一种智能波束切换算法的制作方法

本发明属于射频无线通信技术领域，涉及一种智能波束切换算法。

背景技术：

近年来，物联网作为一门新兴产业已广泛应用到社会的各个方面，射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)作为物联网的关键技术已越来越受到人们的关注。射频识别技术是通过非接触式的射频信号进行双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据的无线通信技术，它利用射频信号的空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别对象的目的。阅读器作为RFID系统的重要组成部分，是实现无线数据通信的关键因素，因此成为当今的研究热点之一。但是在RFID系统中，阅读器通常采用单天线形成的低增益固定波束会造成识别目标定位误差大、识别区域内多个标签反射信号的相互碰撞造成阅读器的识别率很难达到100％。

综上，本发明提出了一种智能波束切换型算法，该算法利用阵列天线形成的高增益、窄波束，结合智能波束切换和自适应功率控制思想应用到RFID系统中，可以提高现有阅读器的最大识别距离、覆盖区域、防碰撞、定位和抗干扰等性能。

技术实现要素：

本发明根据上述问题提供了一种智能波束切换算法。

该算法结合多波束智能天线模型和自适应功率控制算法，自适应控制波束的扫描顺序、驻留时间和扫描间隔时间(在同一扫描区域不同功率所对应的各自扫描时间)。

1、一种智能波束切换算法，包括下列步骤：

步骤1：智能天线的阵元数选取为K个，阵元的间距为半个波长，根据道尔顿-切比雪夫技术形成高增益、窄波束，选取主波束的半功率点作为扫描切换点，根据波束扫描角度θ_B与Δφ_B的关系如公式(1)，计算出主波束半功率点所对应的相位差Δφ_B，最终实现N波束在90度扇区内的扫描；

${\mathrm{\Δ\φ}}_B=\frac{2\mathrm{\π}d}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{sin\θ}}_B---\left(1\right)$

步骤2：确定扫描起始位置，记录上一周期扫描标签的情况，上周期未识别标签最多的子扇区确定为下一个周期扫描起始位置；

步骤3：阅读器需要首先对标签进行统计，阅读器发射最大功率对标签进行扫描，利用切比雪夫不等式，统计出各子扇区内的待识别标签总数S，设定阅读器平均读取一个标签耗时为t，则波束在各子扇区驻留时间M为：

M＝S·t (2)

步骤4：依据自适应功率控制算法，根据标签的实际分布情况自适应确定各子扇区划分的子区域大小和阅读器发射功率，从而实现将标签按与阅读器的距离分组，将各子扇区分别划分为Q个子区域，N₁代表在识别范围S₁米内的标签数，对应发射功率P_TX为W₁，N₂代表在识别范围S₁米到S₂米内的标签数，对应发射功率P_TX为W₂，N_i代表在识 别范围S_i-1米到S_i米内的标签数(1≤i≤Q)，对应发射功率P_TX为W_i，根据N₁、N₂、……、N_Q的百分比确定各识别范围对应发射功率的扫描间隔时间占各子扇区驻留时间的百分比。图1是一子扇区的功率分布示意图，波束在该子扇区的驻留时间是T，通过图1可以看出阅读器发射功率P_TX采用W₁的扫描间隔时间t₁为：

$t_1=\frac{N_0}{N_0+N_1+N_2}T---\left(3\right)$

阅读器发射功率P_TX采用W₂的扫描间隔时间t₂为：

$t_2=\frac{N_1}{N_0+N_1+N_2}T---\left(4\right)$

阅读器发射功率P_TX采用W₃的扫描间隔时间t₃为：

$t_3=\frac{N_2}{N_0+N_1+N_2}T---\left(5\right)$

步骤5：重复步骤2-步骤4，直到所有标签被成功识别。

附图说明：

图1是一子扇区功率分布示意图；

图2是本发明波束扫描示意图；

图3是识别标签所消耗的时间仿真图；

具体实施方式：

本发明的主旨是提出一种智能波束切换算法，该算法结合多波束智能天线模型，以各个扇区的标签数目、通信时间等情况自适应控制波束的扫描顺序、驻留时间和扫描间隔时间，该算法可以提高现有阅读器的最大识别距离、覆盖区域、防碰撞、定位和抗干扰等性能，是一个新的研究方向。

下面结合附图1、附图2、附图3对本发明实施方式作进一步地详细描述。

(一)生成一个天线阵元数为K，以主波束的半功率点为切换点的N波束天线

选取K个阵元，设定阵元间距为半个波长，通过道尔顿-切比雪夫技术生成高增益、窄波束，选取主波束的半功率点作为扫描切换点，根据波束扫描角度θ_B与Δφ_B的关系，计算并记录不同扫描角度所对应的相位差。最终实现了Q波束在90度扇区内的扫描。

(二)确定扫描起始位置

确定扫描起始位置，记录上一周期扫描标签的情况，上周期未识别标签最多的子扇区确定为下一个周期扫描起始位置。

(三)确定驻留时间

阅读器需要首先对标签进行统计，阅读器发射最大功率对标签进行扫描，利用切比雪夫不等式，统计出各子扇区内的待识别标签总数S，设定阅读器平均读取一个标签耗时为t，则波束在各子扇区驻留时间为M＝S·t。

(四)确定扫描功率和扫描间隔时间

依据自适应功率控制算法，根据标签的实际分布情况自动确定各子扇区划分的子区域大小和阅读器发射功率，从而实现将标签按与阅读器的距离分组，N₁代表在识别范围S₁米内的标签数，对应发射功率P_TX为W₁，N₂代表在识别范围S₁米到S₂米内的标签数，对应发射功率P_TX为W₂，N_i代表在识别范围S_i-1米到S_i米内的标签数(1≤i≤Q)，对应 发射功率P_TX为W_i，根据N₁、N₂、……、N_Q的百分比确定各识别范围对应发射功率的扫描间隔时间占各子扇区驻留时间的百分比。

图1所示是功率可控算法示意图，图2所示是智能波束切换算法示意图，图3是智能阵列天线切换波束和单天线固定波束识别标签所消耗的时间仿真图，通过图3可以看出智能阵列天线切换波束阅读器比单天线固定波束阅读器读取标签速度快。该算法实现了波束的智能切换，可以提高现有阅读器的最大识别距离、覆盖区域、防碰撞、定位精确和抗干扰等性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。