一种基于空分多址的防冲突射频识别方法技术

本发明专利技术属于射频识别技术领域，涉及一种基于空分多址的射频识别方法，该方法包括下列步骤：首先根据天线阵列的分布特征，形成多个发射波束方向；再按照所确定的多个发射波束方向，控制天线阵列的各个天线阵元发射射频信号，并对接收到的各个标签的反射信号进行识别，从而获取标签的空间分布状况；最后根据标签的空间分布状况，确定不同的防冲突射频识别策略，调整由各个发射波束的波瓣宽度、数量、方向以及强度，控制天线阵列的各个天线阵元发射射频信号，并对接收到的各个标签回波信号进行处理。本方法可实现对标签的多路同时读取，还可同其它防冲突算法级联使用，有效避免标签冲突发生。

【技术实现步骤摘要】

t本专利技术属于超高频(UHF) /微波(MF)'射频识别(RFID)
，特别涉及一种 基于空分多址的射频识别方法。
技术介绍
RFID技术作为一项先进的自动识别和数据采集技术，在生产制造、销售流通、公共 安全等领域有着广阔的应用前景。RFID技术以无线通信技术和大规模集成电路技术为核 心，利用射频信号空间传输特性，驱动电子标签电路发射其存储的唯一编码。标签结构 简单，采用集成电路工艺设计，可以做到低成本大批量生产。RFID系统由电子标签、读写器、天线和中间件等四部分构成。 从工作频率上来说，分为低频(9 13. 5MHz)、中高频(13. 56MHz)、超高频 (300MHz~l. 2GHz)和微波(2. 45GHz 5. 8GHz)。从识别距离上来说，分为密耦合(0 ~ lcm)、遥耦合(0 ~ lm)和远距离系统(Mm)。 从能量供应上来说，射频标签分为有源和无源两种。无源射频标签，其自身没有电 源。因此，无源射频标签工作用的所有能量必须从阅读器发出的电磁场中取得。与此相 反，有源的射频标签包含一个电池，为微型芯片的工作提供全部或部分能量。从数据传输技术上来说，分为电感耦合、电磁反向散射耦合及表面声波技术。 随着阅读器识别距离的增大，其辐射区域内的标签数量呈几何倍数增长，发生冲突 的几率也随之成倍增加。对于工作在超高频(UHF)和微波(MF)频段的RFID系统，由 于采用电磁反向散射耦合技术，其识别距离一般较长，因此在其大半径辐射区域内的发 生多标签冲突的机率很大，如何选取合适的防冲突方法是提高RFID系统工作性能的关键 所在。RFID系统中的防冲突问题实质上就是无线通信系统中的多路存取问题。解决多路存 取问题的方法一般有以下几种频分多路(FDMA)、空分多路(SDMA)、码分多路(CDMA) 以及时分多路(TDMA)。对于无源标签，由于其标签结构简单且能量供应低，不适合做 复杂的信号处理运算，因此防冲突的重点应放到读写器上。CDMA方式主要基于扩频通信技术，但由于其通信频带及技术的复杂性，很难在RFID 系统中应用。FDMA是把若干个使用不同载波频率的传输通路同时提供给用户，要求读写 器针对不同频率要有不同接收通路，成本很高，因此只能在一些特定场合得到应用。TDMA 方式主要是基于AL0HA的方法和基于树形的方法以及一些改进方法，目前应用较为广泛。 但是这些方法只是利用了标签的唯一编码，没有利用标签在空间的分布信息，如标签反射信号的角度，标签的疏密程度以及距离读写器的远近等等，因此其防冲突性能受到很 大限制，吞吐率并不高。专利200610123995. 6中公开了一种RFID阅读器智能天线系统，采用在读写器上使 用相控阵天线作为电子控制的定向天线，使天线的方向图依次对准作用范围内不同的标 签，从而实现依次识别，避免冲突的发生。但由于其波束方向和网络参数都是固定的， 所以灵活性差，时间延迟较长，识别盲区较多，识别效果不理想。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述不足，提出一种能够充分利用标签的空间信息，具有高 防冲突性能的射频识别方法。该方法将自适应天线同RFID系统相结合，通过软件无线电 算法控制多波束参数，实现多路同时读取，达到防冲突的目的。本专利技术采用如下的技术方案，用于阅读器通过天线阵列识别分布在其识别范围内的多个标签，该方法包括下列步骤首先根据天线阵列的分布特征，计算天 线阵列中各个天线阵元所发射的信号的幅值加权系数，形成多个发射波束方向；再按照所确定的多个发射波束方向，控制天线阵列的各个天线阵元发射射频信号，并对接收到 的各个标签的反射信号进行识别，从而获取标签的空间分布状况；最后根据标签的空间 分布状况，确定不同的防冲突射频识别策略，调整由各个发射波束的波瓣宽度、数量、 方向以及强度，控制天线阵列的各个天线阵元发射射频信号，并对接收到的各个标签回 波信号进行处理，分离出各个波束方向的反馈信号，读取分布在各个波束方向里的一个 或一个以上标签所反射的标识码。本专利技术的基于空分多址的防冲突射频识别方法，获取标签的空间分布状况后，若判 断每个波束方向上分别包含且仅包含一个标签，则同时接收并恢复出各个波束方向上标 签回波信号上所载的数据，完成多路识别；若判断某个波束方向上没有分布标签，则对 该波束方向置零；若判断标签多且分布紧密，则采用二次辐射波束方向的方法进行射频 识别或者利用自适应算法对发射波束的波瓣宽度、数量、方向以及强度等进行重新调整 后再进行射频识别；若判断在某个波束空间里分布有两个或两个以上的标签，则采用频 分、码分或时分的方法识别该波束方向里分布的标签。本专利技术具有如下的有益效果(1) 本方法可实现对标签的多路同时读取，在标签密集的情况下，还可同其它防冲 突算法级联使用，可以有效地避免标签冲突的发生。(2) 本方法可在每个波束方向上独立的对该方向范围内的标签进行读取操作，波束 之间没有任何影响，系统吞吐率随波束个数的增加呈几何倍数增长。(3) 智能天线作为一组相关的天线阵元，通过在空间构成一定的几何形状接收信号， 其每个阵元都相当于一个传统的全向天线。这样，由M个阵元所组成的天线阵列所能收集或发射的无线信号能量就是单个全向天线的M倍。因此，在发射功率保持不变的情况 下，阅读器的识别范围可以大幅度提高。或者在识别范围保持不变的情况下，可以将每 个天线阵元的输出功率较少为原來的1/M，实现节能减耗的作用。(4) 波束形成可以用数字方式在基带实现，也可以用模拟的方式在微波和中频实现。 本专利中采用软件无线电和天线阵技术将波束方向调整算法部分集中在基带dsp处理器 中完成，天线阵加权系数的求解调整也是通过基带DSP处理器完成，因此硬件设备简单， 对硬件平台的依赖性降低，对算法的改进功能的扩展提供很好的便利性。(5) 阵列天线利用标签分布信息，还能为标签定位算法提供一个角度信息，因此对 标签定位有很好的支持。附图说明图1均匀线阵基本原理图。 图2接收数字波束形成原理框图。 图3发射数字波束形成原理框图。 图4询问机结构。图5 (a)空间标签分布图标签少且分布均匀。 图5 (b)空间标签分布图标签少但分布不均匀。图5(C)空间标签分布图标签多但分布均匀。 图5(d)空间标签分布图标签多且分布不均匀。图6 二次辐射波束方向图示意图。图7标签少分布均匀情况下的波束图。图8标签少分布不均匀情况下的波束图。图9 (a)标签较多情况下进行第一次扫描的波束图。图9 (b)标签较多情况下进行第二次扫描的波束图。图10在标签较多情况下执行混合防冲突算法的波束图。图11标签多、空间分布复杂情况下的波束图。具体实施方式本专利技术充分利用各个标签的空间信息，将自适应天线同RFID系统相结合，通过软件 无线电算法控制加权系数，将空间划分为多个波束方向。阅读器可以通过发射多波束形 成算法控制天线的多个波束主瓣方向以激活各个方向范围内的标签，然后通过接收多波 束形成算法在后端对接收信号进行处理，分离出各波束方向的反馈信号，并读取唯一标 识码，完成通信过程。针对标签在空间分布的不同情况，还可以采用不同的自适应策略， 以达到提高吞吐率的目的。下面结合基本原理、附图和实施例对本专利技术做进一步详述。1.多波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空分多址的防冲突射频识别方法，用于阅读器通过天线阵列识别分布在其识别范围内的多个标签，该方法包括下列步骤：首先根据天线阵列的分布特征，计算天线阵列中各个天线阵元所发射的信号的幅值加权系数，形成多个发射波束方向；再按照所确定的多个发射波束方向，控制天线阵列的各个天线阵元发射射频信号，并对接收到的各个标签的反射信号进行识别，从而获取标签的空间分布状况；最后根据标签的空间分布状况，确定不同的防冲突射频识别策略，调整由各个发射波束的波瓣宽度、数量、方向以及强度，控制天线阵列的各个天线阵元发射射频信号，并对接收到的各个标签回波信号进行处理，分离出各个波束方向的反馈信号，读取分布在各个波束方向里的一个或一个以上标签所反射的标识码。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开华，于洁潇，闫格，黄翔东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]