DE602005004605T2 - Objektlokalisierungssystem und -verfahren mit mehreren auflösungen - Google Patents

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Description

  • SACHGEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Objektlokalisierungssysteme und betrifft insbesondere mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssysteme und die Funkfrequenzidentifizierung (Radio Frequency Identification, RFID).
  • TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In modernen Warendispositionssystemen besteht ein zunehmender Bedarf an der Fähigkeit, eine breite Vielfalt von Objekten zu lokalisieren und zu verfolgen. Dies kann das Lokalisieren und Verfolgen von Objekten über großflächige Bereiche, wie zum Beispiel große Werksgelände und Distributionszentren, beinhalten.
  • Das Lokalisieren von Objekten ist aus den zum Stand der Technik gehörenden Druckschriften EP 1 239 634 , US 2003/232598 , WO 03/016940 und US 2002/008143 bekannt.
  • Leider haben frühere Versuche, ein solches System zu schaffen, nicht die Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreicht, die für ein solches System wünschenswert sind. Zum Beispiel haben sich frühere Systeme auf übermäßig komplexe batteriebetriebene Geräte mit hohen Stückkosten und begrenzter Batterielebensdauer gestützt. Die Kosten und die eingeschränkte Präzision dieser früheren Verfahren haben bisher ihre Übernahme in Anwendungen verhindert, die es ermöglichen mussten, große Anzahlen von Objekten mit relativ geringen Kosten pro Objekt zu lokalisieren und zu verfolgen.
  • Dementsprechend ist es wünschenswert, ein verbessertes Verfahren zum Lokalisieren von Objekten vorzusehen.
  • Außerdem ist es wünschenswert, ein verbessertes System zum Lokalisieren von Objekten bereitzustellen. Weitere wünschenswerte Merkmale und kennzeichnende Eigenschaften der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen hervor, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den vorangegangenen Abschnitten „Sachgebiet der Erfindung" und „Technologischer Hintergrund der Erfindung" zu lesen sind.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein mit mehreren Auflösungen arbeitendes Objektlokalisierungssystem und -ein Verfahren zum Lokalisieren von Objekten vor. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende System und Verfahren verwendet eine Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung zusammen mit einer präziseren RFID-Lokalisierungsvorrichtung zum effizienten und genauen Bestimmen des Standortes von Objekten, die einen RFID-Transponder enthalten. Die Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung hat eine vergleichsweise lange Reichweite und kann einen relativ großen Bereich erfassen, um den allgemeinen Standort des Objekts innerhalb des relativ großen Bereichs zu bestimmen. Die RFID-Lokalisierungsvorrichtung hat eine im Vergleich dazu kürzere Reichweite, ist aber dazu imstande, das Objekt präziser zu lokalisieren. Das Objektlokalisierungssystem verwendet die Weitbereichs-Lokalisierungsvorrichtung, um zuerst den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, und dann wird die RFID-Lokalisierungsvorrichtung verwendet, um den Standort des Objekts genauer zu bestimmen. Auf diese Weise ist das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem in der Lage, sowohl eine Weitbereichslokalisierung von Objekten über einen großen Bereich hinweg als auch eine präzise Standortbestimmung von Objekten vorzunehmen. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem und -verfahren kann somit in effizienter Weise eine genaue Objektlokalisierung über einen großen Bereich hinweg vorsehen. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem und -verfahren kann für eine Vielzahl verschiedener Arten von Objekten verwendet werden, einschließlich Lagerbeständen und Ausrüstungsgegenständen. Das System und Verfahren kann auch zum Lokalisieren von Personen verwendet werden, zum Beispiel in Bereichen, in denen Sicherheitserwägungen das Verfolgen von einzelnen Personen erfordern.
  • Die Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung kann implementiert werden, um den allgemeinen Standort des Objekts unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken zu bestimmen. Nachdem der allgemeine Standort bestimmt wurde, ermöglicht die RFID-Lokalisierungsvorrichtung eine genaue Objektlokalisierung unter Verwendung rückstreuungsmodulierter Signale von einem RFID-Transponder. Genauer gesagt, enthält die RFID-Lokalisierungsvorrichtung mindestens eine RFID-Lesevorrichtung, die eine Vielzahl von Signalen zu dem RFID-Transponder sendet, wobei die mehreren Signale unterschiedliche Grundfrequenzen aufweisen. In Erwiderung darauf führt der RFID-Transponder eine Rückstreuungsmodulation der mehreren Sendesignale durch, um eine Vielzahl von rückstreuungsmodulierten Signalen zu er zeugen. Die RFID-Lesevorrichtung empfängt und demoduliert die mehreren rückstreuungsmodulierten Signale. Die Entfernungsberechnungseinheit bestimmt die Phase der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale und bestimmt den Differenzenquotienten aus der Phasenänderungsrate der rückstreuungsmodulierten Signale und der Grundfrequenz-Änderungsrate der Sendesignale und verwendet diese Information, um die Entfernung zu dem RFID-Transponder zu berechnen. Mit Hilfe der gleichen Technik kann die Entfernung zu einer Vielzahl von RFID-Lesevorrichtungen berechnet werden. Unter Verwendung der Entfernungen zu den mehreren RFID-Lesevorrichtungen und des bekannten Standortes der Lesevorrichtungen kann eine genaue Standortbestimmung unter Verwendung von Trilaterationstechniken ausgeführt werden.
  • Auf diese Weise ist das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem in der Lage, sowohl eine Weitbereichslokalisierung von Objekten als auch eine präzise Standortbestimmung von Objekten vorzunehmen. Außerdem kann das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem und -verfahren die Zeit verkürzen, die zum Lokalisieren von Objekten benötigt wird, und kann Interferenzen minimieren, indem es nicht erfordert, dass alle RFID-Lesevorrichtungen in einem Bereich zum Bestimmen des Objektstandortes verwendet werden. Genauer gesagt, wird dadurch, dass zuerst der allgemeine Standort bestimmt wird, die Anzahl der zum genauen Lokalisieren eines Objekts zu verwendenden RFID-Lesevorrichtungen minimiert, was somit die Anzahl der Übertragungen verringert, die von RFID-Lesevorrichtungen ausgehen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen zwischen RFID-Lesevorrichtungen und kann auch die Bandbreiten- und sonstige Netzwerkanforderungen zum Kommunizieren mit den RFID-Lesevorrichtungen verringern. Zweitens sind das System und Verfahren in der verringern. Zweitens sind das System und Verfahren in der Lage, im Vergleich zu einem System, das versucht, Interferenzen zu minimieren, indem es verschiedenen RFID-Lesevorrichtungen der Reihe nach unterschiedliche Zeitdauern zuweist, ein Objekt relativ schnell zu lokalisieren. Und schließlich kann dieses System Objekte zumindest allgemein lokalisieren, selbst wenn sie nicht durch die RFID-Lesevorrichtungen lokalisiert werden können, wie zum Beispiel im Fall eines Lesegerätausfalls, oder in dem Fall, dass sich der Objektstandort außerhalb der Reichweite sämtlicher RFID-Lesevorrichtungen befindet. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem und -verfahren kann somit auf effiziente Weise eine genaue Objektlokalisierung über einen relativ großen Bereich hinweg vorsehen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Im Folgenden wird die bevorzugte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines mit mehreren Auflösungen arbeitenden Objektlokalisierungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer RFID-Lokalisierungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Lokalisieren eines Objekts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines multimodalen RFID-Transponders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines Arrays von Objektlokalisierungsvorrichtungen und RFID-Lesevorrichtungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 6 ist eine Draufsicht einer beispielhaften mobilen RFID-Lesevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 7 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften RFID-Sende-Empfangsgeräts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 8 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Einheit zum Schätzen des Phasenwinkels gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 9 und 10 sind tabellarische Darstellungen eines beispielhaften Datensatzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
  • 11 und 12 sind grafische Darstellungen eines beispielhaften Datensatzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll weder die Erfindung noch die Anwendbarkeit und Verwendungszwecke der Erfindung einschränken. Des Weiteren besteht nicht die Absicht, an geäußerte oder implizite Theorien irgendeiner Art gebunden zu sein, die in den vorausgegangenen Abschnitten „Sachgebiet der Erfindung", „Technologischer Hintergrund der Erfindung" und „Kurzdarstellung der Erfindung" angesprochen wurden oder in der folgenden detaillierten Beschreibung vorgestellt werden.
  • Allgemein sieht die vorliegende Erfindung ein System und Verfahren zum Lokalisieren von Objekten vor, das sowohl eine Weitbereichs-Lokalisierungsvorrichtung zum Bestimmen des allgemeinen Standortes als auch Funkfrequenzidentifizierung (RFID)-Transponder zur genaueren Objektlokalisierung verwendet. Genauer gesagt, verwendet das System und Verfahren die Weitbereichs-Lokalisierungsvorrichtung zum Bestimmen des allgemeinen Standortes und verwendet dann die Phase von rückstreuungsmodulierten Signalen, die von den RFID-Transpondern ausgehen, in Bezug auf die Grundfrequenz der Sendesignale, um den Standort von Objekten effizient und präzise zu bestimmen. Die Weitbereichs-Lokalisierungsvorrichtung und die RFID-Lokalisierungsvorrichtung können als mobile Einheiten, innerhalb der Infrastruktur einer Einrichtung oder als eine Kombination aus beidem implementiert werden.
  • RFID ist eine Technologie, welche die Verwendung von elektromagnetischer oder elektrostatischer Kopplung im Funkfrequenzspektrum zum Identifizieren von Objekten, an denen RFID-Transponder angebracht sind, beinhaltet. RFID-Systeme bieten allgemein den Vorteil, dass sie keine Informationsabfrage über einen Direktkontakt oder über eine Richtfunktrasse mit freier Sichtverbindung erfordern. Ein typisches RFID-System enthält eine RFID-Lesevorrichtung und eine Vielzahl von RFID-Transpondern, die an den interessierenden Objekten angebracht sind. Die RFID-Lesevorrichtung verfügt über eine Antenne und verfügt außerdem über ein Sende-/Empfangsgerät oder ist mit einem Sende-/Empfangsgerät verbunden. Die RFID-Lesevorrichtung verwendet die Antenne und das Sende-/Empfangsgerät zum Senden von Funkfrequenzsignalen zu dem RFID-Transponder. Die RFID-Lesevorrichtung besitzt die Fähigkeit, einen oder mehrere Transponder durch Senden einer Kennung auszuwählen, die einen oder mehrere der Transponder aus einer Vielzahl von Transpondern spezifiziert. Wenn eine RFID-Lesevorrichtung einen RFID-Transponder auswählt, so wird der RFID-Transponder in einen Antwortmodus versetzt, während andere Transponder in einen Stummschaltzustand umgeschaltet werden.
  • Nach dem Versetzen in den Antwortmodus sendet der Transponder Daten zu der Lesevorrichtung zurück, indem er ein rückgestreutes Signal moduliert, das an der Antenne der RFID-Lesevorrichtung empfangen wird. Um ein Beispiel zu nennen, verwenden einige Transponder eine an die Antenne angekoppelte variable Impedanz, die dafür verwendet werden kann, die Energiemenge zu verändern, die zu dem Transponder zurückreflektiert wird. Diese Transponder können Daten zu der Lesevorrichtung senden, indem sie selektiv die Impedanz verändern, um die rückgestreuten Signale zu modulieren. Entsprechend können diese Transponder in einen „stumm ge schalteten" oder nicht-antwortenden Zustand versetzt werden, indem ein Impedanzwert ausgewählt und beibehalten wird, der die Rückstreuung von dem betreffenden Transponder minimiert.
  • Auf diese Weise kann eine RFID-Lesevorrichtung dafür verwendet werden, einen oder mehrere RFID-Transponder auszuwählen und Daten von den ausgewählten Transpondern abzurufen. Insofern können RFID-Transponder dafür verwendet werden, große Anzahlen von Objekten zu identifizieren und zu verfolgen. Da RFID-Transponder des Weiteren relativ geringe Stückkosten haben, können sie große Anzahlen von Objekten zu relativ geringen Kosten verfolgen.
  • RFID-Transponder werden in einer Vielzahl verschiedener kommerzieller Gebiete eingesetzt, die ein System zur eindeutigen Identifizierung großer Anzahlen von Gegenständen erfordern. Zum Beispiel werden RFID-Transponder überall, von Warenbestands- und Kassensystemen in Kaufhäusern bis hin zum Verfolgen militärischer Güterlieferungen, eingesetzt. RFID-Systeme werden oft bevorzugt zur Objektidentifizierung eingesetzt, weil sie eine höhere Reichweite haben, keine Richtfunktrasse mit freier Sichtverbindung zwischen einem Transponder und seiner Lesevorrichtung erfordern und einen hohen Durchsatz aufweisen, was die Anzahl der Transponder anbelangt.
  • RFID-Transponder gibt es in einer Vielzahl verschiedener Konfigurationen, Formen und Größen. Zum Beispiel haben unterschiedliche Transponder für unterschiedliche Anwendungen in der Regel eine Form und Größe, die für ihre Anwendung angemessen sind. RFID-Transponder werden üblicherweise in die Kategorien aktiv, passiv oder halb-passiv eingeteilt. Aktive RFID-Transponder enthalten eine interne Batterie, die dafür verwendet wird, Daten zu senden, und weisen in der Regel die Fähigkeit auf, größere Mengen gespeicherter Daten zu lesen und zu schreiben als passive oder halb-passive Transponder. Passive RFID-Transponder senden durch Reflektieren und Absorbieren von Energie aus den von der Lesevorrichtung ausgehenden Funkfrequenz-Übertragungen und verwenden absorbierte Energie von der Lesevorrichtung zum Speichern, Abrufen und gezielten Verändern von Daten. Halb-passive Transponder enthalten eine interne Batterie, die zum Speichern, Abrufen und gezielten Verändern von Daten verwendet wird, und senden Daten durch Reflektieren und Absorbieren von Energie von der Lesevorrichtung.
  • Passive und halb-passive Transponder sind in der Regel leichter und preisgünstiger als aktive Transponder. Passive Transponder bieten eine praktisch unbegrenzte Betriebslebensdauer, weil sie keine Batterie für den Betrieb benötigen. Der Kompromiss dafür ist, dass sie in der Regel eine kürzere Lesereichweite als aktive Transponder haben und eine höhere Ausgangsleistung von der Lesevorrichtung erfordern. Es ist wichtig anzumerken, dass staatliche Einschränkungen in vielen Rechtsprechungen die Ausgangsleistung von Lesevorrichtungen beschränken, um die Sicherheit zu gewährleisten und Interferenzen zwischen Geräten zu minimieren, die sich Frequenzbänder teilen müssen.
  • Zu passiven und halb-passiven Transpondern gehören sowohl Nurlese-Transponder, die einmalig mit einem eindeutigen Satz Daten, die nachträglich nicht mehr modifiziert werden können, programmierbar sind, als auch les- und beschreibbare Transponder, die einmal oder mehrmals unter Verwendung einer geeigneten RFID-Schreibvorrichtung wiederbeschrieben werden können.
  • Wie weiter unten noch eingehender beschrieben wird, sind multimodale Transponder ein weiterer Typ von RFID-Transpondern. Multimodale Transponder können unter Verwendung von mehr als einem einzigen Modus arbeiten. Zum Beispiel können einige multimodale Transponder je nach den individuellen Anforderungen entweder als passive oder als halb-passive Transponder arbeiten. Andere multimodale Transponder können als passive, halb-passive oder aktive Transponder arbeiten. Des Weiteren können einige multimodale Transponder unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Protokolle, 802.11x oder Bluetooth-Spezifikationen miteinander kommunizieren (wobei 802.11x so definiert ist, dass es alle der verschiedenen 802.11-Protokolle enthält).
  • RFID-Systeme können eine Vielzahl verschiedener Techniken zum Senden von Daten zum und vom Transponder verwenden. Zum Senden zum Transponder können die Daten unter Verwendung irgendeiner aus einer Vielzahl verschiedener Modulationstechniken gesendet werden, einschließlich analoger Amplitudenmodulation (AM), analoger Phasenmodulation (PM) und analoger Frequenzmodulation (FM). Des Weiteren können die zum Transponder gesendeten Daten unter Verwendung irgendeiner aus einer Vielzahl verschiedener digitaler Modulationstechniken kodiert werden, einschließlich Frequenzumtastung (Frequency Shift Keying, FSK), Pulsphasenmodulation (Pulse Position Modulation, PPM), Pulsdauermodulation (Pulse Duration Modulation, PDM) und Amplitudenumtastung (Amplitude Shift Keying, ASK).
  • Wie oben besprochen, senden passive und halb-passive Transponder durch selektives Reflektieren und Absorbieren von Energiesignalen, die von der Lesevorrichtung ausgehen, und zwar in einem Prozess, der allgemein als Rückstreuungsmodulation bezeichnet wird. Auch bei der Rückstreuungsmodulation können die Daten unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken kodiert werden. Zum Beispiel können die Daten unter Verwendung von FSK kodiert werden, wobei der Transponder mit einer Rate absorbiert und reflektiert, um einen ersten Zustand (zum Beispiel „logisch Eins") darzustellen, und mit einer anderen Rate, um einen zweiten Zustand (zum Beispiel „logisch Null") darzustellen. Als ein weiteres Beispiel können die Daten unter Verwendung von ASK kodiert werden, wobei der Transponder eine Zeitdauer lang mit einer Rate absorbiert und reflektiert, um einen ersten Zustand (zum Beispiel „logisch Eins") darzustellen, und die Rückstreuungsmodulation eine andere Zeitdauer lang unterbricht, um einen zweiten Zustand (zum Beispiel „logisch Null") darzustellen. RFID-Systeme verwenden in der Regel auch eine Vielzahl verschiedener Frequenzbereiche, darunter die Frequenzbänder von 30 kHz bis 500 kHz, von 850 MHz bis 950 MHz und von 2,4 GHz bis 2,5 GHz, je nach den behördlichen Frequenzbandzuweisungen und den Leistungsanforderungen, die an die verschiedenen Anwendungserfordernisse angepasst sind. Zum Beispiel bieten Systeme mit niedrigerer Frequenz in der Regel eine bessere elektromagnetische Durchdringung von Wasser, während Systeme mit höherer Frequenz das nicht bieten. Passive Systeme mit niedrigerer Frequenz arbeiten üblicherweise innerhalb weniger Inch mit kleinen Lesevorrichtungsantennen, während Systeme mit höherer Frequenz üblicherweise innerhalb mehrerer Fuß mit ähnlich großen Antennen arbeiten. Des Weiteren sind die behördlichen Zuweisungen von niedrigeren Frequenzen im Allge meinen international weiter verbreitet und erlauben in der Regel eine höhere Ausgangsleistung für passive Transponder als für Systeme mit höherer Frequenz. Wenn jedoch ein höherfrequentes Frequenzband für RFID zur Verfügung steht, wie zum Beispiel im Rahmen der von der US-amerikanischen Kommunikationsregulierungsbehörde (Federal Communications Commission, FCC) regulierten Bereiche, so ist die Ausgangsleistung beträchtlich und ermöglicht eine stabile Weitbereichsleistung.
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein mit mehreren Auflösungen arbeitendes Objektlokalisierungssystem und -verfahren zum Lokalisieren von Objekten vor. Wenden wir uns nun 1 zu, in der ein Objektlokalisierungssystem 100 eine Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung zusammen mit einer präziseren RFID-Lokalisierungsvorrichtung enthält, um effizient und genau den Standort von Objekten zu bestimmen, die einen RFID-Transponder enthalten. Die Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung hat eine vergleichsweise lange Reichweite und ist imstande, einen relativ großen Bereich zu erfassen, um den allgemeinen Standort des Objekts innerhalb eines relativ großen Bereichs zu bestimmen. Die RFID-Lokalisierungsvorrichtung hat eine im Vergleich dazu kürzere Reichweite, ist aber dazu in der Lage, das Objekt präziser zu lokalisieren. Das Objektlokalisierungssystem verwendet die Weitbereichs-Lokalisierungsvorrichtung, um zuerst den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, und verwendet dann die RFID-Lokalisierungsvorrichtung, um den Standort des Objekts präziser zu bestimmen. Auf diese Weise ist das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem in der Lage, sowohl eine Weitbereichslokalisierung von Objekten über einen großen Bereich hinweg als auch eine präzise Standortbestimmung von Objekten vorzunehmen. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem und -verfahren kann somit auf effiziente Weise eine genaue Objektlokalisierung über einen großen Bereich hinweg ermöglichen.
  • Die Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung kann so implementiert sein, dass sie den allgemeinen Standort des Objekts unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken bestimmen kann. Zum Beispiel kann die Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung Techniken verwenden, die zum Beispiel mit Indikationswerten für die Empfangssignalstärke (Received Signal Strength Indication, RSSI), der Ankunftszeitdifferenz (Time Difference of Arrival, TDOA) und dem Ankunftswinkel (Angle of Arrival, AOA) von Sendesignalen arbeiten. Ein solches Verfahren kann einen allgemeinen Standort eines Objekts bestimmen und kann einen relativ großen Bereich erfassen. Zum Beispiel kann die Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung den allgemeinen Standort des Objekts auf einen Bereich zwischen 15 und 50 Fuß Durchmesser mit variierenden Gewissheitsgraden abhängig von den Mehrwegeausbreitungsbedingungen der Umgebung bestimmen.
  • Nachdem der allgemeine Standort bestimmt wurde, ermöglicht die RFID-Lokalisierungsvorrichtung eine genaue Objektlokalisierung unter Verwendung von rückstreuungsmodulierten Signalen von einem RFID-Transponder. Wenden wir uns nun 2 zu, in der eine schematische Darstellung einer RFID-Lokalisierungsvorrichtung 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die RFID-Lokalisierungsvorrichtung 200 enthält mindestens eine RFID-Lesevorrichtung und eine Entfernungsberech nungseinheit. Die RFID-Lesevorrichtung sendet eine Vielzahl von Signalen zu dem RFID-Transponder an dem zu lokalisierenden Objekt. Die mehreren Sendesignale, die zu dem RFID-Transponder gesendet werden, sind so ausgewählt, dass sie unterschiedliche Grundfrequenzen haben. In Erwiderung der Sendesignale moduliert der RFID-Transponder die mehreren Sendesignale, um eine Vielzahl von rückstreuungsmodulierten Signalen zu erzeugen. Die RFID-Lesevorrichtung empfängt und demoduliert die mehreren rückstreuungsmodulierten Signale. Die Entfernungsberechnungseinheit bestimmt die Phase der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale, die von der RFID-Lesevorrichtung empfangen wurden. Daraus bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit den Differenzenquotienten aus der Phasenänderungsrate der rückstreuungsmodulierten Signale und der Grundfrequenz-Änderungsrate der gesendeten Signale und verwendet diese Information, um die Entfernung zu dem RFID-Transponder zu berechnen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Array von RFID-Lesevorrichtungen verwendet, um den Objektstandort zu bestimmen. In dieser Ausführungsform sendet jede der RFID-Lesevorrichtungen eine Vielzahl von Signalen zu dem RFID-Transponder, wobei die Signale von jeder RFID-Lesevorrichtung unterschiedliche Grundfrequenzen haben. In Erwiderung darauf führt der RFID-Transponder eine Rückstreuungsmodulation der mehreren Sendesignale durch, um eine Vielzahl von rückstreuungsmodulierten Signalen zu erzeugen, die von dem Array von RFID-Lesevorrichtungen empfangen werden. Die Entfernungsberechnungseinheit bestimmt die Phase der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale. Daraus bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit den Differenzenquotienten aus der Phasenänderungsrate der rückstreuungsmodulierten Signale und der Grundfrequenz-Ände rungsrate der gesendeten Signale und verwendet diese Information zum Berechnen der Entfernung zu dem RFID-Transponder. Unter Verwendung der Entfernungen zu dem Array von RFID-Lesevorrichtungen und des bekannten Standortes der Lesevorrichtungen kann eine überaus genaue Standortbestimmung unter Verwendung einer Trilateration vorgenommen werden. Somit ist das System und Verfahren in der Lage, auf effiziente Weise eine überaus genaue Standortbestimmung für Objekte vorzunehmen, die einen RFID-Transponder enthalten.
  • Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem und -verfahren kann die Zeit verkürzen, die zum Lokalisieren von Objekten benötigt wird, und kann Interferenzen minimieren, indem es nicht erfordert, dass alle RFID-Lesevorrichtungen in einem Bereich verwendet werden, um den Objektstandort zu bestimmen. Genauer gesagt, wird dadurch, dass zuerst der allgemeine Standort bestimmt wird, die Anzahl der RFID-Lesevorrichtungen in dem Array von RFID-Lesevorrichtungen minimiert, die zu verwenden sind, um ein Objekt zu lokalisieren, und somit wird auch die Anzahl der Übertragungen verringert, die von RFID-Lesevorrichtungen ausgehen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen zwischen RFID-Lesevorrichtungen und kann auch die Bandbreiten- und andere Netzwerkanforderungen zum Kommunizieren mit den RFID-Lesevorrichtungen verringern.
  • Es ist anzumerken, dass die Entfernungsberechnungseinheit auf viele verschiedene Arten implementiert werden könnte. Zum Beispiel kann die Entfernungsberechnungseinheit vollständig als Teil jeder RFID-Lesevorrichtung implementiert werden. In einer anderen Implementierung kann die Entfernungsberechnungseinheit an einem zentralen Standort implementiert werden, wobei die Phasen- und Grundfrequenzdaten dafür verwendet werden, die Entfernung zu berechnen, über die unter Verwendung irgendeiner geeigneten Netzwerktechnologie an den Zentralcomputer gesendet wurde. Und schließlich kann die Entfernungsberechnungseinheit teilweise in der Lesevorrichtung und teilweise an einem zentralen Standort implementiert werden. Zum Beispiel können die Phasenbestimmungen an jeder Lesevorrichtung vorgenommen werden, wobei die endgültigen Entfernungs- und Standortberechnungen in dem Computersystem des Zentralcomputers vorgenommen werden, der mit den Lesevorrichtungen verknüpft ist.
  • Wie oben angesprochen, werden die mehreren zu dem RFID-Transponder gesendeten Signale so ausgewählt, dass sie unterschiedliche Grundfrequenzen haben. Um eine Vielzahl von Signalen so auswählen zu lassen, dass sie unterschiedliche Grundfrequenzen haben, braucht man lediglich mindestens ein gesendetes Signal mit einer Grundfrequenz zu haben, die sich von mindestens einem anderen Sendesignal unterscheidet. Im Allgemeinen sorgen zusätzliche Signale mit zusätzlichen unterschiedlichen Grundfrequenzen für eine höhere Genauigkeit der Entfernungsberechnung. Es ist jedoch anzumerken, dass nichts die Verwendung zusätzlicher Sendesignale verhindert, die die gleiche Frequenz wie andere Sendesignale haben. Phasenmessungen, die an Sendesignalen mit der gleichen Grundfrequenz wie andere Sendesignale durchgeführt wurden, können mit den anderen Phasenmessungen kombiniert werden, um eine genauere Gesamtberechnung der Phasenänderungsrate gegenüber der Änderungsrate der Frequenz zu erhalten.
  • Wenden wir uns nun 3 zu, in der ein Verfahren 300 zum Lokalisieren eines Objekts gemäß einer beispielhaf ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Im ersten Schritt 302 wird der allgemeine Standort des Objekts bestimmt. Der allgemeine Standort des Objekts kann unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken bestimmt werden, die eine relativ lange Reichweite haben. Zum Beispiel kann der allgemeine Standort unter Verwendung von Indikationswerten für die Empfangssignalstärke (Received Signal Strength Indication, RSSI), der Ankunftszeitdifferenz (Time Difference of Arrival, TDOA) und des Ankunftswinkels (Angle of Arrival, AOA) von Sendesignalen bestimmt werden. Um dies zu vereinfachen, wird ein Transponder, der dazu imstande ist, diese Arten von Signalen zu erzeugen und/oder zu empfangen, an dem Objekt angebracht. Um ein Beispiel zu nennen, kann ein multimodaler RFID-Transponder verwendet werden, was weiter unten unter Angabe weiterer Details beschrieben wird.
  • Nachdem der allgemeine Standort des Objekts bestimmt wurde, lokalisieren die Schritte 304 bis 314 das Objekt mittels Rückstreuungsmodulation von Signalen, welche von einem an dem Objekt angebrachten RFID-Transponder ausgehen, genauer. Genauer gesagt, besteht der nächste Schritt 304 darin, eine oder mehrere RFID-Lesevorrichtungen zu bestimmen, die sich an dem allgemeinen Standort des Objekts befinden. Diese RFID-Lesevorrichtungen sind jene, die sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in der Reichweite des betreffenden Objekts befinden und für eine RFID-Übertragung und -Rückstreuung herangezogen werden können. Im Allgemeinen gehören dazu mehrere RFID-Lesevorrichtungen, die sich an dem allgemeinen Standort befinden, und zwar sowohl ortsfeste als auch mobile RFID-Lesevorrichtungen. In einigen Ausführungsformen könnte jedoch stattdessen auch eine einzelne RFID-Lesevorrichtung verwendet werden.
  • Der nächste Schritt 306 ist das Senden mehrerer Signale von den RFID-Lesevorrichtungen zum Transponder, wobei die Sendesignale eine unterschiedliche Grundfrequenz haben. Dazu gehört in der Regel das Adressieren des RFID-Transponders. Wenn ein RFID-Transponder adressiert wird, wird er in einen Antwortmodus versetzt, in dem er die empfangenen Signale von der Lesevorrichtung moduliert und zurückstreut. Andere Transponder innerhalb der Reichweite der Lesevorrichtung, die nicht adressiert werden, gehen in der Regel in einen Stummschaltzustand über, in dem ihre Reflexionen bewusst minimiert sind. Auf diese Weise sind die RFID-Lesevorrichtungen in der Lage, einen von vielen verschiedenen Transpondern auszuwählen und rückstreuungsmodulierte Signale nur von dem ausgewählten RFID-Transponder zu empfangen.
  • Um eine geeignete Anzahl von Sendesignalen zu erhalten, muss es lediglich mindestens ein Sendesignal mit einer Grundfrequenz geben, das sich von mindestens einem anderen Sendesignal unterscheidet, und zusätzliche Sendesignale können duplizierte Frequenzen haben. Des Weiteren umfasst der Begriff „Grundfrequenz" eines Signals im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine oder mehrere der Hauptfrequenzkomponenten, die in dem Signal enthalten sind. Zum Beispiel kann die Grundfrequenz eines Signals die Frequenz des Trägersignals ohne Harmonische sein. Es ist anzumerken, dass das gesendete Signal nicht unbedingt rein sinusförmig ist und somit aufgrund der Notwendigkeit einer Impulsformung in den Empfängern in Wirklichkeit Harmonische transportieren kann.
  • Die mehreren Sendesignale werden von dem RFID-Transponder empfangen. In Erwiderung auf diese Signale führt der ausgewählte RFID-Transponder eine Rückstreuungsmodulation der mehreren Sendesignale durch, um eine Vielzahl von rückstreuungsmodulierten Signalen zu erzeugen. Die RFID-Lesevorrichtung empfängt und demoduliert die mehreren rückstreuungsmodulierten Signale. Aufgrund der Grundfrequenzdifferenz in dem ursprünglichen Sendesignal weist jedes der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale, die wieder an der Lesevorrichtung empfangen werden, eine unterschiedliche relative Phase auf.
  • In Schritt 308 werden die mehreren modulierten Signale wieder in der RFID-Lesevorrichtung empfangen. Der nächste Schritt 310 besteht darin, die Phase für die mehreren modulierten Signale zu bestimmen. Die Phase der empfangenen Signale kann auf viele verschiedene Arten bestimmt werden, wie zum Beispiel durch Kanaldemodulation. Ein derartiges Verfahren ist weiter unten unter Angabe weiterer Details beschrieben.
  • Der nächste Schritt 312 besteht darin, den Differenzenquotienten aus der Phasenänderungsrate und der Änderungsrate der Grundfrequenz zu bestimmen. Der Differenzenquotient aus Phasenänderungsrate und Grundfrequenz-Änderungsrate kann aus den mehreren Phasenmessungen und den Grundfrequenzen der mehreren Sendesignale unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken berechnet werden. Zum Beispiel wird der Differenzenquotient aus Phasenänderungsrate und Grundfrequenz-Änderungsrate bei einer Applikation durch Ausführen. einer linearen Regression von Phasenmessungen und entsprechenden Grundfrequenzwerten bestimmt. Die lineare Regression wird dann dafür verwendet, eine genauere Änderungsrate oder einen „Schätzwert" für die Steigung der das Verhältnis von Phase und Frequenz beschreibenden Funktion zu erzeugen.
  • Es ist anzumerken, dass in einigen Anwendungen die Schritte 306 bis 312 mit mehr Übertragungen und Phasenmessungen in wiederholter Folge durchgeführt werden würden, bis die Änderungsrate mit einem vorgegebenen Mindestgenauigkeitsgrad berechnet werden könnte. Zum Beispiel können die Schritte 306 bis 312 wiederholt werden, bis die lineare Regression einen Steigungsschätzwert generiert, der innerhalb eines gewünschten Konfidenzintervalls liegt, wobei das Konfidenzintervall unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technik berechnet werden kann, wie zum Beispiel mittels des „Anpassungsgüte"-Verfahrens oder irgendeines anderen Verfahrens zum Beurteilen der Varianz des Datenverlaufs von einer Geraden.
  • Der nächste Schritt 314 besteht darin, die Entfernung zwischen der RFID-Lesevorrichtung und dem RFID-Transponder unter Verwendung des Differenzenquotienten aus der Phasenänderungsrate des empfangenen Signals und der Änderungsrate der Grundfrequenz des Sendesignals zu bestimmen. Wie später noch eingehender erläutert werden wird, kann die Entfernung (D) zwischen der RFID-Lesevorrichtung und dem RFID-Transponder berechnet werden zu
    Figure 00210001
    wobei Δφ die Phasenänderung der rückstreuungsmodulierten Signale ist, Δf die Änderung der Grundfrequenz der Sendesignale und c die Lichtgeschwindig keit in Metern pro Sekunde oder Fuß pro Sekunde, je nach den gewünschten Einheiten der Entfernungsmessung. Somit kann die Entfernung unter Verwendung der Phasenänderungsrate (Δφ) der rückstreuungsmodulierten Signale im Verhältnis zur Änderungsrate der Grundfrequenz (Δf) der Sendesignale berechnet werden.
  • Wie oben angesprochen, kann das Verfahren 300 mit einem Array von RFID-Lesevorrichtungen angewendet werden, um den Objektstandort exakter zu bestimmen. In dieser Ausführungsform führt jede der RFID-Lesevorrichtungen die Schritte 306 und 308 aus, und die Entfernung zu jeder RFID-Lesevorrichtung wird unter Verwendung der Phase für die rückstreuungsmodulierten Signale, die an der betreffenden RFID-Lesevorrichtung empfangen werden, und der Grundfrequenzen für die ursprünglichen Sendesignale berechnet. Unter Verwendung der Entfernungen zu mindestens drei RFID-Lesevorrichtungen und des bekannten Standortes jener Lesevorrichtungen kann eine überaus genaue Standortbestimmung unter Verwendung von Trilaterationstechniken vorgenommen werden. Somit ist das Verfahren 300 in der Lage, auf effiziente Weise eine überaus genaue Standortbestimmung für Objekte vorzunehmen, die einen RFID-Transponder enthalten.
  • In diesen mit mehreren Lesevorrichtungen arbeitenden Anwendungen werden die Schritte 306 und 308 in der Regel für jede Lesevorrichtung durchgeführt. Zum Beispiel werden die mehreren Signale von einer ersten Lesevorrichtung gesendet und empfangen, und dann wird eine Vielzahl von Signalen von einer zweiten Lesevorrichtung gesendet und empfangen, und so weiter. Das hat den Vorteil, dass Interferenzen minimiert werden, die aus mehreren gleichzeitigen Übertragungen, die von mehreren Lesevorrichtungen ausgehen, resultieren könnten. Außerdem können die RFID-Lesevorrichtungen, weil der allgemeine Standort des Objekts in Schritt 302 bestimmt wurde, innerhalb der Reichweite des allgemeinen Standorts verwendet werden, um Signale zu senden, während andere RFID-Lesevorrichtungen nicht verwendet werden, wodurch die Anzahl unproduktiver Übertragungen, die Interferenzen verursachen können und die Zeit verlängern, welche zum Lokalisieren des Objekts benötigt wird, minimiert wird.
  • Das System und das Verfahren, die in 1, 2 und 3 dargestellt sind, können einen großen Bereich erfassen und ermöglichen außerdem eine hohe Genauigkeit der Objektlokalisierung. Zum Beispiel können Weitbereichs-Lokalisierungsvorrichtungen implementiert werden, um anhand der Indikationswerte für die Empfangssignalstärke von WLAN-Signalen große Gebäude abzudecken. Die RFID-Lokalisierungsvorrichtung kann dann die Objekte genauer lokalisieren. Zum Beispiel kann ein RFID-System, das mit 900 MHz-Grundfrequenzen arbeitet, die Entfernung auf einen theoretischen Wert von weniger als 6 cm berechnen, wenn das Signal-zu-Rausch-Verhältnis relativ hoch ist. Weil das System und Verfahren des Weiteren relativ kostengünstige passive, halb-passive, aktive oder multimodale RFID-Transponder verwenden kann, können das System und das Verfahren auf eine große Anzahl von Objekten mit relativ geringen Kosten pro Objekt angewandt werden.
  • Wie oben angesprochen, kann eine Vielzahl verschiedener Techniken verwendet werden, um eine Weitbereichslokalisierung der Objekte vorzunehmen. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, ein System und Verfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, eine relativ weit reichende Lokalisie rung auf eine effiziente und kosteneffektive Weise vorzunehmen. Einige Techniken sind passiv, was bedeutet, dass Standardsignale mit Standardprotokollen verwendet werden können, um einen Standort zu bestimmen. Diese Systeme arbeiten in der Regel mit dem Abhören und Extrahieren von Informationen, die von einem kompatiblen Sender zu dem Objekt gesendet werden. In einigen Fällen werden die Signale von mehreren ortsfesten oder mobilen Empfängern empfangen, und es wird eine Trilateration oder eine Triangulation angewandt, um das Objekt zu lokalisieren. Die Empfänger, welche die Standortverfolgung ausführen, können als Netzwerkkomponenten implementiert sein oder innerhalb von Zugangspunkten integriert sein.
  • Es können mehrere unterschiedliche passive Verfahren und Vorgehensweisen verwendet werden, einschließlich solcher, die mit Indikationswerten für die Empfangssignalstärke (Received Signal Strength Indication, RSSI, mit der Ankunftszeitdifferenz (Time Difference of Arrival, TDOA) und mit dem Ankunftswinkel (Angle of Arrival, AOA) arbeiten. Diese verschiedenen Verfahren können unter Verwendung von Signalen implementiert werden, die auf einer Vielzahl verschiedener Protokolle basieren, einschließlich WLAN-Infrastrukturen, wie zum Beispiel jene, die auf 802.11x basieren, und anderer Drahtlosnetzwerke, wie zum Beispiel Netze auf Bluetooth-Basis. In all diesen Fällen können die gesendeten Netzwerksignale verwendet werden, um ein Objekt unter Verwendung einer geeigneten Technik allgemein zu lokalisieren.
  • Um ein Beispiel zu nennen, ist RSSI eine Technik, die verwendet werden kann, um den Standort eines Objekts zu bestimmen. Bei RSSI wird die relative Signalstärke empfan gener Signale verwendet, um die Entfernung zu bestimmen. Genauer gesagt, verwendet RSSI die Stärke empfangener Signale und eine Schätzung der Abhängigkeit zwischen Entfernung und Empfangssignalstärke, um die Entfernung zwischen einem sendenden Objekt und einem Empfänger zu bestimmen. Die Signalstärke wird an einem oder an mehreren Empfängern gemessen, und diese Signalstärken werden zum Berechnen der Entfernung zwischen dem Objekt und dem einen oder den mehreren Empfängern verwendet. Die Signalstärke kann unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken und Geräte gemessen werden. Die Entfernung von mehreren Empfängern kann verwendet werden, um den allgemeinen Standort des Objekts mittels Trilateration abhängig von den bekannten Standorten der Empfänger und den Entfernungen, die zwischen den Empfängern und dem Objekt errechnet wurden, zu bestimmen.
  • Um ein anderes Beispiel zu nennen, ist TDOA eine weitere Technik, die verwendet werden kann, um den Standort eines Objekts zu bestimmen. Bei TDOA wird die Zeit der Signalankunft in verschiedenen Empfängern gemessen und verglichen. Abhängig von der Ankunftszeitdifferenz kann der allgemeine Standort des Objekts, welches das Signal sendet, berechnet werden. Genauer gesagt, hört der Empfänger, der sich dem Objekt am nächsten befindet, die Übertragung zuerst, während der am weitesten entfernte Empfänger sie als Letzter hört. Zwischen jeweils zwei Empfängern kann die Ankunftszeitdifferenz in eine entsprechende Entfernungsdifferenz umgerechnet werden. Die Berechnung der Entfernungsdifferenz für die Entfernungen zu zwei Empfängern führt auf eine als Hyperbel bezeichnete Kurve, die alle möglichen Senderstandorte anzeigt. Verwenden eines dritten Empfängers zum Erzeugen einer anderen Hyperbel und Berechnen des Schnittpunktes der Hyperbeln führt zu einer Standortschätzung für das Objekt. Dieses Verfahren, das allgemein als „hyperbolische Trilateration" bezeichnet wird, kann verwendet werden, um den allgemeinen Standort von Objekten über einen relativ großen Bereich hinweg zu bestimmen.
  • TDOA erfordert in der Regel eine extrem genaue Zeitsteuerung und Synchronisation, um den Standort zu bestimmen. Eine Vielzahl verschiedener Verfahren kann verwendet werden, um diese Zeitsteuerung und Synchronisation zu bewerkstelligen, einschließlich der Verwendung von Funkfeuersendern mit bekanntem Standort, die periodisch einen Synchronisationskode aussenden. Durch Kenntnis des Standortes der Funkfeuersender relativ zu den Empfängern können Taktverschiebungen und Phasenverzögerungen, die auf jeden der einzelnen Empfänger zurückzuführen sind, berücksichtigt werden.
  • Als ein drittes Beispiel ist AOA als eine weitere Technik zu nennen, die verwendet werden kann, um den allgemeinen Standort eines Objekts zu bestimmen. Bei AOA wird der Ankunftswinkel von Signalen, die an verschiedenen Empfängern eintreffen, bestimmt und verglichen. Der Winkel kann unter Verwendung verschiedener Techniken berechnet werden, wie zum Beispiel mit Hilfe eines Antennenarrays. Anhand von Ankunftswinkelmessungen von mindestens zwei Empfängern mit bekannten Standorten kann eine Standortschätzung berechnet werden. In Abhängigkeit von diesen unterschiedlichen Winkeln kann der allgemeine Standort des Objekts, das die Signale aussendet, berechnet werden.
  • RSSI, TDOA und AOA sind somit Beispiele des passiven Verfahrenstyps, die verwendet werden können, um den allge meinen Standort des Objekts zu bestimmen. Nachdem der allgemeine Standort bestimmt wurde, kann eine genauere Standortbestimmung unter Verwendung einer RFID-Lokalisierungsvorrichtung vorgenommen werden.
  • Zusätzlich zu passiven Verfahren können auch verschiedene aktive Verfahren verwendet werden. Aktive Verfahren sind im Allgemeinen jene, bei denen der Transponder an dem Objekt eine aktive Rolle in dem Lokalisierungsprozess spielt, weshalb es in der Regel erforderlich ist, dass der an dem Objekt angebrachte Transponder zusätzlich zu den Standardimplementierungen spezialisierte Hardware bzw. Software aufweist. Zu Beispielen aktiver Verfahren gehören Entfernungsbestimmungs- und GPS-gestützte Verfahren.
  • Bei Entfernungsbestimmungsverfahren wird die Entfernung zwischen einem Transponder und Empfängern durch Messen der Zeitdauer berechnet, die ein Signal braucht, um sich von der Mobileinheit zu dem Empfänger auszubreiten. Das Messen der Ausbreitungslaufzeit erfordert allgemein, dass der Empfänger die absolute Zeit kennt, zu der das Signal gesendet und empfangen wurde. Bei alternativen Verfahren kann der Empfänger die Nachricht erneut an das Objekt senden und die Umlaufzeit messen. In allen diesen Fällen wird die Übertragungszeit verwendet, um die Entfernung zu bestimmen, und es können Entfernungsmessungen zu verschiedenen Empfängern verwendet werden, um den Objektstandort zu bestimmen.
  • Andere Verfahren, die über sehr große Bereiche verwendet werden können, sind Systeme für die zellulare Weitbereichstelefonie und GPS-gestützte Systeme. Systeme, die diesen Geräten basieren, können Objekte über einen extrem großen Bereich hinweg lokalisieren, aber sie sind gleichfalls auf eine sehr grobe Standortbestimmung beschränkt. Zum Beispiel sind typische GPS-gestützte Systeme auf eine Genauigkeit von nur 50 Fuß beschränkt. GES-Systeme haben den zusätzlichen Nachteil einer begrenzten Eindringung in Gebäude und sind darum nur bei einer Verwendung im Freien effektiv.
  • Im Allgemeinen werden RFID-Transponder an oder in der Nähe von Objekten angebracht, um diese Objekte unter Verwendung von einem mit mehreren Auflösungen arbeitenden Objektlokalisierungssystem und -verfahren zu lokalisieren. Die RFID-Transponder vereinfachen die genaue Standortbestimmung durch Rückstreuungsmodulation von Signalen, die von mindestens einer RFID-Lesevorrichtung ausgehen. Um die allgemeine Standortbestimmung zu vereinfachen, ist es auch wünschenswert, einen Transponder einzubinden, der mit dem verwendeten Weitbereichslokalisierungsverfahren kompatibel ist. Wenn zum Beispiel Indikationswerte für die Empfangssignalstärke von WLAN-Signalen verwendet werden, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, wird an dem Objekt oder in der Nähe des Objekts ein Transponder angebracht, der die WLAN-Signale, anhand derer die RSSI-Entfernungsberechnung ausgeführt wird, senden und/oder empfangen kann. Gleichermaßen wird, wenn die TDOA von 802.11x-Signalen verwendet wird, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, an dem Objekt oder in der Nähe des Objekts ein Transponder angebracht, der die 802.11x-Signale, anhand derer die TDOA-Entfernungsberechnung ausgeführt wird, senden und/oder empfangen kann. Bei diesen Transpondern kann es sich um jede geeignete Vorrichtung handeln, die in der Läge ist, die geeigneten Signale, die verwendet werden, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, zu senden und/oder zu empfangen. Zu Beispielen gehören verschiedene Sende-/Empfangsgeräte, die geeignete Signale für allgemeine Objektlokalisierungen empfangen und senden können.
  • Ein konkretes Beispiel der Art von Transponder, die verwendet werden kann, um ein Objekt allgemein zu lokalisieren, ist ein multimodaler RFID-Transponder. Ein multimodaler RFID-Transponder ist ein RFID-Transponder, der in der Lage ist, zusätzlich zur Rückstreuungsmodulation in einem weiteren Modus zu senden oder zu empfangen. Zum Beispiel kann eine Art von multimodalen Transpondern zusätzlich zur RFID-Rückstreuungsmodulation noch unter Verwendung von 802.11x-Protokollen kommunizieren. Eine andere Art von multimodalen Transpondern kann zusätzlich zur RFID-Rückstreuungsmodulation noch unter Verwendung des Bluetooth-Protokolls kommunizieren. Als weitere Beispiele können mehrere verschiedene Kommunikationsprotokolle genannt werden, einschließlich verschiedener Wireless Local Area Network (WLAN)-Protokolle, 802.11x-, Bluetooth- und Wireless Wide Area Network (WWAN)-Protokolle, das Global Positioning System (GPS) und dergleichen.
  • Multimodale Transponder können sowohl die Fähigkeit für eine allgemeine Objektlokalisierung als auch die Fähigkeit für eine genauere Objektlokalisierung bieten. Zum Beispiel kann ein multimodaler Transponder mit der Fähigkeit zur Kommunikation unter Verwendung von 802.11x und mittels Rückstreuungsmodulation die Weitbereichssignale liefern, die für eine allgemeine Objektlokalisierung benötigt werden, und kann auch eine Rückstreuungsmodulation der RFID-Signale durchführen, um die genauere Objektlokalisierung zu ermöglichen. Multimodale Transponder auf diese Weise zu verwenden, vereinfacht die mit mehreren Auflösungen durchgeführte Objektlokalisierung, indem keine separaten Identifizierungsvorrichtungen für die allgemeine und genaue Objektlokalisierung benötigt werden.
  • In einer Ausführungsform würde ein multimodaler Transponder in der Lage sein, in mehreren aktiven, passiven und halb-passiven Modi zu arbeiten. Zum Beispiel kann dieser Transponder in den aktiven Modi unter Verwendung der 802.11x-Protokolle kommunizieren. Der Transponder würde auch in der Lage sein, als ein passiver oder halb-passiver Transponder zu arbeiten und gegebenenfalls mit Rückstreuungsmodulation kommunizieren, zum Beispiel, wenn es durch eine RFID-Lesevorrichtung aktiviert wird. Ein solcher multimodaler Transponder könnte auch als ein passiver Transponder fungieren, um Lese-/Schreib-Aktivitäten zu unterstützen, sogar wenn die Batterie erschöpft ist. Und schließlich kann der Transponder in einem halb-passiven Modus arbeiten, und zwar mit batteriebetriebener Verarbeitung und geringer Rückstreuungsmodulation zur Durchführung der Kommunikation. In anderen Ausführungsformen würde der multimodale Transponder GPS und/oder WWAN als andere aktive Modi verwenden, die zur allgemeinen Bereichsbestimmung des Objekts herangezogen werden können.
  • Wenden wir uns nun 4 zu, in der ein beispielhafter multimodaler Transponder 400 dargestellt ist. Der Transponder 400 ist ein Beispiel eines multimodalen Transponders, der sowohl mit bestehenden RFID-Transponder-Standards, wie ISO-18000-6 und EPC, als auch mit anderen Kommunikationssystemstandards, wie Bluetooth oder IEEE 802.11x, protokollkompatibel ist. Der multimodale Transponder 400 ist somit in der Lage, als aktiver Transponder zu arbeiten, der unter Verwendung von 802.11x- Transponder zu arbeiten, der unter Verwendung von 802.11x- oder Bluetooth-Protokollen kommuniziert, und kann auch als ein passiver oder halb-passiver Transponder arbeiten, der unter Verwendung von Rückstreuungsmodulation gesendeter Signale kommuniziert. Der multimodale Transponder 400 verfügt auch über einen Aufwachsensor, eine Standby-Schaltung und einen Zeitgeber, um den Stromverbrauch zu senken.
  • Im Allgemeinen enthält der multimodale RFID-Transponder 400 einen mit HF-Leistung gespeisten Aufweckblock 404, der eine passive Schaltung umfasst, die Energie in dem Speicherkondensator CSpeicher zur späteren Verwendung durch das System sammelt. Der Block 404 gibt ein Schwellenwert-basiertes Aufwachsignal an den Protokollprozessor 414 aus. Dieses Signal wird aus einer Teilung der am Speicherkondensator CSpeicher abfallenden Spannung durch den digitalen Widerstand R erhalten. Sobald dieses gewonnene Signal den Bezugsschwellenwert Ref übersteigt, löst der Komparator 411 eine digitale Signalflanke aus, die wiederum den Prozessor 414 unterbricht, so dass er aufwachen kann.
  • Der digitale Widerstand R hat einen eingebauten nicht-flüchtigen Speicher, der die letzte Einstellung speichert. Die erste Einstellung legt die Aufwachschwelle fest. Die zweite Einstellung legt einen zweckmäßigen Pegel zum Erzeugen eines klaren ASK-Signals zum Dekodieren fest. Sobald er aufgewacht ist, justiert der Protokollprozessor 414 den digitalen Widerstandswert auf die ASK-Einstellung, um RFID-Lesevorrichtungssignale zu dekodieren. Nachdem die Verarbeitung der RFID-Befehlssequenz beendigt ist, stellt der Prozessor 414 die Aufwachschwelleneinstellung für den digitalen Widerstand wieder her.
  • Der Abhörtransistor 410 aktiviert oder deaktiviert sowohl die Aufwachschwelle als auch die ASK-Demodulationsfunktionen. Der Prozessor deaktiviert die Aufwachschaltung durch Ausschalten dieses Transistors, wenn diese Funktion während des Betriebes nicht mehr benötigt wird, oder während der Ruhezustände („sleep modes") der 802.11x- oder Bluetooth-Übertragung. Wenn sich zum Beispiel der Transponder in einem Standby-Zustand der 802.11x- oder Bluetooth-Übertragung befindet, so kann es sein, dass die Anwendung aufgrund störender Funk- oder nahe gelegener RFID-Aktivität keine häufigen asynchronen Aufweckereignisse wünscht.
  • Ein asynchrones Aufwachen ist für Situationen wichtig, in denen der Transponder sofort aufwachen soll, sobald er durch eine handgehaltene RFID-Lesevorrichtung oder ein RFID-Portal abgefragt wird, die bzw. das seine Bewegung in eine Einrichtung hinein oder aus einer Einrichtung heraus detektiert. Des Weiteren können einige Anwendungen erfordern, dass der Transponder seinen Status über das Mobilnetz (über 802.11x oder Bluetooth) nur dann meldet, wenn sich der Transponder durch bestimmte Prüfpunkte bzw. Portale hindurch bewegt, die RFID-Abfragevorrichtungen aufweisen, und dann zu allen anderen Zeiten in einen Standby-Zustand zurückkehrt.
  • Der „Regler/Ladevorrichtung"-Block 424 nutzt gleichfalls die Energie, die in dem Kondensator CSpeicher gespeichert ist, um die Batterie 426 jedes Mal einer Pufferladung zu unterziehen, wenn eine Lesevorrichtung den Transponder mit HF-Signalenergie bestrahlt, wie zum Beispiel, wenn er oder ein in der Nähe befindlicher Transponder gescannt wird. Transponder können auch in der Transponder gescannt wird. Transponder können auch in der Weise nachgeladen werden, dass man sie in eine Ladeschale legt, die HF-Energie in die passive Aufwachschaltung einkoppelt, und die Aufweckfunktion über den „Abhör"-Transistor 410 deaktiviert.
  • Der „Rückstreuungsschalter" 406 gestattet es dem Transponder, sowohl in passiven als auch in halb-passiven Modi zu arbeiten. Der Transponder 400 kann im passiven Modus betrieben werden, wenn die eigene Batterie erschöpft ist. Das heißt, wenn eine RFID-Lesevorrichtung Dauerstrich-HF-Energie an den Transponder anlegt, richtet die passive, mit Hochfrequenzleistung gespeiste "Aufweck-Schaltung" 404 diese Energie gleich und speichert sie in dem Speicherkondensator 408. Der Laderegler 424 ist dann in der Lage, eine stabilisierte Leistung in den Prozessor 414 einzuspeisen. Die RFID-Lesevorrichtung gibt dann ein ASK-moduliertes Signal aus, um den Prozessor anzuweisen, in den RFID-Protokoll-Modus umzuschalten. Der Transponder antwortet mittels Rückstreuungsmodulation. Falls die Batterie nicht leer ist, ist die Lesevorrichtung in der Lage, mit dem Transponder 400 im halb-passiven RFID-Modus aus einer noch größeren Entfernung heraus zu kommunizieren (in der die passive Schaltung nicht genug Energie sammeln kann, um den Transponder einzuschalten). Der Transponder 400 verbraucht somit – im Vergleich zum aktiven Modus – im Rückstreuungsmodus deutlich weniger Energie.
  • Das separate 802.11x- bzw. Bluetooth-taugliche Sende-/Empfangsgerät 428 ist vorzugsweise ein selbstständiger Schaltungsblock, wie zum Beispiel einer von denen, die bei einer Vielzahl verschiedener Anbieter bezogen werden können. Das Sende-/Empfangsgerät 428 bietet die volle 802.11x- und/oder Bluetooth-Funktionalität. Der Protokollprozessor 414 dient als Host-Prozessor zum Verwalten der administrativen und Datenübertragungsfunktionen dieses Sender/Empfänger-Blocks 428, wenn die 802.11x/Bluetooth-Modi aktiviert sind.
  • Der gemeinsam genutzte nicht-flüchtige Speicher 452 dient als ein gemeinsamer Aufbewahrungsort für Systemdaten, die zwischen RFID-, WLAN- und WWAN-Netzwerken übermittelt werden können. Zum Beispiel kann die IP-Adresse des Transponders in diesem Speicher gespeichert werden. Die RFID-Lesevorrichtung mit WWAN-, WLAN- oder Wired-LAN-Konnektivität dient als Netzwerkanbindungspunkt für den Transponder 400 zu der Zeit, wenn er gelesen wird. Darum kann die Anwendung einen multimodalen Transponder 400, wann immer eine RFID-Lesevorrichtung ihn liest, so behandeln, als sei er mit einem Netzwerk eines größeren Bereichs verbunden. Diese Verbindung existiert separat von der Transponder-eigenen Kleinbereichs-Netzwerkverbindung (WLAN oder WPAN) über die eingebauten 802.11x- oder Bluetooth-Sende-/Empfangsgeräte.
  • Ein Vorteil des Transponders 400 ist die Fähigkeit, auf neue Standards aktualisiert werden zu können, indem die neuen Standards zu dem Protokollprozessor 414 und dem nicht-flüchtigen Speicher 452 über die 802.11x- oder Bluetooth-Netzschnittstellen heruntergeladen werden.
  • Der Protokollprozessor 414 verfügt über einen eingebauten Zeitgeber 451, der eine Echtzeituhr beherbergt. Dieser Prozessor 414 kann mit seinem eigenen Niederfrequenzkristall verbunden werden, um die genaue Zeit beizubehalten, während er im Standby-Zustand weniger als 1 mW Leis tung verbraucht. Darum kann beim Arbeiten in einem Stromsparmodus von 802.11x bzw. Bluetooth der Netzwerkzustand (Zeitgeber) in den gemeinsam genutzten nicht-flüchtigen Speicher heruntergeladen werden, und die jeweiligen Sende-/Empfangsgerät-Einheiten können vollständig abgeschaltet werden. Die weniger Leistung verbrauchende Echtzeituhr des Protokollprozessors 414 überwacht anschließend die netzinternen Zeitgeber, während sie offline ist. Unmittelbar vor dem Aufwachzeitpunkt schaltet der Protokollprozessor 414 das Sende-/Empfangsgerät 428 ein und lädt die zeitlich vorauseilenden netzinternen Zeitgeber hinauf. Dadurch wird der relativ leistungsintensive Standby-Zustand herkömmlicher 802.11x- oder Bluetooth-Sende-/Empfangsgeräte vollständig umgangen. Zum Beispiel verbrauchen die meisten handelsüblichen 802.11x-Sende-/Empfangsgeräte im Standby-Zustand etwa 30 mW Leistung. Darum kann dieses hilfsweise Standby-Schaltungskonzept eine Verringerung des Gesamtenergieverbrauchs der Transponder um mehrere Größenordnungen erreichen, ohne den normalen Betrieb einer der Netzwerkverbindungen zu unterbrechen.
  • Mehr Informationen zu multimodalen Transpondern finden sich in dem US-Patent mit dem Titel „An RFID Device, System and Method of Operation Including a Hybrid Backscatter-Based RFID Tag Protocol Compatible with RFID, Bluetooth, and/or IEEE 802.11x Infrastructure" von Raj Bridgelall, Anmelde-Nr.: 10/290,339, eingereicht am 8. November 2002 und übertragen auf Symbol Technologies, Inc.
  • Auch dies ist lediglich ein Beispiel der Art von multimodalem Transponder, die dafür verwendet werden kann, das Objektlokalisierungssystem und -verfahren zu implementieren. Zum Beispiel kann ein multimodaler Transponder zu sätzliche oder andere Übertragungsprotokolle in aktiven Modi verwenden. Als zwei konkrete Beispiele können multimodale Transponder stattdessen ZigbeeTM oder UWB als in Frage kommende aktive Modi verwenden, um die allgemeine Objektlokalisierung zu vereinfachen.
  • Wenden wir uns nun 5 zu, in der ein Objektlokalisierungssystem 500 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. In diesem Beispiel enthält das Objektlokalisierungssystem ein Array von Weitbereichssendern 502 und ein Array von RFID-Lesevorrichtungen 504. Die Weitbereichssender 502 werden verwendet, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, und dann werden die RFID-Lesevorrichtungen 504 verwendet, um einen genaueren Standort des Objekts zu bestimmen. Die Weitbereichssender 502 können irgendeinen geeigneten Sender-Typ umfassen, wie zum Beispiel WLAN-Sender, die für 802.11x-kompatible Geräte verwendet werden, oder Bluetooth-Sender. Die Übertragungen, die von den Weitbereichssendern 502 ausgehen, werden verwendet, um den allgemeinen Standort eines Objekts unter Verwendung einer geeigneten Technik, wie zum Beispiel RSSI, TDOA oder AOA, zu bestimmen. Nachdem der allgemeine Standort des Objekts bestimmt wurde, wird das Array von RFID-Lesevorrichtungen 504 verwendet, um den Standort genauer zu bestimmen. Genauer gesagt, nachdem der allgemeine Standort des Objekts bestimmt wurde, bestimmt das System die eine oder die mehreren RFID-Lesevorrichtungen, die sich möglicherweise innerhalb der Reichweite des Objekts befinden. Jene Lesevorrichtungen werden dann verwendet, um den RFID-Transponder an dem Objekt abzufragen und den Standort genauer zu bestimmen. Genauer gesagt, wird jede Lesevorrichtung 504 in dem Array verwendet, um die Entfernung von der Lesevorrichtung zu einem ausgewählten Objekt, welches einen RFID-Transponder enthält, zu bestimmen.
  • Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem 500 ist in der Lage, sowohl eine Weitbereichslokalisierung von Objekten als auch eine präzise Standortbestimmung von Objekten vorzunehmen. Außerdem kann das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem 500 die Zeit verkürzen, die benötigt wird, um Objekte zu lokalisieren, und kann Interferenzen minimieren, indem es nicht erfordert, dass alle RFID-Lesevorrichtungen 504 in dem Bereich zur Objektlokalisierung verwendet werden. Genauer gesagt, wird dadurch, dass zuerst der allgemeine Standort unter Verwendung der Sender 502 bestimmt wird, die Anzahl der RFID-Lesevorrichtungen 504 minimiert, die verwendet werden müssen, um ein Objekt präzise zu lokalisieren, wodurch die Anzahl der Übertragungen, die von RFID-Lesevorrichtungen 504 ausgehen, verringert wird. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen zwischen RFID-Lesevorrichtungen 504 und kann auch die Bandbreiten- und sonstige Netzwerkanforderungen zum Kommunizieren mit den RFID-Lesevorrichtungen 504 verringern. Zum Zweiten ist das System 500 in der Lage, im Vergleich zu einem System, das versucht, Interferenzen zu minimieren, indem es stattdessen verschiedenen RFID-Lesevorrichtungen der Reihe nach verschiedene Zeiträume zuweist, ein Objekt relativ rasch zu lokalisieren. Und schließlich kann das Objektlokalisierungssystem 500 Objekte zumindest allgemein lokalisieren, selbst wenn sie nicht von den RFID-Lesevorrichtungen lokalisiert werden können, wie zum Beispiel in dem Fall, dass eine Lesevorrichtung ausfällt, oder in dem Fall, dass sich der Objektstandort außerhalb der Reichweite sämtlicher RFID-Lesevorrichtungen befindet. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem 500 kann somit auf effiziente Weise eine genaue Objektlokalisierung über einen relativ großen Bereich hinweg vornehmen.
  • Wie in 5 dargestellt, wären die Weitbereichssender 502 und die RFID-Lesevorrichtungen 504 in der Regel über einen Bereich oder eine Einrichtung, für den bzw. für die eine Objektlokalisierung gewünscht wird, verteilt. Zum Beispiel können Vorrichtungen in den Decken oder Fußböden eines großen Lagerhauses in Abständen angeordnet und dafür verwendet werden, Objekte innerhalb des Lagerhauses zu lokalisieren. Die Entfernung zwischen einzelnen Geräten würde von der Reichweite der Geräte und dem benötigten Erfassungsbereich abhängen.
  • Die Entfernungen von mindestens drei der RFID-Lesevorrichtungen 504 und die bekannten Positionen jener Lesevorrichtungen können dafür verwendet werden, eine Trilateration auszuführen und den Standort des ausgewählten Objekts mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Auch hier sendet das Array von RFID-Lesevorrichtungen eine Vielzahl von Signalen zu dem RFID-Transponder. Genauer gesagt, sendet jede RFID-Lesevorrichtung eine Vielzahl von Signalen, die andere Grundfrequenzen haben als mindestens ein Signal, das von dieser Lesevorrichtung gesendet wird. Es ist anzumerken, dass die Grundfrequenzen von Sendesignalen, die von verschiedenen RFID-Lesevorrichtungen ausgehen, die gleichen Frequenzen haben könnten, da sie in der Regel nicht direkt miteinander verglichen werden.
  • In Erwiderung auf die von jeder Lesevorrichtung gesendeten Signale erzeugt der RFID-Transponder mehrere rückstreuungsmodulierte Signale, die von dem Array von RFID-Lesevorrichtungen empfangen werden. Die Entfernung zwischen einer RFID-Lesevorrichtung und dem RFID-Transponder wird unter Verwendung der gemessenen Phase der rückstreuungsmodulierten Signale, die von dieser RFID-Lesevorrichtung empfangen werden, und der entsprechenden Grundfrequenzen für die Signale, die ursprünglich von dieser Lesevorrichtung gesendet wurden, berechnet. Genauer gesagt, wird die Änderung der Phase im Verhältnis zur Änderung der Frequenz gemäß der oben angegebenen Gleichung (1) zum Berechnen der Differenz verwendet. Vorzugsweise werden eine Vielzahl von Signalen zu jeder RFID-Lesevorrichtung gesendet und einer Rückstreuungsmodulation unterzogen, bis der Differenzenquotient aus Phasenänderung und Grundfrequenz-Änderung mit einem vorgegebenen Mindestgenauigkeitsgrad berechnet werden kann. Als ein Beispiel kann ein linearer Verlauf der Phasenänderung in Bezug auf die Grundfrequenz-Änderung durch Ausführen einer auf der Methode der kleinsten Quadrate beruhenden Regressionsanalyse der mehreren Phasenmessungen und der entsprechenden Grundfrequenzen bestimmt werden. Dieser lineare Verlauf ist ein genauerer „Schätzwert" für die Steigung der Phasenänderung gegenüber der Frequenzänderung. Mit zunehmender Anzahl der Messungen steigt auch die Genauigkeit des Steigungsschätzwerts und der berechneten Entfernung. Dieser Prozess kann fortgesetzt werden, bis die Anpassung der kleinsten Quadrate einen Steigungsschätzwert erzeugt, der sich innerhalb eines gewünschten Konfidenzintervalls befindet, wobei das Konfidenzintervall unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technik, wie zum Beispiel der "Anpassungsgüte", oder irgendeines anderen Verfahrens zum Beurteilen der Varianz des Datenverlaufs von einer Geraden berechnet werden kann. Dieser Prozess wird dann fortge setzt, bis sichergestellt ist, dass die Entfernung zu jeder Lesevorrichtung innerhalb der Reichweite des Transponders innerhalb des gewünschten Konfidenzintervalls liegt.
  • Wenn die Entfernung vom Transponder zu jeder RFID-Lesevorrichtung berechnet wurde, kann der Standort des Objekts unter Verwendung dieser Entfernungen, der bekannten Standorte der Lesevorrichtungen und einer geeigneten Trilaterationstechnik bestimmt werden. In dem in 5 dargestellten Beispiel können die Entfernungen D1, D2 und D3 zwischen dem Objekt 506 und drei Lesevorrichtungen berechnet und dafür verwendet werden, den Standort des Objekts relativ zu den bekannten Standorten jener Lesevorrichtungen zu bestimmen. Drei Entfernungsmessungen reichen im Allgemeinen aus, um die Position eines Objekts durch Trilateration zu bestimmen, obgleich auch zusätzliche Messungen von anderen Lesevorrichtungen innerhalb der Reichweite des Objekts verwendet werden können, um zusätzliche Genauigkeit zu gewährleisten. Des Weiteren brauchen auch nur eine oder zwei Lesevorrichtungen verwendet zu werden, obgleich, wenn nur eine oder zwei Lesevorrichtungen Entfernungsmessungen erzeugen, der Standort des Objekts nicht ganz eindeutig bestimmt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass, obgleich die dargestellte Ausführungsform die Lesevorrichtungen als separate Vorrichtungen zeigt, sie auch Elemente gemeinsam miteinander und mit den Weitbereichssendern nutzen können. Als ein Beispiel können eine oder mehrere RFID-Lesevorrichtungen mit den Weitbereichssendern kombiniert werden. Als ein weiteres Beispiel können mehrere RFID-Lesevorrichtungen ein. RFID-Sende-/Empfangsgerät gemeinsam nutzen, indem mehrere verteilte Antennen an das eine Sende-/Empfangsgerät gekoppelt werden. Anstatt also ein separates RFID-Sende-/Empfangsgerät für jede Antenne bereitzustellen, wird ein Schalter verwendet, um selektiv die Antennen mit einem einzelnen RFID-Sende-/Empfangsgerät zu verbinden. Dieser Lösungsansatz bietet die Möglichkeit, in einigen Anwendungen die Kosten zu senken und Interferenzen zwischen RFID-Lesevorrichtungen zu minimieren. Es ist anzumerken, dass in anderen Anwendungen separate Sende-/Empfangsgeräte wünschenswert und kosteneffizienter sein können, was vor allem von den relativen Kosten der separaten Sende-/Empfangsgeräte im Verhältnis zu den Kosten separater Antennen und Verkabelungen abhängt.
  • In Systemen wie jenen, die in 5 dargestellt sind, ist es wünschenswert, Kabeldifferenzen und andere Verbindungslängen zu kompensieren, um die Auswirkung auf die gemessenen Phasen zu minimieren. Diese Kalibrierung kann erfolgen, indem man entweder die Entfernung zu einem bekannten Transponder-Standort in Bezug auf den Standort der RFID-Lesevorrichtung misst oder die Antenne auf eine bekanntes Rückstreuungs-Bezugsobjekt umschaltet und diese Entfernung auf Null einstellt.
  • Zusätzlich zur Verwendung ortsfester Weitbereichssender und RFID-Lesevorrichtungen kann das System und Verfahren auch auf mobile Vorrichtungen angewendet werden. Mobile RFID-Lesevorrichtungen, einschließlich batteriebetriebener handgehaltener Vorrichtungen, können in einer Vielzahl verschiedener Ausführungsformen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen wird die mobile RFID-Lesevorrichtung verwendet, um RFID-Transponder selektiv zu aktivieren und die Entfernung zu dem RFID-Transponder unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren zu bestimmen. Außerdem können durch Bestimmen des Standortes der mobilen RFID-Lesevorrichtung selbst die Entfernungsmessungen der mobilen RFID-Lesevorrichtung mit anderen Messungen von anderen Lesevorrichtungen kombiniert werden, um den Standort des Objekts durch Trilateration zu bestimmen. Des Weiteren kann die Mobileinheit selbst verwendet werden, um mehrere Entfernungsmessungen von verschiedenen Standorten vorzunehmen, die wiederum verwendet werden können, um den Standort des Objekts durch Trilateration zu bestimmen. Die Kenntnis des Standortes der mobilen RFID-Lesevorrichtung kann auch durch das System verwendet werden, um selektiv nur jene anderen RFID-Lesevorrichtungen zu aktivieren, die sich innerhalb des Bereichs der mobilen RFID-Lesevorrichtung befinden, wodurch die Möglichkeit von Signalinterferenzen verringert wird.
  • Die mobile RFID-Lesevorrichtung kann auch über Mechanismen zur Vornahme einer allgemeinen Objektlokalisierung verfügen, wie zum Beispiel über entsprechende 802.11x- oder Bluetooth-Sender. Eine solche mobile RFID-Lesevorrichtung ist in der Lage, zuerst eine allgemeine Standortbestimmung unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens auszuführen, und dann, wenn sich die mobile RFID-Lesevorrichtung innerhalb der Reichweite bewegt, RFID-rückstreuungsmodulierte Signale zu verwenden, um den Standort des Objekts genau zu bestimmen. Außerdem kann es wünschenswert sein, die mobile RFID-Lesevorrichtung mit zusätzlichen Identifizierungsfähigkeiten auszustatten. Zum Beispiel kann das Hinzufügen von Strichkode- oder sonstiger Symbollesefähigkeit verwendet werden, um bestimmte Gegenstände aus einer Gruppe von Gegenständen zu identifizieren, die zu dicht beieinander liegen, um sie anhand ihrer Entfernungen voneinander zu unterscheiden. Auf diese Weise kann die mobile RFID-Lesevorrichtung Objekte in dem Bereich scannen, zu denen sie durch die RFID-Signale hingeführt wird, bis ein bestimmtes gewünschtes Objekt lokalisiert wird.
  • In vielen Fällen ist es wünschenswert, einen Mechanismus zum Lokalisieren der mobilen RFID-Lesevorrichtung selbst vorzusehen. Wie vorstehend erwähnt, können, wenn der Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung selbst bekannt ist, die Entfernungsmessungen von der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu dem Objekt mit Entfernungsmessungen von anderen RFID-Lesevorrichtungen kombiniert werden, um den Standort des Objekts durch Trilateration zu bestimmen. Als ein weiteres Beispiel könnten auch mehrere Messungen, die durch eine mobile RFID-Lesevorrichtung von verschiedenen bekannten Standorten aus vorgenommen wurden, kombiniert werden, um den Standort des Objekts durch Trilateration zu bestimmen.
  • Es kann eine Vielzahl verschiedener Techniken als Mechanismen zum Lokalisieren der mobilen RFID-Lesevorrichtung verwendet werden. Als ein Beispiel können, wenn die mobile RFID-Lesevorrichtung mit einem Computersystem unter Verwendung von 802.11x- oder anderen geeigneten Protokollen kommuniziert, eben diese Kommunikationsübertragungen verwendet werden, um die mobile RFID-Lesevorrichtung zu lokalisieren. Als ein weiteres Beispiel kann die mobile RFID-Lesevorrichtung Entfernungsmessungen zu RFID-Transpondern verwenden, um ihren eigenen Standort zu bestimmen. Zum Beispiel kann die mobile RFID-Lesevorrichtung unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken die Entfernungen zu. mehreren RFID-Transpondern bestimmen, die an bekannten Standorten über einen Bereich verteilt sind. Anhand dieser Entfernungen kann die mobile RFID-Lesevorrichtung ihren eigenen Standort innerhalb des Bereichs bestimmen. Als ein drittes Beispiel kann die mobile RFID-Lesevorrichtung selbst einen RFID-Transponder enthalten (zum Beispiel einen echten RFID-Transponder oder eine Schaltung, die einen RFID-Transponder emuliert), wobei dieser RFID-Transponder verwendet wird, um den Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu bestimmen.
  • Wenden wir uns nun 6 zu, in der eine beispielhafte mobile RFID-Lesevorrichtung 550 dargestellt ist. Die mobile RFID-Lesevorrichtung 550 ist ein Beispiel für die Art mobiler Lesevorrichtungen, die zur Verwendung bei der Lokalisierung von Objekten unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Systems und Verfahrens angepasst sein kann. Die mobile RFID-Lesevorrichtung 550 wird somit verwendet, um den Standort von Objekten zu bestimmen, die über einen RFID-Transponder verfügen. Um dies zu vereinfachen, verfügt die RFID-Lesevorrichtung 550 über einen RFID-Transponder 552. Der RFID-Transponder 552 an der mobilen RFID-Lesevorrichtung 550 kann verwendet werden, um den Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung 550 zu bestimmen. Genauer gesagt, können andere RFID-Lesevorrichtungen eine Vielzahl von Signalen zu dem RFID-Transponder 552 senden und die rückstreuungsmodulierten Signale, die von dem RFID-Transponder 552 ausgehen, verwenden, um den Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu bestimmen. Falls der RFID-Transponder 552 ein multimodaler Transponder ist, kann der allgemeine Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung 550 des Weiteren unter Verwendung der Weitbereichstechniken, wie zum Beispiel RSSI und TDOA, bestimmt werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kommuniziert die mobile RFID-Lesevorrichtung selbst mit einem Computersystem unter Verwendung eines geeigneten Protokolls, wie zum Beispiel 802.11x oder Bluetooth, und jene Kommunikationsübertragungen werden auch verwendet, um den allgemeinen Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung 550 zu bestimmen. Auf diese Weise kann der allgemeine Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung 550 unter Verwendung ihrer eigenen Kommunikationssignale bestimmt werden, und dann kann eine genauere Standortbestimmung unter Verwendung von RFID-rückstreuungsmodulierten Signalen des RFID-Transponders 552 vorgenommen werden.
  • Nachdem die Position der mobilen RFID-Lesevorrichtung 550 bestimmt wurde, kann die mobile RFID-Lesevorrichtung 550 als eine aus einem Array von RFID-Lesevorrichtungen verwendet werden, um den Standort eines Objekts, das über einen anderen RFID-Transponder verfügt, präzise zu bestimmen. Es ist anzumerken, dass der RFID-Transponder an der mobilen RFID-Lesevorrichtung implementiert werden könnte, indem das Verhalten eines Transponders unter Verwendung einer Antenne, eines Transistors, eines Gleichrichters und des vorhandenen Mikroprozessors in der mobilen RFID-Lesevorrichtung emuliert wird. In diesem Beispiel wird der Transistor durch den Mikroprozessor angesteuert, um eine Rückstreuungsmodulation zu erzeugen, die einen herkömmlichen RFID-Transponder imitiert.
  • In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, dass die RFID-Lesevorrichtung 550 auch als Teil des Weitbereichslokalisierungssystems fungiert. In diesen Fällen wäre die RFID-Lesevorrichtung auch in der Lage, mit anderen Vorrichtungen (wie zum Beispiel multimodalen Transpondern un ter Verwendung von 802.11x) zu kommunizieren und RSSI, TDOA oder andere geeignete Verfahren zu verwenden, um den allgemeinen Standort eines Objekts zu bestimmen. Nachdem der allgemeine Standort bestimmt wurde, kann die RFID-Lesevorrichtung 550 die Objekte unter Verwendung von RFID-Rückstreuungsmodulation präziser lokalisieren.
  • Außerdem kann es wünschenswert sein, die mobile RFID-Lesevorrichtung mit zusätzlichen Identifizierungsfähigkeiten auszustatten. Zum Beispiel kann das Hinzufügen von Strichkode- oder sonstiger Symbollesefähigkeit verwendet werden, um bestimmte Gegenstände aus einer Gruppe von Gegenständen zu identifizieren, die zu dicht beieinander liegen, um sie anhand ihrer Entfernungen voneinander zu unterscheiden.
  • Somit kann also eine mobile RFID-Lesevorrichtung in einer Ausführungsform Weitbereichsübertragungen wie zum Beispiel 802.11x oder Bluetooth verwenden, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, und kann dann RFID-Rückstreuungsmodulation verwenden, um den Standort des Objekts genauer zu bestimmen. Wenn sieh die mobile RFID-Lesevorrichtung näher zu dem Objekt hinbewegt, würde sich die Signalstärke verbessern, und die auf der RFID-Rückstreuungsmodulation basierende Entfernungsberechnung würde zunehmend genauer werden. Und schließlich kann die mobile RFID-Lesevorrichtung, wenn sie sich im unmittelbaren Bereich des Objekts befindet, dann eine Strichkode- oder sonstige Lesegerät-Technologie verwenden, um Objekte im unmittelbaren Bereich zu scannen, bis das bestimmte gewünschte Objekt lokalisiert wurde.
  • Wie vorstehend erörtert, sendet die RFID-Lesevorrichtung eine Vielzahl von Signalen zu dem RFID-Transponder an dem zu lokalisierenden Objekt, wobei die Signale so ausgewählt sind, dass sie verschiedene Grundfrequenzen haben. Auch hier wird zum Implementieren von Signalen mit mehreren verschiedenen Frequenzen nur mindestens ein Sendesignal mit einer Grundfrequenz, die sich von mindestens einem anderen Sendesignal unterscheidet, benötigt. Des Weiteren ist anzumerken, dass nichts der Verwendung von zusätzlichen Sendesignalen entgegensteht, die die gleiche Frequenz wie andere Sendesignale haben. Im Allgemeinen ist jedoch das Senden von mehr Signalen mit neuen Frequenzen wünschenswert, um die Genauigkeit des Systems zu verbessern.
  • Es können mehrere verschiedene Verfahren und Vorgehensweisen beim Auswählen der Frequenzen der mehreren Sendesignale verwendet werden. Ein signifikanter Faktor sind die behördlichen Beschränkungen, die dem System auferlegt sind. Zum Beispiel ist es bei einigen Systemen, die behördlichen Beschränkungen unterliegen, wünschenswert, die Frequenzauswahl anhand der Kanalverfügbarkeit vorzunehmen. In einem anderen Beispiel kann die Frequenzauswahl zufällig erfolgen.
  • Genauer gesagt, gestatten die FCC und andere Regulierungsbehören in bestimmten Frequenzbändern, wie zum Beispiel im 915 MHz- und im 2,45 MHz-ISM-Band, bis zu 4 Watt Sendeleistung, sofern geeignete Bandspreiztechniken verwendet werden. Das Objektlokalisierungssystem kann so implementiert werden, dass es Sendefrequenzen (d. h. Kanäle) innerhalb eines oder mehrerer Frequenzbänder zufällig auswählt und auf diese Weise die Anforderungen eines Bandspreizsystems erfüllt. Durch zufälliges Auswählen von Bandspreizsystems erfüllt. Durch zufälliges Auswählen von Frequenzen und ansonsten durch Einhaltung des behördlichen Rahmens an Vorgaben kann das Objektlokalisierungssystem auf diese Weise mit dem höheren Leistungspegel senden, der für solche Systeme zulässig ist. Ein Senden mit höheren Leistungspegeln erhöht die effektive Reichweite des Systems und somit die Gesamtleistung des Systems.
  • Um ein weiteres Beispiel zu nennen, spezifizieren andere Regulierungsbehörden, wie zum Beispiel die CEPT in Europa, die Verwendung von "Listen Before Transmit"-Prozeduren anstelle eines auf dem Zufallsprinzip basierenden Frequenzsprungverfahrens („frequency hopping"), wie es bei Bandspreizverfahren verwendet wird. Bei einem solchen System hört der Sender Übertragungen auf einem Frequenzkanal ab, bevor er seine eigene Übertragung auf diesem Kanal durchführt. Falls der Sender eine Aktivität auf diesem Kanal detektiert, schaltet der Sender auf den nächsten Frequenzkanal um. Dort lauscht er wieder, um andere Übertragungen zu erfassen, bevor er selbst sendet. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis ein verfügbarer Kanal gefunden ist, und die Übertragung erfolgt dann auf diesem verfügbaren Kanal. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Kanalauswahlalgorithmen zum Implementieren eines solchen Systems, die auf einem Erfassen der Kanalbelegung oder den herkömmlichen Mehrfachzugriffsverfahren mit Trägerprüfung („Carrier Sense Multiple Access", CSMA) basieren. In jedem Fall kann das Objektlokalisierungssystem Sendefrequenzen unter Verwendung der „Listen Before Transmit"-Prozedur in einer solchen Weise auswählen, dass der behördliche Vorgabenrahmen, in dem das System arbeiten soll, optimal eingehalten wird. Ohne die Fähigkeit, einen solchen Kanalauswahlalgorithmus zu verwenden, wäre das Objektlokalisierungssystem in der Leis tung beschränkt, die zum Senden zu dem RFID-Transponder verwendet werden kann, was eine geringere Reichweite und Genauigkeit für das System zur Folge hätte.
  • Wenden wir uns nun 7 zu, in der ein RFID-Sende-/Empfangsgerät 600 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Das Sende-/Empfangsgerät 600 ist ein Beispiel der Art von RFID-Sende-/Empfangsgerät, das in einer oder mehreren RFID-Lesevorrichtungen in dem Objektlokalisierungssystem und -verfahren verwendet werden kann. Das RFID-Sende-/Empfangsgerät 600 ist dafür konfiguriert, Signale zu und von einem ausgewählten RFID-Transponder zu senden bzw. zu empfangen. Des Weiteren verfügt der RFID-Sender/Empfänger 600 über einen Quadraturdemodulator. Quadraturdemodulatoren werden in der Regel in Quadraturamplitudenmodulations (QAM)-Systemen verwendet, die zwei amplitudenmodulierte Signale in einem einzigen Kanal kombinieren, wobei zwei Träger („I” und „Q") die gleiche Grundfrequenz haben, sich aber in der Phase – in der Regel um 90 Grad – unterscheiden. Bei der Quadraturdemodulation werden die beiden Träger voneinander getrennt, dann werden die Daten aus jedem Träger extrahiert, und dann werden die Daten zu den ursprünglichen Modulationsinformationen kombiniert. Das RFID-Sende-/Empfangsgerät 600 verwendet einen Quadraturdemodulator, um einen Mechanismus zum Bestimmen der Phase des empfangenen rückstreuungsmodulierten Signals relativ zu dem gesendeten Signal bereitzustellen. Genauer gesagt, werden die Wechselsignalanteile der Amplituden der separat demodulierten „I"- und „Q"-Kanäle verwendet, um die relative Phase des empfangenen rückgestreuten Signals zu bestimmen. Natürlich ist dies nur ein Beispiel, und es könnten auch andere Sende-/Empfangsgerät-Implementierungen mit anderen Demodulationstechniken verwendet werden.
  • Das RFID-Sende-/Empfangsgerät 600 enthält einen Modulator 602, einen Regelverstärker 604, einen Leistungsverstärker 606, ein Bandpassfilter 608, einen Zirkulator 610, ein Bandpassfilter 614, eine automatische Verstärkungsregelung 616, Demodulatoren 620 und 622, Bandpassfilter 624 und 626, Pufferverstärker 628 und 630 und einen Oszillator 632 einer phasenverriegelten Schleife. Das Sende-/Empfangsgerät 600 sendet Signale und empfängt Signale über die Antenne 612. Natürlich könnten zusätzliche Antennen hinzugefügt werden, indem ein Schalter verwendet wird, wie vorstehend mit Bezug auf 4 beschrieben wurde.
  • Im Allgemeinen sendet das Sende-/Empfangsgerät 600 Signale an ausgewählte RFID-Transponder und empfängt Signale von ausgewählten RFID-Transpondern, die sich im Antwortmodus befinden. Zum Senden von Daten kodiert das Sende-/Empfangsgerät Sendedaten, moduliert diese auf eine durch den Oszillator 632 erzeugte Trägerwellenform und überträgt das Signal über die Antenne 612 zu dem RFID-Transponder. Genauer gesagt, verwendet das Sende-/Empfangsgerät 600 zum Senden von Daten den Modulator 602 und den Regelverstärker 604, um das von dem Oszillator 632 erzeugte Trägersignal mit den Sendedaten (TX-Daten) zu modulieren. Der Leistungsverstärker 606 verstärkt das modulierte Signal, das dann durch das Bandpassfilter 608 geleitet wird. Der Zirkulator 610 fungiert als ein selektives Koppelelement zur Antenne 612, wo das modulierte Signal zu den RFID-Transpondern gesendet und im Wesentlichen von dem direkt angeschlossenen Empfänger isoliert wird.
  • Um Daten von dem Transponder zu empfangen, beendet der Sender die Trägermodulation, und der Empfänger empfängt das modulierte rückgestreute Signal über die Antenne, trennt das Nutzsignal vom Trägersignal und wandelt das reine Nutzsignal in eine Inphase („I")-Komponente und eine Quadratur („Q")-Komponente um. Diese Komponenten können dann unabhängig voneinander digitalisiert werden und zur Zurückgewinnung der Bits an einen Prozessor gesendet werden, wo sie von der RFID-Lesevorrichtung und/oder von anderen, mit dieser in Beziehung stehenden Systemen interpretiert werden können. Außerdem können diese Komponenten verwendet werden, um die Phase des empfangenen Signals relativ zu dem ursprünglich gesendeten Signal zu bestimmen, wobei die Phase des ursprünglich gesendeten Signals als eine Referenzmessung dient, um die Phasenänderung zwischen den verschiedenen Empfangssignalen zu bestimmen.
  • Genauer gesagt, empfängt der Sender/Empfänger 600 rückstreuungsmodulierte Signale von dem RFID-Transponder über die Antenne 612. Der Zirkulator 610 fungiert wieder als ein selektives Koppelelement, das dieses Mal die Antenne 612 an das Bandpassfilter 614 koppelt. Das empfangene Signal kann dann von der automatischen Verstärkungsregelung 616 verstärkt werden. Dieses verstärkte Signal kann dann unter Verwendung der Mischer 620 und 622 und des Phasenschiebers 618, die zusammen zwei Demodulatoren bilden, in Quadratursignale trägerdemoduliert werden. Diese Demodulation führt zu einem Inphase-Signal IAC +DC und dem Quadratursignal QAC +DC. Jedes dieser Signale wird durch ein entsprechendes Bandpassfilter (624 bzw. 626) und einen entsprechenden Pufferverstärker (628 bzw. 630) geführt, bevor die separaten Signale weiterverarbeitet werden.
  • Es ist anzumerken, dass der Demodulator bei dieser Ausführungsform dasselbe Signal verwendet, das von dem Oszillator 632 der phasenverriegelten Schleife erzeugt wurde und das zur Trägererzeugung des ursprünglich Sendesignals verwendet wird. Insofern kann die Phase dieses Signals als Referenz dienen, anhand derer die Phasenänderung der Empfangssignale gemessen werden kann. Genauer gesagt, kann durch Bestimmen der Phase für mehrere empfangene Signale in Bezug auf das Trägersignal die relative Phasenänderung zwischen diesen empfangenen Signalen berechnet werden. Somit schafft das Bestimmen der Phasendifferenz des empfangenen rückstreuungsmodulierten Signals im Vergleich zu den ursprünglichen Sendesignalen einen Mechanismus zum Bestimmen der Phasenänderungsrate der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale.
  • Auch dies ist wieder nur ein Beispiel eines RFID-Empfängers, der zur Objektlokalisierung verwendet werden kann. Zum Beispiel verwenden andere geeignete Empfänger separate Sende- und Empfängerkonfigurationen. Wieder andere geeignete Empfänger ersetzen die Zirkulatorkomponente durch einen Richtkoppler. Die Vorteile eines Richtkopplers sind viel niedrigere Kosten und eine geringere Größe, aber der Nachteil besteht in einem erheblichen Signalverlust und damit in einer viel geringeren Leistung.
  • Es ist des Weiteren anzumerken, dass die Übertragungen, die von der Antenne empfangen werden, in vielen Fällen signifikante Rausch- und andere Fehleranteile enthalten können. Um solche Fehler zu minimieren, kann es wünschenswert sein, verschiedene Fehlerbeseitigungstechniken zu verwenden. Beispiele geeigneter Fehlerbeseitigungstechniken finden sich in der Patentanmel dung mit dem Titel „Full-Duplex Radio Frequency Echo Cancellation" von Mark Duron und Raj Bridgelall, eingereicht am 21. Oktober 2003 mit der Anmeldenummer 10/690,390 und übertragen auf Symbol Technologies, Inc.
  • Nachdem die rückgestreuten Signale, die von dem RFID-Transponder ausgehen, demoduliert wurden, kann die Phase bestimmt und zum Berechnen der Entfernung zu dem Objekt verwendet werden. Wie oben beschrieben, bestimmt die Entfernungsberechnungseinheit die Phase der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale, die von der RFID-Lesevorrichtung empfangen wurden. Anhand der Änderung der Phase und der entsprechenden Änderung der Grundfrequenz in den ursprünglichen Sendesignalen errechnet die Entfernungsberechnungseinheit unter Verwendung von Gleichung (1) die Entfernung zu dem RFID-Transponder. Die Phasendifferenzen können dann unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken und Vorrichtungen bestimmt werden. Um ein Beispiel zu nennen, wird die Phase jedes rückgestreuten Signals auf die Phase des ursprünglichen Sendesignals bezogen.
  • Ein Verfahren zum Bestimmen der Phase der empfangenen Signale ist das Messen des Wechselsignalanteils der Amplitude, und zwar sowohl für den I-Kanal als auch für den Q-Kanal, und das Verwenden dieser Messungen zum Bestimmen des Phasenwinkels. Das heißt, die von Spitze zu Spitze gemessene Amplitude des Wechselsignalanteils für den I- und den Q-Kanal kann über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg gemittelt werden. Die relative Phase φ des empfangenen Signals im Vergleich zur Trägerphase kann bestimmt werden zu
    Figure 00530001
    wobei Qamp die durchschnittliche Wechselsignalamplitude im Q-Kanal ist und Iamp die durchschnittliche Wechselsignalamplitude im I-Kanal. Nachdem die relative Phase φ mehrerer rückstreuungsmodulierter Signale berechnet wurde, kann die Phasenänderung zwischen diesen Signalen berechnet und mit den entsprechenden Grundfrequenzen der Sendesignale verwendet werden, um die Entfernung zum Transponder zu bestimmen.
  • Natürlich ist dies lediglich ein Beispiel dafür, wie die Phase der empfangenen rückgestreuten Signale berechnet werden kann. Wenden wir uns nun 8 zu, in der eine andere beispielhafte Einheit 700 zum Schätzen des Phasenwinkels dargestellt ist. Die Einheit 700 zum Schätzen des Phasenwinkels verwendet das mathematische Verfahren der Matrixrotation, um die Phase der Signale zu bestimmen. In der dargestellten Implementierung werden das I-Kanal-Signal IAC+DC und das Quadratursignal QAC+DC zu einer Vorrichtung 702 geführt, deren Aufgabe es ist, den Gleichsignal-Offset zu beseitigen. Diese entfernt den Gleichsignalanteil der I-Kanal- und der Q-Kanal-Signale, so dass nur die Wechselsignalanteile jedes Signals übrig bleiben. Außerdem kann an diesem Punkt auch Rauschen unterdrückt werden.
  • Das Inphase-Signal IAC und das Quadratursignal QAC werden dann zu einem Phasenkorrektur-Modul 704 geleitet, welches einen Matrixrotationsmechanismus realisiert. Die Wechselsignalamplituden dieser Signale werden in die Matrix geladen. Auch hier können diese Wechselsignalamplituden durch Mitteln der Wechselsignalamplitude über einen ausgewählten Zeitraum bestimmt werden. Die Matrix wird dann ma thematisch gedreht, bis das Signal im Q-Kanal minimiert ist und das Signal im I-Kanal maximiert ist. Der Winkel der Matrixdrehung, die ausgeführt werden muss, um das Signal im I-Kanal zu maximieren, ist gleich der relativen Phase des empfangenen Signals. In dem dargestellten Beispiel erfolgt die Minimierung des Signals im Q-Kanal unter Verwendung eines Verfahrens zur Minimierung von Schätzwerten kleinster Quadrate. Natürlich könnten auch andere geeignete Techniken verwendet werden. Dieses Verfahren hat auch den Vorteil, dass das gesamte Signal auf den I-Kanal gebracht wird, wo die Informationen in dem Kanal unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technik zurückgewonnen und dekodiert werden können. Nachdem die relative Phase mehrerer rückgestreuter Signale unter Verwendung der Einheit zum Schätzen des Phasenwinkels berechnet wurde, könnte auch hier wieder die Phasenänderung zwischen diesen Signalen berechnet und zum Bestimmen der Entfernung zum Transponder verwendet werden.
  • Es ist anzumerken, dass die vorstehend beschriebenen Verfahren und Systeme zum Messen des Phasenwinkels von Signalen nicht immer die Phase eines empfangenen Signals ganz eindeutig bestimmen können. Genauer gesagt, erzeugt das Anwenden der Arkustangens-Funktion auf die Amplituden immer ein Ergebnis zwischen 0 rad und 2π rad, auch wenn die tatsächliche Phase viel größer als 2π rad sein kann. Im Allgemeinen werden die ursprünglichen gemessenen Phasenwerte als „kompaktiert" (d. h. angegeben in Bezug auf den Hauptzweig des Arkustangens) bezeichnet, und der Prozess des Bestimmens der tatsächlichen nominalen Phasenwerte anhand der kompaktierten Werte wird als „Entkompaktieren der Phase" bezeichnet.
  • Die Entkompaktierung der Phase ist also eine Technik, die dafür verwendet werden kann, die nominale Phasenänderung über einen linear skalierten Bereich entsprechender Grundfrequenzen zu bestimmen. Ein Verfahren zum Entkompaktieren der Phase ist das Linearisieren der Phasenverschiebung anhand der kompaktierten Werte. Genauer gesagt, erfolgt die Entkompaktierung der Phase durch Addieren oder Subtrahieren von Mehrfachen von 2π, bis die betreffende Phasenmessung einen gleichbleibenden Verlauf über einen Frequenzbereich hinweg aufweist.
  • Um ein Beispiel für das Entkompaktieren zu nennen, sollte bei Verwendung eines Satzes monoton ansteigender Grundfrequenzen nach Berücksichtigung jeglichen Rauschens ein monotoner Satz Phasenmessungen das Ergebnis sein. Im Fall bestimmter Phasenmessungen, die nicht dem monotonen Verlauf folgen, können sie entkompaktiert werden, indem Mehrfache von 2π addiert oder subtrahiert werden, bis sie einen linearen Verlauf über einen linear skalierten Frequenzbereich hinweg aufweisen. Es sind eine Vielzahl verschiedener Phasenentkompaktierungs-Algorithmen verfügbar, die für diesen Verwendungszweck angepasst werden können, wie zum Beispiel Signalverarbeitungshilfsmittel, die in MATLAB zur Verfügung stehen.
  • Wenden wir uns nun 9 zu, in der eine Tabelle 800 einen beispielhaften Datensatz zeigt, anhand dessen die Entfernung zu einem RFID-Transponder unter Verwendung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt werden kann. Genauer gesagt, führt die Tabelle 800 vierzehn Sendesignal-Grundfrequenzen und entsprechende vierzehn Messwerte aus Messungen relativer Phasen auf. Zunächst ist anzumerken, dass dies lediglich ein beispielhaf ter Datensatz ist und dass typische Datensätze mehr oder weniger Datenpunkte enthalten könnten. Es ist des Weiteren anzumerken, dass dieser beispielhafte Datensatz zwar gleiche Entfernungen zwischen Grundfrequenzen anzeigt, dass dies aber in vielen Anwendungen nicht der Fall ist.
  • In dem Beispiel von Tabelle 800 wurde die Frequenzreihenfolge der Sendesignale zufällig ausgewählt. Wenn ein nach dem Zufallsprinzip arbeitendes Frequenzsprungverfahren verwendet wird, arbeitet das System auch hier als Bandspreizsystem und kann im Rahmen der derzeitigen Bestimmungen mit erhöhter Leistung senden. Auch dies ist wieder nur ein Beispiel, und in anderen Fällen können andere Frequenzsprungverfahren verwendet werden.
  • Die in Tabelle 800 dargestellten Phasenmessungen sind kompaktiert, was auch hier bedeutet, dass die Phasenmessungen auf Werte zwischen 0 rad und 2π rad begrenzt sind. Diese Werte stellen somit nicht die tatsächlichen relativen Phasenwerte dar, und um die Entfernung genau zu berechnen, ist es wünschenswert, die Phasenmessungen zu entkompaktieren. Wenden wir uns nun 10 zu, in der eine Tabelle 900 die vierzehn Sendesignal-Grundfrequenzen in der Reihenfolge der Grundfrequenz und entsprechende entkompaktierte vierzehn Messwerte für die relative Phasen auflistet. Diese entkompaktierten Phasenwerte entsprechen der tatsächlichen relativen Phase der empfangenen rückstreuungsmodulierten Signale. Auch hier können diese entkompaktierten Phasenwerte mit Hilfe einer Vielzahl verschiedener Phasenentkompaktierungstechniken bestimmt werden, wie zum Beispiel durch Addieren von Mehrfachen von 2π, bis ein gleichbleibender linearer Phasenverlauf wiederhergestellt wurde.
  • Wenden wir uns nun 11 zu, in der ein Funktionsgraph 1000 die kompaktierten Phasenmessungen und die entkompaktierten Phasenmessungen der Tabellen 800 und 900 zeigt. Wie zu sehen ist, führt das Entkompaktieren von Phasenmessungen zu Phasenmessungen, die einem gleichbleibenden Verlauf folgen. Unter Verwendung von Phasenentkompaktierungstechniken kann die zugrunde liegende Phase selbst in Gegenwart von signifikantem Rauschen und Mehrfachreflexionen ermittelt werden.
  • Nachdem die entkompaktierten Phasenmessungen ermittelt wurden, kann die Entfernung durch Berechnen des Differenzenquotienten aus der Phasenänderungsrate und der Änderungsrate der Grundfrequenz bestimmt werden. Um ein Beispiel zu nennen, kann eine lineare Regression der entkompaktierten Phasenmessungen der Grundfrequenzen durchgeführt werden, um die Änderungsrate zu bestimmen. Wenden wir uns nun 12 zu, in der ein Funktionsgraph 1100 die entkompaktierten Phasenmessungen von Tabelle 900 und dem Funktionsgraph 1000 zusammen mit einem beispielhaften linearen Verlauf, der anhand der Phasenmessungen berechnet wurde, zeigt. Der lineare Verlauf kann anhand der Daten unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Techniken, wie zum Beispiel mit Hilfe einer auf der Methode der kleinsten Quadrate basierenden Regressionsanalyse, berechnet werden. Wenn der lineare Verlauf berechnet wurde, führt dies auf eine genauere Berechnung des Differenzenquotienten von Phasenänderung und Frequenzänderung in Form der Steigung der Regressionsgerade. In dem dargestellten Beispiel beträgt die Steigung des linearen Verlaufs 9,01·10–7 rad/Hz. Nachdem die Steigung der Regressionsgerade berechnet wurde, kann sie als Differenzenquotient Δφ/Δf in Glei chung (1) zum Berechnen der Entfernung verwendet werden. In diesem Beispiel führt die Verwendung der Steigung der Regressionsgeraden in Gleichung (1) auf eine Entfernungsmessung von 21,4 Meter. Somit ist die lineare Regressionsanalyse dazu imstande, Rauschen in den Daten beseitigen, wie zum Beispiel Rauschen, das durch Mehrwege-Reflexionen, Interferenzen und nicht-kohärente Übertragungen hervorgerufen wird. Auch dies ist wieder nur ein konkretes Beispiel dafür, wie eine lineare Regressionsanalyse verwendet werden kann, um die Änderungsrate der Phase und der Frequenz zum Berechnen der Entfernung zu einem Objekt mit einem RFID-Transponder zu bestimmen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt somit ein mit mehreren Auflösungen arbeitendes Objektlokalisierungssystem und -verfahren zum Lokalisieren von Objekten bereit. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende System und Verfahren verwendet eine Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung zusammen mit einer präziseren RFID-Lokalisierungsvorrichtung zum effizienten und genauen Bestimmen des Standortes von Objekten, die über einen RFID-Transponder verfügen. Die Weitbereichs-Objektlokalisierungsvorrichtung hat eine vergleichsweise lange Reichweite und kann einen relativ großen Bereich erfassen, um den allgemeinen Standort des Objekts innerhalb des großen Bereichs zu bestimmen. Die RFID-Lokalisierungsvorrichtung hat eine im Vergleich dazu kürzere Reichweite, ist aber in der Lage, das Objekt präziser zu lokalisieren. Das Objektlokalisierungssystem verwendet die Weitbereichs-Lokalisierungsvorrichtung, um zuerst den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen, und dann wird die RFID-Lokalisierungsvorrichtung verwendet, um den Standort des Objekts genauer zu bestimmen. Auf diese Weise ist das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem in der Lage, sowohl eine Weitbereichslokalisierung von Objekten über einen großen Bereich hinweg als auch eine präzise Standortbestimmung von Objekten vorzunehmen. Das mit mehreren Auflösungen arbeitende Objektlokalisierungssystem und -verfahren kann somit auf effiziente Weise eine genaue Objektlokalisierung über einen großen Bereich hinweg vornehmen.
  • Die im vorliegenden Text dargelegten Ausführungsformen und Beispiele wurden vorgestellt, um die vorliegende Erfindung und ihre konkrete Anwendung auf die bestmögliche Art und Weise zu erklären und dadurch den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen. Der Fachmann wird jedoch bemerken, dass die vorausgehende Beschreibung und die oben angegebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Veranschaulichung und zu Beispielzwecken vorgestellt wurden. Die Beschreibung in der dargebotenen Form soll weder erschöpfend sein, noch soll sie die Erfindung auf die konkret offenbarte Form beschränken. Viele Modifikationen und Variationen sind vor dem Hintergrund der obigen Lehren möglich.

Claims (50)

  1. Objektlokalisierungssystem zum Lokalisieren eines Objekts (506) mit einem RFID-Transponder, wobei das Objektlokalisierungssystem Folgendes umfasst: eine Objektlokalisierungsvorrichtung (502), wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung mindestens eine von dem Objekt ausgehenden Übertragung (506) empfängt und einen allgemeinen Standort des Objekts anhand der mindestens einen Übertragung bestimmt, mehrere RFID-Lesevorrichtungen, wobei die mehreren RFID-Lesevorrichtungen (504) eine ausgewählte RFID-Lesevorrichtung enthalten, die dafür ausgewählt ist, anhand des allgemeinen Objektstandorts an den RFID-Transponder zu senden, wobei die ausgewählte RFID-Lesevorrichtung mehrere Sendesignale zu dem RFID-Transponder sendet und mehrere rückstreuungsmodulierte Signale von dem RFID-Transponder empfängt und wobei mindestens zwei der mehreren Sendesignale eine andere Grundfrequenz haben, und eine Entfernungsberechnungseinheit, wobei die Entfernungsberechnungseinheit eine Phase für jedes der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale von dem RFID-Transponder bestimmt, wobei die Entfernungsberechnungseinheit eine Entfernung zu dem RFID-Transponder durch Bestimmen einer Phasenänderungsrate der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale im Verhältnis zur Änderungsrate der Grundfrequenz der mehreren Sendesignale bestimmt, wobei die Entfernung zu dem RFID-Transponder eine genauere Lokalisierung des Objekts an dem allgemeinen Standort ermöglicht.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung den allgemeinen Standort des Objekts unter Verwendung der Empfangssignalstärke der mindestens einen Übertragung bestimmt.
  3. System nach Anspruch 1, wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung den allgemeinen Standort des Objekts unter Verwendung der Ankunftszeitdifferenz der mindestens einen Übertragung bestimmt.
  4. System nach Anspruch 1, wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung den allgemeinen Standort des Objekts unter Verwendung des Ankunftswinkels der mindestens einen Übertragung bestimmt.
  5. System nach Anspruch 1, wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung ein 802.11X-Sende-/Empfangsgerät enthält.
  6. System nach Anspruch 1, wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung ein Bluetooth-Sende-/Empfangsgerät enthält.
  7. System nach Anspruch 1, wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung ein WWAN-Sende-/Empfangsgerät enthält.
  8. System nach Anspruch 1, wobei der RFID-Transponder einen multimodalen RFID-Transponder umfasst und wobei die mindestens eine Übertragung ihren Ursprung in dem multimodalen RFID-Transponder hat.
  9. System nach Anspruch 8, wobei der multimodale RFID-Transponder unter Verwendung einer auf einem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung in einem aktiven Modus sendet und wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung die auf dem betreffenden 802.11x-Protokoll basierende Übertragung verwendet, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  10. System nach Anspruch 8, wobei der multimodale RFID-Transponder unter Verwendung einer auf dem Bluetooth-Protokoll basierenden Übertragung in einem aktiven Modus sendet und wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung die auf dem Bluetooth-Protokoll basierende Übertragung verwendet, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  11. System nach Anspruch 1, wobei die ausgewählten RFID-Lesevorrichtungen eine mobile RFID-Lesevorrichtung umfassen.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die mobilen RFID-Lesevorrichtungen einen für mobile RFID-Lesevorrichtungen vorgesehenen RFID-Transponder (552) enthalten und wobei der für mobile RFID-Lesevorrichtungen vorgesehene RFID- Transponder verwendet wird, um einen Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu bestimmen.
  13. System nach Anspruch 11, wobei die mobilen RFID-Lesevorrichtungen an einen RFID-Transponder mit einem bekannten Standort senden, um einen Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu bestimmen.
  14. System nach Anspruch 11, wobei die mobilen RFID-Lesevorrichtungen unter Verwendung einer auf einem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung miteinander kommunizieren und wobei das Objektlokalisierungssystem eine 802.11x-Protokoll-Übertragung verwendet, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  15. System nach Anspruch 11, wobei die mobilen RFID-Lesevorrichtungen unter Verwendung einer auf einem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung miteinander kommunizieren und wobei die auf dem betreffenden 802.11x-Protokoll basierende Übertragung verwendet wird, um einen Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu bestimmen.
  16. System nach Anspruch 11, wobei die mobilen RFID-Lesevorrichtungen unter Verwendung einer auf dem Bluetooth-Protokoll basierenden Übertragung miteinander kommunizieren und wobei das Objektlokalisierungssystem die auf dem Bluetooth-Protokoll basierende Übertragung verwendet, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  17. System nach Anspruch 11, wobei die mobilen RFID-Lesevorrichtungen unter Verwendung einer auf dem Bluetooth-Protokoll basierenden Übertragung miteinander kommunizieren und wobei die auf dem Bluetooth-Protokoll basierende Übertragung verwendet wird, um einen Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu bestimmen.
  18. System nach Anspruch 11, wobei die mobilen RFID-Lesevorrichtungen eine Strichkode-Lesevorrichtung enthalten, um das Objekt aus einer Gruppe nahe gelegener Objekte zu identifizieren.
  19. System nach Anspruch 1, wobei die ausgewählte RFID-Lesevorrichtung fortgesetzt zusätzliche Sendesignale sendet und zusätzliche rückstreuungsmodulierte Signale empfängt und wobei die Entfernungsberechnungseinheit fortgesetzt eine Phase für jedes der empfangenen zusätzlichen rückstreuungsmodulierten Signale bestimmt und die Phase für jedes zusätzliche rückstreuungsmodulierte Signal verwendet, um die Entfernung von den RFID-Lesevorrichtungen zu dem ausgewählten RFID-Transponder zu bestimmen, bis die Entfernung mit einem vorgegebenen Mindestgenauigkeitsgrad berechnet wird.
  20. System nach Anspruch 1, wobei die Phasenänderungsrate der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale im Verhältnis zur Änderungsrate der Grundfrequenz der mehreren Sendesig nale bestimmt wird, indem eine lineare Regression der Phase der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale nach der Grundfrequenz der mehreren Sendesignale ausgeführt wird.
  21. System nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei der mehreren Sendesignale, die eine andere Grundfrequenz haben, eine zufällig ausgewählte Frequenzdifferenz aufweisen.
  22. System nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei der mehreren Sendesignale, die eine andere Grundfrequenz haben, eine Frequenzdifferenz aufweisen, die bestimmt wird, indem ein nächster verfügbarer Frequenzkanal unter Verwendung einer „Listen Before Transmit"-Prozedur ausgewählt wird.
  23. Verfahren zum Lokalisieren eines Objekts mit einem RFID-Transponder, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen (302) eines allgemeinen Objektstandorts unter Verwendung mindestens einer von dem Objekt ausgehenden Übertragung, Auswählen einer RFID-Lesevorrichtung aus mehreren RFID-Lesevorrichtungen anhand des bestimmten allgemeinen Objektstandorts, Senden (306) mehrerer Sendesignale von der ausgewählten RFID-Lesevorrichtung (504) zu dem RFID-Transponder, wobei die mehreren Sendesignale eine Grundfrequenzdifferenz aufweisen, Empfangen (308) mehrerer rückstreuungsmodulierter Signale von dem RFID-Transponder, Bestimmen (312) einer Phase für jedes der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale und Berechnen (314) einer Entfernung zu dem RFID-Transponder durch Bestimmen einer Phasenänderungsrate der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale im Verhältnis zu einer Änderungsrate der Grundfrequenz der mehreren Sendesignale, wobei die Entfernung zu dem RFID-Transponder eine genauere Lokalisierung des Objekts an dem allgemeinen Standort ermöglicht.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts das Verwenden der Empfangssignalstärke von Übertragungen umfasst.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts das Verwenden der Ankunftszeitdifferenz von Übertragungen umfasst.
  26. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts das Verwenden des Ankunftswinkels von Übertragungen umfasst.
  27. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts das Verwenden von 802.11x-basierten Übertragungen umfasst.
  28. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts das Verwenden von Bluetooth-basierten Übertragungen umfasst.
  29. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts das Verwenden von WWAN-basierten Übertragungen umfasst.
  30. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der RFID-Transponder einen multimodalen RFID-Transponder umfasst.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der multimodale RFID-Transponder unter Verwendung einer auf einem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung in einem aktiven Modus sendet und wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts unter Verwendung mindestens einer von dem Objekt ausgehenden Übertragung das Verwenden einer auf dem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung von dem multimodalen RFID-Transponder umfasst, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der multimodale RFID-Transponder unter Verwendung einer auf dem Bluetooth- Protokoll basierenden Übertragung in einem aktiven Modus sendet und wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts unter Verwendung mindestens einer von dem Objekt ausgehenden Übertragung das Verwenden einer auf dem Bluetooth-Protokoll basierenden Übertragung umfasst, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  33. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die ausgewählte RFID-Lesevorrichtung eine mobile RFID-Lesevorrichtung umfasst.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die mobile RFID-Lesevorrichtung einen für mobile RFID-Lesevorrichtungen vorgesehenen RFID-Transponder enthält, und wobei das Verfahren des Weiteren den Schritt des Verwendens des für mobile RFID-Lesevorrichtungen vorgesehenen RFID-Transponders zum Bestimmen eines Standortes der mobilen RFID-Lesevorrichtung umfasst.
  35. Verfahren nach Anspruch 33, des Weiteren umfassend den Schritt des von der mobilen RFID-Lesevorrichtung ausgehenden Sendens von Daten zu einem RFID-Transponder mit einem bekannten Standort zum Bestimmen des Standortes der mobilen RFID-Lesevorrichtung.
  36. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die mobile RFID-Lesevorrichtung unter Verwendung einer auf einem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung kommuniziert und wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts unter Verwendung mindestens einer von dem Objekt ausgehenden Übertragung das Verwenden einer auf dem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung umfasst, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  37. Verfahren nach Anspruch 36, des Weiteren umfassend den Schritt des Verwendens einer auf dem 802.11x-Protokoll basierenden Übertragung zum Bestimmen eines Standortes der mobilen RFID-Lesevorrichtung.
  38. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die mobile RFID-Lesevorrichtung unter Verwendung einer auf dem Bluetooth-Protokoll basierenden Übertragung kommuniziert und wobei der Schritt des Bestimmens eines allgemeinen Objektstandorts unter Verwendung mindestens einer von dem Objekt ausgehenden Übertragung das Verwenden einer auf dem Bluetooth-Protokoll basierenden, von der mobilen RFID-Lesevorrichtung ausgehenden Übertragung umfasst, um den allgemeinen Standort des Objekts zu bestimmen.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, des Weiteren umfassend den Schritt des Verwendens einer auf dem Bluetooth-Protokoll basierenden Übertragung zum Bestimmen eines Standortes der mobilen RFID-Lesevorrichtung.
  40. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Schritte des Sendens mehrerer Sendesignale, des Empfangens mehrerer rückstreu ungsmodulierter Signale und des Bestimmens einer Phase der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale das Senden, das Empfangen und das Bestimmen einer Phase für zusätzliche Sendesignale und rückstreuungsmodulierte Signale umfasst, bis der Schritt des Berechnens der Entfernung zu dem RFID-Transponder die Entfernung mit einem vorgegebenen Mindestgenauigkeitsgrad bestimmt.
  41. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Berechnens einer Entfernung zu dem RFID-Transponder durch Bestimmen einer Phasenänderungsrate der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale im Verhältnis zu einer Änderungsrate der Grundfrequenz das Ausführen einer linearen Regression umfasst.
  42. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die mehreren Sendesignale eine zufällig ausgewählte Grundfrequenzdifferenz aufweisen.
  43. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die mehreren Sendesignale eine Grundfrequenzdifferenz aufweisen, die ausgewählt wird, indem man einen nächsten verfügbaren Frequenzkanal unter Verwendung einer „Listen Before Transmit"-Prozedur auswählt.
  44. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Berechnens einer Entfernung zu dem RFID-Transponder durch Bestimmen einer Phasenänderungsrate der mehreren rück streuungsmodulierten Signale im Verhältnis zu einer Änderungsrate der Grundfrequenz das Ausführen einer linearen Regression umfasst.
  45. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bestimmens einer Phase für jedes der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale das Auswerten relativer Phasendifferenzmessungen umfasst, und zwar dergestalt, dass sich eine im Wesentlichen lineare Phasenregressionsfunktion ergibt.
  46. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Sendens mehrerer Sendesignale von der RFID-Lesevorrichtung zu dem RFID-Transponder das Senden von einem ausgewählten Array von RFID-Lesevorrichtungen umfasst, wobei der Schritt des Empfangens mehrerer rückstreuungsmodulierter Signale von dem RFID-Transponder das Empfangen der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale mit dem ausgewählten Array von RFID-Lesevorrichtungen umfasst und wobei der Schritt des Berechnens einer Entfernung zu dem RFID-Transponder das Berechnen einer Entfernung von dem RFID-Transponder zu jeder RFID-Lesevorrichtung des ausgewählten Arrays von RFID-Lesevorrichtungen umfasst.
  47. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Berechnens einer Entfernung zu dem RFID-Transponder durch Bestimmen einer Phasenänderungsrate der mehreren rückstreuungsmodulierten Signale im Verhältnis zu einer Änderungsrate der Grundfrequenz der mehreren Sendesignale das Verwenden mindestens dreier bestimmter Phasen und mindestens dreier Grundfrequenzen zum Berechnen der Änderungsrate umfasst.
  48. Objektlokalisierungssystem nach Anspruch 1, wobei der RFID-Transponder einen multimodalen RFID-Transponder umfasst und wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung mindestens eine Übertragung von dem an dem Objekt angebrachten, in einem aktiven Modus arbeitenden multimodalen RFID-Transponder empfängt, wobei die Objektlokalisierungsvorrichtung den allgemeinen Standort des Objekts anhand der mindestens einen von dem multimodalen RFID-Transponder ausgehenden Übertragung bestimmt, wobei die ausgewählte RFID-Lesevorrichtung ein ausgewähltes Array von RFID-Lesevorrichtungen umfasst, die in einem Bereich verteilt sind, wobei das ausgewählte Array von RFID-Lesevorrichtungen mindestens drei Sendesignale zu dem multimodalen RFID-Transponder sendet, wobei jede RFID-Lesevorrichtung des ausgewählten Arrays von RFID-Lesevorrichtungen mindestens drei rückstreuungsmodulierte Signale von dem multimodalen RFID-Transponder empfängt und wobei die mindestens drei Sendesignale von jeder RFID-Lesevorrichtung in dem ausgewählten Array von RFID-Lesevorrichtungen eine Grundfrequenz mit einer Grundfrequenzdifferenz aufweisen, und wobei die Entfernungsberechnungseinheit eine Entfernung von jeder RFID-Lesevorrichtung in dem ausgewählten Array von RFID-Lesevorrichtungen durch Ausführen einer linearen Regression der Phase der mindestens drei rückstreuungsmodulierten Signale nach der Grundfrequenz der mindestens drei Sendesignale ausführt, um eine Phasenänderungsrate im Verhältnis zu einer Änderungsrate der Grundfrequenz zu bestimmen.
  49. System nach Anspruch 48, wobei mindestens eine RFID-Lesevorrichtung aus dem ausgewählten Array von RFID-Lesevorrichtungen eine mobile RFID-Lesevorrichtung umfasst.
  50. System nach Anspruch 49, wobei die mobile RFID-Lesevorrichtung einen für mobile RFID-Lesevorrichtungen vorgesehenen RFID-Transponder enthält und wobei der für mobile RFID-Lesevorrichtungen vorgesehene RFID-Transponder verwendet wird, um einen Standort der mobilen RFID-Lesevorrichtung zu bestimmen.
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