一種智能波束切換算法的制作方法

本發(fā)明屬于射頻無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種智能波束切換算法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)作為一門新興產(chǎn)業(yè)已廣泛應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)方面，射頻識(shí)別(RFID，Radio Frequency Identification)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)已越來(lái)越受到人們的關(guān)注。射頻識(shí)別技術(shù)是通過非接觸式的射頻信號(hào)進(jìn)行雙向通信，自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息數(shù)據(jù)的無(wú)線通信技術(shù)，它利用射頻信號(hào)的空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別對(duì)象的目的。閱讀器作為RFID系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵因素，因此成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。但是在RFID系統(tǒng)中，閱讀器通常采用單天線形成的低增益固定波束會(huì)造成識(shí)別目標(biāo)定位誤差大、識(shí)別區(qū)域內(nèi)多個(gè)標(biāo)簽反射信號(hào)的相互碰撞造成閱讀器的識(shí)別率很難達(dá)到100％。

綜上，本發(fā)明提出了一種智能波束切換型算法，該算法利用陣列天線形成的高增益、窄波束，結(jié)合智能波束切換和自適應(yīng)功率控制思想應(yīng)用到RFID系統(tǒng)中，可以提高現(xiàn)有閱讀器的最大識(shí)別距離、覆蓋區(qū)域、防碰撞、定位和抗干擾等性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)上述問題提供了一種智能波束切換算法。

該算法結(jié)合多波束智能天線模型和自適應(yīng)功率控制算法，自適應(yīng)控制波束的掃描順序、駐留時(shí)間和掃描間隔時(shí)間(在同一掃描區(qū)域不同功率所對(duì)應(yīng)的各自掃描時(shí)間)。

1、一種智能波束切換算法，包括下列步驟：

步驟1：智能天線的陣元數(shù)選取為K個(gè)，陣元的間距為半個(gè)波長(zhǎng)，根據(jù)道爾頓-切比雪夫技術(shù)形成高增益、窄波束，選取主波束的半功率點(diǎn)作為掃描切換點(diǎn)，根據(jù)波束掃描角度θ_B與Δφ_B的關(guān)系如公式(1)，計(jì)算出主波束半功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的相位差Δφ_B，最終實(shí)現(xiàn)N波束在90度扇區(qū)內(nèi)的掃描；

${\mathrm{\Δ\φ}}_B=\frac{2\mathrm{\π}d}{\mathrm{\λ}}{\mathrm{sin\θ}}_B---\left(1\right)$

步驟2：確定掃描起始位置，記錄上一周期掃描標(biāo)簽的情況，上周期未識(shí)別標(biāo)簽最多的子扇區(qū)確定為下一個(gè)周期掃描起始位置；

步驟3：閱讀器需要首先對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，閱讀器發(fā)射最大功率對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行掃描，利用切比雪夫不等式，統(tǒng)計(jì)出各子扇區(qū)內(nèi)的待識(shí)別標(biāo)簽總數(shù)S，設(shè)定閱讀器平均讀取一個(gè)標(biāo)簽耗時(shí)為t，則波束在各子扇區(qū)駐留時(shí)間M為：

M＝S·t (2)

步驟4：依據(jù)自適應(yīng)功率控制算法，根據(jù)標(biāo)簽的實(shí)際分布情況自適應(yīng)確定各子扇區(qū)劃分的子區(qū)域大小和閱讀器發(fā)射功率，從而實(shí)現(xiàn)將標(biāo)簽按與閱讀器的距離分組，將各子扇區(qū)分別劃分為Q個(gè)子區(qū)域，N₁代表在識(shí)別范圍S₁米內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)，對(duì)應(yīng)發(fā)射功率P_TX為W₁，N₂代表在識(shí)別范圍S₁米到S₂米內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)，對(duì)應(yīng)發(fā)射功率P_TX為W₂，N_i代表在識(shí) 別范圍S_i-1米到S_i米內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)(1≤i≤Q)，對(duì)應(yīng)發(fā)射功率P_TX為W_i，根據(jù)N₁、N₂、……、N_Q的百分比確定各識(shí)別范圍對(duì)應(yīng)發(fā)射功率的掃描間隔時(shí)間占各子扇區(qū)駐留時(shí)間的百分比。圖1是一子扇區(qū)的功率分布示意圖，波束在該子扇區(qū)的駐留時(shí)間是T，通過圖1可以看出閱讀器發(fā)射功率P_TX采用W₁的掃描間隔時(shí)間t₁為：

$t_1=\frac{N_0}{N_0+N_1+N_2}T---\left(3\right)$

閱讀器發(fā)射功率P_TX采用W₂的掃描間隔時(shí)間t₂為：

$t_2=\frac{N_1}{N_0+N_1+N_2}T---\left(4\right)$

閱讀器發(fā)射功率P_TX采用W₃的掃描間隔時(shí)間t₃為：

$t_3=\frac{N_2}{N_0+N_1+N_2}T---\left(5\right)$

步驟5：重復(fù)步驟2-步驟4，直到所有標(biāo)簽被成功識(shí)別。

附圖說明：

圖1是一子扇區(qū)功率分布示意圖；

圖2是本發(fā)明波束掃描示意圖；

圖3是識(shí)別標(biāo)簽所消耗的時(shí)間仿真圖；

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明的主旨是提出一種智能波束切換算法，該算法結(jié)合多波束智能天線模型，以各個(gè)扇區(qū)的標(biāo)簽數(shù)目、通信時(shí)間等情況自適應(yīng)控制波束的掃描順序、駐留時(shí)間和掃描間隔時(shí)間，該算法可以提高現(xiàn)有閱讀器的最大識(shí)別距離、覆蓋區(qū)域、防碰撞、定位和抗干擾等性能，是一個(gè)新的研究方向。

下面結(jié)合附圖1、附圖2、附圖3對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

(一)生成一個(gè)天線陣元數(shù)為K，以主波束的半功率點(diǎn)為切換點(diǎn)的N波束天線

選取K個(gè)陣元，設(shè)定陣元間距為半個(gè)波長(zhǎng)，通過道爾頓-切比雪夫技術(shù)生成高增益、窄波束，選取主波束的半功率點(diǎn)作為掃描切換點(diǎn)，根據(jù)波束掃描角度θ_B與Δφ_B的關(guān)系，計(jì)算并記錄不同掃描角度所對(duì)應(yīng)的相位差。最終實(shí)現(xiàn)了Q波束在90度扇區(qū)內(nèi)的掃描。

(二)確定掃描起始位置

確定掃描起始位置，記錄上一周期掃描標(biāo)簽的情況，上周期未識(shí)別標(biāo)簽最多的子扇區(qū)確定為下一個(gè)周期掃描起始位置。

(三)確定駐留時(shí)間

閱讀器需要首先對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，閱讀器發(fā)射最大功率對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行掃描，利用切比雪夫不等式，統(tǒng)計(jì)出各子扇區(qū)內(nèi)的待識(shí)別標(biāo)簽總數(shù)S，設(shè)定閱讀器平均讀取一個(gè)標(biāo)簽耗時(shí)為t，則波束在各子扇區(qū)駐留時(shí)間為M＝S·t。

(四)確定掃描功率和掃描間隔時(shí)間

依據(jù)自適應(yīng)功率控制算法，根據(jù)標(biāo)簽的實(shí)際分布情況自動(dòng)確定各子扇區(qū)劃分的子區(qū)域大小和閱讀器發(fā)射功率，從而實(shí)現(xiàn)將標(biāo)簽按與閱讀器的距離分組，N₁代表在識(shí)別范圍S₁米內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)，對(duì)應(yīng)發(fā)射功率P_TX為W₁，N₂代表在識(shí)別范圍S₁米到S₂米內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)，對(duì)應(yīng)發(fā)射功率P_TX為W₂，N_i代表在識(shí)別范圍S_i-1米到S_i米內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)(1≤i≤Q)，對(duì)應(yīng) 發(fā)射功率P_TX為W_i，根據(jù)N₁、N₂、……、N_Q的百分比確定各識(shí)別范圍對(duì)應(yīng)發(fā)射功率的掃描間隔時(shí)間占各子扇區(qū)駐留時(shí)間的百分比。

圖1所示是功率可控算法示意圖，圖2所示是智能波束切換算法示意圖，圖3是智能陣列天線切換波束和單天線固定波束識(shí)別標(biāo)簽所消耗的時(shí)間仿真圖，通過圖3可以看出智能陣列天線切換波束閱讀器比單天線固定波束閱讀器讀取標(biāo)簽速度快。該算法實(shí)現(xiàn)了波束的智能切換，可以提高現(xiàn)有閱讀器的最大識(shí)別距離、覆蓋區(qū)域、防碰撞、定位精確和抗干擾等性。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。