TWI504918B - 可定位分布式天線系統及運作方法 - Google Patents

Description

可定位分布式天線系統及運作方法

本發明是有關於一種分布式天線系統，且特別是有關於一種可定位分布式天線系統及其運作方法。

無線射頻辨識系統由三大部份所組成：讀取器(Reader)、天線(Antenna)及電子標籤(Tag)。讀取器一般具有一到八個天線輸出埠，最常見的為四個輸出埠，而每一輸出埠於終端連接一天線，讀取器將所要傳達給電子標籤的資訊透過天線輻射傳遞，也透過天線接收電子標籤所回應之訊息，讀取器可藉由天線的埠號得知電子標籤被哪支天線讀取到，若根據天線的輻射距離劃分區域，便能得知電子標籤所處區域位置。

但在停車場管理、機櫃管理、主動式定位或貨物管理等應用當中，為了將系統完全整合且涵蓋更多辨識區域必須架設分布式的室內微型基地台，其天線本身感應範圍有限，若要增加或延長感應範圍，便需要增加天線數量。同樣的也需大量增加讀取器的數量，而為了解決讀取器的 數量問題，習知技術提出以無線交換機(RF switch)、分波器(RF splitter)及漏波電纜(Leaky wave antenna)等解決方案。

其中無線交換機原理是藉由靜電驅動而使得機械結構產生吸附(Pull-In)現象，進而控制信號傳輸之開放或閉合。因此，可將一個讀取器的輸出埠先接到無線交換機輸入端，利用控制不同輸出埠開放或閉合的功能，達到連接多支天線目的。但讀取器的輸出埠須連接大量的同軸電纜線到分支的天線，導致成本高且施工不易的缺點，並且對於讀取器而言，不同的分支天線還是屬於同一輸出埠。因此由無線交換機所回傳之電子標籤訊號，都屬於同一讀取器之輸出埠，讀取器無法分辨電子標籤的區域位置。

分波器可將輸入訊號能量一分為二，甚至一分為多。因此，讀取器的單一輸出埠可經由分波器將能量連接至多支天線。但其缺點是每支天線所接收的能量均遠小於讀取器輸出之能量，並且對於讀取器而言還是屬於同一輸出埠，同樣無法辨識電子標籤的區域位置。

漏波電纜作法是在連接讀取器及天線的同一條同軸電纜上選擇適當位置開孔，使得能量可以從開孔處釋放，進而與電子標籤通訊，因只架設一條同軸電纜線，佈署容易且系統成本便宜。但其缺點是同軸電纜每開一個孔，便會造成能量不匹配(miss match)的情形，甚至導致能量損失，因此當同軸電纜的越後端開孔處其能量越變遞減。此外，對於讀取器而言天線的訊號還是屬於同一輸出 埠，無法辨識電子標籤的區域位置。

因此，針對習知技術無法辨識電子標籤的區域位置之問題，本發明提供一種可定位分布式天線系統。

依據本發明一實施方式是在提供一種可定位分布式天線系統，其係用以連接於一讀取器，可定位分布式天線系統包含一耦合器、一定位無線射頻晶片、一無線射頻交換器以及一天線。耦合器電性連接輸出埠，用以傳輸一天線訊號。定位無線射頻晶片電性連接耦合器，定位無線射頻晶片具有一定位標籤碼用以供讀取器讀取，且定位無線射頻晶片輸出一開關訊號。無線射頻交換器電性連接定位無線射頻晶片及耦合器，無線射頻交換器接受開關訊號並進行開關動作。天線電性連接無線射頻交換器，用以傳輸天線訊號。

依據本發明一實施方式是在提供一種可定位分布式天線系統，其係用以連接於一讀取器，可定位分布式天線系統包含一第一天線端及一第二天線端。第一天線端包含一第一耦合器、一第一定位無線射頻晶片、一第一無線射頻交換器以及一第一天線。第一耦合器電性連接讀取器，用以傳輸一天線訊號。第一定位無線射頻晶片電性連接第一耦合器，第一定位無線射頻晶片輸出一第一開關訊號，且第一定位無線射頻晶片具有一第一定位標籤碼用以供讀取器讀取。第一無線射頻交換器電性連接第一定位無 線射頻晶片及第一耦合器，第一無線射頻交換器接受第一開關訊號並進行開關動作。第一天線電性連接第一無線射頻交換器，用以傳輸天線訊號。第二天線端包含一第二耦合器、一第二定位無線射頻晶片、一第二無線射頻交換器及一第二天線。第二耦合器電性連接第一無線射頻交換器，用以傳輸天線訊號。第二定位無線射頻晶片電性連接第二耦合器，第二定位無線射頻晶片輸出一第二開關訊號，且第二定位無線射頻晶片具有一第二定位標籤碼用以供讀取器讀取。第二無線射頻交換器電性連接第二定位無線射頻晶片及第二耦合器，第二無線射頻交換器接受第二開關訊號並進行開關動作。第二天線電性連接第二無線射頻交換器，用以傳輸天線訊號。

根據本發明一實施例，上述可定位分布式天線系統更包含一第一傳輸電纜及一第二傳輸電纜，第一傳輸電纜連接讀取器之一輸出埠及第一天線端。第二傳輸電纜連接第一天線端及第二天線端。且可定位分布式天線系統更包含一第三天線端及一第三傳輸電纜，第三天線端包含一第三耦合器、一第三定位無線射頻晶片、一第三無線射頻交換器及一第三天線。第三耦合器電性連接第二無線射頻交換器，用以傳輸天線訊號。第三定位無線射頻晶片電性連接第三耦合器，第三定位無線射頻晶片輸出一第三開關訊號，且第三定位無線射頻晶片具有一第三定位標籤碼用以供讀取器讀取。第三無線射頻交換器電性連接第三定位無線射頻晶片及第三耦合器，第三無線射頻交換器接受第三 開關訊號並進行開關動作。第三天線電性連接第三無線射頻交換器，用以傳輸天線訊號。且第一傳輸電纜、第二傳輸電纜及第三傳輸電纜係可採同軸電纜、雙絞線或光纖形式。第二定位無線射頻晶片及第三定位無線射頻晶片係可採SPI、I² C、UART或GPIO介面，以有線連接方式分別與第二無線射頻交換器及第三無線射頻交換器連接。

依據本發明另一實施方式是在提供一種可定位分布式天線系統，其包含一讀取器、複數天線端及複數傳輸電纜。讀取器包含一程式控制單元及複數輸出埠，程式控制單元用以輸出一命令訊號，輸出埠用以傳輸複數天線訊號及命令訊號。各天線端包含一耦合器、一定位無線射頻晶片、一天線及一無線射頻交換器。耦合器電性連接輸出埠，用以傳輸其中對應之一天線訊號及命令訊號。定位無線射頻晶片電性連接耦合器，定位無線射頻晶片具有一定位標籤碼用以供讀取器讀取，且定位無線射頻晶片接收命令訊號產生一開關訊號。天線用以傳輸天線訊號於外部一電子標籤。無線射頻交換器電性連接定位無線射頻晶片、耦合器及天線，無線射頻交換器包含一第一無線射頻接腳及一第二無線射頻接腳，第一無線射頻接腳用以電性連接天線，第二無線射頻接腳用以電性連接下一級之其中一天線端，且第一無線射頻接腳及第二無線射頻接腳接受開關訊號並開關動作。傳輸電纜用以連接讀取器之各輸出埠及各天線端並傳輸命令訊號及天線訊號。

根據本發明一實施例，上述各傳輸電纜係可採同軸 電纜、雙絞線或光纖形式。且各定位無線射頻晶片係可採SPI、I² C、UART或GPIO介面，以有線連接方式分別與各無線射頻交換器連接。

依據本發明再一實施方式是在應用上述可定位分布式天線系統之運作方法，其步驟包含：使讀取器之其中一輸出埠輸出命令訊號，遮罩其中一天線端之定位無線射頻晶片。使定位無線射頻晶片輸出開關訊號，關閉無線射頻交換器之第二無線射頻接腳，並開啟第一無線射頻接腳，使天線輸出天線訊號至外部之電子標籤。使天線接收外部電子標籤回傳之天線訊號，讀取器藉由定位無線射頻晶片之定位標籤碼定位外部之電子標籤之位置。

由上述各實施方式及各實施例，可得知本發明之可定位分布式天線系統，其於同一傳輸電纜上之各天線端設置一定位無線射頻晶片，藉此當天線傳輸電子標籤回傳之天線訊號時，讀取器可利用定位無線射頻晶片之定位標籤碼辨識天線之位置，進而可定位電子標籤之位置。

100‧‧‧可定位分布式天線系統

110‧‧‧讀取器

111‧‧‧程式控制單元

112‧‧‧輸出埠

120‧‧‧天線端

121‧‧‧耦合器

122‧‧‧定位無線射頻晶片

122A、124C‧‧‧輸出入介面

123‧‧‧天線

124‧‧‧無線射頻交換器

124A‧‧‧第一無線射頻接腳

124B‧‧‧第二無線射頻接腳

130‧‧‧傳輸電纜

S_A ‧‧‧天線訊號

S_C ‧‧‧命令訊號

S_W ‧‧‧開關訊號

210~230‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施方式的一種可定位分布式天線系統之示意圖。

第2圖係繪示第1圖的可定位分布式天線系統的天線端之示意圖。

第3圖係繪示運作第1圖及第2圖的可定位分布式天線系統之流程圖。

請參照第1圖及第2圖，其係繪示依照本發明一實施方式的一種可定位分布式天線系統之示意圖及其天線端之示意圖。可定位分布式天線系統100包含一讀取器110、複數天線端120及複數傳輸電纜130。

讀取器110包含一程式控制單元111及複數輸出埠112，程式控制單元111用以輸出一天線訊號S_A 及一命令訊號S_C ，輸出埠112用以傳輸天線訊號S_A 及命令訊號S_C 。

各天線端120包含一耦合器121、一定位無線射頻晶片122、一天線123及一無線射頻交換器124。其中耦合器121電性連接輸出埠112，用以傳輸其中對應之天線訊號S_A 及命令訊號S_C 。定位無線射頻晶片122電性連接耦合器121，定位無線射頻晶片122本身具有定位標籤碼用以供讀取器110讀取，定位無線射頻晶片122具有一輸出入介面122A，且定位無線射頻晶片122接收命令訊號S_C 產生一開關訊號S_W ，藉由輸出入介面122A傳輸。天線123用以傳輸天線訊號S_A 於外部一電子標籤200，且耦合器121利用耦合方式提供定位無線射頻晶片122能量，且耦合器121並不影響輸出埠112輸出之電磁波能量。無線射頻交換器124電性連接定位無線射頻晶片122、耦合器121及天線123，無線射頻交換器124包含一第一無線射頻接腳124A、 一第二無線射頻接腳124B及一輸出入介面124C，第一無線射頻接腳124A用以電性連接天線123，第二無線射頻接腳124B用以電性連接至下一級之天線端120，且第一無線射頻接腳124A及第二無線射頻接腳124B，輸出入介面124C接受開關訊號S_W 並進行開關動作。定位無線射頻晶片122之輸出入介面122A及無線射頻交換器124之輸出入介面124C係可採SPI、I2C、UART或GPIO介面來連接。

傳輸電纜130用以連接各輸出埠112及各天線端120，並有線傳輸命令訊號S_C 及天線訊號S_A 。傳輸電纜130係可採同軸電纜、雙絞線或光纖形式。

請同時參照第1圖、第2圖及第3圖，其中第3圖係繪示運作第1圖及第2圖的可定位分布式天線系統之流程圖，其方法包含：步驟210，使讀取器110之其中一輸出埠112輸出命令訊號S_C ，遮罩其中一天線端120之定位無線射頻晶片122。步驟220，使定位無線射頻晶片122輸出開關訊號S_W ，關閉無線射頻交換器124之第二無線射頻接腳124B，並開啟第一無線射頻接腳124A，使天線123輸出天線訊號S_A 至外部之電子標籤200。步驟230，使天線123接收外部電子標籤200回傳之天線訊號S_A ，讀取器110藉由定位無線射頻晶片122之定位標籤碼定位外部電子標籤200之位置。

更具體地說，當讀取器110預讀取其中一天線端120之電磁波感應範圍內之電子標籤200時之動作如下：1.透過遮罩定位無線射頻晶片122，可單獨針對定位無線射頻 晶片122下達命令訊號S_C 。2.針對定位無線射頻晶片122輸出開關訊號S_W ，下達驅動第一無線射頻接腳124A之電位為高準位，控制無線射頻交換器124由原本經由第二無線射頻接腳124B輸出改為由第一無線射頻接腳124A輸出，由天線123接收天線訊號S_A 而輸出電磁波能量。3.讀取器110經由定位無線射頻晶片122之定位標籤碼便可以辨識出所讀取到之電子標籤200位置位於天線端120之範圍。4.當讀取器110非預讀取此天線端120時，故不遮罩此天線端120之定位無線射頻晶片122，因此無線射頻交換器124維持由第二無線射頻接腳124B輸出，使得天線訊號S_A 往下一級天線端120傳遞。

由上述實施方式及實施例，可得知本發明之可定位分布式天線系統，由於定位無線射頻晶片具有辨識用之定位標籤碼，使得相同的讀取器之輸出埠所連接相異的分支天線端所回傳之電子標籤訊號，可藉由每個定位無線射頻晶片之定位標籤碼分辨出電子標籤所在之區域位置。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧可定位分布式天線系統

110‧‧‧讀取器

111‧‧‧程式控制單元

112‧‧‧輸出埠

120‧‧‧天線端

121‧‧‧耦合器

122‧‧‧定位無線射頻晶片

123‧‧‧天線

124‧‧‧無線射頻交換器

130‧‧‧傳輸電纜

Claims (10)

1. 一種可定位分布式天線系統，其係用以連接於一讀取器，該可定位分布式天線系統包含：一耦合器，其電性連接該讀取器，用以傳輸一天線訊號；一定位無線射頻晶片，其電性連接該耦合器，該定位無線射頻晶片具有一定位標籤碼用以供該讀取器讀取，且該定位無線射頻晶片輸出一開關訊號；一無線射頻交換器，其電性連接該定位無線射頻晶片及該耦合器，該無線射頻交換器接受該開關訊號並開關動作；以及一天線，其電性連接該無線射頻交換器，用以傳輸該天線訊號。
2. 一種可定位分布式天線系統，其係用以連接於一讀取器，該可定位分布式天線系統包含：一第一天線端，包含：一第一耦合器，其電性連接該讀取器，用以傳輸一天線訊號；一第一定位無線射頻晶片，其電性連接該第一耦合器，該第一定位無線射頻晶片輸出一第一開關訊號，且該第一定位無線射頻晶片具有一第一定位標籤碼用以供該讀取器讀取；一第一無線射頻交換器，其電性連接該第一定位無線射頻晶片及該第一耦合器，該第一無線射頻交換器接受該第一開關訊號並開關動作；及 一第一天線，其電性連接該第一無線射頻交換器，用以傳輸該天線訊號；以及一第二天線端，包含；一第二耦合器，其電性連接該第一無線射頻交換器，用以傳輸該天線訊號；一第二定位無線射頻晶片，其電性連接該第二耦合器，該第二定位無線射頻晶片輸出一第二開關訊號，且該第二定位無線射頻晶片具有一第二定位標籤碼用以供該讀取器讀取；一第二無線射頻交換器，其電性連接該第二定位無線射頻晶片及該第二耦合器，該第二無線射頻交換器接受該第二開關訊號並開關動作；及一第二天線，其電性連接該第二無線射頻交換器，用以傳輸該天線訊號。
3. 如請求項2之可定位分布式天線系統，更包含：一第一傳輸電纜，其連接該讀取器之一輸出埠及該第一天線端；及一第二傳輸電纜，其連接該第一天線端及該第二天線端。
4. 如請求項3之可定位分布式天線系統，更包含：一第三天線端，包含：一第三耦合器，其電性連接該第二無線射頻交換器，用以傳輸該天線訊號； 一第三定位無線射頻晶片，其電性連接該第三耦合器，該第三定位無線射頻晶片輸出一第三開關訊號，且該第三定位無線射頻晶片具有一第三定位標籤碼用以供該讀取器讀取；一第三無線射頻交換器，其電性連接該第三定位無線射頻晶片及該第三耦合器，該第三無線射頻交換器接受該第三開關訊號並開關動作；及一第三天線，其電性連接該第三無線射頻交換器，用以傳輸該天線訊號；以及一第三傳輸電纜，其連接該第二天線端及該第三天線端。
5. 如請求項4之可定位分布式天線系統，其中該第一傳輸電纜、該第二傳輸電纜及該第三傳輸電纜係採同軸電纜形式。
6. 如請求項5之可定位分布式天線系統，其中該第二定位無線射頻晶片及該第三定位無線射頻晶片係採SPI、I² C、UART或GPIO介面，以有線連接方式各分別與該第二無線射頻交換器及該第三無線射頻交換器連接。
7. 一種可定位分布式天線系統，包含：一讀取器，包含：一程式控制單元，用以輸出一命令訊號；及複數輸出埠，用以傳輸複數天線訊號及該命令訊 號；複數天線端，各該天線端包含：一耦合器，其電性連接其中一該輸出埠，用以傳輸其中對應之一該天線訊號及該命令訊號；一定位無線射頻晶片，其電性連接該耦合器，該定位無線射頻晶片具有一定位標籤碼用以供該讀取器讀取，且該定位無線射頻晶片接收該命令訊號產生一開關訊號；一天線，用以傳輸該天線訊號於外部一電子標籤；及一無線射頻交換器，電性連接該定位無線射頻晶片、該耦合器及該天線，該無線射頻交換器包含：一第一無線射頻接腳，其電性連接該天線；及一第二無線射頻接腳，其電性連接下一級之其中一該天線端，且該第一無線射頻接腳及該第二無線射頻接腳接受該開關訊號而進行開關動作；以及複數傳輸電纜，用以連接該讀取器之各該輸出埠及各該天線端並傳輸該命令訊號及該些天線訊號。
8. 如請求項7之可定位分布式天線系統，其中該些傳輸電纜係採同軸電纜、雙絞線或光纖形式。
9. 如請求項7之可定位分布式天線系統，其中各該定位無線射頻晶片係採SPI、I² C、UART或GPIO介面，以有線連接方式分別與各該無線射頻交換器連接。
10. 一種應用如請求項7之可定位分布式天線系統的運作方法，其步驟包含：使該讀取器之其中一該輸出埠輸出該命令訊號，遮罩其中一該天線端之該定位無線射頻晶片；使該定位無線射頻晶片輸出該開關訊號，關閉該無線射頻交換器之該第二無線射頻接腳，並開啟該第一無線射頻接腳，使該天線輸出該天線訊號至外部該電子標籤；以及使該天線接收外部該電子標籤回傳之該天線訊號，該讀取器藉由該無線射頻晶片之該定位標籤碼定位外部該電子標籤之位置。