Rfid讀取裝置以及讀取和關聯方法
2023-07-09 00:58:21 1
專利名稱：Rfid讀取裝置以及讀取和關聯方法
技術領域：
本發明涉及一種RFID讀取裝置，其被固定布置在傳送設備處用於讀取RFID應答器的RFID信息，所述RFID應答器在讀取過程期間生成應答器信號，在所述讀取過程中通過反向散射調製將基帶頻率的RFID信息調製到載波信號上，所述裝置具有用於將正交振幅調製的發送器信號發送到所述應答器的發送器單元和接收RFID應答器的應答器信號的接收器單元，並且具有被設計為從所述應答器信號讀出RFID信息的評估單元。本發明還涉及一種用於讀取並且將RFID應答器與對象相關聯的方法。
背景技術：
對於物流移動的自動化要求儘可能以無錯誤的方式識別對象和貨物。這首先關於貨物的所有者的變化或運輸工具的變化在識別點進行。因此，自動識別系統例如被安裝在物流中心的接收貨物的入口處以便登記進入和運出的貨物。這導致能夠容易理解的快速的物流移動。自動識別的另一種重要應用是物流分配中心，例如機場的包裹傳送服務或行李處理。用於識別的慣用方法是條形碼讀取。在這方面，諸如託盤架(palette)、包裹或行李箱的傳送對象被設置有帶有條形碼的標籤，條形碼藉助於固定的條形碼讀取器系統進行讀取並且與對象相關聯，由此識別對象。一段時間以來，已經嘗試利用RFID讀取器(射頻識別讀取器)來替代通過條形碼讀取器所進行的光學感應。為此，應答器替代條形碼被附著到待識別的對象上。這樣的應答器原則上可以是有源的，即具有其自己的能量供應並且依靠其自身生成電磁輻射。實際上， 這些應答器不太適用於物流，這是因為由於能量供應而使得這種應答器的單位價格無法達到市場化應用所需的低水平。因此，主要使用的是沒有自身能量供應的無源應答器。在兩種情況下，應答器都由讀取裝置的電磁輻射激勵以傳播所存儲的信息，其中無源應答器從讀取系統的發送器能量獲得所需能量。除了讀出應答器或RFID標籤所攜帶的信息之外，許多應用通常還需要在小型空間中分布的多個應答器的確切空間位置。利用建立的超高頻標準ISO 18000-6，無源應答器通過反向散射方法進行讀出。天線的檢測範圍相對大。通過具有ca. 60°孔徑角以及至少數米的檢測範圍的天線特性，能夠在數立方米之內與位於其中的RFID應答器進行通信。如果不能確保在該相對大的區域內僅存在單個設置有應答器的對象，則出現不明確。為此，至少在ISO 18000-6標準中，通過其中在每種情況下僅要求一個特定的應答器進行發送的協議解決個體化(individualization)，即RFID讀取與特定應答器的關聯。然而，在這方面， 該應答器位於哪裡是開放性問題，特別是對於其所屬的對象更是如此。特殊天線特性所導致的檢測範圍或例如源於發送功率的檢測範圍的限制僅有條件地解決了定位問題。在設置有應答器的對象在傳送帶上在一個方向上移動的情況下，該邊界條件有利於定位。也就是說，在這樣的傳送系統上，能夠假設發送器系統的感應部分上的已知線性轉換，並且足以在該先決條件下在能夠確定的時點和能夠確定的位置處一次確定應答器的位置。利用慣用過程，由於轉換方向的大範圍檢測，在發送器系統上實現了幾分米到數米的空間解決方案。這遠不能滿足現代物流。而且多種誤差源也會影響精度，諸如應答器方位的可變化性、場地的不均勻性以及最重要的多種散射和回聲。從US 2002/0008656 Al已知了一種RFID讀取方法，其中可以利用多個接收天線
來確定應答器信號來自的方向。在 Hindawi 出版公司 International Journal of Antennas and Propagation 卷 2007 文章 ID 為 17似6 的 Yimin Zhang 等人的文章「Localization and Tracking of Passive RFID Tags Based on Direction Estimation」 中，關於讀取方向的定位對於傳送帶上對象的特殊情形(D0A，到達方向)是有效的。出於此目的，通過兩個天線拾取應答器的信號並且評估兩個信號之間的相位差。接著在最小均方差適配過程中對於多次測量並且基於具有已知速度的已知線性移動的假設來估算D0A。然而，在此方面，是在接收的基帶中估算相位差。這樣的估算相對複雜和緩慢。
發明內容
因此，本發明的目標是改進應答器(RFID標籤)的RFID信息與相關聯對象的關聯。該目標依據本發明通過具有特定特徵的第一類型的裝置來實現，所述特定特徵在於發送器單元具有沿傳送方向間隔開的第一和第二發送器天線，其中第一發送器天線的發送器信號表示正交振幅調製的發送器信號的同相分量(It)，而第二發送器天線的發送器信號則表示正交振幅調製的發送器信號的正交分量(Qt)，從而在同相和正交分量的發送時， 在相對傳送設備橫向延伸的平面中將這些分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。本發明的用於讀取並且將應答器和在傳送設備上在傳送方向上傳送的對象相關聯的方法通過利用RFID讀取裝置讀取RFID應答器的RFID信息而操作，所述RFID讀取裝置固定布置於傳送設備處，所述方法包括步驟-利用發送器單元向應答器發送正交振幅調製的應答器信號，-在讀取過程期間通過利用反向散射調製將基帶頻率的RFID信息調製到載波信號上而生成應答器信號，-利用接收器單元接收應答器信號，-利用評估單元從自接收器單元接收的應答器信號讀出RFID信息，其中-所述發送器單元經由沿傳送方向間隔開的第一和第二發送器天線向應答器發送正交振幅調製的發送器信號，其中第一發送器的發送器信號表示正交振幅調製的發送器信號的同相分量，而第二發送器的發送器信號則表示正交振幅調製的發送器信號的正交分量，並且-在同相和正交分量的發送時，在相對傳送方向橫向延伸的平面中將這些分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。
因此，依據本發明的用於讀取RFID應答器的RFID信息的RFID讀取裝置被固定布置於傳送設備處。RFID信息被讀取，其中在讀取過程期間生成應答器信號，為此通過反向散射調製將基帶頻率的RFID信息調製到載波信號上。發送器單元向應答器發送正交振幅調製的發送器信號，即具有同相分量(I分量)和正交分量⑴分量)，並且接收器單元接收 RFID應答器的應答器信號。RFID信息由評估單元從應答器信號讀出。依據本發明，發送器單元具有在傳送方向上間隔開的兩個發送器天線，其中一個發送器天線的發送器信號表示正交振幅調製的發送器信號的同相分量，而另一個發送器天線的發送器信號則表示正交振幅調製的發送器信號的正交分量，從而在發送同相和正交分量時，在相對傳送設備橫向延伸的平面中將這些分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。本發明採用了全新的思路，即並非將正交振幅調製的發送器信號的I分量和Q分量相加為實際的發送器信號，而是在每種情況下將分量單獨提供給一個發送器天線。在此， 發送器天線在傳送方向上間隔開，優選地具有的λΛ的間隔。如果現在發送兩個分量，則這導致發送的分量在特定區域中的疊加，從而僅存在完整的正交振幅調製的發送器信號。 利用λ/2的發送器天線的間隔，以這種方式到達的正交振幅調製的發送器信號處於兩個發送器天線之間的中央平面中。因此，僅有處於中央平面中的一個應答器能夠「理解」發送器信號，並且因此利用應答器信號發送其RFID信息。其它所有同樣位於發送器天線的工作範圍之內的應答器「並不理解發送器信號」並且因此不發送任何應答器信號。因此，能夠定位並關聯應答器，也就是說，現在清楚的是，僅有中央平面中的一個應答器能夠發送其應答器信號，從而該進行發送的應答器接著能夠與之前通過中央平面的對象相關聯。對於對象正確關聯的唯一的先決條件在於沒有兩個應答器可以同時被布置在中央平面中。這表明各對象無法並排一起傳送。然而，這作為規則在物流的傳送系統中得以確保。雖然本發明基本上也可以在其它頻率範圍內使用以及利用其它標準，但是優選地，假設滿足超高頻標準ISO 18000-6/EPC Class 1 Gen 2。在歐洲，使用的頻率範圍處於與ca. 34cm波長相對應的866至868MHz。自然，本發明也可以包含多個信道以及其它載波帶，以滿足諸如美國的其它國家的標準。所述發送器天線優選地以與傳送方向大致相同的橫向間隔布置，這是因為中央平面大致垂直於傳送方向，這表明了簡單的幾何布置並且因此表明應答器與對象的簡單關聯。以這種方式，估算特別簡單。如果設置有應答器的對象位於線性傳送帶上，則定位在最多該傳送帶的寬度的中央平面上就已經完成，這在實踐中主要是可以忽略的。因此，傳送帶的寬度和對象的高度大體上是不重要的，原因在於人們在大多數應用中僅希望按照其轉換位置坐標對物體進行歸類。在本發明進一步的改進中，應答器具有包絡曲線解調器，用於對發送器信號的包絡曲線進行解調。在本發明進一步的改進中，評估單元被設計為在每種情況下將讀取的RFID信息與在傳送設備上傳送的單個對象相關聯。為了在中央平面中以所需方式實現I和Q分量的純淨疊加，在本發明進一步的改進中，相同地設計發送器單元中的兩個發送器天線以及相關聯的信道。在這種情況下，可以避免幹擾電子相位偏移。然而，假設出現了產生幹擾相位偏移，則可以進一步提供在至少一
6個信道中設置的相位延遲部件，可以利用該相位延遲部件對幹擾電子相位偏移進行補償或設置。為了實現將中央平面精確地調節到所需的方向，在一個實施例中，可以在中央平面中安裝基準RFID應答器。
以下將參考附圖並且參考實施例對於進一步的特徵和優點通過示例更詳細地描述本發明。附圖示出了圖1是處於傳送設置有應答器的對象的傳送帶處的依據本發明的RFID讀取裝置的示例性布置的三維圖示；和圖2是依據本發明的RFID讀取裝置實施例的功能單元的框圖。
具體實施例方式將參考依據UHF標準ISOL 18000-6的RFID系統的示例對本發明進行描述。然而， 本發明並不限於此，並且特別地還可以利用已經開發的未來標準來使用。載波頻率所使用的頻率範圍處於868Mhz。讀取器和應答器之間的通信是半雙工的，即處於發送器側的發送器天線連續地發送用於能量供應的信號，但是下行鏈路和上行鏈路彼此順序交替。上行鏈路，即從應答器到讀取器的通信，通過應答器及其線性極化天線的反向散射調製進行，而讀取器則利用已知頻率發送CW信號。在圖1中所示的配置中，RFID讀取器10依據該標準或另一標準安裝在傳送帶12 上，所述傳送帶12以箭頭15所指示的方向傳送對象14。對象14攜帶RFID應答器16，所述RFID應答器16可以當它們處於其讀取區域18中時由RFID讀取器10進行讀取。依據本發明的RFID讀取器10具有用於發送正交振幅調製的發送器信號的兩個發送器天線20和22 ；用於接收RFID應答器16的應答器信號的接收天線36和接收單元38 ； 以及評估單元40。基本上，依據本發明的RFID讀取器10的操作方式是慣用RFID讀取器的操作方式。將正交振幅調製的發送器信號發送到應答器16，然後生成應答器信號，其中通過反向散射調製將基帶頻率的RFID信息調製到載波信號上。應答器信號被接收器天線36接收並且饋送至接收器單元38，所述接收器單元38在接收器側從應答器信號生成相應信號並饋送至評估單元40。在評估單元40中，從這些信號讀出RFID信息。本發明的新穎特徵在於RFID讀取器具有兩個發送器天線20和22，它們沿傳送方向的間隔最大為λ/2，並且優選恰好為λ/2，其中λ是基帶的波長；在868MHz的載波頻率處，g卩λ/2 = 17cm。所述兩個發送器天線橫向於傳送方向距離傳送設備12的間隔是相等的。發送器天線20和22連接到正交調製器32，所述正交調製器32連接到評估單元40，所述評估單元40將要調製到發送器信號上的信息送給正交調製器32。正交調製器32相應地生成發送器信號的同相分量It和發送器信號的正交分量仏。然而，現在並不對這兩個分量進行相加，相反，它們被分別給送至發送器天線20和22中的單獨的一個，從而發送器天線 20發送It分量而發送器天線22則發送&分量。在發送器天線20和22的有效範圍內疊加的It和仏分量僅位於外部空間中。在此，僅在中央平面M中才進行產生它們完整的正交振幅調製的發送器信號的這種疊加，原因在於兩個發送器天線20和22具有彼此間隔開的恰好一半的波長。僅在中央平面中，It 和Qt分量才彼此具有正確的相位關係以便形成正交振幅調製的完整發送器信號。由於應答器16僅在發送器信號完整並且或者沒有失真或幹擾時才能夠「理解」發送器信號，所以應答器16僅在其位於中央平面M中時才由發送器信號尋址。在這方面，可以理解的是，中央平面可以具有預期平均的特定程度，例如利用更高的發送器功率，從而發送器16在其不恰好處於中心時也能夠進行響應。這樣被尋址的應答器16能夠發送其自己的應答器信號，從而當應答器信號由RFID讀取器10接收時，RFID讀取器10 「知道」該應答器位於中央平面M中並且因此可以與即刻位於那裡的對象相關聯。由於傳送方向15中的定位是充分的，所以能夠利用本發明將應答器16準確地與對象14相關聯。為了 I和Q分量在發送器側在相對於彼此正確的相位的情況下進行發送，應當相同地形成兩個發送器信道以便避免幹擾電子相位偏移。然而，如果出現了幹擾相位偏移，則在本發明的一個實施例中，可以在兩個信道之一或二者中設置相位延遲部件42。還可以在傳送帶12的中央平面M中安裝基準應答器沈，並且可以理解的是，利用基準應答器沈對齊中央平面對，其中，例如設置相位延遲部件42使得中央平面M碰到基準應答器26，因此進行響應。
權利要求
1.一種RFID讀取裝置(10)，其固定布置於傳送設備(12)處，用於讀取RFID應答器 (16)的RFID信息，所述RFID應答器(16)在通過反向散射調製將基帶頻率的RFID信息調製到載波信號上的讀取過程期間生成應答器信號，所述裝置包括發送器單元，用於將正交振幅調製的發送信號發送到所述應答器(16)；接收所述RFID應答器(16)的應答器信號的接收器單元；以及被設計為從所述應答器信號讀出RFID信息的評估單元；所述發送器單元具有沿傳送方向間隔開的第一和第二發送天線00，22)，其中第一發送天線00)的發送器信號表示正交振幅調製的發送器信號的同相分量(IT)，而第二發送天線0 的發送器信號則表示所述正交振幅調製的發送器信號的正交分量(QT)，從而在發送所述同相和正交分量時，在相對所述傳送設備(1 橫向延伸的平面04)中將這些分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。
2.如權利要求1所述的RFID讀取裝置，其中所述發送天線沿傳送方向的間隔等於 λ/2，其中λ是基帶的波長。
3.如權利要求1所述的RFID讀取裝置，其中所述發送器天線相對於傳送方向以大致相同的橫向間隔布置。
4.如權利要求1所述的RFID讀取裝置，其中所述應答器具有包絡曲線解調器，用於對發送器信號的包絡曲線進行解調。
5.如權利要求1所述的RFID讀取裝置，其中所述評估單元被設計為在每種情況下將讀取的RFID信息與在傳送設備上傳送的一個單獨對象進行關聯。
6.如權利要求1所述的RFID讀取裝置，其中所述第一和第二天線已分別與第一和第二信道相關聯，並且所述第一和第二天線及其相關聯的信道在發送器單元中被相同地設計以便避免幹擾電子相位偏移。
7.如權利要求1所述的RFID讀取裝置，其中所述第一和第二天線已分別具有相關聯的第一和第二信道，並且其中在所述第一和第二信道中的至少一個中提供相位延遲部件，藉助所述相位延遲部件能夠對幹擾電子相位偏移進行補償或者設置。
8.如權利要求6所述的RFID讀取裝置，其中電子地設置相位差以使得直接在兩個發送器天線之間的中央平面上將I和Q分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。
9.如權利要求7所述的RFID讀取裝置，其中電子地設置相位差以使得直接在兩個發送器天線之間的中央平面上將I和Q分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。
10.如權利要求1所述的RFID讀取裝置，其中在所述平面中安裝基準RFID應答器。
11.一種用於通過利用RFID讀取裝置讀取RFID應答器的RFID信息並且將應答器與在傳送設備上沿傳送方向傳送的對象相關聯的讀取和關聯方法，其中所述RFID讀取裝置固定布置於所述傳送設備處，所述方法包括步驟-利用發送器單元向應答器發送正交振幅調製的應答器信號，-在讀取過程期間通過由反向散射調製將基帶頻率的RFID信息調製到載波信號上而生成應答器信號，-利用接收單元接收所述應答器信號，-利用評估單元從接收器單元所接收的應答器信號讀出RFID信息，其中-所述發送器單元經由沿傳送方向間隔開的第一和第二發送器天線向應答器發送正交振幅調製的發送器信號，其中第一發送器的發送器信號表示正交振幅調製的發送器信號的同相分量，而第二發送器的發送器信號則表示所述正交振幅調製的發送器信號的正交分量，並且-在發送所述同相和正交分量時，在相對所述傳送方向橫向延伸的平面中將這些分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。
12.如權利要求11所述的方法，其中可以改變同相信號和正交信號的相對相位位置， 以便補償或者設置系統引起的相位差。
全文摘要
本發明涉及一種RFID讀取裝置、以及讀取和關聯方法。所述讀取裝置被固定布置於傳送設備處。該讀取裝置包括發送器單元、接收器單元、以及評估單元。RFID信息由評估單元從應答器信號讀出。依據本發明，發送器單元具有沿傳送方向間隔開的兩個發送天線，其中一個發送天線的發送器信號表示正交振幅調製的發送器信號的同相分量(I)，而另一個發送天線的發送器信號則表示正交振幅調製的發送器信號的正交分量(Q)，從而在發送同相和正交分量時，在相對傳送設備橫向延伸的平面中將這些分量相加地疊加成完整的正交振幅調製的發送器信號。
文檔編號G06K7/00GK102456120SQ20111032588
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月24日 優先權日2010年10月25日
發明者安德列亞斯·君特 申請人:西克股份公司