用于射频识别标志读取器的驻波检测的方法和系统的制作方法

专利名称：用于射频识别标志读取器的驻波检测的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频识别("RFID")系统，并且更具体地涉及用于 检测在一个给定的RFID询问区域内的物件存在和不存在的系统和方 法。
背景技术：
射频识别(RFID )是用于描述利用无线电波来自动识别目标或 人的技术的术语。RFID系统被用于诸多用途之中，例如存货管理、 电子访问控制、安全系统、在收费道路上车辆的自动识别、以及物品 的监控、等等。RFID的实施是几种方式实现的。最普遍的方法涉及 在与接收发送器通信的一块微芯片上存储识别一个物体或一个人的 序列号以及可能的其他信息。这种安排通常被称为RFID标志器或 RFID标签。RFID系统可用于跟踪或监视应用了 RFID标志器的物品 或物件的位置和/或状态。
有时与收发器和解码器包装在一起的一个天线提供接收从该 RFID标志器反射回来的无线电波并将其转换为数字信息的能力，然 后，该数字信息能够被传送至计算机进行处理。通常将该天线、收发 器以及解码器合称为该RFID读取器。该RFID读取器使一个询问信 号能够被发射到RFID标志器，以获得识别信息。基于该询问信号， RFID读取器还从标志器接收带有识别信息的信号。在此将RFID读 取器能够在其中检测RFID标志器的存在的区域称为"询问区域"。
典型地是对由RFID读取器接收的反向散射调制形式的信号进 行分析，以便从被询问的标志器获得标志器识别信息。虽然这导致读 取器被设计为对反射的能量灵敏，但通常来讲，与该标志器的身份无 关的外来反射被该RFID读取器的接收部分利用某种方式去除或减在某些RFID系统中，受到监视的多个物件在货架或其他有限的位置上被堆积在彼此靠近或相互叠放在一起。经常，可能需要确定货架上的部分或全部物件何时被移除。例如，在一家音乐商店中， 一个货架可能包括许多光盘。当顾客取走碟片并将它们拿到收款拒台进行购买时，供货将会减少并且应使管理层得知这一点，这样在货架上能够补充这些卖出的碟片。或者在一个仓库中，装有物件的多个箱子可能被存放在货架上。同样，当这些箱体被从货架上移开时，注意到这一点是很重要的，因为可能必须要预订新的补充物件。
在近距离询问区域中，如在一个货架上，多个物件可能非常接近RFID读取器的天线。有时有必要使用比正常的功率高的功率来穿过在一个堆中所有的物件进行发射和接收，以便读取例如在堆顶部的物件。但是，因为经常有互相靠近的多个RFID询问系统，所以如果确定了一些物件已从被监视区域被移除，则该区域内的RF能量现在可自由地穿过整个区域传播并到达周围的地区，从而引起对附近的其他RFID询问系统的干扰。
因此，所需要的是一种方法和系统，该方法和系统可用于准确地确定何时在一个RFID询问区域内的物件正被用尽并且采取正确的行动如起动过程来重新补充这些被移除的物品和/或减小这些RFID读取器的功率，以节约成本并降低干扰其他RFID读取器的可能性。

发明内容
本发明着手解决本领域中与RFID读取器以及RFID系统有关的这些不足之处。 一个RFID系统包括一个或多个RFID读取器，该一个或多个读取器与一个或多个RFID标志器通信，从而产生一个询问区域。每个RFID标志器能够被应用于一个所感兴趣的物件。每个读取器包括将询问信号发射到这些标志器的一个天线，并且这些标志器将包括典型地与被询问的标志器或物件有关的信息的信号返回。每个RFID读取器天线将RF能量(正向RF能量)发射到该询问区域内，并且从这些被询问的标志器以及该区域内的其他物件接收RF能量(反射的RF能量)。 一个检测电路可被插在天线与RFID读取器之间，以便在该天线上检测反射的RF能量和正向RF能量。该正向RF能量与反射的RF能量之间的关系直接与在该询问区域内的多个物件有关。分析这种关系能够提供与该区域内的多个物件相关的信息以及这些物件是否正在从该区域中被移除。
根据一个方面，本发明提供用于检测物件在一个RFID询问区域内的不存在和存在的一种系统，其中一个RFID读取器在询问区域内发射询问信号。该RFID读取器发射具有RF能量的一个正向量值的询问信号并且从该询问区域内的这些物件接收具有RF能量的一个反射量值的响应信号。 一个检测电路至少部分地根据RF能量的该反射量值来确定物件在该询问区域内的存在和不存在。
根据另 一个方面，本发明提供用于检测物件在一个RFID询问区域内的不存在和存在的一种方法。在该询问区域内发射询问信号，这些询问信号具有一个正向RF能量。响应于该被发射的这些询问信号而接收响应信号，这些响应信号具有反射的RF能量。对该反射的RF能量进行分析以确定在该询问区域内物件是否已经被移除。
根据再一个方面，本发明提供了用于确定在一个RFID询问区域内物件不存在和存在的一种读取器。 一个RF源生成RF信号。 一个天线^皮耦合到该RF源上。该天线在该RFID询问区域内发射正向RF能量。 一个接收器从该RFID询问区域内的多个物件接收反射的RF能量。 一个检测电路将在该天线上反射的RF能量的一个量值与正向的RF能量的一个量值进行比较来获得一个驻波比率。该驻波比率可用于确定物件是否已经从该询问区域内被移除。
本发明的另外的方面将会部分地在以下的描述中进行陈述，并且部分地会从描述中明白，或者可通过实践本发明来了解。本发明的这些方面将通过在所附的权利要求书中具体指出的要素和组合而得以实现或完成。应理解，以上的总体说明以及以下的详细说明均仅是示例性和解说性的，而不是对所要求的发明进行限制。


结合在本说明书中并构成本说明的一部分的这些附图举例说明了本发明的实施方案，并且与这些说明一起用于解释本发明的原理。文中所列举的这些实施方案是目前优选的实施方案，然而应理解，本
发明并不限于所示出的准确的安排和手段，在附图中
图l是根据本发明的原理构建的RFID系统的一个示意图2是结合了本发明的RFID系统的示意图，并且示出了本发明
的一种应用；
图3是结合本发明的RFID系统的示意图，并且示出了本发明的另一种应用；以及
图4是根据本发明的原理构建的RFID读取器的一部分的示意图。
具体实施例方式
本发明有利地提供了一种系统和方法，这种系统和方法通过检测在一个RFID询问区域内的物件所反射回的能量并将该反射回的能量与从一个RFID读取器的天线传播的能量进行比较来确定多个物件在该RFID询问区域内的存在或不存在。
在一个RFID询问系统中，RF能量是从该RFID天线发射到这些标志器上以便获得识别信息。这些RFID标志器通过向RFID读取器发射响应信号来响应来自该RFID读取器的发射。在某些情形中，如在一个货架上，多个物件经常相互堆叠在一起并处在RFID读取器或天线附近。通常，RFID读取器仅涉及载有被询问的标志器的身份的响应信号并且倾向于忽略或滤出其他的信号。本发明检测从该询问区域内的物件反射回到RFID天线的能量并且将这种能量的等级与由该天线发出的正向的能量的等级进行比较。
当位于该RFID天线附近的多个物件从该询问区域被移除时，由该RF天线所检测到的反射的RF能量的积累量值被改变。典型地，在这种状况下，反射的能量与正向的能量之比减小，表明该询问区域内的物件的移除。然后可以采取行动来重新补充这些物件和/或降低该
RFID天线的发射功率，以保存能量和/或降低干扰附近的其他RFID读取器的可能性。
现在参见附图，其中相同的附图标记指代相同的元件，图1中示出根据本发明的原理构建的一个系统并且用总体上用"10"来表示。系统10是一种RFID询问系统并且包括一个或多个RFID读取器12、附到不同物件上的一个或多个RFID标志器14、以及一台主计算机16。主计算机16可位于远离系统10的一个远程位置，但与RFID读取器12电气连通。
RFID标志器14有多种多样的形状以及大小。标志器14可以是有源的或无源的。有源标志器由一个内置电池供电并且由这种类型的标志器所接收的数据能够被修改或重写。 一个有源标志器的内存大小根据应用的要求而不同。无源标志器工作时无需外部电源并且是从读取器的发射的信号获得它们的工作动力。因此，无源标志器14典型地是比有源标志器轻很多并且价格更低。然而，与有源标志器相比，无源标志器典型地具有较短的读取范围，并且要求一个大功率读取器来将其激活。
RFID读取器12 (下文将进一步详细描述)典型地包括一个收发器、 一个解码器以及一个天线，并且可以是手持的或是固定安装的器
件。读取器12通过经由一个天线向一个或多个标志器14发射无线电信号来与每个标志器14通信。信号是以一个特定的RF能量等级("正向能量")在整个询问区域进行传播。在该询问区域内接收这些信号的多个标志器14返回包括识别信息的信号，该识别信息与附装有该标志器14的物品有关。该天线用于向标志器14发射信号并从标志器14接收信号。多个天线可以是读取器12的一部分或分别安装在例如门框、支架内或在堆有物件的货架上。被询问的标志器14通过以一个特定的RF能量等级("反射的能量，，)向该读取器的天线发射多个RF信号来向读取器12返回识别信息。然后，这些收到的信号通过读
10取器12内的一个数字信号处理器或通过一个主计算机16进行处理。 图2示出了本发明可应用到其中的一种示例性情景。图2示出了 一个示例性的询问区域，其中多个RFID天线18被附装在包括多个 箱体堆的一个相对受限的范围之内。应注意，可以使用多个RFID读 取器12而是不仅仅使用这些天线18。示于图2中的范围限定了一个 受限的RF询问区域并且可包括例如两个邻近的、相对放置的货架20 和22。货架20和22各自包括多个被标记的物件24 (附装了标志器 14的物件)，但还可包括未做标记的装有特定零售物件的一些箱体 26。可能会希望确定箱体24或26中的物件何时已被从该存储范围移 动。
邻近未被标记的这些箱体26的天线18在该询问区域内发射RF 询问信号并且等待接收来自每个被询问的标志器的通信信号。该询问 区域内的即货架20与22之间存在的多个箱体26有助于反射回到多 个发射天线18的RF能量的总体强度。然而，因为多个被标记的物件 24或多个未被标记的箱体26被从该询问区域移除，所以在天线18检 测到的来自这些RFID标志器的反射的能量被改变。通过接收和测量 这些反射的信号的强度，天线18接收能够用于确定该询问区域内物 件的移除的信息。
当确定一种特定物件如箱体26中的物件的存货单是非常重要 时，以上描述的情景就很有用处。 一旦已确定一个特定的物件的存量 将要或已经用尽时，可采取进一步的行动。例如，可对订购更多的特 定物件进行标注。若存货单中有替换物件，则这些物件可替代被移除 的物件，以此维持存货区中的这种特定物件的门限数量。有利的是， 当存储货架上没有剩余的物件时，从询问天线18发射的该RF功率可 暂时被降低或甚至消除，因为已经确定了箱体的存货已经用尽，并且 至少在当时，不再需要监视它们的存在。通过在当时降低或消除天线 18发射的RF功率，就不再会有对附近的其他RFID读取器干扰的问 题。而且，可保存功率并且在这些箱体已被补充并且需要再次监视它 们在该询问区域内的存在时将功率再次提升。图3示出了本发明的另一个示例性实现方式。此时， 一个本地零 售商店的货架装有多个待售的光盘或DVD 28。每个货架内有多排光 盘28以及多个天线18。多个RFID标志器14可被附装到一个或多个 光盘28上。本发明确定一个询问区域内的多个物件何时不存在或存 在，而无论这些物件是否包括RFID标志器14。可将一个或多个天线 18置于该货架中的不同位置处。该货架中的每个天线18被安排为不 间断地向该货架中的这些标志器14发射询问信号。除了从每个RFID 标志器14接收识别响应信号之外，每个天线18或RFID读取器12 中的一个接收器还接收反射的RF能量的一个特定的累计等级。因为 天线18与该询问区域内的这些物件非常接近，所以当给定数量的物 件从该区域移除时，天线18能够检测到返回的或反射的RF能量的变 化。
在本发明的一个示例性的实施方案中，每个货架包括出自一位特 定音乐家的CD28。当顾客从货架上移除这些光盘时，天线18检测 由于光盘28的不存在所导致的该货架内的总体反射的能量的减少。 可将这种RF能量的总量与由天线18发射的正向RF能量进行比较， 以获得反射的能量与发射的能量的一个比率。本发明利用这个比率来 确定在特定的询问区域内多个物件的存在或不存在。因此，当一位特 定的音乐家的所有光盘28均已被从货架上移除时，天线18上检测到 反射的RF能量的显著下降，并且可采取行动以便用该音乐家的替代 光盘28补充该货架。
图4示出了与本发明相有关地使用的一个示例性RFID读取器 12的前端。应注意到，图4所示的读取器12是用在本发明的典型RFID 询问系统中的一个示例性读取器12,并且在本文中所披露的本发明并 不限于RFID读取器12的特定设计或类型。读取器12包括提供射频 信号的一个RF源30。循环器32的类型是本领域中公知的，并且协 助将引导去往和来自天线18的RF信号。到达天线18的信号可被发 送到一个混频器34，若有必要，该输入RF信号的频率在该混频器被 转换为一个不同的频率。天线18向一个询问区域内的一个或多个标
12志器14发射无线电信号。天线18可被配置为带有相关联的控制器的 收发器天线，该控制器提供控制和切换，以便以预定的时间间隔在发 射功能与接收功能之间切换。本领域中熟练的技术人员会认识到，在 天线18中可有分离的发射模块和接收模块。
天线18在整个的询问区域内发射电磁射频询问信号，以产生一 种电磁场。在有一个或多个标志器14存在的情况下，由天线18所产 生的电磁场可不间断地存在。如果不需要不间断的询问，则该电磁场 可被间歇地激活。由天线18所确立的询问信号的电磁场将引起来自 -故询问的标志器14的回应。而且，天线18发出的一部分RF能量被 反射回到读取器12中的接收模块或天线18的收发器模块。因此，在 天线18上可检测到从多个标志器14反射回的RF能量的一个累积的 幅值。
一个检测电路36定位于天线18与读取器12的前端接收部分之 间。检测电路36包括的电路既检测天线18发射的正向RF能量也检 测在天线18上接收的从这些标志器14返回的反射的RF能量。通过 在天线18对正向RF能量以及反射的RF能量均进行检测，检测电路 36就能够接收用来计算天线18上的驻波比("SWR")所需的信息。 该驻波比是在天线18上感知的反射的波与在天线18发射的正向波之 比。与该SWR值对应的一个信号可被传递到读取器12的一个信号处 理部分、到主计算机16或到其他某种信号处理模块上，其中该信息 可被用于确定在该询问区域内物件的存在和不存在。检测电路36继 续监视该驻波比中的变化并且将代表该驻波比中的变化的一个信号 发送到一个处理器用于确定多个物件是否已经从该询问区域被移除。
例如，使读取器12通电并开始在给定的询问区域内发射询问信 号。在天线18的初始读取能够提供正在发射的RF能量的总量。因为 天线18与该区域内的被标记的以及未被标记的物件之间的非常接近， 所以可对做出 一个记录作为由该询问区域内的所有物件返射回到天 线18的RF能量的总量。这样就可确定一个初始的驻波比SWR。随 着在天线18与该询问区域内的多个标志器14之间的多个物件被移除，该SWR将增加，并且正在用于计算该SWR的处理器能够使用 预定的逻辑来确定该询问区域内的存货是否已经或将要用尽。当达到 一个预定的门限物件等级时，可采取进一步的行动，这包括但不限于 补充用尽的物件、向另外一个实体发送已经发生物件用尽或将要用尽 并且需要预定另外的物件的通知，或者降低该读取器的发射功率的强 度。
检测电路36可包括一个双向耦合器或其他类型的对正向的和反 射的RF能量均能够感测的耦合装置。应该注意，本发明的检测电路 36并不限于一个特定的硬件配置并且可以结合可使其能够检测到天 线18上的正向的和反射的RF能量的任何硬件或软件，而无论天线 18是否为读取器12的一部分。在此还考虑了可将检测电路36插入天 线18与前端RFID读取器12之间的RF路径中的任何位置，并且该 电路可结合为读取器12的一部分或被实施为一个分离的硬件部件。
检测电路36可包括计算在天线18上的实时SWR所必需的那些 必要的硬件和/或软件，或者与之相反，可提供一个输出SWR信号(模 拟的或数字的)，该信号指明当前的正向RF能量等级和反射的RF 能量等级。该信号被传送到一个处理单元，该处理单元可以是在读取 器12之内或在一个分离的单元(如用于计算在天线18上的当前SWR 的计算机16)之内。如果达到某个门限SWR，则可以将一个信号引 导返回读取器12，指示该读取器减小或关闭天线18的发射功率，直 到收到进一步的指示。
在本发明的一个替代实施方案中，该基带信号的交流("AC") 或直流("DC")分量可作为该SWR的一个相对指标来进行检测。例 如，可以分析在混频器34处存在的信号，而不是将检测电路36插在 天线18与读取器12之间。如果在该询问区域内的这些被标记的物件 不在移动，则在混频器34的驻波信号近似于一个直流信号。这个直 流信号的幅值倾向于同该SWR有关。换言之，在该点(混频器之后) 的直流信号提供反射回到读取器12的接收部分的信号功率的一个相 关的指示。可对这种信息进行处理以便确定该询问区域内的物件是否已被移除。
本发明提供了 一个永久存货单系统，该系统结合了 一个RFID询 问系统的这些基本部件，即一个读取器、 一个发射与接收天线、以及 一个或多个RFID标志器，尽管为了利用本发明并不必有RFID标志 器存在。这些基本部件与测量在该天线上的正向RF信号和反射的RF 信号的强度的检测电路一起使用，以便确定RFID询问区域内的物件 是否已经被移除。通过确定物件是否已经被移除，可以预定替换物件 和/或将RFID读取器的功率和/或天线的功率降低来保存电力、节省 资金并减少干扰邻近的RFID询问系统的机会。本发明通过确定在该 天线处的驻波比或通过测量该RF基带信号的AC或DC分量来分析 反射回该读取器的功率从而确定该询问区域内的物件的存在和不存 在。
本发明可用硬件、软件、或二者的组合来实现。本发明的方法和 系统可用在一台计算机系统内的集中形式或不同的元素分布于多个 互联的计算机系统的分散形式来实现。任何类型的计算机系统或其他 适用于实施在此所说明的方法的装置均适合于执行在此所说明的功 能。
在本申请的背景下计算机程序或应用程序是指以任何语言、代码 或符号来表示的一组指令，这些指令旨在使具有信息处理能力的一个 系统来执行一个特定的功能，这或者是直接的或者是在以下之一或二 者后执行a)转换到另一种语言、编码或符号；b)以一种不同的材 料形式的复制。此外，应该注意所有附图均不是按比例绘制的，除非 以上做出了相反的陈述。有意义的是，本发明在并不脱离其精神和本 质属性的情况下能够以其他的特定形式来实现，因此，在表明本发明 的范围时，应该参见以下权利要求书，而不是以上的说明书。
权利要求
1.用于确定在一个RFID询问区域内多个物件不存在和存在的一种系统，该系统包括至少一个RFID读取器，该读取器在一个询问区域内发送询问信号，其中每个RFID读取器发送具有RF能量的一个正向量值的询问信号并且从该询问区域内接收具有RF能量的一个反射量值的响应信号，以及一个检测电路，该检测电路至少部分地基于该反射的RF能量来确定在该询问区域内物件的存在和不存在。
2. 如权利要求1所述的系统，其中每个RFID读取器包括用于产生RF信号的一个RF信号源；偶联到该RF信号源的一个天线，该天线在该询问区域内发送该正向的RF能量；以及用于接收该反射的RF能量的一个接收器，其中该检测电路在该天线上将该反射的RF能量的一个量值与该正向的RF能量的一个量值进行比较。
3. 如权利要求2所述的系统，其中该检测电路提供代表该反射的RF能量的量值与正向的RF能量的量值之比的一个输出信号。
4. 如权利要求3所述的系统，其中该系统进一步包括一个处理器，该处理器用于从该检测电路接收该输出信号以及用于处理该信号以便确定该询问区域内这些物件的存在和不存在。
5. 如权利要求4所述的系统，其中该处理器位于该RFID读取器中。
6. 如权利要求3所述的系统，其中该输出信号被发送到一个外部计算机以便确定该询问区域内物件的存在和不存在。
7. 如权利要求1所述的系统，其中如果确定没有物件在该询问区域内，该读取器降低该被发送的询问信号的强度。
8. 如权利要求1所述的系统，其中确定在该于询问区域内物件的存在和不存在的该检测电路分析这些响应信号中的直流分量。
9. 如权利要求1所述的系统，其中确定在该询问区域内物件的存在和不存在的该检测电路分析这些响应信号中的交流分量。
10. 如权利要求1所述的系统，其中该检测电路包括一个双向耦合器。
11. 如权利要求1所述的系统，进一步包括一个或多个RFID标志器，其中该一个或多个RFID读取器向在该询问区域内的该一个或多个RFID标志器发射询问信号。
12. 用于确定在一个RFID询问区域内物件的不存在和存在的一种方法，该方法包括在询问区域内发送询问信号，这些询问信号具有一个正向的RF能量；接收响应于该被发送的询问信号的响应信号，这些响应信号具有一个反射的RF能量；并且分析该反射的RF能量来确定在该询问区域内的物件是否已经被移除。
13. 如权利要求12所述的方法，其中分析该反射RF能量包括分析这些响应信号的一个直流分量。
14. 如权利要求12所述的方法，其中分析该反射的RF能量包括 分析这些响应信号的一个交流分量。
15. 如权利要求12所述的方法，进一步包括 将反射的RF能量与正向的RF能量进行比较；并且 基于该反射的RF能量与该正向的RF能量的比较来确定在该询问区域内的多个物件是否已经被移除。
16. 如权利要求15所述的方法，进一步包括确定在该反射的RF 能量与正向的RF能量之间的一个比率并且基于该反射的RF能量与 正向的RF能量的比率来确定在该询问区域内的多个物件是否已经被 移除。
17. 如权利要求16所述的方法，进一步包括提供代表该反射的 RF能量与正向的RF能量的比率的一个输出信号。
18. 如权利要求17所述的方法，进一步包括处理该输出信号以便 确定在该询问区域内的这些物件的存在和不存在。
19. 如权利要求12所述的方法，其中若确定在该询问区域内不存 在物件，则进一步包括提供重新补充这些物件的指令。
20. 如权利要求12所述的方法，其中若确定在该询问区域内不存 在物件，则降低这些询问信号的发射功率。
21. 如权利要求15所述的方法，其中通过位于一个RFID读取器 内的检测电路来进行该反射的RF能量与该正向的RF能量的比较。
22. 用于检测在一个RFID询问区域内多个物件的不存在和存在 的一个RFID读取器，该读取器包括用于产生RF信号的一个RF源；偶联到该RF源的一个天线，该天线在询问区域内发射正向的 RF能量；用于在该RFID询问区域内从多个物件接收反射的RF能量的一 个接收器；以及一个检测电路，该检测电路在该天线上将该反射的RF能量的一 个量值与该正向的RF能量的一个量值进行比较以获得一个驻波比 率，该驻波比率可用于确定多个物件是否已经从该询问区域移除。
23. 如权利要求22所述的RFID读取器，进一步包括一个处理器， 其中该检测电路监视在该驻波比中的变化并且向该处理器发送代表 该驻波比中变化的一个信号，该处理器确定多个物件是否已经从该询 问区域移除。
全文摘要
用于检测在一个RFID询问区域内的物件不存在和存在的方法和系统。至少一个RFID读取器在询问区域内发送询问信号。每个RFID读取器发送具有一个正向的RF能量的询问信号并且从询问区域内接收具有一个反射的RF能量的响应信号。一个检测电路至少部分地基于该反射RF能量确定该询问区域内的物件存在和不存在。
文档编号G06K7/00GK101517594SQ200780035550
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月18日 优先权日2006年9月25日
发明者G·M·谢弗 申请人:传感电子公司