利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法与流程

本发明属于射频识别领域，具体涉及一种利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法。

背景技术：

1、高频rfid系统因其工作频段及其磁场耦合的工作原理具有其他频段rfid系统不具备的优势，如对液体不敏感、识读范围可控、不易误读、能准确识读密集堆叠的rfid标签等，在档案管理、智能仓储等行业得到广泛应用。

2、但是在多个标签识读的应用场景下，多个标签同时响应会导致碰撞发生。以iso18000-3协议mode3模式为例，该协议采用了基于动态q值的动态帧时隙aloha(dfsa)算法，通过动态调整时隙数量提升盘点效率，而动态时隙数与初始q值关系很大。dfsa算法中初始q值与标签数量有关系,一般情况下，标签数量等于2q时，标签盘点效率最高。若防碰撞算法初始q值设置过大，会导致空闲时隙数太多，盘点效率降低；若初始q值设置过小，会导致碰撞概率增加，碰撞时隙数太多，盘点效率降低。

3、因此迫切需要一种能够优化防碰撞算法中初始q值的方法，提高时隙利用率和标签的盘点效率，适应rfid应用的需求。本发明正是为满足这种现实需求而产生的。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是如何提供一种利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，以解决防碰撞算法中初始q值的设置问题。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，该方法包括如下步骤：

5、s1、耦合系统品质因数测量：测量耦合系统中不同数量的标签与耦合系统品质因数的对应关系；

6、s2、待盘点标签数量预估：首先测量待盘点标签对应的耦合系统品质因数，之后依据耦合系统品质因数与标签数量的对应关系，预估待盘点标签的数量n；

7、s3、标签盘点：根据预估的标签数量n，预估防碰撞算法初始q值。

8、进一步地，所述步骤s3中，q＝round(log2n)。

9、进一步地，耦合系统包括高频rfid标签与读写器，高频rfid标签与读写器的通信是通过双方天线线圈的磁场耦合实现。

10、进一步地，标签进入读写器的电磁场，标签线圈进入谐振状态，从而耦合获得能量使标签激活并工作，同时从读写器天线的载波信号中提取出时钟信号。

11、进一步地，高频rfid标签采用基于副载波的负载调制方式，标签天线与读写器天线耦合，等效为读写器天线的负载，标签天线上负载电阻的开关改变读写器天线的负载，从而改变了读写器天线上的电压，实现数据的传输，当这些标签密集堆叠时，各个标签与天线之间形成耦合关系，读写器端测得的耦合系统品质因数发生变化。

12、进一步地，所述s1中，利用读写器中模数转换模块(adc)采集接收信号经过分压电阻分压后的电压值与读写器中adc模块转换的分压电阻，得到读写器的接收瞬时功率，之后接收瞬时功率对时间求积分，即得到读写器的接收能量wr；读写器已知的发射能量wt与读写器的接收能量wr之差是电路消耗能量wc，耦合系统的品质因数a计算如下：

13、

14、式中，wr表示谐振时电路储存的能量，即读写器接收能量，wt表示读写器发射能量，wc表示电路消耗能量。

15、进一步地，标签数量与耦合系统品质因数是负相关关系。

16、进一步地，所述步骤s1具体包括：在一定的读写器天线发射功率下，测试不同数量的标签对应的耦合系统品质因数a，构造读写器天线发射功率一定的情况下，标签数量与耦合系统的品质因数a的对照表。

17、进一步地，所述步骤s2具体包括：确定读写器天线发射功率wt之后，测量待盘点标签对应的耦合系统品质因数a，根据读写器天线的耦合系统品质因数a以及s1中的对照表预估待盘点标签数量n。

18、进一步地，读写器工作在iso 18000-3协议mode3模式。

19、(三)有益效果

20、本发明提出一种利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，本发明公开了一种利用读写器天线与标签耦合的品质因数估计标签数量的方法，为简便，读写器天线与标签耦合系统以下简称为耦合系统。该方法包括：(1)耦合系统品质因数测量。一定读写器发射功率下，测量不同标签数量与耦合系统品质因数的对应关系；(2)待盘点标签数量预估。首先测量待盘点标签数量对应的耦合系统的品质因数，之后根据标签数量与耦合系统品质因数的对应关系，预估待盘点的标签数量；(3)标签盘点。根据预估的标签数量，设定防碰撞算法初始q值，优化防碰撞算法，实现标签盘点。

21、本发明提出的方法通过预先收集一定读写器发射功率下，不同数量标签对应的耦合系统品质因数，设计一种基于该先验值的高频rfid系统防碰撞算法初始q值预估，能够解决防碰撞算法初始q值设置不当的问题，有效提升了高频rfid系统识读效率。

22、本发明通过耦合系统品质因数预估待盘点标签数量的大致范围，从而设置合适的防碰撞算法初始q值，实现防碰撞算法优化，在rfid应用中将发挥重要作用。

技术特征：

1.一种利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，所述步骤s3中，q＝round(log2n)。

3.如权利要求1所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，耦合系统包括高频rfid标签与读写器，高频rfid标签与读写器的通信是通过双方天线线圈的磁场耦合实现。

4.如权利要求4所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，标签进入读写器的电磁场，标签线圈进入谐振状态，从而耦合获得能量使标签激活并工作，同时从读写器天线的载波信号中提取出时钟信号。

5.如权利要求5所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，高频rfid标签采用基于副载波的负载调制方式，标签天线与读写器天线耦合，等效为读写器天线的负载，标签天线上负载电阻的开关改变读写器天线的负载，从而改变了读写器天线上的电压，实现数据的传输，当这些标签密集堆叠时，各个标签与天线之间形成耦合关系，读写器端测得的耦合系统品质因数发生变化。

6.如权利要求1-5任一项所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，所述s1中，利用读写器中模数转换模块(adc)采集接收信号经过分压电阻分压后的电压值与读写器中adc模块转换的分压电阻，得到读写器的接收瞬时功率，之后接收瞬时功率对时间求积分，即得到读写器的接收能量wr；读写器已知的发射能量wt与读写器的接收能量wr之差是电路消耗能量wc，耦合系统的品质因数a计算如下：

7.如权利要求6所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，标签数量与耦合系统品质因数是负相关关系。

8.如权利要求6所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：在一定的读写器天线发射功率下，测试不同数量的标签对应的耦合系统品质因数a，构造读写器天线发射功率一定的情况下，标签数量与耦合系统的品质因数a的对照表。

9.如权利要求8所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：确定读写器天线发射功率wt之后，测量待盘点标签对应的耦合系统品质因数a，根据读写器天线的耦合系统品质因数a以及s1中的对照表预估待盘点标签数量n。

10.如权利要求1所述的利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，其特征在于，读写器工作在iso 18000-3协议mode3模式。

技术总结
本发明涉及一种利用读写器天线与耦合系统品质因数估计标签数量的方法，属于射频识别领域。本发明的方法包括：在一定读写器发射功率下，测量不同标签数量与耦合系统品质因数的对应关系；测量待盘点标签数量对应的耦合系统的品质因数，之后根据标签数量与耦合系统品质因数的对应关系，预估待盘点的标签数量；根据预估的标签数量，设定防碰撞算法初始Q值，优化防碰撞算法，实现标签盘点。本发明能够解决防碰撞算法初始Q值设置不当的问题，有效提升了高频RFID系统识读效率。

技术研发人员：柴佳,任凯琦,李杨,贾知浩,阮志成,王颖,蒋遂平
受保护的技术使用者：北京计算机技术及应用研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15