[发明专利]基于自适应智能天线的RFID阅读器

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频识别(RFID)技术，特别涉及一种RFID阅读器。

背景技术

随着信息技术的发展，物联网已经发展成为一门新兴产业，作为物联网的基础之一，射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术已成为人们越来越关注的技术。RFID系统主要由三部分组成：应答器(射频卡和电子标签)、阅读器(读写器和基站)和上位机主系统(中间件与网络应用)。在射频识别系统中，按照电子标签供电系统的不同结构，RFID电子标签主要分为有源标签、半有源标签和无源标签。有源标签和半有源标签具有外置的电池，通过外置的电池为标签芯片的工作提供能量，其优点是有较远的通信距离，可以增加更多的电路并且功能强；缺点是价格高，体积大，标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。无源标签依靠阅读器的射频信号提供能量使其工作，有着体积小、成本低、寿命长、免维护、使用便捷等优点，是RFID标签的主流产品。

目前，无源UHF RFID系统存在以下问题：

(1)在无源UHF RFID系统中，一个阅读器的最大识别距离是10米左右，总的有效识别区域有限，还不能满足大多数用户的需求。

(2)在UHF RFID系统中，一个关键的问题是很难达到100％识别率，即存在一些标签没有被识别，即丢失标签问题。从硬件方面讲，丢失标签的问题有两个主要原因：首先，因为天线的发射功率限制和固定的辐射方向图，所以无源RFID系统的有效识别区域是受限的。第二，多径干扰造成在识别区域内一些标签没有足够的能量被激活。

(3)许多标签收到来自单个阅读器的RF信号。在此阅读器的有效识别区域内，标签共享同一个无线信道，由于多个标签的散射信号之间的互相干扰，从而引起碰撞。碰撞的数量对于识别区域内所有标签的总识别时间有很大的影响。为了减少或避免碰撞，RFID系统在软件上采取了防碰撞措施，例如二进制树、ALOHA等。

(4)由于常用的RFID阅读器天线具有低增益、宽波束的发射方向图，使得标签定位误差较大。

最初的智能天线技术主要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信，用来完成空间滤波和定位等。近年来，随着移动通信的发展及对移动通信电波传播、组网技术、天线理论等方面的研究逐渐深入，现代数字信号处理技术发展迅速，数字信号处理芯片处理能力不断提高，利用数字技术在基带形成天线波束成为可能，提高了天线系统的可靠性与灵活程度。

在无源UHF RFID阅读器中使用智能天线有助于解决目前的问题和提升性能，具体表现在以下几个方面：

(1)利用数字多波束扫描可以增力RFID系统的最大识别距离和有效识别区域。由于规范规定的EIRP(Effective Isotropic Radiated Power有效全向辐射功率最大值)是受限的，例如美国规定EIRP的最大值是4W。如果使用高增益、多波束扫描天线，EIRP可以在某一个短时间内在某个方向超过4W，在计算平均功率时，它具有与低方向性、固定波束天线相同的平均功率，因为波束在多个方向上被扫描控制，从而减小了平均功率。在正常工作中，波束以预定的时间量在多个方向上扫描，因此最大识别距离随着EIRP的增加而增大了。由于波束在多个方向上扫描，所以总的识别区域也扩展了。

(2)利用智能天线的空分多址技术(SDMA)，即空间滤波功能，可以减少或避免碰撞。阅读器通过控制波束方向，来选择有效识别区域的一个子集，从而仅与这个子集区域内的标签通信。因为同时响应RFID命令的标签数目减少了，所以碰撞的概率也就减少，整个识别区域内所有标签的总识别时间能够缩短。

(3)智能天线的高定向性、较小的波束跃度(天线波束指向角变化时的变化量)和较高的角度分辨率可以提高RFID定位的精度。

(4)通过控制波束形状，将零陷或较低的旁瓣指向干扰信号方向，从而提高RFID系统的抗干扰能力。

发明内容