CN102236804A - 一种读写器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种读写器，适用于无线实时定位系统，包括控制单元和射频单元，所述控制单元与所述射频单元采用有线连接，所述射频单元进一步包括三个射频通道，每个射频通道包括一个射频模块和一个天线。采用了本发明的技术方案，使得一个读写器包含了三个射频通道，提高了数据交换能力，扩大了实时定位系统所支持的标签容量，同时通过采用分集接收的办法，使读写器获得多个统计独立、携带同一信息的衰落信号，并把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并，以降低衰落的影响，获得更准确的信号强度信息。
Description
技术领域
本发明涉及无线实时定位技术领域，尤其涉及一种读写器。
背景技术
实时定位系统(Real Time Location System，RTLS)是指通过无线通信技术，在一个指定的空间(办公楼、场地、城区、全球)内，实时或者接近于实时的对目标定位的系统。目标的位置信息是通过测量无线电波的物理特性得到。
实时定位系统是一种基于测距技术的定位系统，可分为通过接收信号强度(received signal strength indicator，RSSI)定位，通过到达时间(time ofarrival，TOA)或者到达时间差(time difference on arrival，TDOA)定位，通过到达角度(angle of arrival，AOA)定位等几种技术方案。
其中基于接收信号强度的实时定位系统的工作原理为：无线信号强度随着信号传输距离的增加会衰减，在自由空间中，信号量的衰减与距离的关系满足如下公式：
LossDB＝-27.55+20Log(D)+20Log(F)
其中D表示传输距离，单位m，F表示信号的频率，单位mhz，当信号频率一定时(比如433.92MHz，2.45GHz)，信号量在自由空间的衰减与距离有确定函数关系。如果信号源发出的信号强度可以确定，则在自由空间中的某点收到的信号强度与该点距离发射源的距离就有确定的函数关系：
RecvDB＝SendDB-LossDB＝SendDB+27.55-20Log(D)-20Log(F)
在自由空间中不同的位置布置信号接收器，每个点可以通过信号强度确定发射源距离该点的距离，从而可以将发射源确定在以该店为中心的球面(三维空间)或圆周(二维空间)上，通过多个球面或圆周的交集，可以确定发射源在三维空间或二维空间的坐标。
基于上述基本原理，实时定位系统按照一定的要求将读写器布置在定位区域内，读写器数量至少在三台以上。当接收到定位标签以射频信号的方式发送出来的自身编码信息后，按照约定的空中协议解析并处理，再通过有线或无线的方式将相关数据(标签ID、标签状态和信号强度)上传到定位引擎，进行标签定位。
目前读写器包括控制单元(微处理器、数据缓冲)、射频单元、外部数据通信接口和外置天线。
其中控制单元功能为：微处理器按照协议解析和组建通过射频单元接收和发送的数据包；控制射频单元的工作状态和参数；完成必要的数学运算(加、解密)和数据处理；通过外部数据通信接口完成与上位机的数据通信，此为有线通信模式；通过射频单元经由AP与上位机进行数据交换，此为无线通信模式。
射频单元功能为：对基带信号进行调制；对射频信号进行解调；对接收到的射频信号能够进行低噪音放大；对待发射射频信号能够进行功率放大；具有频率综合及混频功能；对中频信号有可调带宽的滤波功能；对基带信号具有多种选择的编码方式；通过数字缓冲器和接口与控制单元进行数据交换。
这种读写器结构对采用信号强度方案定位的实时定位系统存在如下技术缺陷：
1、对于需要安全认证的实时定位系统，上述结构由于标签与读写器之间多次的数据交换，会导致射频通信资源紧张，降低了定位系统标签容量，至少降低三分之一。
2、定位精度不准确。当采用信号强度方法定位时，标签发射的无线电波在传输过程中会受到地形、障碍物的影响而产生反射、绕射、散射等，从而使电波沿着各种不同的路径传播。由于多径传播，读写器接收到的信号是幅度、相位、频率和到达时间上是多路信号的合成结果，因而会产生信号的频率选择性衰落和时延扩展等现象。多径传输会导致无线信号在不同维度扩展。这些扩展包括：时延扩展、频率扩展(多普勒频展)和角度扩展。这些扩展从不同方面对信号产生重要的影响。现有以信号强度作为定位技术的定位系统难以解决这类问题，导致定位效果和精度难以满足技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种读写器，在无线实时定位系统中，能够提高实时定位系统所支持的标签容量，提高定位的精确度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种读写器，适用于无线实时定位系统，包括控制单元和射频单元，所述控制单元与所述射频单元采用有线连接，所述射频单元进一步包括三个射频通道，每个射频通道包括一个射频模块和一个天线。
所述三个射频通道的三个天线在水平面内按照等边三角形放置。
两个天线之间的距离与工作频率波长成比例关系。
两个天线之间的距离为工作频率波长的四分之一。
所述三个射频通道中的两个射频通道设置为接收状态，用于接收标签发送的信息，一个射频通道设置为发送状态，用于发送信息给标签。
采用了本发明的技术方案，使得一个读写器包含了三个射频通道，提高了数据交换能力，扩大了实时定位系统所支持的标签的容量，同时通过采用分集接收的办法，使读写器获得多个统计独立、携带同一信息的衰落信号，并把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并(包括选择与组合)以降低衰落的影响，获得更准确的信号强度信息。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中读写器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明具体实施方式中读写器的结构示意图。如图1所示，该读写器包括控制单元1和射频单元2，射频单元进一步包括三个射频通道，每个射频通道包括一个射频模块201和一个天线202，控制单元与所述射频单元采用有线连接。
三个射频通道分别以不同频率工作，设置为三个不同的信道，承担着三层认证中相应认证层的数据交互工作，不会相互干扰，第一射频通道设置为接收状态，用于接收定位标签发送的自身ID信息；第二射频通道设置为发送状态，用以发送读写器对定位标签的认证信息；第三射频通道设置为接收状态，用以接收定位标签回应的认证信息。其中加密算法、密钥均存储在读写器的控制单元。
如果引入更多的认证过程，可以适当扩展射频通道的数量，同时增加天线。
由于多径效应的影响，某个已知点的信号强度是主信号和多径信号的矢量和(相加或相减)，因此读写器天线接收到的信号并不是定位标签到此位置真实的信号强度，因此读写器三个射频通道的天线在水平面内按照等边三角形放置，天线间距与定位系统工作频率波长成比例关系，例如四分之一波长。通过采用分集接收的办法，使读写器获得多个统计独立、携带同一信息的衰落信号，同时把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并(包括选择与组合)以降低衰落的影响，获得更准确的信号强度信息。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种读写器，适用于无线实时定位系统，其特征在于，包括控制单元和射频单元，所述控制单元与所述射频单元采用有线连接，所述射频单元进一步包括三个射频通道，每个射频通道包括一个射频模块和一个天线。
2.根据权利要求1所述的一种读写器，其特征在于，所述三个射频通道的三个天线在水平面内按照等边三角形放置。
3.根据权利要求2所述的一种读写器，其特征在于，两个天线之间的距离与工作频率波长成比例关系。
4.根据权利要求3所述的一种读写器，其特征在于，两个天线之间的距离为工作频率波长的四分之一。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的一种读写器，其特征在于，所述三个射频通道中的两个射频通道设置为接收状态，用于接收标签发送的信息，一个射频通道设置为发送状态，用于发送信息给标签。
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