一個使用信號衝突緩解機制的消息獲取系統及其方法
2023-06-13 03:03:41 2
一個使用信號衝突緩解機制的消息獲取系統及其方法
【專利摘要】本發明披露了一個使用信號衝突緩解機制的消息獲取系統及其方法。所述消息獲取系統在一個時間周期內經由兩個相互基本上是隔離的天線發送兩個相互基本上是正交的信號，並預期接收到應答器的響應。該方法能夠在所述消息獲取系統與應答器之間建立兩個虛擬通道，從而緩解來自應答器的響應信號衝突。
【專利說明】一個使用信號衝突緩解機制的消息獲取系統及其方法
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及在一個主-從、命令-響應型消息獲取(message retrieval)系統裡的衝突避免，特別披露了一個用於無線射頻識別(RFID)系統的衝突緩解策略。
【【背景技術】】
[0002]許多通信系統採用主-從(master-slave)、命令-響應型協議,主單元發送一個命令到一個或多個從裝置，並徵求它們的響應。當同時有不止一個從回復時，從信號同時到達主單元，因此主單元接收到一個損壞的信號，無法對從響應進行解碼。即使在時隙-Aloha系統裡，從裝置從有限個數量的時隙中隨機選擇一個時隙進行回復，那麼兩個或多個從裝置選擇同一時隙的概率並不小。當信號衝突發生時，主單元將再次輪詢從裝置，這會將降低系統吞吐量。
[0003]無線射頻識別(RFID)系統是一個這樣的系統。主單元是RFID讀寫器，而從裝置是RFID標籤。實際上，在RFID讀寫器的接收範圍內可能有許多標籤，因此衝突會是一個主要問題。近年來已經研發出了多種防止衝突的方案。大多數是採用信號多樣化方法，如碼分多址(CDMA)、頻分多址(FDMA)、正交頻分多址(OFDMA)和空分多址(SDMA)。大多數方案還需要在RFID標籤上有很複雜的電路去實現。但是，複雜電路需要更多電力來運行，對這些RFID系統，標籤是由讀寫器唯一進行供電的，這意味著讀取距離將會縮短。更重要的是，更多的電路意味著生產標籤的成本更高。由於一個RFID實施的整體成本效益分析很大程度上依賴於標籤的成本，因此，所有這些方案都不具吸引力。所以，需要一個更節省成本的衝突預防或衝突緩解方案。
【發明概述】
[0004]鑑於前述發明背景，本發明的目的是提供另一種防衝突方法。特別是，本發明披露了一個簡單可靠的消息獲取系統及其方法，其能夠緩解信號衝突，而不會增加應答器的複雜性。
[0005]因此，一方面，本發明是一個用於至少一個應答器的消息獲取系統，其包括:(a)第一天線，其被設置以發送第一信號到應答器，並從應答器接收一個回覆信號，(b)第二天線，其被設置以發送第二信號到應答器，並從應答器接收回覆信號，(C)第一解調器，其連接到第一天線，並被設置以提取回覆信號的第一分量，(d)第二解調器，其連接到第二天線，並被設置以提取回覆信號的第二分量；和(e) —個獲取模塊，其被設置以根據第一分量和第二分量而獲取至少一個應答器的消息，其中第一天線與第二天線大體上是隔離的，第一信號與第二信號在時域上基本上是正交的。
[0006]在一個實施例裡，第一分量與第二分量在時域上基本上是正交的。
[0007]在另一個實施例裡，消息獲取系統還包括:(a)第一波形發生器，其通過第一發射機而連接到第一天線，所述第一波形發生器被設置以產生第一時域波形；和(b)第二波形發生器，其通過第二發射機而連接到第二天線，所述第二波形發生器被設置以產生第二時域波形，其中第一時域波形與第二時域波形正交，第一信號包括一個由第一時域波形調製的載波信號(carrier signal),第二信號包括一個由第二時域波形調製的載波信號。
[0008]在另一個實施例裡,第一時域波形是第一種修正Hermite脈衝，而第二時域波型是第二種修正Hermite脈衝。
[0009]在一個實施例裡，第一天線和第二天線因為它們的不同極化而隔離。在另一個實施例裡，第一天線和第二天線是上空間相互隔離的。在另一個實施例裡，第一天線和第二天線是通過天線輻射方向圖而隔離的。
[0010]本發明的另一個方面是一種獲取至少一個應答器消息的方法。本方法包括步驟:(a)分別通過使用第一天線和第二天線，同時發送第一信號和第二信號到應答器，(b)使用第一天線和第二天線，從應答器接收一個回覆信號，(C)從第一天線接收到的回覆信號中提取第一分量，(d)從第二天線接收到的回覆信號中提取第二分量，和(e)根據第一分量和第二分量，獲取應答器的消息，其中第一天線與第二天線基本上是隔離的，第一信號與第二信號在時域內基本上是正交的。
[0011]在一個實施例裡，第一分量與第二分量在時域內基本上是正交的。
[0012]在另一個實施例裡，本方法還包括步驟:(a)由第一時域波形調製一個載波信號，產生第一信號，和(b)由第二時域波形調製一個載波信號，產生第二信號，其中第一時域波形與第二時域波形正交。
[0013]在另一個實施例裡，本方法還包括步驟:(a)從第一分量中提取第一濾波信號，從第二分量中提取第二濾波信號。
[0014]本發明的另一個方面是一種對來自至少一個應答器的信號進行解碼的方法，本方法包括步驟:(a)產生至少兩個時域波形，這兩個時域波形相互正交，(b)通過至少兩個時域波形調製一個載波頻率，得到至少兩個信號，(C)通過至少兩個天線發送所述至少兩個信號到至少一個應答器，其中所述至少`兩個天線相互隔離，(d)接收響應信號，當所述至少一個應答器接收到所述至少兩個信號時，所述響應信號來自所述至少一個應答器，(e)將所述響應信號連接到至少兩個匹配濾波單元，獲得至少兩個濾波信號，(f)從所述至少兩個濾波信號中解碼出至少一個消息，其中所述至少一個消息中的每個消息都是嵌入在所述響應信號中的。
[0015]本發明有許多優點，特別是，本發明提供了一個系統和一種方法來緩解信號/消息衝突，而沒有增加應答器的複雜性。本設計能夠降低複雜性和系統成本。本發明的另一個優點是由於降低了信號/消息衝突，從而對大量應答器的消息獲取速度能夠大幅提高。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0016]圖1是本發明一個實施例的獲取至少一個應答器消息的方法流程圖。
[0017]圖2a顯示本發明一個實施例的一個消息獲取系統的典型運行環境。
[0018]圖2b顯不本發明一個實施例系統的框架動態時隙ALOHA算法。
[0019]圖3顯示本發明一個實施例的一組相互正交的修正Hermite多項式脈衝。
[0020]圖4顯示本發明另一個實施例的一個簡化的消息獲取系統。
[0021]圖5是本發明一個實施例的一個消息獲取系統的詳細示意圖。
[0022]圖6顯示本發明一個實施例的當輸入是圖3所示的正交修正Hermite多項式脈衝時匹配濾波器的輸出響應。[0023]圖7是本發明不同實施例的天線示意圖，其中圖7a中的天線是通過極化隔離的，圖7b的天線是空間隔離的，圖7c的天線是因為不同有效輻射方向圖覆蓋而隔離的。
[0024]圖8是描述在ALOHA協議裡空時隙、讀取時隙、衝突時隙、改進後的讀取時隙、和改進後的衝突時隙的數目對應於標籤數目的曲線圖。
【發明詳述】
[0025]在此使用的以及在權利要求中使用的「包括」意指包括以下要素但不排除其他的。
[0026]在圖1中所示，本發明的一個方面是提供一種獲取至少一個應答器消息的方法。在步驟20中，第一信號和第二信號通過第一天線和第二天線基本上同時發送到應答器。接著在步驟22,兩個天線接收到來自應答器的響應信號，用於子序列提取(subsequenceextraction)。在步驟32,從第一天線接收到的響應信號中提取第一分量,在步驟34,從所述第二天線接收到的響應信號中提取第二分量。在步驟24，使用第一分量和第二分量以確定是否存在任何信號衝突(signal collision)。如果沒有衝突，在步驟26，對該分量進行解碼，獲取應答器消息。另一方面，如果有 信號衝突，在步驟28，進一步分析這兩個分量，以檢查它們是否可分離。如果在步驟28中不可能分離，則在步驟30中丟棄這兩個分量，重新發送第一信號和第二信號。否則在步驟36中，對它們進行解碼和獲取應答器消息。
[0027]為了進一步說明本發明，以RFID系統作為一個示例性實施例，來詳細說明獲取消息的方法。在一個實施例中，採用了包括兩個天線的RFID讀寫器(RFID reader)，應答器是RFID標籤。在下面的段落中，我們將使用「讀寫器」表示「RFID讀寫器」，使用「標籤」表示「RFID標籤」。在另一個實施例中，要獲取的消息是嵌入在RFID標籤中的唯一標識(ID)代碼。
[0028]圖2a顯示了本發明一個實施例的一個示例性運行環境，包括一個讀寫器54和在其讀寫範圍內的多個標籤56。讀寫器54包括兩個極化天線80和82。在一個實施例中，第一天線80是在第一極化角39極化，第二天線82是在第二極化角41極化，第一極化角39和第二極化角41基本上是正交的。標號39和41的箭頭分別表示對應天線的極化方向。每個標籤56也有一個天線以接收來自讀寫器54的信號。這些標籤的天線方向是隨機的，由相關的箭頭表示。對於那些和讀寫器54第一或第二天線的極化角基本上對齊的標籤天線，標籤56會從各個天線中選擇接收較強的信號。因此，對於標籤56a，其天線和第一天線80的第一極化角39對齊，所以它從第一天線選擇接收一個強信號。但是，它會從第二天線82選擇接收一個弱信號，因為它的天線方向和第二天線82的第二極化角41基本正交。同樣，標籤56b、56c和56e接收到的強信號是來自第二天線82，而不是來自第一天線80。對於標籤56d，即使它的天線方向和第一天線80的第一極化角39基本上相反，它仍然從第一天線80接收強信號而不是從第二天線82。
[0029]在運行中，讀寫器54採用動態時隙ALOHA算法，如圖2b中所示，通過第一天線和第二天線發出兩個信號(無線電波)。該算法調節前向鏈路周期50和反向鏈路周期52的時隙大小，通過第一天線80發送第一信號38，通過第二天線82發送第二信號40。第一信號38包括第一指令信號42和第一正交波形調製載波(OWMC)信號44。第二信號40包括第二個指令信號46和第二 OWMC信號48。在一個實施例中，第一指令信號42和第二指令信號46是相同的。第一 OWMC信號44和第二 OWMC信號48基本上是彼此正交的。在前向鏈路周期50期間，讀寫器54 (圖2a中所示)分別使用第一天線80和第二天線82發出第一指令信號42和第二指令信號46。在反向鏈路周期52期間，讀寫器基本上分別通過兩根天線80和82同時發送第一 OWMC的信號44和第二 OWMC信號48，以激活標籤56a_e，並同時從它們那裡接收響應信號。當標籤56從讀寫器54接收到一個指令信號，它會反射回或散射回一個嵌入在消息中的響應信號到讀寫器54。在動態時隙ALOHA算法中，每個標籤56個隨機選擇一個時隙發送迴響應信號。因此，一些標籤可能會選擇同一時隙回復，從而產生信號衝突。如圖2b所示，標記56c和標籤56d就在時隙I中回應。在第一天線80，它從標籤56d接收一個強信號，而從標籤56c接收一個弱信號，由於這兩個標籤的天線方向都和第一天線80的第一極化角39相關。同樣，第二個天線82從標籤56c接收一個強信號,從標籤56d接收一個弱信號。此外，第一天線80在反向連結周期52a發送第一 OWMC信號44a，而第二天線82在反向連結周期52a發送第二 OWMC信號48a。因此，由第一天線80接收到的響應信號包括:(I)來自標籤56d的一個強信號和第一 OWMC信號44a，(2)的從來自標籤56c的一個弱信號和第二 OWMC信號48a，(3)來自標籤56c的一個更弱的信號和第一 OWMC信號44a，(4)來自標籤56d的另一個弱信號和第二 OWMC信號48a。根據信號強度分析(後述)，連接到第一天線80的第一接收器(圖中未示出)能夠解碼標籤56d發送的消息。類似地，連接到第二天線82的第二接收器(圖中未示出)能夠解碼標籤56c發送的消息。因此，即使在這個時隙中發生標籤衝突，它可以得到解決和減輕。在時隙2，讀寫器52沒有檢測到任何響應，因為在這個時隙中沒有標籤發送響應信號。讀寫器52在時隙3識別出標籤56a，因為在這個時隙中只有一個標籤響應。在時隙4，標籤56b和標籤56e基本上同時發射響應信號到讀寫器52。由於標籤56b和標籤56e的天線具有基本上相同的方向，所以反射信號相互衝突,它們的響應信號不能分離。結果是，獲取不了它們的消息。
[0030]在一個實施例中，第一 OWMC信號44和第二 OWMC信號46是由正交修正Hermite多項式(MHP)脈衝調製的連續載波信號。圖3顯示了一組正交修正Hermite多項式(MHP)脈衝，其有由修正Hermite多項式函數產生的幾乎不變的脈衝寬度，修正Hermite多項式函數如公式(I)所示:
【權利要求】
1.一個用於獲取至少一個應答器的消息的消息獲取系統，包括: a)第一天線，其被設置以發送第一信號到所述應答器，並接收來自所述應答器的一個響應信號； b)第二天線，其被設置以發送第二信號到所述應答器，並接收來自所述應答器的所述響應信號； c)第一解調器，其連接到所述第一天線，並被設置以從所述響應信號中提取第一分量; d)第二解調器，其連接到所述第二天線，並被設置以從所述響應信號中提取第二分量；和 e)獲取模塊，其被設置以根據所述第一分量和所述第二分量，獲取所述應答器的至少一個消息； 其中所述第一天線與所述第二天線基本上是隔離的，所述第一信號與所述第二信號在時域內基本上是正交的。
2.根據權利要求1所述 的消息獲取系統，其中所述第一分量與所述第二分量在時域內基本上是正交的。
3.根據權利要求1所述的消息獲取系統，還包括: a)第一波形產生器，其通過第一發射機而連接到所述第一天線；所述第一波形產生器被設置以產生第一時域波形；和。 b)第二波形產生器，其通過第二發射機而連接到所述第二天線；所述第二波形產生器被設置以產生第二時域波形； 其中所述第一時域波形與所述第二時域波形基本上是正交的；所述第一信號包括一個由所述第一時域波形調製的載波信號；所述第二信號包括一個由所述第二時域波形調製的載波信號。
4.根據權利要求3所述的消息獲取系統，其中所述第一時域波形是第一種修正Hermite多項式脈衝,所述第二時域波形是第二種修正Hermite多項式脈衝。
5.根據權利要求1所述的消息獲取系統，還包括: a)第一匹配濾波單元，其連接到所述第一解調器，並被設置以從所述第一分量中提取第一濾波信號；和； b)第二匹配濾波單元，其連接到所述第二解調器，並被設置以從所述第二分量中提取第二濾波信號。
6.根據權利要求1所述的消息獲取系統，其中所述第一天線和所述第二天線是通過不同極化而相互隔離的。
7.根據權利要求1所述的消息獲取系統，其中所述第一天線和所述第二天線是在空間上相互隔離的。
8.根據權利要求1所述的消息獲取系統，其中所述第一天線和所述第二天線是通過天線輻射方向圖而相互隔離的。
9.根據權利要求1所述的消息獲取系統，其中所述應答器是RFID標籤，而所述消息是所述RFID標籤的身份編碼。
10.一種獲取至少一個應答器消息的方法，包括步驟:a)通過分別使用第一天線和第二天線，同時發送第一信號和第二信號到所述應答器； b)通過使用所述第一天線和所述第二天線，從所述應答器接收一個響應信號； c)從由所述第一天線接收的所述響應信號中提取第一分量； d)從由所述第二天線接收的所述響應信號中提取第二分量；和 e)根據所述第一分量和第二份量，獲取所述應答器的所述信息； 其中所述第一天線與所述第二天線基本上是隔離的，所述第一信號與所述第二信號在時域內基本上是正交的。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述第一信號與所述第二信號在時域內基本上是正交的。
12.根據權利要求10所述的方法，還包括步驟: a)通過第一時域波形調製一個載波信號，而產生所述第一信號；和 b)通過第二時域波形調製所述載波信號，而產生所述第二信號； 其中所述第一時域波形與所述第二時域波形基本上是正交的。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一時域波形是第一種修正Hermite多項式脈衝，所述第二時域波形是第二種修正Hermite多項式脈衝。
14.根據權利要求10所述的方法，還包括步驟:` a)從所述第一分量中提取第一濾波信號；和 b)從所述第二份量中提取第二濾波信號。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述獲取步驟還包括步驟: a)比較所述第一濾波信號的信號強度和所述第二濾波信號的信號強度； b)根據所述比較步驟，得到第三濾波信號；和 c)通過比較所述第三濾波信號的信號強度和一個預設閾值，將所述第三濾波信號解碼成一串符號； 其中所述第三濾波信號是所述第一濾波信號或所述第二濾波信號中那個較強的信號。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述第一濾波信號和所述第二濾波信號的持續時間，與所述符號的持續時間相同。
17.—種對至少一個應答器信號進行解碼的方法，包括步驟: a)產生至少兩個時域波形，所述時域波形基本上是相互正交的； b)通過所述至少兩個時域波形調製一個載波頻率，以得到至少兩個信號； c)通過至少兩個天線發送所述至少兩個信號到所述至少一個應答器，所述至少兩個天線基本上互相隔離； d)接收一個響應信號，當所述至少一個應答器接收到所述至少兩個信號時，所述至少一個應答器反饋所述響應信號； e)將所述響應信號連接到至少兩個匹配濾波單元，以得到至少兩個濾波信號；和 f)從所述至少兩個濾波信號中解碼出至少一個消息，所述至少一個消息中的每個消息都嵌入在所述響應信號中。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述至少兩個時域波形是修正Hermite多項式脈衝。
19.根據權利要求17所述的方法，其中所述至少兩個天線是極化天線，其極化互相正交。
20.根據權利要求17所述的方法，其中所述至少一個消息是所述至少一個應答器的身份。
【文檔編號】G06K17/00GK103514463SQ201310302665
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月15日 優先權日:2013年7月11日
【發明者】陳軍, 何松 申請人:香港應用科技研究院有限公司