局部最小值的行和列的两个环路中的每一个为中心。
该测量循环足够快地重复以便在两个测量系列之间，局部最小值的位置总是位于中心位置或至多错开一个环路。所测量的三个环路或五个环路的组被动态选择以便重新安排局部最小值。在前述循环期间，基于标签位置变化进行的标签运动外插法，允许更好定位在当前循环中的局部最小值。
在该实施方式中，使用匹配滤波单元245的输出SE，通过测量载波(通常13.56Mhz)的峰峰值，可以测量该幅度。
所获得的三个或五个值允许通过插值来估计标签255的位置。
图5包括图5a和5b，示出与在给定环路端子处接收的信号载波相对应的分量幅度的测量结果。
图5a示出载波，在此为具有13.56Mhz频率的载波，该载波被应该被估计位置的标签逆向调制。堞形500对应于信号的有用分量，就是说标签的响应的二进制序列。作为示例，这样信号的电平对于载波而言可以是峰峰值6V。
图5b示出针对图5a所示的信号而获得的在匹配滤波单元245的输出端的信号SE(505)的值。如图所示，该值对应于在逆向调制的载波的极值之间的差，也就是说在给定时间间隔上的最大幅度。
图6示出用于估计标签在参照图2所述的那样的设备中的位置的横坐标的环路的简单配置示例。
如所示那样，三个环路225’-i、225’-j和225’-k，优选为相邻，在此形成列，被交叠以使得其具有重叠。然而，它们彼此绝缘(即，这些环路之间没有电接触)。
可观察到虽然所表示的环路看上去尺寸不同(为了清楚)，但在此处实际上它们尺寸相等或基本相等。
这些环路在此用于估计放置在这些环路上面的标签255的位置的横坐标，这是因为越多应被估计位置的标签位于环路中心，该标签就越使标签读取器的天线和该环路之间的耦合失配。因此，越多应被估计位置的标签位于环路中心，逆向调制的载波的幅度在环路中的测量值就越小。
相反，越多应被估计位置的标签位于环路边缘，该标签就使标签读取器的天线和该环路之间的耦合失配越少。因此，越多应被估计位置的标签位于环路边缘，逆向调制的载波的幅度在环路中的测量值就越大。
此处，逆向调制的载波的幅度(信号SE)在环路225’-i、225’-j和225’-k中的测量值分别给出值Si、Sj和Sk。因此，在给定标签255相对于环路225’-i、225’-j和225’-k的相对位置的情况下，获得的测量值是以下方式的纵坐标：Sk>Si>Sj。
局部地，逆向调制的载波的幅度相对于在所用环路和标签之间的距离的变化可以由抛物线(二阶多项式)近似。因此，在知道值Si、Sj和Sk的情况下，可以据此推导局部地代表逆向调制的载波的幅度的抛物线的极值，并因此推导标签位置的横坐标。
图7示出根据所用环路(理论方式)和标签的相对位置接收的信号的逆向调制的载波的幅度的理论变化700，以及基于借助多个环路进行的测量通过抛物线对该幅度的变化的局部近似，用于从中推导出标签的位置。
如所示那样，在环路225’-i、225’-j和225’-k中测量的值Si、Sj和Sk分别对应于位置x(i)、x(j)和x(k)。通过二阶多项式对逆向调制的载波的幅度的局部近似在此得到抛物线705。该抛物线705的极值允许估计标签x(t)的位置的横坐标。
在此示出用于估计标签的位置的横坐标的插值被有利地用于估计纵坐标。此外，虽然可以基于由形成列的环路和形成行的三个环路执行的三个测量来对位置的横坐标和纵坐标进行插值，但可以使用更多环路，例如形成列的五个环路和形成行的五个环路。用于对横坐标进行插值的环路的数量可以区别于用于对纵坐标进行插值的环路的数量。
可观察到环路的位置可以是规则的(两个相邻环路之间的距离是恒定的)或不规则的。
根据第二实施方式，所接收的信号的有用分量(用于交换数据)的幅度的测量是针对每个环路进行的，用于确定标签的位置。
在此注意在环路中测量的信号SR的电平在标签位于该环路中心时最大。事实上，在标签和该环路(至少部分位于标签下面)之间的表面积比率使得当标签位于该环路中心时该环路对逆向调制最敏感。相反，标签越远离环路，逆向调制的信号的被测的电平越小。
因此，换句话说，如果与接收的信号的载波相对应的分量的幅度随距离而增大(由于耦合匹配)，则接收的信号的有用分量(用于交换数据)的幅度随距离而减小(由于功率减小)。
再次地，标签位置的确定优选地包括两个阶段，“搜索”阶段和“跟踪”阶段。如前所述，这两个阶段未在图4示出，在图4中为了清晰，仅对于识别出的每个标签在所有环路上系统地执行测量。
在“搜索”阶段中，应被估计位置的标签被大致定位，也就是说，例如，定位在一个或两个接近的环路处。该初步定位是通过对来自(环路集合中)两个环路之一或三个环路之一的信号SR的采样来执行的。事实上，测量的信号(信号S)对于位于应被估计位置的标签附近的行具有局部最大值并且对于该标签附近的列具有局部最大值。
在“跟踪”阶段中，所接收的信号的有用分量的幅度仅针对三个或五个相邻环路被测量，这三个或五个环路以定义对于信号SR具有局部最大值的行和列的两个环路中的每一个为中心。
该测量循环足够快地重复以便在两个测量系列之间，局部最大值的位置总是位于中心位置或至多错开一个环路。所测量的三个环路或五个环路的组被动态选择以便重新安排局部最大值。在前面循环期间，基于标签位置变化进行的标签运动外插法，允许更好定位在当前循环中的局部最大值。
在该实施方式中，接收的信号的有用分量的幅度可以以下述方式测量：匹配滤波单元245解调逆向调制的信号，并且然后对该信号放大和滤波以提供信号SR，如前所述。
基于相邻环路获得的三个或五个值允许通过插值来估计标签255的位置的横坐标或纵坐标(通过使用定义行的环路和定义列的环路，这些操作针对横坐标和纵坐标独立执行)。
该实施方式允许通过消除约束条件，如在检测表面上存在不期望的金属物体，来定位被询问的当前标签。
图8，包括图8a、8b和8c，示出接收信号的有用分量(用于数据交换)的平均幅度的测量结果。
图8a示出由应被估计位置的标签逆向调制的载波，此处是具有13.56MHz频率的载波。堞形800对应于接收的信号的有用分量，也就是说，标签的响应的二进制序列。作为示例，这样的信号的电平可以是对于载波为峰峰值6V。由图8a表示的信号与由图5a表示的信号相同。
图8b示出针对图8a所示的信号、在匹配滤波单元245的输出端获得的逆向调制信号的有用分量(即，用于传送数据)，也就是标签的响应的二进制序列，其值为信号SR(800)。这样的信号的幅度通常是几毫伏。
为了改进测得值的精度，信号SR不表示逆向调制的信号的有用分量的测得幅度，而是表示通过积分获得的平均值，如前面参照图3所述(可回想起高状态的分布基本等于低状态的分布，逆向调制的信号的积分表示其平均幅度)。
因此，增益，例如等于20的增益，被应用到图8b所示的信号。所得结果被带通滤波器滤波，然后如在图8c上所示那样成为正值(其幅度因此可包括在0和3伏之间)。所得结果然后被积分用于确定表示逆向调制的信号的有用分量的幅度(信号SR)的平均值。
用于执行逆向调制的信号的测量并从中推导标签的位置的环路的配置与第一实施方式中参照图6描述的类似。
然而，如果环路的配置相同或类似，则在此应回想起，越多应被估计位置的标签位于环路中心，该标签中接收的信号的有用分量的幅度就越大。
相反，越多应被估计位置的标签远离环路中心，该标签中接收的信号的有用分量的幅度就越小。
接收的信号的有用分量的幅度(信号SR)在环路225’-i、225’-j和225’-k中的测量值分别给出值Si、Sj和Sk。因此，在给定标签255相对于环路225’-i、225’-j和225’-k的相对位置的情况下，获得的测量值是以下方式的纵坐标：Sj>Si>Sk。
局部地，逆向调制的信号的有用分量的幅度可以由抛物线(二阶多项式)近似。因此，在知道值Si、Sj和Sk的情况下，可以据此推导局部地代表逆向调制的信号的有用分量的幅度的抛物线的极值。因该极值的位置对应于标签位置的横坐标。
图9示出根据所用环路(理论方式)和标签的相关位置进行逆向调制的信号的有用分量的幅度的理论变化，以及基于借助多个环路进行的测量通过抛物线对该幅度的变化的本地近似，用于从中推导出标签的位置。
如所示那样，在环路225’-i、225’-j和225’-k中测量的值Si、Sj和Sk对应于位置x(i)、x(j)和x(k)。通过二阶多项式对逆向调制的信号的有用分量的幅度的局部近似在此得到抛物线905。该抛物线905的极值允许估计标签x(t)的位置的横坐标。
在此示出用于估计标签的位置的横坐标的插值被有利地用于估计其纵坐标。此外，虽然可以基于由形成列的环路和形成行的三个环路执行的三个测量来对标签位置的横坐标和纵坐标进行插值，但可以使用更多环路，例如形成列的五个环路和形成行的五个环路。用于对横坐标进行插值的环路的数量可以区别于用于对纵坐标进行插值的环路的数量。
再次提及，环路的位置可以是规则的(两个相邻环路之间的距离是恒定的)或不规则的。
为了改进所用环路的接收灵敏度，可以把每个环路替换为双环路。
图10包括图10a和图10b，示出用于测量标签响应信号并且从中确定标签的位置的双环路的安装示例。
图10a示意性地示出双环路的安装而图10b示出集成有双环路的设备200的剖视图。
如图所示，设备200的每个环路225-j被位于标签读取器的天线215两侧的两个环路225a-j和225b-j替代。每个环路与相邻环路交叠(例如，对于环路225a-j是环路225a-i和225a-k，对于环路225b-j是环路225b-i和225b-k)，如前所述。
环路225a-j和225b-j中的每个环路的两个端子分别连接到阻抗适配器235a-j和235b-j，阻抗适配器235a-j和235b-j的输出端连接到同一个信号衰减器240-j，信号衰减器240-j的输出端连接到复用器230-1和230-2，如前所述。此外，环路225a-j和225b-j中的每个环路的端子之一连接到环路225a-j和225b-j中另一个环路的等效端子，如所示那样。
借助于阻抗适配器235a-j和235b-j，环路225a-j和225b-j中的每一个调谐到由标签读取器发射的载波的频率(通常13.56MHz)。
这样的安装允许增大设备的灵敏度：双环路的输出对应于由双环路中的每个环路接收的信号的差别，这允许消除载波的大部分。
当标签在该双环路上方发射逆向调制信号时，该双环路的每个环路接收具有不同电平的逆向调制信号(由于线圈堆放)。因此，由这些线圈接收的信号的差别允许接收具有较少噪声的逆向调制信号。
图11示出允许定位根据本发明实施方式的不同类型标签的设备示例。
设备200”在此包括分别与参照图2描述的部件205、210、215、220、225-i、225-j、225-k、230-1、230-2、235-i、235-j、235-k、240-i、240-j、240-k、245和250相似的部件205”、210”、215”、220”、225”-i、225”-j、225”-k、230”-1、230”-2、235”-i、235”-j、235”-k、240”-i、240”-j、240”-k、245”和250”。设备200”还包括形成列的其他环路和形成行的环路(未示出)。
设备200”还包括两个多路复用器1100-1和1100-2。如所示那样，所示的竖直环路的端子连接到多路复用器1100-1和1100-2并连接到多路复用器230”-1和230”-2。
因此，例如，环路225”-i的端子之一连接到多路复用器1100-1而环路225”-i的另一端子连接到多路复用器1100-2。环路225”-j和环路225”-k的端子类似地连接到多路复用器1100-1和1100-2。
未示出的其他环路类似地连接到多路复用器1100-1和1100-2。
多路复用器1100-1和1100-2，如同多路复用器230”-1和230”-2那样，由微控制器205”控制。
如所示那样，多路复用器1100-1和1100-2的输出端连接到部件1105，部件1105的输出端本身连接到微控制器205”。
标签的位置是借助来自多路复用器230”-1和230”-2的信号来确定的，如所述那样；或者替代地，借助来自多路复用器1100-1和1100-2的信号来确定的。
来自多路复用器1100-1和1100-2的信号是在部件1105中处理的。例如，这涉及允许实施定位系统的组件集合，如在专利申请FR1255334中描述的那样。部件1105因此通常包括带通滤波器、自动增益控制器和解调器。
因此，设备200”通过使用多路复用器230”-1和230”-2，可以确定标准类型的标签的位置，例如标签255的位置；并且通过使用多路复用器1100-1和1100-2，可以确定特别类型的标签的位置，尤其是标签1110的位置，例如在专利申请FR1255334中描述的那些标签。
自然地，为了满足特定需求，本领域技术人员可以在前面描述中应用修改。
特别地，存在配有NFC装置的移动电话，尤其是智能电话，适于激活NFC标签功能，以使得电话作为包括NFC标签的移动部件(例如，三星Galaxy SII，三星Galaxy Nexus，Samsung(三星)、Galaxy和Nexus是商标)。然而，如前所述，根据本发明的方法适于配有使用近场通信技术的标签的任何移动部件，并因此还适于在上面可以激活标签功能的电话。

Claims (16)

1.一种用于定位至少一个移动部件的设备(200)，该至少一个移动部件具有使用近场通信技术的至少一个标签(255)，所述至少一个标签(255)中每一个包括唯一标识符，该设备的特征在于包括以下装置：
-用于发射用于对所述至少一个标签中的每一个进行询问的至少一个询问信号的发射装置(215)；
-多个接收装置(255)，所述多个接收装置中的每一个用于接收所述至少一个询问信号和接收来自所述至少一个标签的响应信号；以及
-控制装置(205，245)，用于i)顺次选择所述多个接收装置(255)中的每一个来顺次测量经由所选择的接收装置接收的至少一个信号，所接收的至少一个信号从由所述发射装置发射的至少一个询问信号以及由所述至少一个标签响应于由所述发射装置(215)发射的所述至少一个询问信号而发射的信号得出；并且ii)通过对经由所述接收装置中的每一个接收到的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置，
其中所述接收装置中的每一个包括至少一个环路组，所述至少一个环路组沿着表面的至少一个维度延伸，所述至少一个标签的位置在所述表面上被估计。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括开关装置(230)，开关装置(230)被所述控制装置控制用于顺次选择所述多个接收装置。
3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括匹配装置(235)，匹配装置(235)用于把所述多个接收装置调谐到由所述发射装置发射的信号的载波的频率上。
4.根据权利要求1或2所述的设备，还包括组件(210)，该组件(210)连接到所述控制装置和所述发射装置用于执行读取所述至少一个标签的功能。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述控制装置包括用于确定表示与经由所述多个接收装置接收的信号的载波相对应的分量的幅度的值的装置。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述控制装置包括用于确定表示经由所述多个接收装置接收的信号的有用分量的幅度的值的装置，该有用分量用于交换数据。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述接收装置中的每个接收装置包括两个环路部分，所述两个环路部分中的各个环路部分位于所述发射装置的天线所在的表面的相反两侧。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述发射装置和所述控制装置被配置为读取在多个移动部件中的每一个移动部件的所述至少一个标签上的存储器中存储的至少一个数据或者把至少一个数据写到所述至少一个标签上。
9.一种用于定位至少一个移动部件的设备(200)，该至少一个移动部件具有使用近场通信技术的至少一个标签(255)，所述至少一个标签(255)包括唯一标识符，该设备的特征在于包括以下装置：
-用于发射用于对所述至少一个标签中的每一个进行询问的至少一个询问信号的发射装置(215)；
-多个接收装置(255)，所述接收装置用于接收所述询问信号和接收来自所述至少一个标签的响应信号；
-控制装置(205，245)，用于i)顺次连接所述多个接收装置(255)中的每一个来顺次测量来自所述接收装置中每一个的信号，并且ii)通过对经由所述接收装置中的每一个接收到的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置；以及
选择性地连接到所述多个接收装置和所述控制装置的处理装置(1105)和选择装置(1100-1和1100-2)，所述选择装置、所述处理装置和所述控制装置被配置为确定实施与近场通信技术不同的通信技术的所述至少一个标签的位置，
其中所述接收装置中的每一个包括至少一个环路组，所述至少一个环路组沿着表面的至少一个维度延伸，所述至少一个标签的位置在所述表面上被估计。
10.一种用于定位至少一个移动部件的定位方法，该至少一个移动部件具有使用近场通信技术的至少一个标签(255)并且所述至少一个标签(255)中的每一个包括唯一标识符，所述定位方法在包括以下装置的设备中实施：(i)用于发射对所述至少一个标签中的每一个进行询问的至少一个询问信号的发射装置(215)；(ii)多个接收装置(255)，多个接收装置(255)中的每一个用于接收所述至少一个询问信号和接收来自所述至少一个标签发射的响应信号；以及(iii)控制装置(205，245)，用于i)顺次连接到所述多个接收装置(255)中的每一个来顺次测量来自所述接收装置中的每一个的信号，并且ii)通过对经由所述接收装置中的每一个接收到的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置；所述定位方法的特征在于包括以下步骤：
-使用所述发射装置(215)控制用于对所述至少一个标签进行询问的至少一个询问信号的发射(412)；
-使用控制装置顺次选择(420，430)所述多个接收装置中的每一个并且测量经由所选择的接收装置接收的至少一个信号，所接收的至少一个信号得自由所述发射装置发射的至少一个询问信号和由所述至少一个标签响应于由所述发射装置(215)发射的所述至少一个询问信号而发射的信号；以及
-使用控制装置通过对经由每个所选择的接收装置接收的信号的测量值进行插值来估计(422，432)所述至少一个标签的位置，
其中所述接收装置中的每一个包括至少一个环路组，所述至少一个环路组沿着表面的至少一个维度延伸，所述至少一个标签的位置在所述表面上被估计。
11.根据权利要求10所述的定位方法，还包括估计所述至少一个标签的大致位置的第一估计步骤，其中位置的所述第一估计步骤包括测量与经由所述接收装置接收的信号的载波相对应的分量的幅度和/或测量经由所述接收装置接收的信号的有用分量的幅度的步骤，该有用分量用于交换数据。
12.根据权利要求11所述的定位方法，还包括估计所述至少一个标签的位置的第二估计步骤，位置的所述第二估计步骤包括如下步骤：询问信号的发射控制步骤，接收装置的顺次选择步骤，测量经由所选的接收装置接收的至少一个信号的步骤，以及通过对经由所选的接收装置接收的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置的步骤。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的定位方法，还包括获得所识别的标签的数量和所识别的标签的标识符的初始获得步骤。
14.根据权利要求13所述的定位方法，其中针对所识别的每个标签来执行：询问信号的发射控制步骤，接收装置的顺次选择步骤，测量经由所选的接收装置接收的至少一个信号的步骤，以及通过对经由所选的接收装置接收的信号的测量值进行插值来估计所述至少一个标签的位置的步骤。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的定位方法，其中测量接收的至少一个信号的所述步骤包括以下步骤：测量与经由所述接收装置接收的信号的载波相对应的分量的幅度和/或测量经由所述接收装置接收的信号的有用分量的幅度，该有用分量用于交换数据。
16.根据权利要求10至12中任一项所述的定位方法，还包括读取在所述至少一个标签上的存储器中存储的至少一个数据或者把至少一个数据写到所述至少一个标签上的步骤。
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