CN117291203A - 用于定位rfid标签的方法、系统和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于定位RFID标签的方法、系统和装置”。本文提供了一种用于确定RFID标签距离的RFID读取器系统和方法。所述RFID读取器响应于第一RF询问信号的发送接收来自RFID标签的第一反向散射信号，并所述确定第一反向散射信号的第一相位角。无线电收发器设备响应于第二RF询问信号的发送接收第二反向散射信号，并确定所述第二反向散射信号的第二相位角。主控制单元基于所述第一相位角和所述第二相位角确定所述RFID读取器与所述RFID标签之间的多个第一距离和第二距离，并且相对于所确定的第二距离选择所述多个第一距离中的一者作为最终距离。

Description

用于定位RFID标签的方法、系统和装置
技术领域
本公开的示例性实施方案整体涉及射频识别(RFID)系统，并且更具体地涉及用于定位RFID标签的方法、系统和装置。
背景技术
RFID(射频识别)是可用于获取、存储和管理与附接到RFID标签的对象相关的所有必要信息的射频技术。RFID系统广泛用于多种应用领域，诸如身份管理、访问管理、项目跟踪等。
申请人已经识别出许多与常规RFID系统相关的缺陷和问题。通过所付努力、智慧和创新，包括在本公开的实施方案中的开发解决方案已经解决了许多这些识别的问题，本文详细描述了这些解决方案的许多示例。
发明内容
本文公开了一种用于定位RFID标签的系统和方法。RFID读取器系统包括RFID读取器、无线电收发器设备和主控制单元。RFID读取器可被配置为响应于第一RF询问信号的发送，接收来自RFID标签的第一反向散射信号。RFID读取器还可被配置为确定所接收的第一反向散射信号的第一相位角。无线电收发器设备可被配置为响应于第二RF询问信号的发送，接收来自RFID标签第二反向散射信号。此外，该收发器设备可被配置为确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角。主控制单元耦合到RFID读取器和无线电收发器设备，该主控制单元被配置为基于由RFID读取器确定的第一相位角来确定RFID读取器和RFID标签之间的多个第一距离。主控制单元还可被配置为基于由无线电收发器确定的第二相位角来确定RFID读取器和RFID标签之间的第二距离。主控制单元可被配置为基于所确定的第二距离，选择所述多个第一距离中的一者作为RFID读取器和RFID标签之间的最终距离。在一些实施方案中，所选择的第一距离最接近所确定的第二距离。
在一些实施方案中，RFID读取器可在高频带下操作，并且无线电收发器设备可在低频带下操作。因此，第一RF询问信号的第一波长短于第二RF询问信号的第二波长。
在一些实施方案中，第二RF询问信号的发送可与第一RF询问信号的发送同时进行。在一个另选的实施方案中，第二RF询问信号和第一RF询问信号可以时间交替方式发送。在一些实施方案中，第一反向散射信号和第二反向散射信号可由RFID标签同时发送。在另一个实施方案中，第一反向散射信号和第二反向散射信号可基于时间间隔发送。
在一些实施方案中，第一RF询问信号和/或第二RF询问信号被配置为使RFID标签通电，其中通电的RFID标签用于通过RFID标签中的馈电端子为第一天线结构和第二天线结构供电。
在一些实施方案中，RFID标签的标签天线可被调谐为可在不同的频带下操作。在另一个实施方案中，RFID标签的标签天线可包括不同的子天线，每个子天线被配置用于对应的频带。
在一些实施方案中，来自多个RFID标签的RFID标签可包括标签天线。标签天线还可包括可在第一频带中操作的第一天线结构，该第一天线结构被配置为基于所接收的第一RF询问信号生成第一反向散射信号。另外，可在第二频带中操作的第二天线结构可被配置为基于所接收的第二RF询问信号生成第二反向散射信号。在一些实施方案中，第一天线结构可电磁耦合到第二天线结构。第一天线结构可被配置为反向散射高频带信号，第二天线结构可被配置为反向散射低频带信号。
在一些实施方案中，RFID标签的标签天线包括不同的子天线，每个子天线被配置用于对应的频带。
在一些实施方案中，第二反向散射信号的相位信息在最多至第二RF询问信号的波长的一半的距离处是唯一的。在一些实施方案中，RFID标签还可被配置为经由第一反向散射信号和/或第二反向散射信号将信息传送到RFID读取器。
在一些实施方案中，RFID读取器中的第一信号处理器可被配置为确定所接收的第一反向散射信号的第一相位角并将所确定的第一相位角发送到主控制单元。在另一个实施方案中，无线电收发器设备中的第二信号处理器还被配置为确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角并将所确定的第二相位角发送到主控制单元。
在一些实施方案中，无线电收发器设备中的第二信号处理器还被配置为确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角；并将所确定的第二相位角发送到主控制单元。
在一些实施方案中，主控制单元还可被配置为使得RFID读取器系统和RFID标签之间的所确定的最终距离显示在RFID读取器系统的显示器上的用户界面处。在另一个实施方案中，主控制单元还被配置为通过通信网络将所确定的RFID读取器系统与RFID标签之间的最终距离发送到可在特定应用区域中操作的远程处理设备。
在一些实施方案中，提供了一种用于确定射频识别(RFID)标签距离的方法。该方法包括响应于第一射频(RF)询问信号的发送，由RFID读取器系统接收来自RFID标签的第一反向散射信号；以及由RFID读取器系统确定所接收的第一反向散射信号的第一相位角；响应于第二RF询问信号的发送，由RFID读取器系统接收来自RFID标签的第二反向散射信号；以及由RFID读取器系统确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角；由RFID读取器系统基于第一相位角确定多个第一距离；由RFID读取器系统基于第二相位角确定第二距离；以及由RFID读取器系统基于相对于所确定的第二距离选择多个第一距离中的一者来确定RFID读取器系统和RFID标签之间的最终距离。在一些实施方案中，该方法还可包括基于RFID读取器系统和RFID标签之间所确定的最终距离来确定RFID标签的位置。在一个实施方案中，由于基于所接收的第二反向散射信号的第二相位角确定的近似距离以及基于所接收的第一反向散射信号的第一相位角确定的精细距离，所确定的RFID标签的位置是明确、唯一和精确的。
在一些实施方案中，第二RF询问信号的发送与第一RF询问信号的发送同时进行。在一些实施方案中，第二RF询问信号的发送相对于第一RF询问信号以时间交替的方式发送。
在一些实施方案中，所述多个第一距离中的一者的选择基于与所确定的第二距离的接近度。
在一些实施方案中，该方法还包括使得RFID读取器系统和RFID标签之间所确定的最终距离显示在RFID读取器系统的显示器上的用户界面处。
在一些实施方案中，该方法还包括通过通信网络将所确定的RFID读取器系统和RFID标签之间的最终距离发送到可在特定应用区域中操作的远程处理设备。
提供上述发明内容仅是为了概述一些实施方案的目的，以提供对本公开一些方面的基本了解。因此，应当理解，上述实施方案仅为示例并且不应理解为以任何方式缩小本公开的范围或实质。应当理解，除了本文概述的那些实施方案之外，本公开的范围还涵盖许多可能的实施方案，其中一些在以下详细描述及其附图中进一步说明。
附图说明
可结合附图阅读例示性实施方案的描述。应当理解，为了说明的简单和清晰，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，元件中的一些元件的尺寸相对于其他元件被夸大。相对于本文给出的附图示出并描述了根据本公开的一个或多个实施方案的结合本公开的教导的实施方案，其中：
图1示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的RFID系统的示意性框图；
图2示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的RFID系统中的多个RFID标签中的一者的双频带标签天线的部件图；
图3A至图3C示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的RFID装置的不同视图；
图4示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的包括RFID系统的数据收集系统；
图5示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的RFID装置的一些实施方案的部件级图；
图6A和图6B示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的在高频带(例如UHF)中的第一反向散射信号的展开和包裹的第一相位角的图形表示；
图6C和图6D示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的在低频带(例如HF)中的第二反向散射信号的展开和包裹的第二相位角的图形表示；
图6E和图6F示出了包裹的第一相位角和第二相位角的图形表示，基于该图，根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案确定RFID读取器系统和RFID标签之间的唯一标签距离；
图7示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的描绘RFID系统在仓库设施中的操作的示例性场景；
图8A至图8D示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的描述用于确定多个RFID标签的位置信息的RFID系统的操作的流程图；并且
图9A和图9B示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的描绘由RFID标签生成反向散射信号的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本公开的一些实施方案，附图中示出了本公开的一些实施方案，但未示出全部实施方案。实际上，这些公开内容可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。在本专利中使用的术语并不意味着是限制性的，本文所述的设备或其部分可在其他取向上附接或利用。
术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释。应当理解，使用广义的术语如“包含”、“包括”和“具有”提供对狭义的术语诸如“由...组成”、“基本上由...组成”和“基本上由...构成”的支持。
短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施方案中，或者可以被包括在本公开的不止一个实施方案中(重要的是，这类短语不一定是指相同的实施方案)。
本文使用的词语“示例”和“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”或“示例”的任何具体实施不一定被理解为比其他具体实施优选或有利。
如果说明书陈述了部件或特征“可”、“可能”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类词语)被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。这种部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。
出于本说明的目的，对存储器的一般引用是指处理器可访问的存储器，包括插入到设备的内部存储器或可移除存储器和处理器内的存储器本身。例如，存储器可以是其上存储的可由处理器执行的计算机可读指令(例如，计算机程序指令)的任何非暂态计算机可读介质。
RFID系统中的RFID读取器以电磁波的形式向位于读取区域中的设置在相应对象上的数百和数千个RFID标签发送询问信号。响应于询问信号，RFID标签通过调制从RFID读取器发送的电磁波形式的散射电磁波的幅度和相位来执行反向散射调制。将包括关于对应RFID标签的信息的反向散射调制电磁波返回到RFID读取器。因此，RFID读取器接收并处理存储在相应RFID标签的内部存储器单元中的信息。如果RFID标签是无源标签，则RFID标签还从来自RFID读取器的询问信号中获取能量。
有许多类型的RFID系统在不同的频带下操作，例如，125KHz-134KHz、13.56MHz、433MHz和865MHz-930MHz。在较低频率的RFID系统(诸如125KHz-134KHz和13.56MHz)中，由于工作频率低，电场和磁场在RFID标签和RFID天线之间的区域中同相变化。RFID标签和RFID天线之间区域内电场和磁场的同相变化为RFID标签位置的确定提供了合适的测量。在高频RFID系统(诸如433MHz和865MHz-930MHz)中，因为工作频率高并且RFID标签和天线之间的距离相对于电磁波的波长而言是大的。然而，同相变化非常高，这不能提供用于测量标签位置的合适基础。
在某些场景中，RFID系统可被配置为除了RFID标签的身份标识之外还确定RFID标签的位置。现有系统可实现基于相位的定位技术。然而，现有的基于相位的定位技术效率不高，因为在高频带(例如，915MHz)下波长很小(例如约30cm)，并且每次标签朝向或远离RFID读取器移动半个波长时所接收的RFID标签信号的相位翻转超过-180/+180度。在一个示例中，考虑到要“展开”的相位(即相位延伸远远超过-180/+180度极限)，较低频率(诸如HF)的反向散射信号的相位在6米的距离范围内从0度变化到180度。相比之下，较高频率(诸如UHF)反向散射信号的相位在相同距离范围(6米)内延伸超过12,000度。因此，在RFID标签所横穿的给定距离范围内，较高频率的反向散射信号的相位比较低频率的反向散射信号的相位变化地更快。因此，定位较高频率的RFID标签是一个难题，因为将所接收的相位与标签位置唯一地关联在技术上具有挑战性。
换句话讲，配置用于基于相位的定位方法的RFID读取器系统的技术限制之一是，在高频带(例如，915MHz)下，波长很小(例如约30cm)，并且每次标签朝向或远离RFID读取器移动半个波长时，所接收的RFID标签信号的相位翻转-180/+180度。
为了解决这些技术问题，本申请的实施方案提供了一种精确定位多个RFID标签的RFID读取器系统。本发明的RFID读取器系统包括RFID读取器(例如UHF读取器)和连接至RFID读取器的附加低频(诸如HF)发射器/接收器(或收发器)。RFID读取器和附加的低频发射器/接收器同时以高频和低频(即UHF和HF)共同询问混合RFID标签。然后，RFID读取器系统测量由混合RFID标签生成的反向散射信号(在高频带和低频带中)。另外，高频(即UHF)RF询问信号和低频(即HF)RF询问信号为混合RFID标签供电。较低频率的反向散射信号主要用于定位和解析混合RFID标签，而较高频率的反向散射信号主要用于数据通信，并且另外，用于细化混合RFID标签的分辨(或近似)位置。本发明的RFID系统可适用于多种应用领域，诸如跟踪汽车、设备、零件、部件、工具或制造设施或组装设施中的其他资产，或零售批次、仓库、车辆、货物集装箱、存储区域、医院或其他需要跟踪资产的设施。
本发明的RFID系统提供了若干技术优点。主要优点是，当数百甚至数千个标记对象位于同一区域时提供标签的位置。此外，此类解决位置问题的能力几乎没有增加成本。RFID标签具有低成本，并且可使用完全无源的UHF和HF RFID标签IC技术。保持长UHF标签范围，并且HF无线电部件不需要支持任何HF RFID协议(其仅测量反向散射相位)。因此，复杂性和成本是有限的。UHF和HF读取器天线均可具有低增益，使得可易于将它们集成到手持设备中。
已经一般性地描述了本公开的示例性实施方案，下文描述了各种设备的具体特征和功能。
附图中示出的部件表示在本文描述的本公开的各种实施方案中可以存在或可以不存在的部件，使得实施方案可以包括比图中所示的部件更少或更多的部件，而不脱离本公开的范围。
图1示出了根据本公开的一个或多个实施方案的RFID系统100的示意性框图。如图1所示，在示例性实施方案中，RFID系统100的示意性框图可包括RFID读取器系统102和多个RFID标签108。虽然图1示出了五个RFID标签108A-108E，但本公开设想多个RFID标签108可包括任何数量的RFID标签，而不偏离本公开的范围。RFID读取器系统102可包括RFID读取器104和无线电收发器设备106。RFID读取器系统102还可包括主控制单元110、主信号处理器112、显示接口114、用户输入设备116、存储器118和通信模块120。RFID读取器系统102可包括如图5中进一步描述的附加部件。
就这一点而言，RFID系统100的每个部件可具有一个或多个相应的芯片组或硬件单元。在整个说明书中，此类芯片组可基于芯片组规范(包括参数或操作条件)进行操作。就这一点而言，如前所述，芯片组规范可通过解释或处理包含硬件特定驱动程序的软件代码以及驱动此类芯片组操作的其他例程来访问。另外，芯片组规范可指示但不限于操作模式、阈值或影响与任何此类芯片组相关联的操作、功能或性能的任何其他参数。
如本文所提及的，“模块”或“单元”包括被配置为执行一个或多个特定功能的硬件、软件和/或固件。就这一点而言，如本文所述的RFID系统100的电路装置可体现为例如电路、硬件元件(例如，适当编程的处理器、组合逻辑电路等)、包括存储在可由适当配置的处理设备执行的非暂态计算机可读介质上的计算机可读程序指令的计算机程序产品，或它们的某种组合。
在各种实施方案中，RFID系统100可体现为手持设备(诸如RFID扫描仪)或移动计算设备或其一部分。RFID系统100可被实现为各种设施中的例如身份管理系统、访问管理系统或项目跟踪系统(诸如用于汽车、设备、零件、部件、工具或其他资产)，诸如但不限于制造设施、组装设施、零售批次、仓库、货物集装箱、存储区域、医院或其他此类设施。在本公开的一些实施方案中，RFID系统100可被配置为通过使用低频带来近似测距(定位)多个RFID标签108并使用高频带来解析/细化多个RFID标签的近似测距或位置以确定多个RFID标签108的精确且唯一的位置。高频带对多个RFID标签108进一步通电，并且允许具有低频带的设备增强测距能力并且在超出相应范围下操作。因此，多个RFID标签108可持续通电，可确定唯一标签位置，并且具有低频带的设备可从超出对应范围的更远距离接收RF标签信号。
RFID系统100中的RFID读取器系统102可被配置为以两种RF通信模式操作。相对于多个RFID标签108，第一通信模式对应于远场通信模式，第二通信模式对应于近场通信模式。在一些实施方案中，RFID读取器系统102可被配置为基于不同频带下的RF信号的同时发送/接收以两种RF通信模式操作。在一个另选的实施方案中，RFID读取器系统102可被配置为基于不同频带下的RF信号的时间交替发送/接收以两种RF通信模式操作。
包括RFID读取器104和无线电收发器设备106的RFID读取器系统102可在致动或用户提供输入时被触发。一旦被触发，RFID读取器系统102可被配置为通过调制不同频带下的RF信号将信息发送到多个RFID标签108，包括较高频带(对应于在915MHz(UHF)下操作的RFID读取器104)和较低频带(对应于在13.6MHz(HF)或530-1710KHz(NFER)下操作的无线电收发器设备106)。响应于RFID读取器系统102的触发，此类信息可作为RF询问信号发送，以询问和确定多个RFID标签108中的每一者的身份和位置。在各种实施方案中，RFID读取器系统102可使用各种命令询问多个RFID标签108，诸如选择命令以基于用户指定的标准选择用于后续库存循环的特定RFID标签组，或者单个库存命令以从多个RFID标签108中挑出一个或多个单独的标签等。此类RF询问信号还向多个RFID标签108提供操作能量(作为连续波RF信号)。连续波可指由RFID读取设备发送并且适于为无源RFID标签供电的波形，例如给定频率下的正弦波。
在各种实施方案中，RFID读取器系统102可使用一个或多个读取器天线的组合与多个RFID标签108通信，因此被称为多天线、多标签(MAMT)系统。基于放置在一个或多个对象上的标签的数量和RFID读取器系统102的读取器天线的数量，MAMT系统可简化成一个或多个子系统，诸如单天线、多标签(SAMT)系统，多天线、单标签(MAST)系统或单天线、单标签(SAST)系统。
在各种实施方案中，RFID读取器系统102可被配置为通过使用各种键控技术(诸如双边带幅移键控(DSB-ASK)、单边带幅移键控(DSB-ASK)或反相幅移键控(PR-ASK))使用脉冲间隔编码(PIE)格式来调制RF载波，以向多个RFID标签108发送信息。RFID读取器系统102可被配置为使用各种访问命令来与多个RFID标签108中的每一者进行通信，如下所述。
在一些实施方案中，例如，RFID读取器系统102支持UHF频带的EPCTMClass-1Generation-2协议和ISO14443 A/B类的13.56MHz RFID协议和ISO15693标准。尽管本示例使用了针对UHF和HF频带的上述标准，但本公开设想也可支持互对比频带的其他标准，而在不偏离本公开的范围。
RFID读取器104可包括第一RF发射器104A、第一RF接收器104B、第一天线104C和第一信号处理器104D。第一RF发射器104A和第一RF接收器104B可电耦合至第一天线104C。应当指出的是，尽管第一天线104C被示为被配置为分别在RF询问信号和反向散射信号的发射和接收之间切换，但RFID读取器104可包括可以阵列方式(其可相对于彼此对称或不对称)布置的附加的单独发射或接收天线。例如，接收天线可被布置成例如矩形阵列构型或者被对准以根据需要或所需(诸如基于待询问的多个RFID标签108)形成具有不同尺寸和形状的阵列。可选择性地打开和关闭第一RF发射器104A和第一RF接收器104B以与多个RFID标签108通信，以发送第一询问RF信号并获取RFID标签位置信息，其然后可例如向用户提供关于多个RFID标签108中的每一者的位置信息，如本文更详细描述的。
RFID读取器104可被配置为通过第一RF发射器104A和第一天线104C向RFID标签(诸如多个RFID标签108的第一RFID标签108A)发送第一RF询问信号。第一RF接收器104B还可包括各种部件，诸如但不限于滤波器、放大器、模数转换器和调谐器(图1中未示出)。RFID读取器104可被配置为通过调制具有较低波长的预定载波频率的第一RF信号来生成第一RF询问信号。RFID读取器104可被配置为以第一通信模式操作，该第一通信模式是基于RFID读取器104和第一RFID标签108A之间的电磁耦合的远场通信模式。在第一通信模式中，第一天线104C(诸如偶极子天线)可附接到将电磁波发送到第一RFID标签108A的RFID读取器104。因此，第一RFID标签108A中的偶极子天线可接收作为在偶极子中间出现的电势差的能量。对电势的整流并将其连接到另一电容器导致第一RFID标签108A中的能量累积。
在一些实施方案中，RFID读取器104可以是在较高频带(诸如UHF频带)下操作的RFID读取器。在RFID读取器104的第一RF发送器104A处生成的第一RF询问信号可经由第一天线104C以电磁波的形式从外部发送到多个RFID标签108。另外，RFID读取器104可经由第一天线104C和第一RF接收器104B接收来自第一RFID标签108A的第一反向散射信号。RFID读取器104还可被配置为读取和/或修改包含编码消息的多个RFID标签108的存储器单元。
如图1所示，RFID读取器104中的第一天线104C为单个天线。然而，可设想RFID读取器104可包括多于一个天线，而在不偏离本公开的范围。在这种情况下，RFID读取器104还包括多路复用电路(未示出)，其可被配置为将每个天线电耦合到RFID读取器104。在一个实施方案中，该多路复用电路可被配置为通过实施时分技术将每个天线交替地耦合到RFID读取器104，使得在给定时隙期间，实施多个天线中不多于一个天线耦合到RFID读取器104。在另一个实施方案中，多路复用电路可被配置为通过实施分频技术将每个天线耦合到RFID读取器104，如下文详细描述的。
在一些实施方案中，RFID读取器104和主控制单元110可基于通用异步接收器发射器(UART)发送协议来彼此通信。在此类发送协议中，可利用单独的数据线来发送和接收数据。
RFID读取器104的各种实施方案可用于许多应用领域，包括但不限于制造和零售店中的项目、实时库存控制系统、仓库设施、运输货物中的包裹等跟踪。
RFID读取器系统102中的无线电收发器设备106可被配置为向RFID标签(诸如多个RFID标签108的第一RFID标签108A)发送第二RF询问信号，该标签被配置为可在第二通信模式下与无线电收发器设备106一起操作。在一些实施方案中，无线电收发器设备106可在对应于HF频带的较低频带下操作。无线电收发器设备106可被配置为在第二通信模式下操作，该第二通信模式是基于无线电收发器设备106与第一RFID标签108A之间的电感耦合的近场通信模式。在第二通信模式中，诸如平面圆形极化天线的第二天线106C可附接到无线电收发器设备106以由于高交流电流通过读取线圈而发射磁场。如果将具有小线圈的多个RFID标签108放置在场中，则在多个RFID标签108中的每一者的此类小线圈上出现交替电压。如果电压被整流并与电容器耦合，则电荷在多个RFID标签108处累积并且信息被传送。在第二通信模式中，磁场的强度随着多个RFID标签108距无线电收发器设备106的距离而急剧下降。
无线电收发器设备106可包括第二RF发射器106A、第二RF接收器106B和第二天线106C。第二RF发射器106A和第二RF接收器106B可电耦合至第二天线106C。第二RF接收器106B还可包括各种部件，诸如但不限于滤波器、放大器、模数转换器和调谐器(图1中未示出)。无线电收发器设备106可被配置为通过第二RF发射器106A和第二天线106C将第二RF询问信号发送到第一RFID标签108A。无线电收发器设备106可被配置为通过调制具有较高波长的预定载波频率的RF信号来生成第二RF询问信号。在一些实施方案中，无线电收发器设备106是在较低频带(诸如LF频带、HF频带或1MHz频带)下操作的另一RFID读取器。在无线电收发器设备106的第二RF发射机106A处生成的第二RF询问信号可通过第二天线106C以电磁波的形式从外部发送到多个RFID标签108中的每一者。另外，无线电收发器设备106可通过第二天线106C和第二RF接收器106B从多个RFID标签108接收第二反向散射信号。
在一些实施方案中，无线电收发器设备106可符合在低频率下操作的近场电磁测距技术，该低频率通常在利用波长的约三分之一内的无线电信号的近场行为的AM广播频带(530-1710kHz)内。
在一些实施方案中，无线电收发器设备106可利用可仅使用两条线(一条用于时钟，另一条用于数据)的I2C(内部集成电路)同步协议。因此，主控制单元110和无线电收发器设备106可通过同一线路发送数据。
多个RFID标签108可通过调制对应天线的反射系数来响应第二RF询问信号，从而向RFID读取器系统102生成反向散射信号。RFID读取器系统102可基于反向散射信号确定多个RFID标签108的精确位置和身份。RFID读取器系统102可被配置为与多个RFID标签108中的每一者建立隔离通信，从而防止RF信号冲突。
响应于从RFID读取器系统102接收到RF询问信号(较高和较低频率)，多个RFID标签108中的每一者可被配置为将响应RF信号(例如，分别对应于较高频率和较低频率下的RF询问信号的第一反向散射信号和第二反向散射信号)发送回RFID读取器系统102。第一反向散射信号和第二反向散射信号可包括有用数据，诸如电子产品代码(EPC)标识符或标签标识符(TID)。响应信号可包括二进制串的表示，其至少一部分等于指定的一个或多个TID的至少一部分。多个RFID标签108中的每一者可将对应的标签标识符存储在对应的存储器单元中。在一些实施方案中，多个RFID标签108中的每一着可附接到对应的库存对象，并且还可存储产品代码、EPC代码和/或识别对应库存对象的至少一个字母数字串。在一些实施方案中，多个RFID标签108中的一者或多者可被配置为将第一反向散射信号和第二反向散射信号同时发送到RFID读取器系统102。在另选实施方案中，多个RFID标签108中的一者或多者可被配置为以时间交替的方式将第一反向散射信号和第二反向散射信号发送到RFID读取器系统102。
RFID读取器系统102的RFID读取器104利用第一反向散射信号的第一相位角来确定多个第一标签距离，即候选距离。RFID读取器系统102的无线电收发器设备106利用第二反向散射信号的第二相位角来确定第二标签距离，即近似距离。最终标签距离可由RFID读取器系统102基于最接近近似第二标签距离的候选第一标签距离来确定。因此，虽然此类一个或多个RFID标签表现出长范围(如从高频带RFID标签所预期的(例如，对于UHF RFID标签约10米))，标签距离(由RFID读取器系统102使用低频带反向散射RF信号的相位角确定)在最多至半波长的距离(例如，对于HF RFID标签在13.56Mhz下为11m)处是唯一的，这是高频带RFID标签(例如，UHF RFID标签)的最大实际范围。
在一些实施方案中，多个RFID标签108中的每一者可以是无源RFID标签，其被配置为使用标签天线从RFID读取器系统102接收的第一RF询问信号或第二RF询问信号中的一者获取能量。所获取的能量可用于通过对应的RFID标签中的馈电端子为第一天线结构和第二天线结构供电，如图2所示。被配置为反向散射高频带信号的第一天线结构可电磁耦合到被配置为反向散射低频带信号的第二天线结构。在一些实施方案中，多个RFID标签108中的每一者的标签天线可被调谐为可在不同的频带下操作。在其他实施方案中，多个RFID标签108中的每一者的标签天线可包括不同的子天线。每个子天线可分别被配置用于对应的频带。
主控制单元110可体现为具有一个或多个伴随数字信号处理器的一个或多个微处理器、不具有伴随数字信号处理器的一个或多个处理器、一个或多个协处理器、一个或多个多核处理器、一个或多个控制器、处理电路、一个或多个计算机、各种其他处理元件(包括集成电路，诸如例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))、或它们的某种组合。因此，尽管本文参考示例性实施方案中的单个控制器进行了描述，但本公开设想主控制单元110可包括多个处理器和信号处理模块，而不偏离本公开的范围。多个处理器可彼此可操作地通信，并且可被共同配置为执行如本文所述的RFID系统100的电路的一个或多个功能。在示例性实施方案中，主控制单元110可被配置为执行存储在主机设备(未示出)中或可以其他方式供主控制单元110访问的指令。当由主控制单元110执行时，这些指令可使得RFID系统100的电路执行如本文所述的一个或多个功能。
无论主控制单元110是由硬件方法配置，还是由固件/软件方法来配置，亦或是由它们的组合来配置，该第二处理器均可以包括能够根据本公开的实施方案执行操作同时进行相应配置的实体。因此，例如，当第主控制单元110体现为ASIC、FPGA等时，主控制单元110可包括用于进行本文所述的一个或多个操作的专门配置的硬件。另选地，又如，当主控制单元110体现为从主机设备的本地存储器检索的指令的执行器时，指令可专门配置主控制单元110以执行本文所述的一个或多个算法和操作。
因此，本文所用的主控制单元110可以是指可编程微处理器、微型计算机、或一个或多个多处理器芯片，其可由软件指令(应用程序)配置以执行包括上述各种实施方案的功能的各种功能。在一些设备中，可提供多个处理器并且专用于无线通信功能，以及提供专用于运行其他应用程序的一个处理器。软件应用程序在被访问和加载到处理器之前可以存储在内部存储器中。处理器可包括足以存储应用程序软件指令的内部存储器。在许多设备中，内部存储器可以是易失性或非易失性存储器诸如闪存存储器或两者的混合。存储器还可以位于另一个计算资源的内部(例如，使计算机可读指令能够通过互联网或另一个有线或无线连接下载)。
主控制单元110可电耦合到RFID读取器系统102中的RFID读取器104和无线电收发器设备106。可使用任何类型的通信或操作耦合，诸如任何类型的无线或有线通信耦合。主控制单元110可被配置为控制RFID读取器系统102的操作，诸如控制第一RF发射器104A和/或第二RF发射器106A的发送以及第一RF接收器104B和/或第二RF接收器106B的接收。在一个实施方案中，主控制单元110可以是发送和接收控制器，其被配置为控制发送到第一RF发送器104A和/或第二RF发送器106A的RF脉冲以及由第一RF接收器104B和/或第二RF接收器106B接收的信号的通信的发射和接收控制器。然而，如本文更详细描述的，主控制单元110还可被配置为控制RFID系统100的其他部件。
耦合到RFID系统100中的主控制单元110的主信号处理器112可被配置为根据需要或所需控制主控制单元110的操作以发送和接收RF信号。在各种实施方案中，主信号处理器112还可被配置为处理所接收的RF信号(诸如反向散射信号)，其具有可用于确定多个RFID标签108的位置的对应相位信息，如本文所述。例如，在一些实施方案中，主信号处理器112可被配置为使用在第一RF接收器104B和/或第二RF接收器106B处接收到的第一反向散射信号和第二反向散射信号的相位角的测量来确定多个RFID标签108(其每一者可联接到对应的对象或项目)的位置、取向、尺寸和/或移动，并且相位差作为基于空间识别的距离、频率和时间的函数，如本文所述。
显示界面114可包括合适的逻辑、电路、接口和/或代码，其可被配置为在主控制单元110的控制下提供RFID标签(诸如第一RFID标签108A)的标签距离的指示，如分别根据图8A至图8D的流程图800A-800D所述。例如，显示界面114可显示与显示区域中的一个或多个对象相关联的多个RFID标签108中的一者或多者的位置信息。可在来自用户的搜索请求中指定与一个或多个对象相关联的多个RFID标签108中的一者或多者。在一些实施方案中，显示界面114可允许通过显示与多个对象相关联的多个RFID标签108的位置信息向用户图形导航以定位与多个RFID标签108相关联的多个对象。
用户输入设备116可包括可被配置为从处理RFID读取器系统102的用户接收输入的合适的逻辑、电路、界面和/或代码。用户输入设备116的各种示例可包括但不限于键盘、鼠标、触摸板或提供触发器或致动以激活RFID读取器系统102的其他致动装置。在一些实施方案中，显示界面114和用户输入设备116是独立的设备并且耦合到主控制单元110以允许用户与RFID系统100交互。在另一个实施方案中，显示界面114和用户输入设备116可被集成(诸如在触摸屏中)并且耦合到主控制单元110以允许用户与RFID系统100交互。
存储器118可包括例如易失性存储器、非易失性存储器或它们的某种组合。尽管图1中示出为单个存储器，但存储器118可包括多个存储器部件。该多个存储器部件可体现在单个电子设备上或分布在多个电子设备上。在各种实施方案中，存储器118可包括例如硬盘、随机存取存储器、高速缓存存储器、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)和电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储设备、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用光盘只读存储器(DVD-ROM)、光盘、被配置为存储信息的电路、或它们的某种组合。存储器118可被配置为存储用于使RFID读取器系统102的电路能够执行根据本公开的示例性实施方案的各种功能的指令和/或应用程序。例如，在至少一些实施方案中，存储器118可被配置为缓冲由主信号处理器112确定的多个RFID标签108的距离。附加地或另选地，在至少一些实施方案中，存储器118可被配置为存储供主信号处理器112执行的与各种信号处理算法有关的程序指令和/或应用程序。存储器118可以静态和/或动态信息的形式存储信息。该信息可由RFID读取器系统102的电路存储和/或使用，以执行如本文所述的各种功能。
存储器118可以是任何类型的电子存储设备，并且可耦合到主信号处理器112(或形成主信号处理器112的一部分)。主信号处理器112可访问存储器118以获得存储的图像信息，该存储的图像信息与所获取的多个RFID标签108的相位信息相关(诸如利用时间戳)并且用于帮助或便于定位多个RFID标签108(诸如向用户呈现位置信息以帮助更容易地识别多个RFID标签108的物理位置)。
通信模块120可体现为包含在电路、硬件、计算机程序产品中的接口、设备或装置，包括存储在计算机可读介质(例如，存储器118)上并由处理设备(例如，主控制单元110和/或主信号处理器112)执行的计算机可读程序指令或其任何组合，其被配置为从/向另一设备、系统和/或网络接收/发送数据。在示例性实施方案中，通信模块120(与本文所讨论的其他部件一样)可至少部分地体现为主控制单元110和/或主信号处理器112或以其他方式由其控制。就这一点而言，通信模块120可诸如经由总线与主控制单元110和/或主信号处理器112通信，通信模块120可包括例如天线、发射器、接收器、收发器、网络接口卡和/或支持硬件和/或固件/软件以实现与另一电子设备的通信。通信模块120可被配置为通过使用用于各种电子设备之间的通信的协议来接收和/或发送可由存储器118存储的信号和/或数据。通信模块120可附加地或另选地经由诸如总线的装置与存储器118和/或RFID读取器系统102的电路的任何其他部件通信。在各种实施方案中，通信模块120的无线通信接口可被配置为支持(例如但不限于)各种协议，诸如IEEE 802.11/802.15/802.16协议系列、HSPA/GSM/GPRS/EDGE协议系列的至少一个协议、TDMA协议、UMTS协议、LTE协议和/或CDMA/1xEV-DO协议系列的至少一个协议。
应当指出的是，本文所讨论的示例所呈现的全部或一些信息可基于由本地或联网系统的一个或多个部件和/或RFID系统100的电路接收、生成和/或维护的数据。在示例性实施方案中，还可利用一个或多个外部系统(诸如远程云计算和/或数据存储系统)来提供本文所讨论的功能中的至少一些。
如上所述并且应当理解，基于本公开，本公开的实施方案可被配置为方法、个人计算机、服务器、移动设备、后端网络设备等。因此，实施方案可包括完全由硬件或软件和硬件的任何组合组成的各种装置。此外，实施方案可采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品在至少一个具有体现在存储介质中的计算机可读程序指令(例如，计算机软件)的非暂态计算机可读存储介质上。可使用任何合适的计算机可读存储介质，包括非暂态硬盘、CD-ROM、闪存存储器、光学存储设备或磁存储设备。
这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储设备(例如，存储器118)中，该计算机可读存储设备可指示计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作，使得存储在计算机可读存储设备中的指令产生包括用于实现本文所讨论的功能的计算机可读指令的制品。计算机程序指令还可以加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，以使得在计算机或其他可编程装置上执行一系列可操作步骤，从而产生计算机实施方法，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现本文所讨论的功能的步骤。
图2示出了根据本公开的一个或多个实施方案的RFID系统100中的多个RFID标签108中的一者(例如，第一RFID标签108A)的双频带标签天线的部件图。在一些实施方案中，第一RFID标签108A可被调谐用于两个不同的频带，例如HF(13.56MHz)和UHF(915MHz)频带两者，并因此可生成第一RFID标签108A被询问的不同频率(即HF和UHF)下的调制反向散射信号。
参考图2，示出了第一RFID标签108A的双频带标签天线的部件图。双频带标签天线包括RFID标签天线202、RF前端204、信号处理器206、馈电端子208、第一天线结构210A、第二天线结构210B、第一匹配单元212A、第二匹配单元212B和存储器单元214。在一些实施方案中，RFID标签天线202包括：第一子天线，其对应于可在第一频率下操作的第一天线结构210A；以及第二子天线，其对应于可在第二频率下操作的第二天线结构210B。
RFID标签天线202可被配置为从RFID读取器104和无线电收发器设备106接收电磁波(或第一RF询问信号和第二RF询问信号)。RFID标签天线202可在RF前端204处接收所接收的电磁波。当传送到RF前端204的第一RF询问信号和第二RF询问信号的幅度大于或等于操作第一RFID标签108A所需的最小阈值功率时，第一RFID标签108A可通过执行由RFID读取器104和无线电收发器设备106发送的电磁波的反向散射调制来响应RFID读取器104和无线电收发器设备106的询问信号。
RF前端204可包括各种电子器件和电气部件，诸如但不限于整流器、调制器解调器、电荷泵、调节器和加电复位(POR)，为简洁起见，图2中未示出。对于在不同频带下接收的第一RF询问信号和第二RF询问信号，RF前端204可被配置为将所接收的RF信号转换为直流(DC)电压。因此，RF前端204可被配置为从在不同频带下所接收的RF询问信号获取能量，并将所获取的能量提供给信号处理器206以用于进一步操作。RF前端204还可被配置为从所接收的RF询问信号中提取基带信号。
在一些实施方案中，RFID标签天线202包括两个子天线，其对应于服务较低频带和较高频带的两个不同的结构，诸如第一天线结构210A和第二天线结构210B。如图2所示，RFID标签天线202可包括：基板，该基板包括第一表面202A和第二表面202B；以及馈电端子208。第一表面202A包括第一匹配单元212A，第二表面202B包括第二匹配单元212B。
基板可在第一表面202A(其可以是顶表面)上形成第一天线结构210A以及在第二表面202B(其可以是底表面)上形成第二天线结构210B。基板可以是印刷电路板(PCB)以及通过铜电路或薄膜光学电路传送电信号的其他此类装置。
第一天线结构210A可通过电磁耦合电连接到第二天线结构210B。第一天线结构210A可形成诸如圆形或矩形形状的类似于第二天线结构210B的形状的结构。第一天线结构210A可在较高频带(诸如UHF)上工作，并且第二天线结构210B可在较低频带(诸如HF)上工作。另外，第一天线结构210A可相对于RF前端204的阻抗执行共轭匹配，使得第一天线结构210A可将RF信号传送到RF前端204，同时使损耗最小化。馈电端子208可向第一天线结构210A和第二天线结构210B中的每一者供电。
RFID标签天线202还可与第一匹配单元212A耦合，以通过调节连接第一天线结构210A和馈送端子208的馈电回路的长度和宽度中的至少一者来确定第一天线结构210A的阻抗。第一匹配单元212A可包括用于调节馈电回路长度的第一狭槽和用于调节馈电回路宽度的第二狭槽。第一狭槽和第二狭槽中的至少一者可以可拆卸地附接到馈电回路。另外，第一匹配单元212A还可包括第三狭槽，以调节第一天线结构210A的长度。因此，当第一天线结构210A的阻抗和第二天线结构210B的阻抗满足预定条件时，第三狭槽可以可拆卸地附接到第一天线结构210A以具有与操作频率对应的长度。第一匹配单元212A可基于馈电回路的长度确定第一天线结构210A的阻抗中的电抗分量。根据实施方案，第一匹配单元212A可基于馈电回路的长度和馈电回路的宽度确定第一天线结构210A的阻抗中的电阻分量。
RFID标签天线202还可包括第二匹配单元212B，以通过调节第二天线结构210B的线匝数和LC谐振值中的至少一者来确定第二天线结构210B的阻抗。
无源第一RFID标签108A的存储器单元214(例如，UHF EPC Gen2标准)还可包括例如保留存储器、EPC存储器、TID存储器和/或用户存储器。保留存储器存储禁用RFID标签的终止密码，以及设定为锁定和解锁RFID标签的写入功能的访问密码。EPC存储器存储电子产品代码。它至少有96位可写内存。EPC存储器是RFID标签中的第一可写入存储体。TID存储器用于在制造RFID标签时由制造商存储唯一的标签ID号。用户存储器可以是可存储更多信息的扩展存储器。无源第一RFID标签108A的存储器单元214的存储容量可在64位到1千字节的非易失性存储器之间。存储器单元214可使用EEPROM存储器和在硅级上编程的激光器。
图3A至图3C示出了根据本公开的一个或多个实施方案的RFID装置300的不同视图。如上文在图1中所述，RFID读取器系统102可体现为RFID装置300的一部分。RFID装置300在图3A(前板视图)、图3B(斜板视图)和图3C(底板视图)中示出。RFID装置300可包括RFID读取器系统102的其他部件可设置在其中的外壳302。LCD触摸屏(具有触摸屏传感器)306可设置在前面板308上。操作LED 304、扫描LED 310以及包括扫描键314和导航键316的键盘312也可设置在前面板308上。成像窗口318可设置在外壳302的顶面板上。红外通信端口320、固定数字(SD)存储器接口322的接入门、音频插孔324和手带326可设置在侧面板上(如图3B所示)。多针机械连接器328和手带夹330可设置在底面板上(如图3C所示)。
在一些实施方案中，成像窗口318允许外壳302内的成像系统位于成像窗口318后面以用于保护以在RFID装置300的前方具有视场。在一些实施方案中，照明器(未示出)也可与相机系统协作地设置在保护成像窗口318后面的外壳302内。在一个实施方案中，成像窗口318可包括菲涅耳透镜或其他透镜以提供全景或更宽的视图，以确保相机可捕获例如感兴趣的区域的图像。另外，设置在底面板上(或另选地在顶面板上)的是RFID天线外壳和在外壳302内的RFID读取器系统102(其可包括图1中所示的第一RF发射器104A、第二RF发射器106A、第一RF接收器104B和第二RF接收器106B)。
图4示出了根据本公开的一个或多个实施方案的数据收集系统，RFID系统(诸如图1的RFID系统100)可该系统内操作。在一些实施方案中，RFID系统100和/或RFID装置300可结合到数据收集系统400中。数据收集系统400可包括多个路由器402A-402Z、多个接入点404A-404Z以及在多个互连网络408A-408Z内通信的多个RFID装置300A-300Z。在一些实施方案中，多个网络408A-408Z可包括至少一个无线通信网络。在各种实施方案中，多个RFID装置300A-300Z中的每一着可包括用于连接到多个互连网络408A-408Z中的一者或多者的通信接口，诸如通信模块120。在一个实施方案中，通信模块120可由无线通信接口提供。
多个RFID装置300A-300Z中的一者或多者可与主计算机410建立通信。在一个实施方案中，可由多个RFID装置300A-300Z中的一者或多者以及主计算机410经由多个路由器402A-402Z、基站和其他基础结构元件(未示出)中的一者或多者交换网络帧。在另一个实施方案中，主计算机410可经由对应的网络(诸如局域网(LAN))与多个RFID装置300A-300Z中的一者或多者通信。在另一个实施方案中，主计算机410可经由对应的网络(诸如广域网(WAN))与多个RFID装置300A-300Z中的一者或多者通信。不应将本公开设想为限制性的，并且依赖于LAN、WAN、虚拟专用网络(VPN)和/或其他类型网络提供多个RFID装置300A-300Z中的一者或多者与主计算机410之间的互连的其他方法也在本公开的范围内。
在一些实施方案中，多个RFID装置300A-300Z中的一者或多者与主计算机410之间的通信可包括通过一个或多个TCP连接发送的一系列HTTP请求和响应。在一个实施方案中，多个RFID装置300A-300Z中的一者或多者与主计算机410之间的通信可包括通过一个或多个TCP和/或UDP端口发送的VoIP流量。不应将本公开设想为限制性的，并且其他传输和应用级协议在本公开的范围内。
图5示出了根据本公开的一个或多个实施方案的RFID装置500的一些实施方案的部件级图。在一些实施方案中，RFID装置500可包括至少一个微处理器502和存储器504(其可体现为图1中所示的存储器118)，两者均耦合到系统总线506。微处理器502可由通用微处理器或专用微处理器(例如，ASIC)提供。在一个实施方案中，RFID装置500可包括可被称为中央处理单元(CPU)的单个微处理器。在另一个实施方案中，RFID装置500可包括两个或更多个微处理器，例如，提供一些或大部分RFID装置功能的CPU和执行某些特定功能(例如，如本文所述的标签位置确定)的专用微处理器。不应将本公开设想为限制性得，并且处理分布在两个或更多个微处理器之间的任务的其他方案也在本公开的范围内。
RFID装置500还可包括通信地耦合到系统总线506的通信接口508。在一个实施方案中，通信接口508(其可体现为图1中所示的通信模块120)可由无线通信接口实现。无线通信接口可被配置为支持例如但不限于以下协议：IEEE 802.11/802.15/802.16协议系列的至少一个协议、HSPA/GSM/GPRS/EDGE协议系列的至少一个协议、TDMA协议、UMTS协议、LTE协议和/或CDMA/IxEV-DO协议系列的至少一个协议。
模块510是附加的模块化部件，其可用升级或扩展的模块替换并且耦合在系统总线506和通信接口508之间。模块510可与例如辅助硬盘驱动器(包括闪存存储器)、RAM、通信接口等兼容。
RFID装置500还可包括相机系统512和图像判读和处理模块514。在一个实施方案中，图像判读和处理模块514从相机系统512接收图像数据并处理该信息以用于确定一个或多个RFID标签的位置并呈现对应于该所确定的位置的图像。在另一个实施方案中，耦合到系统总线506的图像判读和处理模块514与微处理器502或存储器504交换数据和控制信息。
RFID装置500还可包括键盘接口516和显示适配器518，两者也均耦合到系统总线506。RFID装置500还可包括电池520。在一个实施方案中，电池520可以是可替换的或可再充电的电池组。
RFID装置500还可包括GPS接收器522，以便于提供与RFID装置500有关的位置信息。RFID装置500还可包括被配置为接收例如用户身份模块(SIM)卡的至少一个连接器524。RFID装置500还可包括由例如但不限于激光器或发光二极管(LED)提供的一个或多个照明设备526。RFID装置500还可包括由例如但不限于RFID读取设备、条形码读取设备或读卡设备提供的一个或多个编码标记读取(EIR)设备528。在一个实施方案中，RFID装置300可被配置为接收RFID扫描信息，诸如从激活的RFID标签接收的响应。
不应将本公开设想为限制性的，并且读取条形码、读取RFID标签或读取带有编码信息的卡的设备可读取这些类别中的多于一个同时仍在本公开的范围内。例如，读取条形码的设备可包括读卡器和/或RFID读取器；读取RFID标签的设备也可读取条形码和/或卡；并且读取卡的设备也可读取条形码和/或RFID。为了进一步清楚起见，设备的主要功能可涉及这些功能中的任一种，以便视作此类设备。例如，出于本公开的目的，能够读取条形码或RFID标签的蜂窝电话、智能电话或PDA是读取条形码或RFID标签的设备。
RFID装置500可被配置为读取多个RFID标签(诸如图1的RFID标签108)，并获取不同类型的信息(例如，如本文所述的反向散射相位信息)，并将这些信息传送到微处理器502或存储器504。在另一个实施方案中，EIR设备528可被配置为调节RFID发射功率电平。从RFID装置500发送或接收的信号可经由天线530提供。
在一些实施方案中，RFID装置500可包括惯性测量单元(IMU)532(包含可提供取向信息的3轴加速度计、3轴磁力仪或3轴陀螺仪传感器中的一者或多者)，用于在三维空间中记录RFID装置500的位置。在RFID装置500移动穿过空间时，IMU 532还可帮助RFID装置500在扫描多个RFID标签(诸如图1的RFID标签108)期间确定其取向。RFID装置500的取向包括RFID装置500自身相对于物理结构的位置。
RFID装置500可处于给定位置，例如(x1，y1，z1)，但RFID装置500在该位置处的取向可变化。RFID装置500可直立保持在限定一个取向的位置上，并且还可相对于三维空间中的任何方向移动至某个角度(同时RFID装置500的位置不变)。这种移动表示取向的变化。在一个实施方案中，在扫描过程期间，RFID装置500的位置和取向均由相机系统512和/或IMU532计算，并且所得的数据被存储并且可用于便于定位项目或定位RFID装置500，如本文更详细描述的。RFID装置500还可包括例如由AC转换器提供的电源534。RFID装置500的组件可结合到各种不同的外壳中，包括便携式外壳(例如，如图3所示)和可安装在零售、制造或存储设施内的固定结构上的外壳。
如本文所述，各种实施方案允许确定和显示位置信息以便于定位多个RFID标签108中的一者或多者(如图1所示)。例如，用户可输入要定位的所需项目，然后自动启动或由前面板扫描键启动扫描过程。在扫描期间，图像信息由相机系统512获取，并且可实时显示或在扫描之后显示以便于定位该项目，如本文所述。
RFID装置500还可包括附加部件536，其可被配置为便于RFID装置500执行附加操作。例如，RFID打印机编码器可便于RFID装置500打印标签和编码RFID标签。又如，条形码扫描仪可便于RFID装置500扫描条形码标签以与RFID标签相关联。又如，被称为“中间件”的软件应用程序(例如系统应用程序和企业应用程序)可便于RFID装置500将数据从RFID装置500传送到可处理数据的外部系统。又如，附加部件536可包括RF滤波器、定向耦合器、频率合成器、基带调制器、基带解调器、RF功率检测器等，其中的每一者可被配置为彼此通信耦合并且便于RFID装置500执行某些特定于命令的操作。
图6A至图6F示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的反向散射信号的展开和包裹的第一相位角和第二相位角度的各种图形表示。参考图1，图形表示对应于其中第一RFID标签108A相对于RFID读取器系统102沿X轴从左向右移动的示例性场景。第一RFID标签108A以恒定速度并且在距RFID读取器系统102的已知初始距离处移动。
参考图6A，图形表示600A示出了对于第一RFID标签108A距第一天线104C的不同标签距离的高频带(例如，UHF)的理论返回的展开第一相位角。展开的第一相位角延伸远远超过通常用RF设备测量的-180/+180度极限(例如延伸至14,000度)。参考图6B，图形表示600B示出了当第一RFID标签108A遍历穿过第一天线104C时不同距离的高频带(例如，UHF)的理论返回的包裹第一相位角。包裹的第一相位角限制在-180/+180度极限之间。然而，第一相位角在X轴上-3米到3米之间的标签距离内非常快地变化。如图形表示600B中所示，对于例如在其他图形曲线图中的图形曲线图602，当标签距离从-0.2米变化到接近0米时，第一相位角具有大的负斜率。当标签距离接近0米时，第一相位角包裹起来并且非常快地显示出大的正斜率。因此，因此由于不唯一地识别标签的位置而产生歧义，不能仅基于第一相位角来确定第一RFID标签108A的位置。
图6C和图6D示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的在低频带(例如，在13MHz下操作并且具有约23米的波长的HF)中的第二反向散射信号的展开和包裹的第二相位角的图形表示。6D的图形表示可对应于其中第一RFID标签108A相对于无线电收发器设备106沿X轴从左向右移动的示例性场景。第一RFID标签108A以恒定速度并且在距无线电收发器设备106的已知初始距离处移动。
参考图6C，图形表示600C示出了对于第一RFID标签108A距第二天线106C的不同标签距离的低频带(例如，HF)的理论返回的展开第二相位角。展开第一相位角远远超出通常用RF设备测量的-180/+180度极限(例如延伸至14,000度)。参考图6D，图形表示600D示出了对于第一RFID标签108A距第二天线106C的不同标签距离的低频带(例如，HF)的理论返回的包裹第二相位角。包裹的第二相位角限制在-180/+180度极限之间。第二相位角在X轴上-3米到3米之间的标签距离内变化非常缓慢。如图形表示600D所示，当标签距离从-3米变化到接近0米时，第二相位角具有小的负斜率。当标签距离接近0米时，第二相位角包裹起来并且非常缓慢地显示出小的正斜率。因此，对于给定的第二相位角，可探知第一RFID标签108A的确定性位置，从而提供RFID标签108A的大约位置。然而，此类大约位置可能不是精确的标签位置。
图6E和图6F示出了根据本文所述的本公开的一个或多个实施方案的在高频带和低频带两者中的第一反向散射信号和第二反向散射信号的包裹的第一相位角和第二相位角的图形表示。该图形表示可对应于其中第一RFID标签108A相对于RFID读取器系统102沿着X轴从左向右移动的示例性场景。第一RFID标签108A以恒定速度并且在距RFID读取器系统102的已知初始距离处移动。
参考图6E，图形表示600E示出了对于第一RFID标签108A距第一天线104C和第二天线106C的不同标签距离的高频带(604)和低频带(606)的具有噪声分量的理论返回的包裹第一相位角和第二相位角。包裹的第一相位角和第二相位角限制在-180/+180度极限内。
参考图6F，图形表示600F示出了对于2.5至3.0米的第一RFID标签108A距第一天线104C和第二天线106C两者的标签距离的高频带(608)和低频带(610)的返回的包裹第一相位角和第二相位角。需注意，所指示的具有大的负斜率且UHF相位角在-180和+180之间快速转换的标签距离不是有效的候选距离。返回的第一相位角和第二相位角的图形表示600F指示，当测量的第二相位为90度时，则第二距离(即RFID标签诸如第一RFID标签108A)的近似距离为2.85米。此外，当在-120度处测量第一相位角时，则RFID标签(诸如第一RFID标签108A)的多个第一距离(即候选距离)为2.57米、2.73米和2.89米。在多个第一距离中，主控制单元110可选择最靠近近似距离(即2.85米)的第一距离(即2.89米)。因此，第一RFID标签108A的位置变得精确地确定，并且每个标签的位置可基于返回的第二相位角的近似来唯一且精确地确定，并且通过返回的第一相位角来细化。虽然在上述示例中图6E示出了三个候选距离，但本公开设想候选距离的数量可多于三个或少于三个，而不偏离本公开的范围。
图7示出了根据本公开的一个或多个实施方案的描绘RFID装置300在仓库设施700中的操作的示例性场景。在一些实施方案中，RFID装置300在一个或多个方向上移动以扫描感兴趣的区域，以使用来自示例性RFID标签(诸如第一RFID标签108A)的反向散射相位信息来定位设置在一个或多个对象上的一个或多个RFID标签(诸如设置在第一对象702上的第一RFID标签108A)。在该示例中，感兴趣的区域包括仓库设施700中的仓库存储区域，包括其上放置有许多对象的搁架。因此，移动RFID装置300以便定位具有一个或多个RFID标签的一个或多个感兴趣的对象。
在例示的实施方案中，RFID装置300是手持RFID读取器系统，其可测量用于提供RFID标签位置信息的不同频带(诸如HF和UHF)中的反向散射信号相位。例如，当RFID装置300在感兴趣的区域上移动时(例如，由用户水平地挥动以搜索项目，诸如容器)，接收反向散射的相位信号。处理所接收的反向散射相位信号以确定一个或多个RFID标签中的每一者(诸如第一RFID标签108A)的唯一位置信息。该唯一位置信息可通过RFID装置300的成像窗口318或触摸屏306向用户呈现。
图8A至图8D示出了描述根据本公开的一个或多个实施方案的用于确定多个RFID标签的位置信息的RFID系统(诸如用于确定多个RFID标签108的位置信息的RFID系统100)的操作的流程图。应当理解，流程图中的每个框、以及流程图中的框的组合可以通过各种装置(诸如硬件、固件、一个或多个处理器、电路、和/或与包括一个或多个计算机程序指令的软件的执行相关联的其他设备)来实现。例如，上述过程中的一者或多者可以通过计算机程序指令来实现。在这方面，体现上述过程的计算机程序指令可以由采用本公开的一些实施方案的装置的存储器存储并由装置中的处理器执行。可以理解，可以将任何这样的计算机程序指令加载到计算机或其他可编程装置(诸如硬件)上以产生一种机器，使得所得计算机或其他可编程装置提供流程图框中指定的功能的实施方式。这些计算机程序指令还可以存储在非暂态计算机可读存储存储器中，该非暂态计算机可读存储存储器可以指示计算机或其他可编程装置以使得存储在计算机可读存储存储器中的指令产生一种制品的方式工作，该制品的执行可实现流程图框中指定的功能。计算机程序指令还可以加载到计算机或其他可编程装置上，以使得在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作，从而产生计算机实施方法，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现一个或多个流程图框中指定的功能的操作。因此，图8A和图8B的操作在被执行时，将计算机或处理电路转换成被配置为执行本公开的示例性实施方案的机器。因此，图8A和图8B的操作定义了用于将计算机或处理器配置为执行示例性实施方案的算法。在一些情况下，可以为通用计算机提供处理器的实例，该实例执行图8A至图8D的算法，以将通用计算机变换为被配置为执行示例性实施方案的机器。
因此，流程图中的框支持用于执行指定功能的装置的组合以及用于执行指定功能的操作的组合。还将理解，流程图中的一个或多个框以及流程图中的框的组合可由执行指定功能的基于硬件的专用计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
图8A和图8B示出了根据本公开的一个或多个实施方案的描绘用于确定多个RFID标签108中的每一者的唯一位置信息的方法的流程图800A和800B。就这一点而言，在示例性实施方案中，参考图8A和图8B示出的各种操作可由、借助于RFID系统100的电路执行和/或在其控制下执行。
图8C示出了根据本公开的一个或多个实施方案的描绘用于确定由第一RFID标签108A生成的第一反向散射信号的第一相位角的方法的流程图800C。就这一点而言，在示例性实施方案中，参考图8C示出的各种操作可例如由、借助于RFID读取器系统102中的RFID读取器104的电路执行和/或在其控制下执行。图8D示出了根据本公开的一个或多个实施方案的描绘用于确定由第一RFID标签108A生成的第二反向散射信号的第二相位角的方法的流程图800D。就这一点而言，在示例性实施方案中，参考图8D示出的各种操作可例如由、借助于RFID读取器系统102中的无线电收发器设备106的电路执行和/或在其控制下执行。
前述方法描述和图8A至图8D所示的流程图800A-800D中描述的操作仅作为说明性示例而提供，并且不旨在要求或暗示必须以所呈现的顺序执行各种实施方案的步骤。如本领域技术人员将理解的，这些实施方案中的步骤顺序可以不同的顺序执行。根据示例性实施方案，图8A指示其中操作802A、804A、806A和808A与操作802B、804B、806B和808B并行执行的流程图800A。在流程图800A中执行的并行操作对应于其中RFID读取器系统102同时发送第一RF询问信号和第二RF询问信号并且同时接收第一反向散射信号和第二反向散射信号的一些实施方案。根据一个另选的示例性实施方案，图8B示出了其中操作802A、804A、806A和808A与操作802B、804B、806B和808B以时间交替的方式执行的流程图800B。在流程图800B中执行的时间交替操作对应于其中RFID读取器系统102以时间交替的方式发送第一RF询问信号和第二RF询问信号并且也以时间交替的方式接收第一反向散射信号和第二反向散射信号的一些实施方案。
虽然图8A至图8D示出了确定一个RFID标签(例如，第一RFID标签108A)的唯一位置，但本公开设想可以类似的方式执行多个RFID标签108中的其他RFID标签的唯一位置的确定，使得RFID读取器系统102一个接一个地单独地与多个RFID标签108中的每一者通信以防止RF信号的任何干扰，而不偏离本公开的范围。
转到操作802A，RFID系统100包括用于将第一RF询问信号发送到多个RFID标签108的RFID标签(诸如第一RFID标签108A)的装置(诸如RFID读取器104)。在示例性实施方案中，RFID读取器104中的第一RF发送器104A在主控制单元110的控制下经由第一天线104C将第一RF询问信号发送到第一RFID标签108A。另选地，RFID读取器104中的第一RF发送器104A在RFID读取器104的第一信号处理器104D的控制下经由第一天线104C将第一RF询问信号发送到第一RFID标签108A。在一些实施方案中，RFID读取器104可在高频带(例如，UHF频带)下操作。
在一些实施方案中，RFID读取器104中的第一RF发射器104A在用户经由输入装置(诸如图3中示出的触摸屏306、包括扫描键314的键盘312等)触发RFID读取器系统102时经由第一天线104C将第一RF询问信号发送到第一RFID标签108A。RFID读取器系统102的触发可在主控制单元110的控制下激活第一信号处理器104D，以调制RF信号频带(对应于在915MHz(UHF)下操作的RFID读取器104)并生成用于询问第一RFID标签108A的第一RF询问信号。
转到操作804A，RFID系统100可包括用于接收来自第一RFID标签108A的第一反向散射信号的装置，诸如RFID读取器104。在示例性实施方案中，RFID读取器104中的第一RF接收器104B经由第一天线104C接收来自第一RFID标签108A的第一反向散射信号。
在一些实施方案中，从第一RFID标签108A接收的第一反向散射信号可包括有用数据，例如EPC标识符、TID或二进制串的表示(其至少一部分等于指定的一个或多个TID的至少一部分)。当第一RFID标签108A反转其库存标志并转换到“Ready状态”时，第一RFID标签108A将第一反向散射信号发送到RFID读取器104。库存标志可指定在标准协议(诸如Gen-2)中定义的四个可用会话中的一者。当RFID读取器104读取每个RFID标签的EPC编号时，RFID标签的库存标记可切换，并且RFID标签可不再参与库存循环。因此，RFID读取器104可验证当给定库存标志的RFID标签没有剩余时，范围内的所有RFID标签都已被读取。这可能需要RFID读取器104使用适当的会话。例如，会话S2和S3可具有持续时间，并且RFID读取器104可在持续时间到期之前使RFID标签通电。S0可具有零持续时间(即，RFID读取器104必须连续地使RFID标签通电)。此外，对于S1，必须确保整个库存循环不会持续超过持续时间。第一RFID标签108A在一系列转换之后达到“Ready状态”，如图1中详细描述的。
转到操作806A，RFID读取器104可包括用于确定所接收的第一反向散射信号的第一相位角的装置，诸如第一信号处理器104D。在一些实施方案中，RFID读取器104中的第一信号处理器104D确定所接收的第一反向散射信号的第一相位角。
在一些实施方案中，响应于第一RF询问信号而接收的第一反向散射信号的第一相位角可用于提供基本信息，该基本信息可用于确定关于与对象相关联的RFID标签(诸如第一RFID标签108A)的空间信息，如操作810中所述。对象的示例可包括但不限于包裹、项目、人或动物。
在一些实施方案中，第一信号处理器104D连同主信号处理器112可被配置为基于图8C中描述的操作820-822确定第一反向散射信号的第一相位角(诸如)。
参考图8C所示，在操作820处，RFID读取器104可包括用于将第一反向散射信号解调成I(同相)分量和Q(正交)分量的装置，诸如第一RF接收器104B。在各种实施方案中，I和Q的值可能是嘈杂的。因此，RFID读取器104可在第一反向散射信号中使用多个相邻的I和Q值，例如，通过将若干相邻I样本的均方根(RMS)值作为I值以及将若干相邻Q样本的RMS值作为Q值。
更具体地，所接收和解调的第一反向散射信号的I和Q分量由直流(DC)和交流(AC)部分组成，由以下公式(1)和(2)表示：
I＝Iac+Idc (1)
Q＝Qac+Qdc (2)
DC部分可能是由于RFID读取器104发送-接收渗漏、静电环境杂乱以及来自第一RFID标签108A(其包含静态和调制部件)的反向散射。
在一些实施方案中，RFID读取器104可包括用于确定第一反向散射信号的I和Q信号的信号强度平均值的装置，诸如主信号处理器112或第一信号处理器104D结合主信号处理器112。
在一些实施方案中，在滤除DC部分后，主信号处理器112或第一信号处理器104D结合主信号处理器112将RFID标签群(即相邻的RFID标签)居中为零，并且测量RSSI，如由以下公式(3)表示：
其中Z0是第一RF接收器104B的输入阻抗(诸如50Ω)，是当信号处理器206指示第一RFID标签108A的集成电路(IC)处于状态i时由来自第一RFID标签108A的第一反向散射信号引起的电压。
转到操作822，RFID读取器104可包括用于通过取(Q/I)的反正切计算第一反向散射信号的第一相位角的装置，诸如主信号处理器112或第一信号处理器104D结合主信号处理器112，如由以下公式(4)和(5)表示。
其中，在一些实施方案中，(Q/I)的反正切可由查找表辅助，并且
是当信号处理器206指示第一RFID标签108A的集成电路(IC)处于状态i/时由来自第一RFID标签108A的第一反向散射信号引起的电压。
在RFID系统100的传播环境中，可通过以下公式(6)来计算所接收的第一反向散射信号的相位角：
其中是由于电磁波传播而累积的相位，/>是相偏移，其包括电缆和其他RFID读取器104和天线部件的相位，并且/>是标签调制的反向散射相位。
在一些实施方案中，如果初始标签距离是已知的，则RFID读取器104中的第一信号处理器104D可使用用于在自由空间中传播的电磁场(其相位与所行进的距离成比例)的经典相量公式。在此类一些实施方案中，可计算由于电磁波传播而累积的相位，如以下公式(7)所示：
其中K＝2πf/c是波矢(与频率成比例)，并且d是标签的初始距离。
按照公式(7)计算的相位角随初始标签距离线性地变化。当标签远离或朝向RFID读取器104移动(在自由空间中)时，两个矢量和/>同时旋转并引起每个λ/2径向标签移动的360度标签信号相位角变化，分别如图6A和图6B中描述的图形表示600A和600B所示。在操作822之后，流程图800C返回到图8A或图8B的操作808A。
转到操作808A，RFID读取器104可包括用于基于由RFID读取器104确定的第一相位角来确定RFID读取器104与第一RFID标签108A之间的多个第一距离的装置，诸如第一信号处理器104D，如图8C中所述的操作中所示。
在一些实施方案中，RFID读取器104可包括用于通过测量在不同频率下的第一相位角来确定多个第一距离中的每一者的装置，诸如第一信号处理器104D。在各种实施方案中，该确定可基于测距技术，诸如调频连续波(FM Cw)雷达或类似的谐波雷达。通过测量第一反向散射信号在若干频率下的第一相位角，取第一相位角相对于第一RF信号频率的导数，并假设(a)标签相位的其他两个分量(相位偏移和标签反向散射相位)不随频率变化或者可被校准出来，并且(b)标签在测量期间没有移动太多(小于波长)，第一信号处理器104D确定该多个第一距离中的一者，如由以下公式(8)所示：
其中c是光速，f是发射载波频率，对应于第一相位角相对于第一RF信号频率的偏导数。
然而，第一RFID标签108A可以是混合UHF/HF标签，其在自由空间中在水平轴上以特定轨迹相对于RFID读取器104一定距离(例如，1米)移动。在这种情况下，对应于较高频率RF信号(例如，UHF)的第一反向散射信号的第一相位角可在第一RFID标签108A从左到右的移动过程中多次翻转+180度至-180度。第一反向散射信号的相位角可多次翻转+180度到-180度，因为在较高频带(诸如UHF(例如，915MHz))，波长很小(例如，约30cm)，如图6B所示。
例如，重新参考图6A，在示例性场景中，考虑到要“展开”的第一相位角(即，第一相位角延伸超过-180/+180度极限)，对于相同的距离范围，第一相位角变化非常快，延伸超过12,000度。因此，每当第一RFID标签108A朝向或远离RFID读取器104移动半个波长时，所接收的第一反向散射信号的第一相位角在-180/+180度之间翻转。因此，第一信号处理器104D可确定RFID读取器104与第一RFID标签108A之间的多个第一距离。例如，重新参考图6F，对于2.5到3.0米之间的示例性距离范围，如果所确定的第一相位角是-120度，则该多个第一距离是至少2.57米、2.73米和2.89米。在操作808A之后，流程图前进到操作810。
转到操作802B，RFID系统100包括用于将第二RF询问信号发送到多个RFID标签108的RFID标签(诸如第一RFID标签108A)的装置(诸如无线电收发器设备106)。在示例性实施方案中，无线电收发器设备106A中的第二RF发射器106A在主控制单元110的控制下经由第二天线106C将第二RF询问信号发送到第一RFID标签108A。另选地，无线电收发器设备106中的第二RF发射器106A在第二信号处理器106D(归属于无线电收发器设备106)的控制下经由第二天线106C将第二RF询问信号发送到第一RFID标签108A。在一些实施方案中，无线电收发器设备106可在低频带下操作。例如，低频带可对应于HF频带。如上所述，由无线电收发器设备106发送的第二RF询问信号的第二波长比由RFID读取器104发送的第一RF询问信号的第一波长长。
在一些实施方案中，无线电收发器设备106中的第二RF发射器106A在用户经由输入装置(诸如图3中示出的触摸屏306、包括扫描键314的键盘312等)触发RFID读取器系统102时经由第二天线108C将第二RF询问信号发送到第一RFID标签108A。RFID读取器系统102的触发可在主控制单元110的控制下激活第二信号处理器106D，以调制较低频带下的RF信号(对应于在13.6MHz(HF)下操作的无线电收发器设备106)并生成用于询问第一RFID标签108A的第二RF询问信号。
转到操作804B，RFID系统100可包括用于从第一RFID标签108A接收第二反向散射信号的装置，诸如无线电收发器设备106。在示例性实施方案中，无线电收发器设备106中的第二RF接收器106B经由第二天线106C从第一RFID标签108A接收第二反向散射信号。
转到操作806B，无线电收发器设备106可包括用于确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角的装置，诸如第二信号处理器106D。在一些实施方案中，第二信号处理器106D(归属于无线电收发器设备106)确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角，如图8D中的流程图800D所述。第二反向散射信号的第二相位角在最多至第二RF询问信号的波长的一半的距离处是唯一的。该距离可对应于第一RF询问信号的最大范围，即UHF询问信号。
参考图8D中的流程图800D，转到操作830，无线电收发器设备106包括用于对应于所接收的第二反向散射信号的两个代表性信号的装置，诸如第二天线106C。在一些实施方案中，第二天线106C的第一子天线(诸如鞭状、偶极或单极天线)可被配置为生成对应于第二反向散射信号的第一分量的第一代表性信号。另外，第二天线106C的第二子天线(诸如环形和棒形天线)可被配置为生成对应于第二反向散射信号的第二分量的第二代表性信号。在一些实施方案中，第一子天线是允许第二RF接收器106B生成提供给信号比较器的第一代表性信号的电天线或E场天线。在一些实施方案中，第二子天线是允许第二RF接收器106B生成提供给信号比较器的第二代表性信号的磁场天线或H场天线。第二反向散射信号的第一分量和第二分量可在极化或其他此类可检测属性方面不同。
转到操作832，无线电收发器设备106包括用于识别对应于第二反向散射信号的两个代表性信号之间的差异的装置，诸如第二信号处理器106D。在一些实施方案中，第二信号处理器106D中的信号比较器可被配置为识别对应于第二反向散射信号的两个代表性信号之间的差异。在各种实施方案中，所识别的差异可以是相位差、幅值差或两个代表性信号之间的任何其他差异。在一些实施方案中，无线电收发器设备106的第二信号处理器106D中的信号比较器(其可体现为相位检测器)识别两个代表性信号之间的差异并生成与由信号比较器识别的差异成比例或以其他方式与其相关的第三信号。
在一些实施方案中，信号比较器(体现在相位检测器中)可被配置为确定两个代表性信号之间的相位差。相位检测器可对应于混频器，该混频器接收两个代表性信号并产生与第一代表性信号和第二代表性信号之间的准静态相位差成比例的准静态信号。在一个另选实施方案中，相位检测器可利用具有两个代表性信号作为输入的AND门来实现，并且AND门的输出被提供给积分器。积分器的输出是与两个代表性信号之间的准静态相位差成比例的准静态信号。术语“准静态”可对应于在基本上类似于相位变化的时间标度上变化。
在一些实施方案中，相位检测器可接收或捕获时域信号并检测波形的过零点或其他特性，以便确定两个代表性信号之间的有效相位差。在操作832之后，流程图800D返回到图8A或图8B的操作808B。
转到操作808B，无线电收发器设备106可包括用于基于由无线电收发器设备106确定的第二相位角来确定RFID读取器104与第一RFID标签108A之间的第二距离的装置，诸如第二信号处理器106D。
无线电收发器设备106包括用于确定第一RFID标签108A与无线电收发器设备106之间的第二距离的装置，诸如第二RF接收器106B。在一些实施方案中，无线电收发器设备106的第二信号处理器106D通过第二RF接收器106B从信号比较器接收第三信号，并确定第一RFID标签108A与无线电收发器设备106之间的第二距离。
在一些实施方案中，第二信号处理器106D可被配置为将测量的相位差转换为无线电收发器设备106与第一RFID标签108A之间的第二距离。在另一个实施方案中，第二信号处理器106D结合模数转换器和微控制器或微处理器可被配置为基于从相位检测器接收的施加电压来计算第二距离。例如，信号处理器106D可确定(基于由无线电收发器设备106确定的第二相位角)RFID读取器104与第一RFID标签108A之间的第二距离(这是近似距离)为2.85米。
转到操作810，RFID读取器系统102包括用于基于相对于所确定的第二距离选择多个第一距离中的一者来确定RFID读取器104与第一RFID标签108A之间的最终距离的装置，诸如主控制单元110。主控制单元110可被配置为选择最接近所确定的第二距离的多个第一距离中的一者。继续该示例，多个第一距离中的一者(即2.89米)最接近2.85米的近似距离，因此该示例中的最终距离是2.89米。
转到操作812，RFID系统100包括用于将所确定的RFID读取器系统102与第一RFID标签108A之间的最终距离显示在RFID读取器系统102的显示界面114上的用户界面处的装置，诸如主控制单元110。
转到操作814，RFID系统100包括用于通过通信模块120将所确定的RFID读取器系统102与第一RFID标签108A之间的最终距离发送到可在特定应用领域中操作的远程处理设备的装置，诸如主控制单元110。
图9A和图9B示出了根据本公开的一个或多个实施方案的描绘由第一RFID标签108A生成反向散射信号的方法的流程图900A和900B。在示例性实施方案中，参考图9A和图9B示出的各种操作可由、借助于RFID系统100中的RFID标签108(例如，RFID标签108A)电路执行和/或在其控制下执行。
图9A指示其中操作902A和908A分别与操作902B和908B并行执行的流程图900A。根据一个另选的示例性实施方案，图9B指示其中操作902A与操作902B以时间交替的方式执行并且操作908A与操作908B以时间交替的方式执行的流程图900B。在流程图900B中执行的时间交替操作对应于其中第一RFID标签108A以时间交替的方式接收第一RF询问信号和第二RF询问信号并且也以时间交替的方式发送第一反向散射信号和第二反向散射信号的一些实施方案。
转到操作902A，第一RFID标签108A包括用于从RFID读取器104接收第一RF询问信号的装置，诸如RFID标签天线202。在示例性实施方案中，第一RFID标签108A中的RF前端204经由RFID标签天线202从RFID读取器104接收第一RF询问信号。
转到操作902B，第一RFID标签108A包括用于从无线电收发器设备106接收第二RF询问信号的装置，诸如RFID标签天线202。在示例性实施方案中，第一RFID标签108A中的RF前端204经由RFID标签天线202从无线电收发器设备106接收第二RF询问信号。
在一些实施方案中，RFID标签的RFID标签天线202包括不同的子天线，每个子天线被配置用于对应的频带。例如，参考图2，第一子天线对应于可在第一频率下操作的第一天线结构210A，第二子天线对应于可在第二频率下操作的第二天线结构210B。在另一个实施方案中，RFID标签的RFID标签天线202是双频带天线，其中第一RFID标签108A的标签天线被调谐为可在不同的频带下操作。
转到操作904，第一RFID标签108A包括用于从第一RF询问信号和/或第二RF询问信号中的一者获取能量的装置，诸如RF前端204。在示例性实施方案中，第一RFID标签108A的RFID标签天线202可被配置为引起功率，从而在接收第一反向散射信号时从RFID读取器104和来自无线电收发器设备106的第二反向散射信号获取能量。在一些实施方案中，获取的能量可用于通过馈电端子208为第一天线结构210A和第二天线结构210B供电。
在一些实施方案中，多个RFID标签108中的每一者可实现状态机。一旦通电，多个RFID标签108中的每一者(诸如第一RFID标签108A)可将其当前状态改为“Ready状态”。响应于从RFID读取器系统102接收到“Query命令”，第一RFID标签108A可从例如[0；2Q-1]的范围内选择随机整数。如果选择零值，则第一RFID标签108A可转换到“Reply状态”，用于以RF信号的形式反向散射16位随机数，如操作906所述。如果选择非零值，则RFID标签可将所选择的随机整数加载到其槽计数器中并将其状态改为“Arbitrate状态”。每个RFID标签可实现15位槽计数器。具有非零槽计数器的RFID标签保持在“Arbitrate状态”，直到其槽计数器等于零。处于“Arbitrate状态”的标签响应所有命令，诸如“Query”、“QueryRep”和“QueryAdjust”命令。
转到操作906，第一RFID标签108A包括用于生成第一反向散射信号的装置，诸如信号处理器206。在示例性实施方案中，可在第一频带下操作并且与信号处理器206结合的第一天线结构210A可被配置为基于所接收的第一RF询问信号生成第一反向散射信号。
另外，第一RFID标签108A包括用于生成第二反向散射信号的装置，诸如信号处理器206。在示例性实施方案中，可在第二频带下操作并且与信号处理器206结合的第二天线结构210B可被配置为基于所接收的第二RF询问信号生成第二反向散射信号。第一天线结构210A可被配置为反向散射高频带信号，第二天线结构210B可被配置为反向散射低频带信号。
在一些实施方案中，响应于从第一RFID标签108A接收到RFID标签传输，RFID读取器系统102可用含有相同随机数的“Ack命令”进行确认。响应于接收到“Ack命令”，第一RFID标签108A可将其状态改为“已确认状态”并且根据相应的频带将其协议控制(PC)位、EPC和循环冗余校验(CRC)值反向散射到RFID读取器104和无线电收发器设备106中的每一者。如果第一RFID标签108A未被确认，则第一RFID标签108A中的信号处理器206可从[0；2Q-1]的范围中选择新的随机整数，将该值加载到其槽计数器中，并将其状态改为“Arbitrate状态”。响应于接收“QueryAdjust命令”，处于“Arbitrate状态”的第一RFID标签108A使其槽计数器的值递减，并且如果其槽计数器等于零，则反向散射其PC位、EPC和CRC值。“QueryAdjust命令”可以是基本库存命令中的一者，其可用于调整RFID标签(诸如第一RFID标签108A)的槽计数器的值而不改变任何其他参数。
转到操作908A，第一RFID标签108A包括用于将生成的第一反向散射信号发送到RFID读取器104的装置，诸如RFID标签天线202。在示例性实施方案中，第一RFID标签108A的第一天线结构210A可被配置为将生成的第一反向散射信号发送到RFID读取器系统102中的RFID读取器104。
响应于将RFID标签的PC、EPC和16位CRC值发送到RFID读取器系统102，第一RFID标签108A可从RFID读取器系统102接收“QueryAdjust命令”，使得第一RFID标签108A反转其库存标志并转换到“Ready状态”。然后，第一RFID标签108A可被配置为从RFID读取器系统102接收各种用于通信的访问命令。访问命令可包括各种命令，例如，从RFID标签请求处理，读取和/或写入RFID标签的保留、EPC、TID存储器，禁用RFID标签，锁定RFID标签等。
转到操作908B，第一RFID标签108A包括用于将生成的第二反向散射信号发送到无线电收发器设备106的装置，诸如RFID标签天线202。在示例性实施方案中，第一RFID标签108A的第二天线结构210B可被配置为将生成的第二反向散射信号发送到RFID读取器系统102中的无线电收发器设备106。在一些实施方案中，如图9A所示，同时发送第一反向散射信号和第二反向散射信号。在另一个实施方案中，如图9B所示，第一反向散射信号和第二反向散射信号以时间交替的方式发送。
如图9A和图9B中所述，第一RFID标签108A可具有约10米的长范围(从高频(诸如UHF)RFID标签所预期的)。距第一RFID标签108A的距离是基于其第二反向散射信号的低频(诸如HF)第二相位角来计算的，其在最多至半波长的距离(例如，对于13.56MHz为11米)处是唯一的，这是高频(如UHF)RFID标签的最大实际范围。
在一些示例性实施方案中，可修改或进一步放大本文中的某些操作。此外，在一些实施方案中，还可包括附加的任选操作。应当理解，本文描述的修改、任选的添加或扩增中的每一个可单独地或与本文描述的特征中的任何其他特征组合地包括在本文的操作中。
提供前述方法描述和过程流程图仅作为说明性示例，并且不旨在要求或暗示必须以所呈现的顺序执行各种实施方案的步骤。如本领域技术人员将理解的，上述实施方案中的步骤顺序可以以任何顺序执行。词语诸如“之后”、“然后”、“下一个”等并不旨在限制步骤的顺序；这些词只是用来引导读者了解方法的描述。此外，例如，使用冠词“一个”、“一种”或“该”对单数形式的权利要求元素的任何引用都不应被解释为将元素限制为单数。
结合本文中所揭示的实施方案描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，上文已经大体上就其功能描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。将此类功能实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是这种具体实施决策不应被解释为导致偏离本公开的范围。
用于实施结合本文公开的方面描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散栅极或晶体管逻辑、离散硬件部件或设计用于执行本文描述的功能的任何组合实施或执行。通用处理器可以是微处理器，然而或者，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器可还被实现为计算设备的组合，诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或者任何其他此类配置。另选地，一些步骤或方法可以通过特定于给定功能的电路来执行。
上文已参考方法、装置、系统和计算机程序商品的框图和流程图描述了本公开的实施方案。应当理解，电路图和过程流程图的每个块以及电路图和过程流程图中的块的组合可分别由包括计算机程序指令的各种装置来实现。可将这些计算机程序指令加载到上文参考图1讨论的通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置上，以生产机器，使得计算机程序产品包括在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令，以创建用于实现流程图块中指定功能的装置。
因此，框图和流程图图示的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还将理解，电路图和过程流程图的每个块以及电路图和过程流程图中的块的组合可由执行指定功能或步骤的基于硬件的专用计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
在一个或多个方面中，所描述的功能可以通过硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在非暂态计算机可读介质或非暂态处理器可读存储介质上。本文公开的方法或算法的步骤可体现在处理器可执行软件模块(或处理器可执行指令)中，所述处理器可执行软件模块可以驻留在非暂态计算机可读或处理器可读存储介质上。非暂态计算机可读或处理器可读存储介质可以是可由计算机或处理器访问的任何存储介质。作为示例而非限制，此类非暂态计算机可读或处理器可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储设备，或者可用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。如本文所用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光学光盘、数字通用光盘(DVD)、软磁盘及blu-ray光盘，其中磁盘通常以磁性方式复制数据，而光盘则利用激光以光学方式复制数据。上述的组合也包括在术语非暂态计算机可读和处理器可读介质的范围内。另外，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令的一个或任意组合或集合驻留在非暂态处理器可读介质和/或计算机可读介质上，其可以并入计算机程序产品中。
尽管上文已经示出和描述了根据本文所公开的原理的各种实施方案，但在不脱离本公开的实质和教导的情况下，本领域的技术人员可以对其作出修改。本文所述的实施方案仅是代表性的而并非意在进行限制。许多变化、组合和修改都是可能的，且在本公开的范围之内。由于合并、整合和/或省略一个或多个实施方案的特征而得到的替代实施方案也在本公开的范围之内。因此，保护范围不受上面给出的描述的限制，而是由以下的权利要求书限定，该范围包括权利要求书的主题的所有等同物。每一项权利要求作为进一步的公开内容并入说明书中，并且权利要求书为一个或多个本公开的一个或多个实施方案。此外，任何上述优点和特征可涉及特定实施方案，但不应将这些公布的权利要求书的应用限制为实现任何或所有以上优点或具有任何或所有以上特征的方法和结构。
此外，本文所使用的章节标题是为了与37C.F.R.1.77的建议一致或者提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从本公开公布的任何权利要求书中所阐述的一个或多个公开。例如，“背景技术”中的技术的描述不应被解读为承认某项技术是本公开中的任何一个或多个公开的现有技术。“发明内容”也不应被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个公开的限制性表征。此外，本公开中对单数形式的“公开”的任何提及不应被用于证明在本公开中仅有一个新颖点。根据从本公开公布的多个权利要求的限制，可以阐述多个公开，并且此类权利要求相应地限定了由其保护的一个或多个公开以及其等同物。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据本公开按照权利要求自身的优点来考虑，而不应受到本文所陈述的标题的限制。
此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将在各个实施方案中被描述和示出为分立或独立的技术、系统、子系统和方法与其他系统、模块、技术或方法结合或集成。示出或讨论为彼此直接耦合或通信的其他对象可以通过某些接口、设备或中间部件间接耦合或通信(无论是电气、机械还是其他方式)。本领域技术人员可确定并且在不脱离本文所公开的实质和范围的情况下可以作出变化、替换和变更的其他示例。
这些公开所属领域的技术人员将想到本文所阐述的本公开的许多修改和其他实施方案，其具有前述描述和相关附图中呈现的教导的益处。尽管附图仅示出了本文描述的装置和系统的某些部件，但应当理解，各种其他部件可与供应管理系统结合使用。因此，应当理解，本公开不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方案旨在被包括在所附权利要求的范围内。例如，可以将各种元件或部件结合或集成到另一个系统中，或者可以省略或不实现某些特征部。此外，上述方法中的步骤可能不一定以附图中所描绘的顺序发生，并且在一些情况下，所描绘的步骤中的一个或多个可基本上同时发生，或者可涉及附加步骤。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。

Claims (11)

1.一种手持射频识别(RFID)装置，包括：
外壳，所述外壳包括：
第一天线，所述第一天线被配置为：
以超高频(UHF)带发送询问信号，
响应于第一询问信号的发送，接收第一反向散射信号，其中第一询问信号包括来自RFID标签的数据，以及
确定所接收的第一反向散射信号的第一相位角；
第二天线，所述第二天线被配置为：
以低频带发送第二信号，其中第二信号与第一信号被同时发送，
响应于第二信号的发送，以低频带接收来自所述RFID标签的第二反向散射信号，以及
确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角；
处理器，所述处理器耦合到第一天线和第二天线，其中所述处理器被配置为：
基于第一相位角确定多个第一距离；
基于第二相位角确定第二距离；以及
基于所确定的第二距离，选择所述多个第一距离中的一者作为所述RFID读取器和所述RFID标签之间的最终距离。
2.根据权利要求1所述的RFID装置，其中所述处理器被配置为在第一模式或第二模式中的至少一个模式下操作所述RFID装置。
3.根据权利要求2所述的RFID装置，其中所述处理器在第一模式下被配置为同时发送第一信号和第二信号。
4.根据权利要求2所述的RFID装置，其中所述处理器在第二模式下被配置为交替发送第一信号和第二信号。
5.根据权利要求1所述的RFID装置，其中所述第二反向散射信号的所述第二相位角在最多至所述第二RF询问信号的波长的一半的距离处是唯一的。
6.根据权利要求1所述的RFID装置，其中所述RFID读取器和所述无线电收发器设备还被配置为分别经由所述第一反向散射信号和所述第二反向散射信号从所述RFID标签接收数据。
7.根据权利要求1所述的RFID装置，其中RFID读取器中的第一信号处理器还被配置为：
确定所接收的第一反向散射信号的第一相位角；并且
将所确定的第一相位角发送到主控制单元。
8.根据权利要求1所述的RFID装置，其中无线电收发器设备中的第二信号处理器还被配置为：
确定所接收的第二反向散射信号的第二相位角；并且
将所确定的第二相位角发送到主控制单元。
9.根据权利要求1所述的RFID装置，其中所述多个第一距离中的一者的选择基于与所确定的第二距离的接近度。
10.根据权利要求1所述的RFID装置，其中处理器还被配置为使得RFID装置和RFID标签之间的所确定的最终距离显示在RFID装置的显示器上的用户界面处。
11.根据权利要求1所述的RFID装置读取器系统，其中所述处理器还被配置为通过通信网络将所确定的RFID读取器系统与RFID标签之间的最终距离发送到可在特定应用区域中操作的远程处理设备。
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