CN117997419A - 执行位置测量的标签、询问器和系统 - Google Patents

执行位置测量的标签、询问器和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117997419A
CN117997419A CN202311459610.3A CN202311459610A CN117997419A CN 117997419 A CN117997419 A CN 117997419A CN 202311459610 A CN202311459610 A CN 202311459610A CN 117997419 A CN117997419 A CN 117997419A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
tag
interrogation signal
interrogation
interrogator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311459610.3A
Other languages
English (en)
Inventor
裵强珉
文韩洁
金圣珉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Original Assignee
Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020230077736A external-priority patent/KR20240064511A/ko
Application filed by Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST filed Critical Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Publication of CN117997419A publication Critical patent/CN117997419A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/22—Scatter propagation systems, e.g. ionospheric, tropospheric or meteor scatter
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/12—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/08—Testing, supervising or monitoring using real traffic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/029—Location-based management or tracking services

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本公开提供了用于基于毫米波频带的后向散射来执行位置测量的标签、询问器和系统。详细地，本公开提供了一种标签，该标签包括平面Van Atta阵列天线、连接到平面Van Atta阵列天线的频移键控(FSK)调制器、以及连接到FSK调制器的至少一个偏置电路，其中，FSK调制器被配置为基于由平面Van Atta阵列天线接收的询问信号，基于通过至少一个偏置电路供应的控制信号来调制询问信号，并且通过平面Van Atta阵列天线在询问信号被接收的方向上输出调制的询问信号。

Description

执行位置测量的标签、询问器和系统
技术领域
本公开涉及一种基于毫米波频带的后向散射执行位置测量的标签、询问器和系统。
该研究得到了三星未来技术推广项目(Samsung Future Technology PromotionProject)[SRFC-IT2101-06]的支持。
背景技术
对一代又一代移动通信发展的回顾表明，发展主要针对面向人类的服务技术，诸如基于语音的服务、多媒体服务和数据服务。预计在第五代(5G)通信系统商业化后指数增长的连接设备将连接到通信网络。连接到网络的事物的示例可能包括车辆、机器人、无人机、家用电器、显示器、连接到各种基础设施的智能传感器、建筑机械和工厂设备。移动设备有望进化成各种形状因子，诸如增强现实眼镜、虚拟现实耳机和全息设备。为了在第六代(6G)时代通过连接数千亿个设备和事物来提供各种服务，一直在努力开发改进的6G通信系统。由于这些原因，6G通信系统被称为Beyond-5G(超越-5G)系统。
在超越-5G系统中，物联网(IoT)技术在将更多对象相互连接方面的重要性可能会增加。为了有效地将对象彼此连接，有必要首先测量对象的位置。为此，需要开发一种用于以低功率一次确定大量对象的位置的技术。
发明内容
附加方面将在以下描述中部分阐述，并且部分将从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开的所呈现的实施例被学习。
根据一个实施例，基于毫米波频带的后向散射执行位置测量的标签可以包括平面Van Atta阵列天线(planar Van Atta array antenna)、连接到平面Van Atta阵列天线的频移键控(frequency-shift keying，FSK)调制器以及连接到FSK调制器的至少一个偏置电路。根据一个实施例，FSK调制器可以被配置为基于由平面Van Atta阵列天线接收的询问信号，基于通过至少一个偏置电路供应的控制信号来调制询问信号。根据一个实施例，FSK调制器可以被配置为通过平面Van Atta阵列天线在询问信号被接收的方向上输出调制的询问信号。
根据一个实施例，基于毫米波频带的后向散射执行位置测量的询问器可以包括收发器和连接到收发器的至少一个处理器。根据一个实施例，该至少一个处理器可以被配置为输出询问信号，该询问信号包括从第一频率变化到第二频率的连续单元啁啾信号(continuous unit chirp signals)。根据一个实施例，该至少一个处理器可以进一步被配置为根据已经接收到输出询问信号的标签接收后向散射的标签信号。根据一个实施例，该至少一个处理器可以进一步被配置为通过识别被施加到后向散射的标签信号的FSK调制来测量标签的位置。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本公开的某些实施例的上述和其他方面、特征和优点将更加明显，其中：
图1是用于描述根据一个实施例的位置测量系统的图；
图2是用于描述根据一个实施例的标签的框图；
图3是用于更详细地描述根据一个实施例的标签的结构的图；
图4是用于描述根据一个实施例的用于执行逆反射(retroreflection)的平面VanAtta阵列天线的图；
图5是用于描述根据一个实施例的频移键控(FSK)调制器的图；
图6是根据一个实施例的询问器的框图；
图7是示出根据一个实施例的询问信号的频率随时间变化的图；
图8是用于描述根据一个实施例的当使用询问信号时接收到的信号分量和杂波(clutter)噪声分量的图；
图9是用于描述根据一个实施例的标签的位置的测量的精度的图；
图10是用于描述根据一个实施例的标签位置测量误差的曲线图；和
图11是用于描述根据一个实施例的多路径环境中的标签位置测量误差的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记通篇指代相同的元件。在这方面，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为局限于本文所阐述的描述。因此，以下仅通过参考附图来描述实施例，以解释本说明书的各方面。
由于本公开允许各种变化和众多实施例，特定实施例将在附图中进行说明和详细描述。然而，这并不旨在将本公开局限于实践的模式，并且应当理解，不偏离本公开的精神和技术范围的所有变化、等同和替代物都被涵盖在本公开中。
在描述本公开时，当认为相关技术的详细描述可能不必要地模糊本公开的要点时，相关技术的详细描述将被省略。此外，在说明书的描述中使用的序数(例如，“第一”、“第二”等)是用于区分一个组件与其他组件的标识符代码。
此外，在本公开中，应当理解，当组件彼此“连接”或“耦合”时，除非另有规定，否则组件可以直接连接或耦合到彼此，但是可以替换地使用其中的组件连接或耦合到彼此。
此外，如本文所用，表示为例如“…机(器)”、“…单元”、“…模块”等可表示根据其的功能其中两个或多个组件被组合成一个组件或者一个组件被划分成两个或多个组件的单元。另外，下面要描述的每个组件除了其的主要功能之外，还可以执行其他组件负责的一些或全部功能，并且各个组件的主要功能中的一些功能可以由其他组件排他地执行。
此外，基于技术人员的确定，本公开还可通过在不很大程度上偏离本公开范围的范围内的一些修改应用到其他位置测量系统。
这里，可以理解，处理流程图和流程图的组合中的每个块都可以通过计算机程序指令执行。这些计算机程序指令可以被加载在通用计算机(general-purpose computer)、专用计算机(particular-purpose computer)或其他可编程数据处理装备的处理器中，并且因此，由计算机或其他可编程数据处理装备的处理器执行的指令可以生成被配置为执行流程图块中所描述的功能的装置。这些计算机程序指令也可以被存储在能够定向计算机或其他可编程数据处理装备以实现特定模式下的功能的计算机可用或计算机可读存储器中，并且因此，被存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令还可以生成包含被配置为执行流程图块中所描述的功能的指令装置的生产项目(production item)。计算机程序指令也可以被加载在计算机或其他可编程数据处理装备中，并且因此，计算机可执行过程还可以通过在计算机或其它可编程数据处理装备上执行一系列操作步骤被生成，使得在计算机或其他可编程数据处理装备中执行的指令提供用于执行流程图块中所描述的功能的步骤。
此外，每个块可以指示包括用于执行特定逻辑函数的一个或多个可执行指令的模块、段或代码的一部分。此外，在几个可替换的实施例中，在块中所描述的功能也可以在序列之外。例如，事实上，两个连续示出的块可以基本上同时被执行，或者这些块有时可以根据相应的函数以相反的顺序被执行。
图1是用于描述根据一个实施例的位置测量系统的图。
参考图1，位置测量系统可以包括询问器110和至少一个标签(例如，标签a 120a和标签n 120n)。
根据一个实施例的位置测量系统可以通过使用被配置为执行毫米波(mmwave)后向散射的标签(例如120a)以低功率测量对象的位置。此外，当位置测量系统通过使用高清晰度调频连续波(high-definition frequency-modulated continuous-wave，HD-FMCW)输出询问信号时，位置测量系统可以通过提高从对象反射和返回的信号的信噪比(SNR)来准确地确定多个广泛分布的对象的位置。HD-FMCW具有频率在单位时间内线性变化的啁啾信号被重复的形式。然而，这仅仅是示例，并且根据本公开的从询问器110输出的询问信号不限于HD-FMCW。例如，询问信号可以包括FMCW或其他类型的信号(例如，CW信号)。
询问器110可以通过重复频率在单位时间内线性变化的啁啾信号来生成询问信号。询问器110可以将生成的询问信号输出到对象所在的宽区域。位于对象上的标签120a和120n中的每一个可以在询问信号被接收的方向上输出后向散射信号。位于对象上的标签120a和120n中的每一个可以通过Van Atta阵列天线输出后向散射信号。例如，标签a 120a可以输出第一后向散射信号，标签n 120n可以输出第二后向散射信号。
标签120a和120n中的每一个可以对以特定频率入射的询问信号执行频移键控(FSK)调制。因此，第一后向散射信号和第二后向散射信号可能已经被施加有在分别为标签a 120a和标签n 120n预设的频率下的FSK调制。
当接收到从标签120a和120n中的每一个输出的后向散射信号时，询问器110可以根据后向散射信号识别FSK调制的频率。询问器110可以基于识别的结果来测量标签a 120a和标签n 120n的位置。
根据本公开的位置测量系统可以以亚厘米(sub-centimeter)为单位测量对象的位置。此外，根据本公开的位置测量系统可以一次测量多个标签的位置。例如，根据本公开的位置测量系统可以通过发送一次询问信号来测量1024个标签的位置。
图2是用于描述根据一个实施例的标签120的框图。
参考图2，标签120可以包括平面Van Atta阵列天线210、FSK调制器220和至少一个偏置电路230。然而，标签120的组件不限于上述示例。例如，标签120可以包括比上述组件多的组件。在一个实施例中，平面Van Atta阵列天线210、FSK调制器220和偏置电路230可以被实现为单个芯片。
标签120可以通过后向散射来执行超低功率通信。例如，标签120可以通过后向散射以至少10微瓦(μW)但小于100μW的功率执行通信。标签120可以通过后向散射来发送入射信号作为输出信号。因此，标签120可以通过省略生成通带信号的过程来以低功耗执行通信。
平面Van Atta阵列天线210可以通过在到达方向上被动反射信号来实现逆反射。平面Van Atta阵列天线210可以逆反射入射在方位平面(azimuth plane)和仰角平面(elevation plane)上的询问信号。询问信号可以分别从方位平面和仰角平面被逆反射。
从平面Van Atta阵列天线210输出的信号可以被发送到FSK调制器220。FSK调制器220可以通过将从平面Van Atta阵列天线210接收的信号的相位相移180°来执行频率调制。具有相移的频率的标签信号可以由FSK调制器220根据入射的询问信号生成。标签信号可以具有与询问信号的频率不同的频率。因此，接收标签信号的询问器110可以容易地将标签信号和杂波噪声彼此分离。
同时，平面Van Atta阵列天线210可以包括多个天线元件。多个天线元件可以被配对，使得逆反射特性被保持。多对天线元件可以通过传输线连接到彼此。这里，FSK调制器220可以连接到每一对。下面将参照图4详细描述根据一个实施例的标签120的结构。
至少一个偏置电路230可以向FSK调制器220供应控制信号。该至少一个偏置电路230可以供应控制信号给FSK调制器220以对由平面Van Atta阵列天线210接收的询问信号执行FSK调制。至少一个偏置电路230可以连接到标签120外部的电源供应。然而，这仅仅是一个实施例，并且电源源可以被包括在标签120中。
由至少一个偏置电路230提供的控制信号可以使FSK调制器220调制询问信号。调制的询问信号可以通过平面Van Atta阵列天线210在询问信号被接收的方向上输出。
图3是用于更详细地描述根据一个实施例的标签120的结构的图。
图3示出了包括4x4平面Van Atta阵列的标签120。在4x4平面Van Atta阵列天线中，标签120的每个元件300可以包括嵌入式贴片(inset-pad patch)天线310和射频(RF)扼流圈(choke)320。此外，每个元件300可以包括FSK调制器，FSK调制器包括多个PIN二极管332和334以及混合耦合器340。然而，本公开的标签120不限于图3中所示的标签。例如，标签120可以包括比上述组件更多或更少的组件。
对于逆反射，4x4平面Van Atta阵列天线中的中心对称天线对可以连接到传输线。彼此相邻的传输线可以具有与引导的波长的长度λg相等的长度差，以满足中心对称天线对之间的相位反转的Van Atta阵列条件。
入射信号可以入射在嵌入式贴片天线310上。当入射信号入射时，嵌入式贴片天线310可以输出反射的信号。用于对从嵌入式贴片天线310输出的反射的信号执行FSK调制的控制信号可以被施加到每个元件300。RF扼流圈320是控制信号通过其被传输的电路，并且可以防止入射信号泄漏。FSK调制器可以基于输入到元件300的控制信号对反射的信号执行FSK调制。此时，要被FSK调制的频率对于每个标签120可以是固定值，或者可以通过控制信号变化。
根据一个实施例的标签120可以被设计为支持24-GHz频率频带中的完整带宽(例如，250MHz)。例如，为了防止相位失调(phase misalignment)并引起准确的逆反射，标签120可以基于24.125GHz设计，24.125GHz是24G-Hz频率频带中的中心频率，并且λg＝7.56mm。
相位失调也可以由传输线之间的长度差引起。在根据一个实施例的标签120中，最长传输线和最短传输线之间的差可以被限制到9λg，以便最小化由于传输线之间长度差引起的相位失调。9λg的传输线长度差和125MHz的频率偏移可能导致16.9°的相位失调。当16.9°相位失调发生时，标签120可能跨完整带宽导致0.05dB的功率损失。
同时，图3的实施例中所示的4x4 Van Atta阵列是本公开可以被应用到其的示例。用于位置测量的标签120可以通过更多或更少的Van Atta阵列来实现。随着构成Van Atta阵列的元件300的数量增加，位置测量的精度可以被提升。
图4是用于描述根据一个实施例的用于执行逆反射的平面Van Atta阵列天线的图。
平面Van Atta阵列天线210可以通过在到达方向上被动反射入射信号来实现逆反射。平面Van Atta阵列天线210可以是简单的天线阵列，其中对称的天线对连接到传输线，传输线的长度因引导的波长而彼此不同。平面Van Atta阵列天线210可以反转对称地连接到彼此的天线对中的入射信号的相位序列。平面Van Atta阵列天线210可以将由传输线引起的相位相等地施加到所有传输线。因此，平面Van Atta阵列天线210的辐射方向可能不受传输线引起的相位的影响。
参考图4，平面Van Atta阵列天线210可以包括连接到彼此的四个天线元件。天线元件可以通过长度为λg的倍数的传输线连接到彼此。平面Van Atta阵列天线210可以在传输线中的传播延迟之后反转相位序列。平面Van Atta阵列天线210可以在方位平面410和仰角平面420中实现逆反射。
例如，当信号入射在方位平面410上时，入射在[A，B]的天线元件和[B'，A']的天线元件上的入射信号的相位序列可以从[-2ψ，-ψ]反转到[-ψ，-2ψ]。因此，平面Van Atta阵列天线210可以通过在入射方向上输出反射的信号来从方位平面实现逆反射。此外，当信号入射在仰角平面420上时，在[A，B']的天线元件和[B，A']的天线元件处的入射信号的相位序列可以分别是[-ψ，-2ψ]和[-ψ，-2ψ]，并且输出信号的相位序列可以分别为[-2ψ，-ψ]和[-2ψ，-ψ]。因此，平面Van Atta阵列天线210可以在仰角平面420中实现逆反射。
图5是用于描述根据一个实施例的FSK调制器220的图。
参考图5，中心对称天线对510可以通过90°混合耦合器520连接。例如，在上面参考图3描述的4x4 Van Atta阵列中，八个中心对称天线对510可以被提供，并且可以为每个天线对510提供90°混合耦合器520。此外，90°混合耦合器520可以连接到两个对称反射网络530。因此，90°混合耦合器520可以通过180°相位相移实现FSK调制。
反射网络530可以根据信号路径的长度将相位相移180°。反射网络530可以确定输出信号的相位。当低偏置(bias)被施加到反射网络时，输出信号的相位可以被确定为OFF(关闭)状态，而当高偏置被施加到反射网络时，该相位可以被确定为ON(开启)状态。反射网络530可以通过周期相位相移来生成标签信号。
与现有技术不同，在现有技术中，入射信号的功率减少了近一半，根据一个实施例的标签可以通过上述FSK调制方法来减少入射信号的功率损耗。此外，根据一个实施例的标签通过每个元件仅使用两个PIN二极管来调制频率，从而与现有技术相比降低了实现成本。
为了将平面Van Atta阵列天线与FSK调制器结合，以保持逆反射特性，防止RF信号泄漏是非常重要的。这可以通过连接到Van Atta阵列天线的RF扼流圈来执行，如上文参考图3所述。
将参考图5详细描述中心对称天线对510中的信号流。在中心对称天线对510中，入射在上部天线(端口①)上的入射信号可以从下部天线(端口④)输出。为了即使在FSK调制之后也保持Van Atta阵列性能，90°混合耦合器520可以通过阻抗匹配来最小化端口①和端口④之间的信号损耗。入射信号可以由90°混合耦合器520等分为四个路径。这四个路径如下。
路径1：①->②->①
路径2：①->③->①
路径3：①->②->④
路径4：①->③->④
与水平传递的信号(例如，从端口①到端口②)相比，对角传递的信号(例如，从端口①至端口③)可以额外获得90°的相位。这可能导致路径1和路径2之间的180°相位相移。路径1和路径2的信号彼此偏移(offset)，使得没有信号不从上部天线输出。同时，在路径3和路径4之间没有相位差。因此，可以将信号相加到最大，并从下部天线输出。
图6是根据一个实施例的询问器110的框图。
参考图6，询问器110可以包括发送器610、接收器620和处理器630。然而，询问器110的组件不限于上述示例。例如，询问器110可以包括比上述组件更多或更少的组件。在一个实施例中，发送器610、接收器620和处理器630可以被实现为单个芯片。此外，处理器630可以包括一个或多个处理器。
询问器110的发送器610和询问器110的接收器620可以被统称为收发器，收发器可以实现为上文参考图1至图5描述的平面Van Atta阵列天线。
根据一个实施例的询问器110可以进一步包括存储器(未示出)。存储器(未示出)可以存储询问器110的操作所需的程序和数据。此外，存储器(未示出)可以存储FSK调制信息、标签的位置等，这些是根据由询问器110接收的标签信号识别的。存储器(未示出)可不是单独的组件，并且可被包括在处理器630中。存储器(未示出)可以包括易失性存储器、非易失性存储器或者易失性存储器和非易失存储器的组合。此外，存储器可以在处理器630的请求下提供被存储在其中的数据。例如，存储器可以存储关于由多个标签中的每一个用于FSK调制的频率的信息。
处理器630可以控制一系列操作，以允许询问器110根据上述实施例进行操作。例如，处理器630可以通过发送器610发送询问信号，通过接收器610从标签接收标签信号，并且处理接收到的标签信号以测量标签的位置。
根据一个实施例的询问器110可以包括被配置为生成询问信号的信号生成器、被配置为分割由信号生成器生成的信号的信号分离器、以及被配置为对接收到的标签信号执行解调的解调单元。解调单元可以包括被配置为将询问信号与接收到的标签信号混合的混频器，以及被配置为对混合信号进行傅立叶变换的傅立叶变换器。
例如，混频器可以将由信号分离器分割的询问信号与从标签接收到的标签信号混合，以生成中间信号IF。混频器可以通过将标签信号TS乘以询问信号IS来生成中间信号IF。中间信号可以被分离为具有与两个信号的频率之和相对应的频率分量的信号，和具有和这两个信号的频率之间的差相对应的频率分量的信号。
解调单元可以根据中间信号IF识别由标签用于FSK调制的频率。解调单元可以将用于FSK调制的频率从中间信号IF中移除。此后，解调单元可以通过识别询问器110和标签之间的传播延迟来测量标签的位置。
图7是示出根据一个实施例的询问信号的频率随时间变化的图。
参考图7，可以确认FMCW信号710和HD-FMCW信号720。FMCW信号710可以包括从第一频率f1变化到第二频率f2的一个单位啁啾信号。此外，HD-FMCW信号720可以是其中单位啁啾信号被重复特定周期的信号。
根据一个实施例的询问器110可以使用HD-FMCW技术，该技术使用周期啁啾信号，不同于现有的使用单个啁啾信号的FMCW。当询问器110使用HD-FMCW信号720时，FSK信号可以有效地与杂波噪声分离。当询问器110有效地将FSK信号与杂波噪声分离时，SNR可以被提升。由询问器110生成的询问信号可以由下面的等式1表示。
[等式1]
在上面的等式1中，c(t)可以表示啁啾信号。在上面的等式1中，N可以表示啁啾重复的数量。在上面的等式1中，s(t-Δt)可以表示反射的询问信号。在等式1中，Δt可以表示询问器110和杂波之间的往返传播延迟。在上面的等式1中，T可以表示延迟的信号的周期。根据上面的等式1，延迟的信号中的多个频率可以被指示为峰值。例如，延迟的信号中具有(1/T)Hz的倍数值的频率可以被指示为峰值。延迟信号中的其他频率可以被指示为0。也就是说，由于询问器110的询问信号的反射而生成的杂波噪声可以集中在频率仓的相同集合中，并且对于其他仓可以保持为0。
作为对从平面Van Atta阵列210输出的信号执行FSK调制的结果而生成的标签信号可以被表示为下面的等式2。
{等式2}
在等式2中，fm表示FSK调制频率。通过FSK调制的标签信号的周期可以被计算为T和(1/fm)的最小公倍数。
图8是用于描述根据一个实施例的当使用询问信号时接收到的信号分量和杂波噪声分量的图。
由于包括标签信号和杂波噪声分量的周期信号的傅立叶变换的特性，对周期信号进行傅立叶变换的结果可以被表示为离散频域中的仓。
参考图8，可以看出，当FMCW信号810被用作询问信号时，杂波噪声和标签信号以相同的频率被生成。在这种情况下，询问器110不能分离杂波噪声和标签信号，并且因此，SNR可以具有显著低的值。
另一方面，如上所述，根据一个实施例的询问器110可以使用包括连续单元啁啾信号的HD-FMCW信号820作为询问信号。可以看出，当HD-FMCW信号820被用作询问信号时，标签信号和杂波噪声在频域中被分离。通过此，询问器110可以获得具有高SNR值的标签信号。
图9是用于描述根据一个实施例的标签的位置的测量精度的图。
为了检查标签位置的测量精度，100个标签被放置在亚克力板(acrylic board)上，并且测量它们各自位置的结果如图9所示。当根据一个实施例的询问器110发送询问信号时，亚克力板上的100个标签可以在各个频率上对接收到的询问信号执行FSK调制，然后在询问信号被接收的方向上输出标签信号。
如图9所示，可以看出，尽管100个标签被放置地非常密集的情况，根据一个实施例的询问器110以高精度来测量每个标签的位置。
图10是用于描述根据一个实施例的标签位置测量误差的曲线图。
图10示出了位置测量误差的累积分布函数(CDF)图。根据CDF图，可以看出，平均误差为8.99mm，90％的误差为13.8mm。此外，对于x、y和z维度，平均误差分别为5.9mm、2.7mm和3.4mm，以及90％的误差分别为11.2mm、8.5mm和8.8mm。
通过图10的曲线图，可以看出，本公开中提出的位置测量设备的三维(3D)位置识别精度以亚厘米为单位，因此该三维(3D)位置标识精度显著的高。
图11是用于描述根据一个实施例的多路径环境中的标签位置测量误差的曲线图。
图11的曲线图显示了当标签在80m的直线距离上每20m被放置时测量的位置测量误差。这里，在10个不同的标签位置处进行了50个实验测试。从图11的曲线图可以看出，根据本公开的标签的逆反射有效地抑制了多路径，即使在复杂的室内环境中也显示出高的亚厘米精度。
使用毫米波的位置测量技术存在的问题是，由于毫米波频谱中的周围反射，与杂波噪声的功率相比，后向散射的信号的功率低，因此容易受到误差的影响。因此，本公开提供了一种位置测量设备和系统，其用于有效地分离杂波噪声和后向散射的信号，以及准确地识别已经生成后向散射的信号的标签的位置。
根据一个实施例，用于基于毫米波频带中的后向散射执行位置测量的标签可以包括平面Van Atta阵列天线、连接到平面Van Atta阵列天线的FSK调制器以及连接到FSK调制器的至少一个偏置电路。根据一个实施例，，FSK调制器可以被配置为基于由平面Van Atta阵列天线接收的询问信号，基于通过至少一个偏置电路提供的控制信号调制询问信号。根据一个实施例，FSK调制器可以被配置为通过平面Van Atta阵列天线在询问信号被接收的方向上输出调制的询问信号。
在一个实施例中，FSK调制器可以通过引起询问信号的相位的周期180°相移来执行FSK调制。
根据一个实施例，FSK调制器可以包括90°混合耦合器。根据一个实施例，FSK调制器可以包括连接到90°混合耦合器以及包括多个PIN二极管的反射网络。
根据一个实施例，90°混合耦合器可以被配置为通过第一路径、第二路径、第三路径和第四路径传递询问信号。根据一个实施例，在询问信号当中，通过第一路径传递的第一信号和通过第二路径传递的第二信号可以被引起经历相对于彼此的180°相位相移以彼此偏移。根据一个实施例，在询问信号当中，通过第三路径传递的第三信号和通过第四路径传递的第四信号之间可以没有相位差，并且因此可以被相加为最大值并输出。
根据一个实施例，标签还可以包括RF扼流圈，该RF扼流圈被布置在至少一个偏置电路和Van Atta阵列天线之间，以防止由Van Atta天线接收到的询问信号的泄漏。
根据一个实施例，询问信号可以包括从第一频率变化到第二频率的连续单元啁啾信号。
根据一个实施例，Van Atta阵列天线可以包括多个天线元件。根据一个实施例，多个天线元件可以包括用于逆反射的中心对称天线元件对。根据一个实施例，被包括在天线元件对中的每一个的第一天线元件和第二天线元件可以连接到具有与询问信号的引导的波长的长度λg相等的长度差的传输线。
根据一个实施例，用于基于毫米波频带中的后向散射执行位置测量的询问器可以包括收发器和连接到收发器的至少一个处理器。根据一个实施例，至少一个处理器可以被配置为输出询问信号，该询问信号包括从第一频率变化到第二频率的连续单元啁啾信号。根据一个实施例，至少一个处理器可以进一步被配置为根据已经接收到输出询问信号的标签接收后向散射的标签信号。根据一个实施例，至少一个处理器可以进一步被配置为通过识别被施加到后向散射标签信号的FSK调制来测量标签的位置。
根据一个实施例，标签信号可以被施加有FSK调制，以引起输出询问信号的相位的周期180°相移。
根据一个实施例，询问信号可以属于毫米波频带。
根据一个实施例，至少一个处理器可以进一步配置为将询问信号与标签信号混合以生成中间信号。根据一个实施例，至少一个处理器可以进一步被配置为对中间信号执行快速傅立叶变换(FFT)。
根据一个实施例，用于基于毫米波频带的后向散射执行位置测量的系统可以包括询问器，该询问器被配置为输出询问信号，该询问信号包括从第一频率变化到第二频率的连续单元啁啾信号。根据一个实施例，该系统还可以包括标签，该标签被配置为接收询问信号，将FSK调制施加到询问信号，并且在询问信号入射的方向上发送施加了FSK调制的标签信号。根据一个实施例，询问器可以进一步被配置为通过识别被施加到标签信号的FSK调制来测量标签的位置。
根据一个实施例，标签信号可以被施加有FSK调制，以引起输出询问信号相位的周期180°相移。
根据一个实施例，询问信号可以属于毫米波频带。
根据一个实施例，询问器可以进一步配置为将询问信号与标签信号混合以生成中间信号。根据一个实施例，询问器可以进一步被配置为对中间信号执行FFT。
根据本公开的位置测量设备和系统可以防止视线(line-of-sight，LoS)信号由于多个路径引起的非视线(non-LoS，nLoS)信号而失真，并且通过在每个标签处的频率调制来识别多个标签的位置，从而提高位置标识的准确性。
用于描述根据本公开的实施例的详细示例仅仅是每个标准、方法、详细方法和操作的组合，并且询问器和标签设备可以通过上述各种技术中的至少两种的组合基于毫米波频带的后向散射来执行位置测量。例如，可能会结合其他实施例的一些操作来执行实施例的某些操作。
机器可读存储介质可以以非暂时性存储介质的形式被提供。这里，术语“非暂时性存储介质”指有形设备，并且不包括信号(例如，电磁波)，并且术语“非暂时性存储介质”不区分数据被半永久地存储在存储介质中的情况和数据被临时存储的情况。例如，非暂时性存储介质可以包括其中数据被临时存储的缓冲器。
根据一个实施例，根据本文公开的各种实施例的方法可以被包括在计算机程序产品中然后被提供。计算机程序产品可以作为商品在卖家和买家之间被交易。计算机程序产品可以以机器可读存储介质(例如，光盘只读存储器(CD-ROM))的形式被分发，或者可以在两个用户设备(例如，智能电话)之间通过应用商店或者直接被在线分发(例如，下载或上传)。在在线分发的情况下，计算机程序产品的至少一部分(例如，可下载的应用)可以被临时存储在机器可读存储介质中，诸如制造商的服务器、应用商店的服务器或中继服务器的存储器。
应当理解，本文描述的实施例应仅在描述性意义上被考虑，而非出于限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应当被考虑为可用于其他实施例中的其他类似的特征或方面。虽然已经参考附图描述了一个或多个实施例，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由以下权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，其中可以进行形式和细节的各种变化。

Claims (15)

1.一种用于基于毫米波频带的后向散射来执行位置测量的标签，所述标签包括：
平面Van Atta阵列天线；
频移键控FSK调制器，连接到所述平面Van Atta阵列天线；和
至少一个偏置电路，连接到所述FSK调制器，
其中，所述FSK调制器被配置为：
基于由所述平面Van Atta阵列天线接收的询问信号，基于通过所述至少一个偏置电路供应的控制信号来调制所述询问信号；和
通过所述平面Van Atta阵列天线在所述询问信号被接收的方向上输出所述调制的询问信号。
2.根据权利要求1所述的标签，其中，所述FSK调制器还被配置为通过引起所述询问信号的相位的周期180°相移来执行FSK调制。
3.根据权利要求1所述的标签，其中，所述FSK调制器包括：
90°混合耦合器；和
反射网络，连接到所述90°混合耦合器，并包括多个PIN二极管。
4.根据权利要求3所述的标签，其中，所述90°混合耦合器被配置为通过第一路径、第二路径、第三路径和第四路径传递所述询问信号，
在所述询问信号当中，通过所述第一路径传递的第一信号和通过所述第二路径传递的第二信号被引起经历相对于彼此的180°相位相移以彼此偏移，以及
在所述询问信号当中，通过所述第三路径传递的第三信号和通过所述第四路径传递的第四信号之间不具有相位差，被相加到最大值并输出。
5.根据权利要求1所述的标签，还包括射频RF扼流圈，所述RF扼流圈被布置在所述至少一个偏置电路和所述Van Atta阵列天线之间，以防止由所述Van Atta阵列天线接收到的所述询问信号的泄漏。
6.根据权利要求1所述的标签，其中，所述询问信号包括从第一频率变化到第二频率的连续单元啁啾信号。
7.根据权利要求1所述的标签，其中，所述Van Atta阵列天线包括多个天线元件，
所述多个天线元件包括用于逆反射的中心对称天线元件对，以及
被包括在每个天线元件对中的第一天线元件和第二天线元件连接到具有与所述询问信号的引导的波长的长度λg相等的长度差的传输线。
8.一种用于基于毫米波频带的后向散射来执行位置测量的询问器，所述询问器包括：
收发器；和
至少一个处理器，连接到所述收发器，其中，所述至少一个处理器被配置为：
输出包括从第一频率变化到第二频率的连续单元啁啾信号的询问信号；
根据已经接收到所述输出询问信号的标签接收后向散射的标签信号；和
通过识别被施加到后向散射的标签信号的频移键控FSK调制来测量所述标签的位置。
9.根据权利要求8所述的询问器，其中，所述标签信号被施加有所述FSK调制，以引起所述输出询问信号的相位的周期180°相移。
10.根据权利要求8所述的询问器，其中，所述询问信号属于毫米波频带。
11.根据权利要求8所述的询问器，其中，所述至少一个处理器还被配置为：
将所述询问信号与所述标签信号混合以生成中间信号；和
对所述中间信号执行快速傅立叶变换FFT。
12.一种用于基于毫米波频带的后向散射来执行位置测量的系统，所述系统包括：
询问器，其被配置为输出包括从第一频率变化到第二频率的连续单元啁啾信号的询问信号；和
标签，被配置为接收所述询问信号，将频移键控FSK调制施加到所述询问信号，并且在所述询问信息入射的方向上发送被施加了所述FSK调制的标签信号，
其中，所述询问器还被配置为通过识别被施加到所述标签信号的FSK调制来测量所述标签的位置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述标签信号被施加有所述FSK调制，以引起所述输出询问信号的相位的周期180°相移。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述询问信号属于毫米波频带。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述询问器还被配置为：
将所述询问信号与所述标签信号混合以生成中间信号；和
对所述中间信号执行快速傅立叶变换FFT。
CN202311459610.3A 2022-11-04 2023-11-03 执行位置测量的标签、询问器和系统 Pending CN117997419A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0146399 2022-11-04
KR1020230077736A KR20240064511A (ko) 2022-11-04 2023-06-16 밀리미터웨이브 대역에서 후방 산란에 기초하여 위치 측정을 수행하는 시스템 및 장치
KR10-2023-0077736 2023-06-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117997419A true CN117997419A (zh) 2024-05-07

Family

ID=90900534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311459610.3A Pending CN117997419A (zh) 2022-11-04 2023-11-03 执行位置测量的标签、询问器和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117997419A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7554451B2 (en) Multistatic antenna configuration for radio frequency identification (RFID) systems
US10539648B2 (en) RFID tag tracking using phase likelihood
US20080143584A1 (en) Method and system for determining the distance between an RFID reader and an RFID tag using phase
US9208365B2 (en) Method and apparatus to mitigate multipath in RFID
US20070073513A1 (en) Determining RFID tag location
CN101706862B (zh) 一种测试rfid阅读器接收灵敏度的方法及设备
CN101706863B (zh) 一种测试rfid阅读器接收灵敏度的方法、设备及其阅读器
Viikari et al. Ranging of UHF RFID tag using stepped frequency read-out
BRPI0609082A2 (pt) método de mapeamento de radar em um sistema de posicionamento local, e, sistema de posicionamento local
US20120223811A1 (en) Multiple Antenna Localizing
CN117997419A (zh) 执行位置测量的标签、询问器和系统
US20240142596A1 (en) Tag, interrogator, and system for performing position measurement based on backscatter in millimeter-wave band
Lazaro et al. Modulated corner reflector using frequency selective surfaces for FMCW radar applications
GB2428940A (en) Carrier leakage cancellation in an RFID reader
KR20240064511A (ko) 밀리미터웨이브 대역에서 후방 산란에 기초하여 위치 측정을 수행하는 시스템 및 장치
JP4282965B2 (ja) 質問器、およびそれを用いた電波到来方向推定装置
US20090215405A1 (en) Transceiver Antennae Arrangement
CN113423097A (zh) 一种基于rfid的定位方法、装置及电子设备
WO2007012893A1 (en) Transceiver apparatus
Kuester et al. Testing passive UHF tag performance evolution
Povalač Spatial identification methods and systems for RFID tags
CN110687504A (zh) 基于多频载波相位差的uhf rfid标签测距方法
EP4235204A1 (en) Angle-of-arrival estimation method for arbitrary antenna spacings and corresponding communication device
Eschlwech et al. A Polarimetric Method for Multipath Phantom Target Suppression in UHF-RFID DoA Estimation Applications
KR100882137B1 (ko) 간섭신호를 이용한 ｒｆｉｄ 안테나 시스템 및 상기 ｒｆｉｄ 안테나 시스템을 포함하는 통신장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination