专利名称：基于射频识别用于定位的移动终端及定位方法
技术领域：
本发明涉及移动通信定位领域，尤其涉及一种基于射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)用于定位的移动终端及定位方法。
背景技术：
现有的终端定位方式有以下几种第一种方式为全球定位系统(GPS)，但是由于全球定位系统属于卫星定位，在进行 室内定位时存在固有定位精度问题，所以必须通过其他定位技术解决室内定位问题。第二种方式为红外线定位方式，例如Olivetti研究实验室的Active Badge系统 采用红外线技术实现室内定位。但是，直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内 定位的效果很差。第三种方式为IEEE802. 11 =RADAR是一种基于射频的室内定位系统，采用标准的 802.11网络对于空间进行定位。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易 于安装、需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，但是，到目前为止，大部分使用 802. 11技术的系统的定位精度未能达到理想的尺度，系统总精度高。第四种方式为超声波定位方式；例如蟋蟀定位支持系统Cricket Location Support System和活跃的蝙蝠Active Bat是采用超声波定位的两个典型例子，它们采用超 声波时延信号进行定位。虽然整体定位精度较高，但需要大量的底层硬件设施投资，成本太 尚ο目前，射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号及其空间耦合 和传输特性，实现对静止或移动物品的自动识别。射频识别技术具有非接触、精度高、信息 收集处理迅速、全天候工作及较好的应用环境适应性等一系列优点，在近年来获得了极为 迅速的发展。RFID系统的组成一般包括两个部分(1)电子标签(Tag)信息载体，由标签芯片 和天线组成；( 阅读器(Reader)读取或写入标签信息的设备。现如今，手机的功能越来越强大，并存在集成更多功能的趋势，将手机和RFID技 术的结合，使手机具备短距离交互定位的领域，会进一步扩大手机的应用价值和使用范围， 给人们的生活带来更多的便利，目前还没有这种成熟的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于射频识别(RFID)的定位移动终端及 定位方法，以解决现有技术中各种定位方式存在的定位精度和成本等问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于射频识别(RFID)的定位移动终 端，该移动终端包括微波天线，用于收发用于请求定位和响应定位的射频信号或者用于识别的射频信 号；
射频识别模拟前端模块，与所述微波天线连接，用于对接收到所述用于识别的射 频信号解调生成数字信号；定位处理模块，与所述微波天线连接，用于根据所述用于请求定位的射频信号和/ 或响应定位的射频信号获得其对应的功率值、相位和时间；数字基带处理模块，与所述射频识别模拟前端模块和定位处理模块分别连接，用 于根据解调成数字信号的所述用于识别的射频信号进行识别，以及分别根据所述功率、相 位和时间获得定位信息。所述的基于射频识别的定位移动终端还包括定位信息模拟显示模块，与所述数字基带处理模块连接，用于将定位信息按照平 面坐标和三维空间坐标显示。所述的基于射频识别的定位移动终端还包括支持单线协议的用户识别卡，与所述射频识别模拟前端模块连接，用于存储射频 识别唯一序列号；以及所述数字基带处理模块，与所述射频识别模拟前端模块，进一步用于将解调成数 字信号的所述用于识别的射频信号与所述射频识别唯一序列号比较来进行识别。所述射频识别模拟前端模块通过通用异步收发器接口与所述基带处理模块连接， 且通过信号线与所述用户识别卡的引脚连接。所述定位处理模块包括射频功率强度检测器，与所述数字基带处理模块相连，用于对接收到的用于响应 定位的射频信号进行检测，获取其功率值发送至所述数字基带处理模块，所述数字基带处 理模块进一步用于根据所述功率值计算第一距离；鉴相器，与所述数字基带处理模块相连，用于采集发送用于请求定位的射频信号 和接收用于响应定位的射频信号的相位，输出到所述数字基带处理模块计算相位差值，并 所述数字基带处理模块进一步用于根据所述相位差值计算第二距离；分频器，与所述数字基带处理模块相连，用于将频率分成不同等级，以各不同等级 的频率上测量所述用于请求定位的射频信号和用于响应定位的射频信号的时间，输出到所 述数字基带处理模块计算时间差值，并所述数字基带处理模块进一步用于根据所述时间差 值计算第三距离。所述微波天线为在微带或者偶极子片上集成天线。所述的基于射频识别的定位移动终端还包括电源管理模块，与所述基带处理模 块、定位处理模块和射频识别模拟前端模块相连，用于对其进行供电。本发明还提供了一种基于射频识别(RFID)的定位方法，该方法包括第一终端发送用于请求定位射频信号；第一终端接收第二终端返回的用于响应定位的射频信号；第一终端根据所述用于请求定位的射频信号和/或响应定位的射频信号获得其 对应的功率值、相位和时间；第一终端根据所述功率、相位和时间获得定位信息。在步骤发送用于请求定位射频信号之前还包括第一终端搜索第二终端，向其发送用于识别的射频信号；
第二终端将接收到的用于识别的射频信号与其用户识别卡中存储的射频识别唯 一序列号进行比较，确定所述识别号与射频识别唯一序列号一致进行定位。所述根据所述用于定位的射频信号和/或响应定位的射频信号获得其对应的功 率值、相位和时间具体为通过射频功率强度检测器对接收到的用于响应定位的射频信号进行检测，获取其 功率值；通过分频器将频率分成不同等级，以在各不同等级的频率上测量所述用于请求定 位的射频信号和用于响应定位的射频信号之间的时间；通过鉴相器采集发送用于请求定位的射频信号时的相位和接收用于响应定位的 射频信号时的相位。所述根据所述功率、相位和时间获得定位信息具体包括数字基带处理模块根据所述功率值，根据信道衰落模型将所述功率值换算为第一 距离值；所述数字基带处理模块计算所述各不同等级的频率上的时间差值，并用于根据所 述时间差值计算第二距离；所述数字基带处理模块根据采集的发送用于请求定位的射频信号时的相位和接 收用于响应定位的射频信号时的相位计算相位差值，且根据所述相位差值计算第三距离；基于第一距离、第二距离和第三距离获得定位信息的最终距离。因此，本发明基于RFID用于定位的移动终端及方法提供的定位，是一种全方位角 度、高精度、免对准性、可穿透性、自动识别、微型化、安全性的实时智能型定位和跟踪系统， 只要双方开启模块，在电磁波感应范围内，就可以实现实时的定位功能，准确、快捷的确定 对方的相对位置。
图1为本发明基于射频识别用于定位的移动终端结构示意图；图2为本发明基于射频识别的定位方法的流程图；图3为本发明定位处理模块对数字信号进行计算获得定位信息的流程图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。本发明基于射频识别原理，将传统的射频定位的原理与传统的测距系统集成在智 能移动终端(例如手机)中，再加上短程定位算法，可以用于两物体间(包括可移动物体) 的短程测距及定位。射频识别原理是建立在电磁波测距基础上的。电磁波测距的方法主要有三种，即 基于接收场强的RSS(received signal strength)方法、基于来波到达时间的TOA(time of arrival)方法、基于来波到达角度的AOA(angle of arrival)方法。本发明提供了集成于移动终端(例如手机)的射频识别定位系统，通过电磁波的 测距和测角及移动终端的交互信号处理和传输，进行短程目标的识别、定位及跟踪。图1是本发明基于射频识别用于定位的移动终端结构示意图。本发明用于定位的移动终端具有智能识别功能，并且对用户识别卡进行了改进、并且在微波片上集成了天线。 在本发明中两个移动终端之间进行定位测距，将发起该要求的移动终端称为询问终端，将 被定位的移动终端被称为目标终端。如图所示，该基于射频识别用于定位的移动终端1包括微波天线11、射频识别模 拟前端模块12、数字基带处理模块13和定位处理模块14，以及还包括定位监视显示模块 15。其中微波天线11，用于收发用于请求定位和响应定位的射频信号或者用于识别的射频 信号，微波天线为在微带或者偶极子片上集成天线，如果移动终端作为目标终端的话，其具 有接收询问终端发送来的识别信号(即询问终端发送给目标终端的带有目标终端的ID号 的射频信号)及，接收将用于响应定位的射频信号通过反射调制送给询问终端的功能，移 动终端作为查询终端，则具有发送带有目标终端ID号的射频信号给目标终端，发送请求定 位的射频信号，以及接收目标终端反射的经过调制的的用于定位的射频信号；射频识别(RFID)模拟前端模块12，与所述微波天线11连接，用于对接收到的用 于定位的射频信号解调生成数字信号，该射频识别模拟前端模块12具体包括电压变换电 路，上电复位电路，基准源电路，及信号解调电路几个部分，由电压变换电路用来提供稳定 电压，上电复位电路的用途是系统中时序电路设置为初时状态，以防止出现逻辑混乱，基准 源电路用于模拟提供精准的基准偏置。信号解调电路的主要功能是从微波天线上接收到的 调制有数字信号的载波中恢复出数字信号。定位处理模块14，与所述微波天线11连接，用于根据所述用于请求定位的射频信 号和/或响应定位的射频信号获得其对应的功率值、相位和时间；数字基带处理模块13，与所述定位处理模块14连接，用于根据解调成数字信号的 所述用于识别的射频信号进行识别，以及分别根据所述功率、相位和时间获得定位信息。定位信息模拟显示模块15，与所述数字基带处理模块13连接，用于将定位信息按 照平面坐标和三维空间坐标显示。定位信息模拟显示模块15通过定位处理模块14计算的 定位信息的值，按照平面坐标和三维空间坐标将目标终端和询问终端的相对位置动态显示 在LCD界面窗口上，实现系统实时跟踪定位。如图1所示，该移动终端还包括支持单线协议(single Wire Protocol, SffP)的 用户识别卡16，用于存储射频识别唯一序列号。所述数字基带处理模块，与所述射频识别模 拟前端模块，进一步用于将解调成数字信号的所述用于识别的射频信号与所述射频识别唯 一序列号比较来进行识别。射频识别模拟前端模块12通过通用异步收发器接口(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,简称UART)与所述数字基带处理模块13连接，且通过信号线与所 述用户识别卡16的引脚连接。如图所示，该终端还包括电源管理模块17，与所述基带处理模块13、定位信息模 拟显示模块15、定位处理模块14以及射频识别(RFID)模拟前端模块12都相连，用于对其 进行供电，在附图中仅标示了电源管理模块17与定位信息模拟显示模块15的电连接关系。继续参见图1，该定位处理模块14包括射频功率强度检测器141，与所述数字基 带处理模块13相连，用于对接收到的用于响应定位的射频信号进行检测，获取其功率值发 送至所述数字基带处理模块，所述数字基带处理模块进一步用于根据所述功率值计算第一 距离；
分频器143，与所述数字基带处理模块13相连，用于将频率分成不同等级，以各不 同等级的频率上测量所述用于请求定位的射频信号和用于响应定位的射频信号的时间，输 出到所述数字基带处理模块计算时间差值，并所述数字基带处理模块进一步用于根据所述 时间差值计算第三距离。由于距离有千米、百米，米等不同的单位，所以需要分频器分频出 相应精度的电磁波频率，例如分出四个不同等级的频率fl、f2、f3和f4，在这些等级的频率 上测得所述用于请求定位的射频信号和用于响应定位的射频信号的时间，数字基带处理模 块计算时间差值，并所述数字基带处理模块根据例如四个时间差值计算出四个第三距离， 进行叠加累计后获得最终的第二距离；鉴相器142，与所述数字基带处理模块13相连，用于采集发送用于请求定位的射 频信号和接收用于响应定位的射频信号的相位，输出到所述数字基带处理模块计算相位差 值，并所述数字基带处理模块进一步用于根据所述相位差值计算第三距离；本发明提供的基于射频识别的定位移动终端的各个模块之间的工作过程是具有 上述各功能模块的移动终端，在作为询问终端要定位其他移动终端的位置时，激活其各功 能，搜索电磁波感应范围内要查询的目标终端；当识别出目标终端ID后(主要通过防碰撞 算法)，通过身份认证协议与该目标终端建立通讯，目标终端接收到信号后，从睡眠模式中 唤醒，然后，比较自身用户识别卡中存储的射频识别唯一序列号与接收到的射频信号中的 ID号是否一致，号不相符的终端再次进入休眠模式，而相符的终端则进入工作模式，接收射 频信号并将信号反射回查询终端(此处反射回查询终端的射频信号，即为用于响应定位的 射频信号)，送入定位处理模块，由数字基带处理模块解算出其位置数据，然后将三种算法 的位置数据进行复合运算，然后将结果动态模拟显示到模拟显示模块上。在实际应用中，移动终端上的改进具体为，在移动终端例如手机等上实现该方案 需要在该移动终端上增加超高频RFID模拟前端芯片即RFID模拟前端模块，微带或偶极子 片上集成天线，并使用支持SWP协议的用户识别卡，同时在数字基带芯片即数字基带处理 模块上完成数字信号的编解码、防冲突功能。同时，只需要在手机上增加RF功率强度检测 器、鉴相器和分频器，构成定位处理模块。而具体地，RFID模拟前端模块通过UART接口与数字基带芯片通信，完成模拟信号 到数字信号的转换，同时通过一根信号线与用户识别卡(例如SIM卡或者UIM卡)的C6引 脚连接，将射频识别唯一序列号存储于用户识别卡中，使用SWP协议与用户识别卡中的应 用部分通信。使用2. 4GHz的微带天线置于手机机盖的背面，收发射频信号。将微带天线与近距 离无线通信(Near Field Communication，简称NFC)芯片直接相连，然后与电池紧贴放在 电池和手机后盖之间，用户不需更换手机。超高频RFID模拟前端芯片和SIM卡通过C6脚 连接起来，实现全双工通讯。超高频RFID模拟前端芯片与微带天线相连，实现超高频RFID 模拟前端芯片的发射和接收，接收到的信息通过超高频RFID模拟前端芯片的解调后生成 数字信号传输到基带芯片的AP层处理。定位处理模块通过数字基带芯片的通用输入输出 (General Purpose 1/0，简称GPI0) 口控制，由电源管理模块供电。基于上述结构功能的移动终端进行定位的过程，如图2所示的本发明基于射频识 别的定位方法流程图。首先概括介绍，具有上述功能的移动终端激活RFID定位功能即激活 其功能模块，询问终端搜索感应场内的目标终端；通过相互密码认证建立定位通讯，即建立通讯后，验证询问终端发送的射频信号中的ID号与唤醒的目标终端的射频识别唯一序列 号相一致，然后建立定位通讯，目标终端等待询问终端的定位指令，询问终端发送定位指令 给目标终端；目标终端收到定位指令后发送响应(即用于响应定位的射频信号)给询问终 端。询问终端将反射信号(即用于响应定位的射频信号)经过上述数字基带模块、和定位处 理模块各模块处理换算成距离信息，存入闪存中。询问终端发送定位指令给附近某参考目 标，按照上述步骤计算出和参考目标的距离信息，存入闪存芯片。询问终端经过定位处理模 块，计算目标终端的方位坐标，然后将其距离角度方位信息值模拟显示出来，实现定位。本 发明还可以询问终端间隔10秒后重新发送定位指令，目标终端发送响应后，重新进入等待 接收状态，询问终端接收响应后再次计算位置信息，动态传输给显示窗口，从而实现动态跟 踪定位。即如图2所示，整个定位过程包括以下步骤步骤21，第一终端(即询问终端)搜索第二终端(即目标终端)，通过身份认证协 议建立通讯，向其发送用于识别的射频信号；；步骤22，第二终端将接收到的用于识别的射频信号与其用户识别卡中存储的射频 识别唯一序列号进行比较，确定所述识别号与射频识别唯一序列号一致，第二终端处于工 作模式，等待第一终端发送定位指令；步骤23，第一终端向第二终端发送用于请求定位射频信号即定位指令；步骤M，第二终端发送响应(即用于响应定位的射频信号)给第一终端；步骤25，第一终端通过微波天线接收该反射信号(即用于响应定位的射频信号)步骤沈，第一终端通过定位处理模块，根据所述用于定位的射频信号和/或响应 定位的射频信号获得其对应的功率值、相位和时间；步骤27，第一终端通过数字基带处理模块根据所述功率、相位和时间获得定位信 肩、ο步骤27第一终端通过数字基带处理模块根据所述功率、相位和时间获得定位信 息，该定位过程具体如图3所示，包括步骤271，询问终端将目标终端反射回的解调后的数字信号强度通过滤波器、放大 器进行滤波放大；步骤272，经过射频功率检测器检测所述用于响应定位的射频信号获取其功率值， 根据信道衰落模型将所述功率值换算为模型距离参数值(此时计算出的为第一距离)；具 体为经过滤波放大后输入到射频功率强度检测器，检测结果经过AD转换后变成数字信号， 数字基带处理模块通过已知的信道衰落模型将场强值换算成两终端的距离，无论室内或室 外信道，平均接收信号功率随距离的对数衰减。即信号强度与询问器和应答器的距离对应 关系如下P(r) = P(r0)-10a log(r/r0)(1)其中是P(r)询问终端接收到的功率，r为待定位终端(即第一终端)和询问终端 (即第二终端)之间的距离。r0为近地参考距离，P(r0)参考点的信号功率，a参数为路径损 耗指数，随着距离r的增加而增加。在自由空间，a为2 ；在室内视距传播时，a为1. 6-1. 8， 当有阻挡物时，a变大。相应模型参数值存储在定位处理模块的数据库中，依据环境的不同 自由选择。通过场强换算距离，计算出对应距离值存入第一终端的数值寄存器；
步骤273，第一终端根据数值寄存器中的第一距离，计算测尺频率，然后控制天线 发射不同长度的测尺频率，对于长距离使用大频率测尺，短距离使用小频率测尺；即通过分 频器将频率分成不同等级，以在各不同等级的频率上测量所述用于请求定位的射频信号和 用于响应定位的射频信号之间的时间，手机中采用分频器由中心频率分出一系列频率，手 机通过内部计时器记录往返信号时间差，然后通过公式D = l/2*c*t换算成第二距离，将算 出的进行叠加获得第二距离存入第二数值寄存器。D是距离，C是电磁波速率；步骤274，通过鉴相器采集发送用于请求定位的射频信号时的相位和接收用于响 应定位的射频信号时的相位。鉴相器得到的相位结果后，通知数字基带处理模块计算相位差即信号往返测线一 次产生的总的相位延迟，通过如下公式换算获得第三距离，
权利要求
1.一种基于射频识别用于定位的移动终端，其特征在于包括微波天线，用于收发用于请求定位和响应定位的射频信号或者用于识别的射频信号；射频识别模拟前端模块，与所述微波天线连接，用于对接收到所述用于识别的射频信 号解调生成数字信号；定位处理模块，与所述微波天线连接，用于根据所述用于请求定位的射频信号和/或 响应定位的射频信号获得其对应的功率值、相位和时间；数字基带处理模块，与所述射频识别模拟前端模块和定位处理模块分别连接，用于根 据解调成数字信号的所述用于识别的射频信号进行识别，以及分别根据所述功率、相位和 时间获得定位信息。
2.如权利要求1所述的基于射频识别的定位移动终端，其特征在于还包括定位信息模拟显示模块，与所述数字基带处理模块连接，用于将定位信息按照平面坐 标和三维空间坐标显示。
3.如权利要求2所述的基于射频识别的定位移动终端，其特征在于还包括支持单线协议的用户识别卡，与所述射频识别模拟前端模块连接，用于存储射频识别 唯一序列号；以及所述数字基带处理模块，与所述射频识别模拟前端模块，进一步用于将解调成数字信 号的所述用于识别的射频信号与所述射频识别唯一序列号比较来进行识别。
4.如权利要求3所述的基于射频识别的定位移动终端，其特征在于所述射频识别模拟 前端模块通过通用异步收发器接口与所述基带处理模块连接，且通过信号线与所述用户识 别卡的引脚连接。
5.如权利要求4所述的基于射频识别的定位移动终端，其特征在于所述定位处理模块 包括射频功率强度检测器，与所述数字基带处理模块相连，用于对接收到的用于响应定位 的射频信号进行检测，获取其功率值发送至所述数字基带处理模块，所述数字基带处理模 块进一步用于根据所述功率值计算第一距离；鉴相器，与所述数字基带处理模块相连，用于采集发送用于请求定位的射频信号和接 收用于响应定位的射频信号的相位，输出到所述数字基带处理模块计算相位差值，并所述 数字基带处理模块进一步用于根据所述相位差值计算第二距离；分频器，与所述数字基带处理模块相连，用于将频率分成不同等级，以各不同等级的频 率上测量所述用于请求定位的射频信号和用于响应定位的射频信号的时间，输出到所述数 字基带处理模块计算时间差值，并所述数字基带处理模块进一步用于根据所述时间差值计 算第三距离。
6.如权利要求5所述的基于射频识别的定位移动终端，其特征在于所述微波天线为在 微带或者偶极子片上集成天线。
7.如权利要求6所述的基于射频识别的定位移动终端，其特征在于还包括电源管理 模块，与所述基带处理模块、定位处理模块和射频识别模拟前端模块相连，用于对其进行供 H1^ ο
8.一种基于射频识别的定位方法，其特征在于包括第一终端发送用于请求定位射频信号；第一终端接收第二终端返回的用于响应定位的射频信号；第一终端根据所述用于请求定位的射频信号和/或响应定位的射频信号获得其对应 的功率值、相位和时间；第一终端根据所述功率、相位和时间获得定位信息。
9.如权利要求8所述的基于射频识别的定位方法，其特征在于在步骤发送用于请求定 位射频信号之前还包括第一终端搜索第二终端，向其发送用于识别的射频信号；第二终端将接收到的用于识别的射频信号与其用户识别卡中存储的射频识别唯一序 列号进行比较，确定所述识别号与射频识别唯一序列号一致进行定位。
10.如权利要求9所述的基于射频识别的定位方法，其特征在于所述根据所述用于定 位的射频信号和/或响应定位的射频信号获得其对应的功率值、相位和时间具体为通过射频功率强度检测器对接收到的用于响应定位的射频信号进行检测，获取其功率值；通过分频器将频率分成不同等级，以在各不同等级的频率上测量所述用于请求定位的 射频信号和用于响应定位的射频信号之间的时间；通过鉴相器采集发送用于请求定位的射频信号时的相位和接收用于响应定位的射频 信号时的相位。
11.如权利要求10所述的基于射频识别的定位方法，其特征在于所述根据所述功率、 相位和时间获得定位信息具体包括数字基带处理模块根据所述功率值，根据信道衰落模型将所述功率值换算为第一距离值；所述数字基带处理模块计算所述各不同等级的频率上的时间差值，并用于根据所述时 间差值计算第二距离；所述数字基带处理模块根据采集的发送用于请求定位的射频信号时的相位和接收用 于响应定位的射频信号时的相位计算相位差值，且根据所述相位差值计算第三距离； 基于第一距离、第二距离和第三距离获得定位信息的最终距离。
全文摘要
本发明提供了一种基于射频识别用于定位的移动终端以及定位方法，该移动终端包括微波天线；射频识别模拟前端模块与微波天线连接；定位处理模块与微波天线连接；数字基带处理模块与射频识别模拟前端模块和定位处理模块分别连接。该定位方法包括第一终端发送用于请求定位射频信号；第一终端接收第二终端返回的用于响应定位的射频信号；第一终端根据用于请求定位的射频信号和/或响应定位的射频信号获得其对应的功率值、相位和时间；第一终端根据功率、相位和时间获得定位信息。因此，本发明基于RFID用于定位的移动终端及方法，在电磁波感应范围内，就可以实现实时的定位功能，准确、快捷的确定对方的相对位置。
文档编号H04W64/00GK102043151SQ20091017819
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者沈少武 申请人:中兴通讯股份有限公司