向無線通信系統(tǒng)中的至少一個移動部件、尤其是rfid系統(tǒng)的rfid標(biāo)簽供能的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】用于向無線通信系統(tǒng)中的至少一個移動部件、尤其是RFID系統(tǒng)的RFID標(biāo)簽供能的方法和系統(tǒng)。在用于向具有兩個或更多個基站(12，13，14，15，16，17，18)的無線通信系統(tǒng)中的至少一個移動部件(20)供能的方法中，借助所述基站(12，13，14，15，16，17，18)中的至少兩個基站發(fā)射相干電磁波(25)。在無線通信系統(tǒng)(10)的基站(12，13，14，15，16，17，18)的系統(tǒng)中，所述基站(12，13，14，15，16，17，18)中的至少兩個基站被構(gòu)造用于發(fā)射相干電磁波(25)。
【專利說明】向無線通信系統(tǒng)中的至少一個移動部件、尤其是RFID系統(tǒng) 的RFID標(biāo)簽供能的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種向無線通信系統(tǒng)中的至少一個移動部件供能的方法和一種無線 通信系統(tǒng)的基站的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在通信系統(tǒng)中已知，通過無線電場向各個移動部件供能。一個示例是無源RFID系 統(tǒng)，其移動部件--即所謂的RFID標(biāo)簽、尤其是具有RFID發(fā)射應(yīng)答器的RFID芯片--通 過無線電場獲取能量并且因此只要無線電場充足地提供能量就可以無需繼續(xù)輸送能量地 使內(nèi)部計算器運行一段時間。如果出現(xiàn)這種情況，標(biāo)簽可以發(fā)射例如應(yīng)答信號，所述應(yīng)答信 號可以由基站或相應(yīng)的讀取設(shè)備接收。為了在沒有足夠的無線電場強(qiáng)度的情況下也能得到 應(yīng)答信號和提高作用距離，使用具有例如電池形式的自有電源的有源標(biāo)簽。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種用于向無線通信系統(tǒng)中的至少一個移動部件供能的改 進(jìn)的方法和改進(jìn)的系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的任務(wù)通過具有在權(quán)利要求1中所說明的特征的方法以及在權(quán)利要求10 中所說明的特征的系統(tǒng)解決。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求、以下的說明和附 圖中進(jìn)行說明。
[0005] 本發(fā)明方法用于向至少一個移動部件供能。為此在具有兩個或更多個基站的無線 通信系統(tǒng)中執(zhí)行所述方法。在本發(fā)明方法中借助所述基站中的至少兩個基站發(fā)射相干電磁 波。
[0006] 在本發(fā)明方法中特別重要的是，基站以相干電磁波的形式--也即利用不同基站 所發(fā)射電磁波相互的固定相位關(guān)系--發(fā)射其能量。
[0007] 與只有一個基站的系統(tǒng)相比，按照本發(fā)明可以這樣使用所述固定的相位關(guān)系，使 得在空間中的特定位置處導(dǎo)致在那里可測量的電磁無線電場強(qiáng)度的提高。
[0008] 如果各個基站的電磁波以相同的（或接近相同的）相位關(guān)系（即具有相同的或接 近相同的相位）到達(dá)這樣的位置（電磁波的建設(shè)性的疊加），則恰好在該位置處出現(xiàn)提高。 優(yōu)選地，這樣的位置是移動部件的位置。尤其是在本發(fā)明意義下接近相同的相位可以理解 為這樣的相位，在所述相位情況下波以彼此之間的相對相移到達(dá)這樣的位置，尤其是移動 部件的位置，所述相對相移小于電磁波波長的八分之一，優(yōu)選小于十六分之一和在理想情 況下小于三十二分之一。適當(dāng)?shù)?，為了對尤其是無源電子設(shè)備形式的移動部件的最優(yōu)供能， 這樣調(diào)整各個基站的發(fā)射相位，使得準(zhǔn)確地在移動部件所處的空間點中發(fā)生抵達(dá)的電磁波 的建設(shè)性的疊加。
[0009] 在本發(fā)明方法中這可以優(yōu)選借助對傳播時間相位的認(rèn)識來進(jìn)行。基于該認(rèn)識，發(fā) 送相位優(yōu)選以基站與移動部件之間的不同無線電信道或傳輸路程的傳播時間相位偏移被 來回調(diào)整，使得信號以相同的相位到達(dá)移動部件。
[0010] 通過這種方式可能的是，與只有一個基站的系統(tǒng)相比，在移動部件的相應(yīng)位置處 的無線電場強(qiáng)度可以被提高。因為無線電場強(qiáng)度與位置相關(guān)，因此對準(zhǔn)確的移動部件位置 的認(rèn)識是值得期待的。
[0011] 因此，本發(fā)明尤其是同時使用特定系統(tǒng)特性的結(jié)合，即移動部件的供能以及移動 部件的定位的結(jié)合，而且此外適宜地使用移動部件的位置跟蹤（Tracking)。
[0012] 優(yōu)選地在本發(fā)明方法中，對由至少兩個基站分別發(fā)射的電磁波的相位這樣調(diào)節(jié)， 使得電磁波同相位地到達(dá)移動站的位置。為此適當(dāng)?shù)?，在基站位置處分別如此選擇電磁波 的相應(yīng)的起始相位（在本申請范圍內(nèi)也稱作發(fā)射相位），使得對在相同起始相位的情況下 從電磁波的不同傳播時間中得出的不同相位進(jìn)行補償。適宜地在本發(fā)明系統(tǒng)中，所述基站 被構(gòu)造用于尤其是與時間有關(guān)地分別調(diào)整電磁波的相位。
[0013] 對電磁波的傳播時間相位的認(rèn)識使得能夠同時定位或確定移動部件的位置。為此 可以使用不同的算法，這些算法部分地從已有的定位系統(tǒng)中已知。從中因此還得出這樣的 可能性，即適應(yīng)性地執(zhí)行基站的相位設(shè)置，以便也因此保證已經(jīng)移動的移動部件的供能。
[0014] 在本發(fā)明方法的一個特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，此外借助所述基站中的兩個基站或 至少兩個基站接收由移動部件發(fā)射的信號并且對所接收信號的一個或多個相位信息進(jìn)行 分析。所述相位信息用于對移動部件進(jìn)行定位或位置跟蹤并且也可以被用于通過相應(yīng)地跟 蹤基站的發(fā)射相位來優(yōu)化移動部件的供能。
[0015] 同樣可以使用大量的其他不同的已知的無線電定位系統(tǒng)或方法，其中可以從基站 與移動部件之間的波傳播的不同的可測量的參量中獲取移動部件的位置信息。這樣的參量 適當(dāng)?shù)乜梢允牵?br> [0016] -在移動部件位置處的接收場強(qiáng)度和/或
[0017] -在每一個基站與移動部件之間的信號傳播時間和/或
[0018] -傳播時間差和/或
[0019]-由移動部件所發(fā)射的和到達(dá)基站的信號的一個或多個角度信息。
[0020] 適宜地在本發(fā)明方法中，通過多個分布在空間中的基站/天線發(fā)射相同功率的電 磁波并且通過它們接收由移動部件發(fā)射的電磁波。這通過相干方式進(jìn)行并且利用可調(diào)整的 相位關(guān)系執(zhí)行。為了避免基站相互之間的干擾，在本發(fā)明的一個改進(jìn)方案中規(guī)定對全部基 站進(jìn)行控制，使得由一個基站對移動部件的詢問不會被解釋為沖突或來自另一個基站的干 擾信號。適宜地可以只利用一個基站的單義標(biāo)識來進(jìn)行對移動部件的詢問。
[0021] 在本發(fā)明方法中可以通過不同的方式進(jìn)行相位的確定和調(diào)整。例如在由于無線電 場強(qiáng)度過小而不能識別移動部件的情況下可以通過試驗和錯誤來執(zhí)行對各個基站的相位 設(shè)置。在此所述相位被迭代地優(yōu)化，使得由移動部件接收的無線電場強(qiáng)度被最大化?？梢?使用移動部件處的應(yīng)答信號作為指示符。
[0022] 如果在移動部件處已經(jīng)存在足夠大的無線電場強(qiáng)度，則在本發(fā)明方法中在移動部 件的位置在時間上發(fā)生變化的情況下借助移動模型來估計相位確定?；谶@樣的移動模型 (例如移動部件相當(dāng)均勻地移動）可以推論出優(yōu)化的相位的相應(yīng)均勻的時間上的發(fā)展。相 應(yīng)的數(shù)學(xué)調(diào)節(jié)方法對此是已知的（尤其是卡爾曼濾波器）。
[0023] 在本發(fā)明方法中同樣可以考慮使用多個移動部件。為此可以在時分復(fù)用方法中在 不同組的最佳相位系數(shù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換并且可以因此分別針對給定的位置選擇最佳系數(shù)。由 此可以利用多個移動部件實施本發(fā)明方法。
[0024] 本發(fā)明方法的特別優(yōu)選的改進(jìn)方案在于，為了確定最佳相位系數(shù)移動部件在其側(cè) 發(fā)射無線電信號。然后基于無線電信道的相互性可以將由基站測量的接收信號的相位信息 換算成最佳的發(fā)射相位?？梢詫⒈景l(fā)明方法的該改進(jìn)方案用于在一個或少數(shù)幾個讀取循環(huán) 內(nèi)確定最佳的相位系數(shù)。
[0025] 在本發(fā)明方法中可以從對相位系數(shù)的認(rèn)識中推斷出移動部件的位置。為此在本發(fā) 明方法中基站被適宜地布置成一組或多組，它們的接收信號通過算法彼此聯(lián)結(jié)。理想地，基 站以彼此尤其是小于電磁波的波長的間距沿著直線布置。在這種條件下可以諸如從由移動 部件接收的信號的相位差中推算出移動部件偏離所述基站的直線的角度。相應(yīng)的方法以詞 條"數(shù)字波束形成（Digital Beamforming) "或"數(shù)字波束擺動"已知。
[0026] 除了 "數(shù)字波束擺動"也可以考慮"模擬波束擺動"，其是借助強(qiáng)集束的輻射特性、 尤其是分別由基站的天線射出的天線波瓣實現(xiàn)的。這樣的天線波瓣可以根據(jù)天線組內(nèi)的各 個天線的相位設(shè)置在不同的方向上擺動。通過將多個基站的天線連接在一起所生成的較高 的天線增益在優(yōu)選的空間方向上同樣造成提高的無線電場強(qiáng)度。
[0027] 此外可能的是，也可以從由移動部件接收的信號的接收場強(qiáng)度中推斷出移動部件 的位置。相應(yīng)的算法是本身已知的并且是【背景技術(shù)】。
[0028] 此外，以足夠數(shù)量的基站為前提，即使在基站的相當(dāng)一般的布置的情況下也可以 總體上從基站的相位中推斷出移動部件的位置。
[0029] 也可以借助追蹤算法從對應(yīng)的相位和接收場強(qiáng)度的時間變化曲線來實現(xiàn)位置估 計的改善。由此可以檢測移動部件的移動并適應(yīng)性地調(diào)節(jié)基站的相位設(shè)置。
[0030] 本發(fā)明系統(tǒng)是無線通信系統(tǒng)的基站的系統(tǒng)。在本發(fā)明系統(tǒng)中，所述基站中的至少 兩個基站被構(gòu)造用于發(fā)射相干電磁波。
[0031] 適宜地，本發(fā)明系統(tǒng)被構(gòu)造用于實施如前所述的方法。
[0032] 為了實現(xiàn)供能和與此相關(guān)的作用距離提高以及定位和位置跟蹤的可能性，基站被 借助本發(fā)明方法同步地運行。相應(yīng)的用于操控基站的控制單元優(yōu)選是本發(fā)明系統(tǒng)的組成部 分。
[0033] 適當(dāng)?shù)?，本發(fā)明的基站的系統(tǒng)被構(gòu)造用于按照如上所述的本發(fā)明方法執(zhí)行時分復(fù) 用方法。
[0034] 特別優(yōu)選地，為了向RFID系統(tǒng)形式的無線通信系統(tǒng)中的RFID標(biāo)簽形式的移動部 件供能執(zhí)行本發(fā)明方法。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進(jìn)方案中，本發(fā)明系統(tǒng)是RFID系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 下面借助在附圖中示出的實施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的闡述。其中：
[0036] 圖1以原理圖的俯視圖示出在向移動部件發(fā)射電磁波期間用于執(zhí)行本發(fā)明方法 的本發(fā)明的基站的系統(tǒng)，
[0037] 圖2以原理圖的俯視圖示出在通過移動部件接收電磁波期間按照圖1的本發(fā)明系 統(tǒng)，
[0038] 圖3以原理圖的俯視圖示出用于執(zhí)行本發(fā)明方法的本發(fā)明的基站的系統(tǒng)的另一 實施例，所述系統(tǒng)具有一組沿著直線布置的基站，
[0039] 圖4以原理圖的俯視圖示出用于執(zhí)行本發(fā)明方法的本發(fā)明的基站的系統(tǒng)的另一 實施例，其中示出了所發(fā)射的電磁波的相位關(guān)系。

【具體實施方式】
[0040] 在圖1中示出的本發(fā)明無線通信系統(tǒng)10包括多個基站12,13,14,15,16,17,18。 基站12,13,14,15,16,17,18借助用于向移動部件20供能的天線19同時發(fā)射電磁波25。 電磁波25借助天線21被移動部件20接收。
[0041] 在所示的實施例中，基站12,13,14,15,16,17,18分別利用相同的功率和通過相 干方法--即利用相互分別預(yù)先給定的相位--發(fā)射電磁波25。為了避免基站12,13,14， 15,16,17,18相互之間干擾，為全部的基站12,13,14,15,16,17,18設(shè)置控制和分析裝置 (在圖1中沒有明確示出），使得由基站12,13,14,15,16,17,18中的一個基站對移動部件 20的詢問不被理解為沖突信號或來自基站12,13,14,15,16,17,18中的另一個基站的干擾 信號。在所示的實施例中，對移動部件20的詢問利用基站12,13,14,15,16,17,18中每一 個基站的單義標(biāo)識來進(jìn)行。
[0042] 由基站12,13,14,15,16,17,18所發(fā)射的電磁波25相互之間的相對相位是以這樣 的方式選擇：電磁波25在移動部件20的位置處建設(shè)性地疊加。在移動部件20位置處因此 高度集中的無線電場能量利用移動部件20的天線21接收并且在所述移動部件中被轉(zhuǎn)換成 電能。所述電能可用于移動部件20的運行。
[0043] 該原理附加地根據(jù)圖4根據(jù)分別由基站所發(fā)射的電磁波25的相位關(guān)系的圖示來 說明（盡管按照圖4的基站布置與按照圖1的基站布置有差別，在圖4中示出的原理也可 以轉(zhuǎn)用到按照圖1的實施例上以及以相應(yīng)的方式轉(zhuǎn)用到全部其余被闡述的實施例上）：在 圖4中所示的基站101，102,103,104,105向移動部件20發(fā)射相干電磁波25。電磁波25借 助基站101，102,103,104,105分別利用自己的發(fā)射相位％，Φ 2, Φ3, Φ4, Φ5被發(fā)射。由 于基站101，102,103,104,105與移動部件20之間的距離不同，各個基站101，102,103,104， 105的電磁波25分別具有到移動部件20的不同的傳播時間h，τ 2，τ3，τ4，τ5。這樣選 擇發(fā)射相位Φρ Φ2, Φ3, Φ4, Φ5，使得電磁波25以相同的相位到達(dá)移動部件20。通過這 種方法電磁波25在移動部件20處建設(shè)性地疊加成特別強(qiáng)的總電場。
[0044] 在圖1中所示的實施例中，由基站12,13,14,15,16,17,18發(fā)射的電磁波25的相 對相位被這樣確定，使得移動部件20發(fā)射無線電信號30 (圖2)。所述無線電信號30被基 站12,13,14,15,16,17,18接收。借助控制和分析裝置相互確定由基站12,13,14,15,16， 17,18分別所接收的電磁波25在每一個基站12,13,14,15,16,17,18位置處的相位。根據(jù) 這樣確定的相位確定適當(dāng)?shù)陌l(fā)射相位（參照圖4)。這樣的確定被一次性地或在時間上重復(fù) 地執(zhí)行。
[0045] 在圖3中所示的實施例與圖1和2中所示的實施例相對應(yīng)。但是附加地，在借助根 據(jù)圖3的系統(tǒng)執(zhí)行所述方法時從對相位系數(shù)的認(rèn)識推斷出移動部件20的位置。為此目的， 一組40基站近鄰地--即分別最近的相鄰基站之間的間距小于電磁波25的波長地--沿 著一條直線布置。由該組40基站接收的接收信號通過算法彼此聯(lián)結(jié)。以本身（例如從"數(shù) 字波束形成"或"數(shù)字波束擺動"技術(shù)）已知的方式從由移動部件20所接收信號的相位差 中推論出朝向移動部件20的方向與該組40基站所沿著的直線合圍成的角度。
[0046] 除了"數(shù)字波束擺動"在其他的實施例中也可以使用"模擬波束擺動"，該"模擬波 束擺動"導(dǎo)致由基站組的天線所輻射的電磁波的強(qiáng)集束波瓣。所述波瓣可以根據(jù)基站組內(nèi) 的各個天線19的相位位置以不同的方向擺動。通過將基站組40的天線連接在一起而產(chǎn)生 的較高的天線增益在優(yōu)選的空間方向上同樣造成提高的無線電場強(qiáng)度。
[0047] 在其他沒有單獨示出的、但是此外與所示的實施例相對應(yīng)的實施例中，附加地從 由移動部件20所接收的信號的接收場強(qiáng)度中推斷出移動部件20的位置和/或地點。為此 所需的算法本身是已知的。
[0048] 此外，以足夠數(shù)量的基站為前提，即便在與基站12,13,14,15,16,17,18的地點相 關(guān)的非常一般的條件下，可以總體上從基站12,13,14,15,16,17,18的相位中推斷出移動 部件的位置。
[0049] 從相應(yīng)的發(fā)射相位Φ2, Φ3, Φ4, 〇5和/或接收相位的時間變化曲線以及接 收場強(qiáng)度中也可以借助追蹤算法來實現(xiàn)對位置估計的改善。由此可以檢測移動部件的移動 和適應(yīng)性地調(diào)節(jié)基站12,13,14,15,16,17,18的相位。
[0050] 在另一個沒有專門示出的、但是此外與所示實施例相對應(yīng)的實施例中，向多個移 動部件供能。為此，在時分復(fù)用方法中在不同組的最佳相位系數(shù)之間轉(zhuǎn)換并且因此分別針 對每一個移動部件的位置選擇和調(diào)整最佳系數(shù)。由此在該實施例中以有多用戶能力的方式 實施基站的系統(tǒng)。
[0051] 例如在所闡述的實施例中，移動部件20是RFID標(biāo)簽并且基站12,13,14,15,16， 17,18,101，102,103,104,105是RFID系統(tǒng)的基站。在其他的實施例中，移動部件20是另外 的移動部件并且基站12,13,14,15,16,17,18,101，102,103,104,105形成另外的以無線電 為基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1. 向具有兩個或更多個基站（12,13,14,15,16,17,18)的無線通信系統(tǒng)（10)中的至少 一個移動部件（20)供能的方法，其中借助所述基站（12,13,14,15,16,17,18)中的至少兩 個基站發(fā)射相干電磁波（25)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中尤其是相干發(fā)射的電磁波（25)在至少一個移動部 件（20)位置處的電場的能量被用于對該移動部件（20)供能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中對兩個或更多個相干發(fā)射的電磁波（25)之間 的一個或多個相對發(fā)射相位（Φρ Φ2, Φ3, Φ4, Φ5)進(jìn)行調(diào)整，尤其是借助適當(dāng)?shù)乜刂苹?(12,13,14,15,16,17,18)來調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中根據(jù)試驗和錯誤確定所述一個或多個相對發(fā)射相 位（Φρ Φ2, Φ3, Φ4, Φ5)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中檢測在借助所述基站（12,13,14,15,16， 17.18) 中的至少兩個基站以相干方式向移動部件（20)發(fā)射的電磁波（25)之間的一個或多 個傳播時間相位，并且該一個或多個傳播時間相位被用于選擇和/或調(diào)整所述一個或多個 發(fā)射相位（Φρ Φ2, Φ3, Φ4, Φ5)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中借助移動部件（20)發(fā)射至少一個信號 (30)，所述信號被所述基站（12,13,14,15,16,17,18)中的至少兩個基站接收，并且其中檢 測由所述至少兩個基站（12,13,14,15,16,17,18)所接收的一個或多個傳播時間相位，并 且該一個或多個傳播時間相位被用于選擇和/或調(diào)整所述一個或多個發(fā)射相位（Φρ Φ2， Φ 3，Φ 4，① 5)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中時間相繼地或連續(xù)地檢測一個或多個傳播時 間相位并且根據(jù)該一個或多個傳播時間相位或其時間上的變化來選擇和/或改變和/或匹 配所述一個或多個發(fā)射相位（Φ^ Φ2, Φ3, Φ4, Φ5)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中尤其是根據(jù)由移動部件（20)所接收信號 的接收場強(qiáng)度來檢測移動部件（20)的位置和/或移動狀態(tài)并且根據(jù)所檢測的位置來選擇 和/或改變和/或匹配所述一個或多個發(fā)射相位（Φρ Φ2, Φ3, Φ4, Φ5)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中借助數(shù)字波束擺動方法和/或模擬波束擺 動方法發(fā)射所相干發(fā)射的/待發(fā)射的電磁波（25)。
10. 無線通信系統(tǒng)的基站（12,13,14,15,16,17,18)的系統(tǒng)，其中所述基站（12,13,14， 15.16.17.18) 中的至少兩個基站被構(gòu)造用于發(fā)射相干電磁波（25)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中存在用于控制一個或多個基站（12,13,14,15， 16.17.18) 的控制單元，使得相干發(fā)射的電磁波（25)之間的一個或多個發(fā)射相位（Φπ Φ2， Φ3, Φ4, Φ5)是能調(diào)節(jié)的或能改變的。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中存在用于檢測移動部件（20)的位置的裝 置，尤其是包括用于檢測尤其是在移動部件（20)的位置處和/或在一個或多個基站（12， 13.14.15.16.17.18) 處的一個或多個傳播時間相位和/或接收場強(qiáng)度的裝置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10,11或12所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)被構(gòu)造用于實施根據(jù)權(quán)利要求1 至9之一所述的方法。
【文檔編號】G06K7/10GK104067291SQ201280050613
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】A·齊羅夫, J·許特納, D·J·米勒 申請人:西門子公司