專利名稱：利用調制背散射定位已標記資產(chǎn)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及資產(chǎn)跟蹤，特別涉及利用調制背散射定位已標記資產(chǎn)。
背景技術：
在傳統(tǒng)射頻識別(RFID)系統(tǒng)中，標簽中編碼的數(shù)據(jù)通過標簽傳輸至閱讀器，以響 應閱讀器的查詢。標簽可不帶電池(即無源標簽)，在此情況下從閱讀器發(fā)射出的波束激勵 標簽的電路，然后標簽利用調制背散射將標簽中編碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)介喿x器。由于標簽通常 貼在資產(chǎn)上(例如，RFID系統(tǒng)跟蹤中的物品)，因此標簽中編碼的數(shù)據(jù)可用于唯一識別資產(chǎn)。在半無源標簽的情況下，含有標簽的電池激勵標簽的電路。當標簽檢測到自閱讀 器發(fā)射出的波束后，標簽利用調制背散射將標簽中編碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)介喿x器。在有源標簽 的情況下，含有標簽的電池可以無需首先檢測發(fā)射波束或由發(fā)射波束激勵即激勵至閱讀器 的通信。半無源標簽和有源標簽也可包括可唯一識別資產(chǎn)的標簽中編碼的數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)RFID系統(tǒng)中，閱讀器確定標簽位置的能力可能受到限制，因為閱讀器發(fā)射 的波束通常是寬波束。傳統(tǒng)RFID系統(tǒng)可以采用含有一個或多個天線的閱讀器，其中每個天 線均具有固定的波束方向圖。所述天線通常由大小與所發(fā)射波束的波長相當?shù)拈g距隔開， 以提供抗多徑衰落發(fā)散性分集和提高自未知方向的標簽接收通信的可靠性。此外，當單個 固定閱讀器和標簽之間的通信范圍過小而無法關注區(qū)域的所有標簽時，傳統(tǒng)RFID系統(tǒng)可 能受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包括一種方法，所述方法用于利用閱讀器接收來自一個或多個 標識器標簽的調制背散射信號，利用所述閱讀器接收來自資產(chǎn)標簽的調制背散射信號，估 計自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的參數(shù)和估計自所述資產(chǎn) 標簽接收到的所述調制背散射信號的參數(shù)。所述方法進一步包括確定所述資產(chǎn)標簽的位置 估計，所述位置估計基于自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的所 述估計參數(shù)和自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)。根據(jù)另一實施例，一種方法包括估計閱讀器處于第一位置時自若干標識器標簽 接收到的調制背散射信號的第一參數(shù)，估計所述閱讀器處于所述第一位置時自資產(chǎn)標簽接 收到的調制背散射信號的第二參數(shù)，移動所述閱讀器至第二位置，估計所述閱讀器處于所 述第二位置時自所述若干標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的第三參數(shù)，估計所述 閱讀器處于所述第二位置時自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的第四參數(shù)。所 述方法進一步包括根據(jù)所述第一參數(shù)、第二參數(shù)、第三參數(shù)和第四參數(shù)估計所述資產(chǎn)標簽 的位置。本發(fā)明的實施例包括用于接收來自一個或多個標識器標簽的調制背散射信號的 裝置、用于接收來自資產(chǎn)標簽的調制背散射信號的裝置、用于估計自所述一個或多個標識 器標簽接收到的所述調制背散射信號的參數(shù)的裝置、用于估計自所述資產(chǎn)標簽接收到的所
5述調制背散射信號的參數(shù)的裝置和用于確定所述資產(chǎn)標簽的位置估計的裝置，所述位置估 計基于自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)和自 所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)。


圖中的元件是基于簡化和清晰原因示出，并未按比例繪制。部分元件的尺寸相對 其他元件可能有所放大，以促進理解本發(fā)明的各實施例。圖1顯示利用標識器標簽和資產(chǎn)標簽的定位系統(tǒng)。圖2顯示貨架應用中的定位系統(tǒng)。圖3顯示閘門應用中的定位系統(tǒng)。圖4為示例性發(fā)射機波束成形系統(tǒng)的結構圖。圖5為示例性接收機波束成形系統(tǒng)的結構圖。圖6顯示多徑環(huán)境下的定位系統(tǒng)。圖7顯示二維移動閱讀器配置中的定位系統(tǒng)。
具體實施例方式本發(fā)明包括利用來自資產(chǎn)標簽和一個或多個標識器標簽的調制背散射定位資產(chǎn) 的方法和系統(tǒng)。閱讀器和位置模塊可使用來自標識器標簽的調制背散射信號估計閱讀器和 資產(chǎn)標簽的位置。資產(chǎn)指其位置受到關注的任何物品，資產(chǎn)標簽指與資產(chǎn)相關聯(lián)的標簽，例 如，將資產(chǎn)標簽貼在資產(chǎn)上。資產(chǎn)可以是書本等無生命的物體，或者人、動物和/或植物。所述方法和系統(tǒng)能夠實現(xiàn)具有位置能力的盤存，其中已標記資產(chǎn)的估計位置在關 注區(qū)域中確定。此外，在包含移動閱讀器的實施例中，所述方法和系統(tǒng)能定位整個大區(qū)域的 資產(chǎn)標簽以及(例如)也能盤存整個大區(qū)域的已標記資產(chǎn)。所述系統(tǒng)包括閱讀器、位置模塊和一個或多個標識器標簽，其中閱讀器、位置模塊 和一個或多個標識器標簽用于部分基于有關各所述一個或多個標識器標簽位置的現(xiàn)有知 識提供資產(chǎn)標簽的位置估計。各標識器標簽的位置可存儲于數(shù)據(jù)庫。資產(chǎn)標簽的位置估計 可基于標識器標簽確定。一旦估計了資產(chǎn)標簽的位置，所述資產(chǎn)標簽可充當標識器標簽，在 本文中描述為模擬標識器標簽。位置模塊利用自一個或多個標識器標簽和自資產(chǎn)標簽接收到的調制背散射信號 的估計參數(shù)確定資產(chǎn)標簽的位置估計。參數(shù)可由標量值和向量值表示，并可包括(例如)相 對于閱讀器軸線和/或標識器標簽和/或資產(chǎn)標簽到閱讀器之間范圍(即距離)的調制背 散射信號的到達角。通過標識器標簽的已知位置和估計參數(shù)，能確定資產(chǎn)標簽的位置估計。 位置估計可以是相對位置、絕對位置和/或包括標識器標簽的區(qū)域。在一個實例中，含有資產(chǎn)標簽的區(qū)域可由書架各端的標識器標簽確定。當資產(chǎn)標 簽貼于書架上的書等物品時，由此可確定所述書在所述區(qū)域內(nèi)，同樣也可確定其在書架上。 在所述配置中，閱讀器的相對位置也可通過處理自資產(chǎn)標簽和標識器標簽接收到的調制背 散射信號確定。圖1顯示使用標識器標簽和資產(chǎn)標簽的定位系統(tǒng)。所述定位系統(tǒng)包括閱讀器110 和位置模塊170。閱讀器110可以生成由波束150表示的發(fā)射電磁信號。視場(F0V)160可以表示自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140接收到的調制背散射信號的接收視場。為了 簡化，F(xiàn)OV 160在圖1中顯示為二維視場，也可以為三維視場。區(qū)域130可以是標識器標簽 120A和標識器標簽120B之間的區(qū)域，如同圖1中簡化的二維顯示。如圖1所示，資產(chǎn)標簽 140B屬于區(qū)域130。在各實施例中，區(qū)域130也可為三維區(qū)域(未顯示)。因此，一個或多個 標識器標簽120可用作限定具有二維和/或三維幾何結構的區(qū)域。在各實施例中，閱讀器110包括一個或多個用于發(fā)射電磁信號到標識器標簽 120和資產(chǎn)標簽140的天線(未顯示)以及一個或多個用于接收來自標識器標簽120和資產(chǎn) 標簽140的調制背散射信號的天線。閱讀器110可在下列一種或多種模式下運行(i)單 天線發(fā)射、多天線接收；(ii)多天線發(fā)射、多天線接收；和/或(iii)多天線發(fā)射、單天線 接收。標識器標簽120和資產(chǎn)標簽140利用調制背散射信號與閱讀器110通信。閱讀器 110接收來自標識器標簽120和資產(chǎn)標簽140的調制背散射信號，并估計調制背散射信號的 參數(shù)。如同本文所用，自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140接收到的調制背散射信號的 估計參數(shù)包含根據(jù)調制背散射信號確定和/或估計的任何可測數(shù)量、特性或信息。估計參數(shù)可包括但不限于RFID前導序列、RFID有效負載數(shù)據(jù)和/或附加信息、自 標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140接收到的調制背散射信號的信號強度、自標識器標簽 120和/或資產(chǎn)標簽140接收到的調制背散射信號的到達角、自標識器標簽120和/或資產(chǎn) 標簽140接收到的調制背散射信號的天線陣列響應、標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140 到閱讀器110的距離、調制背散射信號從標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140到閱讀器110 的飛行時間。當閱讀器110估計背散射信號的參數(shù)超時時，位置模塊170可確定資產(chǎn)標簽 140的運動方向和/或資產(chǎn)標簽140的速度。標識器標簽120的位置可存儲在位置模塊170可訪問的數(shù)據(jù)庫中(未顯示)。標識 器標簽120的位置可包括二維(X，y)坐標系中的絕對或相對位置，或三維(X，y, ζ)坐標系 中的絕對或相對位置。位置模塊170可通過使閱讀器110閱讀來自其FOV 160中的一個或多個標識器標 簽120和資產(chǎn)標簽140 (例如，接收調制背散射信號)提供資產(chǎn)標簽140的位置估計180。 位置估計180可以是資產(chǎn)標簽140的絕對或相對位置估計，可提供資產(chǎn)標簽140包含在區(qū) 域130中的確定，可提供資產(chǎn)標簽140絕對或相對位置的概率性估計，和/或可提供資產(chǎn)標 簽140是否包含在區(qū)域130中的概率性估計。例如，閱讀器110閱讀資產(chǎn)標簽140Β時，位 置模塊170可以比較資產(chǎn)標簽140Β的位置和資產(chǎn)標簽120Α和120Β的位置，并提供包括區(qū) 域130包含資產(chǎn)標簽140Β的確定的位置估計180。在各實施例中，位置模塊170可以提供多時間實例和/或超出多時間段的位置估 計180。因此，位置估計180可用于確定資產(chǎn)標簽140的運動方向。這就使得(例如)位于 門口的閱讀器110能確定資產(chǎn)標簽140是否正在進入或退出特定的關注區(qū)域。在各實施例中，標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140可以是無源標簽、半無源標 簽、有源標簽或所述類型標簽的組合。例如，一些標識器標簽120可以是半無源標簽，以提 供區(qū)域的高空間分辨率識別，而資產(chǎn)標簽140可以是無源標簽，以降低成本。如果閱讀器 110和標識器標簽120以及資產(chǎn)標簽140之間的距離大于無源標簽的適合距離，則標識器標 簽120和資產(chǎn)標簽140均可為半無源標簽。
一旦估計了資產(chǎn)標簽140的位置，資產(chǎn)標簽140就可以充當標識器標簽120，從而 降低標識器標簽120的密度。按所述方式使用的資產(chǎn)標簽140可稱為模擬標識器標簽。因 此，區(qū)域可以基于一個或多個模擬標識器標簽確定。圖2顯示貨架應用中的定位系統(tǒng)。標識器標簽120A可定位于貨架210的一個貨 架端處，標識器標簽120B可定位于貨架210的另一貨架端處。然后，區(qū)域220可定義為標 識器標簽120A和120B之間的貨架區(qū)域。在此應用中，位置模塊170可以提供包括資產(chǎn)標 簽140是否在區(qū)域220中的位置估計180。圖3顯示閘門應用中的定位系統(tǒng)。在此應用中，含有閘門310的區(qū)域可由來自標 識器標簽120A的半徑限定，含有閘門320的另一區(qū)域可由來自標識器標簽120B的半徑限 定。雖然圖3顯示包含兩個閘門(閘門310和閘門320)的閘門應用，但定位系統(tǒng)可與單個 閘門(未顯示)或兩個以上閘門(未顯示)一同使用。閱讀器110可接收來自正在通過閘門310的資產(chǎn)標簽140的調制背散射信號。確 定資產(chǎn)標簽140正在通過閘門310可基于從標識器標簽120A起的半徑范圍內(nèi)的位置估計 180。圖4為示例性發(fā)射機波束成形系統(tǒng)的結構圖。發(fā)射機波束成形系統(tǒng)包括鎖相環(huán)路 (PLL) 410、移相器420、調制器430、天線440、時鐘450、發(fā)射波束成形模塊460、發(fā)射數(shù)據(jù) 470和標識器標簽反饋裝置480。各天線440均可為單個天線或天線元件。發(fā)射機波束成 形使用兩個或兩個以上天線440將發(fā)射波束對準空間中的特定區(qū)域。在各實施例中，閱讀 器110 (圖1)具有發(fā)射機波束成形能力，使得閱讀器110能選擇將其波束150的能量對準 何處。對于通帶信號的標準復基帶表示法，如果發(fā)射機波束成形系統(tǒng)具有N個天線元 件，則來自第i個天線的發(fā)射信號Ui (t) U= 1, ...,A )由 ^作)得出，其中力是稱為第 i波束成形系數(shù)的復增益，s作)是待發(fā)射的信號(一般是復值信號)。向量式中
u CtJ = (U1⑴，...uN(t))\ W = Cwp '"Wjv)7 \i (t) = ws(tj ο如果信號s⑴是窄帶信號(即其帶寬較信道的相關帶寬小)，則此類系統(tǒng)中從第i 個發(fā)射元件到標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的信道增益可建模為復標量hi。確定信 道向量
h = Qi1,…h(huán)/，
在標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140處接收到的信號可建模為 y(t) = t/ws ⑴ + n(t)， 式中《作)表示噪聲。因此，來自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的調制背散射信號具有與(h、)2 成正比的功率。信道向量h取決于標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140相對于天線440的 位置。例如，當天線440是具有間距為i/的元件的線性陣列時，相對于寬面角度為θ的標 識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的信道向量由下式得出
β(Θ) = (1，α, α2,···, ？叩，λ表示載波波長。因此，來自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的調制背散射信號的強 度與標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140相對于閱讀器110的位置有關。利用發(fā)射機波束成形，位置模塊170可提供來自調制背散射信號的位置估計180， 如下所述。發(fā)射波束的主瓣，如波束150，可在整個區(qū)域掃描。波束150利用天線440的陣 列，通過控制自天線440發(fā)射的射頻(RF)信號的相對相位和相對幅度得以電子轉向?？蓪?作為掃描角函數(shù)的自標識器標簽120接收到的調制背散射信號的強度提供給標識器標簽 反饋裝置280和位置模塊170。使用此信息，可以估計含有自標識器標簽120接收到的調制 背散射信號的到達角的位置估計180。例如，調制背散射信號強度峰值作為掃描角的函數(shù)，可以用于估計接收到的含有 到達角的調制背散射信號的參數(shù)。對于高空間分辨率估計，假設&是對應第k次掃描的發(fā) 射波束成形系數(shù)的向量，其中...,K, h(x)為從閱讀器110到位于相對于閱讀器110 的位置X處的標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的信道向量。此處X可表示三維位置、 二維位置或相對于閱讀器110的發(fā)射波束成形陣列的到達角和/或發(fā)射角。則#次掃描所 接收到功率的向量與下式成正比
Q(X) = ((h(X)\)2， (h(X)\)2)。因此，接收到的功率P = (P1 ,...,Pk)的實際向量與Q(X)的比較可用于估計一 組X的可能值中的X。例如，考慮帶有陣列響應a(〃)的陣列。為了在第k次掃描時形成朝 向角θ k的波束，波束成形系數(shù)設為Wk = a* (0》，這樣(IZwi)2的峰值出現(xiàn)在h = a(^) 時。因此，在θ角處來自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的預計接收功率的向量由下 式得出
Q(0) = ((aO^aO》)2，…(a(e)Ha(eK))2)。此時所接收功率P= (Λ ,...,Pk)的實際向量與Q( θ )的比較可用于估計θ。本技術概括為二維陣列，其使得估計兩個角度成為可能。角度估計可以基于P的 形狀與Q( θ )的比較，P的強度(收到信號的強度)可用于估計標識器標簽120和/或資產(chǎn) 標簽140到閱讀器110的距離。因此，通過結合兩個角度和距離的估計，二維發(fā)射波束成形 陣列可用于估計標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140相對于閱讀器110的三維位置。如果標識器標簽120發(fā)射含有已知數(shù)據(jù)序列的調制背散射信號，則與所述序列相 關可用于提供接收到的調制背散射信號的參數(shù)估計。來自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽 140的調制背散射信號也已知為上行鏈路。所述相關能提供與h 成正比的復基帶信道增 益的估計，也能用于發(fā)射波束成形系數(shù)w的自適應。例如，使樣本對應第/符號，力/77 在上行鏈路上發(fā)射。則
y[l] = b[l] β ^ + N[l],
式中N(I)表示噪聲，β是由于來自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的調制背散 射信號和至閱讀器no的傳播而在上行鏈路上所見的總復增益。則相關 可用于自適應w以最大化增益OZw)2的的估計。本技術是一種隱式反饋機制，由于閱讀器110提取有關下行鏈路的信息，并可能 基于自上行鏈路信號提取的信息適應上行鏈路?；蛘撸绻闲墟溌飞系臄?shù)據(jù)解調足夠可 靠，則其能用于由閱讀器110進行的判定控制參數(shù)估計，以降低對標識器標簽120發(fā)送已知 數(shù)據(jù)段的要求。因此，符號b(l)可在判定控制自適應中由其估計替代。閱讀器110也可通
9過(例如)計算I2的平均值估計上行鏈路上的平均接收功率。估計中的參數(shù)可能含有 由標識器標簽120發(fā)送到閱讀器110的顯性反饋。顯性反饋的實例是，當標識器標簽120 將數(shù)據(jù)中有關其所接收信號的特定信息編碼時，標識器標簽正在將其發(fā)送回背散射信號。閱讀器110也可使用發(fā)射機波束成形減少傳統(tǒng)RFID系統(tǒng)和/或同一區(qū)域中其他 發(fā)射機波束成形系統(tǒng)之間的干擾。利用標識器標簽120，閱讀器110可使用發(fā)射機波束成形 引導發(fā)射RF能量如波束150至預期區(qū)域，并利用標識器標簽反饋裝置280遠離非預期區(qū)域 引導發(fā)射RF能量至控制發(fā)射波束成形模塊260。來自標識器標簽120的反饋可是隱性或者 顯性反饋，如本文所述。因此，本文描述的發(fā)射機波束成形和/或功率控制可減少干擾，由 此以近距離容納多個RFID系統(tǒng)和/或多個閱讀器110。圖5為示例性接收機波束成形系統(tǒng)的結構圖。接收機波束成形系統(tǒng)包括鎖相環(huán)路 (PLL) 510、基帶移相器520、解調器530、天線540、時鐘550、接收波束成形模塊560和接收 數(shù)據(jù)裝置570。各天線540均可為單個天線或天線元件。接收機波束成形可使用兩個或兩 個以上天線540將閱讀器110的靈敏度調至空間區(qū)域，例如FOV 160。在各實施例中，天線 540可與參考圖4描述的天線440相同。在各實施例中，閱讀器110具有接收波束成形能 力，使得閱讀器110能確定含有自標識器標簽120和資產(chǎn)標簽140接收到的調制背散射信 號到達角的定位信息。閱讀器110可包括在基帶中實現(xiàn)的接收波束成形，如圖5所示。利用接收機波束 成形，定位資產(chǎn)標簽140基于自一個或多個標識器標簽120和資產(chǎn)標簽140在天線540處 接收到的調制背散射信號之間的關系。接收波束成形模塊360通過關聯(lián)天線540處的收到 信號與已知或估計數(shù)據(jù)信號能估計與來自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的調制背散 射信號相對應的接收陣列響應。例如，考慮窄帶信令(其中信號帶寬小于信道相干帶寬)和具有M個天線的閱讀器 110。使用M個天線處通帶接收信號的復基帶表示法，第J C/=/..., #)個天線的接收信號 可寫為二 hjv(t) + /？/ 入式中j=l，...,Μ, ν (t)是標簽背散射的信號，沁是所述標 簽到第J·個天線元件的復通帶增益，n/t)是第j個天線元件所見的噪聲。利用向量表示 法
YCtJ = (Yl(t), -yM(t))T, h = Qip …々V τ， n(t) 二 (Ii1U),… ㈦八則 Y CtJ = hv(t) + n(t)a向量h可稱為接收陣列響應或從標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140到閱讀器 110的空間信道。(考慮前述表示法(可能通過連續(xù)時間向量信號y「i；的篩選和取樣獲得)的離散 時間模式也有用處，如下所示
l[l] = + η/77,
缺b[l]可表示上行鏈路上發(fā)射的第/個符號。接收機波束成形系統(tǒng)可在向量接收 信號和復值接收波束成形系數(shù)之間形成空間相關性。因此，使得w = ^^…『^/表示復值 接收波束成形系數(shù)的向量或波束成形權值。接收機波束成形系統(tǒng)可形成內(nèi)積。r(t) = ψ γ (t) = (w^h) ν (t) + ^n(t).
10對于離散時間模型，相應內(nèi)積可參照以下模型 r[7]= wFy [1] = (w\)hU] + wFnU].
此類波束成形操作的實現(xiàn)對應相移(如圖5所示在基帶中實現(xiàn))和幅度縮放(未顯示)。在各實施例中，按照所屬領域的波束成形技術，接收波束成形可通過由單格天線 540的元件接收到的調制背散射信號的相位調整在RF帶中實現(xiàn)。波束成形系數(shù)w可由接 收波束模塊自適應，以跟蹤所需關注信號，所述信號(例如)可能是標簽在上行鏈路上發(fā)送 的已知符號。已適應的權值提供有關接收陣列響應h的信息?；蛘撸邮懿ㄊ尚文K可 (例如)通過使接收陣列響應h與一組已知或估計符號相關聯(lián)來估計直接來自 α)的接收 陣列響應h。另一關注數(shù)量是空間協(xié)方差矩陣C
C = E[y ⑴/⑴]，
例如，可通過總計或平均外積y[7]/ [7]估計C。則對應標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的接收陣列響應可由位置模塊170用 于按照所屬領域的已知技術提供資產(chǎn)標簽140的位置估計180。位置模塊170也可以使用 二階統(tǒng)計量，例如空間協(xié)方差矩陣C。在典型RFID協(xié)議中，傳統(tǒng)RFID標簽調制的數(shù)據(jù)包括 已知前導序列，其后是可含有標簽編號和/或附加信息的有效負載。在各實施例中，標識器 標簽120和/或資產(chǎn)標簽140可使用已知前導序列估計接收陣列響應。除RFID協(xié)議提供 的前導序列外，通過顯性配置有效負載能提供改善接收陣列響應估計的更大訓練序列，以 包含含有已知數(shù)據(jù)段的附加信息。例如，對于離散時間模型
y[7] = hbW + η [7],
可利用相關性^ b *[lly[l]估計接收陣列響應h，式中符號b [1]的序列由于作為已知前
I
導序列或訓練序列的一部分而為已知的先驗序列，如本文所述。接收波束成形模塊560可按照所屬領域的已知技術，通過結合訓練和判定控制自 適應組合自天線540接收到的信號。例如，接收波束成形模塊560可基于線性最小均方差 (MMSE)準則包括所屬領域中已知的自適應算法。例如，對于離散時間模型
r[7] = Λ [7] = (w\)b[l] + wV 刀，
接收波束成形系數(shù)w可經(jīng)自適應，以最小化均方差E[|/y[l] - b[l]|2]。這能利用所 屬領域已知的算法實現(xiàn)，包括最小均方算法(LMS)、遞歸最小二乘算法(RLS)或分塊最小二 乘算法(BLS)和/或其變體。如果標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140正與閱讀器通信， 噪聲為白噪聲，則MMSE波束成形系數(shù)是h的純量倍數(shù)。因此，w的自適應提供有關接收陣 列響應h的信息。如此確定的波束成形系數(shù)w可提供給位置模塊170。也可提供空間協(xié)方 差矩陣C等附加信息給位置模塊。在各實施例中，閱讀器110無需如圖5所示的接收機波束成形系統(tǒng)即可進行數(shù)據(jù) 解調。在所述實施例中，可單獨解調天線陣列中的各個天線(未顯示)。數(shù)據(jù)解調可通過一 個或多個天線首先進行，接著判定可與不同天線元件處接收到的信號相關聯(lián)，以估計接收 陣列響應。例如，對于離散時間模型
y[7] = htm + η [7],
h的判定控制估計可利用相關性Σ b 3I/!^/]估計接收陣列響應h，式中符號b[7]的估
11計從解調器獲取。如本文所述，可通過不同方法估計接收機陣列響應h，包括通過比對已知或估計信 號與收到調制背散射信號的向量相關進行直接估計，以及通過自適應接收波束成形權值w 進行間接估計。位置模塊170可使用接收陣列響應的估計為標識器標簽120和/或資產(chǎn)標 簽140提供相對于閱讀器110的位置估計180，因為接收陣列響應h取決于接收天線陣列 中標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140相對于天線540的位置。例如，當天線540是元件間距為d的線性陣列時，θ角處相對于寬面的標識器標 簽120和/或資產(chǎn)標簽140的信道向量由下式得出
Β(Θ) = (1，α, α2,···, Qn-1)1,
式中α = exp QlKSlR θ/λ) , λ表示載波波長。對于天線540和標識器標簽120和/ 或資產(chǎn)標簽140之間的視距(LOS)鏈路，標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140相對于天線 540當前位置的方向能通過最大化|aH( θ )h|估計為其允許距離內(nèi)的θ函數(shù)。對于天線 540是二維天線陣列的實施例來說，可估計兩個角度。此外，能使用接收到的信號強度估計 距離，然后其能夠實現(xiàn)三維位置。也能使用所屬領域已知的其他距離估計技術，例如使用調 頻連續(xù)波(FMCW)波形。一旦位置模塊170確定了標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140相對于閱讀器110 的位置，所述位置的比較能用于確定資產(chǎn)標簽140相對于標識器標簽120的位置估計180。 因此，如果已知標識器標簽120的絕對位置，則可確定資產(chǎn)標簽140的絕對位置?；蛘?，位 置模塊170可以比較位置相關參數(shù)，如發(fā)射或接收波束成形系數(shù)或接收陣列響應估計，以 便提供資產(chǎn)標簽140相對于標識器標簽120的位置估計180。所述位置估計180可量化為 區(qū)域，如本文所述，而非二維或三維坐標系中的顯性估計。如參考圖1、圖2和圖3所做的論 述，區(qū)域可定義為一個或多個標識器標簽120周圍的區(qū)域，不必要求已知標識器標簽的絕 對坐標。如果參考圖4所述的天線440和參考圖5所述的天線540是相同的天線陣列，則 可將接收波束成形模塊560確定的波束成形系數(shù)用于發(fā)射波束成形模塊460進行的發(fā)射， 從而更精確地將波束150導至標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的區(qū)域?；蛘?，為了減 少特定區(qū)域中來自標識器標簽120的干擾，發(fā)射波束成形模塊460可通過自適應發(fā)射波束 成形系數(shù)為近似正交于接收波束成形系數(shù)合成特定標識器標簽120方向中的零位。含有發(fā)射機和/或接收機波束成形的閱讀器110可通過所屬領域中已知的空分多 址連接(SDMA)法提供改進性能。例如，閱讀器110可將其在波束150中的發(fā)射能量導向小 區(qū)域，從而減少由波束150照明的標識器標簽120的數(shù)量。在各實施例中，使用SDMA可簡 化切割任務。對于含有接收波束成形的閱讀器110，可使用MUSIC等多用戶檢測技術和算 法基于多個標識器標簽120的接收陣列響應差成功解碼來自多個標識器標簽120的同步響 應。此外，如果標識器標簽120有效負載包含以直接序列擴頻格式編碼的數(shù)據(jù)，則可利用所 屬領域已知的碼分多址(CDMA)技術同時閱讀多個標簽，以成功解碼閱讀器110接收到的多 個響應。在具備接收機波束成形能力的閱讀器110中，可結合SDMA使用所述CDMA技術。也可使用閱讀器110確定距離估計。閱讀器110的幾何形狀類似于雷達和/或聲 納，因為來自標識器標簽120和資產(chǎn)標簽140的調制背散射信號電子反射回閱讀器110。因 此，根據(jù)所屬領域中的已知方法，能使用雷達和/或聲納技術估計距離信息。例如，閱讀器
12110能發(fā)射含有調頻連續(xù)波(FMCW)波形而非連續(xù)波(CW)音頻的波束150，并能處理來自標 識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140的回波，以檢測已發(fā)射FMCW波形和接收到FMCW波形之 間的頻差，從而估計可在FMCW雷達中估計的距離。通過自標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽 140接收到的調制背散射信號的強度，可使用閱讀器110確定距離信息。圖6顯示多徑環(huán)境下的定位系統(tǒng)。在有來自反射或散射對象的多徑分量的情況下 閱讀器110和位置模塊170可定位標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140。一個此類反射或 散射對象是地面。如圖6所示，多徑環(huán)境可包括位于(X，y, ζ)的閱讀器110、地面630和 位于(xt，lt, zt)的標識器標簽120。閱讀器110接收來自標識器標簽120的直接背散射 610和地面反射620。在無地面反射620的簡單視距(LOS)環(huán)境下，標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140 位置的最大概似法(ML)估計對應最大化接收陣列響應與陣列流形的關聯(lián)。但是對于多徑 環(huán)境，ML估計取決于幾何形狀。在一個實例中，主多徑分量可為自地面630反射的地面反 射620。閱讀器110與標識器標簽120和/或資產(chǎn)標簽140之間的其他反射或散射對象可 生成多徑分量。圖6中所示對應多徑環(huán)境的復基帶接收陣列響應可由下式建模
權利要求
一種方法，包括利用閱讀器接收來自一個或多個標識器標簽的調制背散射信號；利用所述閱讀器接收來自資產(chǎn)標簽的調制背散射信號；估計自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的參數(shù)；估計自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的參數(shù)；確定所述資產(chǎn)標簽的位置估計，所述位置估計基于自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)和自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制 背散射信號的所述估計參數(shù)包括到達角。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的 所述估計參數(shù)包括到達角。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制 背散射信號的所述估計參數(shù)包括所述閱讀器到所述一個或多個標識器標簽的距離。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的 所述估計參數(shù)包括所述閱讀器到所述資產(chǎn)標簽的距離。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，進一步包括利用自所述資產(chǎn)標簽接收到的根據(jù)調制背 散射信號的信號強度估計所述距離。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括確定所述資產(chǎn)標簽的運動方向。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括估計所述閱讀器到所述資產(chǎn)標簽的距離；從位置數(shù)據(jù)庫檢索所述一個或多個標識器標簽的位置；基于所述閱讀器到所述資產(chǎn)標簽的估計距離、所述一個或多個標識器標簽的所述位 置、自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)和自所述 資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)確定所述位置估計。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述位置估計包括一個區(qū)域。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括利用發(fā)射波束成形陣列掃描所述區(qū)域的 電磁信號。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調 制背散射信號的所述估計參數(shù)基于將接收到的信號強度作為所述掃描電磁信號的掃描角 函數(shù)。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述閱讀器包括接收波束成形陣列，所述陣列包 括若干配置為接收來自所述一個或多個標識器標簽的所述調制背散射信號和來自所述資 產(chǎn)標簽的所述調制背散射信號的天線。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調 制背散射信號的所述估計參數(shù)為接收到的陣列響應。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中確定所述位置估計包括將所述接收到的陣列響 應代入聚類算法。
15.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中估計自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的所述參數(shù)包括估計自各所述一個或多個標識器標簽接收到的信號強度。
16.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中估計自所述一個或多個標識器標簽接收到的所 述調制背散射信號的所述參數(shù)包括使用多信號分類(MUSIC)算法。
17.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中估計自所述一個或多個標識器標簽接收到的所 述調制背散射信號的所述參數(shù)包括使用基于旋轉恒定技術的信號參數(shù)估計(ESPRIT))算法。
18.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括使用所述確定的位置估計和自所述資產(chǎn) 標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)提供模擬標識器標簽。
19.一種方法，包括估計閱讀器處于第一位置時自若干標識器標簽接收到的調制背散射信號的第一參數(shù)；估計所述閱讀器處于所述第一位置時自資產(chǎn)標簽接收到的調制背散射信號的第二參數(shù)；移動所述閱讀器到第二位置；估計所述閱讀器處于所述第二位置時自所述若干標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的第三參數(shù)；估計所述閱讀器處于所述第二位置時自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調制背散射信號 的第四參數(shù)；根據(jù)所述第一參數(shù)、所述第二參數(shù)、所述第三參數(shù)和所述第四參數(shù)估計所述資產(chǎn)標簽 的位置。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，進一步包括利用所述第一參數(shù)和所述第三參數(shù)估計 所述閱讀器的所述第一位置。
21.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述第一參數(shù)、所述第二參數(shù)、所述第三參數(shù)和 所述第四參數(shù)為到達角。
22.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述第一參數(shù)、所述第二參數(shù)、所述第三參數(shù)和 所述第四參數(shù)為距離。
23.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述閱讀器包括接收波束成形陣列，所述陣列 包括若干配置為接收來自所述一個或多個標識器標簽的所述調制背散射信號和來自所述 資產(chǎn)標簽的所述調制背散射信號的天線，所述第一參數(shù)和所述第二參數(shù)為接收到的陣列響 應。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中估計所述資產(chǎn)標簽的所述位置包括使用多徑傳 播環(huán)境模型。
25.—個系統(tǒng)，包括用于接收來自一個或多個標識器標簽的調制背散射信號的裝置； 用于接收來自資產(chǎn)標簽的調制背散射信號的裝置；用于估計自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述背散射信號的參數(shù)的裝置； 用于估計自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述背散射信號的參數(shù)的裝置； 用于確定所述資產(chǎn)標簽的位置估計的裝置，所述位置估計基于自所述一個或多個標識器標簽接收到的所述調制背散射信號的所述估計參數(shù)和自所述資產(chǎn)標簽接收到的所述調 制背散射信號的所述估計參數(shù)。全文摘要
本發(fā)明描述了利用來自資產(chǎn)標簽和一個或多個標識器標簽的調制背散射定位資產(chǎn)的方法和系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括閱讀器、定位模塊和一個或多個標識器標簽。所述資產(chǎn)標簽的位置估計部分基于關于各所述一個或多個標識器標簽位置的現(xiàn)有知識。各標識器標簽的位置可存儲于數(shù)據(jù)庫。所述定位模塊利用自所述一個或多個標識器標簽和所述資產(chǎn)標簽接收到的調制背散射信號的估計參數(shù)確定所述資產(chǎn)標簽的位置估計。利用所述標識器標簽的已知位置，能確定所述資產(chǎn)標簽的位置估計。所述位置估計可以是相對位置、絕對位置和/或包含所述標識器標簽的區(qū)域。使用所述標識器標簽的移動閱讀器能定位整個大區(qū)域的資產(chǎn)標簽以及(例如)可盤存整個大區(qū)域的資產(chǎn)。
文檔編號G08B13/14GK101981599SQ200880128291
公開日2011年2月23日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權日2008年2月25日
發(fā)明者烏帕曼恩友·曼德豪, 坎南·拉姆昌德拉, 本·魏爾德, 阿提姆·特卡欽科 申請人:檢查站系統(tǒng)股份有限公司