Rfid系统、rfid系统的门设置以及检测应答器的方法

专利名称：Rfid系统、rfid系统的门设置以及检测应答器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在至少两个不同扫描区域中的读取单元与 应答器之间进行通信的RFID系统，其中，至少一个读取单元和与读取 单元进行通信的至少一个天线被分配给每个扫描区域，用于向扫描区 域辐射电磁信号。本发明还涉及一种具有至少两个门的门设置，其中，每个门都具 有扫描区域，通过该扫描区域，可移动具有应答器的货物等。本发明还涉及一种用于检测在至少两个不同扫描区域中的应答 器的方法，其中，与应答器进行通信的至少一个读取单元和与读取单 元进行通信的至少一个天线被分配给每个扫描区域，用于向扫描区域 辐射电磁信号。
背景技术：
由于用于RFID (射频标识)应用的UHFISM频段(ISM-工业-科 学-医疗)的巳有欧洲标准不再满足现代系统的需求，同时，奉欧洲委 员会之命，定义了新标准的提议，该提议以编号EN 302 208公布，题 为"Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Radio Frequency Identification Equipment operating in the 865 MHz to 868 MHz band with power levels up to 2W，，；该文献可从互联网上的网 站http:〃www.etsi.org处下载。该新的UHF标准EN 302 208将在2006年中在欧洲进行协调。与先前的规章相比，该新规章的主要优点在于相 比于当前的0.5WERP (=有效辐射功率)，读取单元具有2WERP的更 高许可辐射功率。因此，在欧洲，具有4至6m范围并具有大量应答器 的UHFFRID长距离系统第一次可用，与之相对，先前系统仅只可实 现具有最大2.5m的范围以及少量应答器。此外，先前对每个周期持续
时间内连接的持续时间限制以最大百分之十(10%)停止使用。与现今总带宽250kHz相对，新标准还提供了每个具有200kHz带宽的10个信 道。然而，新规章也具有问题。例如，新规章需要读取单元的操作方 法，该方法被称为"先听后说"(LBT)，以便对抗由于读取单元的更高 许可发射功率而给ISM波段中其它用户带来干扰的威胁。先听后说表 示想要通过发送调制电磁场来与应答器进行通信的每个读取单元应当 首先检验要使用的信道是否空闲，即还未由附近的另一读取单元使用。 精确地，这表示处于侦听模式的读取单元不可接收功率在-96dBm之上 的信号。该限制非常严格且难以满足，并且在所谓的密集读取器环境 下会导致相当大的限制。该密集读取器环境的一个示例是所谓的 Dock-Door应用，其中，至少两个传递门彼此直接相邻，如通常在逻 辑应用中一样。然后，卡车通过这些典型为3m的宽传递门而直接卸载， 其中，在运动通过各个传递门期间，由RFID读取单元扫描具有RFID 应答器的货物。通常仅以彼此相距10cm的距离设置的这些传递门大部 分具有相应的读取单元和与读取单元相连的多个天线，其中天线安装 在传递门侧面，并指向彼此，使得它们向要扫描的门区域进行辐射。 例如，如果每个门设置有四个天线(每边两个)，则对于彼此相邻的两 个传递门，相邻传递门的两个相应天线也指向彼此。这可在图l中清楚 地看出，其屮第一传递门G1的天线A1和A3与第二传递门G2的天线B2 和B4彼此相对。假定传递门G2的读取单元R2仅在信道0上有效，即其 在天线B2或B4上发送电磁无线电信号EB2或EB4，则如果读取单元R1 处于侦听模式下，则其将在天线A1或A3上接收到这些无线电信号 EB2、 EB4，其中接收信号EB2或EB4的功率将超过-96dBm。因此，根据EN 302 208规章的规范，读取单元R1必须认为信道0 被占用，并且自身不能在该信道O上有效。因为读取单元R2在发送时 还不可避免地在其自身的频带之外的边带中产生的电磁信号部分(这 是由于不存在理想的滤波)，所以存在读取单元R1额外将所述边带所 在的一个或多个其它信道(例如信道1和2)认为被占用的风险。因此， 读取单元R1将必须切换到另一信道，例如信道3。作为上述问题的结
果，其它读取单元的每个的可用信道的个数减少至少一个信道。但是， 如果传递门现在直接彼此相邻，如在仓库中的情况下一样，则如果读 取单元使用发送信号的主要部分有意地占用信道并使用在边带中发送 的信号部分无意地占用其它可用信道，则在最差情况下，总是只有一 个读取单元是有效的。因此，利用RFID的这种仓库的有意义操作不再 可能，这是因为在监测RFID的同时只可以卸载一个相应的卡车。发明内容本发明的目的是提供一种在第一段落中指示的类型的RFID系统、 一种在第二段落中指示的类型的门设置、以及一种检测在第三段落中 指示的类型的应答器的方法，利用此可避免上述缺点。为/实现上述目的，对于根据本发明的RFID系统，提供了根据 本发明的特征，使得根据本发明的RFID系统的特征在于以下内容， 即--种用于在至少两个不同扫描区域中的读取单元和应答器之间进 行通信的RFID系统，其中，至少一个读取单元和与读取单元进行通 信的至少一个天线被分配给每个扫描区域，用于向扫描区域辐射电磁 信号，其中，天线被设计成一个扫描区域的至少一个天线具有相对于 另一个扫描区域的至少一个天线不同的极化和/或不同的极化旋转方 向。为了实现上述目的，利用根据本发明的具有至少两个门的门设置， 提供了根据本发明的RFID系统，其中，每个门具有扫描区域，通过 该扫描区域，可移动具有应答器的货物。为了实现上述目的，对于根据本发明的用于检测应答器的方法， 提供了根据本发明的特征，使得根据本发明的方法的特征在于以下内 容，即一种用于检测至少两个不同扫描区域中的应答器的方法，其中， 将与应答器通信的至少一个读取单元和与用于向扫描区域辐射电磁信 号的读取单元通信的至少一个天线分配给每个扫描区域，其中，向扫 描区域辐射的电磁信号相对于向另一扫描区域辐射的电磁信号具有不 同的极化和/或不同的极化旋转方向。 根据本发明的特征实现了多个扫描区域的读取单元并不妨碍彼 此的频率信道。这尤其适用于在所谓的密集读取器环境下的RFID应用，例如仓库中的dock-door应用，其中不同扫描区域设置得非常靠 近。此外，卩丁以利用根据本发明的特征来实现所谓"长距离"RFID应用， 利用该应用，读取单元所监测的扫描区域直径可达几米。利用本发明， 特别地可遵守EN 302 208标准的严格规章，而不会由于其它扫描区域中的串扰和/或由于电磁信号在边带中的信号部分的发送而导致其它 读取单元妨碍频率信道的使用。然而，要注意到，本发明并不局限于 用在EN 302 208标准所规定的865MHz至868MHz的UHF频率范围 内，而口T用在其它频率范围中，例如在美国和澳大利亚用于ISM应用 的902MHz和928MHz之间的UHF频率范围中，或在2.4GHz附近的 微波范围中的应用。本发明的另一优点在于如下事实因为不再需要 对带外辐射的滤波那么强，所以可以更成本有效地构造读取单元。本 发明的应用是多面的。具体地，本发明适用于控制物流，例如将货物 递送给仓库、商场和工厂，例如，用于托盘、集装箱和其它货物承载 应答器的识别，或者用于动物的识别。根据权利要求2或8的措施，获得了在密集读取器环境下可以可靠地避免相邻扫描区域的读取单元的相互妨碍的优点。由于彼此之间 的最小距离，对于由于电磁信号或信号部分至相应相邻扫描区域的不 希望传输所导致的相互干扰，相邻扫描区域存在最大问题。利用本发 明，因此可保持这种密集读取器环境，而不需要读取单元的发射功率 必须保持在较低水平，或者不需要采取成本非常高且非常昂贵的在读 取单元处对带外辐射进行滤波的措施。密集读取器环境所用的天线通常具有针对辐射电磁信号的方向 性。因此，天线被定向，使得电磁信号的主要辐射指向要监测的扫描 区域，同时提供这种设置以及每个扫描区域有多个天线，使得整个扫描区域由电磁信号覆盖。例如，对于dock-door应用，存在彼此相邻 的多个门，并且典型地天线侧向指向相应门的扫描区域。然而，这不可避免地导致以下事实在门一侧的天线所辐射的电磁信号直接向安装在相邻门(和其它门)的相对侧上的天线辐射。根据权利要求3或9的措施，获得如下优点利用这种设置，避免了会导致信道妨碍的
不同扫描区域的读取单元的相互影响。此外，通过使用电磁信号的仅 两个不同极化旋转方向，可以避免相互干扰。根据权利要求4或IO的措施，获得如下优点利用极化和极化旋 转方向的组合的相应选择，避免了不同扫描区域的读取单元的相互干 扰。如果使用仅具有椭圆极化的天线、或使用具有圆极化的天线以及 具有椭圆极化的天线，则利用椭圆极化，椭圆的主轴和副轴之间的轴 比应当非常高。此外，为了更好地抑制相互干扰，还可不同地选择旋 转方向。根据权利要求5的措施，获得如下优点这种天线具有良好 的方向性和高辐射效率，可以容易地调节辐射的电磁信号的所希望的 极化，并且可以以成本有效的方式生产天线。此外，可以以防水的方 式实现这种天线，这种天线非常容易用于不同的安装条件，这种天线 很小、稳健且不显服。参考下面所述的实施例，阐述本发明的这些和其它方面，并且本 发明的这些和其它方面将显而易见。


下面将根据唯一附图中示出的实施例示例来描述本发明，尽管应 该认为本发明不局限于此。图1示出了具有根据本发明的RFID系统的根据本发明的门设置的 示意框图。
具体实施方式
现在参考图l，描述具有根据本发明的RFID系统的门设置的实施 例示例。该门设置包括两个门Gl、 G2，其中每个门Gl、 G2的通过 区域被设计成扫描区域Sl、 S2，通过该扫描区域S1、 S2，可移动具 有应答器Tl、 T2的货物等。要指出，门设置的门数目、每个门的天 线数目以及门中应答器的数目并不受限，并且为了本实施例示例清楚 简明，仅示出了每个具有四个天线和一个应答器的两个门Gl、 G2。 将RFID系统分配给每个扫描区域S1、 S2。对于扫描区域S1，包括一 个读取单元R1，该读取单元R1与四个天线A1、 A2、 A3和A4相连。 天线Al和A3设置在门Gl的左手边，并指向扫描区域Sl的右侧。
天线A2和A4设置在门Gl的右手边，并指向扫描区域Sl的左侧。 类似地，将一个读取单元R2分配给门G2的扫描区域S2，读取单元 R2与四个天线B1、 B2、 B3禾BB4相连。天线Bl和B3设置在门G2 的左手边，并指向扫描区域S2的右侧。天线B2和B4设置在门G2 的右手边，并指向扫描区域S2的左侧。读取单元R1以复用方式通过 天线Al至A4向扫描区域Sl辐射电磁信号，即通过天线Al辐射电 磁信号EA1、通过天线A2辐射电磁信号EA2、通过天线A3辐射电 磁信号EA3、通过天线A4辐射电磁信号EA4。读取单元R2通过天 线Bl至B4向扫描区域S2辐射电磁信号，即通过天线Bl辐射电磁 信号EB1、通过天线B2辐射电磁信号EB2、通过天线B3辐射电磁信 号EB3、通过天线B4辐射电磁信号EB4。电磁信号EA1-EA4、EB1-EB4 优选地是所选频段(例如865MHz的UHF频带区域中的200kHz频段) 中的调制载波信号。给每个200kHz的频段分配信道号，例如信道0 至信道10。如果应答器Tl、 T2位于辐射了电磁信号EA1-EA4、 EB1-EB4的相应扫描区域Sl、 S2中，则应答器T1、 T2通过调制接收 信号来进行响应。这通过适当己知的估计方法在读取单元Rl、 R2中 进行检测，而所发送数据可通过对应答器Tl、 T2所调制信号的解调 来重构，因此可识别各个应答器T1、 T2，而如果需要，可进行读取单 元R1、 R2和应答器T1、 T2之间的其它通信和数据交换。如图1所示，通过天线Al和A3向扫描区域Sl辐射的电磁信号 EA1和EA3将也被辐射到与区域Sl相邻的扫描区域S2所位于的门 G2，这里具体是被辐射到面对天线Al、 A3的天线B2、 B4，尽管该 辐射被削弱。相反地，相邻门Gl的天线Al、 A3也接收到通过天线 B2、 B4辐射的电磁信号EB2、 EB4。如果现在门G2的读取单元R2 通过天线B2或B4发送电磁无线电信号EB2或EB4而在信道0上有 效，则由于天线A1、 A3以高于预定最小强度的功率接收到精确指向 天线Al、 A3的无线电信号EB2、 EB4，所以读取单元R1将认为信道 0被占用，其中，所述读取单元Rl自身想要变为在同-一信道0上有效， 因而首先进入侦听模式，"侦听"或检查是否在该信道0上接收到超过 许可最小强度的信号。这里，本发明规定通过对天线EA1-EA4、 EB1-EB4的极化和/
或极化旋转方向的适当选择，可避免彼此相邻的门G1、 G2的读取单元R1、 R2对信道产生相互地妨碍。因此，设计天线，使得扫描区域 的至少一个天线相对于另一个扫描区域的至少一个天线而具有不同的极化和/或极化旋转方向。在本实施例示例中，有目的地选择如下设置门Gl的天线Al、 A3具有相对于门G2的天线B2、 B4不同的极化和 /或极化旋转方向。然而，如果仅天线Al或A3之一具有与天线B2 或B4不同的极化和/或极化旋转方向，也是足够的。在这种情况下， 侦听模式下的读取单元R1的操作如下例如，如果天线Al在特定信 道上接收到陌生信号，则并不立即将该信道标记为被占用，而是首先 将另一天线A3切换到接收模式，以便确定在具有另一极化的天线A3 上，所接收到的陌生信号的强度是否小于预定许可最大强度，因此该 信道可与天线A3 —起使用。由于门Gl的天线A2、 A4和门G2的天线Bl、 B3彼此错开，因 而串扰信号强度较小，所以门Gl的天线A2、 A4禾n门G2的天线B1、 B3相互影响在本实施例示例中并不关键。因此，通过天线A2、 A4、 Bl、 B3辐射的电磁信号EA2、 EA4、 EB1、 EB3可具有相同的极化。 然而，要考虑到其它门可设置在门Gl、 G2的左侧和右侧，所述信号 EA2、 EA4、 EB1、 EB3到达所述其它门，因此要考虑这些信号的极化 和/或极化旋转方向相对于未示出的门的天线的极化和/或极化旋转方 向。彼此相邻的多个门的天线的有利设置如下向第一方向(例如向 右)辐射的所有天线A1、 A3、 Bl、 B3具有第一极化旋转方向，向相 反的第二方向(即向左)辐射的所有天线A2、 A4、 B2、 B4具有与第 一极化旋转方向不同的第二极化旋转方向。通常，电磁波必须由总是彼此垂直的电场和磁场矢量构成。原理 上，作为横波的电磁波沿与电场和磁场矢量垂直的方向传播。电磁波 由频率、波长、幅度、相位和极化表示其特征。如果电磁场的电场矢 量和磁场矢量在空间某点处具有恒定方向，则该波被认为是线性极化 的，其中矢量方向表示极化方向。换言之使用线性极化，电磁场的 电场矢量和磁场矢量在空间中在各自确定的平面中摆动。通常，电磁 波包括线性极化波的混合。使用圆极化的电磁波，电场和磁场矢量在 每个振荡周期中沿传播方向旋转一周。取决于场矢量的旋转方向，存
在逆时针或顺时针旋转的圆极化。因此，场矢量的值保持恒定。圆极 化的电磁波是椭圆极化的电磁波的特例，使用椭圆极化的电磁波，电 场和磁场矢量在每个振荡周期中沿传播方向摆动一周，其中，场矢量 的旋转方向可以是逆时针或顺时针的。然后，场矢量的值周期性地改 变而不会变为0。此外，椭圆极化的主要特征在于椭圆的主轴和副轴 之间的比。对于沿第一方向(例如逆时针)圆周旋转的天线Al、 A3、 Bl、 B3，在优选实施例中使用极化天线，以及对于沿相反方向(例如顺时 针)圆周旋转的天线A2、 A4、 B2、 B4，使用极化天线。这导致以下 事实多个门G1、 G2的彼此相向的天线Al、 A3、 B2、 B4之间的能 量转移最小(在理想情况下为零)。因为应答器T1、 T2的天线通常是 线性极化的，所以使用读取单元R1、 R2的天线的圆极化，将有3dB 的极化损耗，但是这可通过在许可限制值内增加读取单元Rl、 R2的 发射功率来抵消。此外，圆极化天线的使用提供了如下优点利用应 答器T1、 T2的设置，应答器T1、 T2可位于任意旋转位置，并且在实 际环境下，可改变极化位置的反射保持不受影响。在本发明的另一变体中，指向彼此的各个门G1、 G2的天线A1、 A3、 B2、 B4被设计为椭圆极化的，在这种设置下，任意位置的天线 Al、 A3、 B2、 B4的接收功率实际上非零；但是由于实际上仅需要另 一个门的信号的接收功率削弱10至30dB，所以这同样可以利用椭圆 极化的天线以令人满意的方式实现。另一方面，如果椭圆极化的天线 与 一 定角度的相同椭圆轴比对齐，则获得了与使用圆极化天线相同的 效果。根据本发明的具有不词极化或极化旋转方向的天线设置可应用于 任意数目的门。还应该提到，代替术语"扫描区域"、"扫描"和"被扫描"，可使用 术语"扫描场"或"通信区域"、"扫描"或"通信"以及"被扫描"或"与之通 信"，并且在本技术领域是公知且常用的。应该注意，上述实施例例证而非限制本发明，并且本领域技术人 员能够在不背离所附权利要求的范围的情况下设计多种备选实施例。 在权利要求中，括号之间的任意附图标记并不应理解为限制权利要求。 词"包括"并不排除权利要求中所列元素或步骤之外的元素或步骤的存 在。元素之前的"一"并不排除多个这种元素的存在。本发明可利用包 括多个分立元件的硬件来实现，和/或利用适当编程的处理器来实现。 在列举了多个装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可由同一个 硬件项目来实现。唯一的事实是，彼此不同的从属权利要求中所述的 某些措施并不表示这些措施的组合不能够产生有益效果。
权利要求
1.一种用于在至少两个不同扫描区域(S1、S2)中的读取单元(R1、R2)和应答器(T1、T2)之间进行通信的RFID系统，其中，至少一个读取单元(R1、R2)和与读取单元进行通信的至少一个天线(A1-A4、B1-B4)被分配给每个扫描区域(S1、S2)，用于向扫描区域(S1、S2)辐射电磁信号(EA1-EA4、EB1-EB4)，其中，天线(A1-A4、B1-B4)被设计成一个扫描区域(S1)的至少一个天线(A1、A3)具有相对于另一个扫描区域(S2)的至少一个天线(B2、B4)不同的极化和/或不同的极化旋转方向。
2. 根据权利要求1所述的RFID系统，其中， 一个扫描区域(Sl) 的至少一个天线(Al、 A3)具有相对于与所述扫描区域(Sl)相邻的 一个或多个扫描区域(S2)的至少一个天线(B2、 B4)不同的极化和 /或不问的极化旋转方向。
3. 根据权利要求1所述的RFID系统，其中，主要辐射方向转向 彼此的不同扫描区域(Sl; S2)的天线(Al、 A3; B2、 B4)具有不 同的极化和/或不同的极化旋转方向。
4. 根据权利要求1所述的RFID系统，其中，从不同旋转方向的 圆极化、可选具有不同极化旋转方向的椭圆主轴不同位置的椭圆极化、 可选具有不同极化旋转方向的圆极化和椭圆极化中，选择天线(Al、 A3; B2、 B4)的不同的极化和/或极化旋转方向。
5. 根据权利要求1所述的RFID系统，其中，天线(Al、 A3; B2、 B4)被设计成平面天线。
6. —种包括至少两个门(Gl、 G2)的门设置，其中，每个门(Gl、 G2)具有扫描区域(Sl、 S2)，通过扫描区域(Sl、 S2)，能够移动具 有应答器(Tl、 T2)的货物等，其中，门设置具有如权利要求1至5 之一所述的RFID系统。
7. —种用于检测至少两个不同扫描区域(Sl、 S2)中的应答器 (Tl、 T2)的方法，其中，与应答器(Tl、 T2)通信的至少一个读取单元(Rl 、 R2)和与读取单元(Rl、 R2)通信的至少一个天线(Al-A4、 Bl-B4)被分配给每个扫描区域(Sl、 S2)，用于向扫描区域(Sl、 S2)辐射电磁信号(EA1-EA4、 EB1-EB4)，其中，向扫描区域(Sl)辐射 的电磁信号(EA1、 EA3)具有相对于向另-一扫描区域(S2)辐射的 电磁信号(EB2、 EB4)不同的极化和/或不同的极化旋转方向。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，向一个扫描区域(Sl) 辐射的电磁信号(EA1、 EA3)具有相对于向与所述扫描区域(Sl) 相邻的一个或多个扫描区域(S2)辐射的电磁信号(EB2、 EB4)不 同的极化和/或不同的极化旋转方向。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中，主要辐射方向转向彼此的 不同扫描区域(Sl、 S2)的天线(Al、 A3; B2、 B4)所辐射的电磁 信号(EA1、 EA3; EB2、 EB4)具有不同的极化和/或不同的极化旋转 方向。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中，从不同旋转方向的圆极 化、可选具有不同极化旋转方向的椭圆主轴不同位置的椭圆极化、可 选具有不同极化旋转方向的圆极化和椭圆极化中，选择所辐射的电磁 信号(EA1、 EA3; EB2、 EB4)的各个不同的极化和/或极化旋转方向。
全文摘要
利用RFID系统，在至少两个不同扫描区域(S1、S2)中的读取单元(R1、R2)和应答器(T1、T2)之间进行通信，其中，至少一个读取单元(R1、R2)和与读取单元进行通信的至少一个天线(A1-A4、B1-B4)被分配给每个扫描区域(S1、S2)，用于向扫描区域(S1、S2)辐射电磁信号(EA1-EA4、EB1-EB4)，天线(A1-A4、B1-B4)被设计成扫描区域(S1)的至少一个天线(A1、A3)具有与另一个扫描区域(S2)的至少一个天线(B2、B4)不同的极化和/或不同的极化旋转方向。
文档编号H04B7/10GK101164250SQ200680004303
公开日2008年4月16日 申请日期2006年2月1日 优先权日2005年2月7日
发明者克里斯蒂安·舍尔伯 申请人:Nxp股份有限公司