一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法制造技术

本发明专利技术涉及一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法，属于射频通信与天线技术领域。所述算法利用切比雪夫不等式估算标签数目，根据帧时隙ALOHA算法选择最佳帧长，并计算各个波束需要的扫描次数，采用循环队列的方式实现波束切换自适应控制，达到标签自适应识别的目的。所述算法可以降低标签识别时间，提高标签识别率，同时减少能量消耗，对UHF RFID系统识别具有重要的意义和广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频通信与天线
，尤其涉及一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法。
技术介绍
RFID(射频识别)技术利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据已成功应用于生产制造、物流仓储、交通运输、医疗卫生、公共安全等各个领域。它利用射频信号的空间耦合实现无接触式数据传递，并通过信息的相互传递达到识别对象的目的。常用的阅读器最大识别距离在10米左右，总的识别区域有限，还不能满足大多数用户的需求，从而限制了其大规模应用。另一个关键的问题是很难达到100％识别率的问题。主要有两方面原因：第一，因为天线有限的发射功率和固定的辐射方向图，所以RFID系统的有效识别区域是受限的，同时，多径干扰导致识别区域内的部分标签没有获得足够能量而被激活；第二，由于无源超高频RFID进行非接触数据传输，很容易造成多标签的通信“碰撞”，从而不能正确传输数据信息，影响阅读器的正确读取。智能天线能够利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射和接收方向图。智能天线按工作原理的不同可分为固定多波束天
线、波束切换型智能天线和自适应智能天线。其中波束切换型智能天线具有结构简单、无须判别用户信号到达方向以及响应速度快等优点，更重要的是上行链路的同一波束也可用于下行链路，从而在下行链路上也能提供增益，其潜在的应用价值得到了国内外越来越多的重视。无源超高频RFID阅读器系统中引入智能天线技术有助于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。在标签天线接收功率不变的情况下，增加识别距离就要增加发射功率或者增加阅读器天线增益，单波束天线增益的增加降低了波束宽度，减小了阅读器的覆盖范围。波束切换型阵列天线增大了天线的增益，波束变窄，但是由于波束在多个方向上扫描，所以总的识别区域扩展了，如图1所示，波束1、2、3、4的覆盖面积之和大于单个低增益固定波束的覆盖面积。现有的研究主要集中在标签的防碰撞算法上面，而没有对应的波束切换自适应控制算法。本专利技术结合波束切换型智能天线的阅读器与标签通信的信道模型，依据阅读器的最大识别距离、有效识别区域，参考标签密度对防碰撞的影响，提出了一种适用于超高频RFID阅读器智能天线的波束切换自适应控制算法。该算法可以根据各个波束方向上的标签数目、通信时间等情况确定波束的驻留时间和扫描间隔时间，来达到自适应控制波束的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法，该算法可以根据各个波束方向上的标签数目、通信时间等情况
确定波束的驻留时间和扫描间隔时间，来达到自适应控制波束的目的，来降低识别时间，提高标签识别率，同时减少能量消耗。一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法，包括下列步骤：步骤1：对识别范围内的所有标签进行扫描，利用切比雪夫不等式估算出波束范围内的待识别标签数目；步骤2：根据波束范围内的标签数和动态帧时隙ALOHA算法确定出扫描的驻留时间T，然后分别计算出各个区域需要的扫描次数Si。步骤3：将波束的名称和需要的扫描次数存入循环队列中，并开始对循环队列中头指针指向的区域进行扫描，扫描时间为T。步骤4：扫描完一个区域以后，将扫描次数减1，然后将循环队列的头指针指向下一个位置，即波束方向指向下一个区域，扫描T时间。步骤5：重复步骤4，将所有波束扫描完以后，首先判断第1个波束所需的扫描次数，如果它大于0，则继续对波束1扫描T时间；如果它等于0，则直接跳过第1个波束，对第2个波束进行判断。步骤6：依次对循环队列中的每个元素进行判断，如果扫描次数为0，则不对这个波束进行扫描，否则，就对这个波束扫描T时间。如果这四个波束所需的扫描次数都等于0，则表明所有标签都识别完毕。附图说明：为了更清楚的说明专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。图1是波束切换型阵列天线扫描示意图；图2是不同待识别标签数的最佳帧长；图3是本专利技术四波束切换自适应控制扫描示意图；图4是读取标签所消耗的时间图；图5是读取标签所消耗的能量图。具体实施方式：本专利技术的主旨是提出一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法，该算法可以根据各个波束方向上的标签数目、通信时间等情况确定波束的驻留时间和扫描间隔时间，来达到自适应控制波束的目的，同时能够降低识别时间，提高标签识别率，减少能量消耗。下面结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。一、切比雪夫不等式算法估计标签个数假设在阅读器的识别范围内总共有n个待识别标签，帧长为L，则一个时隙中有r个标签占用的概率服从二项分布，即： P ( r , n , L ) = r n ( 1 L ) r ( 1 - 1 L ) n - r - - - ( 1 ) ]]>则单标签响应时隙的概率 P ( 1 , n , L ) = ( n L ) ( 1 - 1 L ) n - 1 - - - ( 2 ) ]]>空闲时隙的概率 P ( 0 , n , L ) = ( 1 - 1 L ) n - - - ( 3 ) ]]>多标签响应时隙的概率P(k，n，L)＝1-P(1，n，L)-P(0，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法，其特征是包括下列步骤：步骤1：对识别范围内的所有标签进行扫描，利用切比雪夫不等式估算出波束范围内的待识别标签数目；步骤2：根据波束范围内的标签数和动态帧时隙ALOHA算法确定出扫描的驻留时间T，然后分别计算出各个区域需要的扫描次数Si。步骤3：将波束的名称和需要的扫描次数存入循环队列中，并开始对循环队列中头指针指向的区域进行扫描，扫描时间为T。步骤4：扫描完一个区域以后，将扫描次数减1，然后将循环队列的头指针指向下一个位置，即波束方向指向下一个区域，扫描T时间。步骤5：重复步骤4，将所有波束扫描完以后，首先判断第1个波束所需的扫描次数，如果它大于0，则继续对波束1扫描T时间；如果它等于0，则直接跳过第1个波束，对第2个波束进行判断。步骤6：依次对循环队列中的每个元素进行判断，如果扫描次数为0，则不对这个波束进行扫描，否则，就对这个波束扫描T时间。如果这四个波束所需的扫描次数都等于0，则表明所有标签都识别完毕。

【技术特征摘要】
1.一种固定驻留时间的智能天线自适应控制算法，其特征是包括下列步骤：步骤1：对识别范围内的所有标签进行扫描，利用切比雪夫不等式估算出波束范围内的待识别标签数目；步骤2：根据波束范围内的标签数和动态帧时隙ALOHA算法确定出扫描的驻留时间T，然后分别计算出各个区域需要的扫描次数Si。步骤3：将波束的名称和需要的扫描次数存入循环队列中，并开始对循环队列中头指针指向的区域进行扫描，扫描时间为T。步骤4：扫描完一个区域以后，将扫描次数减1，然后将循环队列的头指针指向下一个位置，即波束方向指向下一个区域，扫描T时间。步骤5：重复步骤4，将所有波束扫描完以后，首先判断第1个波束所需的扫描次数，如果它大于0，则继续对波束1扫描T时间；如果它等于0，则直...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建雄，闫必行，陈明省，宋战伟，韩晓迪，刘鹏学，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12