WO2012094825A1 - 采用射频识别阅读器定位标签的方法以及射频识别阅读器 - Google Patents

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WO2012094825A1
WO2012094825A1 PCT/CN2011/070279 CN2011070279W WO2012094825A1 WO 2012094825 A1 WO2012094825 A1 WO 2012094825A1 CN 2011070279 W CN2011070279 W CN 2011070279W WO 2012094825 A1 WO2012094825 A1 WO 2012094825A1
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signal
frequency
label
reader
tag
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PCT/CN2011/070279
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Inventor
袁勇
喻丹
霍斯特⋅迪特尔
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西门子公司
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008—General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/82—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted
    • G01S13/84—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted for distance determination by phase measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors

Definitions

  • the present invention relates to the field of radio frequency identification (RFID), and more particularly to a method for locating a tag using a radio frequency identification reader and a radio frequency identification reader.
  • RFID radio frequency identification
  • UHF Ultra High Frequency
  • RFID radio frequency identification
  • tag access speed label
  • label label
  • RFID radio frequency identification
  • UHF RFID is difficult to maintain a controllable reading area. There may be some field nulls within the desired reading area, which reduces the reading reliability of the area, and there may be cross readings when identifying distant labels outside the area. The uncontrollability of this reading area will pose significant problems for manufacturing applications and logistics applications.
  • the system In manufacturing applications, the system must know exactly when the tag enters the reading area and when it leaves the reading area. Taking the workpiece recognition application as an example, the system must know exactly which labels are actually in the reading area in order to further process the workpieces to which the labels belong. However, multipath transmission may cause the system to erroneously identify tags outside the reading area and correspondingly execute erroneous processing instructions for upcoming workpieces.
  • the first type of program focuses on the following two aspects:
  • US20070241904A1 communicates with the tag at different times at different times and records the phase offset of the backscattered carrier at each frequency to measure the tag distance at each frequency.
  • this scheme cannot detect a 360-degree phase difference when the tag moves half a wavelength distance.
  • Intermec proposes a solution to detect the phase change of a conventional IQ structure on a single carrier and propose three methods of phase difference of Arrival (PDOA) in the time domain, frequency domain and airspace.
  • PDOA phase difference of Arrival
  • AutoID Fudan proposes a solution based on direct sequence spread spectrum (DSSS) technology in CN0160421A.
  • DSSS direct sequence spread spectrum
  • TOF time difference ranging
  • the reliability and accuracy of the solution depend largely on the speed of the PN code.
  • Due to the spread spectrum operation The use of high-speed PN codes will introduce large bandwidth requirements that are not supported by many existing RFID communication specifications.
  • the near field UHF antenna Another possible solution to the problem of controllability of the reading area is the near field UHF antenna.
  • a magnetic coupling scheme is used instead of radio wave transmission.
  • the far-field gain of the antenna can be designed to be small (eg -20dB. This can be used to construct a controllable reading area (see US20080048867A1).
  • the wavelength is small (approximately 30cm)
  • the far field gain is proportional to the NF reading distance.
  • the reading distance of most NF antennas is about 5cm, and the maximum distance of commercially available NF antennas.
  • a solution proposed by Fujitsu is to use an infrared sensor on the antenna bracket to detect when the tag enters or leaves the reading area, and set the switching time of the antenna based on the above information, thereby increasing the size of the plurality of moving tags. Data volume read and write efficiency.
  • the ultrasound acquisition distance information can be used independently for further processing, or the tag can be located based on the difference between the transmission time of the ultrasound and the RF.
  • the present invention provides a method for locating a tag using a radio frequency identification reader and a radio frequency identification reader, which can better locate the tag.
  • a method for locating a tag using a radio frequency identification RFID reader comprising:
  • the reader transmits a signal to the tag on at least two frequencies and receives a corresponding reflected signal
  • the at least two frequencies include: a first frequency fl and a second frequency £2; wherein receiving the corresponding reflected signal in step A comprises: the reader obtaining the first reception on the first frequency fl at a first time And obtaining a second received signal at the second frequency £2 at a second time, wherein the first time is different from the second time.
  • Combining the received reflected signals in step B to obtain the combined received signals includes:
  • the at least two frequencies include: a first frequency fl and a second frequency £2; wherein the reader in step A transmits signals to the tag on at least two frequencies, including: The reader generates a first transmit signal Acos (2 fl * t) on the first frequency fl, and a second: transmit signal Bcos (2 f2 * t) on the second frequency £2, and The tag sends the combined transmit signal A COS (2Kfl*t) + B COS (2Kf2*t); in step B, the received reflected signals are combined to obtain a combined received signal including: cos (2 fl * t) sin ( 2 f2*t)
  • the method further includes: before the step (: (setting the first frequency fl having the frequency spacing and the second frequency £2; after the step B, further comprising: D, adding the number of times of label positioning to 1 and determining Whether the preset threshold is reached, if it is reached, the process is terminated, otherwise the first frequency fl and/or the second frequency £2 are changed, so that the frequency spacing between the two becomes larger, and the process returns to step A;
  • the method further includes: E. Comparing the current label positioning result with the historical label positioning result, and ending the process if the difference between the two is less than the preset threshold, otherwise changing the first frequency fl and/or the first The second frequency is £2, causing its frequency spacing to become larger and returning to step A.
  • Mapping the combined received signal to the constellation point on the constellation in step B for locating the label includes: determining a label distance between the label and the reader according to a correspondence between the label distance d and a vector angle ⁇ of the constellation point d.
  • the correspondence between the label distance d and the vector angle ⁇ of the constellation point is: the vector angle ⁇ of the constellation point is proportional to ⁇ "( ⁇ - ⁇ ), c
  • Step ⁇ mapping the combined received signal to a constellation point on the constellation diagram for locating the tag includes:
  • the method further includes: the reader comparing the tag distance d of the one or more tags with a preset threshold, and reporting the information of the tag whose tag distance d meets the preset threshold to the control center.
  • Mapping the combined received signal to a constellation point on the constellation diagram in step B for locating the tag includes:
  • the movement path of the tag is estimated based on the detected different locations and the moving speed.
  • the method further includes: setting a plurality of readers at different orientations, determining a label distance d between the label and each reader, and obtaining a three-dimensional coordinate of the label based on the plurality of label distances d.
  • the method further includes, prior to step A: the reader measuring the average received signal strength indicative RSSI value and filtering out the label having the actual RSSI value less than the average RSSI value.
  • a radio frequency identification RFID reader comprising:
  • control unit configured to control the frequency generating unit to generate at least two frequencies
  • a signal transmitting unit configured to transmit a signal to the tag on the generated at least two frequencies
  • the control unit is further configured to: combine the reflected signals received by the signal receiving unit to obtain the combined received signal, and map the combined received signal to a constellation point on the constellation for positioning the tag.
  • the at least two frequencies include: a first frequency fl and a second frequency £;
  • the signal receiving unit is configured to obtain a first received signal of the tag at the first frequency fl at a first time, and obtain a second received signal of the tag at the second frequency £2 at a second time Where the first time is different from the second time;
  • the control unit is configured to combine the first received signal and the second received signal to obtain the combined received signal.
  • the control unit is further configured to:
  • the at least two frequencies include: a first frequency fl and a second frequency £;
  • the signal transmitting unit is configured to generate a first transmit signal Acos (2 fl * t) on the first frequency fl and a second transmit signal Bcos (2 f2 * t) on the second frequency ⁇ , and The combined transmitted signal A COS (2Kfl *t) + B COS (2Kf2*t) is issued.
  • the signal receiving unit includes a first receiving module and a second receiving module;
  • the combined in-phase component I new is obtained and provided to the control unit;
  • the second receiving module is configured to use the signal obtained by the receiving antenna and the Q-channel local oscillator signal sin (2 fl*t) cos(2 f2* t)
  • control unit is configured to obtain the combined received signal according to the combined in-phase component I new and the combined orthogonal component Q new
  • HI is a first signal attenuation on the first frequency fl
  • H2 is a second signal attenuation on the second frequency ⁇ .
  • the reader further includes: a signal attenuation unit;
  • the control unit is further configured to:
  • the control unit is further configured to: determine a label distance d between the label and the reader according to a correspondence between the label distance d and a vector angle ⁇ of the constellation points.
  • the control unit is used to:
  • FIG. 1 is a diagram showing a scenario in which a signal transmitted from a reader has a three-way transmission in one embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram of the simulation of reading holes when using three different schemes
  • 3 is a flow chart of a method for RFID tag positioning by an RFID reader according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a flow chart of a method for performing two-level distance filtering using different frequency combinations in an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a schematic view showing the reflection state of metal and label during communication
  • Figure 9 shows the constellation point moving track book in the IQ structure in two states
  • Figure 10 shows the constellation diagrams in the four states captured during the simulation
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a TX RX link of a reader in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic structural diagram of a dual carrier reader according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a flow chart showing the channel estimation of the reader in one embodiment of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be further described in detail below with reference to the accompanying drawings.
  • the invention proposes a solution based on at least two carriers, on the one hand using carrier activation tags on at least two different frequencies, thereby eliminating field nulls in the desired region, and on the other hand at least two carriers
  • the reflected signals on the map are combined and mapped to constellation points on the constellation diagram to construct a special IQ structure.
  • each point uniquely represents a label distance of the reading area.
  • the reflection from the label can be identified and determined. Label distance.
  • tags outside the desired area will be filtered out, and a controllable reading area can be obtained even in a complicated environment.
  • the present invention provides a method for locating a tag by using a radio frequency identification RFID reader, comprising: A.
  • the reader transmits a signal to the tag at at least two frequencies and receives a corresponding reflected signal; B.
  • the reflected signals are combined to obtain a combined received signal, and the combined received signal is mapped to a constellation point on the constellation for positioning the label.
  • the method proposed by the present invention uses at least two carrier activation tags, and the following two examples (the first frequency fl and the second frequency f2, respectively) are explained.
  • the case of using more than two frequencies is similar.
  • the RF signals on the two carriers will exhibit frequency diversity, thereby eliminating read holes in the read area.
  • the improvement of the read cavity by the present invention is shown by simulation below.
  • the simulation constructs a three-way transmission scene. Specifically, all the way is from reading The device 101 is to the tag 102, the other is from the reader 101 to the metal reflector 103, and the other is from the reader 101 to the metal base 104.
  • the distance d (or the label distance) between the reader 101 and the tag 102 is about 2-3 m
  • the distance d2 between the reader 101 and the metal reflector 103 is 3.1 m.
  • Figure 2 simulates the relative path loss of the three-way transmission scenario in Figure 1 using three schemes to compare the read holes of the three schemes.
  • scenario 1 only a single carrier is used; in scenario 2, two carriers are used and frequency hopping is used; in scheme 3, two carriers are used simultaneously (865.7 MHz and 916.2 MHz, respectively).
  • scenario 2 shows that a read hole with a relative path loss of -40 dB appears in the single-carrier scheme, and schemes 2 and 3 can eliminate the read hole. It can be seen that the scheme using two carriers can better improve the problem of reading holes. It should be pointed out that the larger the frequency spacing between the two carriers, the better the effect of frequency diversity.
  • ETSI TR 102 649-2 V 1.1.1 ETSI TR 102 649-2 V 1.1.1
  • FIG. 3 is a flow chart of a method for RFID tag positioning by an RFID reader according to an embodiment of the present invention, including the following steps.
  • Step 301 The reader transmits a signal to the tag on at least two frequencies and receives a corresponding reflected signal.
  • the reflected signals of different tags are received at different times (such as time slots) and can be distinguished by the tag ID. Further, for a relatively complicated external environment, not only the reflected signal of the tag but also the reflected signal of the external reflector (ie, other reflectors other than the tag) are received at a certain time.
  • Step 302 Combine the received reflected signals to obtain a combined received signal, and map the combined received signals to a constellation.
  • the present invention proposes a new IQ mapping scheme that combines at least two carriers.
  • Figure 4 shows the vector sum of the Continuous Wave (CW) in a special IQ structure.
  • the new IQ mapping can be interpreted as the sum of the two vectors on the dual carrier.
  • each constellation point depending on ⁇ -fl uniquely represents the label distance of a certain area.
  • Figures 5(a)-(c) are three examples of distance mapping in a particular IQ structure, where fl and ⁇ are chosen to be 865.7MHz and 916.2MHz, respectively.
  • the reader transmits a signal to a tag at a first frequency fl and a second frequency £2, respectively, at different times.
  • the reader simultaneously transmits a signal to a tag at a first frequency fl and a second frequency £2, ie, the reader emits a combined transmit signal A COS (2 fl*t)+B COS (2 f2*t). Accordingly, the reader will receive the reflected signal with the I local oscillator cos(2 fl*t) sin(2 f2*t)
  • the received reflected signals may be combined in the following manner: determining the in-phase component on each frequency
  • the quadrature component Q sm(2 ft.), arbitrarily combining the four components II, 12, Ql, Q2 on the two frequencies to obtain the first signal vector VI and the second
  • the signal vector V2 is added to the two signal vectors to obtain a received signal vector V.
  • the four components II, 12, Q1, and Q2 on the two frequencies are arbitrarily combined to obtain an I local oscillator signal and a Q local oscillator signal.
  • the quadrature component Q sm(2 ft.
  • the combining method of the two carriers may be generalized, for example, combining the signal vector W on the first carrier with the signal vector Yj on the first carrier (for example, according to The method shown in FIG. 4) obtains the signal vector Vm, and then combines Vm with the signal vector Vk on the kth carrier, and so on, until the signal vectors on all carriers participate in the merging, thereby obtaining the final reception.
  • Signal vector V the signal vector Vk on the kth carrier is combined with the signal vector Vp on the pth carrier to obtain a signal vector Vn, and Vm and Vn are combined.
  • Step 303 Perform label positioning according to the position of the constellation point on the constellation diagram of the received signal vector V, for example, determine the corresponding label distance d and the like.
  • the label distance d is determined according to the vector angle ⁇ (see FIG. 4), and each vector angle corresponds to a label distance. It should be noted that the accuracy of the correspondence between the vector angle and the label distance depends on the frequency spacing of £2 and fl. When ⁇ ⁇ is small, the reader can determine the label within a large distance range, but the error is large; when Af is large, the reader can only determine the label within a small distance range, and the error is correspondingly small. In a specific implementation, the label distance d is determined. Where ⁇ is the vector angle, d
  • c is the speed of light
  • vector angle ⁇ is proportional to ⁇ (f2-fl), so that the mapping of the combined received signal on the constellation map can uniquely identify the label distance within a large range.
  • steps 304-305 are performed: determining whether it is necessary to determine the label distance d again, and if necessary, changing fl and/or £2 such that the frequency spacing of the two changes (such as increasing Af, etc.), and returning to step 301. -303, thereby estimating the label distance with higher accuracy.
  • the ability of the special IQ structure provided by the present invention for distance filtering is highly dependent on the frequency spacing f2-fl of the dual carrier.
  • the frequency spacing of the dual carriers is small, the unique identifier distance that can be obtained is large. However, at this time, it is more difficult to distinguish the distance by a finer granularity.
  • the frequency spacing of the dual carriers is large, the range of distances that can be uniquely identified is small, but the distance can be fine-grained.
  • the frequency spacing is large, and the IQ structure can map a distance range of 0-2.9m, where 621 and 622 are 0-lm, 623 and 624 are lm-2.9m, but the distance mapping is accurate. Higher degrees.
  • Fig. 7 shows a flow of a method for performing N-level distance filtering using different frequency combinations in one embodiment of the present invention, where N is any positive integer.
  • N is 2, that is, the label is filtered by two different frequency combinations, so that the label is filtered by two different methods of coarse-grained and fine-grained, thereby improving the accuracy of filtering.
  • another method is to measure the Received Signal Strength Indication (RSI) value and the RSSI value is too small.
  • the remote label is filtered out.
  • RSI Received Signal Strength Indication
  • the reader can repeatedly perform steps 301-303 (N is any positive integer) N times according to the preset setting, thereby obtaining the required label distance. For example, the reader adds 1 to the number of times of label positioning to determine whether it reaches a preset number of times, and if so, ends the process or performs step 306, otherwise changes the first frequency fl and/or the second frequency ⁇ , so that the two The frequency spacing becomes larger, and the process returns to step 301.
  • the reader compares the current label positioning result with the historical label positioning result (such as the last label positioning result or any previous label positioning result), and if the difference between the two is less than the preset threshold, the process ends or step 306 is performed, for example, The reader can compare the difference between the determined label distance and the last determined label distance and the preset difference to determine whether the label distance d needs to be determined again. For step 305, the reader can also decide how to change ⁇ and/or fl according to preset settings, and details are not described herein again. Further, step 306 is performed: the reader filters according to the determined label distance, and reports information of part or all of the labels located within the preset distance to the control center or the host, and the process ends.
  • the preset distance may be a distance range, that is, the reader reports the label information falling within the distance range.
  • the preset distance may be a value, and the reader accordingly reports the label information whose label distance is less than the preset distance.
  • the reader can filter the label according to the label distance, and avoid providing the label read by the string to the control center, so that the information reported by the reader to the control center is more accurate.
  • the present invention can further analyze the trajectory of the constellation points in the IQ structure during the communication process, distinguish the reflection from the tag and the external environment, and determine the tag distance. It should be pointed out that, unlike the fixed reflection from the external environment, the label has two reflection states, and the trajectories of the constellation points of the two states in the IQ structure will also be different.
  • the reader antenna is placed with a metal plate (as an example of the external environment) and a label.
  • the metal plate always reflects the signal completely, and the tag has two different reflection characteristics.
  • the first state is a completely reflected signal (which may be an open circuit impedance or a short circuit)
  • the second state is a partially reflected signal (which may be a chip impedance and Tag antenna matching, etc.).
  • Figure 8 is a schematic diagram showing the reflection states of metals and labels in this application scenario.
  • the tag completely reflects the signal (ie, state 1) before the backscattered FMOMiller code is issued; when the backscattered FMO Miller code is issued (such as the EPC phase in Figure 13), the tag will alternately reflect low in the code. Level and high, where part of the reflection is low in the code (ie, state 2), and full reflection is high in the code.
  • Figure 9 shows the trajectory of constellation points in the IQ structure in two states.
  • state 1 both the metal and the label are totally reflective, so the constellation points in the IQ structure will move between the metal position and the label position, the motion trajectory of which is within the range shown by the dashed line in Figure 9;
  • the label is only partially reflected, so the constellation point motion trajectory will be closer to the metal position (the range is shown by the solid line in Figure 9), and the label position cannot be reached.
  • the two boundary points of the motion trajectory at the state 1 are first determined, and then the metal position is determined according to the motion trajectory at the state 2, and the position of the label in the constellation map can be found.
  • some pattern recognition methods such as point clustering methods, can be used to distinguish the metal location and label position in the IQ structure, and then to identify the reflection from the label and determine the label distance.
  • point clustering methods can be used to distinguish the metal location and label position in the IQ structure, and then to identify the reflection from the label and determine the label distance.
  • the metal position and the label position are both constellation points on the constellation.
  • the above process can be performed on the reader, and the tag information can be reported to the control center by the reader, and the control center can find the tag position in the constellation map according to the tag information.
  • Figure 10 shows the constellation diagrams in the four states captured during the simulation.
  • Figure 10 (a) shows the constellation point (0, 0) when there is no signal reflection;
  • (c) shows the constellation point when the label and the metal are simultaneously reflected. It should be noted that the constellation point moves between two constellation points of only the label reflection and only the metal reflection, and FIG. 10(c) is only for a certain moment.
  • the tagged moving object can be further tracked in a reflective environment (e.g., manufacturing environment, etc.).
  • a reflective environment e.g., manufacturing environment, etc.
  • the movement path of the tag is estimated as follows:
  • the location of the reading hole (such as the location that the reader cannot cover) is estimated by interpolation or other means. Etc.), get the path of the label's movement.
  • the method provided by the present invention states that a signal is transmitted to a tag on at least two carriers and a reflected signal is received correspondingly, and the received reflected signals are combined, so that the tag is received according to the combined received signal. Positioning. Specifically, the present invention measures the label according to the combined received signal, and uses the obtained label distance to filter out the distant label of the book, thereby reducing the blur of the label filtering. Further, the present invention utilizes the motion trajectory of the combined received signal on the constellation to distinguish between reflections from the tag and reflections from surrounding environments (e.g., nearby metals) without being affected by the surrounding environment.
  • surrounding environments e.g., nearby metals
  • the present invention can also set a plurality of readers in different orientations, and determine the label distance d of a certain label from each reader through the flow shown in FIG. 3, and obtain the label according to the plurality of label distances d. Three-dimensional coordinates to more accurately know where the tag is located.
  • the present invention provides a plurality of radio frequency identification (RFID) readers suitable for the above label positioning method, comprising: a control unit for controlling a frequency generating unit to generate at least two frequencies; and a signal transmitting unit for generating Transmitting at least two frequencies to the tag; the control unit is further configured to: combine the reflected signals received by the signal receiving unit to obtain the combined received signal, and map the combined received signal to a constellation on the constellation The point is used to locate the tag.
  • RFID radio frequency identification
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a TX/RX link of a reader according to an embodiment of the present invention.
  • This embodiment performs simple software and/or hardware modification and upgrade on a normal reader to enable it to measure a tag, and further The label is filtered according to the obtained label distance d or the moving path of the label is determined.
  • the reader includes at least one of the following: a control unit 1101, a frequency generating unit 1102, a signal receiving unit 1103, and a signal transmitting unit 1104.
  • the signal obtained by the reception (RX) antenna in communication with a certain tag is divided into two paths, one of which is mixed with the signal ⁇ 2 ⁇ generated by the frequency generating unit 1102, and then passed through a low-pass filter (low-pass).
  • the processing of the filter, LPF) and analog-to-digital conversion (ADC) module is provided by the first received digital signal processing (DSP RX) module to the control unit 1101; the signal generated by the other channel and the frequency generating unit 1102 is phase-shifted.
  • the resulting signal sin (2 ft) is mixed and processed by the LPF and ADC modules and supplied to the control unit 1101 by the second DSP RX module.
  • H reflects channel attenuation and circuit influence.
  • the signal receiving unit 1103 obtains a first received signal AHc 0S (2rfl*(tt.)) on the first frequency fl at a first time, and obtains a first in-phase component from the first received signal.
  • a transmit digital signal processing (DSP TX) module sends the signal to a digital to analog conversion (DAC) module for processing, and then passes through the mixer and amplifier to output to the transmit ( ⁇ ) antenna.
  • DSP TX transmit digital signal processing
  • DAC digital to analog conversion
  • the control unit 1101 is for controlling the frequency generating unit 1102 to generate the first frequency fl and the second frequency ⁇ at different times for transmitting signals to the tag.
  • the frequency generating unit 1102 is an oscillator.
  • control unit 1101 is configured to receive the first in-phase component II′ provided by the first DSP RX module and the first orthogonal component Q1′ provided by the second DSP RX module, and receive the first frequency f
  • the I, Q values ie, ⁇ and Q1'
  • first in-phase component II It is the normalized first in-phase component II and first orthogonal component Q1. That is, the first in-phase component may be normalized before ⁇ , or normalized II, or ⁇ equals II. Of course, the processing of the first orthogonal component is similar to the first in-phase component, and details are not described herein again.
  • control unit 1101 is configured to receive on the second frequency ⁇ after receiving the second in-phase component 12' provided by the first DSP RX module and the second orthogonal component Q2' provided by the second DSP RX module.
  • I, Q values i.e., 12' and Q2'
  • the second in-phase component may be 12' before normalization, 12 may be normalized, or 12' equal to 12, and the second orthogonal component is similar.
  • control unit 1101 is configured to map the combined received signal vector V onto the constellation diagram, thereby determining according to the IQ structure. The distance between the reader and the tag (or the tag distance d).
  • the reader of this embodiment applies a two-step frequency hopping to a normal reader, uses different frequencies (fl and £2) to communicate with the tag in two steps, by making minor changes to the normal reader. It has the function of ranging the tag. Also, the I and Q values are normalized at each frequency so that no channel attenuation information is needed in constructing the IQ structure.
  • the control unit 1101 may be a hardware unit (such as a newly added MCU) or a software module, so that it can be easily added to a normal reader.
  • the reader provided in this embodiment needs to change the frequency before obtaining the label distance, and it takes 20 ms to change the frequency to perform phase-locked loop (PLL) locking.
  • PLL phase-locked loop
  • the label does not move too far during this time (for example, only 4 cm when moving at 2 m/s), so it does not affect the accuracy of distance filtering.
  • FIG. 12 is a schematic structural diagram of a dual-carrier reader in another embodiment of the present invention, where the reader A new hardware unit for simultaneously transmitting dual CWs is added.
  • the reader of FIG. 12 includes: a control unit (which may be an MCU or the like) 1201, a frequency generating unit 1202, a signal receiving unit 1203, and a signal transmitting unit 1204.
  • the signal attenuation unit 1205 may further include: a first DSPRX, a second DSPRX, an MCU, a first DSPTX, and a second DSPTX are digital processing portions of the reader.
  • a first transmit signal Acos(2 fl*t) is generated on fl, and a second transmit signal is generated on ⁇ .
  • the I and Q values can construct an IQ structure for distance filtering.
  • HI is the channel attenuation and circuit influence on the first frequency fl
  • H2 is the channel attenuation and circuit influence on the second frequency ⁇ .
  • a training process such as channel estimation
  • AGO automatically Automatic gam control
  • Figure 13 shows the channel estimation procedure of the reader in one embodiment of the present invention. Specifically, the reader issues query signaling and is at the first frequency.
  • the signal is transmitted on fl to estimate the signal attenuation on fl (including channel attenuation and circuit effects, etc.); thereafter, the reader signals ACK and transmits a signal at the second frequency ⁇ to estimate the signal attenuation on £;
  • the reader again issues ACK signaling, and simultaneously transmits signals at the first frequency fl and the second frequency ⁇ for tag ranging. That is, in the communication process between the reader and the tag, first, the readers are respectively in each The carrier (fl and £2) is estimated to be attenuated by communication with the tag; then, the reader sends a signal on fl and £2 for tag ranging.
  • the MCU passes control The second GC suppresses signal transmission on the second frequency ⁇ ; similarly, when estimating the second signal attenuation ⁇ 2, the MCU suppresses the signal on the first frequency fl by controlling the first GC Launch.
  • each constellation point can uniquely identify a tag distance within a certain area in the case of a ⁇ between the two carriers employed.
  • N-step distance filtering where N is any positive integer. For example, using a two-level filtering scheme to accurately locate tags, first perform coarse-grained filtering based on RSSI detection to filter out distant tags, and then use fine-grained filtering to identify tags in the desired area. Of course, more frequency combinations can be used in distance filtering to make the range of uniquely identifiable distances larger.

Abstract

本发明公开了一种采用射频识别阅读器定位标签的方法以及射频识别阅读器。该方法包括：A、所述阅读器在至少两个频率上向该标签发射信号并接收相应的反射信号；B、将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信号，并将该合并后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签。采用本发明提供的方法和阅读器，能够更好地对标签进行定位。

Description

采用射频识别阅读器定位标签的方法以及射频识别阅读器
技术领域 本发明涉及射频识别（RFID)领域， 尤其涉及一种采用射频识别阅读器定位标签的方法以及射频识别 阅读器。 背景技术 与高频 （HF， High Frequency) 射频识别 （RFID， Radio Frequency Identification) 系统相比， 超高频 (UHF, Ultra High Frequency) RFID具有许多更好的特性， 例如： 标签访问速度快、 标签便宜、 在制造和 物流（logistics)应用时都可以进行单品级的标记等。 然而， 考虑到超高频 RFID的远场电磁传输特性， 比 如多径传输， 超高频 RFID难以维护一个可控的阅读区域。 在所需的阅读区域之内可能存在一些读取空洞 (field null ) , 使得该区域的阅读可靠性降低， 而在该区域之外识别远处标签时又可能存在串读 （cross reading )。 这种阅读区域的不可控性将给制造应用和物流应用带来很大的问题。
在制造应用中， 系统必须精确地获知标签何时进入阅读区域， 何时离开阅读区域。 以工件识别应用为 例， 系统必须精确地获知哪些标签确实在阅读区域内， 以便对这些标签所隶属的工件做进一步处理。然而， 多径传输可能使系统错误地识别阅读区域之外的标签， 并相应地对即将到来的工件执行错误的处理指令。
在物流应用中， 也可能存在类似的问题：
( 1 )在机场行李追踪应用中， 阅读区域的不可控性使得当带有标签的行李经过天线时难以被区分开。 为了解决该问题， 需要采用昂贵的、 由无线电波吸收材料制成的盒子控制阅读区域。
(2) 在具有多个入口的叉车应用中， 由于信号的泄露， 阅读器将串读到非感兴趣入口的标签。 因此， 很难准确地识别不同入口的货物移动。
(3 )对于货物叉车的准确负载识别的应用， 也存在类似的影响。 由于多径问题， 安有 RFID系统的叉 车不能有效区分背景标签和叉车托盘上的标签。
可见， 上述提及的应用场景都需要一个可控的阅读区域： 在所需的阅读区域之内， 标签可以被可靠地 读取并且没有读取空洞； 在阅读区域之外， 不会发生串读。 需要指出， 超高频射频识别中阅读区域的可控 性不论在工业还是学术上都是一个很好的研究课题。 现有的解决方案可以分为两类： 第一类是通过改进和 利用当前的 RFID通信方法提供可控的阅读区域； 另一类是利用辅助手段增强当前的 RFID系统。
一、 第一类方案关注以下两个方面：
1、 采用远场天线过滤远处标签， 从而控制阅读区域 ( 1 ) OMRON在 US20070241904A1和 US20080198903A1 中提出一些解决方案， 通过检测反射载波 的相位差对标签测距以便进行距离过滤。
为了克服多径问题， US20070241904A1在不同时间采用不同频率与标签通信， 并且记录每个频率上后 向散射载波的相位偏移， 从而在每个频率上测量标签距离。 但是， 该方案在标签移动半波长距离时无法检 测出 360度相位差。
在 US20080198903A1 中， 提出一种根据不同频率的两个载波的相位差定位标签的解决方案。 在该解 决方案中不会出现测距模糊度， 但是该解决方案只能分析两个频率上的静态相位差， 因此只能获得标签的 一个固定距离， 且会受到周围环境的影响， 例如相位差受到所有反射体的影响等。 如果金属板距离标签很 近， 则无法通过分析相位差区分来自标签的反射和来自金属板的反射。 为了解决该问题， 必须分析相位差 随时间变化的模型。 然而， 由于每个频率上的常规 IQ结构存在 360度的模糊度， 该方案无法得到上述模 型。
(2) Intermec提出一种解决方案， 在单载波时检测常规 IQ结构的相位变化， 并提出三种在时域、 频 域、 空域的到达相位差 （PDOA， Phase Difference of Arrival) 方法。
(3 ) Pavel等提出一种解决方案， 能够根据两个或多个接收天线之间的相位差准确定位标签。
对于方案 （2) 和 （3 )， 由于每次只使用单载波， 因此具有与方案 （1 ) (由 OMRON提出） 类似的缺 陷。
(4) AutoID Fudan在 CN0160421A中基于直接序列扩频 （DSSS， direct sequence spread spectrum) 技 术提出一种解决方案。 在该方案中， 标签的后向散射信号采用 DSSS技术进行扩频。 然后， 阅读器通过快 速相关对标签的反射信号进行时差测距 （TOF， time of flight 需要指出， 该方案的可靠性和准确度很大 程度上取决于 PN码的速度。 然而， 由于扩频操作， 采用高速 PN码将引入较大的带宽需求， 这是很多现 有 RFID通信规范所无法支持的。
(5 ) Alien和 Impmj分别提出一些解决方案， 通过检测标签的移动方向和移动速度， 间接地控制阅读 区域。 然而， 该解决方案只在移动标签的场景下有效。 对于固定标签的场景， 需要提出新的解决方案， 即 该方案无法同时适用于固定标签和移动标签。
2、 使用近场 （NF， near field) 天线控制阅读区域
针对阅读区域可控性问题的另一个可采用的解决方案是近场 UHF天线。 在该解决方案中， 采用磁耦 合方案代替无线电波传输。 此外， 该天线的远场增益可设计得很小 （比如： -20dB 。 这样， 就可以用于构 造一个可控的阅读区域（参见 US20080048867A1 )。 然而， 在 UHF频带中， 波长很小 （约为 30cm)， 难以 设计一个具有较大阅读距离的 NF天线。并且， 远场增益是与 NF阅读距离成比例的。大部分 NF天线的阅 读距离约为 5cm， 而商业上可用的 NF天线的最大距离也仅为 15cm， 并且其远场增益能达到 SdBi, 因此 很难设计出 NF距离长且远场增益小的 NF天线。 二、 另一类方案主要是引入辅助手段， 试图通过辅助手段得到可控的阅读区域。
( 1 )富士通公司（Fiyksu)提出的一种解决方案是在天线支架上使用红外传感器检测标签何时进入或 离开阅读区域， 并基于上述信息设置天线的切换时间， 从而提高多个移动标签的大数据量读写效率。
(2) Sverre Holm等与 Mary Catherine等分别提出一些解决方案， 将超声集成到 RFID系统中。 在这 些解决方案中， 可以独立地使用超声获取距离信息用于进一步处理， 或者根据超声和 RF的传输时间之差 定位标签。
(3 ) 现有技术中还有一种解决方案采用无线电波吸收材料限制无线电波的传输。 例如， 在机场的行 李处理应用中， 使用由昂贵的无线电波吸收材料制成的盒子覆盖所需的阅读区域， 只有经过该盒子的标签 才会被读取。
对于这些解决方案， 均需要采用新手段获得可控的阅读区域， 整个系统的成本也将大幅提高。 在某些 情况下， 新手段 （例如无线电波吸收盒子） 比 RFID系统的成本都要高。 发明内容 有鉴于此， 本发明提出一种采用射频识别阅读器定位标签的方法以及射频识别阅读器， 能够更好地对 标签进行定位。
为达到上述目的， 本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种采用射频识别 RFID阅读器定位标签的方法， 包括：
A、 所述阅读器在至少两个频率上向该标签发射信号并接收相应的反射信号；
B、 将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信号， 并将该合并后的接收信号映射为星座图上的星 座点用于定位该标签。
所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率 £2; 则步骤 A中接收相应的反射信号包括： 所述阅读器在第一时间在所述第一频率 fl上获得第一接收信号， 并在第二时间在所述第二频率 £2上 获得第二接收信号， 其中所述第一时间与所述第二时间不同。
步骤 B中将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信号包括：
Bl、 从所述第一接收信号中获得第一同相分量 II 和第一正交分量 Ql， 构造出第一信号矢量 Vl=Il+jQl ;
B2、 从所述第二接收信号中获得第二同相分量 12 和第二正交分量 Q2， 构造出第二信号矢量 V2=Q2+jI2;
B3、 将所述第一信号矢量 VI和所述第二信号矢量 V2相加， 得到合并后的接收信号矢量 V。
所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率 £2; 则步骤 A中所述阅读器在至少两个频率上向该 标签发射信号包括： 所述阅读器在所述第一频率 fl上产生第一发射信号 Acos (2 fl *t)， 在所述第二频率 £2上产生第: 发射信号 Bcos (2 f2*t)， 并向该标签发出合并后的发射信号 ACOS (2Kfl*t)+BCOS (2Kf2*t)； 步骤 B中将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信号包括： cos (2 fl *t) sin (2 f2*t)
所述阅读器将所接收的反射信号与 I路本振信号 Ιω = ~ ^ '-+ ~ ^ ^混频， 得到合并同
HI H2 相分量 I,
sin (2πΠ *t ) cos (2πΏ.*
将所接收的反射信号与 Q 路本振信号 -^-+—— 混频， 得到合并正交分 i
HI H2
Qn 根据所述合并同相分量 Inew和所述合并正交分量 Qnew， 得到所述合并后的接收信号； 其中，所述 HI为所述第一频率 fl上的第一信号衰减，所述 H2为所述第二频率 β上的第二信号衰减。 该方法在步骤 Α之前进一步包括： （、 设置具有频率间距的所述第一频率 fl和所述第二频率 £2; 在步骤 B之后， 进一步包括： D、 将标签定位次数加 1后判断其是否达到预设门限， 如果达到则结束 流程， 否则改变所述第一频率 fl和 /或所述第二频率 £2， 使得二者的频率间距变大， 并返回执行步骤 A; 或者
在步骤 B之后， 进一步包括： E、 将本次标签定位结果与历史标签定位结果比较， 如果二者之差小于 预设门限则结束流程， 否则改变所述第一频率 fl和 /或所述第二频率 £2， 使得其频率间距变大， 并返回执 行步骤 A。
步骤 B中将该合并后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签包括：根据标签距离 d与星 座点的矢量角度 Θ的对应关系， 确定所述标签与阅读器的标签距离 d。 所述标签距离 d与星座点的矢量角度 Θ的对应关系为：所述星座点的矢量角度 Θ与^ "(Ω-Ω)成正比， c
其中 C为光速。
步骤 Β中将该合并后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签包括：
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第一状态时的第一星座点运动轨迹， 并在星座图上找出该 第一星座点运动轨迹的第一边界位置和第二边界位置；
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第二状态时的第二星座点运动轨迹， 并根据该第二星座点 运动轨迹从所述第一边界位置和所述第二边界位置中找出外界反射体位置， 从而确定出星座图上的标签位 置； 其中， 所述外界反射体为除该标签之外的其他反射体， 所述标签在第一状态和第二状态具有不同的反 射特性； 根据所述星座图上标签位置的矢量角度 Θ确定出相应的标签距离^
该方法进一步包括： 所述阅读器将一个或者多个标签的标签距离 d与预设门限进行比较， 并将标签距 离 d符合所述预设门限的标签的信息报告给控制中心。
步骤 B中将该合并后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签包括：
在所述第一频率 fl和所述第二频率 £2上检测该标签在不同地点的标签距离 d;
根据所述地点之间的距离和该标签的移动时间确定该标签的移动速度；
根据检测到的不同地点和所述移动速度， 估计该标签的移动路径。
该方法进一步包括： 在不同方位设置多个阅读器， 确定所述标签与每个阅读器的标签距离 d， 根据所 述多个标签距离 d得到该标签的三维坐标。
该方法在步骤 A之前进一步包括： 该阅读器测量平均接收信号强度指示 RSSI值， 并将实际 RSSI值 小于所述平均 RSSI值的标签滤除。
一种射频识别 RFID阅读器， 包括：
控制单元， 用于控制频率生成单元生成至少两个频率；
信号发射单元， 用于在所生成的至少两个频率上向标签发射信号；
所述控制单元进一步用于： 将信号接收单元接收的反射信号合并得到合并后的接收信号， 并将该合并 后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签。
所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率 £2 ;
所述信号接收单元用于在第一时间在所述第一频率 fl上获得该标签的第一接收信号，并在第二时间在 所述第二频率 £2上获得该标签的第二接收信号， 其中所述第一时间与所述第二时间不同；
所述控制单元用于将所述第一接收信号和所述第二接收信号合并， 得到所述合并后的接收信号。 所述控制单元进一步用于：
从所述第一接收信号中获得第一同相分量 II和第一正交分量 Ql， 构造出第一信号矢量 Vl=Il+jQl ; 从所述第二接收信号中获得第二同相分量 12和第二正交分量 Q2， 构造出第二信号矢量 V2=Q2+jI2 ; 将所述第一信号矢量 VI和所述第二信号矢量 V2相加， 得到合并后的接收信号矢量 V。
所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率 £2 ;
所述信号发射单元用于在所述第一频率 fl 上产生第一发射信号 Acos (2 fl *t)和在所述第二频率 β 上产生第二发射信号 Bcos (2 f2*t)， 并发出合并后的发射信号 ACOS (2Kfl *t) +BCOS (2Kf2*t)。 所述信号接收单元包括第一接收模块和第二接收模块；
cos ( 2πΐ\ *t) sin ( 2πΐ2 *t ) 所述第一接收模块用于将接收天线获得的信号与 I 路本振信号 Ιω = ~ ^ '-+ ~ ^ ^混
HI H2 频， 得到合并同相分量 Inew， 提供给所述控制单元； 所 述 第 二 接 收 模 块 用 于 将 所述 接 收 天 线 获 得 的 信 号 与 Q 路 本 振 信 号 sin (2 fl*t) cos(2 f2*t)
QL0= ~ ^ '-+ ~ ^ ^混频， 得到合并正交分量 Qnew， 提供给所述控制单元；
HI H2 所述控制单元用于根据所述合并同相分量 Inew和所述合并正交分量 Qnew， 得到所述合并后的接收信 号 "
其中，所述 HI为所述第一频率 fl上的第一信号衰减，所述 H2为所述第二频率 β上的第二信号衰减。 该阅读器进一步包括： 信号衰减单元；
所述控制单元用于控制所述信号发射单元在所述第一频率 fl发射信号进行信道估计得到 Hl， 控制所 述信号衰减单元为所述第一频率 fl产生第一衰减因子 G1=1 H1，并控制所述信号发射单元在所述第二频率 £2发射信号进行信道估计得到 H2，控制所述信号衰减单元为所述第二频率 β产生第二衰减因子 G2=l H2。
所述控制单元进一步用于：
控制所述频率生成单元改变所述第一频率 fl和 /或所述第二频率 £2， 使得二者的频率间距变大， 并控 制所述信号发射单元在改变后的第一频率 fl和第二频率 £2上向所述标签发射信号。
所述控制单元进一步用于： 根据标签距离 d与星座点的矢量角度 Θ的对应关系， 确定所述标签与阅读 器的标签距离 d。
所述控制单元用于：
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第一状态时的第一星座点运动轨迹， 并在星座图上找出该 第一星座点运动轨迹的第一边界位置和第二边界位置；
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第二状态时的第二星座点运动轨迹， 并根据该第二星座点 运动轨迹从所述第一边界位置和所述第二边界位置中找出外界反射体位置， 从而确定出星座图上的标签位 置； 其中， 所述外界反射体为除该标签之外的其他反射体， 所述标签在第一状态和第二状态具有不同的反 射特性；
根据所述星座图上标签位置的矢量角度 Θ确定出相应的标签距离^
本发明实施例提供的标签定位方法以及射频识别阅读器在至少两个频率上向标签发射信号， 并将合并 后的接收信号映射到星座图上， 使得确定出的标签距离准确度更高。 附图说明 图 1示出本发明一个实施例中从阅读器发出的信号具有三路传输的场景；
图 2为使用三个不同方案时读取空洞的仿真示意图； 图 3为本发明一个实施例中 RFID阅读器进行标签定位的方法流程图；
图 4为本发明一个实施例中使用双载波得到的 IQ结构；
图 5 (a) 示出距离 d=0时的 IQ结构；
图 5 (b ) 示出距离 d=0.5m时的 IQ结构；
图 5 (c) 示出距离 d=1.5m时的 IQ结构；
图 6 (a) 为 fl=865.7MHz， £2=867.5MHz时的 IQ映射；
图 6 (b ) 为 fl=865.7MHz， Ω=916.2ΜΗζ时的 IQ映射；
图 7为本发明一个实施例中使用不同说的频率组合进行两级距离过滤的方法流程图；
图 8为通信过程中金属和标签的反射状态的示意图；
图 9示出两种状态下 IQ结构中的星座点运动轨书迹；
图 10示出仿真过程中捕捉到的四种状态下的星座图；
图 11为本发明一个实施例中阅读器的 TX RX链路示意图；
图 12为本发明另一个实施例中双载波阅读器的结构示意图；
图 13示出本发明一个实施例中阅读器的信道估计流程。 具体实施方式 为使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下参照附图并举实施例， 对本发明进一步详细 说明。
本发明提出一种基于至少两个载波的解决方案， 一方面采用至少两个不同频率上的载波激活标签， 从 而在所需区域消除读取空洞（field null), 另一方面将至少两个载波上的反射信号合并后映射为星座图上的 星座点， 构造出特殊 IQ结构。 在该结构中， 每个点唯一代表阅读区域的一个标签距离。 这样， 通过发现 阅读器和标签的通信过程中星座点在 IQ结构 （或称为星座图） 的运动轨迹， 并采用一定的模式识别方法 对该运动轨迹进行分析， 能够识别来自标签的反射并确定标签距离。 根据本发明的方法， 所需区域之外的 标签将被滤除， 即使在复杂环境下也能得到一个可控的阅读区域。
具体地， 本发明提出一种采用射频识别 RFID 阅读器定位标签的方法， 包括： A、 所述阅读器在至少 两个频率上向该标签发射信号并接收相应的反射信号； B、 将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信 号， 并将该合并后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签。
与常规的只有单个载波的阅读器设计不同的是， 本发明提出的方法采用至少两个载波激活标签， 下面 以两个频率 （分别为第一频率 fl 和第二频率 f2 ) 为例加以说明， 采用两个以上频率的情况与此类似。 在 多径传输场景中， 两个载波上的 RF信号将出现频率分集， 从而消除阅读区域的读取空洞。 以下通过仿真 显示本发明对读取空洞的改善， 如图 1所示， 该仿真构造的是一个三路传输场景。 具体地， 一路是从阅读 器 101到标签 102， 另一路是从阅读器 101到金属反射器 103， 还有一路是从阅读器 101到金属底部 104。 其中， 阅读器 101与标签 102的距离 d (或称为标签距离） 为 2-3m左右， 阅读器 101与金属反射器 103 的距离 d2为 3.1m。
图 2采用三种方案对图 1中三路传输场景的相对路径损耗进行仿真，从而比较这三种方案的读取空洞。 在方案 1中， 只使用单载波； 在方案 2中， 使用两个载波并采用跳频方式； 在方案 3中， 同时使用两个载 波 （分别为 865.7MHz和 916.2MHz)。 从仿真结果看出， 在单载波方案中出现一个相对路径损耗为 -40dB 的读取空洞， 而方案 2和 3都可以消除该读取空洞。 可见， 使用两个载波的方案能够较好地改善读取空洞 问题。需要指出，两个载波之间的频率间距越大，频率分集的效果越好。由于 ETSI规范（比如 ETSI TR 102 649-2 V 1.1.1 ) 将允许在 915MHz设定新的信道方案， 在欧洲应用中这两个信道可以选为 fl=865.7MHz和 £2=916.2MHz。
图 3为本发明一个实施例中 RFID阅读器进行标签定位的方法流程图， 包括以下步骤。
步骤 301 : 阅读器在至少两个频率上向标签发射信号并接收相应的反射信号。
需要指出， 不同标签的反射信号是在不同时间 （比如时隙） 接收到的， 可以通过标签 ID加以区分。 进一步地， 对于较为复杂的外界环境， 在某个时间接收到的不仅有标签的反射信号， 还有外界反射体 （即 除该标签之外的其他反射体） 的反射信号。
步骤 302: 将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信号， 并将该合并后的接收信号映射到星座图 上。
如前所述， 标签移动半波长距离将导致 360度的相位改变， 这在常规 IQ结构中是无法检测到的。 在 常规 IQ结构中， 同相分量 I=cos(2 ft。;)， 正交分量0=3 (2兀11。；)。 为了克服上述的距离不确定性， 本发 明提出一种将至少两个载波合并的新 IQ映射方案。
以两个载波为例， 在本发明中， I'=cos(2 fl*t。) +sin (2 f2*t。)， Q'=sin(2 fl *t0)+cos (2πί2*ΐ0 ) , 因此本发明的特殊 IQ结构中
Figure imgf000010_0001
具体地， 图 4示出特殊 IQ结构中双载波 （Continuous Wave, CW) 的矢量和。 如图 4所示， 新的 IQ映射 可以解释为双载波上的两个矢量之和。 根据本发明中定义的 IQ结构， 取决于 β-fl的每个星座点唯一表示 某个区域的标签距离。图 5(a)-(c)为特殊 IQ结构中距离映射的三个示例，其中 fl和 β分别选为 865.7MHz 和 916.2MHz。 具体地， 图 5 (a) 为距离 d=0的情况， 图 5 (b) 为距离 d=0.5m的情况， 图 5 (c) 为距离 d=1.5m的情况。
在一个具体实现中， 阅读器于不同时间分别在第一频率 fl和第二频率 £2上向某个标签发射信号。 相 应地， 阅读器在第一频率 fl上接收该标签的第一接收信号， 并在第二频率 £2上获得该标签的第二接收信 号， 所述第二频率 £2和第一频率 fl的频率间距为 Af ， 并根据图 4所示的方法将第一信号矢量 Vl=Il+jQl 和第二信号矢量 V2=Q2+」I2合并为接收信号矢量 V=Inew+jQnew， 使得根据矢量角度唯一标识标签距离的 效果更好。
在另一个具体实现中， 阅读器同时在第一频率 fl和第二频率 £2上向某个标签发射信号， 即阅读器发 出的是合并后的发射信号 ACOS(2 fl*t)+BCOS(2 f2*t)。 相应地， 阅读器将所接收的反射信号与 I路本振 cos(2 fl*t) sin(2 f2*t)
信号 Ιω= ~ ^ L+ ~ ^ ^混频， 得到合并同相分量 Inew， 将所接收的反射信号与 Q路本振信
L0 HI H2 new sin(2 fl*t) cos(2 f2*t)
号 (^。= ~ ^ L+ ~ ^ ^混频， 得到合并正交分量 Qnew， 再将所述合并同相分量 Inew和所述
HI H2 合并正交分量 Qnew合并为接收信号矢量 V=Inew+jQnew。 需要指出， 在上述步骤 302中， 将所接收的反射信号合并的方式可以是： 确定每个频率上的同相分量
I=cos(2 ft。；)和正交分量 Q=sm(2 ft。）， 将两个频率上的四个分量 II、 12、 Ql、 Q2任意组合， 得到第一 信号矢量 VI和第二信号矢量 V2， 再将这两个信号矢量相加， 得到接收信号矢量 V。 比如， 在一个具体实 现中， 第一信号矢量 Vl=Il+_jI2， 第二信号矢量 V2=Ql+_jQ2。 或者， 将两个频率上的四个分量 II、 12、 Ql、 Q2 任意组合， 得到 I 路本振信号和 Q 路本振信号。 比如， 在又一个具体实现中，
_cos(2 fl*t) cos(2 f2*t) _sin(2 fl*t) sin(2 £2*t)
ILO HI + H2 ' QL。 HI + H2 °
当然， 对于三个载波或者更多载波的情况， 可以将两个载波的合并方法加以推广， 比如将第 1个载波 上的信号矢量 W与第」个载波上的信号矢量 Yj进行合并（比如按照图 4所示的方法)，得到信号矢量 Vm， 再将 Vm与第 k个载波上的信号矢量 Vk合并， 依此类推， 直至所有载波上的信号矢量都参与到合并中， 从而得到最终的接收信号矢量 V。 或者， 将第 k个载波上的信号矢量 Vk与第 p个载波上的信号矢量 Vp 合并得到信号矢量 Vn， 再将 Vm与 Vn合并。
步骤 303: 根据接收信号矢量 V在星座图上的星座点位置进行标签定位， 比如确定相应的标签距离 d 等。
具体地， 在星座图上画出接收信号矢量 V后， 根据矢量角度 Θ (见图 4) 确定标签距离 d， 每个矢量 角度对应一个标签距离。需要指出， 矢量角度与标签距离的对应关系的准确度取决于 £2和 fl的频率间距。 当 ^ ^较小时， 阅读器能够确定出较大距离范围内的标签， 但是误差较大； 当 Af较大时， 阅读器只能确定 出较小距离范围内的标签， 误差相应也较小。 在一个具体实现中， 确定标签距离 d。 其中， Θ为矢量角度， d
为标签距离， c为光速，
Figure imgf000012_0001
般地， 矢量角度 Θ与^ ~(f2-fl)成正比， 使 得合并后的接收信号在星座图上的映射能够在较大范围内唯一标识出标签距离。
进一步地， 执行步骤 304-305 : 判断是否需要再次确定标签距离 d， 如果需要则改变 fl和 /或 £2使得二 者的频率间距发生改变 （比如将 Af变大等）， 并返回执行步骤 301-303， 从而估计出准确度更高的标签距 离。
需要指出， 本发明所提供的特殊 IQ 结构在距离过滤上的能力很大程度上取决于双载波的频率间距 f2-fl。 双载波的频率间距较小时， 所能得到的唯一标识的距离范围较大。 然而， 此时若要对距离进行更细 粒度的区分， 困难较大。 另一方面， 双载波的频率间距较大时， 能够唯一标识的距离范围较小， 但是可以 对距离进行细粒度区分。
具体地，本发明定义的 IQ结构的两个例子如图 6 (a)和图 6 (b)所示。其中，图 6 (a)为 fl=865.7MHz、 f2=867.5MHz时的 IQ映射， 图 6 (b)为 fl=865.7MHz、 f2=916.2MHz时的 IQ映射。可以看出， 在图 6 (a) 中， 频率间距较小， IQ结构能够映射出的距离范围为 0-15m， 其中 611和 612为 0-2.9m， 613和 614为
2.9m-15m， 但是距离映射的准确度不高， 星座点有较小矢量角度的误差都将导致确定出的标签距离与实际 情况有很大偏差。 在图 6 (b) 中， 频率间距较大， IQ结构能够映射出的距离范围为 0-2.9m， 其中 621和 622为 0-lm， 623和 624为 lm-2.9m， 但是距离映射的准确度较高。
基于上述情况， 图 7示出本发明一个实施例中使用不同的频率组合进行 N级距离过滤的方法流程， 其 中 N为任意正整数。 一般情况下， N为 2， 即采用两种不同的频率组合过滤标签， 令标签经过粗粒度和细 粒度两种不同方式的过滤， 从而提高过滤的准确度。 当然， 在进行粗粒度过滤时， 除了采用频率间距较小 的双载波确定标签距离， 还有一种方式是测量平均接收信号强度指示 （Received Signal Strength Indication, RSSI) 值， 并将 RSSI值过小的远处标签滤除。
当然， 在上述步骤 304中， 阅读器可以根据预先设置重复执行 N次步骤 301-303 (N为任意正整数）， 从而得到所需的标签距离。 比如， 阅读器将标签定位次数加 1后判断其是否达到预设次数， 如果达到则结 束流程或者执行步骤 306， 否则改变所述第一频率 fl和 /或所述第二频率 β， 使得二者的频率间距变大， 并返回执行步骤 301。 或者， 阅读器将本次标签定位结果与历史标签定位结果 （比如上次标签定位结果或 者之前任意一次标签定位结果） 比较， 如果二者之差小于预设门限则结束流程或者执行步骤 306， 比如阅 读器可以将本次确定的标签距离与上次确定的标签距离的差值和预设差值比较， 从而判断出是否需要再次 确定标签距离 d。 对于步骤 305， 阅读器也可以根据预先设置决定如何改变 β和 /或 fl， 此处不再赘述。 进一步地， 执行步骤 306: 阅读器根据所确定的标签距离进行过滤， 将位于预设距离内的部分或全部 标签的信息报告给控制中心或者主机， 至此本流程结束。
具体地， 预设距离可以是一个距离范围， 即阅读器将落在该距离范围的标签信息上报。 或者， 预设距 离可以为一个值， 阅读器相应地将标签距离小于该预设距离的标签信息上报。 采用步骤 306的方法， 阅读 器可以根据标签距离对标签进行过滤， 避免将串读到的标签提供给控制中心， 使得阅读器向控制中心的信 息上报更为准确。
在图 3所示的流程中， 基于特殊 IQ结构， 本发明在通信过程中可以进一步通过分析 IQ结构中的星座 点运动轨迹， 区分来自标签和外界环境的说反射， 并确定出标签距离。 需要指出， 与来自外界环境的固定反 射不同的是， 标签具有两种反射状态， 那么这两种状态在 IQ结构中的星座点运动轨迹也会有所不同。
在本发明的一个应用场景中， 阅读器天线前放书置有金属板 （作为外界环境的一种示例） 和标签。 金属 板总是完全反射信号， 而标签则有两种不同的反射特性， 比如第一状态是完全反射信号 （可以是芯片阻抗 开路或短路）， 第二状态是部分反射信号 （可以是芯片阻抗与标签天线匹配等）。 图 8为该应用场景中金属 和标签的反射状态示意图。 具体地， 在发出后向散射 FMOMiller码之前， 标签完全反射信号 （即状态 1 ); 在发出后向散射 FMO Miller码之时（比如图 13中的 EPC阶段）， 标签将在码中交替反射低电平和高电平， 其中部分反射在码中体现为低电平 （即状态 2)， 而完全反射在码中体现为高电平。
图 9示出两种状态下 IQ结构中的星座点运动轨迹。 在状态 1中， 金属和标签都为全反射， 因此 IQ结 构中的星座点将在金属位置和标签位置之间运动， 其运动轨迹处在如图 9的虚线所示的范围内； 在状态 2 中， 标签仅为部分反射， 因此星座点运动轨迹将更靠近金属位置 （其范围如图 9 的实线所示）， 且无法达 到标签位置。这样， 先确定出状态 1时运动轨迹的两个边界点， 再根据状态 2时的运动轨迹确定金属位置， 就能找出星座图中的标签位置。 此外， 还可以使用某些模式识别方法， 比如点聚类方法等， 区分 IQ结构 中的金属位置和标签位置， 再据此识别来自标签的反射和确定标签距离。 需要指出， 金属位置和标签位置 都是星座图上的一个星座点。 当然， 上述过程可以在阅读器上执行， 也可以由阅读器将标签信息上报给控 制中心， 再由控制中心根据所述标签信息找出星座图中的标签位置。
以下通过仿真对本发明提供的方法进行验证， 在该仿真中， 标签被放置在距离阅读器天线 0.33m的地 点， 金属板被放置在距离阅读器天线 0.8m的地点。 图 10示出仿真过程中捕捉到的四种状态下的星座图。 其中， 图 10 ( a) 示出没有信号反射时的星座点 (0,0); 图 10 (b) 示出只有位于 d=0.33m的标签反射时的 星座点 (0.93,0.43); 图 10 (c) 示出标签和金属同时反射时的星座点， 需要指出， 该星座点在只有标签反射 和只有金属反射的两个星座点之间运动，图 10 (c)仅为其某个时刻的位置；图 10 (d)示出只有位于 d=0.8m 的金属反射时的星座点 (-1.39,0.08)。从图 10所示的仿真结果看出， 只有标签反射信号时， 星座点保持在标 签位置； 只有金属反射信号时， 星座点移动到金属位置； 当标签和金属同时反射信号时， 星座点位于上述 两个位置之间， 其运动模式取决于标签反射状态。 采用一些模式识别方法， 可以识别出来自标签的反射和 相应的标签距离。
采用本发明提供的标签定位方法， 可进一步在反射环境 （例如制造环境等） 下对带有标签的移动目标 进行追踪。 具体地， 该标签的移动路径估计如下：
1、 检测该标签在两个频率上都没有读取空洞的地点， 并记录每个地点的标签距离；
2、 根据上述地点之间的距离和该标签在上述地点之间的移动时间估计该标签的移动速度；
3、 根据移动速度和之前检测到的没有读取空洞的地点 （或称为历史检测地点）， 采用插值或者其他方 式估计该标签所经过的位于读取空洞的地点 （比如阅读器无法覆盖的地点等）， 获得该标签的移动路径。
与现有技术相比， 本发明提供的方法说在至少两个载波上向某个标签发射信号并相应地接收反射信号， 将所接收的反射信号合并， 从而根据合并后的接收信号对该标签进行定位。 具体地， 本发明根据合并后的 接收信号对标签测距， 利用所获得的标签距离滤除书远处标签， 从而降低标签过滤的模糊度。 进一步地， 本 发明利用合并后的接收信号在星座图上的运动轨迹区分来自标签的反射和来自周边环境 （比如附近金属） 的反射， 且不会受到周边环境太大的影响。 进一步地， 本发明还可以在不同方位设置多个阅读器， 并通过 图 3所示的流程确定某个标签与每个阅读器的标签距离 d， 根据所述多个标签距离 d得到该标签的三维坐 标， 从而更准确地获知该标签所在的地点。
进一步地， 本发明提供了多种适用于上述标签定位方法的射频识别（RFID)阅读器， 包括： 控制单元， 用于控制频率生成单元生成至少两个频率； 信号发射单元， 用于在所生成的至少两个频率上向标签发射信 号； 所述控制单元进一步用于： 将信号接收单元接收的反射信号合并得到合并后的接收信号， 并将该合并 后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签。
实施例 1：
图 11为本发明一个实施例中阅读器的 TX/RX链路（chain)示意图， 该实施例对普通阅读器进行简单 的软件和 /或硬件改造和升级， 使其能够对标签测距， 进而根据所获得的标签距离 d过滤标签或者确定标签 的移动路径。 具体地， 该阅读器包括以下至少一个单元： 控制单元 1101、 频率生成单元 1102、 信号接收 单元 1103、 信号发射单元 1104。
在信号接收单元 1103中， 接收 （RX) 天线与某个标签通信获得的信号分为两路， 一路与频率生成单 元 1102生成的信号∞ 2πή)混频后， 经过低通滤波器 （low-pass filter, LPF) 和模数转换 （ADC) 模块的 处理， 由第一接收数字信号处理 （DSP RX) 模块提供给所述控制单元 1101 ; 另一路与频率生成单元 1102 所生成信号经移相处理后得到的信号 sin(2 ft)混频后， 经过 LPF和 ADC模块的处理， 由第二 DSP RX模 块提供给所述控制单元 1101。 其中， H体现的是信道衰减和电路影响。
具体地， 信号接收单元 1103在第一时间在所述第一频率 fl上获得第一接收信号 AHc0S(2rfl*(t-t。))， 并从所述第一接收信号中获得第一同相分量 Il=AHC0S(2 fl*t。；)和第一正交分量 Ql=AHsm(2 fl*tQ)，提供给 所述控制单元 1101 ; 信号接收单元 1103 在第二时间在所述第二频率 β 上获得第二接收信号 ΑΗοο8(2π£2*(Μ0))， 并从所述第二接收信号中获得第二同相分量 I2=AHCOS(2wG*t。)和第二正交分量
Figure imgf000015_0001
提供给所述控制单元 1101， 其中所述第一时间与所述第二时间不同。
在信号发射单元 1104中， 发射数字信号处理 （DSP TX) 模块将信号发送到数模转换 （DAC) 模块处 理， 再经过混频器和放大器后输出至发射 (ΤΧ) 天线。
控制单元 1101用于控制频率生成单元 1102在不同时间生成第一频率 fl和第二频率 β，用于向标签发 射信号。 在本发明一个具体实现中， 频率生成单元 1102为振荡器。
进一步地， 控制单元 1101用于接收第一 DSP RX模块提供的第一同相分量 II'和第二 DSP RX模块提 供的第一正交分量 Q1' , 将该第一频率 f说l上接收到的 I、 Q值 （即 ΙΓ和 Q1' ) 归一化得到 II和 Q1后， 存 储为第一信号矢量 Vl=Il+jQl。 需要指出， 归一化操作并不是必须的， 或者控制单元 1101接收到的信号 书
就是归一化后的第一同相分量 II和第一正交分量 Ql。 也即， 第一同相分量可为归一化前的 ΙΓ， 也可为归 一化后的 II， 或者 ΙΓ等于 II。 当然， 第一正交分量的处理与第一同相分量类似， 此处不再赘述。
Figure imgf000015_0002
进一步地， 控制单元 1101用于在接收到第一 DSP RX模块提供的第二同相分量 12'和第二 DSP RX模 块提供的第二正交分量 Q2'后， 对第二频率 Ω上接收到的 I、 Q值 （即 12'和 Q2' ) 进行与第一频率 fl类 似的归一化得到 12和 Q2，并存储为第二信号矢量 V2=Q2+jI2。同样地，第二同相分量可为归一化前的 12'， 也可为归一化后的 12， 或者 12'等于 12， 第二正交分量类似。
Figure imgf000015_0003
进一步地， 控制单元 1101用于将第一信号矢量 VI和第二信号矢量 V2相加， 得到该标签合并后的接 收信号矢量 V=I+jQ， 即最终的 I、 Q值如下：
Figure imgf000015_0004
进一步地， 控制单元 1101用于将合并后的接收信号矢量 V映射到星座图上， 从而根据 IQ结构确定出 阅读器与该标签的距离 （或称为标签距离 d)。
可以看出， 本实施例的阅读器将两步骤跳频应用到普通阅读器中， 使用不同的频率（fl和 £2)经两个 步骤与标签通信， 通过对普通阅读器进行较小改动使其具有对标签测距的功能。 并且， I、 Q值在每个频率 上都被归一化， 使得在构造 IQ结构时无需使用到信道衰减信息。 具体实现时， 所述控制单元 1101可以是 硬件单元 （比如新增的 MCU)， 或者软件模块， 从而易于添加到普通阅读器中。
需要指出， 本实施例提供的阅读器在获得标签距离之前需要改变频率， 而改变频率需要 20ms的时间 进行锁相环 （Phase-locked loop, PLL)锁定。 在多数应用中， 标签在这段时间内的移动距离不会太大（比 如当移动速度达到 2m/s时只移动 4cm)， 因此不会影响距离过滤的准确度。
实施例 2:
如果应用在标签高速移动的环境中， 可以采用本发明另一个实施例提供的阅读器同时传输双载波 (CW 图 12为本发明另一个实施例中双载波阅读器的结构示意图， 该阅读器中增加了用于同时传输双 CW的新硬件单元。 与图 11类似地， 图 12的阅读器包括： 控制单元 （可以是 MCU等） 1201、 频率生成 单元 1202、 信号接收单元 1203、 信号发射单元 1204， 还可以进一步包括： 信号衰减单元 1205。 其中， 第 一 DSPRX、 第二 DSPRX、 MCU、 第一 DSPTX、 第二 DSPTX为该阅读器的数字处理部分。
在图 12 所示的阅读器中， 在 fl 上产生第一发射信号 Acos(2 fl*t)， 在 β 上产生第二发射信号
Bcos(2 f2*t), 将这两路信号合并， 最终发送到发射天线的传输信号为 ACOS(2Kfl*t)+BCOS(2Kf2*t)。 由 于每个信道的信道衰减和电路冲击是不同的， 从标签接收到的后向散射信号为： AHl*cos(2 fl*(t-t。))+BH2*cos(2 £2*(t-t。 。 在一个具体实现中， fl=865.7MHz， β=916.2ΜΗζ。 通过 将上述两个载波合并， 可以得到 I信道和 Q信道上的本振 （local oscillator, L0) 信号。
i _cos(2 fl*t) + sin(2 f2*t)
L0 HI H2
_sin(2 fl*t) cos(2 f2*t)
QL。 HI + H2
通过混频器将接收天线获得的信号与 LO信号混合后， 得到以下 I、 Q值：
I'=Acos (2πί 1 *t0 ) +Bsin (2πΐ2\ )
Q'=Asin (2πΩ *t0 ) +Bcos (2πΐ2% ) 此后， 该 I、 Q值可以构造出用于距离过滤的 IQ结构。
上述过程中， HI为第一频率 fl上的信道衰减和电路影响， H2为第二频率 β上的信道衰减和电路影 响。 具体地， 为了补偿每个信道的衰减， 可以采用训练过程（比如信道估计）获得 HI和 Η2， 再通过自动 增益控制 （Automatic gam control, AGO 为每个载波提供信号衰减的补偿。 图 13示出本发明一个实施例 中阅读器的信道估计流程。 具体地， 阅读器发出 query信令， 并在第一频率 fl上发射信号以便估计 fl上 的信号衰减 （包括信道衰减和电路影响等）； 之后， 阅读器发出 ACK信令， 并在第二频率 β上发射信号 以便估计 £2上的信号衰减； 然后， 阅读器再次发出 ACK信令， 并同时在第一频率 fl和第二频率 β上发 射信号进行标签测距。也就是说， 在阅读器和标签的通信过程中， 首先， 阅读器分别在每个载波（fl和 £2 ) 上通过与标签的通信估计信号衰减； 然后， 阅读器在 fl和 £2上发送信号进行标签测距。 需要指出， 在估 计第一信号衰减 HI时， MCU通过控制第二 GC抑制第二频率 β上的信号发射； 类似地， 在估计第二信 号衰减 Η2时， MCU通过控制第一 GC抑制第一频率 fl上的信号发射。
可见， 本发明实施例提供的标签定位方法和阅读器包括以下至少一个方案：
1、 在 RFID系统 （比如 UHF无源 RFID系统等） 中使用至少两个载波减少读取空洞并将合并后的接 收信号映射到星座图上， 从而根据星座点的变化更方便、 准确地定位标签。 比如， 阅读器采用双载波激活 标签， 并将两个载波合并构造出特殊 IQ结构。 对于该 IQ结构， 在所采用的两个载波之间的 ^确定的情 况下， 每个星座点可以唯一标识某个区域内的一个标签距离。
2、 采用 N步骤距离过滤， 其中 N为任意正整数。 比如， 使用两级过滤方案来准确定位标签， 先根据 RSSI检测执行粗粒度过滤， 以便滤除远处标签， 之后采用细粒度过滤识别所需区域的标签。 当然， 可以在 距离过滤中采用更多的频率组合， 使得可唯一标识的距离范围更大。
3、 通过分析 IQ结构中的星座点运动轨迹， 正确识别出复杂环境中来自标签的反射， 从而确定相应的 标签距离。
4、 通过连续距离检测和历史检测地点分析， 对移动目标进行追踪。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内， 所做 的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种采用射频识别 RFID阅读器定位标签的方法， 其特征在于， 包括：
A、 所述阅读器在至少两个频率上向该标签发射信号并接收相应的反射信号；
B、 将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信号， 并将该合并后的接收信号映射为星座图上的星 座点用于定位该标签。
2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率 β; 则步骤 Α中接收相应的反射信号包括：
所述阅读器在第一时间在所述第一频率 fl上获得第一接收信号， 并在第二时间在所述第二频率 £2上 获得第二接收信号， 其中所述第一时间与所述第二时间不同。
3、 根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 步骤 B中将所接收的反射信号合并得到合并后的接收 信号包括：
Bl、 从所述第一接收信号中获得第一同相分量 II 和第一正交分量 Ql， 构造出第一信号矢量 Vl=Il+jQl ;
B2、 从所述第二接收信号中获得第二同相分量 12 和第二正交分量 Q2， 构造出第二信号矢量 V2=Q2+jI2;
B3、 将所述第一信号矢量 VI和所述第二信号矢量 V2相加， 得到合并后的接收信号矢量 V。
4、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率 β; 则步骤 Α中所述阅读器在至少两个频率上向该标签发射信号包括：
所述阅读器在所述第一频率 fl上产生第一发射信号 Acos (2 fl *t)， 在所述第二频率 £2上产生第二 发射信号 Bcos (2 f2*t)， 并向该标签发出合并后的发射信号 ACOS (2Kfl*t) +BCOS (2Kf2*t)； 步骤 B中将所接收的反射信号合并得到合并后的接收信号包括： cos (2 fl *t) sin (2 f2*t)
所述阅读器将所接收的反射信号与 I路本振信号 Ιω = ~ ^ '-+ ~ ^ ^混频， 得到合并同
HI H2 相分量 Inew； sin (2 fl *t) cos (2 f2*t)
将所接收的反射信号与 Q 路本振信号 (^。= ~ ^ L+ ~ ^ ^混频， 得到合并正交分量
L0 HI H2
Qnew， 根据所述合并同相分量 Inew和所述合并正交分量 Qnew， 得到所述合并后的接收信号； 其中，所述 HI为所述第一频率 fl上的第一信号衰减，所述 H2为所述第二频率 β上的第二信号衰减。 权 利 要 求 书
5、 根据权利要求 1-4任一项所述的方法， 其特征在于， 在步骤 A之前， 进一步包括： C、 设置具有频 率间距的所述第一频率 fl和所述第二频率 f2;
在步骤 Β之后， 进一步包括： D、 将标签定位次数加 1后判断其是否达到预设门限， 如果达到则结束 流程， 否则改变所述第一频率 fl和 /或所述第二频率 β， 使得二者的频率间距变大， 并返回执行步骤 Α; 或者
在步骤 Β之后， 进一步包括： Ε、 将本次标签定位结果与历史标签定位结果比较， 如果二者之差小于 预设门限则结束流程， 否则改变所述第一频率 fl和 /或所述第二频率 Ώ， 使得其频率间距变大， 并返回执 行步骤 Α。
6、 根据权利要求 1-4任一项所述的方法， 其特征在于， 步骤 Β中将该合并后的接收信号映射为星座 图上的星座点用于定位该标签包括： 根据标签距离 d与星座点的矢量角度 Θ的对应关系， 确定所述标签与 阅读器的标签距离 d。
7、 根据权利要求 6所述的方法， 其特征在于， 所述标签距离 d与星座点的矢量角度 Θ的对应关系为： 所述星座点的矢量角度 Θ与 ϋ(Ώ-Π)成正比， 其中 c为光速。
C
8、 根据权利要求 6所述的方法， 其特征在于， 步骤 Β中将该合并后的接收信号映射为星座图上的星 座点用于定位该标签包括：
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第一状态时的第一星座点运动轨迹， 并在星座图上找出该 第一星座点运动轨迹的第一边界位置和第二边界位置；
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第二状态时的第二星座点运动轨迹， 并根据该第二星座点 运动轨迹从所述第一边界位置和所述第二边界位置中找出外界反射体位置， 从而确定出星座图上的标签位 置； 其中， 所述外界反射体为除该标签之外的其他反射体， 所述标签在第一状态和第二状态具有不同的反 射特性；
根据所述星座图上标签位置的矢量角度 Θ确定出相应的标签距离 d。
9、 根据权利要求 1-4任一项所述的方法， 其特征在于， 进一步包括： 所述阅读器将一个或者多个标签 的标签距离 d与预设门限进行比较， 并将标签距离 d符合所述预设门限的标签的信息报告给控制中心。
10、 根据权利要求 1-4任一项所述的方法， 其特征在于， 步骤 B中将该合并后的接收信号映射为星座 图上的星座点用于定位该标签包括：
在所述第一频率 fl和所述第二频率 £2上检测该标签在不同地点的标签距离 d;
根据所述地点之间的距离和该标签的移动时间确定该标签的移动速度；
根据检测到的不同地点和所述移动速度， 估计该标签的移动路径。
11、 根据权利要求 1-4任一项所述的方法， 其特征在于， 进一步包括： 在不同方位设置多个阅读器， 确定所述标签与每个阅读器的标签距离 d， 根据所述多个标签距离 d得到该标签的三维坐标。 权 利 要 求 书
12、 根据权利要求 1-4任一项所述的方法， 其特征在于， 在步骤 A之前， 进一步包括： 该阅读器测量 平均接收信号强度指示 RSSI值， 并将实际 RSSI值小于所述平均 RSSI值的标签滤除。
13、 一种射频识别 RFID阅读器， 其特征在于， 包括：
控制单元， 用于控制频率生成单元生成至少两个频率；
信号发射单元， 用于在所生成的至少两个频率上向标签发射信号；
所述控制单元进一步用于： 将信号接收单元接收的反射信号合并得到合并后的接收信号， 并将该合并 后的接收信号映射为星座图上的星座点用于定位该标签。
14、 根据权利要求 13所述的阅读器， 其特征在于， 所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率
£2；
所述信号接收单元用于在第一时间在所述第一频率 fl上获得该标签的第一接收信号，并在第二时间在 所述第二频率 £2上获得该标签的第二接收信号， 其中所述第一时间与所述第二时间不同；
所述控制单元用于将所述第一接收信号和所述第二接收信号合并， 得到所述合并后的接收信号。
15、 根据权利要求 14所述的阅读器， 其特征在于， 所述控制单元进一步用于：
从所述第一接收信号中获得第一同相分量 II和第一正交分量 Ql， 构造出第一信号矢量 Vl=Il+jQl ; 从所述第二接收信号中获得第二同相分量 12和第二正交分量 Q2， 构造出第二信号矢量 V2=Q2+jI2; 将所述第一信号矢量 VI和所述第二信号矢量 V2相加， 得到合并后的接收信号矢量 V。
16、 根据权利要求 13所述的阅读器， 其特征在于， 所述至少两个频率包括： 第一频率 fl和第二频率
£2； 所述信号发射单元用于在所述第一频率 fl 上产生第一发射信号 Acos (2 fl *t)和在所述第二频率 β 上产生第二发射信号 Bcos (2 f2*t)， 并发出合并后的发射信号 ACOS (2Kfl*t)+BCOS (2Kf2*t)。
17、 根据权利要求 16所述的阅读器， 其特征在于， 所述信号接收单元包括第一接收模块和第二接收 模块；
cos (2 fl *t) sin (2 f2*t) 所述第一接收模块用于将接收天线获得的信号与 I 路本振信号 Ιω = ~ ^ '-+ ~ ^ ^混
HI H2 频， 得到合并同相分量 Inew， 提供给所述控制单元； 所 述 第 二 接 收 模 块 用 于 将 所述 接 收 天 线 获 得 的 信 号 与 Q 路 本 振 信 号 sin (2 fl *t) cos (2 f2*t)
QL0= ~ ^ '-+ ~ ^ ^混频， 得到合并正交分量 Qnew， 提供给所述控制单元；
HI H2 所述控制单元用于根据所述合并同相分量 Inew和所述合并正交分量 Qnew， 得到所述合并后的接收信
权 利 要 求 书
其中，所述 HI为所述第一频率 fl上的第一信号衰减，所述 H2为所述第二频率 β上的第二信号衰减。
18、 根据权利要求 17所述的阅读器， 其特征在于， 进一步包括： 信号衰减单元；
所述控制单元用于控制所述信号发射单元在所述第一频率 fl发射信号进行信道估计得到 Hl， 控制所 述信号衰减单元为所述第一频率 fl产生第一衰减因子 G1=1 H1，并控制所述信号发射单元在所述第二频率 £2发射信号进行信道估计得到 H2，控制所述信号衰减单元为所述第二频率 β产生第二衰减因子 G2=l H2。
19、 根据权利要求 13-18任一项所述的阅读器， 其特征在于， 所述控制单元进一步用于：
控制所述频率生成单元改变所述第一频率 fl和 /或所述第二频率 £2， 使得二者的频率间距变大， 并控 制所述信号发射单元在改变后的第一频率 fl和第二频率 £2上向所述标签发射信号。
20、 根据权利要求 13-18任一项所述的阅读器， 其特征在于， 所述控制单元进一步用于： 根据标签距 离 d与星座点的矢量角度 Θ的对应关系， 确定所述标签与阅读器的标签距离 d。
21、 根据权利要求 20所述的阅读器， 其特征在于， 所述控制单元用于：
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第一状态时的第一星座点运动轨迹， 并在星座图上找出该 第一星座点运动轨迹的第一边界位置和第二边界位置；
根据所述合并后的接收信号确定该标签处于第二状态时的第二星座点运动轨迹， 并根据该第二星座点 运动轨迹从所述第一边界位置和所述第二边界位置中找出外界反射体位置， 从而确定出星座图上的标签位 置； 其中， 所述外界反射体为除该标签之外的其他反射体， 所述标签在第一状态和第二状态具有不同的反 射特性；
根据所述星座图上标签位置的矢量角度 Θ确定出相应的标签距离^
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CN (1) CN103329142B (zh)
WO (1) WO2012094825A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682635A (zh) * 2012-09-25 2014-03-26 西门子公司 一种射频识别天线、射频识别天线的控制单元及控制方法和射频识别系统
CN104755955A (zh) * 2012-10-24 2015-07-01 脸谱公司 使用多尺度的受控带宽感应无线设备之间的距离
US11192055B2 (en) 2017-08-30 2021-12-07 Cummins Filtration Ip, Inc. Interlock for genuine filter recognition

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160139238A1 (en) * 2013-06-20 2016-05-19 Qatar University Qstp-B System and method for rfid indoor localization
WO2014209364A1 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Expiration tag of data
CN104951815B (zh) * 2014-03-31 2018-08-21 西门子（中国）有限公司 射频识别读写器及其天线组件和读写部件
CN104709696B (zh) * 2014-12-31 2018-03-16 深圳市中智科创机器人有限公司 托盘堆垛车放置/提取货物的方法、装置以及系统
US9767330B2 (en) * 2015-07-16 2017-09-19 Empire Technology Development Llc Distance determination between RFID tags
CN105572413B (zh) * 2015-12-31 2019-02-05 智坤（江苏）半导体有限公司 一种测量无源uhf rfid标签移动速度和方向的方法与应用
KR102417610B1 (ko) * 2016-03-03 2022-07-07 삼성전자주식회사 근거리 초고주파 레이더를 이용한 코드 판독 방법 및 장치
US20170017874A1 (en) * 2016-05-06 2017-01-19 Qualcomm Incorporated Radio frequency identification (rfid) reader with frequency adjustment of continuous radio frequency (rf) wave
DE102016209583A1 (de) 2016-06-01 2017-12-21 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Produktionsanlage zum Herstellen einer Vielzahl von Artikeln und Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen der Produktionsanlage
US10498569B2 (en) * 2016-06-23 2019-12-03 University Of Massachusetts Systems and methods for backscatter communication
CN107886018B (zh) * 2016-09-30 2021-01-29 西门子公司 判断标签移动方向的方法和装置
CN106291461B (zh) * 2016-09-30 2019-01-11 香港中文大学深圳研究院 一种rfid室内定位的方法、装置、服务器及系统
US10423812B2 (en) * 2017-03-07 2019-09-24 Denso Wave Incorporated Tag reader calculating minimum distance between antenna and tag
JP6887838B2 (ja) * 2017-03-21 2021-06-16 東芝テック株式会社 情報処理装置、情報収集装置および情報収集システム
US10656263B2 (en) 2017-09-14 2020-05-19 Qualcomm Incorporated Extended localization range and assets tracking
US10962632B2 (en) * 2017-12-18 2021-03-30 Texas Instruments Incorporated Electronic device and method for low power RF ranging
EP3652559A4 (en) * 2018-03-24 2021-05-05 Li, Brandon RFID TAG LOCATION AND RFID TAG ASSOCIATION
US11506777B2 (en) 2018-03-24 2022-11-22 Brandon Li RFID tag location and association of RFID tags
JP7107762B2 (ja) * 2018-06-20 2022-07-27 東芝テック株式会社 通信装置、通信方法及びプログラム
US10956692B2 (en) 2018-11-27 2021-03-23 Geissler Companies, Llc Tag reader receiver with high-Q antenna
US10972151B2 (en) 2018-11-27 2021-04-06 Geissler Companies, Llc Tag reader transmitter with high-Q antenna
US10976408B2 (en) * 2018-12-28 2021-04-13 Zebra Technologies Corporation Methods and system for enhanced RFID direction finding
EP3767518A1 (de) * 2019-07-15 2021-01-20 Sick Ag Rfid-vorrichtung und verfahren zum kommunizieren mit einem rfid-transponder
CN110687504B (zh) * 2019-09-06 2022-04-29 天津大学 基于多频载波相位差的uhf rfid标签测距方法
CN110995626B (zh) * 2019-10-11 2020-12-22 清华大学 并发信道参数估计方法、系统、电子设备和存储介质
CN112949328A (zh) * 2019-12-11 2021-06-11 上海烨煊信息技术有限公司 工业级超高频rfid读写装置及rfid射频识别系统
CN113468899B (zh) * 2021-06-30 2023-06-16 中国科学技术大学 一种基于rfid的不携带标签的目标追踪方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046843A (zh) * 2007-04-30 2007-10-03 郭岳衡 无线射频识别定位方法及其系统
US20070241904A1 (en) 2006-03-28 2007-10-18 Tomohiro Ozaki RFID tag distance measuring system and reader
US20080048867A1 (en) 2006-01-18 2008-02-28 Oliver Ronald A Discontinuous-Loop RFID Reader Antenna And Methods
US20080198903A1 (en) 2007-02-14 2008-08-21 Takehiro Kawai Frequency switcher, RFID system and distance measuring apparatus incorporating the Frequency switcher
JP2009270901A (ja) * 2008-05-07 2009-11-19 Yoichi Kaneko パッシブｒｆｉｄタグの三次元位置を高精度に計測する方法
CN101604021A (zh) 2009-07-09 2009-12-16 复旦大学 一种无线射频识别系统的定位方法与装置
CN101853413A (zh) * 2010-03-12 2010-10-06 北京创毅视讯科技有限公司 一种应用于物联网的电子标签及使用该电子标签的系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE42643E1 (en) * 1991-03-27 2011-08-23 Panasonic Corporation Communication system
US5471508A (en) * 1993-08-20 1995-11-28 Hitachi America, Ltd. Carrier recovery system using acquisition and tracking modes and automatic carrier-to-noise estimation
US7787568B2 (en) * 2006-06-22 2010-08-31 Symbol Technologies, Inc. High bit rate RFID system
GB0709313D0 (en) * 2007-05-15 2007-06-20 Siemens Ag RFID reader
JP5071800B2 (ja) * 2008-02-06 2012-11-14 ブラザー工業株式会社 無線タグ探索装置
CN102077115A (zh) * 2008-07-02 2011-05-25 Nxp股份有限公司 用于读取从应答器发送的信息的系统
CN101587182B (zh) * 2009-06-25 2011-08-17 华南理工大学 一种用于rfid室内定位系统的定位方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080048867A1 (en) 2006-01-18 2008-02-28 Oliver Ronald A Discontinuous-Loop RFID Reader Antenna And Methods
US20070241904A1 (en) 2006-03-28 2007-10-18 Tomohiro Ozaki RFID tag distance measuring system and reader
US20080198903A1 (en) 2007-02-14 2008-08-21 Takehiro Kawai Frequency switcher, RFID system and distance measuring apparatus incorporating the Frequency switcher
CN101046843A (zh) * 2007-04-30 2007-10-03 郭岳衡 无线射频识别定位方法及其系统
JP2009270901A (ja) * 2008-05-07 2009-11-19 Yoichi Kaneko パッシブｒｆｉｄタグの三次元位置を高精度に計測する方法
CN101604021A (zh) 2009-07-09 2009-12-16 复旦大学 一种无线射频识别系统的定位方法与装置
CN101853413A (zh) * 2010-03-12 2010-10-06 北京创毅视讯科技有限公司 一种应用于物联网的电子标签及使用该电子标签的系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2648131A4

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682635A (zh) * 2012-09-25 2014-03-26 西门子公司 一种射频识别天线、射频识别天线的控制单元及控制方法和射频识别系统
CN103682635B (zh) * 2012-09-25 2016-01-13 西门子公司 一种射频识别天线、射频识别天线的控制单元及控制方法和射频识别系统
CN104755955A (zh) * 2012-10-24 2015-07-01 脸谱公司 使用多尺度的受控带宽感应无线设备之间的距离
US11192055B2 (en) 2017-08-30 2021-12-07 Cummins Filtration Ip, Inc. Interlock for genuine filter recognition
US11633684B2 (en) 2017-08-30 2023-04-25 Cummins Filtration Ip, Inc. Interlock for genuine filter recognition

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Publication number Publication date
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US20140022059A1 (en) 2014-01-23
US9195862B2 (en) 2015-11-24
CN103329142A (zh) 2013-09-25
CN103329142B (zh) 2016-01-13
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EP2648131A1 (en) 2013-10-09

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