CN111344596B - Rfid标签定位和rfid标签的关联 - Google Patents

Abstract

一种适合在采用跳频扩频(FHSS)操作的无源RFID标签系统中使用的RFID探测器，所述RFID探测器获取对发送自RFID标签阅读器的采用“跳至载波频率”的连续波RF信号的至少一个特征的指示，所述RFID标签阅读器例如用于激活有待定位的RFID标签，对特征的指示是基于自RFID探测器之外的其他的源接收的信号来获取的。RFID探测器可以利用所获取的该连续波RF信号特征的指示来确定该RFID标签的至少一个位置相关参数。可以基于位置参数来确定例如所述标签、一组标签、所述RFID探测器或另一RFID探测器的位置。

Description

RFID标签定位和RFID标签的关联

相关申请的交叉引用

本申请要求以下美国临时专利申请的权益：1)62/647,723，于2018年3月24日提出申请，标题为“Systems and methods for tracking a passive RFID tag”；2)62/666,109，于2018年05月03日提出申请，标题为“Devices,systems and methods foridentifying and associating multitude of passive RFID Tags”；3)62/681,793，于2018年06月07日提出申请，标题为“RFID location systems,methods and devices”；4)62/691,601，于2018年06月28日提出申请，标题为“RFID location systems,methods anddevices”；5)62/702,498，于2018年07月24日提出申请，标题为“RFID location systems,methods and devices”；6)62/723,437，于2018年08月27日提出申请，标题为“RFIDlocation systems,methods and devices”；7)62/744,366，于2018年10月11日提出申请，标题为“RFID location systems,methods and devices”；8)62/750,403，于2018年10月25日提出申请，标题为“Devices,systems and methods for RFID location andassociation of a group of objects to a user ID”；9)62/755,677，于2018年11月05日提出申请，标题为“Devices,systems and methods for RFID location and associationof a group of objects to a user ID”；以及10)62/770,975，于2018年11月23日提出申请，标题为“Tracking,Associating and Security”。所有前述申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及射频识别(RFID)，尤其是涉及RFID标签的定位。

背景技术

传统的RFID系统通常包括阅读器(也称为询问器)和标签(也称为应答器)。有短距的近场系统，也有较长距的所谓超高频(UHF)系统。通常存在两类标准化的UHF RFID系统：例如符合ISO/IEC 18000-7标准的有源RFID系统；以及例如符合国际标准化组织和国际电工委员会(ISO/IEC)18000-6系列标准的无源RFID系统。有源RFID标签具有电池，该电池为电路供电，使得标签可以在距离阅读器较远时进行操作。无源RFID标签从由阅读器发送的RF信号中同时接收信息和操作能量。

使用最广泛的无源RFID标签包括ISO/IEC18000-6 C型标签或EPC射频标识协议第二代UHF RFID(

Gen2)标签。阅读器可以通过向标签传输连续波(CW)RF信号并且使标签通过调制标签天线的反射系数做出响应来从无源标签中获得信息，从而使标签反向散射CW RF信号以创建由阅读器接收的信息。

无源标签可以在低频、高频和超高频下操作。低频系统通常例如在124kHz、125kHz或135kHz下操作。高频系统使用例如13.56MHz的频带，而超高频系统使用例如860MHz至960MHz之间的频带。一些系统还使用例如2.45GHz的频带或射频频谱的其他区域。

还有一种混合类型的标签，该标签使用电池，因此不需要全部从阅读器的RF波形中获取操作能量。这种标签被称为电池辅助无源(BAP)RFID标签或半无源标签。BAP RFID标签(诸如ISO/IEC18000-6 D型标签)以与无源标签相似的方式使用反向散射向阅读器发送信息。由于ISO/IEC 18000-6 D型的BAP标签(也称为“标签只在听后再说(TOTAL)”标签)仅发送带有预先编程参数的消息，所以这种标签仅需要连续波(CW)RF信号来激活和维持通信。

RFID阅读器(例如ISO/IEC 18000-6 C型或EPC全球2代RFID阅读器)通常通过发送CW RF信号来激活其覆盖范围内的兼容RFID标签进而开始询问会话。阅读器通过调制CW RF信号来向标签发送询问消息，询问消息被编码，该CW RF信号充当其载波。

通常使用随机访问程序来建立RFID阅读器与每个RFID标签之间的通信，进而在RFID阅读器与每一个RFID标签之间建立一对一的连接。这种程序一旦完成，即使在相同的一般区域中还有其他类似标签，也允许读取该标签的数据，因此，这样一种标签被认为是用于询问会话的单独化的标签。更概括地说，单独化是一种RFID阅读器识别特定标签并且与其通信的方法。这是必要的，因为如果多个标签同时要对询问消息做出响应，则这些响应会彼此干扰，从而使得阅读器无法确定每个响应的内容。通常在实际应用中，数百个标签可能在阅读器的范围内。然而，当所有标签与标签阅读器配合使用并且遵循相同的防冲突协议(也称为单独化协议)时，阅读器就可以阅读每个标签的数据，而不会受到其他标签的干扰。对于每个标签的每个会话，必须执行单独化处理。当对每个标签执行单独化处理时，可以访问并且更新RFID标签以便用于询问会话。

每个标签都有唯一的标签标识(UTID)，例如数字标识，其可以称为电子产品代码(EPC)，存储在其存储器中，并且将标签与所有其他可能的标签区分开，尤其是，将标签与在与阅读器通信范围内的各种标签区分开。UTID通常与标签所属的产品的特定情况相关联。RFID标签的UTID可以包括96位唯一物品标识(UII)或EPC全球2代标签的电子产品代码(EPC)。

无源RFID标签通常很小，可以放置在多种物品上，这些物品例如包括设备、产品、甚至人。阅读器可以经由它们的标签来识别这些物品。相应地，例如RFID系统可以用于跟踪仓库中的库存或商店货架上的产品的数量。

目前，标准的无源RFID阅读器不适用于跟踪RFID标签的位置和轨迹。这部分因为每个RFID标签只能在给定时间与单个RFID阅读器互动。标准的无源RFID阅读器将其传输路径的一些组件以及被其传输路径所采用的参数，用作其接收路径的一部分并且在其接收路径的操作中使用。例如，阅读器的接收路径依赖于RFID询问会话的标签编码方案的参数。标签编码方案参数通过阅读器的传输路径发送到RFID标签，并被阅读器的接收路径使用以正确解码响应于RFID标签而接收的信号。此外，由于标签反向散射CW RF信号以发回其响应，阅读器所使用的用于发送CW RF信号的频率合成电路载波信号直接应用于阅读器的反向散射接收路径，从而对标签响应信号进行下变频。

这些参数对于跳频扩谱(FHSS)操作特别重要，在跳频扩谱操作中，在通信会话期间以伪随机方式改变载波频率从而减轻干扰(如联邦监管机构所要求的那样)。为此，现有技术中的RFID布置通过采用三角测量或多边测量(MLAT)技术试图执行RFID标签(例如UHFRFID标签)定位，现有技术中的该RFID布置必须相继(也就是说在不同时间)使用多个阅读器或多个接收天线，从而模拟这种算法所需的同步测量。当存在多个标签时，由于完成每一轮库存会话(inventory session)通常会花费几秒钟，因此这极大地限制了这种布置在跟踪移动标签方面的实际有效性。

美国专利号8,294,554公开了使用单个阅读器和多个阅读器，该单个阅读器进行发送，该多个阅读器同时进行接收，从而确定标签的位置。然而，不利的是，现有技术的这种布置似乎不适用于FHSS操作。

如上所述，RFID阅读器通常发送强的CW RF信号，使得标签可以从中提取能量，以便为其内部电路供电并且通过反向散射来创建可以由阅读器接收的信息信号。在美国使用902-928MHz下数字调制的一些系统(例如，ISO/IEC18000-6 C型RFID系统或EPC射频识别协议第二代UHF(EPC全球2代)RFID系统)中，阅读器从其天线端口中的发送高达1瓦或30分贝毫瓦。RFID阅读器接收路径的接收灵敏度通常受到发送路径泄漏干扰的限制。遗憾的是,复杂的RF隔离电路和干扰消除电路甚至也发生这种泄漏。如此高的输出RF功率加上杂散发射控制限制还需要复杂的大型电子元件和可靠的电源，这经常增加用于实际的RFID标签跟踪类型的应用的无源RFID阅读器的尺寸和成本，从而限制其布置。更进一步地，阅读器通常具有大型天线，从而覆盖可能存在大量标签的大面积区域。天线的大尺寸通常对定位精度造成限制。

发明内容

我们已经认识到，可以缓解对采用跳频扩谱(FHSS)操作的无源RFID标签定位系统的挑战，而根据本发明的原理，这通过适合在采用跳频扩谱(FHSS)操作的无源RFID标签系统中使用的RFID探测器实现，所述RFID探测器获取对发送自RFID标签阅读器的采用“跳至载波频率(hopped-to carrier frequency)”的CW RF信号至少一个特征的指示，所述RFID标签阅读器例如用于激活有待定位的RFID标签，对所述特征的指示是基于从除RFID探测器之外的源接收的信号来获取的。根据本发明进一步的原理，可以基于所获取的所述CW RF信号的所述至少一个特征的指示来确定例如所述标签、标签组、所述RFID探测器或另一RFID探测器的位置。

根据本发明的一个方面，RFID探测器可以基于RFID探测器对发送自标签阅读器的CW RF信号的接收来获取CW RF信号的特征的指示。根据本发明的一方面，RFID探测器可以通过从外部源接收这种指示来获取CW RF信号特征的指示。在本发明的一个实施例中，以数字形式(例如通过通信网络)从外部源接收CW RF信号的特征的指示。

在本发明的一个实施例中，所指示的CW RF信号的特征可以是频率，例如其载波频率。在本发明的一个实施例中，所指示的CW RF信号的特征可以是其相位。

根据本发明的一个方面，基于所获取的所述CW RF信号的至少一个特征的指示，所述RFID探测器从总信号中提取通过标签使用反向散射发送的RF信号，即所述标签信号，所述总信号在其天线处被接收。在这点上，应当理解，所述RFID探测器的所述天线同时接收从所述RFID标签阅读器中的所述CW信号以及所述RFID标签中的所述反向散射信号。在本发明的一个实施例中，这通过采用再生载波信号来实现，所述再生载波信号的性质基于所获取的指示。

根据本发明的一个方面，朝着确定例如至少所述RFID标签的位置这个目标，所述RFID探测器可以利用获取的所述CW RF信号特征的指示来确定所述RFID标签的至少一个位置相关参数。在本发明的一个实施例中，所述RFID标签的所述位置相关参数可以基于从所述RFID标签提取的所述反向散射信号。

在本发明的一个实施例中，所述RFID探测器利用获取的所述CW RF信号特征的指示来测量来自所述RFID标签中的所述反向散射信号的接收信号强度指示符(RSSI)。在本发明的一个实施例中，所述RSSI可以作为所述位置相关参数而被采用。在本发明的一个实施例中，所述位置相关参数可以是所述反向散射信号的RF相位旋转，所述RF相位旋转基于获取的所述CW RF信号的特征的指示由所述RFID探测器来确定。在本发明的又一个实施例中，所述位置相关参数可以是接收自单独化和识别标签的RF信号的时间戳，例如指示所述反向散射信号到达时间的时间戳。在本发明的又一个实施例中，所述位置参数是在所述RFID探测器处从所述RFID标签中接收有效信号。

在本发明的每个实施例中，可以使用来自一个RFID探测器中的至少一个确定的位置参数来独立地或组合地定位所述RFID标签。更进一步地，基于来自一个RFID探测器的至少一个位置参数和来自至少一个其他设备的信息可以确定所述RFID标签的位置。这种信息可以由另一RFID探测器提供，例如一个或多个位置参数由该另一RFID探测器提供。这种信息可以是由RFID标签阅读器供给的信息。因此，举例来说，从所述RFID探测器中获取的RSSI可以与来自所述RFID标签阅读器的定时信息以及通过另一RFID探测器获取的RSSI进行组合，从而确定所述标签的位置。

在本发明的一个实施例中，为了确定RFID标签的位置，来自所述标签的特定反向散射应当是来自所述RFID标签中的可识别的消息，使得确定位置的设备可以得知分别在RFID探测器和至少一个其他设备(例如其可以是与来自所述RFID标签的消息相对应的另一RFID探测器或RFID标签阅读器)处接收的消息版本。在本发明的一个实施例中，基于消息的内容，例如通过确定在所述RFID探测器和所述至少一个其他设备处接收到的消息具有相同内容可以实现这种识别。在本发明的另一个实施例中，基于消息的时间，例如接收时间和/或发送时间或由所述RFID阅读器发送消息的时间可以实现这种识别。这样的时间可以由所述RFID阅读器或服务器进行协调。

可以采用所获得的一个以上的特征来提高过程和所确定的位置的准确性。

在一个实施例中，对响应于标签消息而在每个RFID探测器处获取的RSSI测量执行归一化处理，这使得能够更准确地确定所述RFID标签的位置。

根据本发明的另一方面，每个物品都有各自的RFID标签，通过探测其各自标签的特定属性可以将两个或两个以上的物品关联在一起，例如在特定时间在预先规定的区域内、或确定为移动到一起。

附图说明

在附图中：

图1示意性示出了根据本发明的原理布置的RFID定位系统；

图2示意性示出了图1中的其中一个RFID探测器的实施例，所述RFID探测器在采用跳频扩谱的环境中在无源RFID模式中进行操作并且按照本发明的原理进行布置；

图3示意性示出了根据本发明的原理用于确定RFID标签的位置参数的方法的流程图；

图4示意性示出了用于帮助解释使用标签的位置参数确定RFID标签位置的一个实施例，所述位置参数通过一个或多个RFID探测器获取；

图5示意性示出了空间强度分布函数；

图6示意性示出了根据本发明的原理用于在图1的RFID探测器中使用的RFID反向散射接收器的另一个实施例；

图7示意性示出了实施为锁相环路的载波再生电路的实施例；

图8示意性示出了根据本发明的原理用于确定位置参数的另一方法的流程图；

图9示意性示出了根据本发明的实施例用于帮助解释RFID标签组的定位方法的一个实施例；

图10示意性示出了根据本发明的实施例与确定多个RFID标签(例如RFID标签组)关联在一起相关的实施例；

图11示意性示出了计算机系统，所述计算机系统可以用于实施图1中所示的示意性系统的每个组件；

图12示意性示出了根据本发明的原理布置的另一RFID定位系统；

图13示意性示出了使用位置参数来确定RFID探测器位置的实施例，所述位置参数通过所述RFID探测器从一个或多个RFID标签中获取；

图14示出了假设对称空间强度分布函数，所述假设对称空间强度分布函数由为每个空间点而确定的RSSI加权，RFID标签位于所述每个空间点处并且所述每个空间点发送由RFID探测器接收的有效信号；以及

图15示出了假设对称空间强度分布函数，所述假设对称空间强度分布函数与位于对称中心的RFID探测器圆形对称，这由使用RSSI归一化处理技术产生。

具体实施方式

以下仅说明本发明的原理。因此，应当理解，即使在本文中并未明确描述或示出，本领域技术人员也能够设计出各种不同布置，这些布置体现本发明的原理并且落在本发明的精神和范围之内。更进一步地，本文中例举的所有实施例和条件语言仅主要特别用于教学目的，以帮助读者理解本发明的原理以及由发明人为进一步推动本领域发展所提出的概念，其不限于所特别列举的实施例和条件。而且，本文中引用本发明的原理、各方面和实施例及其特定例子的所有描述旨在涵盖其结构和功能上的等同物。附加地，其意指这类等同物包括当前已知的等同物以及未来开发的等同物，即任何所开发的执行相同功能的元件，而不管其结构如何。

举例来说，本领域技术人员由此应当理解，本文中的任何结构图都是体现本发明原理的示意性电路或组件的概念图。同样地，应当理解，任何流程表、流程图、状态转变图、伪代码、过程描述等代表每个过程，无论是否明确示出计算机或处理器，该过程实质上都可以在计算机可读介质中表示并被计算机或处理器执行。

可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件相结合地执行软件的硬件来提供附图中所示的各个元件(包括标记为“处理器”的各个功能块)的功能。当通过处理器提供时，可以通过单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供该功能，其中一些处理器可以共享。处理器可以具有一个或多个所谓的“处理核”。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应解释为仅涉及能够执行软件的硬件，其可以隐含包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、图形处理单元(GPU)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、以及非易失性存储装置。还可以包括其他传统和/或自定义硬件。同样，图中所示的各个开关仅是概念性的。可以通过程序逻辑性操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动来执行其功能，如从上下文中更具体地理解，实施者可以选择特定技术。

在本文中的权利要求中，各个元件(其被描述为一种用于执行特定功能的手段)旨在包括执行该功能的任何方式。例如，这可以包括：a)执行该功能的电气元件或机械元件的组合，或b)任何形式的软件(其因此包括固件、微代码等)与用于执行该软件以执行该功能的适当电路的组合，以及与软件控制电路连接的机械元件(如果有的话)。这样的权利要求所定义的本发明存在如下事实：通过各个所述手段提供的功能以权利要求所要求的方式组合在一起。因此，申请人认为可以提供该功能的各个手段都等同于本文中所示出的手段。

软件模块或简单暗指软件的模块在本文中可以表示为用于指示执行过程步骤和/或文本说明的流程图元件或其他元件的任何组合。可以通过明确或隐含示出的硬件执行这样的模块。

附图不一定按比例绘制(除非本文另有明确规定)。

在说明书中，不同附图中相同编号的组件表示相同组件。

下面的具体实施方式的一些部分根据对计算机存储器内数据位的操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地向本领域的其他技术人员传达其工作实质的手段。本文中，算法通常被认为是产生所需结果的自洽序列步骤。这些步骤是需要对物理量进行物理操纵的步骤。通常，尽管不是必须的，但是这些量为以能够被存储、传输、组合、比较和其他方式被操纵的电或磁信号的形式。事实证明，有时出于方便、主要出于习惯用法原因，这些信号被称为位、值、元件、符号、字符、项、数字等。

然而，应当指出，所有这些和类似术语均要与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的惯用叫法。除非另有特别说明，则从以下讨论中可以明显看出，应当理解，在整个说明书中，利用诸如“接收”、“选择”、“分配”、“估计”、“确定”等术语的论述涉及计算机系统或类似计算设备的动作和过程，这些操作和过程将表示为计算机系统的寄存器和存储器内物理(电子)量的数据转换为同样表示为计算机系统的存储器或寄存器或其他此类信息存储设备、传输设备或显示设备内物理量的其他数据。

本文中所提出的算法和显示与任何特定计算机或其他装置没有固有的关联。各种通用系统可以与根据本文中教导的程序一起使用，或者事实可能会证明，出于方便构造更专用的装置以执行所需的方法步骤。如在下文所描述的那样，会出现用于多个这些系统的所需结构。另外，没有参考任何特定的编程语言对本发明进行描述。应当理解，多个编程语言可以用于实施如本文中所描述的本发明的教导。

可以提供本发明作为计算机程序产品或软件，其可以包括其上存储有指令的机器可读介质，这些指令可以用于对计算机系统或其他电子设备进行编程以执行根据本发明的过程。机器可读介质包括用于通过机器(例如计算机)以可读的形式存储或发送信息的各个机构。例如，机器可读(例如计算机可读)介质包括机器(例如计算机)可读存储介质(例如只读存储器(“ROM”)、随机存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备等)和机器(例如计算机)可读传输介质(电、光、声或其他形式的传播信号，例如载波、红外信号、数字信号等)等。

根据本发明的原理，RFID探测器可用在采用跳频扩谱(FHSS)的无源RFID标签定位系统中，所述RFID探测器获取对CW RF信号的特征的至少一个指示，所述CW RF信号以“跳至载波频率”自标签阅读器向RFID标签发送，所述标签阅读器用于激活有待定位的标签，对所述特征的指示是基于自源接收的而非从RFID探测器接收的信号来获取的。根据本发明的其他原理，可以使用所获取的所述CW RF信号的至少一个特征的指示来确定例如所述标签、一组标签、所述RFID探测器或另一RFID探测器的位置。

图1示意性示出了根据本发明的原理布置的RFID定位系统10。所述RFID定位系统10包括常规的RFID阅读器110、常规的RFID标签120-1至120-M，其中M是等于或大于1的整数，在本文中统称为标签120。RFID定位系统10还包括RFID探测器100-1，100-2至100-N，其中N是等于或大于1的整数，在本文中统称为RFID探测器100，对其进行布置以实施本发明的原理。RFID定位系统10可以用于确定至少一个特定RFID标签120中，每个的位置，即对至少一个特定RFID标签中的每个进行定位。

在RFID定位系统10的一个实施例中，RFID阅读器110和标签120采用跳频扩谱(FHSS)，并且可以符合每个已知的RFID标准(例如ISO/IEC 18000-6 C型或D型标准)或者可以是阅读器主动唤醒(RTF)无源RFID系统(例如EPCglobal Class 1 Gen 2阅读器)。

RFID阅读器110在每个询问会话期间询问其范围内的RFID标签120。RFID阅读器110可以使用单独化过程来寻址或以其他方式指定要询问的特定RFID标签。当仅特定标签做出响应时(例如因为已经进行了单独化)，每个RFID探测器100可以在几乎同一时间(例如在给定的输送响应的电磁辐射的速度下路径长度的变化之内)接收其响应。

为了清楚起见，下述RFID探测器100的功能通常可以被假定为仅限于这种RFID探测器100。然而，本领域普通技术人员会容易地认识到，RFID阅读器110也可实施这种功能。就本文而言，当利用RFID探测器100的功能时，这种RFID阅读器110可以被视为每个RFID探测器100之一。

在一个实施例中，RFID阅读器110发送CW RF信号作为激活信号。所述激活信号以RFID阅读器110的跳转频率下发送。所述CW RF信号可以用于激励(即供电)无源标签(例如标签120-1)。RFID阅读器110还可以对所述CW RF信号进行调制，以便除了为标签提供能量之外，还可以将其用于向RFID标签120-1发送信息并且对其进行询问。于是，所述CW RF信号通常保持未调制，以允许标签响应于来自RFID阅读器110的询问信号而反向散射所述CW RF信号从而产生携带至少一个标签消息的反向散射信号，并且从中收获一些功率。

在另一个实施例中，在标签120是“标签只在听后再说(TOTAL)”标签(诸如ISO/IEC18000-6 D型标签)的情况下，RFID阅读器110仅需要发送作为激活信号的CW RF信号，所述标签可以将标签消息反向散射到所述CW RF信号中，因为这些标签仅根据预先编程的参数发送消息，所以无需询问这些标签。每个这类标签最终也会单独化，使得在某一时间点，只有这一个标签做出响应。

可以通过其中一个通信信道155在每个RFID探测器100和可选地RFID阅读器110与服务器150之间传达信息。

通信信道155可以是任何形式(例如有线、无线和光学)的通信信道以及它们的任何组合，并且它们可以通过一个或多个网络，该网络可以是个人区域网、局域网或广域网、以及它们的任何组合。

参看图2，图2示意性示出了其中一个RFID探测器100(图1)的实施例，所述RFID探测器在采用FHSS的环境中以无源RFID模式操作并且根据本发明的原理布置。RFID探测器100包括RFID反向散射接收器210、载波再生电路220、处理电路230以及网络接口电路240。RFID探测器100可以与服务器150连接(图1)，例如,如上所述，RFID探测器100可以经由网络接口电路240通过通信链路155与服务器150连接。

RFID反向散射接收器210(图2)在RFID询问会话期间经由天线270从RFID标签中(例如图1中的其中一个RFID标签120)接收反向散射RF信号，所述反向散射RF信号由RFID阅读器(例如图1中的RFID阅读器110)激活和单独化。

RFID反向散射接收器210可以包括下变频电路212和移载器电路214。在一个示意性的实施例中，下变频器212使用再生载波信号来对从RFID标签中接收的反向散射RF信号进行下变频，所述再生载波信号作为输出290由载波再生器220供给。

可选的移载器电路214移除由阅读器发送的CW RF信号，所述CW RF信号同时经由天线270被接收器210接收，并且通常比接收的来自所述RFID标签的反向散射RF信号强几个数量级。有利地，使用移载器电路214可以显著提高探测器对反向散射信号的接收灵敏度。

通常，期望由载波再生器220生成的所述再生载波信号的频率应当与当前正在从所述RFID阅读器发送的所述CW RF信号的频率基本上相同。实际上，在各种实施例中，RFID探测器100可能需要这样，以便从标签中正确接收所述反向散射信号。

为此，鉴于RFID阅读器110采用跳频扩谱(FHSS)，其中通常可以跳转到的每个频率选自所允许的(如通常由每个辖区的规章所指定的可以使用RFID阅读器110)操作频率集合，以便再生频率与当前正在由RFID阅读器110采用的CW RF信号的频率基本上相同的载波信号，必须获取所述CW RF信号的至少一个特征的指示。根据本发明的原理，从除了RFID探测器100之外的其他源获取这种指示。在本发明的实施例中，所述特征的指示基于由RFID探测器100接收的信号。

在本发明的实施例中，RFID探测器100可以基于RFID探测器100经由天线270对从所述标签阅读器110发送的CW RF激活信号的接收来获取所述CW RF信号的所述特征。在本发明的实施例中，所获取的所述CW RF信号的所述特征可以是其频率，载波再生电路220使用该频率向RFID反向散射接收器210供应频率与所述CW RF信号的频率相同的再生载波信号。

在本发明的另一个实施例中，载波再生电路220可以例如以数字形式从外部源接收所述CW RF信号的特征的指示。这种指示可以例如经由网络接口电路240通过通信链路155接收。在本发明的该实施例中，所指示的所述CW RF信号的所述特征也可以是其频率，该频率由载波再生电路220使用，从而以所指示的频率向RFID反向散射接收器210供应再生载波电路。所接收的信息向探测器100指示在至少一个特定时间使用哪个频率。在本发明的一个实施例中，从RFID阅读器110供应关于使用哪个频率的信息。

在本发明的像这样的实施例中，可以从服务器150供应关于使用哪个频率的信息。服务器150可以出于多个原因中任一而知道指示哪个频率。例如，可以预先确定要使用的频率序列。可替代地，RFID阅读器110例如通过通信链路155中与其关联的通信链路可能已经向服务器指示了哪个频率要在特定时间使用。

在本发明的实施例中，载波再生电路220可以将载波信号合成为具有仅来自允许操作频率列表中的频率。

在本发明的一个实施例中，所获取的CW RF信号的至少一个特征的指示既指示其频率又指示其相位。在这种实施例中，所指示的频率和相位可以由载波再生电路220使用以向RFID反向散射接收器210供应再生载波，所述再生载波的相位与RFID阅读器110所发送的CW RF信号的相位同步，并且所述再生载波在载波再生电路220处接收。

根据本发明的一方面，处理电路230基于从单独化和识别的标签中接收的所述反向散射RF信号来确定至少一个位置相关参数。请注意，RFID标签120可以在其与RFID阅读器110交换的至少一条消息中传输其唯一标签识别符(ID)是众所周知的。基于唯一的识别符，可以知道标签中的哪个标签是确定位置参数的标签。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个位置相关参数是从单独化且已识别的标签中接收的RF信号的RSSI。在本发明的一个实施例中，所述至少一个位置相关参数是从单独化且已识别的标签中接收的RF信号的相位旋转。在本发明的一个实施例中，所述至少一个位置相关参数是从单独化且已识别的标签中接收的RF信号的时间戳。在本发明的又一个实施例中，所述至少一个位置相关参数是在所述RFID探测器处从所述标签中接收到有效信号。

处理电路230能够可选地包括用于解码从所述RFID标签中接收的反向散射RF信号的电路，以获取从其传输的消息的内容。如上所述，所述消息中的一个或多个消息可以包含唯一的标签识别符。使用包含标签识别符的消息使得消息能够与特定标签相关联。例如以确定标签的位置必须组合源自不同的RFID探测器100的信息时，这种操作是有用的。借助于所采用的协议，例如通过它们在标签消息序列中的位置，其他接收到的标签消息可以例如使用包含所述标签的标签识别符的标签消息与已经识别的特定标签相关联。可以采用其他方式来确认消息来自哪个标签，以便能够关联源自该标签中消息的各种位置参数。另一种方法可以基于从标签接收到消息的时间。在本发明的其他实施例中，关于哪个标签正在被定位的信息以及在RFID探测器100处正从哪个标签中接收响应的信息可以通过RFID阅读器110供应给服务器150。例如，RFID阅读器110可以指示哪个标签已经被单独化，并且指示所述标签消息正来自该标签。可替代地，RFID阅读器110发送时间戳，并且每个RFID探测器100发送时间戳和位置参数，然后服务器150可以关联由时间戳指示的相同时间段的所有位置参数。

RFID标签120可以采用各种编码方案和其他配置信息来构造通过反向散射产生的一个或多个消息。配置信息可以包括反向散射链路频率(BLF)和正在被应用的编码方案(例如FM0或M阶Miller编码)。RFID标签120通常在来自RFID阅读器110的消息中接收关于配置信息(尤其是采用哪种编码方案)的指令。在本发明的一个实施例中，对于所接收的标签消息，处理电路230可以尝试各种可能的编码选项，直到确定由RFID标签120用来创建所接收的标签消息的编码选项为止。在本发明的一个实施例中，处理电路230可以解码由RFID阅读器110发送的消息(例如在CW RF信号上调制的消息)，以获取配置信息。在本发明的另一个实施例中，处理电路230能够可选地通过使用由实施者提供的配置信息来辅助解码，其中所提供的配置信息指示任何需要的编码和配置信息。这种信息可以作为经由网络接口电路240接收的配置参数的一部分从服务器150提供给RFID探测器100。

有利地，由于RFID探测器100仅需要RFID接收路径，所以它不需要如通常在RFID阅读器中使用的高功率RFID发送器。这不仅通过消除发送逻辑的高复杂程度充分降低了RFID探测器100的成本，而且也可以减轻对大体积高功率RF电路和功率放大集成电路(集成电路：IC)的需求。并且，通过消除从发送路径到接收路径(其与通用的RFID阅读器相关联)的潜在干扰，探测器提供了更好的接收灵敏度性能。RFID探测器100可以通过采用通用的RFID阅读器IC的小型版本(其中免除了发射电路)来实施。

RFID探测器100的所有电路可以集成到芯片系统(SoC)中。用于RFID和BLE的天线以及其他各种元件可以在低姿态形状因数的RFID探测器中实施，这种RFID探测器像信用卡一样薄。可以采用小型集成板载电池或小型附接电池组来为RFID探测器100供电，并且可以预期能够在很长时间段内为RFID探测器100供电。

低成本、低功率和薄形状因数的RFID探测器100尤其有利地是，配置多个RFID探测器100。使用多个RFID探测器100不仅能够定位带有RFID标签的物品，也能够精确跟踪这些物品在空间中的移动，如在下文进一步讨论的那样。

图3是根据本发明的原理的用于确定RFID标签的位置参数的示意性方法的流程图。在步骤301的流程中，RFID阅读器110激活RFID标签120，该RFID标签120在RFID询问会话中在“跳至载波频率”上发送CW RF波。在步骤301之前，RFID阅读器110可以逐步执行询问程序，以在RFID阅读器110的覆盖区域中对兼容的RFID标签逐个单独化，直至RFID标签被识别。在步骤303中，RFID探测器100获取CW RF信号的特征的指示，该CW RF信号当前正在被阅读器110使用，如上文所描述的那样。

在步骤305中，RFID探测器100接收组合RF信号，该组合RF信号包括响应于询问信号而从单独化的RFID标签120反向散射的RF信号和激活RF信号，询问信号和激活RF信号接收来自RFID阅读器。接下来，在步骤307中，RFID探测器100提取所接收的来自单独化的RFID标签120中的反向散射信号，如上文所描述的那样。

最后，在步骤309中，探测器100基于所提取的RF信号(其从RFID标签120中被反向散射)来确定至少一个位置参数。

鉴于前述内容，基于在标签消息中接收唯一的标签标识，每个RFID探测器100可以将所接受的来自标签的信号与特定的RFID标签120相关联。基于从一个或多个标签消息中确定的信息，可以确定RFID标签120的未知位置。例如，若已知RFID探测器100的位置，可以使用三角测量方法来确定特定RFID标签(例如RFID标签120-1)的位置或RFID标签120组(例如RFID标签201-3和120-4)的位置。这种三角测量可以基于1)RFID标签120和阅读器110、2)RFID标签120和每个探测器100之间分别估算距离。可以使用弗林斯传输方程式(有时称为弗林斯传输公式)、使用RSSI来估算距离，RSSI基于接收来自标签中的RF信号进行确定。也可以使用RF相位旋转来估算距离，相位旋转基于接收来自标签中RF信号进行确定，如下文进一步解释的那样。

为此，至少一个位置参数可以通过其中一个通信信道155从每个RFID探测器100发送到服务器150。RFID阅读器110也可以确定至少一个位置参数，并且通过其中一个通信信道155将至少一个位置参数发送到服务器150。

来自RFID探测器中所确定的信息存储在服务器中，并且服务器150使用该信息来确定RFID标签120的位置。如本领域普通技术人员会容易地认识到，服务器150可以以多种方式实施。例如，在本发明的一个实施例中，服务器150可以实施为通过通信信道155与RFID探测器100和RFID阅读器110连接的独立硬件。在另一个实施例中，其在本文中被称为“服务器”，服务器150可以在移动或便携式设备上实施，该移动或便携式设备通过如低功耗蓝牙(BLE)之类的个域网与RFID探测器100连接。

图4示意性示出实施例，以帮助解释使用位置参数来确定其中一个RFID标签120的位置，该位置参数为用于该标签由一个或多个RFID探测器100所获取。图4中所示的RFID探测器100的类型与图1和图2所示的一样，但附图标记有所不同，以便更好地表明其附图标记以及它们在空间中的位置。对此，举例来说，图4中的RFID探测器100为RFID探测器100-ij，其中，1≤i≤M，1≤j≤N，其中，M、N是等于或大于1的整数。

在该示例中，突出显示的每个RFID探测器100(也就是轮廓线条较粗的探测器)在当前RFID询问会话中从RFID标签120中接收反向散射的RF信号，该RFID标签可能是多个RFID标签中的一个RFID标签，但是为清楚起见，图4中仅示出一个。通常，在这之后，对标签进行单独化处理并且在RFID阅读器110和RFID标签120之间会一对一通信。未突出显示的每个RFID探测器100实际上在当前RFID询问会话中不会从RFID标签120中接收信号。

突出显示的每个RFID探测器100至少基于其接收到的反向散射信号版本来确定至少一个位置参数。这样确定的位置参数可以发送给服务器150(图1)。突出显示的每个RFID探测器100也可以发送信息来识别所发送的位置参数用于特定RFID标签120、或发送能够用于识别所发送的位置参数用于特定RFID标签120的信息。这样做允许从其中一个RFID探测器100发送的至少一个位置参数与从其他RFID探测器100(例如突出显示的RFID探测器100)中发送的一个或多个位置参数结合。

与距离无关(range free)的技术(例如在RFID探测器100处不进行距离估算，但反而基于多个或某个特定RFID探测器100是否已从物品RFID标签120中接收到标签消息的技术)可以用于准确确定RFID标签120的位置。在这样的实施例中，位置参数可以是有效信号的接收。服务器150知道每个RFID探测器100的位置，并且由每个RFID探测器100通知哪个(例如图4中突出显示的RFID探测器)接收了有效信号。基于这种信息，服务器150可以确定RFID标签120的大致位置。

例如，多个突出显示的RFID探测器100可以位于每个空间点处，以形成围绕RFID标签120的空间图案、例如对称空间图案410。当RFID探测器100和RFID标签120使用完美的全向天线时，可能会出现图4所示的这种对称空间图案。在本发明的一个实施例中，地理对称图案410可以是个圆，其中心位于RFID标签120处。可以借助最大似然、卡尔曼滤波或其他优化技术来确定与RFID标签120的位置相对应的地理对称中心。如此，通过依赖于接收有效信号(也就是具有足够强度的信号)，可以确定RFID标签120的位置。在本发明的其他实施例中，所形成的空间图案可以不同，例如其可以是随所采用的天线的性质而变化的，但知道所产生的图案的性质将允许本领域普通技术人员确定RFID标签120的位置。

通过使用例如在RFID探测器100处确定的RSSI可以提高所确定的位置的准确性，该RFID探测器接收有效信号。如上所述，RSSI可以用作由RFID探测器100确定的位置参数。本领域普通技术人员应当领会，根据弗林斯方程式，来自标签120中的任何标签消息的RSSI与标签120和特定探测器100之间自由空间中的距离的平方成反比，该RSSI例如在接收消息的每个RFID探测器100(例如图4中突出显示的RFID探测器100)处被测量。

针对RFID探测器100所位于的各个空间点确定的RSSI可以用作假设对称空间强度分布函数(例如图5所示的空间强度分布函数500)的加权函数，在上述空间点处RFID探测器100接收有效信号。例如，如上文所讨论的那样，对于完美的全向天线，假设地理对称图案可以是个圆。对称空间强度分布函数500的对称中心是RFID标签120的位置。如本领域普通技术人员会容易地认识到，可以借助最大似然、卡尔曼滤波或其他优化技术来确定对称中心。

根据本发明的一个方面，利用RFID标签120到其中一个RFID探测器100的估定接近度可以通过该RFID探测器100的位置来粗略估定RFID标签120的位置。在本发明的一个实施例中，基于由其中仅仅一个RFID探测器100从RFID标签120中接收有效反向散射的信号，来确定RFID标签120到该RFID探测器100的接近度。在本发明的另一个实施例中，基于在所有从RFID标签120中接收有效反向散射信号的RFID探测器中，哪个RFID探测器100从RFID标签中接收具有最强的RSSI的反向散射信号，来确定RFID标签120到RFID探测器100的接近度。

图6示出了根据本发明原理的RFID反向散射接收器210的另一个示意性实施例，该RFID反向散射接收器在采用FHSS的环境中以无源RFID模式操作的一个RFID探测器100(图1)中使用。

在图6所示的实施例中，下变频电路212可以作为直接转换正交解调器实施。在这种实施例中，接收到的RF信号直接下变频为基带，而不是变频为可能如图2的实施例中完成的中频(IF)。在图6中，下变频电路212包括：a)RF放大器622；b)正交混频器624，其包括正交混频器624-1和624-2；c)π/2移相器626；以及d)低通滤波器(LPF)628-1和628-2，统称为低通滤波器628，它们以所示方式布置。在图6的实施例中，移载器电路214可以包括：a)带通滤波器(BPF)632-1和632-2，统称为带通滤波器632；b)可变增益放大器(VGA)634-1和634-2，统称为可变增益放大器634；以及模数转换器(ADC)636-1和636-2，统称为模数转换器636。BPF 632从阅读器110(图1)移除激活CW RF信号的分量，该分量在直接转换解调器212的输出处成为直流(DC)信号。每个LPF 628及与其连接的相应的BPF632能够可选地实施为同一个相应的单个单元。

例如经由RFID反向散射接收器210的天线270(图2)，在输入处612接收到的组合RF信号F(t)可以表达为来自标签120中的反向散射信号与来自阅读器110中的CW RF信号的总数。来自RFID标签120中在载波再生电路220处接收的组合反向散射RF信号和从RFID阅读器110中接收的CW RF信号可以表达为：

其中f表示来自阅读器110中的CWRF信号的载波频率；a(t)是接收到的标签信号；Φ是CW RF信号的总相位旋转，该CW RF信号由从RFID阅读器110(图1)的天线(未示出)行进至RFID标签120(图1)并由RFID标签120反向散射并到达下变频电路212；并且/>

是行进的CW RF信号的总相位旋转，该CW RF信号从RFID阅读器110的天线(未示出)到达RFID反向散射接收器210。

在本发明的一个实施例中，载波再生电路220(图2)实施为频率合成器，该频率合成器基于所获取的CW RF信号的至少一个特征的指示来合成具有该特征频率的载波，该CWRF信号用于激活RFID标签，其中该至少一个特征为被探测器100获取的激活CW RF信号的频率。在载波再生电路220输出处290的再生CW RF信号可以表达为：

其中/>

为任意相位，并且α为由载波再生电路220产生的再生载波的幅度，其被应用于例如图6中的下变频电路212。因此，输出处614-1和614-2的正交分量可以分别表达为：/>

和

其中K是下变频电路212的总增益。由BPF632移除的同相分量和正交分量中的DC项是来自阅读器110的具有增益K的下变频CW RF信号。

在图6反向散射接收器210的输出处616-1和616-2数字化的同相分量和正交相位分量可以分别表达为：

和/>

其中G是接收器210的总增益。

当RFID反向散射接收器210具有如下输入阻抗R时，可以确定RSSI：

其中在反向散射RF信号的时段内平均计算，该反向散射RF信号携带来自单独化的RFID标签120的消息。

图7示意性示出载波再生电路220实施为锁相环(PLL)的实施例。该实施例基于从阅读器110中接收CW RF信号，该CW RF信号在载波再生电路220的输入处712被接收。图7示出了相位比较器702、环路滤波器704以及压控振荡器(VCO)706。

实施为PLL的载波再生电路220在输出处290提供再生载波信号，该再生载波信号与发送自RFID阅读器100的CW RF信号同步。这种再生载波信号S(t)可以表达为：

然后，在反向散射接收器210(图6)的输出处616-1和616-2数字化的同相分量和正交相位分量可以分别表达为：

和

总相位旋转Φ可以通过分别在RFID反向散射接收器210(图6)的输出处616-1和616-2将正交分量除以同相分量而获取，例如：

图8为根据本发明原理的用于确定位置参数的另一示意性方法的流程图。在步骤801的流程中，RFID阅读器110在RFID询问会话中使用激活CW RF信号来激活RFID标签120。在步骤810之前，RFID阅读器110可以逐步执行询问程序，以在RFID阅读器110的覆盖区域中对兼容的RFID标签逐个单独化，直至RFID标签单独化并因此可以与RFID阅读器110进行一对一通信。接下来，在步骤803中，RFID探测器100接收CW RF信号。

在步骤805中，RFID探测器100获取CW RF信号的至少一个特征，该CW RF信号由RFID阅读器110发送。在本发明的一个实施例中，可以通过从CW RF信号中确定至少一个特征来获取该至少一个特征，CW RF信号由RFID阅读器110发送并且由RFID探测器100接收。

之后，在步骤807中，RFID探测器100例如经由天线270接收组合RF信号，该组合RF信号包括从单独化的一个RFID标签120中反向散射的RF信号和询问信号，该RF信号响应于CW RF信号被发送，该询问信号来自RFID阅读器110由经单独化处理的RFID标签120接收。通常，由RFID阅读器110发送的CW RF信号的幅度比从RFID标签120中接收的反向散射信号的幅度大得多。接下来，在步骤809中，RFID探测器100基于再生载波对从RFID标签120反向散射的信号进行解调，该再生载波基于从阅读器110获取的激活信号的特征而产生。

鉴于前述内容，在对CW RF信号(CW RF信号从RFID阅读器110发送到RFID标签120)使用跳频的RFID系统中，RFID探测器100基于所获取的CW RF信号的至少一个特征来探测从RFID标签120反向散射的信号。

最后，在步骤811中，RFID探测器100根据已解调的RF信号(RF信号从RFID标签120被反向散射)来确定至少一个位置参数。位置参数可以是以下各项中的一项：1)RSSI、2)时间戳、3)RF相位旋转以及4)有效信号的探测。

图9示出了根据本发明实施例的以帮助解释用于定位RFID标签120组的方法的示例。图9用交叉标记指示每个RFID探测器100-1、100-2、100-3、RFID阅读器110和RFID标签120的位置。

从标签120反向散射的并且由一个RFID探测器100-i(其中，i＝{1、2、3})接收的RF信号的总RF相位旋转可以计算为：

其中/>

是从阅读器110的天线到标签120的激活CW RF信号的相位旋转；θ_i是从标签120反向散射的信号的相位旋转，该信号也在定位器100-I处被接收；φ_T是标签120引起的相位旋转；φ_D是在于探测器100的反向散射接收器210处接收之前在天线270处由任何其他可选的RF分量引起的相位旋转。相位差Δφ_ij，(其中i，j＝{1，2，3}，并且j与i不同)可以计算为：

其中r_i是RFID探测器100-i与RFID标签120之间的距离，c是光速。因此，距离差可以计算为：/>

其中λ是激活CW RF信号的波长。

对于每对Δ_ij：(其中i，j＝{1，2，3}，并且j与i不同)，轨迹900-k(k＝{1，2，3})可以以分析或计算方式确定为简单曲线。在图9的示例中，三个轨迹900-1，900-2和900-3在RFID标签120的位置相交。

在本发明的一个实施例中，RFID阅读器110(图1)以特定时间间隔(例如由服务器150所指定的时间间隔)重复标签会话，从而能够在不同时刻确定RFID标签信息。在几个时刻确定的位置信息可以产生多个相应的估算位置，每个时刻有一个估算位置。如果RFID标签120静止，则该标签的估算位置不会随时间而改变。然而，当RFID标签移动时，其位置可能在每个时刻都不同。在本发明的一个实施例中，改变的位置信息可以用于确定RFID标签120的运动速率和运动方向。

可以通过采用在两个时刻(例如当前时刻和先前时刻)确定的位置来获取运动速率或速度。例如可以根据当前时刻位置与先前时刻位置之间的距离除以先前时间与当前时间之间的经过时间来获取速度。可以根据从先前时刻的位置到当前时刻的位置的矢量的方向来获取运动的方向。

在位置的一个实施例中，可以存储位置信息，使得能够分析RFID标签120随时间的运动。例如，服务器150可以将一个或多个RFID标签120的不同位置存储在存储器中。这种方法可以用于例如研究附有RFID标签120的物品的移动图案或跟踪附有RFID标签120的丢失物品或被盗物品的行进路径。

图10示出了根据本发明实施例的与确定多个RFID标签关联在一起(例如以一组RFID标签120的形式)相关的示例。通过使用时间戳来确定每个单独的RFID标签120的位置、运动方向、运动速度或几个前述项的组合，该时间戳在服务器150上(图1)与测量的位置参数相关联，该位置参数在每个询问会话期间(例如会话1、会话2至会话L(其中L是通常等于或大于1的整数)由RFID探测器100(图1)捕获，这在不同时间发生，并且在此L的增加中的值指示后来的时间。此外，通常，采用的会话越多，结果就会越准确。服务器150可以基于在每个会话时确定的每个RFID标签120的不同位置来确定每个RFID标签120随时间的运动图案。运动图案在多个会话的时间间隔内的相似度和/或几个标签120位置的接近度指示这种RFID标签120似乎属于一组、例如组1000。

RFID标签120组的追踪对于图书馆或百货商店中的自动交易尤其有用，因为用户正在结账或购买的物品组可能会关联在一起，其中无源RFID标签120分别附在每个物品上。作为示例，RFID阅读器110和RFID探测器100可以沿着设施(例如图书馆或百货商店)的走廊安装，该走廊通向主要入口和出口，以及遍布整个设施。在每个时刻，RFID标签120组彼此关于运动图案的相似度和紧密接近度可以指示物品组的关联。可以使用众所周知的智能算法(其带有预先设定的标准)来确定这种关联。如果一个标签与一个人关联，则当确定该人与物品一起穿过出口时，所有物品都被关联为已被结账或已被出售给该人。

RFID探测器100处的RSSI测量可能取决于RFID阅读器110与RFID标签120之间的距离，这是因为RFID标签反向散射来自RFID阅读器110的CW信号，并且RFID标签120处的CW信号的强度取决于其距RFID阅读器110的距离。在其计算中使用这种位置相关的RSSI测量会导致位置确定时精确度降低，为了提高精确度，可以执行归一化进程以对RFID阅读器110和RFID标签120之间的距离进行补偿。

在本发明的实施例中，可以简化用于执行归一化的计算，其中RFID阅读器110、RFID探测器100和RFID标签120采用全向天线并且在每个元件之间具有视线。在这种实施例中，RFID标签120处的接收功率可以使用弗林斯方程式表达为：

其中P表示功率，G是天线增益，λ是激活CW RF信号的波长，并且D是标签和阅读器之间的距离。阅读器处的反向散射信号的接收信号强度表达为：

，其中L表示标签反向散射损耗比。RFID探测器100处的反向散射信号的RSSI可以表达为：

如果RFID标签120假设由RFID探测器100以与由阅读器所发送的发送功率相同的发送功率激发，则归一化的接收信号强度例如表达为：

本领域技术人员能够容易地将其他归一化算法应用于为RFID阅读器110、RFID探测器100和RFID标签120指定特定天线配置的其他布置。

参看图11并请留意，本发明可以有利地在具有合适的输入和输出电路的几乎任何传统计算机系统上实施，图11示意性示出了可以用于实施服务器150(图1)的计算机系统1100。另外，这种计算机系统的一般体系结构可以用于实施RFID探测器100、RFID阅读器110和RFID标签120。然而，在细节将基于特定用途变化的情况下，可以移除例如图11的一些输入和输出系统(例如键盘、鼠标和显示器)，而可以添加其他输入和输出系统(例如实施无线通信的电路)。

系统1100包括：a)中央处理单元(CPU)1101；b)主存储器1102；c)图形单元1103；d)用于用户输入的键盘1104；e)鼠标1105；以及f)大容量存储装置1106(也称为长期存储装置)，该大容量存储装置可以包括固定介质和可移除介质两者，其使用固态、磁、光或磁光存储技术中的任何一个或多个存储技术、或任何其他可用的大容量存储技术。这些组件可以经由传统互连方法互连，组件可以包括其他的集成电路和控制器，例如所谓的“北桥”和“南桥”、以及PCI接口、PCI-X接口、AGP接口和PCIe接口，但是出于方便和教学目的，组件简化为简易的双向系统总线1107。总线1107包含为存储器1102的每个部分寻址的地址线。系统总线1107还包括数据总线，该数据总线用于在a)CPU 1101、b)主存储器1102、c)图形单元1103以及d)大容量存储装置1106之间发送数据。

在所示的示意性实施例中，CPU 1101包含算术逻辑单元(ALU)1109、寄存器1111和高速缓冲存储器1113以及中央处理单元中常规发现的其他组件，该CPU可以是单核或多核处理单元。ALU 1109、寄存器1111和高速缓冲存储器1113可以是如单核处理器中的单个单元，或者它们可以具有每个核的一部分并在本文仅共同表示。CPU 1101可以是任何合适的微处理器。

系统1100的主存储器1102可以例如是16GB的传统动态随机访问存储器，尽管可以或多或少适当地使用存储器。

图形单元1103可以是图形卡(例如可以从AMD或nVidia获得)或者可以包括作为CPU 1101的一部分而提供的内置图形。图形单元1103可以包括例如1GB的视频随机访问存储器。再者，依据所需分辨率，可以或多或少地使用这种存储器。视频随机访问存储器可以是主存储器1102的共享部分或一部分。图形单元1103转换信息以在传统视频监视器(未示出)上显示，该视频监视器适合于使用一个传统可用接口(例如VGA、HDMI和显示端口)来显示图形图像。

图12示意性示出根据本发明的原理布置的RFID定位系统20。RFID定位系统20包括传统的RFID阅读器110、传统的RFID标签120-1至120-W，其中，W是等于或大于1的整数，在本文中统称为RFID标签120。RFID定位系统20也包括RFID探测器100，该RFID探测器被布置为实施本发明的原理。RFID定位系统20可以用于确定RFID探测器100的位置，也就是对RFID探测器100进行定位。

RFID阅读器110在每个询问会话期间对其范围内的每个RFID标签120进行询问和单独化。当只有一个特定RFID 120标签正在做出响应时(例如因为其已被单独化)，它的响应可以由RFID探测器100接收。RFID探测器100可以基于接收唯一标签标识的标签消息来关联从每个单独化的标签120中接收到的信号。基于从每个单独化标签120的一个或多个标签消息中确定的信息，可以确定RFID探测器100的未知位置。例如，当RFID标签120的位置已知时，RFID探测器100的位置可以使用三角测量方法确定。为此，通过一个通信通道155，可以从RFID探测器100向服务器150发送来自每个单独化的RFID标签120的最后一个位置参数。所确定的来自RFID标签120的信息存储在服务器150中，并且服务器150使用该信息来确定RFID探测器100的位置。

图13示意性示出使用由RFID探测器100从一个或多个RFID标签120中获取的位置参数来确定RFID探测器100的位置的示例。举例来说，图13中的RFID标签120为RFID标签120-ij，其中1≤i≤U、1≤j≤V，并且U、V是等于或大于1的整数。在该示例中，RFID探测器100在当前RFID询问会话中从突出显示的每个RFID标签120中接收反向散射的RF信号。通常，突出显示的每个RFID标签120被单独化，并因此可以在RFID阅读器110和RFID标签120之间进行一对一通信。RFID探测器100实际上在当前RFID询问会话中不会从突出显示的每个RFID标签120中接收信号。

如上文所描述的那样，RFID探测器100至少基于从突出显示的每个RFID标签120中接收的反向散射信号的版本来确定至少一个位置参数。这样确定的位置参数可以发送给服务器150(图1)。

与测距无关的技术可以用于准确确定RFID探测器100的位置。在这样的实施例中，位置参数可以是接收有效信号。服务器150知道每个RFID标签120的位置，并且由RFID探测器100通知哪个RFID标签120发送了由RFID探测器100(例如图13中突出显示的RFID探测器)接收的有效信号。基于这种信息，服务器150可以确定RFID探测器100的大致位置。

例如，多个突出显示的RFID标签120可以位于每个空间点处，以形成围绕RFID定位器100的空间图案、例如对称空间图案1310。当RFID探测器100和RFID标签120使用完美的全向天线时，可能会出现图13所示的这种对称空间图案。在本发明的一个实施例中，地理对称图案1310可以是个椭圆，其焦点分别在RFID探测器100和RFID阅读器110的位置。本领域普通技术人员会容易地认识到，可以通过使用最大似然、卡尔曼滤波或其他优化技术来确定与RFID标签120的位置相对应的椭圆1310的未知焦点。如此，通过依赖于接收有效信号(也就是具有足够强度的信号)，可以确定RFID探测器100的位置。在本发明的其他实施例中，所形成的空间图案可以不同，例如其可以是随所采用的天线的性质而变化的，但知道所产生的图案的性质将允许本领域普通技术人员确定RFID探测器100的位置。

通过使用RFID标签120的由RFID探测器100确定的RSSI可以提高所确定的位置的准确性，该RFID标签发送有效信号。如上所述，RSSI可以用作由RFID探测器100确定的位置参数。本领域普通技术人员应当领会，根据弗林斯方程式，来自RFID标签120(例如图13中的RFID探测器100的那些被突出显示的RFID标签)中的任何标签消息的RSSI与发送消息的该RFID标签120和RFID探测器100之间的自由空间中的距离的平方成反比，该RSSI例如在RFID探测器100处被测量。

如图14所示，针对RFID标签120所位于的各个空间点确定的RSSI可以用作假设对称空间强度分布函数1400的加权函数，RFID标签120在该处发送的有效信号由RFID探测器100接收。例如，如上文所讨论的那样，对于完美的全向天线，假设地理对称图案可以有两个焦点。对称空间强度分布函数1400的一个焦点是RFID探测器100的位置。如本领域普通技术人员会容易地认识到，可以通过使用最大似然、卡尔曼滤波或其他优化技术来确定焦点。

可以通过使用RSSI归一化技术来进一步提高所确定的位置的准确性，例如上文所解释的那样。例如，对于完美的全向天线，假设对称空间强度分布函数1500(图15示出)可以是圆形对称的，其中RFID探测器100位于对称中心。如本领域普通技术人员会容易地认识到，可以通过使用最大似然、卡尔曼滤波或其他优化技术来确定对称中心。

在本发明的一个实施例中，两个或更多RFID探测器100可以在预先选择的位置处放置在要跟踪的物品上。这种附加RFID探测器100中的RSSI测量不仅能够更准确地跟踪物品，而且更重要的是，也能够确定某些空间属性，例如由确定的多个RFID探测器100的位置所定义的空间结构内的物品方位。这些确定的空间属性使得本发明能够在机器人和车辆控制应用中使用。

Claims (38)

1.RFID探测器的使用方法，所述RFID探测器用于探测RFID标签，所述RFID标签有待在使用用于连续波RF信号的跳频的布置时被探测，所述连续波RF信号发送自用于至少激活所述RFID标签的标签阅读器，所述方法包括：

通过所述RFID探测器接收组合信号，所述RFID探测器是与所述阅读器分开的设备，所述组合信号至少包括：(i)由所述阅读器发送的所述连续波RF信号，以及(ii)基于所述标签对所述连续波RF信号的接收而从所述标签反向散射的信号；以及

通过所述探测器获取所述连续波RF信号的至少一个特征的指示，所述连续波RF信号发送自所述标签阅读器；

其中所述所接收的连续波RF信号的所述至少一个特征是以下各项组成的组中的一项：所接收的所述连续波RF信号的频率；或所接收的所述连续波RF信号的频率及其相位。

2.如权利要求1所限定的使用方法，还包括：

基于所获取的对所接收的由所述阅读器发送的连续波RF信号的至少一个特征的指示，通过所述探测器从所接收的组合信号中提取所述反向散射信号。

3.如权利要求2所限定的使用方法，还包括：

基于提取自所述RFID标签的所述反向散射信号来确定所述RFID标签的至少一个位置参数。

4.如权利要求2所限定的使用方法，还包括：

基于提取自所述RFID标签的所述反向散射信号来确定所述RFID标签的至少一个位置参数，所述至少一个位置参数是包括以下各项的组中的一项：所提取的所述反向散射信号的相位旋转、所提取的所述反向散射信号的时间戳、以及针对所提取的所述反向散射信号是有效信号的确定。

5.如权利要求2所限定的使用方法，其中所述提取还包括：从所述组合信号中移除所述连续波RF信号，以获取所述反向散射信号。

6.如权利要求2所限定的使用方法，还包括：

解码所述反向散射信号。

7.如权利要求2所限定的使用方法，其中所提取的所述反向散射信号是来自所述RFID标签中的可识别的消息。

8.如权利要求7所限定的使用方法，其中所提取的所述反向散射信号是基于以下各项组成的所述组中的一个可识别的信号：所述信号所携带的消息内容，以及与由所述信号所携带的消息相关联的时间。

9.如权利要求1所限定的使用方法，还包括：

基于所述连续波RF信号的所述至少一个特征来确定至少一个位置参数，所述连续波RF信号发送自所述标签阅读器。

10.如权利要求1所限定的使用方法，其中基于所述RFID探测器对所述连续波RF信号的接收来执行所述获取。

11.如权利要求1所限定的使用方法，其中通过从所述阅读器接收所述至少一个特征的指示来执行所述获取。

12.如权利要求1所限定的使用方法，其中通过从服务器接收所述至少一个特征的指示来执行所述获取。

13.如权利要求1所限定的使用方法，其中通过以数字形式从所述RFID探测器外部的源接收的所述至少一个特征的指示来执行所述获取。

14.如权利要求1所限定的使用方法，还包括：

基于所获取的对发送自所述阅读器的所述连续波RF信号的至少一个特征的指示来由所述RFID探测器形成从所述标签中反向散射的信号的接收信号强度指示RSSI。

15.如权利要求14所限定的使用方法，其中所述RSSI用作所述RFID标签的位置参数。

16.如权利要求14所限定的使用方法，其中所述RSSI是归一化的RSSI。

17.如权利要求1所限定的使用方法，还包括：

基于所述连续波RF信号的所述至少一个特征来确定至少一个位置参数，所述连续波RF信号发送自所述标签阅读器；以及

基于所述至少一个位置参数来确定所述RFID标签的位置。

18.如权利要求1所限定的使用方法，还包括：

基于所述连续波RF信号的所述至少一个特征来确定至少一个位置参数，所述连续波RF信号发送自所述标签阅读器；

将确定的所述至少一个位置参数传输到所述RFID探测器外部的设备，以便用于基于所述至少一个位置参数来确定所述RFID标签的位置。

19.如权利要求1所限定的使用方法，还包括：

基于所获取的发送自所述标签阅读器的所述连续波RF信号的至少一个特征的指示来对从所述标签中反向散射的信号进行解调。

20.RFID探测器的使用方法，所述RFID探测器用于探测RFID标签，所述RFID标签有待在使用用于连续波RF信号的跳频的布置时被探测，所述连续波RF信号发送自用于至少激活所述RFID标签的标签阅读器，所述方法包括：

通过所述RFID探测器接收组合信号，所述RFID探测器是与所述阅读器分开的设备，所述组合信号至少包括：(i)由所述阅读器发送的所述连续波RF信号以及(ii)基于所述标签对所述连续波RF信号的接收而从所述标签中反向散射的信号；以及

基于所述连续波RF信号的至少一个特征的指示来确定通过所述探测器获取的所述RFID标签的位置参数，所述连续波RF信号发送自所述标签阅读器。

21.服务器在具有至少两个射频识别RFID探测器的系统中的使用方法，每个所述RFID探测器用于探测RFID标签，所述RFID标签有待在使用用于连续波RF信号的跳频的布置时被探测，所述连续波RF信号发送自用于至少激活所述RFID标签的标签阅读器，每个所述RFID探测器是彼此分开且与所述阅读器分开的设备且执行探测方法，所述方法包括：

接收组合信号，所述组合信号至少包括(i)由所述阅读器发送的所述连续波RF信号和(ii)基于所述标签对所述连续波RF信号的接收从所述标签中反向散射的信号；

基于所述连续波RF信号的至少一个特征的指示来确定通过所述探测器获取的所述RFID标签的至少一个位置参数，所述连续波RF信号发送自所述标签阅读器；

将确定的所述至少一个位置参数发送到所述服务器；

所述方法包括：

接收所述至少一个位置参数，其由所述至少两个RFID探测器中的每个发送；以及

基于接收的所述位置参数来确定所述RFID标签的位置。

22.如权利要求21所限定的使用方法，其中接收到的所述至少一个位置参数中的每个是由以下各项组成的组中的一项：在每个RFID探测器处提取的反向散射信号的接收信号强度指示、在每个RFID探测器处提取的所述反向散射信号的相位旋转、在每个RFID探测器处提取的所述反向散射信号的时间戳、以及对在每个RFID探测器处提取的所述反向散射信号为有效信号的确定。

23.如权利要求21所限定的使用方法，其中每个探测器在至少两个时间点对多个标签执行所述探测方法，并且其中由所述服务器确定的所述多个标签被确定为属于一组，其彼此在所述至少两个时间点中的每个时间点处具有所指定的范围。

24.如权利要求21所限定的使用方法，其中确定所述RFID标签的所述位置还基于由所述服务器从所述标签阅读器处接收的信息。

25.如权利要求24所限定的使用方法，其中来自所述标签阅读器的所述信息包括位置参数。

26.如权利要求24所限定的使用方法，其中来自所述标签阅读器的所述信息包括定时信息。

27.如权利要求21所限定的使用方法，其中由所述至少两个RFID探测器中的每个RFID探测器发送的所述至少一个位置参数是信号的接收信号强度指示RSSI，所述信号被反向散射并且在每个RFID探测器处被提取，并且其中在确定所述RFID标签的位置之前，所述服务器对每个接收的RSSI进行归一化处理。

28.如权利要求27所限定的使用方法，其中就每个接收的其它RSSI而言，对每个接收的RSSI执行归一化处理。

29.如权利要求27所限定的使用方法，还包括：从所述标签阅读器中接收RSSI，并且其中基于接收自所述标签阅读器的所述RSSI对接收自所述RFID探测器之一的至少一个RSSI进行归一化处理。

30.用于探测RFID标签的射频识别RFID探测器，所述RFID标签有待在使用用于连续波RF信号的跳频的布置时被探测，所述连续波RF信号发送自用于至少激活所述RFID标签的标签阅读器，所述RFID探测器与所述标签阅读器分开，所述探测器包括：

天线，所述天线被配置为接收组合信号，所述组合信号至少包括(i)由所述阅读器发送的所述连续波RF信号以及(ii)基于所述标签对所述连续波RF信号的接收从所述标签中反向散射的信号，并且所述天线被配置为输出接收到的所述组合信号；以及

RFID反向散射接收器，所述RFID反向散射接收器接收由所述天线输出的所述组合信号，并由此基于通过所述探测器获取的所述连续波RF信号的至少一个特征的指示提取从所述标签中反向散射的信号，所述连续波RF信号发送自所述标签阅读器；

其中所述所接收的连续波RF信号的所述至少一个特征是以下各项组成的组中的一项：所接收的所述连续波RF信号的频率；或所接收的所述连续波RF信号的频率及其相位。

31.如权利要求30所限定的RFID探测器，还包括：载波再生电路，所述载波再生电路将再生载波供应给所述RFID反向散射接收器，所述再生载波基于发送自所述标签阅读器的所述连续波RF信号的所述至少一个特征。

32.如权利要求31所限定的RFID探测器，其中基于所述连续波RF信号来获取发送自所述标签阅读器的所述连续波RF信号的所述至少一个特征，所述连续波RF信号由所述阅读器发送并经由所述天线接收，所述天线与所述载波再生电路连接。

33.如权利要求31所限定的RFID探测器，其中所述RFID探测器还包括网络接口，所述网络接口将发送自所述标签阅读器的所述连续波RF信号的所述至少一个特征供应给所述载波再生电路。

34.如权利要求30所限定的RFID探测器，还包括处理电路，所述处理电路与所述RFID反向散射接收器连接，并且所述处理电路被配置为基于从所述标签中反向散射的信号来确定至少一个位置相关参数。

35.如权利要求34所限定的RFID探测器，其中如果所述RFID标签是单独化的，所述处理电路基于所述反向散射的RF信号来确定至少一个位置相关参数，所述反向散射的RF信号提取自所述RFID反向散射接收器。

36.如权利要求35所限定的RFID探测器，其中所述RFID探测器还包括网络接口，并且其中所述处理电路将所述至少一个位置相关参数供应给所述网络接口，以经由网络进行发送。

37.如权利要求30所限定的RFID探测器，其中所述RFID反向散射接收器还包括下变频电路。

38.如权利要求37所限定的RFID探测器，所述RFID反向散射接收器还包括移载器电路，所述移载器电路与所述下变频电路连接。

Images