JP2023509130A - 無線周波数後方散乱タグを使用した屋内空間における物体の位置特定 - Google Patents

無線周波数後方散乱タグを使用した屋内空間における物体の位置特定 Download PDF

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Abstract

製品位置特定システムが提供される。このシステムは、励起信号を形成する主搬送波ＲＦ信号を放射するように構成された少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機（４１０）を含む。このシステムは、製品に関連付けられ、励起信号から超広帯域（ＵＷＢ）信号を生成するように構成された受動ＲＦ後方散乱タグ（４２０）をさらに含む。このシステムはまた、少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機からの励起信号と受動ＲＦ後方散乱タグからのＵＷＢ信号との両方を一度に受信し、それらの間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を計算するように構成された少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機（４３０）を含む。少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む、複数のＲＦ後方散乱受信機からのＴＤｏＡ情報は、集約されて、受動ＲＦ後方散乱タグが取り付けられる製品の位置を計算する。

Description

関連出願情報
本出願は、２０２１年１月２５日に出願された米国非仮出願第１７／１５７，１９４号および２０２０年１月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／９６６，６７０号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、無線周波数タグに関し、より詳細には、無線周波数後方散乱タグを使用して屋内空間内の物体の位置を特定することに関する。
関連技術の説明
好調な電子商取引業界において競争優位を維持するためには、小売業者が非常に厳しく効率的なサプライチェーンを運営する必要がある。倉庫およびフルフィルメントセンター内の資産のリアルタイム可視性および追跡は、この試みにおいて重要な構成要素を形成し、そのために、費用効果の高い解決策は今日存在しない。無線周波数（ＲＦ）ベースのアクティブ位置確認ソリューション（例えば、超広帯域（ＵＷＢ））は正確な追跡能力（ｌ～２ｍ精度）を提供することができるが、資産上でのスケーラブルな展開には高価である。一方、受動ＲＦタグ（例えば、ＲＦ識別子（ＲＦＩＤ）は費用対効果が高いが、それらは貧弱な位置確認精度をもたらす。
本発明の態様によれば、製品位置特定システムが提供される。このシステムは、励起信号を形成する主搬送波ＲＦ信号を放射するように構成された少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機を含む。このシステムは、製品に関連付けられ、励起信号から超広帯域（ＵＷＢ）信号を生成するように構成された受動ＲＦ後方散乱タグをさらに含む。このシステムはまた、少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機からの励起信号と受動ＲＦ後方散乱タグからのＵＷＢ信号との両方を一度に受信し、それらの間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を計算するように構成された少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む。少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む、複数のＲＦ後方散乱受信機からのＴＤｏＡ情報は、集約されて、受動ＲＦ後方散乱タグが取り付けられる製品の位置を計算する。
本発明の他の態様によれば、製品位置特定方法が提供される。この方法は、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機によって、励起信号を形成する主搬送波ＲＦ信号を放射することを含む。この方法は、さらに、製品に関連付けられた受動ＲＦ後方散乱タグによって、励起信号から超広帯域（ＵＷＢ）信号を生成することを含む。この方法はまた、少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機によって、少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機からの励起信号と受動ＲＦ後方散乱タグからのＵＷＢ信号との両方を一度に受信し、その間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を計算することを含む。少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む、複数のＲＦ後方散乱受信機からのＴＤｏＡ情報は、集約されて、受動ＲＦ後方散乱タグが取り付けられる製品の位置を計算する。
これらおよび他の特徴および利点は、添付の図面に関連して読まれるべき、その例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
本開示は、以下の図面を参照して、好ましい実施形態の以下の説明において詳細を提供する。
本発明の一実施形態による、例示的な計算装置を示すブロック図である。
本発明の一実施形態による、後方散乱支援分散アレイを使用して屋内空間内の物体の位置を特定するための例示的な方法を示す。 本発明の一実施形態による、後方散乱支援分散アレイを使用して屋内空間内の物体の位置を特定するための例示的な方法を示す。
本発明の一実施形態に係る構成例を示すブロック図である。
本発明の一実施形態によるｕＳｈｉｆｔの位置測定解決法を示す図である。
本発明の実施形態は、無線周波数後方散乱タグを使用して、屋内空間内の物体の位置を特定することを目的とする。
１つ以上の実施形態では、低コストの受動ＲＦタグとＵＷＢが提供する高精度な位置特定との両方の利点を結びつけるｕＳｈｉｆｔと呼ばれる新しいＲＦベース位置特定システムが提案される。
ｕＳｈｉｆｔの設計には、ビーコンとして機能するデュアルバンド（ＵＨＦ＋ＵＷＢ）ＲＦトランシーバと、すべての資産にスケーラブルに展開できる受動的（バッテリレス）で低コストのＵＷＢタグとの２つの構成要素が含まれている。ｕＳｈｉｆｔのビーコンは、ＵＨＦ帯域を利用して、より長い距離（より良いカバレッジ）にわたって送信し、そのタグにエネルギーを供給する。ここで、送信信号はその後、ＵＷＢパルス信号に変換され、そのタグによって後方散乱される。ＵＨＦ（送信ビーコンから直接）信号およびＵＷＢ（タグを介して間接的に）信号を受信する他のビーコンでは、これらの信号間の到着時間の差分を利用してタグの位置を推測する。一実施形態では、ｕＳｈｉｆｔの重要な特徴は、送信ビーコンの仮想分散アンテナとしてＲＦ後方散乱チャネルを活用して、そのビーコン間の同期を必要とせずに、そのタグの位置特定を支援することであり、これは、今日のほとんどの位置特定解決法にとって重大な配備および保守の障害である。ｕＳｈｉｆｔは、配備および保守の低コストで資産のリアルタイムかつ正確な追跡の利点を提供し、したがって、多数の業界の業種にまたがる利用を見つける。
図１は、本発明の一実施形態による例示的な計算装置１００を示すブロック図である。計算装置１００は、後方散乱支援分散アレイを使用して屋内空間内の物体の位置を特定するように構成される。
計算装置１００は、限定されるものではないが、コンピュータ、サーバ、ラックベースのサーバ、ブレードサーバ、ワークステーション、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、モバイル計算装置、ウェアラブル計算装置、ネットワークアプライアンス、Ｗｅｂアプライアンス、分散計算システム、プロセッサベースのシステム、および／または消費者電子装置を含む、本明細書に記載する機能を実行することができる任意のタイプの計算またはコンピュータ装置として実施することができる。さらに、または代替として、計算装置１００は、物理的に分離された計算装置の１つまたは複数の計算スレッド、メモリスレッド、または他のラック、スレッド、計算シャーシ、または他の構成要素として実施され得る。図１に示すように、計算装置１００は、例示的に、プロセッサ１１０、入出力サブシステム１２０、メモリ１３０、データ記憶装置１４０、通信サブシステム１５０、および／またはサーバまたは同様の計算装置に一般的に見られる他の構成要素および装置を含む。もちろん、計算装置１００は、他の実施形態では、サーバコンピュータ（例えば、様々な入力／出力デバイス）に一般に見られるような他のまたは追加の構成要素を含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、例示的な構成要素のうちの１つまたは複数は、別の構成要素に組み込まれてもよく、または別の方法で別の構成要素の一部を形成してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、メモリ１３０またはその一部をプロセッサ１１０に組み込むことができる。
プロセッサ１１０は、本明細書に記載する機能を実行することができる任意のタイプのプロセッサとして実施することができる。プロセッサ１１０は、シングルプロセッサ、マルチプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、シングルまたはマルチコアプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、または他のプロセッサまたは処理／制御回路として具現化されてもよい。
メモリ１３０は、本明細書で説明する機能を実行することができる任意のタイプの揮発性または不揮発性メモリまたはデータ記憶装置として実施することができる。動作において、メモリ１３０は、オペレーティングシステム、アプリケーション、プログラム、ライブラリ、ドライバなど、計算装置１００の動作中に使用される様々なデータおよびソフトウェアを記憶することができる。メモリ１３０は、Ｉ／Ｏサブシステム１２０を介してプロセッサ１１０に通信可能に結合され、これは、プロセッサ１１０、メモリ１３０、および計算装置１００の他の構成要素との入出力操作を容易にするための回路および／または構成要素として具現化され得る。例えば、Ｉ／Ｏサブシステム１２０は、メモリコントローラハブ、入力／出力制御ハブ、プラットフォームコントローラハブ、集積制御回路、ファームウェア装置、通信リンク（例えば、ポイントツーポイントリンク、バスリンク、ワイヤ、ケーブル、光ガイド、プリント回路基板トレースなど）、および／または入力／出力動作を容易にするための他の構成要素およびサブシステムとして具現化されてもよく、またはそうでなければそれらを含んでもよい。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏサブシステム１２０は、システムオンチップ（ＳＯＣ）の一部を形成し、プロセッサ１１０、メモリ１３０、および計算装置１００の他の構成要素とともに、単一の集積回路チップ上に組み込まれ得る。
データ記憶装置１４０は、例えば、メモリ装置および回路、メモリカード、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、または他のデータ記憶装置などの、データの短期または長期記憶のために構成された任意のタイプの装置または複数の装置として具現化され得る。データ記憶装置１４０は、後方散乱分散アレイを使用して屋内空間内の物体の位置を特定するためのプログラムコードを記憶することができる。計算装置１００の通信サブシステム１５０は、ネットワークを介して計算装置１００と他のリモート装置との間の通信を可能にすることができる、任意のネットワークインターフェースコントローラまたは他の通信回路、装置、またはそれらの集合として実施することができる。通信サブシステム１５０は、任意の１つ以上の通信技術（例えば、有線または無線通信）および関連プロトコル（例えば、イーサネット（登録商標）、ＩｎｆｉｎｉＢａｎｄ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）など）を使用して、そのような通信を行うように構成されてもよい。
図示のように、計算装置１００は、１つまたは複数の周辺装置１６０を含むこともできる。周辺装置１６０は、任意の数の追加の入力／出力装置、インタフェース装置、および／または他の周辺装置を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、周辺装置１６０は、ディスプレイ、タッチスクリーン、グラフィック回路、キーボード、マウス、スピーカシステム、マイクロフォン、ネットワークインタフェース、および／または他の入力／出力装置、インタフェース装置、および／または周辺装置を含むことができる。
もちろん、計算装置１００は、当業者によって容易に企図されるように、他の要素（図示せず）を含むこともでき、特定の要素を省略することもできる。例えば、当業者によって容易に理解されるように、様々な他の入力装置および／または出力装置を、同じものの特定の実装に応じて、計算装置１００に含めることができる。例えば、様々なタイプの無線および／または有線の入力および／または出力装置を使用することができる。さらに、様々な構成の追加のプロセッサ、コントローラ、メモリなどを利用することもできる。処理システム１００のこれらおよび他の変形は、本明細書で提供される本発明の教示を与えられれば、当業者によって容易に企図される。
本明細書で採用されるように、「ハードウェアプロセッササブシステム」または「ハードウェアプロセッサ」という用語は、１つ以上の特定のタスクを実行するために協働するプロセッサ、メモリ（ＲＡＭ、キャッシュなどを含む）、ソフトウェア（メモリ管理ソフトウェアを含む）またはそれらの組み合わせを指すことができる。有用な実施形態では、ハードウェアプロセッササブシステムは、１つまたは複数のデータ処理要素（例えば、論理回路、処理回路、命令実行デバイスなど）を含むことができる。１つまたは複数のデータ処理要素は、中央処理ユニット、画像処理ユニットおよび／または別個のプロセッサまたは計算要素ベースのコントローラ（たとえば、論理ゲートなど）に含めることができる。ハードウェアプロセッササブシステムは、１つ以上のオンボードメモリ（例えば、キャッシュ、専用メモリアレイ、読み出し専用メモリなど）を含むことができる。いくつかの実施形態では、ハードウェアプロセッササブシステムは、オンボードまたはオフボードにすることができるか、またはハードウェアプロセッササブシステム（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、基本入出力システム（ＢＩＯＳ）など）によって使用するために専用にすることができる１つ以上のメモリを含むことができる。
ある実施形態では、ハードウェアプロセッササブシステムは、１つ以上のソフトウェア要素を含むことができ、実行することができる。１つ以上のソフトウェア要素は、特定の結果を達成するために、オペレーティングシステムおよび／または１つ以上のアプリケーションおよび／または特定のコードを含むことができる。
他の実施形態では、ハードウェアプロセッササブシステムは、指定された結果を達成するために１つまたは複数の電子処理機能を実行する専用の専用回路を含むことができる。そのような回路は、１つまたは複数のアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）、ＦＰＧＡ、および／またはＰＬＡを含むことができる。
ハードウェアプロセッササブシステムのこれらおよび他の変形もまた、本発明の実施形態に従って企図される。
図２および図３は、本発明の一実施形態による、後方散乱支援分散アレイを使用して屋内空間内の物体の位置を特定するための例示的な方法２００を示す。
ブロック２１０では、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機によって、励起信号を形成する主搬送波ＲＦ信号を放射する。
一実施形態では、ブロック２１０は、ブロック２１０Ａを含むことができる。
ブロック２１０Ａでは、少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機が、励起信号を生成するための少なくとも１つの超高周波ＲＦインタフェースを有するように構成する。
ブロック２２０では、製品に関連付けられた受動ＲＦ後方散乱タグによって、励起信号から超広帯域（ＵＷＢ）信号を生成する。
一実施形態では、ブロック２２０は、ブロック２２０Ａおよび２２０Ｂのうちの１つまたは複数を含むことができる。
ブロック２２０Ａでは、受動ＲＦ後方散乱タグによって、バックオフ方式を使用してタイムスロットを選択し、直交符号を使用してＵＷＢ信号を符号化してそこから送信を開始する。
ブロック２２０Ａでは、受動ＲＦ後方散乱タグによって、少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機から後方散乱信号を受信し始めると、そこからＵＷＢ信号を送信し始める。
ブロック２３０では、少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機によって、少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機からの励起信号と受動ＲＦ後方散乱タグからのＵＷＢ信号との両方を一度に受信し、それらの間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を計算する。一実施形態では、共通クロックを使用してＴＤｏＡを計算することができる。すなわち、少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機は、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機からの励起信号と、受動ＲＦ後方散乱タグからの後方散乱信号との間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を、共通のクロックを用いて計算する。
一実施形態では、ブロック２３０は、ブロック２３０Ａ～２３０ＣＢのうちの１つまたは複数を含むことができる。
ブロック２３０Ａでは、受動ＲＦ後方散乱タグからＵＷＢ信号を受信するためのＵＷＢインタフェースを有するように、少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を構成する。
ブロック２３０Ｂでは、高周波ＲＦインタフェースとＵＷＢインタフェースとを同期させる。
ブロック２３０Ｃでは、受動ＲＦ後方散乱タグによって、励起信号をターゲットＵＷＢ搬送波信号に変換し、ターゲットＵＷＢ搬送波信号を、一連のインパルスを含むターゲットベースバンドＵＷＢ信号で符号化する。
ブロック２４０では、少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む複数のＲＦ後方散乱受信機からのＴＤｏＡ情報を集約して、受動ＲＦ後方散乱タグが取り付けられている製品の位置を計算する。
一実施形態では、ブロック２４０は、ブロック２４０Ａを含むことができる。
ブロック２４０Ａでは、集約されたＴＤｏＡ情報にマルチラテレーション技法を適用して、受動ＲＦ後方散乱タグの位置を計算する。
ｕＳｈｉｆｔ：１つの例示的な実施形態による提案されたアプローチ。
典型的には、受動ＲＦタグが資産の位置特定のために使用されるとき、それらの厳しいエネルギー制限は、それらがアンカービーコンを用いて双方向レンジング動作を実行することを妨げる。このような場合、位置特定は、受動タグが、複数のアンカービーコンによって受信される一方向信号を送信することを可能にすることによって達成され、次いで、複数の同期ビーコンにわたる到着時間差（ＴＤｏＡ）が、タグの位置を特定するために集合的に使用される。本質的に、（ＴＷＲを介して達成される）タグと個々のアンカービーコンとの間で必要とされる同期の負担は、（タグにおけるＴＷＲ能力の代わりに）アンカービーコンにわたる同期の必要性にシフトされる。
ｕＳｈｉｆｔの設計。
ｕＳｈｉｆｔの新規設計には、これらの課題を克服するための２つの構成要素、すなわち、静的（アンカー）ビーコンとして機能するデュアルバンド（ＵＨＦ＋ＵＷＢ）アクティブＲＦトランシーバと、図４に示すように、すべての静的および移動資産上にスケーラブルに展開できる受動（バッテリレス）、低コストの超広帯域（ＵＷＢ）タグが含まれる。図４は、本発明の一実施形態による例示的な構成４００を示すブロック図である。ｕＳｈｉｆｔのビーコン４１０は、超高周波（ＵＨＦ）帯（より高い電力）を利用して、より長い距離（より良いカバレッジ）にわたって送信し、そのタグ４２０にエネルギーを送る。ここで、送信信号は、次に、タグ４２０においてＵＷＢパルス信号に変換され、それによって後方散乱される。ＵＨＦ（送信ビーコンから直接）およびＵＷＢ（タグを介して間接的に）信号を受信する他のビーコン４３０は、これらの信号間の到着時間差（ＴＤｏＡ）をビーコンの各々において局所的に利用して、タグ４２０の位置を集合的に推測する。
受信ビーコンは、共通のクロックによってローカルに同期されたそれらのデュアル無線（ＵＷＦおよびＵＷＢ）を有し、これにより、ＴＤｏＡは、両方の無線にわたって均一で高解像度を有することが可能になる。送信ビーコンは、プロセスのエネルギーハーベスティングフェーズと後方散乱フェーズとを区別するために異なるＵＨＦ信号を使用することができる－特定のＵＨＦ信号を使用することは、タグがその後方散乱操作を開始するための指標となり得、また、そのＴＤｏＡ推定のためにどの信号を使用すべきかを受信ビーコンに示す。
タグの位置特定中のｕＳｈｉｆｔにおける動作のシーケンスは、以下の通りである。ｕＳｈｉｆｔは、３Ｄ位置特定のために機能するが、議論を容易にするために、２Ｄ位置特定の実施例を考察する。ビーコンｉ∈Ｂの既知の位置（ｘi；ｙi）に環境に配備されているｎ個の静的ビーコン（ｓｅｔ Ｂ）を使用して、資産上のターゲットタグが不明な場所位置（ｘa；ｙa）にあるとする。ビーコンｉとタグａがそれぞれ送信し、ビーコンｊで受信したＵＨＦとＵＷＢの信号の間のＴＤｏＡをｔijとする。ｉを送信ビーコンとして、ｊ∈Ｂ＼ｉを受信ビーコンとして、次の式体系が良い、すなわち、
Figure 2023509130000002
 ここで、ｒijはビーコンｉとｊとの間の距離（それらの位置からわかる）、Ｃは光の速度である。上の式は、２つの信号がそれらのＴＤｏＡに関してとる経路の範囲の差を捉えている。上記の一連の方程式によって、唯一の未知、すなわちタグの位置（ｘa；ｙa）は、標準的な二次最適化手法を用いて推測することができる。
ビーコンの自動校正。
アンカービーコンの位置は、典型的には、配備中に知られていると仮定されるが、これは、潜在的に、シームレス操作のための負担をもたらす可能性がある。具体的には、これは、何らかの理由（例えば、建設、改修など）でビーコンが配置されている場所を正確に記録し、また、ビーコンがその場所から移動された場合に、ビーコンの場所を絶えず追跡し、更新することを要する。これらは、位置特定解決法の（環境変化に対する）配備および適応、したがってその採用に対する潜在的な障害となり得る退屈な要件である。
ｕＳｈｉｆｔは、ビーコンの自動構成を可能にすることによって、そのような要件の必要性を回避することができる。これは、異なる対のビーコン間のオンデマンドＵＷＢ測距（ＴＷＲ）推定（ｒij）を行うことにより、与えられた参照ビーコンに関してすべてのビーコンの位置を自動的に決定することにより達成される。本質的に、ビーコンの様々な対の間でレンジ推定をインテリジェントに実行することによって、ｕＳｈｉｆｔは、すべてのビーコンによって形成されるトポロジ、したがって、（原点としての）基準ビーコンに対するそれらの位置（ｘi；ｙi）を共同で推論することができる。
タグのスケーラブルなカバレッジと複数アクセス。
ｕＳｈｉｆｔにおける重要な革新は、ＲＦ後方散乱チャネルを送信ビーコンの仮想分散アンテナとして活用して、そのビーコン間のいかなる同期も必要とせずに、そのタグの位置特定を支援することであり、これは、今日のほとんどの位置特定解決法にとって重大な配備および保守の障害である。実際、ビーコンにわたる同期の排除は、ビーコンの各々が送信機としてシームレスに交替することを可能にし（一方、近隣の他のビーコンは受信機として働く）、それによって、環境の異なる領域内のタグを照明し、それらを高度にスケーラブルな方法で位置特定する。
一実施形態では、ｕＳｈｉｆｔの操作は、図５に示すように、ハーベスティングフェーズ５１０と、それに続く後方散乱フェーズ５２０との２つのフェーズを含む。図５は、本発明の一実施形態によるｕＳｈｉｆｔの位置特定解決法５００を示す図である。後方散乱フェーズは、複数のラウンドから構成される。送信ビーコンが近隣の複数のタグを照射すると（ハーベスティングフェーズ）、タグの各々は、送信ビーコンと共に仮想的な２アンテナ分散アレイを形成し、その局所化を補助する。複数のタグからの同時後方散乱は、後方散乱フェーズ中に受信ビーコンにおいて衝突をもたらす可能性があるので、２つのメカニズムがｕＳｈｉｆｔにおいて使用される：（ｉ）各タグは、それが後方散乱のラウンド３３０に参加すべきかどうかを確率的に決定する（異なるラウンドへのタグのアクセスを分配することを可能にする）；および（ｉｉ）各タグは、後方散乱中にそのＵＷＢパルスを符号化するために異なる直交符号を使用する。従って、与えられた後方散乱ラウンドに関与するタグの集合の中でさえ、それらの直交パルスシーケンスを受信ビーコンで微分することができ、そして適切なＴＤｏＡｓを異なるタグに対して推定することができる。
使用事例。
配備および保守の低コストで資産のリアルタイムかつ正確な追跡の利点を提供することによって、ｕＳｈｉｆｔは、多数の業界の業種にまたがる適用を見つける。
倉庫およびフルフィルメントセンター：機器、ツール、車両、クレートなどのいくつかの資産は、日常の運営に使用され、それらの利用可能性および使用についてリアルタイムで追跡される必要がある。これは、センター全体の効率的な運転に直接的な影響を与える。
イベントセンター：コンベンションセンター、スポーツ会場、スタジアムなどのイベントセンターは、ｕＳｈｉｆｔの低コストの受動タグを活用して、ＧＰＳが拒否された環境においてリアルタイムでセキュリティ人員を追跡することができる。さらに、博物館、動物園、遺産サイトなどの観光センターは、顧客のチケット（パス）に添付されたｕＳｈｉｆｔのタグを活用して、それらの位置に基づいてそれらのスマートデバイス（電話、ウェアラブルなど）に関する適切な情報を配信することができる。
産業オートメーション：地上ロボット、マイクロＵＡＶなどの自律システムは、産業オートメーションにおいて価値をもたらし始めている。ｕＳｈｉｆｔのタグは、屋内でのナビゲーションを支援するために、そのような自律システムに取り付けることができる。
店舗フロント：ｕＳｈｉｆｔのタグは、店舗フロントで宝飾品、バッグ、電子機器などの高価値品目を追跡するために使用することもできる。これは、誤って配置された品目を追跡すること、ならびに購入されずに店の周辺を越えた品目を検出することを助けることができる。
本発明は、任意の可能な技術的詳細レベルの統合におけるシステム、方法、および／またはコンピュータプログラム製品とすることができる。コンピュータプログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラム命令を有するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含み得る。
コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、命令実行装置によって使用される命令を保持し記憶することができる有形装置であってもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えば、電子記憶装置、磁気記憶装置、光記憶装置、電磁記憶装置、半導体記憶装置、または前述の任意の適切な組合せとすることができるが、これらに限定されない。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストには、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブルコンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、メモリスティック、フロッピーディスク、パンチカードまたは記録された命令を持つ溝内の隆起した構造物等の機械的に符号化された装置、および上記の任意の適切な組み合わせが含まれる。本明細書で使用されるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、電波または他の自由に伝播する電磁波、導波管または他の伝送媒体（例えば、光ファイバケーブルを通過する光パルス）を通って伝播する電磁波、またはワイヤを通って伝送される電気信号など、それ自体が一時的な信号であると解釈されるべきではない。
本明細書に記載するコンピュータ読み取り可能なプログラム命令は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体から、またはネットワーク、例えば、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワークおよび／または無線ネットワークを介して、外部コンピュータまたは外部記憶装置に、それぞれの演算／処理装置にダウンロードすることができる。ネットワークは、銅線伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ、および／またはエッジサーバを含むことができる。各演算／処理装置内のネットワークアダプタカードまたはネットワークインタフェースは、ネットワークからコンピュータ読み取り可能なプログラム命令を受信し、それぞれの演算／処理装置内のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶するために、コンピュータ読み取り可能なプログラム命令を転送する。
本発明の操作を実行するためのコンピュータ読み取り可能なプログラム命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、または、ＳＭＡＬＬＴＡＬＫ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または類似のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかであり得る。コンピュータ読み取り可能なプログラム命令は、ユーザのコンピュータ上で、部分的にはユーザのコンピュータ上で、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとして、部分的にはユーザのコンピュータ上で、部分的にはリモートのコンピュータ上で、または全体的にはリモートのコンピュータまたはサーバ上で実行することができる。後者のシナリオでは、遠隔コンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続されてもよく、または（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータに接続されてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、プログラマブル論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実行するために、電子回路をパーソナル化するためにコンピュータ読み取り可能なプログラム命令の状態情報を利用することによって、コンピュータ読み取り可能なプログラム命令を実行することができる。
本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して本明細書で説明される。フローチャート図および／またはブロック図の各ブロック、ならびにフローチャート図および／またはブロック図のブロックの組合せは、コンピュータ読み取り可能なプログラム命令によって実装できることを理解されたい。
これらのコンピュータ読み取り可能なプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供されて、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで指定された機能／動作を実装するための手段を作成するように、機械を生成することができる。これらのコンピュータ読み取り可能なプログラム命令はまた、コンピュータ、プログラマブルデータ処理装置、および／または他のデバイスが特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されてもよく、その結果、その中に格納された命令を有するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで指定された機能／動作の態様を実装する命令を含む製造品を備える。
コンピュータ読み取り可能なプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他のデバイス上にロードされて、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上で実行される命令が、フローチャートおよび／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで指定された機能／動作を実装するように、一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上で実行させて、コンピュータ実装プロセスを生成することができる。
図中のフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能命令を備える、モジュール、セグメント、または命令の一部を表すことができる。一部の代替実装では、ブロックに記載されている機能が図に記載されている順序外で発生する場合がある。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されてもよく、または、ブロックは、含まれる機能に応じて、時には逆の順序で実行されてもよい。また、ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、ならびにブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、指定された機能または動作を実行するか、または特殊目的ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する特殊目的ハードウェアベースのシステムによって実装され得ることにも留意されたい。
本明細書において、本発明の「一実施形態」又は「一実施形態」とは、その他の変形例と同様に、その実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、特性等が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれることを意味するものであり、「一実施形態において」又は「一実施形態において」の語句の出現、並びに本明細書全体の様々な箇所に出現する他の変形例は、必ずしも全て同一の実施形態を意味するものではない。
以下の「／」、「および／または」、および「少なくとも１つ」、例えば、「Ａ／Ｂ」、「Ａおよび／またはＢ」、および「ＡおよびＢの少なくとも１つ」のいずれかの使用は、第１のリストされた実施例（Ａ）のみの選択、または第２のリストされた実施例（Ｂ）のみの選択、または両方の実施例（ＡおよびＢ）の選択を包含することが意図されることを理解されたい。さらなる例として、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」、および「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つ」の場合、このような句は、第１のリストされた実施例（Ａ）のみの選択、または第２のリストされた実施例（Ｂ）のみの選択、または第３のリストされた実施例（Ｃ）のみの選択、または第１および第２のリストされた実施例（ＡおよびＢ）のみの選択、または 第１および第３のリストされた実施例（ＡおよびＣ）のみの選択、または第２および第３のリストされた実施例（ＢおよびＣ）のみの選択、または３つすべての実施例（ＡおよびＢおよびＣ）の選択を包含することを意図する。これは、当業者には容易に明らかなように、列挙された項目の数だけ拡張することができる。
上記は、あらゆる点で例示的かつ例示的であるが、限定的ではないと理解されるべきであり、本明細書に開示される本発明の範囲は、詳細な説明からではなく、むしろ特許法によって許容される全範囲に従って解釈されるような特許請求の範囲から決定されるべきである。本明細書に示され、説明された実施形態は、本発明の例示にすぎず、当業者は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な修正を実施することができることを理解されたい。当業者は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な他の特徴の組み合わせを実施することができる。このように、本発明の態様を、特許法によって要求される詳細および特殊性と共に説明してきたが、特許状によって保護されることが請求され、望まれるものは、添付の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (20)

  1. 製品位置特定システムであって、
    励起信号を形成する主搬送波ＲＦ信号を放射するように構成された少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機（４１０）と、
    製品に関連付けられ、前記励起信号から超広帯域（ＵＷＢ）信号を生成するように構成された受動ＲＦ後方散乱タグ（４２０）と、
    前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機からの前記励起信号と前記受動ＲＦ後方散乱タグからの前記ＵＷＢ信号との両方を一度に受信し、それらの間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を計算するように構成された少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機（４３０）とを有し、
    前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む、複数のＲＦ後方散乱受信機からのＴＤｏＡ情報は、集約されて、前記受動ＲＦ後方散乱タグが取り付けられる前記製品の位置を計算する製品位置特定システム。
  2. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機（４１０）および前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機（４３０）は、前記励起信号を生成するための少なくとも１つの超高周波ＲＦインタフェースと、前記受動ＲＦ後方散乱タグ（４２０）から前記ＵＷＢ信号を受信するためのＵＷＢインタフェースとをそれぞれ有する、請求項１に記載の製品位置特定システム。
  3. 前記高周波ＲＦインタフェースと前記ＵＷＢインタフェースとは、同期される、請求項２に記載の製品位置特定システム。
  4. 前記受動ＲＦ後方散乱タグ（４２０）は、前記励起信号をターゲットＵＷＢ搬送波信号に変換し、前記ターゲットＵＷＢ搬送波信号を、一連のインパルスを含むターゲットベースバンドＵＷＢ信号で符号化する、請求項１に記載の製品位置特定システム。
  5. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機（４３０）は、前記少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機からの前記励起信号と、前記受動ＲＦ後方散乱タグからの後方散乱信号との間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を、共通のクロックを使用して計算する、請求項１に記載の製品位置特定システム。
  6. 異なるＲＦ後方散乱送信機（４１０）が異なる時間に励起信号を送出して、異なる配備領域内の受動ＲＦ後方散乱タグを起動する、請求項１に記載の製品位置特定システム。
  7. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機（４１０）が、まず、前記受動ＲＦ後方散乱タグによるエネルギーハーベスティングに使用されるハーベスティング信号を送信し、次いで、後方散乱信号を送信してタグ送信を開始する、請求項６に記載の製品位置特定システム。
  8. 前記受動ＲＦ後方散乱タグ（４２０）は、前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機から前記後方散乱信号を受信し始めると、そこから前記ＵＷＢ信号を送信し始める、請求項７に記載の製品位置特定システム。
  9. 前記受動ＲＦ後方散乱タグ（４２０）が、バックオフ方式を使用してタイムスロットを選択し、直交符号を使用して前記ＵＷＢ信号を符号化して送信を開始する、請求項１に記載の製品位置特定システム。
  10. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む、複数のＲＦ後方散乱受信機からの前記受動ＲＦ後方散乱タグ（４２０）のＴＤｏＡ計算が、集約され、それに適用されるマルチラテレーション技術が、前記受動ＲＦ後方散乱タグの位置を計算する、請求項１に記載の製品位置特定システム。
  11. 製品位置特定方法であって、
    少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機によって、励起信号を形成する主搬送波ＲＦ信号を放射すること（２１０）と、
    製品に関連付けられた受動ＲＦ後方散乱タグによって、前記励起信号から超広帯域（ＵＷＢ）信号を生成すること（２２０）と、
    少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機によって、前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機からの前記励起信号と前記受動ＲＦ後方散乱タグからの前記ＵＷＢ信号との両方を一度に受信して（２３０）、それらの間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を計算することとを含み、
    前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む、複数のＲＦ後方散乱受信機からのＴＤｏＡ情報は、集約され（２４０）、前記受動ＲＦ後方散乱タグが取り付けられる前記製品の位置を計算する製品位置特定方法。
  12. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機が、前記励起信号を生成するための少なくとも１つの超高周波ＲＦインタフェースを有するように構成すること（２１０Ａ）と、
    前記受動ＲＦ後方散乱タグから前記ＵＷＢ信号を受信するためのＵＷＢインタフェースを有するように前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を構成することとをさらに含む、請求項１に記載の製品位置特定方法。
  13. 前記高周波ＲＦインタフェースと前記ＵＷＢインタフェースとを同期させること（２３０Ｂ）をさらに含む、請求項１２に記載の製品位置特定方法。
  14. 前記受動ＲＦ後方散乱タグによって、前記励起信号をターゲットＵＷＢ搬送波信号に変換すること（２３０Ｃ）と、
    前記ターゲットＵＷＢ搬送波信号を、一連のインパルスを含むターゲットベースバンドＵＷＢ信号で符号化すること（２３０Ｃ）とをさらに含む、請求項１１に記載の製品位置特定方法。
  15. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機が、前記少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）後方散乱送信機からの前記励起信号と、前記受動ＲＦ後方散乱タグからの後方散乱信号との間の到着時間差（ＴＤｏＡ）を、共通のクロックを使用して計算する、請求項１１に記載の製品位置特定方法。
  16. 異なるＲＦ後方散乱送信機が異なる時間に励起信号を送出して、異なる配備領域内の受動ＲＦ後方散乱タグを起動する、請求項１１に記載の製品位置特定方法。
  17. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機によって、前記受動ＲＦ後方散乱タグによるエネルギーハーベスティングに使用されるハーベスティング信号を送信することと、
    前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機によって、後方散乱信号を送信して、タグ送信を開始することとをさらに含む、請求項１６に記載の製品位置特定方法。
  18. 前記受動ＲＦ後方散乱タグは、前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱送信機から前記後方散乱信号を受信し始めると、そこから前記ＵＷＢ信号を送信し始める、請求項１７に記載の製品位置特定方法。
  19. 前記受動ＲＦ後方散乱タグは、バックオフ方式を使用してタイムスロットを選択し、直交符号を使用して前記ＵＷＢ信号を符号化して送信を開始する、請求項１１に記載の製品位置特定方法。
  20. 前記少なくとも１つのＲＦ後方散乱受信機を含む、複数のＲＦ後方散乱受信機からの前記受動ＲＦ後方散乱タグの前記ＴＤｏＡ計算が、集約され、それに適用されるマルチラテレーション技術が、前記受動ＲＦ後方散乱タグの位置を計算する、請求項１１に記載の製品位置特定方法。
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