专利名称：射频标签定位系统及射频标签定位方法
技术领域：
本发明与定位技术有关，特别是一种应用射频辨识技术(RFID)的定位方法与系统。
背景技术：
射频辨识系统(RFID)为近年来逐渐广泛使用的无线电波传输信号技术，其前端基本架构为由接收端(Reader)与射频标签(RFID Tag)组成的无线电波传输网络。射频标签定位是射频辨识系统的应用之一，如图1所示，已知技术中的RFID定位系统，是以一射频标签10发送一标签信号，再由读取器20接收该标签信号，并依该标签信号衰减的程度来判断射频标签10与读取器20间的距离。如图1所示，射频标签10发出一强度为_40dBm的射频信号。当读取器20接收到射频信号强度为_60dBm，则射频信号的强度衰减20dB。将强度衰减20dB带入一衰减公式， 可距离约30cm ；当读取器20接收到射频信号强度为_70dBm，则射频信号的强度衰减30dB。 将强度衰减30dB带入一衰减公式，可距离约40cm。基于读取器20的灵敏度，读取器20所能读取的信号强度亦有一下限值，若强度过度衰减，例如强度衰减50dB，使到达读取器20 的信号强度衰减至_90dBm，此时信号强度可能远小于读取器20的灵敏度，致使读取器20实际上无法产生信号强度的读值，此时射频标签10与读取器20间的距离大于读取器20的最大收信边界。再如图2所示，当同时以多个读取器20，30，40同时接收标签信号，便可分别判断射频标签10与各读取器20，30，40间的距离。以各读取器20，30，40为圆心，并以前述的距离为半径分别画一球体之后，便可得到如图2的示意图。理想状态下，各球体将交会于一点，而该点即为射频标签10所在位置。但受限于读取器20，30，40对于信号强度的读值精确度，因此各球体将形成一交集区域50，而射频标签10系位于交集区域50中。但实际上标签信号衰减曲线大致如图3所示，当离超过特定范围时，衰减曲线已为不规则的非线性变化，而线性衰减的稳定区大约仅在特定范围内，使得计算距离的衰减公式不再适用。再者，不同的环境也会影响衰减率，环境中的障碍物会使得射频信号依障碍物的材质产生反射、折射或吸收，产生非线性变化的强度衰减。而前述的公式只能估算出线性的强度-距离关系，但实际环境中强度-距离关系多为非线性的变化，故无法以衰减公式准确测得射频标签10与读取器20，30，40间的距离。

发明内容
已知技术的RFID定位系统中，射频标签与读取器之间，充满着使标签信号衰减成非线性变化的不确定因素，而致使定位不精确。鉴于前述问题，本发明提供一种定位系统及一种射频标签定位方法，不需计算标签信号的衰减率，且可排除导致标签信号衰减的不确定因素所造成的定位误差。本发明所提出的定位系统包含一射频标签、至少一读取器及一后端服务器。
射频标签周期地发射多个具有不同原始信号强度的标签信号，且每一标签信号的原始信号强度决定一相对于射频标签的收信边界。射频标签可为一有源式射频标签，有源地以一自带电力源发出各标签信号；或射频标签可为无源式射频标签，由读取器周期地发射一触发信号，触发信号驱动射频标签发出标签信号。读取器用以读取射频标签所发出的标签信号，且读取器于每一收信边界之内，接收对应标签信号的接收强度大于一预设强度。当读取器接收对应的标签信号的强度大于预设强度，读取判别接收到的标签信号为一可接收信号，且射频标签位于对应的收信边界之内。后端服务器依据可接收信号对应的收信边界，决定该射频标签相对于该读取器的一可能位置范围。定位系统中可以设置多个读取器，使射频标签相对于各读取器分别具有一可能位置范围，则后端服务器就能够以这些可能位置范围的交集区域为射频标签的位置区块。本发明进一步提出一种射频标签定位方法，借由读取器辨识射频标签所在位置。于本方法中，是先以射频标签周期地发射多个具有不同原始信号强度的标签信号。前述的每一标签信号的原始信号强度决定一相对于该射频标签的收信边界。读取器于每一收信边界之内，接收对应标签信号的接收强度大于一预设强度。因此，以读取器读取标签信号之后，找出读取器接收强度大于预设强度的标签信号，而判别接收强度大于预设强度的标签信号为可接收信号。最后，后端服务器依据可接收信号对应的收信边界决定射频标签的可能位置范围。本方法可进一步以一或多个其他读取器取得射频标签对应的其他可能位置范围， 并决定该些可能位置范围的交集区域为射频标签的位置区块。透过前述的组合，于本发明中只需要简单判断读取器是否收到标签信号，并找出标签信号的原始信号强度所决定的收信边界，后端服务器就可以透过这些收信边界的重叠关系，判断射频标签相对于读取器的可能位置范围。由于后端服务器或读取器不需要判断标签信号的衰减率，也不需要以标签信号的衰减率进行复杂的公式计算，因此定位系统整体所需要的硬件资源便可以降低，使得定位系统更稳定，定位更快速。同时，后端服务器或读取器并非以标签信号的衰减率判断射频标签的可能位置范围，因此可以避免导致标签信号衰减的不确定因素所造成的定位误差，使得定位结果更精确。


为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明，其中图1为已知RFID定位系统的示意图。图2为已知RFID定位系统对一射频标签定位的示意图。图3为射频信号的强度-距离关系示意图。图4为本发明射频标签定位系统实施例的架构示意图。图5为本发明射频标签定位系统实施例的标签信号示意图。图6为本发明射频标签定位系统实施例的射频标签定位系统的位置推导示意图。图7为本发明射频标签定位方法第一实施例的流程图。图8为本发明射频标签定位方法第二实施例的流程图。
主要元件符号说明1020，30，40
射频标签读取器200，300，400201，301，401500bl, b2, b3, b4, b5, b650100110
交集区域射频标签位置区块读取器
可能位置范围后端服务器
收信边界
具体实施例方式参阅图4所示，为本发明射频标签定位系统实施例的架构，该射频标签定位系统包含一射频标签100、一读取器200及一后端服务器500。参阅图4所示，射频标签100周期地发射多个具有不同原始信号强度的标签信号 (Tag Signal)，每一标签信号包含一强度识别码A，B，C，各强度识别码A，B，C内含每一标签信号自射频标签100发出时的原始信号强度(-40dBm，-50dBm，-60dBm)，以供读取器200或后端服务器500区隔各标签信号的差异，并确认各标签信号原始信号强度。标签信号经过传递之后，并随着距离衰减，并被读取器200所接收。图4所示的范例中，射频标签100周期地发射三个具有不同原始信号强度的标签信号，其等的强度识别码A，B, C对应的原始信号强度分别为_40dBm，-50dBm, -60dBm,经传递到达读取器200所在地点之后，分别有不同程度的衰减。范例中的强度识别码A及强度识别码B的标签信号衰减至读取强度_70dBm及-73dBm，但仍可被读取器200接收，而使读取器判别内含强度识别码A及强度识别码B的标签信号为可接收信号；而强度识别码C的标签信号衰减至读取器200所无法接收的读取强度，因此读取器200不会将内含强度识别码C的标签信号判别为可接收信号。并且，前述的射频标签100可为有源式射频标签或无源式射频标签。有源式射频标签有源地以一自带电力源发出标签信号，而无源式射频标签则需经由读取器200周期地发射一触发信号，触发信号驱动射频标签100发出标签信号。参阅图5所示，读取器200用以接收射频标签100所发出的标签信号。前述射频标签100发出的每一标签信号的原始信号强度，可决定一相对于射频标签100的收信边界， 于此一收信边界之内，读取器200可接收到对应的标签信号，而判别该标签信号为可接收信号。如图所示的射频标签100依序发出六个具有不同原始信号强度的标签信号，随着各标签信号的原始信号强度不同，其相对于射频标签100的收信边界也不同，使得读取器200 可以接收到标签信号而判别为可接收信号的距离也不同。因此可依据各标签信号的原始信号强度，定义六个收信边界bl M分别对应不同的标签信号。读取器200必须位于收信边界bl M之内，才能收到对应的标签信号而判别为可接收信号。亦即，当标签信号为可接收信号时，读取器200位于对应的收信边界bl，b2，...或M之内。再参阅图5所示，标签信号的原始信号强度越强，则所对应的收信边界bl M越大。例如，若一标签信号的原始信号强度为六个标签信号中最强者，则其对应的收信边界为标记M者，具有最大的范围，读取器200可在M的范围内(包含bl 沾的范围)收到该标签信号；反之，若一标签信号的原始信号强度为六个标签信号中最弱者，则其对应的收信边界将可能为标记bl者，具有最小的范围，读取器200只能在bl的范围内收到该标签信号，若读取器200在M至b 1之间的区域，或在M之外，都无法收到原始信号强度最弱的标签信号。再参阅图4及图5所示，后端服务器500用以找出读取器200接收的可接收信号， 依据可接收信号对应的收信边界bl M，反向地依据收信边界bl M，决定射频标签100 相对于读取器200的可能位置范围。参阅图4所示，射频标签100发送完成一个周期的标签信号之后，读取器200即可接收各标签信号。为了必免噪声干扰造成误判，射频标签100持续地发送标签信号，增加标签信号的样本数至后端服务器500 ；亦可持续判断射频标签100的可能位置范围的变化。读取器200是否接收到标签信号，是以读取器200接收对应标签信号的接收强度是否大于一预设强度作为判断标准。当读取器200接收对应标签信号的接收强度大于预设强度时，判别该接收到的标签信号为可接收信号。此一预设强度可以直接设定为零；亦即当读取器200只要接收到标签信号时，就判别标签信号为可接收信号，并判断读取器200位于该标签信号所对应的收信边界bl，b2，...或M之内。但实务上预设强度的数值会大于零， 以排除系统或外界噪声。读取器200是以有线或无线连接方式，连接于后端服务器500 ；且读取器200得到的可接收信号，系传送至后端服务器500。后端服务器500依据可接收信号对应的收信边界 bl M，决定该射频标签100相对于该读取器200的一可能位置范围。由于读取器200接收到标签信号时所得到的接收强度，并无法反推得到标签信号由射频标签100发出时的原始信号强度，因此该些标签信号都需要包含前述的强度识别码，且强度识别码内含每一标签信号由射频标签100发出时的原始信号强度，如此一来读取器200或后端服务器500才可由强度识别码区分被判别为可接收信号的标签信号，并得到其原始信号强度。当标签信号为可接收信号时，后端服务器500可由强度识别码对应的原始信号强度，找出对应的收信边界bl M，并判别读取器200位于可接收信号对应的收信边界bl M之内。除了强度识别码之外，由于收信边界bl M可事先决定并储存于后端服务器500 中，因此强度识别码也可以用收信边界识别码取代。亦即各标签信号中包含一收信边界识别码，收信边界识别码依据原始信号强度不一的标签信号分别对应相异的收信边界bl M，各收信边界bl M代表原始信号强度不一的标签信号由射频标签100射出后可被读取器200判别为可接收信号的范围。因此，可接收信号的收信边界识别码可供后端服务器 500判别读取器200位于多个收信边界bl M中的何者之内。需注意的是，图5所绘制的收信边界bl M虽呈现二维的圆形，实际上标签信号是同时在空间中朝向所有方向发射，因此理论上各标签信号的收信边界为以射频标签100 为中心的球体。但实际上标签信号传送的过程中会受到环境地型的阻碍、反射及折射等干扰，或射频标签100本身的发射天线具备些微的指向性，可能使得标签信号在特定方向减弱或增强，因此真实的收信边界bl M大多为不规则曲线所围成的封闭区块。因此，实际上的收信边界bl M是依照射频标签100及读取器200设置环境的现场采样结果所定义为较佳的实施方式。现场采样的收信边界bl M并非以标签信号的衰减率进行复杂的公式计算。因此定位系统整体所需要的硬件资源便可以降低，同时避免导致标签信号衰减的不确定因素所造成的定位误差。参阅图6所示，根据可接收信号的收信边界，后端服务器500可反向地推导而得到射频标签100相对于读取器200，300，400的可能位置范围201，301，401。如图6所示，射频标签定位系统中可设置多个读取器200，300，400，且射频标签 100周期地发送标签信号各读取器200先判别各标签信号是否为可接收信号，并传送可接收信号至后端服务器(未绘示于图6)。接着后端服务器依据该些可接收信号所对应的收信边界，反向地得到射频标签100相对于各读取器200，300，400的可能位置范围201，301， 401。最后，后端服务器500判别该些可能位置范围201，301，401的交集区域为该射频标签 100所在的位置区块110。参阅图7所示，是本发明射频标签定位方法第一实施例的流程图。射频标签定位方法执行于本发明的定位系统中。射频标签定位方法的流程说明如下。Step 1 定位系统以射频标签100周期地发射多个具有不同原始信号强度的标签信号。前述每一标签信号分别包含一强度识别码，各强度识别码内含每一标签信号自射频标签100发出时的原始信号强度，用以判断各标签信号的原始信号强度。每一标签信号的原始强度决定一相对于该射频标签的收信边界bl M，因此强度识别码系用以供判别各标签信号所对应的收信边界bl ML前述的强度识别码亦可为收信边界识别码，各收信边界识别码依据原始信号强度不一的标签信号分别对应相异的收信边界bl b6，以供判别各标签信号所对应的收信边界bl b6。射频标签100可为一有源式射频标签，有源地以一自带电力源发出各标签信号。每一标签信号的原始信号强度决定一相对于射频标签100的收信边界bl M，因此读取器200必须位于收信边界bl M之内，读取器200接收对应的标签信号的接收强度才能大于一预设强度，以判别标签信号为一可接收信号，此时读取器200相对于射频标签100的位置，系位于各可接收信号对应的收信边界bl M之内。Step 2 定位系统以读取器200读取射频标签100所发出的标签信号。Step 3 读取器200接收该些标签信号之后，判别接收强度大于预设强度的标签信号为可接收信号。此时，读取器是于可接收信号对应的收信边界之内。例如预设强度为-SOdBm (亦可为零)，读取器200接收到的接收强度大于-SOdBm 时，则读取器200判别标签信号为可接收信号，此时读取器200是于该可接收信号对应的收信边界之内；读取器200接收到的接收强度小于-SOcffim或为零(未收到标签信号)，则读取器200判别标签信号为不可接收信号，而此时读取器200是位于该标签信号对应的收信边界之外。Step 4 当标签信号为可接收信号时，后端服务器500判别读取器200位于可接收信号对应的收信边界之内，因此后端服务器500可以依据可接收信号对应的收信边界210，220，决定射频标签100相对于读取器200的可能位置范围201。定位系统可同时或依序以其他读取器300，400接收射频信号，找出射频标签100 相对于其他读取器300，400的可能位置范围301，401之后，后端服务器500决定该些可能位置范围201，301，401的交集区域为射频标签100的位置区块110。参阅图8所示，为本发明射频标签定位方法第二实施例的流程图。第二实施例的射频标签100为一无源式射频标签，而第二实施例的射频标签定位方法需做修正，在^ep 1之前再加入Mep la。Step la 以读取器200周期地发射一触发信号，触发信号驱动射频标签100发出标签信号。由于无源式的射频标签100需要被触发信号驱动才能发出标签信号，因此，Step 4中的步骤完成后，流程需要回归至^ep la，重新发出触发信号，射频标签100始能持续发出标签信号。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种射频标签定位系统，包含一射频标签，周期地发射多个具有不同原始信号强度的标签信号，且每一标签信号的原始信号强度决定一相对于射频标签的收信边界；至少一读取器，用以读取该射频标签所发出的该些标签信号，其中该读取器于每一收信边界之内，接收对应标签信号的接收强度大于一预设强度时，判别该接收到的标签信号为一可接收信号；及一后端服务器，依据可接收信号对应的收信边界，决定该射频标签相对于该读取器的一可能位置范围。
2.如权利要求1所述的射频标签定位系统，其特征在于，每一标签信号中包含一强度识别码，该强度识别码内含每一标签信号自该射频标签发出时原始信号强度。
3.如权利要求1所述的射频标签定位系统，其特征在于，各标签信号中包含一收信边界识别码，该收信边界识别码依据原始信号强度不一的标签信号分别对应相异的收信边界，各收信边界代表原始信号强度不一的标签信号由射频标签射出后可被读取器判别为可接收信号的范围。
4.如权利要求1所述的射频标签定位系统，其特征在于，该射频标签为一有源式射频标签，有源地以一自带电力源发出各该标签信号。
5.如权利要求1所述的射频标签定位系统，其特征在于，该射频标签为一无源式射频标签，且该读取器周期地发射一触发信号，触发信号驱动该射频标签发出该些标签信号。
6.如权利要求1所述的射频标签定位系统，其特征在于，当该标签信号为可接收信号时，该后端服务器判别该读取器位于该可接收信号对应的收信边界之内。
7.如权利要求1所述的射频标签定位系统，其特征在于，该定位系统具有多个读取器， 且该射频标签相对于各该读取器分别具有一可能位置范围，该后端服务器判别该些可能位置范围的交集区域为该射频标签所在的位置区块。
8.一种射频标签定位方法，借由一读取器辨识一射频标签所在位置，包含步骤如下以该射频标签周期地发射多个具有不同原始信号强度的标签信号，其中每一标签信号的原始信号强度决定一相对于该射频标签的收信边界；以该读取器接收该些标签信号，其中该读取器于每一收信边界之内，接收对应标签信号的接收强度大于一预设强度；以该读取器判别接收强度大于预设强度的标签信号为可接收信号；以及依据该些可接收信号对应的收信边界决定该射频标签的可能位置范围。
9.如权利要求8所述的射频标签定位方法，其特征在于，每一标签信号中包含一强度识别码，各强度识别码内含每一标签信号自该射频标签发出时原始信号强度。
10.如权利要求8所述的射频标签定位方法，其特征在于，各该标签信号中包含一收信边界识别码，该收信边界识别码依据原始信号强度不一的标签信号分别对应相异的收信边界，各收信边界代表原始信号强度不一的标签信号由射频标签射出后可被读取器判别为可接收信号的范围。
11.如权利要求8所述的射频标签定位方法，其特征在于，该射频标签为一有源式射频标签，有源地以一自带电力源发出各该标签信号。
12.如权利要求8所述的射频标签定位方法，其特征在于，该射频标签为一无源式射频标签，且于该射频标签发送该标签信号前更包含一步骤以该读取器周期地发射一触发信号，触发信号驱动该射频标签发出该些标签信号。
13.如权利要求8所述的射频标签定位方法，其特征在于，更包含一步骤，以至少另一读取器取得该射频标签对应的另一可能位置范围，决定该些可能位置范围的交集区域为该射频标签所在的位置区块。
全文摘要
一种射频标签定位系统，用以执行射频标签定位方法。射频定位系统包含一射频标签、至少一读取器及一后端服务器。射频标签周期地发送多个具有不同原始信号强度的标签信号，且每一标签信号的原始信号强度决定一相对于射频标签的收信边界。读取器用以读取标签信号，并可被读取器接收的标签信号为可接收信号。后端服务器依据可接收信号对应的收信边界决定该射频标签相对于读取器的可能位置范围。
文档编号G01S13/74GK102279398SQ201010206570
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者李俊颉, 李睿育 申请人:神基科技股份有限公司