CN107430676A - 应答器定位 - Google Patents

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Abstract

一种方法，用于处理多个收发器(104)处的同时触发的响应信号，其中，所述多个收发器被配置为以信道载波频率工作，所述多个收发器中的至少一些收发器具有相对于所述信道载波频率偏移的不同的发射载波频率。所述方法包括：在第一接收器(100)处接收响应于触发信号的响应信号，所述响应信号包括多个收发器响应信号的组合，所述多个收发器响应信号中的各收发器响应信号与所述多个收发器中的不同收发器相对应并具有不同的发射载波频率，其中，所述多个收发器响应信号中的至少一些收发器响应信号在时间上重叠；以及基于所述多个收发器响应信号的载波频率来确定所述多个收发器的特性，其包括确定所述多个收发器中的收发器的数量。

Description

应答器定位
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年1月30日提交的美国临时申请62/110,003的权益，其通过引用而包含于此。
背景技术
本发明涉及在存在无线冲突的情况下与未经修改的应答器进行通信、对未经修改的应答器进行解码、定位和计数。
电子收费应答器(例如，E-ZPass)是一种广泛使用的无线技术。根据一些估计，美国70％～89％的汽车具有这样的应答器。
应答器通常是包括电池供电的射频识别(RFID)电路的简单装置。电子收费应答器的最常见的用途是快速且自动地收取利用收费道路的车辆的通行费。一般来说，当车辆穿过收费区域(例如，收费亭)以进入和/或离开收费道路时，收取针对该车辆的通行费。为了收取通行费，收费区域的RFID读取器发出询问信号，其中该询问信号使得车辆所携带的应答器发出包括该应答器的唯一标识符以及其它属性的响应信号。向与唯一标识符相关联的客户(例如，车辆的所有者)收取通行费。
由于不存在针对电子收费应答器的介质访问控制(MAC)协议，因此收费区域的RFID读取器在隔离区域中使用高度定向的天线，以确保读取器不会接收到从多个应答器发出的响应。
发明内容
在一般方面，方法处理多个收发器处的同时触发的响应信号，其中，所述多个收发器被配置为以信道载波频率进行工作，所述多个收发器中的至少一些收发器具有相对于所述信道载波频率偏移的不同的发射载波频率，所述方法包括：在第一接收器处接收响应于触发信号的响应信号，所述响应信号包括多个收发器响应信号的组合，所述多个收发器响应信号中的各收发器响应信号与所述多个收发器中的不同收发器相对应并具有不同的发射载波频率，其中，所述多个收发器响应信号中的至少一些收发器响应信号在时间上重叠；以及基于所述多个收发器响应信号的载波频率来确定所述多个收发器的特性，其中，确定所述多个收发器的特性包括确定所述多个收发器中的收发器的数量。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。
所述至少一些收发器的所述不同的发射载波频率是由于收发器的制造差异而引起的。所述多个收发器包括多个应答器。所述多个应答器中的各应答器由车辆携带，以及确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定所述第一接收器附近的车辆的数量。确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：识别所述响应信号的谱表示中的谱峰的数量，各谱峰与所述多个收发器中的一个或多个收发器的一个或多个载波频率相对应。确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定为所述响应信号的所述谱表示中的至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应。
确定为至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应包括：将所述响应信号中的所述至少一个谱峰的第一幅度与所述响应信号的第二时移版本中的所述至少一个谱峰的第二幅度进行比较，以及基于所述第一幅度和所述第二幅度之间的差而将所述至少一个谱峰识别为与两个收发器相对应。确定所述多个收发器的特性包括：针对一个或多个收发器中的各收发器，确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第一接收器的第一到达角度。确定所述多个收发器的特性还包括：基于针对所述多个收发器中的一个或多个收发器而确定的所述第一到达角度来确定所述一个或多个收发器的空间位置。
确定所述一个或多个收发器的空间位置包括：在第二接收器处接收所述响应信号，以及针对所述一个或多个收发器中的各收发器，确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第二接收器的第二到达角度，以及基于所述第一到达角度和所述第二到达角度来确定该收发器的空间位置。确定所述多个收发器的特性包括：确定多个收发器标识符，所述多个收发器标识符中的各收发器标识符与所述多个收发器中的不同收发器相对应。确定多个收发器标识符包括：针对所述多个收发器中的各收发器，基于与该收发器相对应的不同的载波频率以及该收发器和接收器之间的信道而对时间间隔期间所接收到的多个响应信号进行处理；以及根据处理后的多个响应信号来确定平均响应信号。
所述多个收发器中的至少一些收发器是射频识别收发器即RFID收发器。所述方法还包括：基于所述多个收发器的特性来确定所述第一接收器的范围内的多个停车空间中的各停车空间的占用状态。
在另一一般方面，系统被配置为处理多个收发器处的同时触发的响应信号，其中，所述多个收发器被配置为以信道载波频率进行工作，所述多个收发器中的至少一些收发器具有相对于所述信道载波频率偏移的不同的发射载波频率，所述系统包括：第一接收器，其包括用于接收响应于触发信号的响应信号的一个或多个天线，所述响应信号包括多个收发器响应信号的组合，所述多个收发器响应信号中的各收发器响应信号与所述多个收发器中的不同收发器相对应并具有不同的发射载波频率，其中，所述多个收发器响应信号中的至少一些收发器响应信号在时间上重叠；以及一个或多个信号处理模块，其被配置为基于所述多个收发器响应信号的载波频率来确定所述多个收发器的特性，其中，确定所述多个收发器的特性包括确定所述多个收发器中的收发器的数量。
各方面可以包括以下特征中的一个或多个。
所述至少一些收发器的不同的发射载波频率是由于收发器的制造差异而引起的。所述多个收发器包括多个应答器。所述多个应答器中的各应答器由车辆携带，以及确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定所述第一接收器附近的车辆的数量。所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器中的收发器的数量，确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：识别所述响应信号的谱表示中的谱峰的数量，各谱峰与所述多个收发器中的一个或多个收发器的一个或多个载波频率相对应。所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器中的收发器的数量，确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定为所述响应信号的所述谱表示中的至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应。
所述一个或多个信号处理模块被配置为确定为所述至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应，确定为所述至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应包括：将所述响应信号中的所述至少一个谱峰的第一幅度与所述响应信号的第二时移版本中的所述至少一个谱峰的第二幅度进行比较，以及基于所述第一幅度和所述第二幅度之间的差而将所述至少一个谱峰识别为与两个收发器相对应。所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器的特性，确定所述多个收发器的特性包括：针对一个或多个收发器中的各收发器，确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第一接收器的第一到达角度。所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器的特性，确定所述多个收发器的特性包括：基于针对所述多个收发器中的一个或多个收发器而确定的所述第一到达角度来确定所述一个或多个收发器的空间位置。
所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述一个或多个收发器的空间位置，确定所述一个或多个收发器的空间位置包括：在第二接收器的一个或多个天线处接收所述响应信号，以及针对所述一个或多个收发器中的各收发器，确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第二接收器的第二到达角度，以及基于所述第一到达角度和所述第二到达角度来确定该收发器的空间位置。所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器的特性，确定所述多个收发器的特性包括：确定多个收发器标识符，所述多个收发器标识符中的各收发器标识符与所述多个收发器中的不同收发器相对应。所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器标识符，确定所述多个收发器标识符包括：针对所述多个收发器中的各收发器，基于与该收发器相对应的载波频率以及该收发器和接收器之间的信道而对时间间隔期间所接收到的多个响应信号进行处理；以及根据处理后的多个响应信号来确定平均响应信号。
所述多个收发器中的至少一些收发器是射频识别收发器即RFID收发器。所述一个或多个信号处理模块被配置为基于所述多个收发器的特性来确定所述第一接收器的范围内的多个停车空间中的各停车空间的占用状态。
一些应答器计数和定位技术利用MAC协议来防止应答器之间的信号冲突。其它技术方法允许应答器之间的信号冲突，但是迫使各应答器以与其它应答器的预定义频率不同的预定义频率进行发射。
现有的和广泛部署的诸如电子收费应答器等的应答器可以不被配置为根据MAC协议而工作，并且通常都被指定为具有相同的预定义频率。因此，上述的传统技术方法可能不能够对已经存在并被广泛部署的应答器进行计数和定位。
这里描述的各方面通过提供用于对被设计成以公共载波频率并且在存在信号冲突的情况下(以及在没有MAC协议的情况下)进行发射的应答器进行计数和定位的技术，来改进应答器计数和定位的现有技术。特别地，这里描述的各方面来自于如下的一种认识，即：电子收费应答器具有用于除收费以外的多个应用的潜力。例如，应答器可以用于确定穿过交通路口的汽车的数量(例如，以调整交通灯的定时)。应答器还可以用于对用于停车管理、交通执法等的目的的个人车辆进行定位。
在一些方面，RFID读取器能够接收和区分来自多个应答器的时间上重叠的响应信号。在一些示例中，使用与各应答器相关联的载波频移来区分响应信号。由于应答器的制造差异，因此这些载波频移通常存在于电子收费应答器中。
在其它优点中，这里描述的各方面使用广泛部署的RFID应答器来获得数据以供智能城市应用使用。
根据以下描述和所附权利要求书，本发明的其它特征和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是操作环境中的RFID读取器的第一实施例。
图2示出图1的RFID读取器的操作。
图3是图1的RFID读取器的示意性框图。
图4是基带组合响应信号的频谱。
图5是操作环境中的RFID读取器的第二实施例。
图6示出图5的RFID读取器的操作。
图7是图5的RFID读取器的示意性框图。
图8示出与多个停车空间相关联的多个范围的空间角度。
图9示出安装至车辆的应答器的定位。
图10示出安装至车辆的应答器的速度估计。
图11是图1的包括解码器模块的RFID读取器的示意性框图。
具体实施方式
1应答器计数
参考图1，在存在车辆106的环境(例如，交通路口)中，将第一实施例的RFID读取器100贴附至杆101。RFID读取器100被配置为询问安装至车辆106的应答器104(例如，电子收费应答器或收发器)以确定包括诸如在RFID读取器100的范围内的多个应答器等的应答器的特性的应答器信息108。
在一些示例中，RFID读取器100通过网络112(例如，蜂窝数据网络)向中央设施110(例如，交通管理系统)发送应答器信息108。在一些示例中，中央设施110分析一天中不同时间的应答器信息108以随时间跟踪环境中(例如，交通路口处)存在的汽车的数量。诸如交通管理应用等的“智能城市”应用可以使用该信息，其中，这些交通管理应用基于城市的路口和/或其它位置的交通流量来调节或调整交通灯的定时。
参考图2，为了确定应答器信息108，RFID读取器100从天线102发送询问信号q(t)。RFID读取器100的范围内的任何应答器104接收询问信号，并响应于接收到询问信号而将响应信号yi(t)发送回读取器100。应答器104基本上同时发送其响应信号，从而导致向RFID读取器100发送组合响应信号y(t)。组合响应信号可以按照如下被表示为由各个应答器104所发送的响应信号的组合：
y(t)＝y1(t)+y2(t)...yn(t)
在一些示例中，各个应答器响应信号可以各自被表示为：
其中hi是第i个应答器104和RFID读取器100之间的复信道系数，s(t)i是用于对第i个应答器响应数据(例如，256位应答器响应)进行编码的开关键控(OOK)调制函数，以及fci是与第i个应答器相关联的载波频率。一般来说，响应信号yi(t)基本上同时发送，因此在时间上重叠。
在图2的示例中，由于在读取器100的范围内存在三个应答器104，其响应信号分别为y1(t),y2(t)和y3(t)，因此y(t)被表示为：
y(t)＝y1(t)+y2(t)+y3(t)
1.1 RFID读取器
参考图3，RFID读取器100在天线102处接收组合响应信号y(t)＝y1(t)+y2(t)+y3(t)，并且处理该组合响应信号以确定应答器信息108。
RFID读取器100包括发送器部分212和接收器部分214。本机振荡器216由发送器部分212和接收器部分214所共用，并且以约为915MHz的载波频率fc(即，电子收费应答器和读取器所通常使用的载波频率)振荡。发送器部分212包括用于从本机振荡器216接收振荡信号o(t)(例如，频率为915MHz的正弦波)并使用振荡信号以生成被提供至天线接口203的发送器部分的询问信号q(t)的询问信号生成器218。天线接口203使询问信号q(t)经由天线102从RFID读取器100发送。在一些示例中，询问信号生成器218仅生成振荡信号o(t)的放大版本，使得询问信号q(t)是载波频率为fc的正弦波。
如以上参考图2所述，在从天线102发送询问信号q(t)之后的一些点处，在天线102处接收作为时间上重叠的多个应答器响应信号的组合的组合响应信号y(t)。一般来说，响应信号y(t)的时间上重叠的性质是传统系统(例如，传统的电子收费系统)所不期望的，这是因为这些系统不能够将来自各个应答器106的时间上重叠(即，冲突)的响应信号彼此区分开来。
如以下更详细所述，RFID读取器100被配置为处理组合响应信号y(t)，以将来自各个应答器的响应信号彼此区分开来。然后，RFID读取器100根据所区分的响应信号来确定包括RFID读取器100的范围内的应答器的数量的应答器信息108。在一些示例中，RFID读取器100通过利用应答器104各自包括具有例如由制造差异或环境差异导致的稍微不同的载波频率的本机振荡器这一事实来做到这一点。一些传统的电子收费应答器被指定为具有915MHz的载波频率，但是由于制造差异，通常具有在914.3MHz～915.5MHz的范围(即，1.2MHz范围)内的载波频率。
读取器100的接收器部分214包括混合器220、快速傅立叶变换(FFT)模块222和应答器计数器模块224。混合器220接收组合响应信号y(t)以及来自本机振荡器216的振荡器信号o(t)作为输入，并使用该振荡信号以(例如，通过使y(t)和o(t)相乘)将组合响应信号下降混合为基带信号r(t)。所得到的基带信号可以表示为：
其中，Δfi是第i个应答器104和接收器100之间的载波频移(即，)，并且(0.5+s′i(t))是被偏移为具有零均值的si(t)信号。
将基带信号r(t)提供给FFT模块222，其中该FFT模块222按照如下确定r(t)的频域表示：
其中，S′i(f)是s′i(t)的频域表示，以及δ(f)是单位脉冲函数。注意，针对第i个应答器，频域表示包括幅度为hi/2(即，天线102和第i个应答器之间的信道的信道系数除以2)的脉冲。
将频域表示R(f)提供给应答器计数器224，其中该应答器计数器224处理频域表示R(f)以确定应答器信息108中所包括的应答器计数。参考图4，以图2为例的频域表示R(f)的图示出了第一峰326、第二峰328和第三峰330，各峰与图2所示的三个应答器104中的不同的一个应答器104的载波频移相对应。例如，第一峰326与约为-500kHz的载波频移相对应，第二峰328与具有载波频移约为-200kHz的载波频率的应答器104相对应，以及第三峰330与具有约为250kHz的载波频率的应答器104相对应。
在一个简单示例中，应答器计数器224通过对频域表示R(f)中的超过预定阈值的多个峰进行计数来确定应答器计数108。在图2的示例中，应答器计数器224确定应答器计数为3个应答器。
然而，应当注意，频域表示R(f)的分辨率表示为：
其中T是FFT时间窗口。在一些示例中，应答器所发送的典型响应信号具有512μs的长度，因此最大FFT时间窗口为512μs。如果使用512μs的FFT时间窗口来确定频域表示R(f)，则频域表示R(f)的频率分辨率为1.95kHz。在载波频移范围为1.2MHz并且采样率为1.2MHz的情况下，存在各自具有1.95kHz的宽度的615个FFT区(bin)。因此，可以想象，两个或更多个应答器可以具有相差小于1.95kHz的载波频移，因此具有落到同一FFT区中的峰。在这种情况下，使用上述简单的阈值技术，应答器计数器224针对落到同一FFT区中的两个峰将错误地仅对一个应答器进行计数。
为了避免针对落到同一FFT区中的两个峰错误地仅对一个应答器进行计数，应答器计数器224被配置为利用傅立叶变换的相位旋转属性。特别地，傅立叶变换的相位旋转属性表明信号的时域表示中的偏移转换为信号的频域表示中的相位旋转：
F{r(t)}＝R(f)
F{r(t+τ)}＝R(f)ej2πfτ
由于傅立叶变换的相位旋转属性，因而如果频域表示R(f)中的峰仅与一个应答器响应信号相对应，则对具有时移τ的相同信号进行FFT使得峰值发生相位旋转，但是不会导致峰的幅度发生改变：
||R(f)||＝||R(f)ej2πfτ||
然而，如果频域表示R(f)中的峰与两个或更多个应答器响应信号(即，T1和T2)相对应，则对具有时移τ的相同信号进行FFT使得峰值发生相位旋转，但是还导致具有不同的幅度的峰：
因此，在一些示例中，除频域表示R(f)之外，应答器计数器224还确定了频域表示的时移版本R(f)ej2πfτ。频域表示各自具有相同数量的峰。应答器计数器224将两个频域表示中的相应峰的幅度进行比较，并且如果给定峰的幅度在两个频域表示之间不同(即，两个幅度之间的差异大于信号中的噪声)，则应答器计数器将该峰计数为与两个应答器相对应。
2停车管理
参考图5，另一实施例的RFID读取器400贴附至与多个停车空间432a～432f邻接的位置中的杆101。RFID读取器400被配置为询问其环境(例如，停车场)中的应答器140以确定应答器信息408。在一些示例中，应答器信息408包括RFID读取器400的范围内的多个换能器、各换能器104和RFID读取器400之间的空间角度以及占用哪个停车空间的指示。
在一些示例中，RFID读取器400通过网络112(例如，蜂窝数据网络)向停车管理系统410发送应答器信息408。停车管理系统410使用应答器信息408，以对与应答器相关联的银行账户收取停车费用并确定可以用于帮助司机找到未占用停车空间的停车空间占用信息。
2.1 RFID读取器
参考图6，为了确定应答器信息408，RFID读取器400从两个天线402a、402b之一或两者发送询问信号q(t)(未示出)。RFID读取器400的范围内的任何应答器104接收询问信号，并响应于接收到询问信号而将响应信号发送回RFID读取器400。应答器104基本上同时发送其响应信号，从而导致向RFID读取器400发送组合响应信号y(t)。由于天线402a、402b的空间分离(距离d)，因此这些天线接收不同版本的组合响应信号y(t)。特别地，第一天线402a接收第一版本的组合响应信号y1(t)，并且第二天线402b接收第二版本的组合响应信号y2(t)。各组合响应信号可以表示为在各个应答器104所发送的响应信号各自乘以应答器和接收天线之间的信道的情况下的响应信号的总和。即，第一版本的组合响应信号可以表示为：
y1(t)＝y11(t)+y12(t)...y1n(t)
并且第二版本的响应信号可以表示为：
y2(t)＝y21(t)+y22(t)...y2n(t)
其中n是在RFID读取器400的范围内的应答器的数量。
如同以上的情况，从各应答器接收到的响应信号的版本可以表示为：
其中hji是第i个应答器104和RFID读取器400的第i个天线之间的复信道系数，s(t)i是用于对第i个应答器响应数据(例如，256位应答器响应)进行编码的开关键控(OOK)调制函数，以及fci是与第i个应答器相关联的载波频率。
在图6的示例中，由于在RFID读取器400的范围内存在三个应答器104，因而第一组合响应信号是：
y1(t)＝y11(t)+y12(t)+y13(t)
并且第二组合响应信号是：
y2(t)＝y21(t)+y22(t)+y23(t)。
参考图7，RFID读取器400在其第一天线402处接收第一组合响应信号y1(t)，并在其第二天线402b处接收第二组合响应信号y2(t)，并处理组合响应信号y1(t)和y2(t)以确定应答器信息408。
读取器400包括发送器部分412和接收器部分414。本机振荡器416由发送器部分412和接收器部分414所共用，并且以915MHz的载波频率fc(即，电子收费应答器所通常使用的载波频率)振荡。
发送器部分412包括用于从本机振荡器416接收振荡信号o(t)(例如，频率为915MHz的正弦波)并使用振荡信号生成询问信号q(t)的询问信号生成器418。询问信号被提供至天线接口403的发送器部分。天线接口403使询问信号q(t)经由天线402a、402b之一或两者从RFID读取器400发送。在一些示例中，询问信号生成器418仅生成振荡信号o(t)的放大版本，使得询问信号q(t)是载波频率为fc的正弦波。
如以上参考图6所述，在从天线402a、402b发送询问信号q(t)之后的一些点处，在第一天线402处接收第一版本的组合响应信号y1(t)，并在第二天线402b处接收第二版本的组合响应信号y2(t)。接收器部分414被配置为处理第一版本的组合响应信号y1(t)和第二版本的组合响应信号y2(t)，以确定应答器位置。
接收器部分414包括混合器420、快速傅立叶变换(FFT)模块422和应答器定位模块424。混合器接收来自天线接口403的第一版本和第二版本的组合响应信号y1(t)和y2(t)以及来自本机振荡器416的振荡信号o(t)作为输入，并使用该振荡信号以(例如，通过使y1(t)和y2(t)乘以o(t))将第一版本的组合响应信号y1(t)下降混合为第一基带信号r1(t)并将第二版本的组合响应信号y2(t)下降混合为第二基带信号r2(t)。
将第一基带信号r1(t)和第二基带信号r2(t)提供给FFT模块422，其中该FFT模块422根据第一基带信号r1(t)来确定第一频域表示R1(f)，并根据第二基带信号r2(t)来确定第二频域表示R2(f)。
将第一频域表示R1(f)和第二频域表示R2(f)提供给应答器定位模块424，其中该应答器定位模块424处理频域表示以确定应答器信息408。
在一些示例中，应答器定位模块424根据下式来确定各应答器104和RFID读取器400之间的空间角度：
其中α是空间角度，Δφ是两个天线之间的相位角度(即，Δφ＝φ2-φ1)，d是天线之间的距离，以及λ是载波信号的波长。
虽然已知d和λ，但Δφ是未知的，并需要在可以确定α之前进行测量。在仅一个应答器的情况下，Δφ可以被确定为：
其中，r1(t)是第一基带信号，r2(t)是第二基带信号，h11是应答器和第一天线402a之间的信道，以及h21是应答器和第二天线402b之间的信道。
然而，在第一基带信号r1(t)和第二基带信号r2(t)包括来自两个或更多个应答器的信号成分的情况下，由于应答器和天线之间的不同信道，因此上述的简单方法行不通。即，
由于这个原因，应答器定位模块424使用不同的方法来确定Δφ。特别地，应答器定位模块424处理第一频域表示R1(f)和第二频域表示R2(f)，以识别(如上所述那样)各频域表示中的与载波频移(各个应答器的Δfji)相对应的峰。然后，对于第一频域表示R1(f)中的载波频移Δf1i处的各峰，应答器定位模块424确定该峰的第一幅度。应答器定位模块还确定第二频域表示R2(f)中的载波频移Δf1i处的相应峰的第二幅度。
如上所述，第一幅度与第一天线402a和第i个应答器之间的信道的信道系数除以2(h1i/2)相对应。第二幅度与第二天线402b和第i个应答器之间的信道的信道系数除以2(h2i/2)相对应。使用第一幅度和第二幅度，可以按照如下来确定Δφ：
在Δφ已知的情况下，空间角度α可以由应答器定位模块424确定。一般来说，空间角度α和应答器的数量n对于诸如停车管理系统等的某些应用是足够的。
例如，参考图8，RFID读取器400的范围内的停车空间432a～432f各自与空间角度的范围相关联。在图中，第一停车空间432a与-70°至-45°的空间角度的范围相关联，第二停车空间432b与-45°至-30°的空间角度的范围相关联，第三停车空间432c与-30°至-2°的空间角度的范围相关联，第四停车空间432d与-2°至20°的空间角度的范围相关联，第五停车空间432e与20°至40°的空间角度的范围相关联，以及第六停车空间432f与40°至50°的空间角度的范围相关联。
在图5的示例中，第一应答器104a位于与第一停车空间432a相关联的空间角度的范围内，第二应答器104b位于与第三停车空间432c相关联的空间角度的范围内，以及第三应答器104c位于与第四停车空间432d相关联的空间角度的范围内。在该示例中，图7的应答器定位模块424将第一应答器104a识别为具有-65°的空间角度，因此将第一应答器104a与第一停车空间432a相关联。应答器定位模块424将第二应答器104b识别为具有-8°的空间角度，因此将第二应答器104b与第三停车空间432b相关联。最后，应答器定位模块424将第三应答器104c识别为具有12°的空间角度，因此将第三应答器104c与第四停车空间432d相关联。
然后，图7的应答器定位模块424形成包括应答器104和停车空间432之间的关联的应答器信息408，并将该应答器信息408提供至蜂窝调制解调器415，其中该蜂窝调制解调器415经由网络112将应答器信息408发送至停车管理系统410。停车管理系统410可以使用应答器信息408来管理停车事务和停车空间占用。
2.2应答器定位
参考图9，在一些示例中，应答器定位模块424使用空间角度α来确定空间中应答器所在的点。特别地，空间角度不与空间中的单个点相对应，而代替地与高度轴平行于地面的圆锥的表面上的所有点相对应。圆锥的方程为：
y2+z2＝r2＝(tan(α)·x)2
其中x、y和z是应答器相对于天线之间的点的空间坐标。第一RFID读取器800a的应答器定位模块424假设应答器104贴附至机动车辆106，其中，该机动车辆106可以被合理地假设为位于道路834上。圆锥和道路的交集具有第一形状836(例如，双曲线、椭圆或抛物线形状，其取决于圆锥的高度轴相对于地面的角度)，其中该第一形状836可以表示为：
(tan(α)·x)2-y2＝b2
其中b是与第一RFID读取器800a距地面的距离相对应的常数。
第二RFID读取器800b安装在第一RFID读取器800a附近(例如，跨道路安装)，并确定应答器104另外所在的第二形状838(例如，双曲线、椭圆或抛物线形状，其取决于圆锥的高度轴相对于地面的角度)。可以对两个方程进行求解以确定应答器的x坐标和y坐标。在一些示例中，两个RFID读取器800a、800b是时间同步的(例如，使用网络定时协议)。
2.3应答器速度确定
参考图10，在一些示例中，可以使用具有两个RFID读取器800a、800b的系统，以通过将贴附至车辆106的应答器104定位在两个不同的位置并且计算应答器在这两个位置之间行进所花的总时间来确定道路上行进的车辆106的速度。车辆106的速度可以表示为：
其中x1和x2是汽车的第一位置和第二位置，并且delay是应答器104在两个位置之间行进所花的时间量。
在一些示例中，将应答器定位在位置x1和x2处和对delay的估计的精度取决于两个读取器同步的程度。位置x1和x2的误差可以使用上述的方程来进行上限定，而与时间同步无关。该误差取决于读取器的高度和街道上相同方向的车道的数量。例如，对于天线安装至13英尺高的杆的四车道街道(即，每个方向上两个车道)，最大误差为8.5英尺。
delay的误差与定时同步的误差相同。由于读取器经由LTE调制解调器连接至因特网，因此这些读取器可以使用网络定时协议同步到数十毫秒内。
速度估计的精度取决于以上参数的精度以及x1和x2彼此相距多远。距离越大，则速度估计越精确。在一些示例中，通过在应答器沿街道行进时进行多次测量，进一步地提高了精度。
3应答器信号解码
参考图11，在一些示例中，RFID读取器1000(例如，图3的RFID读取器100的替代配置)包括用于对来自信号的应答器标识符进行解码的解码器1050，其中该信号包括来自多个应答器的多个时间上重叠的响应。由于使用开关键控对应答器标识符进行解码，因此解码器1050不能仅使用用于利用带通滤波技术来使与应答器的载波频移相关联的峰隔离的方法。这是由于开关键控的宽谱使得信号分布在该谱的宽部分上，而不是集中在峰的周围。
代替地，解码器1050使用如下的方法，其中该方法以确保来自关注应答器的信号相干地组合、而来自其它应答器的信号非相干地组合的方式来对时间上重叠的响应信号进行组合。结果，关注应答器的信噪比增加至高于其它应答器的信噪比，并且更容易进行解码。
特别地，在RFID读取器1000发送询问信号时，多个应答器基本上同时响应。在不丢失通用性的情况下，假设第一应答器(即，“应答器1”)是关注应答器。在这种情况下，基带组合响应信号可以表示为：
如果RFID读取器1000发送其它询问，则基带组合响应信号表示为：
注意，在两个响应信号中，信道系数是不同的。这种差异是由于应答器以随机初始相位开始这一事实而导致的。信道h1和h′1以及载波频移Δfi可以使用上述的方法进行估计。然后，解码器1050补偿载波频移Δfi和信道h1和h′1，然后对所接收到的基带组合响应信号进行求和以获得平均信号
解码器1050重复该处理N次，从而得到：
由上式可见，来自关注应答器(应答器1)的信号相干地相加，而其它信号以随机相位非相干地相加，并求出平均值。对于足够大的N，该应答器的信号功率比其它应答器的信号功率大得多，从而使得解码器1050能够对信号进行解码。
4 RFID读取器介质访问协议(MAC)
在一些示例中，当两个RFID读取器具有重叠范围时，从一个RFID读取器广播的询问信号可能与来自另一不同RFID读取器所询问的应答器的响应信号相冲突。这种冲突可能使询问信号和响应信号两者对于其各自的目的地装置无用。
为避免这种冲突，RFID读取器的一些实施例实施载波感测方法。特别地，各RFID读取器在发送询问之前监测介质。如果介质可用，则RFID读取器发送其询问。在一些示例中，询问信号具有20μs的典型长度，并且询问信号和应答器响应信号之间的延迟为100μs。因此，RFID读取器在发送其询问信号之前监听至少120μs。在120μs之后，由于RFID读取器可以保证在120μs之后将不会发送应答器响应，因此该RFID读取器可以安全地发送其询问信号。
在一些示例中，由于RFID读取器所发送的询问是简单正弦波，因此询问之间的冲突是可接受的，并且RFID读取器MAC协议中不需要竞争窗口。
5可选例
在一些示例中，通过添加第三天线并将三个天线布置成等边三角形图案来提高用于确定应答器的空间位置的实施例的精度。特别地，由于Δφ与cos(α)成比例这一事实，因此计算从读取器到应答器的空间角度α的精度在90°的空间角度时最高，并在0°或180°周围的角度时降低。在定位时，使用三个天线中具有最接近90°的空间角度的一对天线来确定应答器的空间位置。
在一些示例中，RFID读取器的发送器部分包括通过微控制器接通和关闭以发出询问信号的简单频率合成器(例如，PLL)。
在一些示例中，RFID读取器的FFT模块使用稀疏FFT方法，诸如Hassanieh Haitham等人在2012工业与应用数学学会于2012年1月17日～19日在日本京都举办的第二十三届ACM-SIAM离散算法研讨会的论文集中发表的“Simple and practical algorithm forsparse Fourier transform”中所描述的方法等。
在一些示例中，通过对RFID读取器进行负载循环来减少RFID读取器的功率消耗。例如，RFID读取器可以工作10ms，然后关闭一段时间以实现期望的功率消耗。
在上述的示例中，在RFID读取器处确定某些特性，然后通过网络将这些特性发送至使用这些特性来采取诸如调节交通灯模式或者向客户开账单等的一些动作的设施。然而，应当注意，在一些实施例中，RFID读取器本身能够自主地进行动作，而无需向另一设施发送任何信息。此外，在其它示例中，RFID读取器可以收集数据并且在通过网络将数据发送至设施之前尽可能少地对数据进行处理。然后，设施可以进行大量的处理，从而降低RFID读取器的复杂性。
6实现
实现上述技术的系统可以以软件、固件、数字电子电路或计算机硬件或它们的组合来实现。该系统可以包括有形地体现在机器可读存储装置中以供可编程处理器执行的计算机程序产品，并且方法步骤可以由可编程处理器执行指令程序来进行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。系统可以以可编程系统上可执行的一个或多个计算机程序来实现，其中该可编程系统包括至少一个可编程处理器，以相对于数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置进行数据和指令的接收和发送。各计算机程序可以以高级过程编程语言或面向对象的编程语言来实现，或者必要时可以以汇编语言或机器语言来实现；并且在任何情况下，语言可以是编译语言或解释语言。举例而言，合适的处理器包括通用和专用的微处理器这两种。一般来说，处理器将从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。一般来说，计算机将包括用于存储数据记录的一个或多个大容量存储装置；这样的装置包括：诸如内部硬盘和可移除盘等的磁盘；磁光盘；以及光盘。适合有形地体现计算机程序指令和数据的存储装置包括以下的所有形式：诸如EPROM、EEPROM和闪存存储器装置等的例如包括半导体存储器装置的非易失性存储器；诸如内部硬盘和可移除盘等的磁盘；磁光盘；以及CD-ROM盘。任何前述装置可以由ASIC(专用集成电路)进行补充、或者并入到ASIC(专用集成电路)中。
应当理解，前述说明旨在示出而不是限制本发明的范围，该范围由所附权利要求书的范围限定。其它实施例在所附权利要求书的范围内。

Claims (28)

1.一种用于处理多个收发器处的同时触发的响应信号的方法，其中，所述多个收发器被配置为以信道载波频率进行工作，所述多个收发器中的至少一些收发器具有相对于所述信道载波频率偏移的不同的发射载波频率，所述方法包括：
在第一接收器处接收响应于触发信号的响应信号，所述响应信号包括多个收发器响应信号的组合，所述多个收发器响应信号中的各收发器响应信号与所述多个收发器中的不同收发器相对应并具有不同的发射载波频率，其中，所述多个收发器响应信号中的至少一些收发器响应信号在时间上重叠；以及
基于所述多个收发器响应信号的载波频率来确定所述多个收发器的特性，其中，确定所述多个收发器的特性包括确定所述多个收发器中的收发器的数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一些收发器的所述不同的发射载波频率是由于收发器的制造差异而引起的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个收发器包括多个应答器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个应答器中的各应答器由车辆携带，以及
确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定所述第一接收器附近的车辆的数量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：识别所述响应信号的谱表示中的谱峰的数量，各谱峰与所述多个收发器中的一个或多个收发器的一个或多个载波频率相对应。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定为所述响应信号的所述谱表示中的至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定为至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应包括：
将所述响应信号中的所述至少一个谱峰的第一幅度与所述响应信号的第二时移版本中的所述至少一个谱峰的第二幅度进行比较，以及
基于所述第一幅度和所述第二幅度之间的差而将所述至少一个谱峰识别为与两个收发器相对应。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述多个收发器的特性包括：针对一个或多个收发器中的各收发器，确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第一接收器的第一到达角度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述多个收发器的特性还包括：基于针对所述多个收发器中的一个或多个收发器而确定的所述第一到达角度来确定所述一个或多个收发器的空间位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述一个或多个收发器的空间位置包括：
在第二接收器处接收所述响应信号，以及
针对所述一个或多个收发器中的各收发器，
确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第二接收器的第二到达角度，以及
基于所述第一到达角度和所述第二到达角度来确定该收发器的空间位置。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述多个收发器的特性包括：确定多个收发器标识符，所述多个收发器标识符中的各收发器标识符与所述多个收发器中的不同收发器相对应。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定多个收发器标识符包括：
针对所述多个收发器中的各收发器，
基于与该收发器相对应的不同的载波频率以及该收发器和接收器之间的信道而对时间间隔期间所接收到的多个响应信号进行处理；以及
根据处理后的多个响应信号来确定平均响应信号。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个收发器中的至少一些收发器是射频识别收发器即RFID收发器。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：
基于所述多个收发器的特性来确定所述第一接收器的范围内的多个停车空间中的各停车空间的占用状态。
15.一种用于处理多个收发器处的同时触发的响应信号的系统，其中，所述多个收发器被配置为以信道载波频率进行工作，所述多个收发器中的至少一些收发器具有相对于所述信道载波频率偏移的不同的发射载波频率，所述系统包括：
第一接收器，其包括用于接收响应于触发信号的响应信号的一个或多个天线，所述响应信号包括多个收发器响应信号的组合，所述多个收发器响应信号中的各收发器响应信号与所述多个收发器中的不同收发器相对应并具有不同的发射载波频率，其中，所述多个收发器响应信号中的至少一些收发器响应信号在时间上重叠；以及
一个或多个信号处理模块，其被配置为基于所述多个收发器响应信号的载波频率来确定所述多个收发器的特性，其中，确定所述多个收发器的特性包括确定所述多个收发器中的收发器的数量。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述至少一些收发器的不同的发射载波频率是由于收发器的制造差异而引起的。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个收发器包括多个应答器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述多个应答器中的各应答器由车辆携带，以及
确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定所述第一接收器附近的车辆的数量。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器中的收发器的数量，
确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：识别所述响应信号的谱表示中的谱峰的数量，各谱峰与所述多个收发器中的一个或多个收发器的一个或多个载波频率相对应。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器中的收发器的数量，
确定所述多个收发器中的收发器的数量包括：确定为所述响应信号的所述谱表示中的至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定为所述至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应，
确定为所述至少一个谱峰与所述多个收发器中的两个或更多个收发器相对应包括：
将所述响应信号中的所述至少一个谱峰的第一幅度与所述响应信号的第二时移版本中的所述至少一个谱峰的第二幅度进行比较，以及
基于所述第一幅度和所述第二幅度之间的差而将所述至少一个谱峰识别为与两个收发器相对应。
22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器的特性，
确定所述多个收发器的特性包括：针对一个或多个收发器中的各收发器，确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第一接收器的第一到达角度。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器的特性，
确定所述多个收发器的特性包括：基于针对所述多个收发器中的一个或多个收发器而确定的所述第一到达角度来确定所述一个或多个收发器的空间位置。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述一个或多个收发器的空间位置，确定所述一个或多个收发器的空间位置包括：
在第二接收器的一个或多个天线处接收所述响应信号，以及
针对所述一个或多个收发器中的各收发器，
确定与该收发器相对应的收发器响应信号到达所述第二接收器的第二到达角度，以及
基于所述第一到达角度和所述第二到达角度来确定该收发器的空间位置。
25.根据权利要求15所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器的特性，
确定所述多个收发器的特性包括：确定多个收发器标识符，所述多个收发器标识符中的各收发器标识符与所述多个收发器中的不同收发器相对应。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为确定所述多个收发器标识符，
确定所述多个收发器标识符包括：
针对所述多个收发器中的各收发器，
基于与该收发器相对应的载波频率以及该收发器和接收器之间的信道而对时间间隔期间所接收到的多个响应信号进行处理；以及
根据处理后的多个响应信号来确定平均响应信号。
27.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个收发器中的至少一些收发器是射频识别收发器即RFID收发器。
28.根据权利要求15所述的系统，其中，所述一个或多个信号处理模块被配置为基于所述多个收发器的特性来确定所述第一接收器的范围内的多个停车空间中的各停车空间的占用状态。
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