标签通信设备以及标签通信系统的制作方法

专利名称：标签通信设备以及标签通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种标签通信设备以及一种标签通信系统，其能够与不同的标签通信设备协作进行RFID标签和无线通信，同时扫描发射无 线电波束。近年来，为了管理装载量，已经使用了如下技术，即通过进行RFID 标签和读取器/写入器之间的无线通信而将RFID(射频识别)标签连接至 物品。例如，当读取器/写入器被安装在例如码头门的运进入口处时， 例如自动地从正在被运送的物品相连接的RFID标签读取ID (标识) 的数据，由此提高调配管理的效率。目前，作为用于RFID标签的频带，存在13.56MHz频带，大约从 800MHz到960MHz的所谓的UHF频带，2.45GHz频带等等。UHF频 带的无线电波具有高于2.45GHz频带的指向性。此外，与13.56MHz 频带的无线电波相比，UHF频带的无线电波可以被多延伸大约数十厘 米至数米的通信距离。因此，UHF频带的无线电波已经被广泛地用在 调配工业等中的原因在于，在利用UHF频带的无线电波时通信面积相 对较大。相对的，出现了如下问题，由于利用UHF频带的无线电波时通信 面积较大，因此在通信面积中安装了太多的RFID标签。相应地，已经 提出了在特定区域内限制通信面积的各种方法。例如，作为其中一种方法，示例了通过利用日本专利公开 No.2006-20083A中公开的RFID读取器/写入器而进行通信的方法。该 RFID读取器/写入器被配置为扫描从相控阵列天线发射的无线电波束。当RFID读取器/写入器被安装在码头门的左右侧之一时，可以覆盖其 中不存在不能通信区域的通信面积。然而，例如，在RFID读取器/写入器已经被安装在码头门的左右侧中的仅仅一侧的情形中，当无线电波不能穿过的物体带有传送物品，以及RFID标签连接在RFID读取器/写入器被扫描侧的相反侧上时，则 不能扫描。相应地，为了避免上述读取失败，发明人通过将两个RFID读取 器/写入器安装在码头门的左右侧以使其彼此相对，从而尝试与RFID标签进行无线通信。这些RFID读取器/写入器可以被配置为使得在物品的运输方向上 扫描无线电波束。利用上述结构，如果RFID读取器/写入器被安装在 码头门中，则可以检测到如下移动例如，物品正在被运进来，物品 正在被运出，或者物品停止。此外，如果RFID读取器/写入器被安装 码头门的左右两侧，则即使在无线电波不能被穿透的物体带有所述物 品的情况下，也可以读取RFID标签。然而，由于普通的码头门的宽度处于3到5m的范围内，因此两 个相对的RFID读取器/写入器的天线之间的距离也变为3至5m。如果 以这种方法安装RFID读取器/写入器，则存在RFID读取器/写入器之 间的扫描时间不同步的可能性。即，如果两个RFID读取器/写入器同 时发射无线电波，则可能会产生标签混淆。此外，当接近彼此地安装 RFID读取器/写入器时，相对的RFID读取器/写入器中的一个的无线电 波进入相对的RFID读取器/写入器中另一个的接收机。相应地，每个 接收机可能变得饱和，由此使得RFID标签的弱信号可能不会被解调。 在这种情况下，可以通过降低己方的RFID读取器/写入器的每个接收 机的增益而防止产生饱和。然而，由于来自RFID标签的信号较弱，因 此RFID标签的信号可能没有被解调。为了精确地解调RFID标签的信号，相对RFID读取器/写入器之间的距离应当是10m或更大。相应地，为了避免产生标签混淆，两个RFID读取器/写入器应当 彼此同步。这里，作为一种达成同步的方法，可以考虑通过任何达成 同步的电缆连接两个RFID读取器/写入器的方法。然而，如果通过利 用上述同步方法使用电缆用于将相对的RFID读取器/写入器彼此连接， 则应当安装电缆。在这种情况下，不仅需要安装所述电缆的额外费用， 而且在码头门中安装电缆可能会很困难。此外，在许多情况下，RFID读取器/写入器通过网络连接到服务 器，因此也可以考虑通过服务器完成同步的方法。然而，上述通过利 用服务器完成同步的方法具有如下问题，即，在RFID读取器/写入器 的数目增加的情况下，服务器的负荷也增加了。发明内容因此，本发明的一个有益的方面是，提供一种标签通信设备和标 签通信系统，在标签通信设备与不同的标签通信设备协作而与RFID标 签进行无线通信并同时扫描一束发射无线电波的情况下，其能够使不 同的标签通信设备之间的扫描时间同步。本发明的有益的方面还在于，提供一种标签通信系统，其能够检 测RFID标签的移动，同时使标签通信设备之间同步。根据本发明的一个方面，提供了一种第一标签通信设备，适用于 与配置在运动目标上的RFID标签和第二标签通信设备进行无线电通 信，所述第一标签通信设备包括天线；控制器，可操作用于使天线发射第一无线电波，同时改变所述第 一无线电波发射的第一方向；接收机，可操作用于接收从第二标签通信设备发射的第二无线电波；提取器，可操作用于从所述第二无线电波提取表示如下时间的同 步信息，所述时间是第二标签通信设备改变发射第二无线电波的第二 方向的时间；以及同步器，可操作用于基于所述同步信息，将控制器改变所述第一 方向的时间与所述第二标签通信设备改变所述第二方向的时间进行同 步。例如，所述"天线"由相控阵列天线形成，所述相控阵列天线能够 以高速对通过电气控制而发射的无线电波束进行扫描。此外，所述天 线可以包括多个天线元件，多个相移器的每一个都连接到所述多个天 线元件，以及一个分配器/混合器连接到所有的多个相移器。输入到分 配器/混合器的无线电波被分配到所述天线元件的每一个相移器，每个 相移器将无线电波改变为期望的相位，并随后通过每个天线元件发射 所改变过的无线电波。此时，在改变相位之后的无线电波具有相同相 位的方向上强力地发射无线电波，即，在正弦波相位相等的方向上。 最强的无线电波是在本说明书中定义的"发射无线电波束"，例如主波 瓣。通过设置相移器可以任意地改变所述方向。在说明书中的"扫描角"是指当所述天线扫描发射无线电波束时表 明所述束的发射方向的角度。例如其中布置有多个天线元件的相控阵 列天线被用作所述天线，所述扫描角是从宽边方向倾斜的射束的角度。多个天线元件可以被配置为平板式天线。此外，当通过利用平板 式天线配置多个天线时，可以制造较薄的扫描天线并可以使生产成本 更低。作为"RFID标签"，示例了如下无源型的RFID标签，其不包括例如电池的电源，并且通过从读取器/写入器被发射作为的无线电波的电 功率来操作来操作其电路，从而与所述读取器/写入器进行无线通信。此外，作为"RFID标签"，也示例了有源型RFID标签，其包括例如电 池的电源。"标签通信设备"是指能够与RFID标签进行通信的读取器/写入器、 读取器或写入器。第一标签通信设备被配置为与第二标签通信设备同步，以与RFID 标签进行无线通信。例如，当第一标签通信设备与第二标签通信设备 相对并且与RFID标签进行无线通信，并同时进行扫描时，存在扫描时 间不同步的可能性，由此产生无线电干扰或标签混淆。为了解决该问 题，使第一标签通信设备的扫描时间与第二标签通信设备的扫描时间 同步。此外，可以防止产生标签混淆，无线电干扰等。在这种情况下， 第一标签通信设备可以被恰好安置在第二标签通信设备的前面。此外， 所述第一标签通信设备可以被对置，从而从第二标签通信设备的前面 略微地向左侧或右侧偏离。在集成每个读取器/写入器和天线的情况下， 其是指读取器/写入器彼此相对。然而，在每个读取器/写入器和天线通 过电缆彼此连接的情况下，其是指所述天线彼此相对。提取器可以被操作用于从第二无线电波的接收电平提取同步信 息。提取器可以被操作用于从第二无线电波的接收电平的时间变化提 取同步信息。提取器可以被操作用于从第二标签通信设备传送的数据 提取同步信息。利用上述结构，可以恰当地进行与RFID标签的无线通信，同时 避免了标签混淆。接收机可以被操作用于响应于从天线发射的第一无线电波而接收 从RFID标签发射的标签信息。第一标签通信设备可以进一步包括发生器，可操作用于将标签信息与表示何时接收机收到所述标签 信息的时间信息相关联，并且产生包括时间信息和角度信息的多个数据组，所述角度信息表示当所述接收机收到标签信息时发射第一无线 电波的方向；以及估算器，可操作用于相对于所述时间信息和所述角度信息之间的关系而进行线性逼近，并且根据所述线性逼近获得的线的斜率估算所 述运动目标移动的方向。利用上述结构，可以防止背景技术部分中讨论的读取失败，并且 在避免标签混淆的同时可以检测到RFID标签的移动，由此提高RFID 标签的移动的检测精度。根据本发明的一个方面，提供了一种标签通信系统，适用于与配 置在运动目标上的RFID标签进行无线电通信，所述标签通信系统包 括一对标签通信设备，其被配置为彼此相对，所述一对标签通信设备的每一个适用于与所述RFID标签进行无线电通信，并且包括 天线；控制器，可操作用于使天线发射无线电波并同时改变发射无线电 波的方向-，接收机，可操作用于响应于从所述天线发射的无线电波而接收从 RFID标签发射的标签信息；发生器，可操作用于将所述标签信息与表示接收机何时收到所述 标签信息的时间信息相关联，并且产生多个包括时间信息和角度信息 的数据组，所述角度信息表示当接收机收到标签信息时发射无线电波 的方向；以及估算器，可操作用于相对于所述时间信息和所述角度信息之间的 关系而进行线性逼近，并且通过所述线性逼近获得的线的斜率来估算 运动目标移动的方向。"运动目标"的实例包括物品或由例如铲车的移动装置运输的物 品，以及可以独自移动的人，动物等。


图1示意性地示出了其中根据本发明的读取器/写入器(标签通信 设备)被安装到码头门的实例，其中所述码头门是物品的运进入口。图2示出了 RFID标签的总体结构的框图。图3示出了其中一个所述读取器/写入器的总体结构的框图。图4示意性地示出了扫描天线的总览图。图5示意性地示出了执行扫描操作的扫描天线图。图6示出了根据本发明第一实施例的同步操作的流程图。图7示出了用于说明扫描实例的图。图8示出了在本地站和远处站不彼此同步的情况下的接收电平图。图9示出了用于说明达成同步的方法的图。图IO示出了在本地站和远处站同步的情况下的接收电平图。图IIA示出了第一实施例的修改实例图，用于说明没有同步的情形；图IIB示出了用于说明在修改实例中达成同步的情形的图。图12示出了根据本发明第二实施例的同步操作的流程图。图13示出了由图12的同步操作获得的曲线。图14示出了根据本发明第三实施例的同步操作的流程图。图15A示出了从读取器/写入器传送的数据图，示出了在读取器/写入器和RFID标签之间的每个通信添加同步数据的情况。图15B示出了从读取器/写入器传送的数据图，示出了在读取器/写入器和RFID标签之间的多个通信每一个添加同步数据的情况。图16A和16B示出了根据本发明第四实施例的用于说明对物品的移动方向进行检测的方法图。图17示出了根据第四实施例的读取器/写入器的总体结构的框图。 图18示出了在图16方法中使用的扫描模式表。 图19示出了在图16的方法中使用的测量数据表。 图20A示出了在图16的方法中进行的扫描天线的扫描操作的流程图。图20B示出了在图16的方法中进行的移动方向估算的流程图。 图21A和21B示出了在图16的方法中使用的移动方向估算表。 图22示出了在图16的方法中使用的移动方向估算曲线。
具体实施方式
将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。在下文的说明中， 将在三个实施例中描述达成同步的方法。在第一实施例中，从远处站 (不同的标签通信设备)接收到的无线电波的接收电平被用于达成同 步。在第二实施例中，从远处站接收到的无线电波的接收电平的时间 变化被用于达成同步。在第三实施例中，从远处站传送的数据被用于 达成同步。此外，当达成同步时，将根据第四实施例描述检测移动物 品(运动目标)的方法。对所有实施例都一样的问题将只描述一次， 而将分别详细描述每一个实施例特定的问题。如图l所示，读取器/写入器3A和3B被配置在码头门1的左右两 侧从而彼此相对。此外，每一个读取器/写入器3A和3B都包括扫描天 线4，其可以扫描发射无线电波的射束M。图l示出了如下情况，其中 由搬运车(未示出)提起在托板6上的多个物品5正在被运送通过码 头门l (运入方向由箭头CD表示)。RFID标签2连接到每个物品5。 此外，每一个读取器/写入器3A和3B被配置为与RFID标签2进行无 线通信，并同时扫描从扫描天线4发射的无线电波束M。如果彼此相对的读取器/写入器3A和3B的扫描天线4之间的扫描 时间不同步，则会产生标签混淆等。相应地，读取器/写入器3A和3B 被配置为使得相对的读取器/写入器3A和3B之间的扫描时间同步，以 避免产生标签混淆等。在图1中，在码头门1的左右侧彼此相对的读取器/写入器3A和 3B都被配置为具有以下同步功能。然而，可以如本实施例中的那样配置相对的读取器/写入器3A和3B中的至少其中之一。此外，集成了每一个读取器/写入器3A和3B和扫描天线4,但是也可以在其间以线路 连接间隙。在下文的说明中，当读取器/写入器3A和3B不彼此区分时，读取 器/写入器3A和3B被称为读取器/写入器3。此外，调节扫描时间的读 取器/写入器被称为本地站，而被调节的读取器/写入器被称为远处站。 在本实施例中，每一个读取器/写入器具有独自判断其是否用作本地站 或远处站的功能。然而，在每个部件的下文说明中，读取器/写入器3A 用作本地站而读取器/写入器3B用作远处站。首先，将详细描述RFID标签2和读取器/写入器3的结构。如图2所示，RFID标签2包括天线部分20和无线通信IC21。例 如，可以使用上述无源型RFID标签或有源型RFID标签作为该RFID 标签2。作为操作无线通信IC21的电源，天线部分20从读取器/写入器3 接收无线电波。此外，天线部分20将从每一个读取器/写入器3接收到 的无线电波转换为无线电信号，并且将所转换的无线电波发送到无线 通信IC21。此外，天线部分20还将来自无线通信IC21的无线电信号 转换为无线电波，从而将所转换的无线电信号发送到每一个读取器/写 入器3。在天线部分20中使用了天线，谐振电路等等。基于通过天线20从每一个读取器/写入器3接收到的信号，无线 通信IC 21储存来自每一个读取器/写入器3的数据，或通过天线部分 20将存储的数据发送到每一个读取器/写入器3。如图2所示，无线通 信IC 21包括电源211，无线电处理器212，控制器213以及存储器214。通过利用整流电路，电源211对天线部分20接收无线电波时产生的感应电压进行整流，调节已整流的电压至指定电压，并且将调节的 电压提供给无线通信IC21的每个单元。二极管桥，电压调节电容器等用在电源211中。无线电处理器212将通过天线部分20从外部接收到的无线电信号 转换为初始格式，并且将所转换的数据发送到控制器213。此外，无线 电处理器212将从控制器213收到的数据转换为适于无线电发射的格 式，并且将所转换的无线电信号通过天线部分20发射到外部。A/D (模 数)转换器，D/A (数模)转换器，调制器/解调器，RF电路等等被用 在无线电处理器212中。控制器213整体地控制无线通信IC 21中上述各种类型结构的操 作。控制器213包括逻辑运算电路，寄存器等等并且用作计算机。此 外，通过在计算机上执行控制程序而控制各种类型的结构的操作。例 如，控制程序可以具有如下结构，其中读取安装在存储器214的 ROM(只读存储器)等中的程序，或可以具有如下结构，其中通过天线 部分20和无线电处理器212从每一个读取器/写入器3下载程序，并安 装在存储器214中。基于通过天线部分20和无线电处理器212从每一个读取器/写入 器3接收到的数据，控制器213将收到的数据存储在存储器214中。 此外，控制器213读取存储在存储器214中的数据，并且通过无线电 处理器212和天线部分20将读出的数据发送到每一个读取器/写入器3。存储器214被配置为包括例如ROM， SRAM(静态RAM)或FeRAM (铁电存储器)的半导体存储器。作为存储在存储器214中的内容， 可以示例出上述控制程序、其他各种类型的程序以及例如ID的各种类 型的数据。由于无线通信IC 21使用从每一个读取器/写入器3发送的 无线电波作为功率源，因此期望使用消耗更小电功率的例如ROM的非 易失性存储器或者例如SRAM或FeRAM的存储器。5描述读取器/写入器3的结构。图3示出了通过扫描天线4进行与RFID标签2的无线通信的情形。每一个读取器/写入器3包括外部通信装置31，标签通信控制器 32,发射机33，接收机34，扫描天线控制器35，同步信息提取器36， 存储器37，同步器38以及扫描天线4。此外，每一个读取器/写入器3 被配置为进行与RFID标签2的无线通信。外部通信装置31将通过与RFID标签2进行通信而获得的通信结 果发送到外部设备，例如PC。作为所述通信结果，示例性地示出了如 下信息，即，表明是否从每一个读取器/写入器3读取了 RFID标签2 的ID (标识)的信息，以及表明是否成功地记录了 RFID标签2的信 息。此外，外部通信装置31从外部设备接收关于RFID标签2的记录 信息，或者从外部设备接收命令。当读取器/写入器3A和3B彼此同步 时，外部通信装置31将表明同步的信息发送到外部设备。作为用于与 外部设备进行通信的接口标准，例示了 USB(通用串行总线)，IEE1394， Ethernet(注册商标)等等。标签通信控制器32接收了通过外部通信装置31从外部设备发送 的发射命令信息，并且将所述发射命令信息发送到发射机33。扫描天 线4的天线波束方向图，即，扫描角度被存储在标签通信控制器32中。 具体地，如图5所示，扫描角是指基于宽边方向BS (即，与所排列的 天线元件40A， 40B...40K的方向相垂直的方向)测量的射束M的斜率 角度。在本实施例中，附图的右侧方向(a)被认为是正值，而附图 的左侧方向(P)被认为是负值。此外，标签通信控制器32包括如下 数据，所述数据定义了扫描天线4的各个天线元件40A至40C的电功 率和相位。通过电气地设置所定义的各个天线元件40A至40C的电功率和相位，从而产生了扫描天线4的天线波束方向图。发射机33将从标签通信控制器32发送的发射命令信息转换为适于无线通信的格式，并且将所转换的无线电信号(发射命令信息)通过扫描天线4发送到外部。此外，发射机33进行发射命令信息的调制， 放大等。此外，在每一个读取器/写入器3被实现作为第三实施例并且 其中一个读取器/写入器3用作远处站3B的情况下，发射机33将同步 数据添加至被传送到RFID标签2的发射命令信息，从而发送所添加的 同步数据。将在第三实施例的说明中阐述所述细节。接收机34将通过扫描天线4从外部接收到的无线电信号(接收数 据)转换为初始格式，并且将所转换的数据发送到标签通信控制器32。 此外，接收机34接收从用作远处站(以下，被称为远处站3B)的读取 器/写入器3B发送的无线电波。接收机34还将接收数据发送到同步信 息提取器36并且进行接收数据的放大，调制等等。扫描天线控制器35从标签通信控制器32接收扫描角信息，并且 基于所接收的扫描角信息将扫描控制信号发送到扫描天线4。此外，扫 描天线控制器35控制从扫描天线4发射出的无线电波束M的方向。例 如，当设置了扫描角a和e时，扫描天线控制器35将扫描角信息转换 为扫描控制信号，用于顺序地允许从扫描天线4发射的无线电波束M 指向扫描角a和e的方向，并随后将所转换的扫描控制信号发送到扫 描天线4。同步信息提取器36从接收数据中提取同步信息，所述接收数据是 接收机34从远处站3B接收的。具体地，从远处站3B接收到的无线电 波的接收电平对应于第一实施例中的同步信息，从远处站3B接收到的 无线电波的接收电平的时间变化对应于第二实施例中的同步信息，以 及从远处站3B发送的数据对应于第三实施例中的同步信息。将在每个 实施例的说明中阐述所述细节。此外，同步信息提取器36将所提取的同步信息发送到存储器37。同步信息提取器36提取的同步信息被存储在存储器37中。具体 地，如下所述，在第一实施例中，存储从远处站3B接收到的接收电平， 在第二实施例中，存储接收电平的时间变化，以及在第三实施例中， 存储从远处站3B发送的接收命令。利用从同步信息提取器36发送并存储在存储器37中的同步信息 以及利用预先存储在存储器37中的信息，同步器38使本地站3A和远 处站3B之间的扫描时间同步。将在每个实施例的说明中阐述所述细节。如图4所示，扫描天线4具有如下结构，其中排列了多个天线元 件40，并且每一个天线元件40连接到可变移相器41。在图4中，天 线元件40的数目是三个，而天线元件40的数目可以是任意的。随着 天线元件40数目的增加，射束M的宽度也变细。将参考图4描述扫描 天线4中扫描波束方向的方法。当所有天线元件40A， 40B，……，40K发射具有相同相位的无线 电波时，从扫描天线4发射出的无线电波被发射作为宽边方向BS (与 天线元件40A， 40B，……，40K的排列方向相垂直的方向)中的平面 波。另一方面，为了从宽边方向BS将无线电波的发射方向倾斜角度e (rad)，可以对天线元件40A， 40B， ， 40K发射的无线电波的相位进行移相以满足以下公式。如图4所示，假定将被发射或接收的无线电波的波长为A (m)， 作为基准的天线元件40A和第k个天线元件40K之间的距离为dk(m)， 以及图4中虚线所示的在等相位波表面当中通过作为基准的天线元件 40A的等相位波表面和第k个天线元件40K之间的距离为Ik (m)， 则与作为基准的天线元件40A的相位相对的第k个天线元件40K的相 移①k用以下公式表示。(()k-2Tc.lk/入-2兀-dk'siri6)/人以这种方法，通过移动信号的相位由此使得相移器41A， 41B，…… 41K满足上述公式，扫描天线4允许无线电波束M指向期望的方向。第一实施例在第一实施例中，利用从作为远处站的读取器/写入器3A接收到 的无线电波的接收电平，作为本地站的读取器/写入器3B实现了同步。 以下，将参考图6至IIB描述第一实施例。首先，将描述读取器/写入器3A和3B全部被设置为-40°和+20 °的情况。此外，在读取器/写入器3A和读取器/写入器3B之间的发射 无线电波的射束组合是四种情况，如图7所示。相应地，接收电平的 方向被预先存储在存储器37中。在这种情况下，由于第二和第三种组 合的接收电平彼此相同，因此作为接收电平可能有三种电平。当实际 测量的接收电平是情况I和III的接收电平时，认为达成了同步并预先 存储在存储器37中。如图6所示，当功率被输入到读取器/写入器3A或3B时，读取器 /写入器3A和3B之间的同步操作开始。当进行同步操作时，每一个读 取器/写入器3A和3B被配置为独自判断其是否用作相对的读取器/写入 器的本地站或者远处站。具体地，当同步操作开始时，首先测量接收电平(S100)。接下来， 检测是否存在远处站(S101)。例如，当读取器/写入器3A执行该同步操 作以及没有从读取器/写入器3B发射无线电波时，接收电平变为"0"， 则随后判断不存在读取器/写入器3A的远处站(S101中的N)。此时， 读取器/写入器3A输出无线电波(S102)，再次测量接收电平(S103)，随 后检测是否存在远处站(S104)。如果检测到存在远处站(S104中的Y)，则扫描操作开始(S105)。可选地，如果检测到不存在远处站(S104中 的N)，则输出无线电波(S102)以及测量接收电平(S103)直到检测到远 处站。在这种情况下，读取器/写入器3A变为读取器/写入器3B的远处 站。此外，读取器/写入器3B用作本地站。即，读取器/写入器3B用作 调节读取器/写入器3A的扫描时间。另一方面，在S101中，如果检测到存在远处站(S101中的Y)， 则每一个读取器/写入器3A输出无线电波并同时切换扫描角(S106)，以 及将扫描角的接收电平存储到存储器37(S107)。随后，存储在存储器 37中的接收电平与已经预先存储在存储器37中的接收电平模式进行比 较，并且进行接收电平判断(S108)。接着，将参考图8至10描述该判 断。图8示出了如下情况，其中读取器/写入器3A用作本地站而读取 器/写入器3B用作远处站，以及读取器/写入器3A调节其扫描时间，以 与读取器/写入器3B达成同步。首先，用作远处站的读取器/写入器3B每50毫秒(箭头a)切换 扫描天线4的波束方向图至扫描角-40°和+20° 。随后，用作本地站的 读取器/写入器3A每50毫秒(箭头c)切换扫描天线4的波束方向图 为扫描角-40°和+20° ，并且测量扫描角的接收电平(箭头b)。通过 箭头d表示用这样的方式测量的接收电平。此外，对图7所示的所有 情形I， II和III的接收电平进行全部测量，并且由此认为读取器/写入 器3A和3B没有彼此同步。当以上述方式进行接收电平判断(S108)并由此没有达成同步 (S110中的N)时，在5毫秒的待机时间之后(S109),用作本地站的 读取器/写入器3A开始下一次的扫描天线4的扫描角的切换。此外， 读取器/写入器3A再次进行接收电平判断(S108)，以判断是否达成了同 步。具体地，如图9所示，通过箭头al表示作为远处站的读取器/写入 器3B的扫描时间，且其没有变化。此外，当用作本地站的读取器/写入 器3A的扫描角被切换时，在5亳秒的待机时间之后执行扫描操作(箭头cl),并且在此时测量接收电平(箭头bl)。基于所述测量结果， 进行接收电平判断(S108)。如果没有达成同步，则在5毫秒的待机时间 之后再次执行扫描操作(箭头cl)。进行上述操作直到达成了同步。当达成了同步(S110中的Y)时， 结束同步操作。图IO示出了其中通过进行上述操作而达成同步的情况。 即，作为远处站的读取器/写入器3B以-40°和+20°的扫描角重复扫描 操作(箭头a2)。另一方面，作为本地站的读取器/写入器3A以-40° 和+20°的扫描角重复扫描操作(箭头c2)，以及在此时测量接收电平 (箭头b2)。结果，通过箭头d2表示所测量的接收电平。g卩，所测量 的接收电平仅仅表示了图7所示的情形I和III的接收电平。在这种情 况下，当读取器/写入器3B扫描-40°的扫描角时，读取器/写入器3A 也扫描-40°的扫描角。此外，当读取器/写入器3B扫描+20。的扫描角 时，读取器/写入器3A也扫描+20。的扫描角。当同步操作结束时，表明同步操作结束的数据被传送到外部设备 (未示出)。随后，当进行与RFID标签2的无线通信时，可以在不产 生标签混淆的情况下以良好的状态进行与RFID标签2的无线通信。此 外，可以以周期性的间隔执行上述同步操作，例如每1小时或者3小 时。图11A和11B示出了第一实施例的变型例，其中读取器/写入器 3A和3B的扫描角全部被设置为+35°和0° 。在这种情况下，在读取 器/写入器3A和3B之间发射无线电波束的可能的组合为如图IIA所示 的四种情况。此外，以上述方式，接收电平被预先存储在存储器37中。 在这种情况下，当实际测量的接收电平仅仅是如图IIA所示的情况II 的电平时，认为达成了同步并预先存储在存储器37中。图IIA示出了没有达成同步的情形。图11B示出了如下情形，其 中达成了同步并且仅仅情形II的电平己经被测量为接收电平。当包括了0°的扫描角并且扫描角被切换到O。时，可以降低无线电波束的输 出电平。所述扫描角不局限于上述扫描角，二值的各种扫描角的组合都是可以的。此外，不需要读取器/写入器3A和3B的扫描角彼此相等。例 如，读取器/写入器3A的扫描角是-4(T和+20° ，而读取器/写入器3B 的扫描角可以是-20°和+40° 。波束方向图的切换时间和待机时间不局限于上述说明，而可以由 用户恰当地设置。第二实施例将参考图12和13描述本发明的第二实施例。在本实施例中，利 用无线电波的接收电平的时间变化来达成同步，所述无线电波是作为 本地站的读取器/写入器3A从作为远处站的读取器/写入器3B接收的。 与第一实施例类似，每一个读取器/写入器3A和3B可以独自判断其是 本地站还是远处站。在下文的说明中，与第一实施例相同的要点将被 省略，而详细解释不同之处。在第二实施例中，如图12所示，例如，当激活读取器/写入器3A 时，测量接收电平(S200)，并且检测是否存在远处站(S201)。其中检 测到不存在远处站的操作(S202至S205)与如图6所示的根据第一实施 例的S102至S105的操作相同。可选地，当检测到存在远处站时(S201中的Y)，输出无线电波 (S206)以测量接收电平(S207)。然而，与根据第一实施例的情形不同， 在如下情形中发射无线电波，所述情形是，两个扫描角中的一个被固 定为作为本地站的读取器/写入器3A的波束方向图。此时，测量接收电平以获得表示接收电平的时间变化的曲线，如图13所示(S208)。例如，在读取器/写入器3A和3B的扫描角被预先设置为+20°和 -40°的情况下，作为远处站的读取器/写入器3B以+20°和-40°的扫 描角重复扫描操作，但是作为本地站的读取器/写入器3A在扫描角被 固定到+20°的状态下测量接收电平。图13中的曲线示出了读取器/写 入器3A以这种方法实际测量的接收电平的时间变化。纵轴表示接收电 平的强度，而横轴表示时间。作为远处站的读取器/写入器3B每50毫秒间隔切换波束方向图。 另一方面，作为本地站的读取器/写入器3A每3.8毫秒的间隔测量接收 电平。在图13中，接收电平的强度每13点变化(即，13点x3.8msec " 50msec)。在这种情况下，由于固定了作为本地站的读取器/写入器3A 的波束方向图，即，扫描角被固定到+20° ，因此可以知道，图13中 接收电平的强度变化是由于作为远处站的读取器/写入器3B的扫描角 切换而导致的。在第二实施例中，作为本地站的读取器/写入器3A可 以掌握远处站的波束方向图的切换时间。此外，利用读取器/写入器3A 获得的作为远处站的读取器/写入器3B的切换时间，读取器/写入器3A 执行接收电平的优化操作(S209)，达成读取器/写入器3A的波束方向 图的切换时间的同步。类似于第一实施例，在第二实施例中，用户可以任意地设置扫描 角、接收电平的测量时间间隔、波束方向图的切换间隔等等。第三实施例将参考图14和15描述本发明的第三实施例。在本实施例中，作 为本地站的读取器/写入器3A被配置为从作为远处站的读取器/写入器 3B传送的数据获得同步信息，并且基于所述同步信息达成同步。与第一实施例类似，每一个读取器/写入器3A和3B也可以独自判 断其是本地站还是远处站。在下文的说明中，与第一实施例相同的要 点将被省略，而详细描述解释不同之处。如图14所示，例如，当激活读取器/写入器3A时，测量接收电平(S300)，以检测是否存在相对物(S301)。在没有检测到远处站的情况下 的操作(S302至S305)与如根据第一实施例的图6所示的S102至S105 相同。然而，作为远处站的读取器/写入器3B发射的传输信号是图15A 或I5B所示的传输信号。即，在各个读取器/写入器3和RFID标签2 之间的正常通信中，用于读出ID或者存储在RFID标签2中的数据的 通信命令从读取器/写入器3被传送到RFID标签2。根据所述通信命令， RFID标签2向读取器/写入器3向发送响应。在本实施例中，如这些图 所示，同步数据被添加到传送到RFID标签2的通信命令。同步数据是对于RFID标签2无意义的信息，并且不是会使各个 读取器/写入器3和RFID标签2之间的通信退化的命令。上述同步数 据恰好是相对的读取器/写入器3A接收并且执行扫描角的切换时间的 数据。然而，例如，如果添加了表明作为远处站的读取器/写入器3B 的扫描角是+20°和-40°的数据，则不仅可以识别切换时间，而且可以 识别读取器/写入器3B的天线波束方向图指向哪一个方向。可选地，在图14中，当检测到存在远处站时(S301中的Y), 读取器/写入器3A用作本地站，并且接收从作为远处站的读取器/写入 器3B发送的通信命令(S306)。如上所述，通信命令类似于图15A或者 15B中所示的数据。当读取器/写入器3A收到所述通信命令时，利用所 接收的通信命令执行天线波束方向图的切换时间的分析操作(S307)。通 过分析图15A或15B所示的通信命令而执行该分析操作。由于表明读 取器/写入器3B的天线波束方向图的切换时间的同步数据被添加到所 述通信命令，因此在收到同步数据时切换读取器/写入器3A的波束方 向图。此时，当读取器/写入器3A利用基于分析结果的时间来开始执 行扫描操作时(S308)，可以在读取器/写入器3A和3B彼此同步的情况 下进行与RFID标签2的通信。将参考图16至22描述本发明的第四实施例。在本实施例中，在根据第一至第三实施例中的一个，使读取器/写入器3A和3B彼此同步 之后，附加有RFID标签2的物品5被配置为接受检测。如图16A和16B所示，读取器/写入器3A和3B被配置为彼此相 对，并且配置有RFID标签2的物品经过读取器/写入器3A和3B之间。 在这种情况下，所有的读取器/写入器3A和3B以+20°和-40°的扫描 角的波束方向图重复扫描操作。此外，在所述扫描操作中，读取器/写 入器3A和3B彼此同步。将参考图16A和16B简单地描述用于检测移动的算法。例如，当 从区域1将RFID标签2移动到区域2时，首先在区域1中读取RFID 标签2。然后，随着移动RFID标签2，在区域2中读取RFID标签2。 读取结果的时间变化(即，RFID标签2的移动)如图22所示。以下 将更详细地进行描述。接下来，将参考图17至19描述读取器/写入器3的结构。除了同 步功能之外，本实施例中的读取器/写入器3具有不同的检测RFID标 签2的移动状态的功能。以下，将描述与图3所示的读取器/写入器3 不同的要点，而将省略相同点。外部通信装置31将通过进行与RFID标签2的通信而获得的通信 结果发送到外部设备，例如PC。作为通信结果，例示了每一个读取 器/写入器3读取的RFID标签2的ID (标识)，附加有RFID标签2 的物品5的移动方向信息，其是由移动方向估算器39计算的，以及表 明RFID标签2是否被成功地记录了的信息。此外，外部通信装置31 从外部设备接收关于RFID标签2的记录信息(发射命令信息)，或者 接收外部设备的命令。图18所示的扫描模式表Tl被存储在标签通信控制器32中。扫描模式表Tl包括用于定义扫描天线4的天线元件40A至40C的电功率 和相位的数据。关于天线元件40A至40C而定义的电功率和相位被电 气地设置为产生扫描天线4的扫描模式。艮P，根据扫描模式表T1设置扫描天线4的扫描角。如图5所示， 扫描角是指基于宽边方向BS(即，与所排列的天线元件40A，40B.....40K 的方向相垂直的方向)而测量的射束M的斜率角度。这里，附图的右 侧方向(a )被认为是正值，而附图的左侧方向(P)被认为是负值。 扫描模式表丁1用作将扫描角0=+20°和3=-40°与表编号相关。所述 表编号(0和1)表示如下所述的移动方向估算曲线G的纵轴。标签通信控制器32从扫描表Tl读取扫描角信息，并且将扫描角 信息发送到扫描天线控制器35。在这种情况下，作为扫描角信息，a =+20°并且3=-40°的扫描角被设置在扫描模式表T1中。相应地，标 签通信控制器32顺序重复地将+20°和-40°的扫描角发送到扫描天线 控制器35。标签通信控制器32接收ID，该ID是扫描天线4从RFID 标签2获得的，在扫描该ID时，将ID与扫描天线4的扫描角(+20° 或者-40° )相关，并随后将其发送到存储器37。扫描角不局限于+20 °和-40°两个扫描角，而是可以任意地设置扫描角。存储器37将已经彼此相关且已经从标签通信控制器32发送的扫 描角(+20°和-40° )和RFID标签2的ID记录在图19所示的测量数 据表T2中。存储器37将所记录的RFID标签2的ID和扫描角信息发 送到移动方向估算器39。测量数据表T2包括数据编号、读取时间、 RFID标签编号以及表编号。此外，顺序地记录从扫描天线4读取的 RFID标签2的ID。数据编号表明读取的RFID标签2的ID的顺序。 读取时间表明读取RFID标签2的ID的时间以及利用存储器37的时钟 记录RFID标签2的ID的时间。在本实施例中，数据编号被记录在测 量数据表T2中。然而，由于可以通过仅仅利用读取时间来判断读取顺24序，因此本发明可以应用于其中在测量数据表T2中没有记录数据编号 的实施例。RFID标签编号是扫描天线4从RFID标签2的存储器214读取的 ID。表编号被设置为与扫描模式表T1中+20°和-40°的每一个扫描角 相对应，以及表示如下所述的移动方向估算曲线G的纵轴。图19示出 了正在传送多个物品5并且从多个RFID标签2读取ID的情况。例如， 当从扫描天线4发射出的无线电波束M的方向是+20。的扫描角时，读 取RFID标签编号为"0X00011D8C"的RFID标签2，并且如下所述的， 在读取操作中开始读取数据编号'T'。移动方向估算器39接收关于记录在测量数据表T2中的数据编号、 ID、表编号等的信息。此外，如下所述的，移动方向估算器39根据所 接收的信息进行移动方向估算，并且将所计算的移动信息和ID发送到 外部通信装置31。扫描操作接下来，将参考图20A和20B描述用这样的方式配置的RFID通 信系统的操作。以如下方式执行RFID通信系统的总体操作首先进行 扫描操作以对扫描天线4进行扫描，基于扫描结果进行移动方向估算， 以及检测RFID标签2的移动方向。以下，将详细描述RFID通信系统的操作当标签通信控制器32通过外部通信装置31收到从外部设备传送 的发射命令信息时开始扫描操作。当扫描操作开始时，标签通信控制 器32基于扫描模式表Tl将扫描角信息发送到扫描天线4。在本实施例 中，作为扫描角，使用了两个角度+20°和-40° 。具体地，当作为扫描角信息的+20°的扫描角从标签通信控制器 32被发送到扫描天线控制器35时(S401)，扫描天线控制器35将扫描控制信号发送到扫描天线4，由此使得在+20°扫描角的方向上发射从 扫描天线4发送的无线电波束M，随后，收到扫描控制信号的扫描天线4朝着+20°扫描角执行发射射束M的读取操作(S402)。根据读取操 作的结果，检查是否存在RFID标签2。即，检査是否从RFID标签2 读取了ID(S403)。如果检查到存在RFID标签2 (S403中的Y)，则将 ID和扫描角信息(+20°的扫描角)彼此相关，并且与数据编号一起记 录在测量数据表T2中(S404)。随后，扫描角被切换到-40°的扫描角。 对于-40°的扫描角应用相同的步骤，并且在指定的时间段内重复相同 的操作。然后，进行移动方向估算。可选地，如果检查到不存在RFID标签2，即，根据读取操作的结 果，不存在从RFID标签2接收到的信息，或者不能正常地从RFID标 签2接收到信号(S403中的N)，扫描角信息被切换到-40°的角度， 并且执行与S401到S404相同的操作(S405到S408)。在重复上述操作 之后，进行下一次的移动方向估算，以检测物品5的移动方向。可以 通过ID的记录编号来判断从扫描操作切换到移动方向估算的时间，所 述ID的记录编号例如是在测量数据表T2中记录第一个ID到第二十个 ID的时间。可选地，可以通过经过的时间段来判断切换时间，所述经 过的时间段例如是当从记录第一个ID开始经历了 150msec时的经历时 间段。可选地，切换时间可以被预先设置在存储器37中，或者可以被 接收作为从外部设备发送的命令，所述外部设备例如是PC。为了获得高速处理，并行地执行扫描操作和移动方向估算。此外， 尽管进行移动方向估算，然而也可以重复扫描操作。然而，可以顺序 地执行扫描操作和移动方向估算。移动方向估算通过扫描操作，在测量表T2中的第一个ID被记录了之后，当经 过了指定时间段或者执行了指定数目的操作时，开始移动方向估算， 并且读取由移动方向估算器39记录在存储器37中的测量数据表T2(S410)。此外，所读取的测量数据表T2被临时地存储在缓存器中， 以及基于所存储的测量数据表T2的信息进行移动方向估算(S411)。以如下方式进行移动方向估算。基于从测量数据表T2读取的信息 的数据编号和表编号，形成了图21A所示的第一移动方向估算表T3。 移动方向估算表T3包括x (数据编号)，y (表编号)，乘积值xy， 以及平方值u。此外，利用第一移动方向估算表T3形成第二移动方向 估算表T4。第二移动方向估算表T4包括Ex，其是x的从第一行(数据编号 1)到第二十行(数据编号20)的和；Ey，其是y的从第一行到第二 十行的和；Exy，其是xy的从第一行到第二十行的和；20Sxy，其是 作为是最后数据编号的x和Exy与20的乘积；Exx，其是xx的从第 一行到第二十行的和，以及20Exx，其是作为最后一行数据编号的x 和Exx与20的乘积。当第二移动方向估算表4的值被代入以下公式时，计算出图21B 所示的0.0639的斜率S。S = (Sxi:y - Ni:xy) / (加x - NSxx)在本实施例中，数据编号1到20， g卩，每一个读取器/写入器3从 RFID标签2读取ID 20次。然而，根据读取次数，可以通过改变上述 公式中的N而计算斜率S。在这种情况下，计算斜率S指的是产生图22所示的移动方向估算 曲线G，根据移动方向估算曲线G获得线性逼近线L，以及获得所获 得的线性逼近线L的斜率。具体地，通过在xy坐标系中对移动方向估 算表T3的每个x值和每个y值进行作图，从而建立移动方向估算曲线 G。在xy坐标系中，表示表编号的y和表示数据编号的x被分别设置为纵轴和横轴。此外，根据移动方向估算曲线G获得线性逼近线L， 以及计算线性逼近线L的斜率。当图22所示的线性逼近线L的斜率在图10中向右上方倾斜时，斜率s变为正值。可选地，当其斜率向左下方倾斜时，斜率s变为负值。可选地，当其斜率为水平时，斜率S变为零。此外，如果定义了 在斜率S为正的情况下物品5在图16B中的方向A上移动，则在斜率 S为负的情况下，物品5在图16B中的方向B上移动。此外，如果在 斜率s为零的情况下物品5停止，则可以通过计算斜率S来检测物品5 的移动。当用这样的方式进行移动方向估算并且检测移动方向时，从移动 方向估算器39将所计算的移动方向通过外部通信装置31通知到外部 设备(S412)，随后移动方向估算结束。如果移动方向信息，即，通过移动方向估算获得的斜率S为负值， 正值，或者零值，则斜率S被分别转换为例如，01， IO和OO。所转换 的斜率01， 10和00的信息与临时存储在移动方向估算器39中的测量 数据表T2的RFID标签2的ID相关，以及所关联的ID通过外部通信 装置31被传送到外部设备。相应地，外部设备可以检测到物品5正在哪个方向上移动。此外， 通过两个读取器/写入器3A和3B进行移动方向估算，以及移动方向估 算结果被传送到外部设备。用这样的方式，由于通过标签通信系统中 的两个相对的读取器/写入器3A和3B进行移动方向估算，可以减少外 部设备中的工作负荷。如上所述，可以防止在如下情况下产生的读取 失败，即，在码头门1的左右侧其中之一没有配置读取器/写入器3的 情况下，也即，在无线电波在物品5和RFID标签2中传播的目标连接 到读取器/写入器3的相对侧的情况下。尽管以上己经详细描述了本发明的仅仅某些示例性实施例，但是 本领域技术人员将容易地理解，在不实质背离新颖性教导和本发明的 优点的情况下，在示例性实施例中可以做出多种改变。相应地，所有 上述改变意图被包括在本发明的范畴内。
权利要求
1.一种第一标签通信设备，适用于与配置在移动目标上的RFID标签和第二标签通信设备进行无线电通信，所述第一标签通信设备包括天线；控制器，可操作用于使天线发射第一无线电波，同时改变发射所述第一无线电波的第一方向；接收机，可操作用于接收从所述第二标签通信设备发射的第二无线电波；提取器，可操作用于从所述第二无线电波提取表示如下时间的同步信息，所述时间是第二标签通信设备改变从其发射第二无线电波的第二方向的时间；以及同步器，可操作用于基于所述同步信息，将控制器改变所述第一方向的时间与所述第二标签通信设备改变所述第二方向的时间相同步。
2. 如权利要求1的第一标签通信设备，其中所述提取器可操作用 于从第二无线电波的接收电平提取同步信息。
3. 如权利要求2的第一标签通信设备，其中所述提取器可操作用 于从第二无线电波的接收电平的时间变化提取同步信息。
4. 如权利要求1的第一标签通信设备，其中所述提取器可操作用 于从第二标签通信设备发送的数据提取同步信息。
5. 如权利要求1的第一标签通信设备，其中 响应于从天线发射的第一无线电波，所述接收机可操作用于接收从RFID标签发送的标签信息；以及所述第一标签通信设备进一步包括发生器，可操作用于将标签信息与表示接收机何时接收所述标签 信息的时间信息相关联，并且产生包括时间信息和角度信息的多个数 据组，所述角度信息表示当所述接收机接收标签信息时发射第一无线 电波的方向；以及估算器，可操作用于相对于所述时间信息和所述角度信息之间的 关系而进行线性逼近，并且根据所述线性逼近获得的线的斜率来估算 所述移动目标移动的方向。
6.—种标签通信系统，适用于与配置在移动目标上的RFID标签 进行无线电通信，所述标签通信系统包括一对标签通信设备，其被配置为彼此相对，所述标签通信设备的 每一个适用于与所述RFID标签进行无线电通信，并且包括-天线；控制器，可操作用于使天线发射无线电波，并同时改变发射无线 电波的方向；接收机，可操作用于响应于从所述天线发射的无线电波而接收从 RFID标签发送的标签信息；发生器，可操作用于将所述标签信息与表示接收机何时接收所述 标签信息的时间信息相关联，并且产生多个包括时间信息和角度信息 的数据组，所述角度信息表示当接收机接收标签信息时发射无线电波 的方向；以及估算器，可操作用于相对于所述时间信息和所述角度信息之间的 关系而进行线性逼近，并且通过所述线性逼近获得的线的斜率来估算 移动目标移动的方向。
全文摘要
第一标签通信设备，其适用于与第二标签通信设备和配置在运动目标上的RFID标签进行无线电通信。控制器可操作用于使得天线发射第一无线电波，并同时改变发射第一无线电波的第一方向。接收机可操作用于接收从第二标签通信设备发射的第二无线电波。提取器可操作用于从第二无线电波提取同步信息，该同步信息表示如下时间，即，第二标签通信设备改变从其发射第二无线电波的第二方向的时间。同步器可操作用于基于所述同步信息将控制器改变第一方向的时间与第二标签通信设备改变第二方向的时间相同步。
文档编号G06K7/00GK101261676SQ20081008258
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月5日 优先权日2007年3月5日
发明者安藤浩次, 河合武宏 申请人:欧姆龙株式会社