專利名稱：無線微微蜂窩rfid系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及無線通信系統(tǒng)，特別涉及無線微微蜂窩通信系統(tǒng)和射頻 識別(RFID)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線通信正迅速發(fā)展，伴隨著對高速移動數(shù)據(jù)通信不斷增長的需求。舉 例來說，被稱為"無線保真"或"WiFi"的系統(tǒng)和無線局域網(wǎng)(WLAN)正 應(yīng)用于許多不同類型的區(qū)域中(咖啡店，機(jī)場，圖書館等)。無線通信系統(tǒng) 與稱為"客戶端"的無線設(shè)備進(jìn)行通信，客戶端必須駐留于無線范圍或"蜂 窩覆蓋區(qū)域"內(nèi)，從而與接入點(diǎn)設(shè)備通信。
無線微微蜂窩系統(tǒng)
應(yīng)用無線通信系統(tǒng)的一種方案包括使用"微微蜂窩"，這是具有從大約 數(shù)米直到大約20米半徑范圍的射頻覆蓋區(qū)域。由于微微蜂窩覆蓋很小的區(qū) 域，因此通常每個(gè)微微蜂窩只有很少的用戶(客戶端)。這允許最小化無線 系統(tǒng)用戶共享的RF帶寬量。同樣，微微蜂窩允許較小地區(qū)內(nèi)的選擇性無線 覆蓋，否則，當(dāng)由傳統(tǒng)基站所產(chǎn)生的較大蜂窩覆蓋時(shí)，這些較小地區(qū)的信號 強(qiáng)度就變差。
微微蜂窩由無線接入點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生并以其為中心，無線接入點(diǎn)設(shè)備包括可 操作地連接到天線的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)。給定的微微蜂窩的大小取決于接入點(diǎn)設(shè) 備所發(fā)送的RF功率量、接收機(jī)靈敏度、天線增益和RF環(huán)境、以及無線客戶 端設(shè)備的RF發(fā)射機(jī)/接收機(jī)靈敏度。客戶端設(shè)備通常具有固定的RF接收靈 敏度，從而使上述接入點(diǎn)設(shè)備的特性能決定微微蜂窩的大小。
將多個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備組合就產(chǎn)生覆蓋稱為"微微蜂窩覆蓋區(qū)域"的區(qū)域的 微微蜂窩陣列。密集壓縮的微微蜂窩陣列在整個(gè)微微蜂窩覆蓋區(qū)域中提供了 高數(shù)據(jù)吞吐量。射頻識別
射頻識別(RFID)是一種使用RFID標(biāo)簽的遠(yuǎn)程識別技術(shù)，在RFID標(biāo) 簽中存儲有信息。通過RFID標(biāo)簽和RFID標(biāo)簽讀取器之間的RF通信，所儲 存的信息能得到提取。通常的RFID系統(tǒng)使用RFID讀取器(如手持式的)， 當(dāng)將其放到與RFID標(biāo)簽足夠近時(shí)，能讀取標(biāo)簽所發(fā)出的RFID標(biāo)簽信號。R FID系統(tǒng)被用于庫存管理和多種不同工業(yè)中的產(chǎn)品跟蹤，也用于圖書館和醫(yī) 院。
有三種主要的RFID標(biāo)簽類型。第一種類型是具有不帶內(nèi)部電源的微電 路(典型的是數(shù)字儲存芯片)的無源標(biāo)簽。無源RFID標(biāo)簽由來自RFID標(biāo)簽 讀取器的輸入RF信號提供電源。RF信號為微電路提供足夠的電源從而經(jīng)由 電磁RF標(biāo)簽信號將RFID標(biāo)簽中儲存的信息發(fā)送給RFID讀取器。
第二種RFID標(biāo)簽類型是半無源的，包括微芯片和小型電源，從而使RFI D標(biāo)簽?zāi)墚a(chǎn)生較強(qiáng)的RF標(biāo)簽信號，形成較大的讀取范圍。第三種RFID標(biāo)簽 類型是有源的，類似于半無源型標(biāo)簽，具有自己的電源。有源RFID標(biāo)簽產(chǎn) 生輸出RF標(biāo)簽信號并能對來自RF標(biāo)簽讀取器的RF信號詢問作出響應(yīng)，或 周期性地產(chǎn)生自己的輸出RF標(biāo)簽信號。
實(shí)現(xiàn)覆蓋較大區(qū)域(如整個(gè)辦公大樓)并以高分辨度跟蹤多個(gè)物品的RF ID系統(tǒng)通常需要使用大量RFID標(biāo)簽讀取器，并將它們連接到能處理從RFID 標(biāo)簽接收的數(shù)據(jù)的中央計(jì)算機(jī)。例如，前提是通過人們物理地?cái)y帶RFID讀 取器，并詢問每個(gè)RFID標(biāo)簽，讀取RPID標(biāo)簽是可以完成的。RFID的這種
傳統(tǒng)方案是設(shè)備密集型和勞動力密集型的，并且實(shí)施和維護(hù)起來往往很昂
蟲 貝。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種無線微微蜂窩射頻識別(RFID)系統(tǒng)，用于跟 蹤一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽中都儲存有信息。該系統(tǒng)包括由微微蜂 窩陣列組成的微微蜂窩覆蓋區(qū)域，微微蜂窩陣列由一個(gè)或多個(gè)電-光(E-O) 接入點(diǎn)設(shè)備形成，每個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備具有天線，且都適于將電RF信號轉(zhuǎn)換為 光RF信號，反之亦然。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括具有一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)單元和RFID讀取器單元的中央控制站。中央控制站通過RF光通信鏈路光連接到每個(gè)E-O
接入點(diǎn)設(shè)備。每個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備適于通過RF光通信鏈路接收并中繼儲存 在每個(gè)RFID標(biāo)簽中的信息到RFID讀取器單元，所述RFID標(biāo)簽位于相應(yīng)的 微微蜂窩中。
本發(fā)明的另一方面是一種無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)，用于跟蹤一個(gè)或多 個(gè)發(fā)射電磁RFID標(biāo)簽信號的RFID標(biāo)簽。該系統(tǒng)包括具有一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)單 元和一個(gè)或多個(gè)RFID讀取器單元的中央控制站。RFID讀取器單元的數(shù)量通 常取決于所要處理的RFID標(biāo)簽信號的體積。該系統(tǒng)還具有一個(gè)或多個(gè)E-O 接入點(diǎn)設(shè)備，因而形成一個(gè)或多個(gè)微微蜂窩，接入點(diǎn)設(shè)備光連接到中央控制 站，并適于將來自中央控制站的光RF業(yè)務(wù)信號轉(zhuǎn)換為電磁RF業(yè)務(wù)信號，反 之亦然。每個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備適于(例如經(jīng)由電-光轉(zhuǎn)換器)接收來自相應(yīng)微 微蜂窩中所存在的一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽中的任何一個(gè)的電磁RFID標(biāo)簽信 號，并將相應(yīng)的RFID光信號光發(fā)送給中央控制站。中央控制站適于將RFID 光信號轉(zhuǎn)換為電RFID信號，該電RFID信號然后由一個(gè)或多個(gè)RFID讀取器 單元接收。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種無線微微蜂窩RFID方法。該方法包括在由 一個(gè)或多個(gè)微微蜂窩組成的微微蜂窩覆蓋區(qū)域內(nèi)定位一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo) 簽，標(biāo)簽中儲存有信息，并在每一微微蜂窩中從定位在該微微蜂窩中的每個(gè) RFID標(biāo)簽接收信息。該方法還包括將RFID標(biāo)簽信息光發(fā)送給遠(yuǎn)程的RFID 讀取器單元。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)說明中闡明，且對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員來說，從說明書中得到或通過按本文所描述的方式實(shí)踐本發(fā)明來認(rèn)識 這些特征和優(yōu)點(diǎn)，將是顯而易見的，所述本文包括下面的詳細(xì)說明、權(quán)利要 求、以及附圖。
應(yīng)當(dāng)理解的是，前述大概描述和下面的詳細(xì)描述呈現(xiàn)了本發(fā)明的實(shí)施 例，并意圖提供用于理解如權(quán)利要求所要求保護(hù)的發(fā)明的性質(zhì)和特點(diǎn)的總體 看法或框架。還包括有附圖，以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并結(jié)合于本說 明書中并成為其一部分。附圖與說明書一起舉例說明了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施 例，并用于解釋本發(fā)明的原則和操作。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)的典型實(shí)施例的示意圖2為圖1的系統(tǒng)的放大圖，顯示了一個(gè)典型的微微蜂窩及其相應(yīng)的E-O接入點(diǎn)設(shè)備，還顯示了微微蜂窩內(nèi)計(jì)算機(jī)形式的典型無線客戶端設(shè)備，以 及其上固定有RFID標(biāo)簽的物品；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)的典型實(shí)施例的詳細(xì)示意 圖，顯示了通過相應(yīng)光纖下行鏈路和上行鏈路可操作地連接到E-O接入點(diǎn)設(shè) 備的中央控制站的典型實(shí)施例細(xì)節(jié)；
圖4為圖3的系統(tǒng)的放大圖，舉例說明了使用波分復(fù)用(WDM)和單光 纖下行鏈路和單光纖上行鏈路以在E-O接入點(diǎn)設(shè)備和中央控制站之間提供雙 向RF光通信鏈路的系統(tǒng)的典型實(shí)施例；以及
圖5為圖1的系統(tǒng)的典型應(yīng)用的示意圖，該系統(tǒng)被安排為監(jiān)控沿確定的 路線移動的物品，如沿裝配線移動。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，這些實(shí)施例在相關(guān)附圖中 得以舉例說明。只要可以，附圖中相同或近似的參數(shù)用于代表相同或相似的 部件。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10的典型實(shí)施例的示意 圖。系統(tǒng)IO包括中央控制站20 (也稱為"頭端")，在中央控制站20中進(jìn) 行所有的網(wǎng)絡(luò)管理和信號處理，并建立與外部網(wǎng)絡(luò)如外部網(wǎng)絡(luò)24的通信。中 央控制站20經(jīng)由相應(yīng)的RF光通信鏈路36可操作地連接到多個(gè)電-光(E-O) 接入點(diǎn)設(shè)備30。在一優(yōu)選實(shí)施例中，RF光通信鏈路36包括光纖，如下面所 討論的下行鏈路和上行鏈路光纖。E-O接入點(diǎn)設(shè)備30被安排為形成一個(gè)或多 個(gè)微微蜂窩40的陣列42，陣列42組成微微蜂窩覆蓋區(qū)域44。
圖2為圖1的無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10的放大圖，顯示了單個(gè)微微蜂 窩40的舉例及其相應(yīng)的E-O接入點(diǎn)設(shè)備30。在一個(gè)典型實(shí)施例中，E-0接 入點(diǎn)設(shè)備30包括天線32，微微蜂窩40以其為中心。天線32電連接到接收電 信號并將其轉(zhuǎn)換為光信號的電-光(E/0)轉(zhuǎn)換器150，以及電連接到接收光 信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號的光-電(0/E)轉(zhuǎn)換器170。在一個(gè)典型實(shí)施例中，每個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備30不按照傳統(tǒng)WLAN接入點(diǎn)設(shè)備的方式那樣參與 信號處理。相反，它們只用作如下文所詳細(xì)描述的RF信號應(yīng)答器。
微微蜂窩40中還顯示了其上固定有RFID標(biāo)簽54的物品50。物品50是 被系統(tǒng)IO跟蹤的任意物品。舉例來說，RFID標(biāo)簽54可以是無源、半無源或 有源型RFID標(biāo)簽。在一個(gè)典型實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽54及其相 應(yīng)物品50位于微微蜂窩覆蓋區(qū)域44內(nèi)。微微蜂窩40中還顯示了無線客戶端 設(shè)備60，為了便于說明，其顯示為計(jì)算機(jī)的形式。
圖3為無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10的典型實(shí)施例的詳細(xì)示意圖，顯示了 中央控制站20及形成微微蜂窩覆蓋區(qū)域44的E-O接入點(diǎn)設(shè)備30的細(xì)節(jié)。在 一優(yōu)選實(shí)施例中，RF光通信鏈路36是基于光纖的，且在一個(gè)典型實(shí)施例中 包括一個(gè)或多個(gè)光纖下行鏈路36D和一個(gè)或多個(gè)光纖上行鏈路36U。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，中央控制站20包括多個(gè)業(yè)務(wù)單元90，業(yè)務(wù)單元9 0提供傳統(tǒng)的無線蜂窩系統(tǒng)業(yè)務(wù)，例如蜂窩電話業(yè)務(wù)、用于數(shù)據(jù)通信的WIFI 等。為了便于說明，顯示了兩個(gè)業(yè)務(wù)單元90。每個(gè)業(yè)務(wù)單元90具有RF傳輸 線92及RF接收線94。中央控制站20中還包括為系統(tǒng)10提供RFID能力的 RFID讀取器單元100。 RFID讀取器單元100具有RF傳輸線102及RF接收 線104。
無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10進(jìn)一歩包括可操作地連接到RFID讀取器單 元100的控制器110。在一個(gè)典型實(shí)施例中，控制器IIO包括中央處理單元 (CPU) 112和用于儲存數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元114，所述數(shù)據(jù)包括如下文描述的所 包含的RFID標(biāo)簽信息。CPU112適于(例如編程)處理RFID讀取器單元11 0提供給控制器110的信息。在一個(gè)典型實(shí)施例中，控制器110是或包括可編 程計(jì)算機(jī)。
中央控制站20包擴(kuò)第一 RF信號復(fù)用器單元120。 RF信號復(fù)用器單元12 O具有輸入側(cè)122和輸出側(cè)124。傳輸線92和102電連接到RF信號復(fù)用器單 元120的輸入側(cè)122。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，RF信號復(fù)用器單元120包括第一 RF信號引導(dǎo)元 件(126)例如RF開關(guān))，如下文所述，其允許通過RFID讀取器單元100 與微微蜂窩40進(jìn)行選擇性通信。在一個(gè)例子中，選擇性通信包括微微蜂窩4 0的連續(xù)通信(例如輪詢)。同樣，在一個(gè)典型實(shí)施例中，RF信號復(fù)用器單元120包括第二RF信號引導(dǎo)元件128 (例如RF開關(guān))，其允許從每個(gè)微微 蜂窩40的單個(gè)天線32中輻射來自不同業(yè)務(wù)單元卯的不同RF業(yè)務(wù)信號(下 文中介紹)。
中央控制站20還包括具有輸入側(cè)132和輸出側(cè)134的第二 RF信號復(fù)用 器單元130。接收線94和104電連接到RF信號復(fù)用器單元130的輸出側(cè)13 4。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，中央控制站20還包括多個(gè)電-光(E/0)轉(zhuǎn)換器1 50，其將RF電信號轉(zhuǎn)換為RF光信號。E/0轉(zhuǎn)換器150電連接到RF信號復(fù) 用器單元120的輸出端124，并光連接到光纖下行鏈路36D的輸入端156。 中央控制站20還包括多個(gè)光-電(O/E)轉(zhuǎn)換器170，其將RF光信號轉(zhuǎn)換為 RF電信號。0/E轉(zhuǎn)換器170電連接到RF信號復(fù)用器單元130的輸入端132， 并光連接到光纖上行鏈路36U的輸出端178。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，中央控制站20包括RF信號復(fù)用器單元130和O/ E轉(zhuǎn)換器170之間的放大器180，以放大上行鏈路RF電信號，如下文所論。 中央控制站20中還包括將業(yè)務(wù)單元90和RFID讀取器單元100連接到一個(gè)或 多個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)24的外部網(wǎng)絡(luò)鏈路200。
如下文所論，繼續(xù)參考圖3，在一個(gè)典型實(shí)施例中，每個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備30 包括O/E轉(zhuǎn)換器單元170和E/0轉(zhuǎn)換器單元150。 O/E轉(zhuǎn)換器170光連接到光 纖下行鏈路36D的各個(gè)輸出端158。 E/O轉(zhuǎn)換器150光連接到光纖上行鏈路3 6U的輸入端176。 E/0轉(zhuǎn)換器150和0/E轉(zhuǎn)換器170都可操作地連接到其各 自的天線32。在一個(gè)典型實(shí)施例中，與E-0接入點(diǎn)設(shè)備30有關(guān)的光連接包 括額外的電子元件，例如放大器和濾波器(未顯示)。
操作方法
參考圖1至圖3，微微蜂窩RFID系統(tǒng)10操作如下。在中央控制站20， 業(yè)務(wù)單元90產(chǎn)生經(jīng)傳輸線92發(fā)送給復(fù)用器單元120的下行電RF業(yè)務(wù)信號S D。復(fù)用器單元120將下行電RF業(yè)務(wù)信號SD分配給與其電連接的E/O轉(zhuǎn)換 器150， E/0轉(zhuǎn)換器將這些信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的下行光RF業(yè)務(wù)信號SD，。下行 光RF業(yè)務(wù)信號SD'通過光纖下行鏈路26D傳輸至E-O接入點(diǎn)設(shè)備30中其相 應(yīng)的0/E轉(zhuǎn)換器170，在其中，光信號被轉(zhuǎn)換回下行電RF業(yè)務(wù)信號SD。隨后下行電RF業(yè)務(wù)信號SD驅(qū)動相應(yīng)的天線32，天線將下行電RF業(yè)務(wù)信號S D轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于業(yè)務(wù)單元90所提供的特定業(yè)務(wù)(蜂窩電話，數(shù)據(jù)等)的相應(yīng) 下行電磁RF業(yè)務(wù)信號250 (圖2)。
假設(shè)目前下行電磁RF業(yè)務(wù)信號250代表數(shù)據(jù)，客戶端60 (例如經(jīng)由無 線卡，未顯示)接收該數(shù)據(jù)，并處理該數(shù)據(jù)?？蛻舳?0還產(chǎn)生被天線32接 收的上行鏈路電磁RF業(yè)務(wù)信號260。天線32將上行鏈路電磁RF業(yè)務(wù)信號2 60轉(zhuǎn)換為上行鏈路電RF業(yè)務(wù)信號SU。在E-0接入點(diǎn)設(shè)備30中是否使用信 號放大取決于微微蜂窩系統(tǒng)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。
E/0轉(zhuǎn)換器150接收上行鏈路電RF業(yè)務(wù)信號SU并將其轉(zhuǎn)換為上行鏈路 光RF業(yè)務(wù)信號SU，，通過光纖上行鏈路36U將其傳輸至中央控制站20中的 0/E轉(zhuǎn)換器170。 0/E轉(zhuǎn)換器170隨后將上行鏈路光RF業(yè)務(wù)信號SU，轉(zhuǎn)換上 行鏈路電RP業(yè)務(wù)信號SU，其被放大器180進(jìn)行光放大并被轉(zhuǎn)送給RF信號 復(fù)用器單元130。然后RF信號復(fù)用器單元130將來自不同微微蜂窩40的上 行鏈路電RF業(yè)務(wù)信號SU分配給相應(yīng)的業(yè)務(wù)單元90，業(yè)務(wù)信號在其中得到 處理，如數(shù)字處理，并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)鏈路200被轉(zhuǎn)送給外部網(wǎng)絡(luò)24。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，通過提供不同的業(yè)務(wù)(例如蜂窩電話業(yè)務(wù)，用于 數(shù)據(jù)通信的WiFi)，來自業(yè)務(wù)單元90的不同業(yè)務(wù)在RF信號層利用頻率復(fù)用 與不同且獨(dú)立的信號處理相結(jié)合。 一旦產(chǎn)生RF業(yè)務(wù)信號SD， RF信號引導(dǎo) 元件128就將其導(dǎo)向不同的E-O接入點(diǎn)設(shè)備30，從而允許從每個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備 的單個(gè)天線32輻射不同的RF業(yè)務(wù)信號。中央控制站20中的相應(yīng)業(yè)務(wù)單元9 0管理不同業(yè)務(wù)的各種信號處理。每個(gè)微微蜂窩40攜帶為特定微微蜂窩內(nèi)每 個(gè)客戶端60所指定的各種RF業(yè)務(wù)信號SD。
RFID功能
本發(fā)明的無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10包括RFID功能。在一個(gè)典型實(shí)施 例中，微微蜂窩覆蓋區(qū)域44內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽54中的某些或全部 標(biāo)簽需要用RFID詢問信號來激活。通過RFID詢問信號的激活促使RFID標(biāo) 簽54發(fā)射包含存儲在該標(biāo)簽中的信息的電磁RFID標(biāo)簽信號。舉例來說，在 無源RFID標(biāo)簽54中，電磁RFID詢問信號中的能量用足夠的能量激勵(lì)RFID 標(biāo)簽中的微芯片(未顯示)，以發(fā)送存儲在該芯片的RFID標(biāo)簽儲存部分中的{言息。
相應(yīng)地，繼續(xù)參考圖3， RFID讀取器單元100產(chǎn)生電RFID詢問信號S I，并通過RFID傳輸線102將其發(fā)送給RF信號復(fù)用器單元120。在一個(gè)典型 實(shí)施例中，順序地輪詢微微蜂窩40，信號復(fù)用器單元120中的RF信號引導(dǎo) 126將RFID詢問信號SI導(dǎo)向E/0轉(zhuǎn)換器150。 E/O轉(zhuǎn)換器150將電RF詢問 信號SI轉(zhuǎn)換為光RF詢問信號SI'，通過相應(yīng)的光纖下行鏈路36D將其傳輸 至相應(yīng)的0/E轉(zhuǎn)換器170。 0/E轉(zhuǎn)換器170將光RF詢問信號SI'轉(zhuǎn)換回電RF 詢問信號SI。電RF詢問信號SI隨后被導(dǎo)向相應(yīng)的天線32，天線將電RF詢 問信號轉(zhuǎn)換為電磁RF詢問信號300 (圖2)。
電磁RF詢問信號300促使微微蜂窩40中的每個(gè)RFID標(biāo)簽54發(fā)射電磁 RFID標(biāo)簽信號310。然后天線32接收該電磁RFID標(biāo)簽信號。假設(shè)現(xiàn)在所討 論的是在微微蜂窩40中只存在單個(gè)RFID標(biāo)簽54，那么天線32將電磁RFID 標(biāo)簽信號310轉(zhuǎn)換為電RFID標(biāo)簽信號ST并將其導(dǎo)向E/0轉(zhuǎn)換器150，其將 該信號轉(zhuǎn)換為光RFID標(biāo)簽信號ST'。光RFID標(biāo)簽信號ST'通過光纖上行鏈 路36U傳輸至相應(yīng)的0/E轉(zhuǎn)換器170，其將該光信號轉(zhuǎn)換回電RFID標(biāo)簽信 號ST。隨后電RFID標(biāo)簽信號ST傳輸至RF信號復(fù)用器單元130，其經(jīng)由R F接收線104將該信號導(dǎo)向RFID單元100。然后RFID讀取器單元100處理 電RFID標(biāo)簽信號ST，以提取出其中所含有的信息，例如標(biāo)簽號或所標(biāo)記的 物品屬性等。在已知信號導(dǎo)向元件126 (例如RF開關(guān))的設(shè)置的情況下，R FID讀取器單元100能夠取得標(biāo)簽的位置，也就是RFID標(biāo)簽被讀取的特定微 微蜂窩。在一個(gè)典型實(shí)施例中，RFID讀取器單元100通過信號SC將RPID 標(biāo)簽信息傳遞給控制器110。控制器110在處理器112中處理該信息，隨后 將結(jié)果儲存在內(nèi)存單元114中，或者僅僅將該信息直接儲存在內(nèi)存單元中， 例如以每個(gè)RFID標(biāo)簽54的歷史日志的形式儲存。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，通過順序地與每個(gè)微微蜂窩40通信而重復(fù)上述處 理。舉例來說，上述步驟的實(shí)現(xiàn)，是通過RF信號引導(dǎo)元件126按順序一次 一個(gè)地將RF詢問信號SI導(dǎo)向與不同微微蜂窩40相關(guān)的不同E/0轉(zhuǎn)換器15 0，由此覆蓋定義了微微蜂窩覆蓋區(qū)域44的微微蜂窩40陣列42。
在另一個(gè)典型實(shí)施例中，至少一個(gè)RFID標(biāo)簽54是產(chǎn)生電磁RFID標(biāo)簽 信號310的有源型標(biāo)簽，不必通過RFID詢問信號來對該RFID標(biāo)簽54進(jìn)行詢問。對于這種類型的RFID標(biāo)簽54， RFID處理與上文所描述的相同，但沒 有通過RFID讀取器單元產(chǎn)生RFID詢問信號300。相反，電磁RFID標(biāo)簽信 號310是由RFID標(biāo)簽來產(chǎn)生并發(fā)射的(例如周期性地)，并且被天線32收 到，天線將其轉(zhuǎn)換為被中繼到RFID讀取器單元100的電RFID標(biāo)簽信號S T，如上所述。
如果多個(gè)RFID標(biāo)簽54位于給定的微微蜂窩40中，在一個(gè)典型實(shí)施例 中，RFID讀取器單元100每次讀取一個(gè)RFID標(biāo)簽。舉例來說，這包括向外 發(fā)送RFID詢問信號300給所有的RFID標(biāo)簽54，連同發(fā)送的有以特定比特 作為開始的標(biāo)簽號。如果有一個(gè)以上的RFID標(biāo)簽54作出響應(yīng)，則RFID讀 取器單元100使用RFID標(biāo)簽號中的下一個(gè)比特來區(qū)分這些RFID標(biāo)簽，直到 只有一個(gè)RFID標(biāo)簽作出響應(yīng)?；谄涮囟ǖ腞FID標(biāo)簽號，微微蜂窩內(nèi)其他 的RFID標(biāo)簽54在不同的時(shí)間被讀取。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，RFID標(biāo)簽信號ST具有與業(yè)務(wù)單元90相關(guān)的現(xiàn)有 無線通信業(yè)務(wù)信號SD相似的頻率和幅度，從而使RFID業(yè)務(wù)能容易地與其他 微微蜂窩業(yè)務(wù)結(jié)合。
對于無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)來說，每個(gè)微微蜂窩的各RF業(yè)務(wù)信號SD以高速高比 特速率與客戶端60通信。但是，相比起來RFID處理就非常緩慢，因?yàn)樵谝?個(gè)典型實(shí)施例中，只有非常少的信息比特(例如1比特至月1千比特)在每 個(gè)RFID標(biāo)簽54和RFID讀取器單元100之間交換。此外，在大多數(shù)情況 中，對于RFID通信，時(shí)間不是非常關(guān)鍵的。因此，本發(fā)明不需要每個(gè)微微 蜂窩40的各個(gè)RFID讀取器單元保持與其相關(guān)微微蜂窩中的RPID標(biāo)簽54的 通信。相反，在一個(gè)典型實(shí)施例中，使用單個(gè)RFID讀取器單元100，且系統(tǒng) 10使用與每個(gè)微微蜂窩40通信的單個(gè)RFID讀取器單元100。在一個(gè)典型的 應(yīng)用中，雖然其他的輪詢速度可取決于特定應(yīng)用來執(zhí)行，但每個(gè)微微蜂窩40 每秒至每分鐘被輪詢一次。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，用單個(gè)RFID讀取器單元100在微微蜂窩40之間 進(jìn)行RFID通信就太慢了，因此用兩個(gè)或更多的RFID讀取器單元IOO來和微 微蜂窩40的不同子集通信(圖2)。舉例來說，當(dāng)需要盤點(diǎn)給定微微蜂窩40 中的大量RFID標(biāo)簽54 (例如數(shù)千或數(shù)萬)時(shí)，且其中微微蜂窩陣列43由許 多微微蜂窩組成(如數(shù)百或數(shù)千)，則多個(gè)RFID讀取器單元100可用于微微蜂窩RFID系統(tǒng)10中。
微微蜂窩RFID系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)是非常靈活的，且與傳統(tǒng)RFID系統(tǒng)相 比具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，用于RFID標(biāo)簽讀取的主要頻率為微微蜂窩系統(tǒng)10 很容易支持的大約900MHZ到2.4GHZ范圍內(nèi)的頻率，該系統(tǒng)通常運(yùn)作于大 約800MHZ到6.0GHZ的頻率范圍內(nèi)。
同樣，本發(fā)明中所使用的優(yōu)選的RFID發(fā)射和接收功率水平與現(xiàn)有無線 通信系統(tǒng)相當(dāng)。在多種業(yè)務(wù)使用相同的頻帶的典型實(shí)施例中，——例如2.4G HZ上的WiFi和RFID標(biāo)簽讀取——用來避免擴(kuò)展時(shí)間段內(nèi)的災(zāi)難性干擾的 技術(shù)得以使用，例如跳頻和/或靜態(tài)信道分配。
RFID系統(tǒng)升級是易于執(zhí)行的，因?yàn)槲⑽⒎涓C的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)非常適于支持在 中央控制站20中作出改變。在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中，RFID讀取器單 元100用于RFID標(biāo)簽寫入，以添加或更新RPID標(biāo)簽54中的信息。RFID標(biāo) 簽寫入允許改變對不同工作組、項(xiàng)目的物品分配或物品狀態(tài)(如從"銷售 中"至U "已售")。
記錄RFID數(shù)據(jù)
在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中，系統(tǒng)IO輪詢蜂窩覆蓋區(qū)域44內(nèi)的RFID 標(biāo)簽54，從而在與所標(biāo)記的物品50相關(guān)的所有RFID標(biāo)簽的控制器110中保 持歷史日志。由于微微蜂窩40相對較小，因此在任何給定的時(shí)間，系統(tǒng)10 在非常高的空間分辨度范圍內(nèi)知道微微蜂窩覆蓋區(qū)域44中的所有物品50的 位置，如幾米。在一個(gè)典型實(shí)施例中，RFID標(biāo)簽54的通信距離在物理上限 制為幾米，由此定義了系統(tǒng)10的RFID位置分辨度。
無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10能夠支持大量RFID標(biāo)簽54，特別是在控制 器110具有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理能力的情況中。在一個(gè)典型實(shí)施例中，本發(fā)明包 括由RFID讀取器單元IOO和控制器110進(jìn)行的基于計(jì)算機(jī)的物品位置和/或 運(yùn)動跟蹤。
一個(gè)相關(guān)的典型實(shí)施例包括在一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽54信息中儲存與相 應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)物品移動的最后時(shí)間及其過去和當(dāng)前位置有關(guān)的信息。在一個(gè)典型實(shí)施例中，系統(tǒng)io通過這樣的方式來完成該功能，即控制器110將信 息提供給RFID讀取器單元100， RFID讀取器單元按照與RFID讀取器單元 發(fā)出RF詢問信號SI類似的方式將該信息發(fā)送給特定RFID標(biāo)簽54。在一個(gè) 典型實(shí)施例中，位置和時(shí)間信息隨后用獨(dú)立的RFID標(biāo)簽讀取器350讀出 (圖2)，該讀取器350不與微微蜂窩RFID系統(tǒng)IO相連，而是與中央數(shù)據(jù) 庫356連接。與這種分散的紀(jì)錄保存相反，所有信息儲存在中央數(shù)據(jù)庫356 中，在任何時(shí)候都可以通過獨(dú)立的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(未顯示)訪問中央數(shù)據(jù)庫。
將新的RFID標(biāo)簽引入微微蜂窩覆蓋區(qū)域
在一個(gè)典型實(shí)施例中，RFID讀取器單元100在下一個(gè)RFID輪詢事件時(shí) 發(fā)現(xiàn)被引進(jìn)微微蜂窩覆蓋區(qū)域44的新的RFID標(biāo)簽54。在一個(gè)典型實(shí)施例 中，如果RFID標(biāo)簽54被毀壞，那么RPID讀取器單元100和/或控制器110 適于產(chǎn)生警報(bào)，并從控制器110的內(nèi)存單元112中儲存的紀(jì)錄中提供物品的 最后位置(或完整的跟蹤歷史)。
WDM方案
光纖下行鏈路和上行鏈路36D和36U (圖3)具有很低的損耗和很大的 帶寬。因此，中央控制站20實(shí)質(zhì)上能與微微蜂窩覆蓋區(qū)域44相距任意距 離。例如，在中央控制站20和E-O接入點(diǎn)設(shè)備30之間有幾千米或甚至數(shù)十 千米都是支持的。
圖4無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10的典型實(shí)施例的放大圖，其顯示了結(jié)合 光復(fù)用單元410和光分離單元420使用的E/0轉(zhuǎn)換器150和O/E轉(zhuǎn)換器17 0，還有單個(gè)光纖下行鏈路36U和單個(gè)光線下行鏈路36D。波分復(fù)用(WD M)的使用允許多個(gè)不同的E-O接入點(diǎn)設(shè)備30共享單個(gè)光纖，而不用使用圖 3中所示的分離的光纖上行鏈路和下行鏈路。如果中央控制站20離微微蜂窩 覆蓋區(qū)域44有許多千米遠(yuǎn)，則使用光纖下行鏈路和上行鏈路36D和36U的 WDM方案是十分有利的。本發(fā)明包括相關(guān)的WDM典型實(shí)施例，其采用增-減復(fù)用器和分離器(未顯示)，而不是采用光復(fù)用和分離單元410和420。
重疊微微蜂窩微微蜂窩40實(shí)際上通常沒有明顯的界限。因此，可能發(fā)生多個(gè)微微蜂窩
40覆蓋并讀取同一個(gè)RFID標(biāo)簽54的情況。在該情況中，系統(tǒng)10可準(zhǔn)確地 識別相應(yīng)物品50的位置。如果兩個(gè)或多個(gè)微微蜂窩40讀取RF標(biāo)簽54，則 該標(biāo)簽必然位于多個(gè)微微蜂窩間的交點(diǎn)處。在一個(gè)典型實(shí)施例中，RF讀取器 單元100 (或控制器110)因此適于(例如編程)說明微微蜂窩的重疊部分并 確定物品的位置。
其他應(yīng)用
無線微微蜂窩RFID系統(tǒng)10的一種典型應(yīng)用包括監(jiān)控過程并支持過程控 制。在圖5所示的典型實(shí)施例中，當(dāng)相關(guān)物品50在定義的路徑510上移動 時(shí)，例如在某過程的一條裝配線上，系統(tǒng)10監(jiān)控RFID標(biāo)簽54中所包含的 信息。當(dāng)物品在路徑510上移動時(shí)，RFID標(biāo)簽54中的該信息隨著物品的狀 態(tài)和/或位置的改變而改變。微微蜂窩40位于沿路徑510的不同監(jiān)控點(diǎn)處， 并收集與物品50的狀態(tài)有關(guān)的信息，例如時(shí)間和位置信息，以及處理情況。
另一種典型應(yīng)用包括高價(jià)值物品50的安全監(jiān)控。當(dāng)RFID標(biāo)簽54離開 確定的微微蜂窩位置時(shí)，則發(fā)出警報(bào)聲(例如通過控制器110)。舉例來 說，這種安全監(jiān)控可用于監(jiān)控藝術(shù)展中的藝術(shù)品，醫(yī)院/診所中的藥品，核研 究所中的核草料，圖書館中的稀有書籍、地圖和其他著作等。
另一種典型應(yīng)用包括大樓門禁控制，借此，微微蜂窩40監(jiān)控需要佩帶R FID標(biāo)簽的人員的位置和移動(可以認(rèn)為是本發(fā)明上下文中的"物品")。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯而易見的是，可以對本發(fā)明作出各種各樣 的修改和變化，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明傾向于覆蓋所 提供的該發(fā)明的修改和變化，所述修改和變化是在附加的權(quán)利要求及其等效 物的范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1. 一種用于跟蹤一個(gè)或多個(gè)各存儲有信息的RFID標(biāo)簽的無線微微蜂窩射頻識別(RFID)系統(tǒng)，包括由一個(gè)或多個(gè)電-光(E-O)接入點(diǎn)設(shè)備形成的微微蜂窩的陣列組成的微微蜂窩覆蓋區(qū)域，每個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備具有天線且適于將電RF信號轉(zhuǎn)換為光RF信號，反之亦然；具有一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)單元和RFID讀取器單元的中央控制站，該中央控制站通過RF光通信鏈路光連接到每個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備；以及其中每個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備適于通過所述RF光通信鏈路接收并中繼位于相應(yīng)微微蜂窩內(nèi)的每個(gè)RFID標(biāo)簽中儲存的信息到所述RFID讀取器單元。
2. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括可操作地連接到所述RFID讀取 器單元并適于處理和/或儲存RFID標(biāo)簽信息的控制器。
3. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述光通信鏈路包括上行鏈路和下行鏈 路光纖。
4. 權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述上行鏈路和F行鏈路光纖分別在各 自的末端連接各自的波分復(fù)用器和波分分離器。
5. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述控制站包括允許所述RFID讀取器 單元每次與一個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備通信的RF信號引導(dǎo)元件。
6. —種用于跟蹤一個(gè)或多個(gè)發(fā)射電磁RFID標(biāo)簽信號的RFID標(biāo)簽的 無線微微蜂窩射頻識別(RFID)系統(tǒng)，包括具有一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)單元和一個(gè)或多個(gè)RFID讀取器單元的中央控制站；一個(gè)或多個(gè)電-光(E-O)接入點(diǎn)設(shè)備，光連接到所述中央控制站并適于 將來自所述中央控制站的光RF業(yè)務(wù)信號轉(zhuǎn)換為電磁RF業(yè)務(wù)信號，反之亦 然，由此形成一個(gè)或多個(gè)微微蜂窩，每個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備適于接收電磁RFI D標(biāo)簽信號并將相應(yīng)的光RFID標(biāo)簽信號光發(fā)送給所述中央控制站，所述電 磁RFID標(biāo)簽信號來自相應(yīng)微微蜂窩中存在的一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽中的任意 一個(gè)；以及其中所述中央控制站適于將所述光RFID標(biāo)簽信號轉(zhuǎn)換為電RFID標(biāo)簽信號，所述電RFID標(biāo)簽信號隨后由所述一個(gè)或多個(gè)RFID讀取器單元接收。
7. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中下行鏈路和上行鏈路光纖攜帶下行鏈路 和上行鏈路光RF信號，且其中所述一個(gè)或多個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備及所述中央 控制站包括可操作地連接到所述下行鏈路和光纖上行鏈路的電-光(E/O)轉(zhuǎn) 換器和光-電(O/E)轉(zhuǎn)換器，從而將下行鏈路和上行鏈路電RF信號轉(zhuǎn)換為 下行鏈路和上行鏈路光RF信號，反之亦然。
8. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述中央控制站包括一個(gè)或多個(gè)電連接 到相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)RFID讀取器單元的RF信號引導(dǎo)元件，從而允許所述一 個(gè)或多個(gè)RFID讀取器單元每次與一個(gè)E-O接入點(diǎn)設(shè)備通信。
9. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述中央控制站可操作地連接到外部網(wǎng)絡(luò)。
10. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)RFID讀取器單元適于產(chǎn)生提 供給一個(gè)或多個(gè)E-0接入點(diǎn)設(shè)備的RF詢問信號，從而產(chǎn)生促使至少一個(gè)RFI D標(biāo)簽發(fā)射電磁RFID標(biāo)簽信號的電磁RF詢問信號。
11. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽固定在相應(yīng) 的一個(gè)或多個(gè)物品上。
12. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述RFID讀取器單元適于儲存所述電 RFID標(biāo)簽信號中所包含的信息。
13. 權(quán)利要求6的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括可操作地連接到所述RFID讀取 器單元并適于處理和/或儲存所述RFID讀取器單元所提供的信息的控制器。
14. 一種無線微微蜂窩射頻識別(RFID)方法，包括 在由一個(gè)或多個(gè)微微蜂窩組成的微微蜂窩覆蓋區(qū)域內(nèi)定位其中儲存有信息的 一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽；在每一微微蜂窩中接收來自定位在該微微蜂窩中的每個(gè)RFID標(biāo)簽的信 息；以及將所接收的RFID標(biāo)簽信息光發(fā)送到遠(yuǎn)程的RFID讀取器單元。
15. 權(quán)利要求14的方法，包括產(chǎn)生促使至少一個(gè)RFID標(biāo)簽發(fā)射代表 儲存于其中的信息的電磁RFID標(biāo)簽信號的電磁RFID詢問信號。
16. 權(quán)利要求14的方法，包括將一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽固定在相應(yīng)的 一個(gè)或多個(gè)物品上。
17. 權(quán)利要求14的方法，包括每次一個(gè)微微蜂窩地在所述RFID讀取 器單元和所述一個(gè)或多個(gè)微微蜂窩之間進(jìn)行通信。
18. 權(quán)利要求14的方法，包括通過所述RFID讀取器單元的操作來更 新所述一個(gè)或多個(gè)RFID標(biāo)簽中的至少一個(gè)標(biāo)簽中儲存的信息。
19. 權(quán)利要求14的方法，包括安排所述一個(gè)或多個(gè)微微蜂窩，以便在 物品沿確定的路徑移動時(shí)跟蹤固定在物品上的RFID標(biāo)簽。
20. 權(quán)利要求14的方法，包括利用適于通過可操作地連接到中央控制 站的下行鏈路和上行鏈路光纖接收和發(fā)送光RF信號的接入點(diǎn)設(shè)備來形成每
全文摘要
無線射頻識別(RFID)微微蜂窩系統(tǒng)包括光連接到一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生獨(dú)立微微蜂窩的電-光(E-O)接入點(diǎn)設(shè)備的中央控制站。中央控制站包括提供傳統(tǒng)無線蜂窩業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)單元，以及進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)RFID讀取器單元。E-O接入點(diǎn)設(shè)備適于從在相關(guān)微微蜂窩內(nèi)的RFID標(biāo)簽接收電磁RFID標(biāo)簽信號，并發(fā)送光RFID標(biāo)簽信號到中央控制站，中央控制站將光RFID標(biāo)簽信號轉(zhuǎn)換為電RFID標(biāo)簽信號，該電RFID標(biāo)簽信號然后由一個(gè)或多個(gè)RFID讀取器單元接收。該系統(tǒng)允許快速讀取微微蜂窩覆蓋區(qū)域中的大量RFID標(biāo)簽，并允許儲存信息。相對較小的微微蜂窩允許進(jìn)行物品的高精度定位和位置跟蹤，而不需要使用RFID讀取器手動掃描RFID標(biāo)簽。
文檔編號H04W88/08GK101443794SQ200780016788
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者理查德·S·沃德哈奈爾, 邁克爾·索爾, 馬丁·N·伊斯頓 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限責(zé)任公司