JP2011518315A - 変調後方散乱を用いてのタグ付き資産の所在地推定方法および所在地推定システム - Google Patents
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Abstract
Description
グから受信した変調後方散乱信号の推定されたパラメータと、資産タグから受信した変調後方散乱信号の推定されたパラメータとに基づくステップを有する。
本発明の実施形態は、1または複数のマーカータグから変調後方散乱信号を受信するための手段と、資産タグから変調後方散乱信号を受信するための手段と、1または複数のマーカータグから受信した変調後方散乱信号のパラメータを推定するための手段と、資産タグから受信した変調後方散乱信号のパラメータを推定するための手段と、資産タグの所在地推定を決定するための手段であって、所在地推定は、1または複数のマーカータグから受信した変調後方散乱信号の推定されたパラメータと、資産タグから受信した変調後方散乱信号の推定されたパラメータとに基づく手段とを有する。
さらに可動式読取機を有する実施形態においては、本方法とシステムによって、資産タグを広い領域の全体に亘って所在地特定することができ、たとえば広い領域の全体に亘ってタグ付き資産の在庫調査を行なうことができる。
号の推定されたパラメータとを用いることによって決定する。
所在地推定は、相対的所在地と;絶対的所在地と;マーカータグを有するゾーンとのうちの少なくとも1つであっても良い。
通信を行なう。読取機110は、変調後方散乱信号をマーカータグ120と資産タグ140とから受信することによって、変調後方散乱信号のパラメータを推定する。
タグ140との間のレンジが、パッシブ・タグに適したものよりも大きい場合、マーカータグ120と資産タグ140の両方をセミパッシブにしても良い。
送信機ビーム形成システムは、送信フェーズ・ロックド・ループ(PLL)410と、送信位相シフタ420と、送信変調器430と、送信アンテナ440と、送信クロック450と、送信ビーム形成モジュール460と、送信データ470と、マーカータグ・フィードバック480とを備える。送信アンテナ440はそれぞれ、別個のアンテナ、またはアンテナ素子であっても良い。送信機ビーム形成は、2つ以上の送信アンテナ440を用いることによって、送信ビームを空間内の特定の領域に送る。種々の実施形態においては、読取機110(図1)は、読取機110がビーム150のエネルギーをどこに送るべきかを選択することができる送信機ビーム形成能力を備える。
w=(w1,…,wN)T;および
u(t)=ws(t) 。
て狭い)場合、i番目の送信要素からこのようなシステムにおけるマーカータグ120および/または資産タグ140までのチャネル利得は、複素スカラhiとしてモデリングすることができる。チャネル・ベクトルを次のように規定する。
この場合、マーカータグ120における受信信号と、資産タグ140における受信信号とのうちの少なくとも1つを、次のようにモデリングすることができる。
ここでn(t)は、ノイズを示す。
したがって、マーカータグ120からの変調後方散乱信号と資産タグ140からの変調後方散乱信号とのうちの少なくとも1つの電力は、(hTw)2に比例している。チャネル・ベクトルhは、送信アンテナ440に対するマーカータグ120の所在地と、送信アンテナ440に対する資産タグ140の所在地とのうちの少なくとも1つに依存する。たとえば送信アンテナ440が、要素がdだけ離間して配置された線状アレイである場合、ブロードサイドに対して角度θで配置されるマーカータグ120および/または資産タグ140に対するチャネル・ベクトルは、次式で与えられる。
ここで、α=exp(j2πd×sinθ/λ)であり、λはキャリア波長を示す。こうしてマーカータグ120および/または資産タグ140からの変調後方散乱信号の強度は、マーカータグ120および/または資産タグ140の読取機110に対する所在地に関係づけられる。
送信ビーム(たとえばビーム150)のメイン・ローブを、領域を通して走査しても良い。ビーム150を、送信アンテナ440から送信される無線周波数(RF)信号の相対位相と振幅を制御することによって、送信アンテナ440のアレイを用いて電子的に制御する。マーカータグ120から受信した変調後方散乱信号の走査角度の関数としての強度を、マーカータグ・フィードバック280と所在地モジュール170に与えても良い。
たとえば走査角度の関数としての変調後方散乱信号強度におけるピークを用いることによって、受信した変調後方散乱信号の到来角度を有するパラメータを推定することができる。
したがって受信電力の実際のベクトルP=(P1,…,Pk)をQ(x)と比較することを用いて、xに対する実現可能値の組の中からxを推定することができる。たとえば、アレイ応答a(θ)を伴うアレイについて考える。k番目の走査上で角度θkに向けてビ
ームを形成するために、ビーム形成係数をwk=a*(θk)に設定し、(hTwk)2のピークがh=a(θk)において生じるようにする。したがって、角度θにおいてマーカータグ120および/または資産タグ140から得られる予想される受信電力のベクトルは、次式で与えられる。
次に、受信電力の実際のベクトルP=(P1,…,Pk)をQ(θ)と比較することを用いて、θを推定することができる。
y[l]=b[l]βhTw+N[l] 。
りにその推定を、このような判定指向の適応において用いることができる。また読取機110は、アップリンク上での平均受信電力の推定を、たとえば、|y[l]|2の平均値を算出することによって行なうことができる。推定されるパラメータには、マーカータグ120から読取機110に送られる明示的フィードバックが含まれていても良い。明示的フィードバックの例は、マーカータグ120が変調後方散乱信号中で送り返しているデータ中にあるマーカータグ120の受信信号に関する特定の情報をマーカータグ120がいつ符号化するかである。
受信機ビーム形成システムは、受信フェーズ・ロックド・ループ(PLL)510と、受信ベースバンド位相シフタ520と、受信復調器530と、受信アンテナ540と、受信クロック550と、受信ビーム形成モジュール560と、受信データ570とを備える。受信アンテナ540はそれぞれ、別個のアンテナ、またはアンテナ素子であっても良い。受信機ビーム形成は、2つ以上の受信アンテナ540を用いて、空間内の領域に対する読取機110の感度(たとえば視野160)を調整しても良い。種々の実施形態において、受信アンテナ540は、図4を参照して説明した送信アンテナ440と同じであっても良い。種々の実施形態においては、読取機110は、マーカータグ120と資産タグ140から受信した変調後方散乱信号の到来角度を有する所在地特定情報を、読取機110が決定することができる受信ビーム形成能力を備えている。
M個の受信アンテナにおける通過帯域受信信号に対する複素ベースバンド表現を用いて、j番目のアンテナ(ここで、j=1,…,M)に対する受信信号を、yj(t)=hjν(t)+nj(t)と書くことができる。ここでν(t)は、タグによって後方散乱される信号であり、hjは、タグからj番目のアンテナ素子への複素チャネル利得であり、およびnj(t)は、j番目のアンテナ素子が受けるノイズである。ベクトル表記法を用いて、以下のようになる。
h=(h1,…,hM)T;
n(t)=(n1(t),…、nM(t))T;そして
y(t)=hν(t)+n(t) 。
前述の表現の離散時間モード(おそらく連続時間ベクトル信号y(t)をフィルタリングおよびサンプリングすることによって得られる)について考えることも有用である。これは次のようになる。
ここでb[l]は、アップリンク上で送信されるl番目の記号を示しても良い。受信機ビーム形成システムは、ベクトル受信信号の複素数値受信ビーム形成係数との空間相関を形成しても良い。
離散時間モデルの場合、対応する内積は、次のモデルに従っても良い。
r[l]=wHy[l]=(wHh)b[l]+wHn[l] 。
種々の実施形態においては、受信ビーム形成をRFバンド内に、受信アンテナ540の個々の要素が受信した変調後方散乱信号の位相調整を用いることによって、当該技術分野で知られるビーム形成技術によって導入しても良い。
あるいは受信ビーム形成モジュールは、受信アレイ応答hの推定を、y(t)から直接、たとえば、それを既知または推定の記号の組に対して関連づけることによって行なっても良い。対象とする別の数量は、空間共分散行列Cである。
これの推定は、たとえば外積y[l]yH[l]を加算または平均化することによって行なうことができる。
する。種々の実施形態においては、マーカータグ120と資産タグ140とのうちの少なくとも1つは、既知のプリアンブルを用いることによって、受信アレイ応答を推定しても良い。無線周波数識別プロトコルが与えるプリアンブルに加えて、受信アレイ応答の推定を改善するさらに大きいトレーニング・シーケンスを、既知のデータ・セグメントを有する付加情報を有するようにペイロードを明示的に構成することによって、与えることができる。
y[l]=hb[l]+n[l] 。
受信アレイ応答hを次の相関を用いて推定しても良い。
r[l]=wHy[l]=(wHh)b[l]+wHn[l] 。
y[l]=hb[l]+n[l] 。
hを判定指向推定することによって、次の相関を用いて受信アレイ応答hを推定しても
良い。
ここでα=exp(j2πd×sinθ/λ)であり、λはキャリア波長を示す。受信アンテナ540と、マーカータグ120および/または資産タグ140との間の見通し線(Line of Sight)リンクに対しては、受信アンテナ540の現在位置に対してマーカータグ120と資産タグ140とのうちの少なくとも1つが配置される方向を、|aH(θ)h|をその許容し得るレンジに亘るθの関数として最大にすることによって、推定することができる。受信アンテナ540が2次元アンテナ・アレイである実施形態の場合、2つの角度を推定しても良い。さらに受信信号強度を用いてレンジを推定することができ、これによって3次元の所在地特定が可能になる。レンジを推定するための当該技術分野で知られる他の技術も用いることができる。たとえば周波数変調された連続波(FMCW)波形を用いることである。
を、2次元または3次元座標系での明示的推定の代わりに行なっても良い。図1と、図2と、図3とを参照して前述したように、ゾーン130,220を、1または複数のマーカータグ120の周りの領域として、マーカータグの絶対座標が分かっているということを必要とせずに画定しうる。
タグ120と資産タグ140とのうちの少なくとも1つを所在地特定しても良い。このような反射または散乱物体の1つは、地表(地面630)である。図6に例示するように、多重経路環境には、所在地(x,y,z)における読取機110、地面630、所在地(xt,yt,zt)におけるマーカータグ120が含まれていても良い。読取機110は、マーカータグ120からの直接後方散乱610と、地面反射620とを受信する。
一例では、支配的な多重経路成分は、地面630から反射される地面反射620であっても良い。読取機110と、マーカータグ120および/または資産タグ140との間の他の反射または散乱物体によって、多重経路成分が形成されても良い。
h=α1a1(xt,yt,zt)+α2a2(xt,yt,zt)+N 。
当該技術分野で知られる1つの解決方法は、マーカータグ120の所在地(xt,yt,zt)を選択することである。ここでマーカータグ120の所在地(xt,yt,zt)は、a1(xt,yt,zt)とa2(xt,yt,zt)とによって張られる(spanned)部分空間に直交するyの投影を最小化する。所在地(xt,yt,zt)の最良の推定を検索することは、付加情報(たとえば、レンジ推定、または読取機110のマーカータグ120の所在地推定からの距離の事前情報)に基づき、さらに制約されうる。
技術を用いて実現することができる。
とによって定義しても良い。第5角度750を、資産タグ140と第2読取機702の軸線とによって定義しても良い。同様に、第4レンジ745を、第1マーカータグ120Aと第2読取機702とによって定義し、第6レンジ765を、第2マーカータグ120Bと第2読取機702とによって定義しても良い。第5レンジ755を、資産タグ140から第2読取機702への距離として定義しても良い。
第1マーカータグ120Aと第2マーカータグ120Bの位置が既知であるので、所在地モジュール170は、資産タグ140に対する所在地推定180を、第1マーカータグ120Aと第2マーカータグ120Bの所在地、第1角度710〜第6角度760、および幾何学的形状を用いて、且つ最初に第1読取機701の所在地と第2読取機702の所在地を推定することによって、与えても良い。第1読取機701の所在地は、第1マーカータグ120Aの所在地と第2マーカータグ120Bの所在地、第1角度710と第3角度730、および単純な幾何学的計算を用いて推定することができる。第2読取機702の所在地も同様に推定することができる。
755を有する。
2つの可能な解決方法が存在し、第1マーカータグ120Aと第2マーカータグ120Bのそれぞれの中心に置いた第1半径r1と第2半径r2の円の2つの交差部に対応する(円が交差しない場合、前述した等式に対する解決方法は存在しない)。第1読取機701の所在地に対応する解決方法を、たとえば、第1マーカータグ120Aと第2マーカータグ120Bのどちらの側に読取機110が位置するのかを知ることに基づいて、決定することができる。
種々の実施形態においては、マーカータグ120から受信した変調後方散乱信号と、資産タグ140から受信した変調後方散乱信号とのうちの少なくとも1つの推定されたパラメータは、受信済みアレイ応答である。多重経路伝搬を伴う環境では、所在地モジュール170は、マーカータグ120と資産タグ140とのうちの少なくとも1つの所在地推定180を、受信済みアレイ応答を用いて与えても良いとともに、多重経路環境の事前情報またはモデルを用いても良い。たとえば、多重経路環境が、図6に例示するように、主に見通し線経路および地面反射からなる場合、最尤アプローチまたはベイジアンアプローチを、読取機110(たとえば、第1読取機701と第2読取機702)と、マーカータグ120と、資産タグ140との所在地の推定を各経路に付随する複素利得を考慮することによって行なうために、用いても良い。
これらの実施形態は、説明図を参照して説明しているため、説明した特定の要素または方法の種々の変更または適応が当業者には明らかとなる場合がある。
Claims (25)
- 資産タグの所在地である資産タグ所在地を推定する所在地推定方法であって、前記所在地推定方法は、
読取機を用いて、1または複数のマーカータグそれぞれから、変調後方散乱信号であるマーカータグ変調後方散乱信号を受信するステップと;
前記読取機を用いて、前記資産タグから、変調後方散乱信号である資産タグ変調後方散乱信号を受信するステップと;
前記マーカータグ変調後方散乱信号それぞれが有するパラメータであるマーカータグパラメータと、前記資産タグ変調後方散乱信号が有するパラメータである資産タグパラメータとを推定するステップと;
前記マーカータグパラメータと前記資産タグパラメータとに基づき、前記資産タグ所在地の推定である所在地推定を決定するステップと
を有することを特徴とする、所在地推定方法。 - それぞれ前記マーカータグパラメータは、前記マーカータグ変調後方散乱信号の到来角度を有する、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記資産タグパラメータは、前記資産タグ変調後方散乱信号の到来角度を有する、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記マーカータグパラメータはそれぞれ、前記読取機から前記マーカータグそれぞれへの距離であるマーカータグレンジを有する、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記資産タグパラメータは、前記読取機から前記資産タグへの距離である資産タグレンジを有する、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記所在地推定方法は更に、前記資産タグ変調後方散乱信号の信号強度を用いることによって、前記資産タグレンジを推定するステップを有する、
請求項5記載の所在地推定方法。 - 前記所在地推定方法は更に、前記資産タグの移動方向を決定するステップを有する、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記所在地推定方法は更に、
前記読取機から前記資産タグへの距離である資産タグレンジを推定するステップと;
所在地データベースから、前記マーカータグそれぞれの所在地であるマーカータグ所在地を読出すステップと;
前記資産タグレンジと、前記マーカータグ所在地それぞれと、前記マーカータグパラメータと、前記資産タグパラメータとに基づき、前記所在地推定を決定するステップと
を有する、請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記所在地推定は、ゾーンを有する、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記所在地推定方法は更に、
送信ビーム形成アレイを用いて、前記ゾーンに亘って電磁信号を走査するステップを有
する、
請求項9記載の所在地推定方法。 - 前記マーカータグパラメータは、走査された前記電磁信号の走査角度の関数としての、受信した信号強度を用いることに基づく、
請求項10記載の所在地推定方法。 - 前記読取機は、複数のアンテナを有する受信ビーム形成アレイを有し、
前記受信ビーム形成アレイは、前記マーカータグ変調後方散乱信号それぞれと、前記資産タグ変調後方散乱信号とを受信するように構成される、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 前記マーカータグパラメータは、受信済みアレイ応答である、
請求項12記載の所在地推定方法。 - 前記所在地推定を決定するステップは、クラスタリングアルゴリズムにおいて前記受信済みアレイ応答を使用するステップを有する、
請求項13記載の所在地推定方法。 - 前記マーカータグパラメータを推定するステップは、前記マーカータグ変調後方散乱信号それぞれの強度を推定するステップを有する、
請求項12記載の所在地推定方法。 - 前記マーカータグパラメータを推定するステップは、多重信号分類アルゴリズムを用いる、
請求項12記載の所在地推定方法。 - 前記マーカータグパラメータを推定するステップは、回転不変法信号パラメータ推定アルゴリズムを用いる、
請求項12記載の所在地推定方法。 - 前記所在地推定方法は更に、
前記所在地推定と、前記資産タグパラメータとを用いることによって、模擬マーカータグを提供するステップを有する、
請求項1記載の所在地推定方法。 - 資産タグの所在地である資産タグ所在地を推定する所在地推定方法であって、前記所在地推定方法は、
読取機が第1位置に位置するときに、複数のマーカータグそれぞれから受信したマーカータグ変調後方散乱信号それぞれのパラメータである第1パラメータを推定するステップと;
前記読取機が前記第1位置に位置するときに、前記資産タグから受信した資産タグ変調後方散乱信号のパラメータである第2パラメータを推定するステップと;
前記読取機を第2位置に動かすステップと;
前記読取機が前記第2位置に位置するときに、前記マーカータグそれぞれから受信した前記マーカータグ変調後方散乱信号それぞれのパラメータである第3パラメータを推定するステップと;
前記読取機が前記第2位置に位置するときに、前記資産タグから受信した前記資産タグ変調後方散乱信号のパラメータである第4パラメータを推定するステップと;
前記資産タグ所在地を、前記第1パラメータと、前記第2パラメータと、前記第3パラ
メータと、前記第4パラメータとに基づき、推定するステップと
を有する、所在地推定方法。 - 前記所在地推定方法は更に、前記第1パラメータと前記第3パラメータとを用いて、前記第1位置を推定するステップを有する、
請求項19記載の所在地推定方法。 - 前記第1パラメータと前記第3パラメータはそれぞれ、前記マーカータグ変調後方散乱信号の到来角度を示し、
前記第2パラメータと前記第4パラメータはそれぞれ、前記資産タグ変調後方散乱信号の到来角度を示す、
請求項19記載の所在地推定方法。 - 前記第1パラメータと前記第3パラメータはそれぞれ、前記マーカータグ変調後方散乱信号の距離を示し、
前記第2パラメータと前記第4パラメータはそれぞれ、前記資産タグ変調後方散乱信号の距離を示す、
請求項19記載の所在地推定方法。 - 前記読取機は、複数のアンテナを有する受信ビーム形成アレイを備え、
前記受信ビーム形成アレイは、前記マーカータグ変調後方散乱信号と前記資産タグ変調後方散乱信号を受信するように構成され、
前記第1パラメータと前記第2パラメータは、受信済みアレイ応答である、
請求項19記載の所在地推定方法。 - 前記資産タグ所在地を推定するステップは、多重波伝送環境モデルを用いる、
請求項23記載の所在地推定方法。 - 資産タグの所在地である資産タグ所在地を推定する所在地推定システムであって、前記所在地推定システムは、
1または複数のマーカータグそれぞれから後方散乱信号としてのマーカータグ後方散乱信号を受信する手段と;
資産タグから後方散乱信号としての資産タグ後方散乱信号を受信する手段と;
前記マーカータグ後方散乱信号のパラメータであるマーカータグパラメータを推定する手段と;
前記資産タグ後方散乱信号のパラメータである資産タグパラメータを推定する手段と;
前記マーカータグパラメータと前記資産タグパラメータに基づき、前記資産タグの所在地推定を決定する手段と
を備えることを特徴とする、所在地推定システム。
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