CN102236772B - 射频识别***中的天线切换方法、装置、***及寻址方法 - Google Patents

射频识别***中的天线切换方法、装置、***及寻址方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种射频识别(RFID)***中的天线切换方法，所述***包括阅读器和多个天线；所述方法包括：根据来自所述阅读器的射频通信信号以序贯的方式将所述阅读器依次切换至各个天线；其中，所述射频通信信号为所述阅读器用于与标签通信的信号。本发明还公开了一种RFID***中的天线切换装置及***，以及基于此天线切换装置的天线***和天线产品，基于上述天线切换方法，本发明还公开了一种天线寻址方法。采用本发明，组网简单、易于实现、成本较低。

Description

射频识别***中的天线切换方法、装置、***及寻址方法
技术领域
本发明涉及射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术领域，特别涉及一种RFID***中的天线切换方法、天线切换装置、天线切换***及天线寻址方法，还涉及一种基于此天线切换装置的天线和天线***。
背景技术
射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术是一种非接触式的自动识别技术，俗称电子标签，其通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
RFID***是一种无线***，用于控制、检测和跟踪物体，其包括如下基本组成部分：
1、标签(Tag)，其由标签天线及芯片组成，附着在被控制、检测或跟踪的物体上，其中，在RFID***中通常包括多个标签，每个标签具有唯一的电子编码，用以唯一地标识被控制、检测或跟踪的物体；这里，标签也可被称为应答器；
2、阅读器(Reader)，其用于读/写标签中存储的信息，可为手持式或固定式，其中RFID***中通常包括一个阅读器，其读取各个标签中存储的信息(有时还能向标签写入标签信息)，以实现对于各个标签所附着的物体的控制、检测或跟踪；这里，阅读器还可被称为询问器；
3、天线(Antenna)，其置于阅读器上，用于在各个标签和阅读器间传递射频信号，以在阅读器和标签之间的传递信息。
RFID技术是一种突破性的技术，目前已逐渐应用于物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件、快运包裹处理、文档追踪、图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制、电子门票、道路自动收费等领域。在零售企业中，最接近企业实际业务同时也最广泛地为企业接受的，便是基于RFID的智能货架(Smart Shelves)部署方案。
在基于RFID的智能货架中，用户使用安装于特别设计的货架上的RFID阅读器来获得放置于货架上的货物信息，在此基础上进行物流跟踪、客流分析等应用层面的工作。这种部署方案在形式上也接近传统卖场布局，一定基础上可由当前设施改造而成，从而成为RFID应用初期最为广泛的选择方案。
基于RFID的智能货架***主要是适用于单品级(item-level)的应用，比如：图书馆、零售店(如超市、DVD商店、鞋店、服装店和医药商店)等场景，然而，这些场景都需要大量的天线覆盖所有感兴趣的阅读区域，但其对实时响应的要求并不高。因此，基于RFID的智能货架的成功很大程度上依赖于天线的切换设计方案。
目前，业界存在一种基于RFID***的智能货架的天线切换方案，此方案基于集中式的天线组网结构，其中引入了射频(RF，Radio Frequency)交换机(Switch)和RF路由器(Router)，通过RF交换机和RF路由器来将阅读器切换到各个货架上部署的天线。但是，此种集中式的智能货架部署方案组网难度很高、线路设施复杂且成本很高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种射频识别(RFID)***中的天线切换方法、天线切换***、天线切换装置及天线寻址方法，还提供了一种基于此天线切换装置的天线***及天线，以实现线路设施简单且低成本的智能货架***中的天线切换。
本发明实施例提供的RFID***中的统中的天线切换方法，所述***包括阅读器和多个天线；所述方法包括：
根据来自所述阅读器的射频通信信号以序贯的方式将所述阅读器依次切换至各个天线；其中，所述射频通信信号为所述阅读器用于与标签Tag通信的信号。
本发明实施例提供的RFID***中的天线切换装置，所述***包括阅读器和多个天线，其中，每一天线对应一个所述天线切换装置，各个天线切换装置与所述阅读器序贯连接；每一天线切换装置包括：第一信号耦合模块、检测触发模块和切换模块；其中：
所述切换模块的初始状态为连接其所对应的天线且断开与前向链路的下一跳之间的连接；其中，所述前向链路为从所述阅读器到所述天线切换装置方向的链路；
所述第一信号耦合模块，用于接收所述前向链路上来自上一跳的射频通信信号并输出至所述检测触发模块和所述切换模块；其中，所述射频通信信号为所述阅读器用于与标签Tag通信的信号；
所述检测触发模块，用于根据所述射频通信信号输出第一切换指令至所述切换模块；及，
所述切换模块，用于在收到所述第一切换指令时断开与其所对应的天线之间的连接且连接所述前向链路的下一跳，并输出所述射频通信信号至所述前向链路的下一跳。
本发明实施例提供的RFID***中的天线切换***，包括：阅读器和多个天线，其中，每一天线对应一个天线切换装置，多个天线切换装置与所述阅读器序贯连接，所述天线切换装置的初始状态为连接其所对应的天线；
所述天线切换装置，用于接收所述前向链路上来自上一跳的射频通信信号，根据所述射频通信信号断开与其所对应的天线之间的连接且连接所述前向链路上的下一跳，并输出所述射频通信信号至所述前向链路上的下一跳；其中，所述射频通信信号为所述阅读器用于与标签通信的信号，所述前向链路为从所述阅读器到所述天线切换装置方向的链路。
本发明实施例提供的RFID***中的天线寻址方法，所述***包括阅读器和多个天线；所述方法包括：
根据按预定周期发送的射频通信信号以序贯的方式将所述阅读器依次切换至所述多个天线中的部分或全部天线，以寻址到其中一个天线；其中，所述射频通信信号为所述阅读器用于与标签通信的信号。
本发明实施例提供的RFID***中的天线***，包括：天线和上述的天线切换装置。
本发明实施例提供的RFID***中的天线内置了上述的天线切换装置。
采用本发明实施例提供的RFID***中的天线切换方法、天线切换***、天线切换装置和天线寻址方法，以及天线***和天线，能够基于简单的组网结构实现智能货架***中的天线切换，且线路设施简单、成本较低。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为依据本发明实施例的天线切换***组网及其切换方法示意图；
图2为依据本发明实施例的配置天线切换路径示意图；
图3为依据本发明实施例的天线切换***的工作原理示意图；
图4A和图4B为依据本发明实施例的天线切换装置的组成结构示意图；
图5A至图5F为依据本发明实施例的天线切换装置中检测触发模块的各种组成结构示意图；
图6A至图6C为依据本发明实施例的天线切换装置中检测触发模块的组成结构示意图；
图7A和图7B为依据本发明实施例的无源天线切换装置的组成结构示意图；
图8为依据本发明实施例的有源天线切换装置的组成结构示意图；
图9为依据本发明实施例的无源天线切换装置的组成结构示意图；
图10为依据本发明实施例的有源天线切换装置的组成结构示意图；
图11为依据本发明实施例的阅读器向有源天线切换装置提供电源电压的示意图；
图12为依据本发明实施例的天线切换装置所采用的差分电路的示意图；及，
图13为依据本发明实施例的天线切换装置所采用的交/直流(AC-DC)电荷泵的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提出了一种RFID***中的天线切换方法，其应用于包括阅读器和多个天线的***中。在本发明实施例中，当进行天线切换时，可以利用阅读器发出的射频通信信号(即：阅读器与标签进行通信时发出的射频信号)而不必依赖特殊的数字控制信号，根据此射频通信信号可以以序贯的方式(Sequential manner)将阅读器依次切换至各个天线。
其中，阅读器发出的射频通信信号可按预定周期发送也可连续发送，在两种情况下以序贯的方式将阅读器依次切换至各个天线的方法为：
1、当射频通信信号按预定周期发送时，在此周期性的射频通信信号的触发下，可以将阅读器依次切换到各个天线。这里，可以在每个周期内将阅读器切换到下一个天线。例如：***中共有三个序贯连接的天线：天线1、天线2、天线3，阅读器初始连接天线1，如果要将阅读器依次切换到天线2和天线3，可在第一个发送周期内将阅读器切换到天线2，在第二个周期内将阅读器切换到天线3。当信号周期性发送时，信号波形会出现若干对上跳边沿和下跳边沿，这样，可以通过检测射频通信信号的上跳边沿和下跳边沿来检测射频通信信号发送周期的开始点和结束点，进而实现在每个射频通信信号发送周期内将阅读器切换至下一个天线。在本发明实施例中，可以在检测到射频通信信号的下跳边沿或上跳边沿时，将所述阅读器切换到下一个天线。
2、当射频通信信号连续发送或按预定周期发送时，可以通过设定定时器来使阅读器每隔一段时间被切换到下一个天线。具体的，针对每一个天线的处理包括：当天线或天线对应的天线切换装置检测到射频通信信号时启动第一定时器，并在此第一定时器超时时将所述阅读器切换到下一个天线。此种设定定时器的切换方法对于射频通信信号的发送方式不做限定，无论是针对连续发送的还是针对周期性的射频通信信号均能采用此方法。其中，检测射频通信信号的方法可以为：检测射频通信信号的强度是否符合预定的条件(比如：射频通信信号的功率、幅度等达到预定门限)，当检测到的射频通信信号的强度符合预定条件时，则认为检测到了射频通信信号。
进一步的，当阅读器被切换到最后一个天线(如：前述例子中的天线3)时，***需要重新复位到初始状态(即：阅读器被重新切换到第一个天线)之后，阅读器得以被继续以序贯的方式依次切换至各个天线。其中，实现此复位的方法有如下几种：
1、根据射频通信信号的反馈信号来实现复位
此时，最后一个天线连接端接器(terminator)，此端接器反射射频通信信号而形成反馈信号。根据来自端接器的反馈信号可以将阅读器重新切换回第一个天线(即：与阅读器相邻的天线，如：前述例子中的天线1)。
2、通过设定定时器来实现复位
具体的，针对每一个天线的处理包括：预先设定第二定时器，其可在天线或天线对应的天线切换装置检测到射频通信信号时，或者在天线切换装置与其对应的天线断开连接时等时机启动，当此第二定时器超时时，复位到初始状态，进而阅读器被重新切换至与阅读器相邻的天线，使得阅读器在等待一段时间后继续以序贯的方式被依次切换至各个天线。
其中，根据反馈信号将阅读器重新切换回第一个天线的方法为：
1、当射频通信信号按预定周期发送时，可通过检测反馈信号的上跳边沿和下跳边沿来检测反馈信号的开始点和结束点。在本发明实施例中，可以在检测到反馈信号的上跳边沿或下跳边沿时，将阅读器切换回与其相邻的天线(即：第一个天线)。
2、当射频通信信号按预定周期发送或连续发送时，可在检测到反馈信号时将阅读器切换回与其相邻的天线。其中，检测反馈信号的方法可以为：检测反馈信号的强度是否符合预定的条件(比如：反馈信号的功率、幅度等达到预定门限)，当检测到的反馈信号的强度符合预定条件时，则认为检测到了反馈信号。
此外，本发明实施例中，还可进一步配置天线切换路径。所谓天线切换路径指的是参与序贯切换的多个天线(或者这些天线对应的多个天线切换装置)所构成的路径，且一条天线切换路径可能包括整个***中的部分或全部天线。这里，天线切换装置可能内置于天线中也可能独立于天线之外。基于上述天线切换方法，本发明实施例提出了一种天线切换***，其包括：阅读器和多个天线。其中，每一天线对应一个天线切换装置，这些天线对应的多个天线切换装置与阅读器序贯连接，且这些天线切换装置的初始状态均为连接其各自对应的天线且断开与前向链路上的下一跳之间的连接。这里，天线切换装置可能独立于其所对应的天线，也可能内置于其所对应的天线之中。
在上述天线切换***中，每一天线切换装置，用于接收前向链路上来自上一跳的射频通信信号，根据此射频通信信号断开与其所对应的天线之间的连接，输出此射频通信信号至此前向链路上的下一跳；其中，射频通信信号由阅读器发出的用于与标签通信的射频信号，前向链路指的是：从阅读器到天线切换装置方向的链路，这样，前向链路上的上一跳指的可能为阅读器或者另一天线切换装置。
在此天线切换***中，当阅读器被切换到最后一个天线(即：前向链路上的最后一跳的天线)时，各个天线切换装置可以等待一段时间，然后复位到初始状态，此时，阅读器将被重新切换到第一个天线(即：前向链路上的第一跳的天线)。随后，阅读器将继续被依次切换到各个天线。其中，天线切换装置可能设有定时器，此定时器可在天线切换装置检测到射频通信信号时或者在天线切换装置与其对应的天线断开连接时等时机启动，天线切换装置可在此定时器超时时复位到初始状态，这样，当阅读器被切换到最后一个天线后，经过一段时间，各个天线切换装置可以复位到初始状态，使阅读器被重新切换到第一个天线。
或者，此天线切换***可进一步包括端接器，其连接最后一个天线对应的天线切换装置，即：各个天线切换装置序贯连接在阅读器和此端接器之间。此种情况下，当阅读器被切换到最后一个天线之后，阅读器被切换到此端接器，此端接器在收到在收到前向链路上来自上一跳(即：最后一个天线对应的天线切换装置)的射频通信信号时，反射此射频通信信号而形成反馈信号，此反馈信号被传递至反向链路的下一跳(即：最后一个天线对应的天线切换装置)；这里，反向链路指的是从端接器到天线切换装置方向的链路。每一天线切换装置在收到反向链路上来自上一跳(其可能为端接器或者另一天线切换装置)的反馈信号，根据此反馈信号连接其所对应的天线，并输出反馈信号至所述反向链路的下一跳(其可能为阅读器或者另一天线切换装置)。这样，当阅读器被切换到最后一个天线后，根据来自端接器的反馈信号各个天线切换装置可以复位到初始状态，使阅读器被重新切换到第一个天线。
上述天线切换***实施例中，射频通信信号按预定周期发送时和连续发送时，天线切换装置的切换方法有如下几种：
1、当射频通信信号按预定周期发送时，天线切换装置在检测到射频通信信号的下跳边沿或上跳边沿时断开与其所对应的天线之间的连接且连接前向链路上的下一跳，并输出射频通信信号至前向链路上的下一跳。
2、当射频通信信号按预定周期发送或连续发送时，天线切换装置在检测到射频通信信号时启动第一定时器，在第一定时器超时时断开与其所对应的天线之间的连接且连接前向链路上的下一跳，并输出射频通信信号至前向链路上的下一跳。
上述天线切换***实施例中，射频通信信号按预定周期发送时和连续发送时，天线切换装置的复位方法有如下几种：
1、当射频通信信号按预定周期发送时，在检测到反馈信号的上跳边沿或下跳边沿时，连接其所对应的天线且断开与反向链路上的上一跳之间的连接，并输出反馈信号至反向链路的下一跳。
2、当射频通信信号按预定周期发送或连续发送时，在检测到反馈信号时，连接其所对应的天线且断开与反向链路上的上一跳之间的连接，并输出反馈信号至反向链路的下一跳。
上述几种天线切换装置的切换方法和复位方法可以任意组合起来实现完整的切换/复位流程。
图1为依据本发明实施例的天线切换***组网及其切换方法示意图。如图1所示，此天线切换***包括阅读器、15个天线及其各自的天线切换装置、端接器(terminator)。其中，各个天线切换装置按预定的顺序序贯连接在阅读器和端接器之间，并且各个天线切换装置的初始状态为连接其各自对应的天线。需要说明的是：在初始状态下，各个天线切换装置之间的连接是被断开的，而阅读器与天线1对应的天线切换装置是连通的，因此，阅读器初始状态下是与天线1相连通的；在进行天线切换时，阅读器向天线1对应的天线切换装置发出射频通信信号(本实施例中为RF信号)，天线1对应的天线切换装置收到此RF信号断开与天线1的连接并将此RF信号发送至前向链路的下一跳(即天线2对应的天线切换装置)，这样，阅读器就与天线2连通而与天线1断开连接了，即从天线1切换到了天线2。如此往复，阅读器被切换到了天线15，而天线1到天线14均与各自的天线切换装置断开连接，此时，天线15对应的天线切换装置会断开与天线15的连接并发送RF信号到端接器，即：从天线15切换到了端接器。端接器在收到RF信号后反射RF信号而形成反馈信号，此反馈信号沿反向链路被传递到天线15对应的天线切换装置。根据前面所述的天线切换装置工作原理，可以知道，当阅读器被切换到端接器时，所有的天线切换装置都以序贯的方式相连通，所以，反馈信号可以沿反向链路依次经过天线15对应的天线切换装置、天线14对应的天线切换装置、天线13对应的天线切换装置、……、天线3对应的天线切换装置、天线2对应的天线切换装置、天线1对应的天线切换装置而被发送至阅读器，其中，每一天线切换装置在收到反馈信号时还会连接自身对应的天线，即恢复到初始状态。显然，当反馈信号从端接器被传递到阅读器时，整个天线切换***就恢复到了初始状态：各个天线切换装置与各自的天线相连通而各个天线切换装置之间不连通，阅读器与天线1相连通，即：阅读器被重新切换回天线1，之后，根据RF信号，阅读器可以继续被以序贯的方式依次到各个天线。
上述的本发明实施例中，阅读器曾切换到的天线对应的各个天线切换装置(即参与序贯切换的天线切换装置)构成了一条路径，其可被称为天线切换路径。此天线切换路径可以为预先配置的一条静态的路径，也可为动态配置的路径。在某些情况下，整个***中可能包括很多天线，而这些天线对应的天线切换装置可能并非被部署成如图1所示的一条路径，比如：这些天线切换装置可能被部署成网格状结构。此种情况下，可以在执行天线切换之前，根据需求手动或自动指定其中部分天线切换装置涉及当前待执行的天线切换，这些被指定的部分天线切换装置与阅读器构成一条天线切换路径，之后，依据前述的天线切换原理，阅读器将从这条天线切换路径的一端开始以序贯的方式被依次切换到此天线切换路径上的各个天线切换装置对应的天线。具体切换原理如前所述，这里不再重复。
图2为依据本发明实施例的配置天线切换路径示意图。图2的右半部示出了各个天线切换装置构成的网格状组网结构，图2的左半部示出了天线切换装置接受路径配置模块的配置而被指定为天线切换路径中的一个结点。其中，天线切换装置中可以设有一触发器。当该天线切换装置被配置为天线切换路径中的一个结点，此触发器可激活前述实施例中天线切换装置的切换功能，进而参与到天线切换流程中；而在其它情况下，该天线切换装置的切换功能并未被激活，并不参与天线切换流程。
图3为依据本发明实施例的天线切换***的工作原理示意图。在此实施例中，***中共有三个天线，分别对应天线切换装置1、天线切换装置2和天线切换装置3；阅读器按预定周期发送RF信号来控制天线的切换，并且在进行切换时检测的是RF信号的下跳边沿；端接器反射RF信号而形成反馈信号，并且在阅读器切换到最后一个天线之后，检测的是此反馈信号的上跳边沿。如图3所示，整个切换过程如下：
1、在t0时刻(初始状态)，天线切换装置1、2和3均与各自对应的天线相连接且断开与前向链路上的下一跳之间的连接。
2、在t1时刻，天线切换装置1检测到RF信号的下跳边沿，于是断开与其对应的天线之间的连接，连通前向链路上的下一跳，并将RF信号发送给此下一跳，此时，如图3所示，阅读器已被连接到天线切换装置2，即：从天线切换装置1对应的天线切换到天线切换装置2对应的天线。
3、在t2时刻，天线切换装置2检测到RF信号的下跳边沿，于是断开与其对应的天线之间的连接，连通前向链路上的下一跳，并将RF信号发送给此下一跳，此时，如图3所示，阅读器已被连接到天线切换装置3，即：从天线切换装置2对应的天线切换到天线切换装置3对应的天线。
4、在t3时刻，天线切换装置3检测到RF信号的下跳边沿，于是断开与其对应的天线之间的连接，连通前向链路上的下一跳，并将RF信号发送给此下一跳，此时，如图3所示，阅读器已被连接到端接器，即：从天线切换装置3对应的天线切换到端接器。随后，端接器向反向链路反射反馈信号，此时，天线切换装置1、2和3是连通的。
5、天线切换装置1、2和3在t4时刻检测到反馈信号的上跳边沿，并恢复到初始状态，即：均与各自对应的天线相连接且与前向链路的下一跳断开连接。
此后，开始新的循环，阅读器将从天线切换装置1对应的天线开始被依次切换到其它各个天线。
基于上述本发明实施例提供的天线切换方法及***，本发明实施例还提供了一种天线切换装置，其具体的组成结构及实现原理如下所述。
图4A为依据本发明实施例的天线切换装置的组成结构示意图。如图4A所示，此RFID***中的天线切换装置，包括：第一信号耦合模块401、检测触发模块403、切换模块402；其中：切换模块402的初始状态为连接其所对应的天线(即：J1与J2端连接)且断开与前向链路上的下一跳的连接(即：J1与J3端断开)。
在进行天线切换时，各模块的工作原理如下：
1、第一信号耦合模块401接收前向链路上来自上一跳的RF信号并输出RF信号至检测触发模块403和切换模块402。其中，RF信号为阅读器发出的射频通信信号。
2、检测触发模块403根据所收到的RF信号输出第一切换指令至切换模块402，比如：置V1＝Vdd，V2＝gnd。
3、切换模块402在收到第一切换指令(比如：当V1＝Vdd)时断开与其所对应的天线之间的连接(即：J1与J2端断开)，连接前向链路上的下一跳(即：J1与J3端连接)，并输出RF信号至前向链路上的下一跳。
这样，阅读器就被切换到下一个天线(即：前向链路的下一跳对应连接的天线)。
在图4A所示的天线切换装置中，当射频通信信号按预定周期发送时，如图5A所示，检测触发模块403可包括：第一信号检测模块501和控制触发器502。其中：
第一信号检测模块501，用于检测射频通信信号的下跳边沿或上跳边沿，并在检测到射频通信信号的下跳边沿或上跳边沿时触发所述控制触发器502；及，控制触发器502，用于当被第一信号检测模块501触发时发出第一切换指令给切换模块402。
在图4A所示的天线切换装置中，当射频通信信号按预定周期发送或连续发送时，如图5B所示，检测触发模块403可包括：第一信号检测模块501和第一定时触发器503。其中：
第一信号检测模块501，用于在检测到来自前向链路的射频通信信号时触发第一定时触发器503；及，第一定时触发器503，用于在被第一信号检测模块501触发时启动第一定时器，并在第一定时器超时时输出第一切换指令至切换模块402。
其中，如图5C和图5D所示，图5A和图5B所示的检测触发模块403均可进一步包括：第二定时触发器504。其中：
第一信号检测模块501，进一步用于在检测到来自前向链路的射频通信信号时触发第二定时触发器504；第二定时触发器504，进一步用于在被第一信号检测模块501触发时启动第二定时器，并在第二定时器超时时输出第二切换指令至切换模块；及，切换模块402，进一步用于在收到第二切换指令时复位到初始状态。
此外，如图5E所示，当图5B所示的检测触发模块403包括：第一信号检测模块501、第一定时触发器503和第二定时触发器504时，其工作原理还可如下：
第一信号检测模块501，用于在检测到来自前向链路的射频通信信号时触发第一定时触发器503；第一定时触发器503，用于在被第一信号检测模块501触发时启动第一定时器，并在第一定时器超时时输出第一切换指令至切换模块402并同时触发第二定时触发器504；第二定时触发器504，进一步用于在被第一信号检测模块501触发时启动第二定时器，并在第二定时器超时时输出第二切换指令至切换模块；及，切换模块402，进一步用于在收到第二切换指令时复位到初始状态。
具体的，图5E所示的检测触发模块403还可进一步实现为图5F所示的电路结构。如图5F所示，假设：切换模块402的初始状态是J2连接J1，第二定时触发器504和第一定时触发器503的缺省输出均为低电平，并且定时器为高电平触发计数；第一信号检测模块501用于检测前向RF信号的电平值。此检测触发模块403的工作原理如下：
当第一信号检测模块501检测到前向RF信号为高电平时，将触发第一定时触发器503启动第一定时器进行计数(假设第一定时器的初始值设为T1)。经过T1后(第一定时器超时)，第一定时触发器503通过V1控制切换模块402将J3连接到J1，同时输出高电平给第二定时触发器504以触发其启动第二定时器进行计数。在T1内，切换模块402所连接的天线可以接收到来自前向链路上的上一跳的前向RF信号而与标签通信。在T1后，切换模块402将与前向链路上的下一跳天线切换装置连接，进而将阅读器切换至此下一跳天线切换装置连接的天线。
当第二定时触发器504被触发后启动第二定时器开始进行计数，在开始计数时，第二定时触发器504的输出变为高电平。其中，假设：第二定时器的初始值设为T2(在实际应用中T2＞＞T1)。在经过T2后，第二定时触发器504通过V2控制切换模块402将J2连接到J1，同时其输出变为低电平输出给非门。此时，天线切换装置将复位为初始状态，即：连接自身对应的天线且与前向链路上的下一跳断开连接。当第一信号检测模块再次检测到高电平时会再重复上述的切换过程，进而开始新一轮切换。
图4B为依据本发明实施例的天线切换装置的组成结构示意图。如图4B所示，此RFID***中的天线切换装置，包括：第一信号耦合模块401、检测触发模块403、切换模块402和第二信号耦合模块404；其中：切换模块402的初始状态为连接其所对应的天线(即：J1与J2端连接)且断开与前向链路上的下一跳的连接(即：J1与J3端断开)。
在进行天线切换时，各模块的工作原理如下：
1、第一信号耦合模块401接收前向链路上来自上一跳的RF信号并输出RF信号至检测触发模块403和切换模块402。其中，RF信号为阅读器发出的射频通信信号。
2、检测触发模块403根据所收到的RF信号输出第一切换指令至切换模块402，比如：置V1＝Vdd，V2＝gnd。
3、切换模块402在收到第一切换指令(比如：当V1＝Vdd)时断开与其所对应的天线之间的连接(即：J1与J2端断开)，连接第二信号耦合模块404(即：J1与J3端连接)，并通过第二信号耦合模块404输出RF信号至所述前向链路的下一跳。
这样，阅读器就被切换到下一个天线(即：前向链路的下一跳对应连接的天线)。
当RF信号被发送到连接前向链路最后一跳天线切换装置所连接的端接器时，端接器反射此RF信号而形成反馈信号，利用此反馈信号复位到初始状态，其具体复位过程如下：
1、第二信号耦合模块404接收反向链路上来自上一跳的反馈信号并输出至检测触发模块403和切换模块402。
2、检测触发模块403再根据反馈信号输出第二切换指令(比如：当V2＝Vdd)至切换模块402。
3、切换模块402再输出反馈信号至第一信号耦合模块401，并在收到第二切换指令时连接其所对应的天线(即：J1与J2端连接)且断开与第二信号耦合模块404之间的连接(即：J1与J3端断开)。
4、第一信号耦合模块401输出反馈信号至反向链路上的下一跳。
在图4B所示的天线切换装置中，当射频通信信号按预定周期发送时，如图6A所示，检测触发模块403可包括：第一信号检测模块601、第二信号检测模块603和控制触发器602。其中：
第一信号检测模块601，用于检测RF信号的下跳边沿或上跳边沿，并在检测到RF信号的下跳边沿或上跳边沿时触发控制触发器602；第二信号检测模块603，用于检测来自反向链路的反馈信号的上跳边沿或下跳边沿并在检测到反馈信号的上跳边沿或下跳边沿时触发控制触发器602；及，控制触发器602，用于当被第一信号检测模块601触发时发出第一切换指令给切换模块402，当被第二信号检测模块603触发时发出第二切换指令给切换模块402。可选的，第二信号检测模块603还可用于在检测到来自反向链路的反馈信号时触发控制触发器602或直接输出第二切换指令给切换模块402。
在图4B所示的天线切换装置中，当射频通信信号按预定周期发送或连续发送时，如图6B所示，检测触发模块403可以包括：第一信号检测模块601、第二信号检测模块603和第一定时触发器604。其中：
第一信号检测模块601，用于在检测到来自前向链路的RF信号时触发第一定时触发器604；第一定时触发器604，用于在被第一信号检测模块601触发时启动第一定时器，并在第一定时器超时时输出第一切换指令至切换模块402；及，第二信号检测模块603，用于在检测到来自反向链路的反馈信号时输出第二切换指令至切换模块402。
具体的，图6B所示的检测触发模块403还可进一步实现为图6C所示的电路结构。如图6C所示，假设：切换模块402的初始状态是J2连接J1，第一定时触发器604的缺省输出为低电平，定时器为高电平触发计数；第一信号检测模块601用于检测前向RF信号的电平值，第二信号检测模块602用于检测反馈信号的电平值，二者的缺省输出均为低电平。此检测触发模块403的工作原理如下：
当第一信号检测模块601检测到前向RF信号为高电平时，将触发第一定时触发器604启动第一定时器并开始计数(假设第一定时器的初始值设为T1)。经过T1后(第一定时器超时)，第一定时触发器604通过V1控制切换模块402将J3连接到J1。同时，第一定时触发器604触发第二信号检测模块输出高电平。在T1内，切换模块402所连接的天线可以接收到来自前向链路上的上一跳的前向RF信号而与标签通信。在T1后，切换模块402将与前向链路上的下一跳天线切换装置连接，进而将阅读器切换至此下一跳天线切换装置连接的天线。
当所有天线都被切换一遍后(即阅读器被切换到前向链路上最后一跳天线)，所有天线对应的切换模块都被设置为连接前向链路上的下一跳，此时，RF信号将被端接器反射而形成反馈信号。第二信号检测模块602将用于检测反馈信号的电平，如果检测到反馈信号是高电平，则第二信号检测模块602变为输出低电平。此时，切换模块402将复位为初始状态。当第一信号检测模块601再次检测到高电平时会再重复上述的切换过程，进而开始新一轮切换。
可选的，在图4B所示的天线切换装置中，当射频通信信号按预定周期发送或连续发送时，当射频通信信号按预定周期发送时，检测触发模块403还可包括：第一信号检测模块、第二信号检测模块、第一定时触发器和控制触发器；其中：第一信号检测模块，用于在检测到来自前向链路的射频通信信号时触发第一定时触发器；第一定时触发器，用于在被第一信号检测模块触发时启动第一定时器，并在第一定时器超时时输出第一切换指令至切换模块；第二信号检测模块，用于检测来自反向链路的反馈信号的上跳边沿或下跳边沿并在检测到反馈信号的上跳边沿或下跳边沿时触发控制触发器；及，控制触发器，用于在被第二信号检测模块触发时输出第二切换指令至切换模块。
在上述各个天线切换装置实施例中，当阅读器输出连续的RF信号与标签通信时，为了确定所读取的标签是哪一跳天线读到的，可以在天线内放置一个预设标签，阅读器可以根据读到预设标签的时间间隔以及所设的定时器参数(如：T1和T2)来估计所读到的预设标签是来源于哪个天线。
进一步的，上述各个天线切换装置还可进一步包括：路径配置模块，其用于接受配置以将天线切换装置加入天线切换路径。其中，天线切换路径包括：参与序贯切换的各个天线切换装置，当天线切换装置被加入此天线切换路径之后，天线切换装置上述涉及天线切换的功能将被激活，使天线切换装置参与到此天线切换路径的切换过程中。
上述本发明实施例提供的天线切换装置中的检测触发模块403(或者是其中的控制触发器502、602和定时触发器503、504、604)需要一定的工作电压以保证其正常工作。本发明实施例提供了两种采用不同工作电压提供方式的天线切换装置：一种是有源的而另一种是无源(Passive)的。
19、根据权利要求9-11和13-17中任一项所述的天线切换装置，其特征在于，所述天线切换装置为无源的，其进一步包括：
电荷泵，用于从所述前向链路的上一跳接收射频通信信号，并提供工作电压给所述检测触发模块。
图7A为依据本发明实施例的有源天线切换装置的组成结构示意图。在此实施例中，由阅读器提供的直流电源(DC supply)并通过RF线缆为各个天线切换装置提供工作电压，天线切换装置为如图4B所示的装置。如图7A所示，天线切换装置从RF线缆接收到RF信号和直流电(DC)，图4B所示的天线切换装置需要进一步增加两个相互连接的偏置器：第一偏置器701和第二偏置器702。其中：
第一偏置器701将来自RF线缆上的RF信号和DC分成两路，一路为RF信号，一路为DC，其中，RF信号被输出至第一信号耦合模块401，而DC被输出至检测触发模块403(或者是其中的控制触发器602和定时触发器604)。由于第一偏置器701和第二偏置器702相连，所以第二偏置器702能够将来自第二信号耦合模块404的RF信号和来自第一偏置器701的DC合并成一路信号(RF信号+DC)在RF线缆上传输。
图7B为依据本发明实施例的有源天线切换装置的组成结构示意图。在此实施例中，由阅读器提供的直流电源(DC supply)并通过RF线缆为各个天线切换装置提供工作电压，天线切换装置采用如图4A所示的实现方式。如图7B所示，天线切换装置从RF线缆接收到RF信号和直流电(DC)，图4A所示的天线切换装置需要进一步增加两个相互连接的偏置器：第一偏置器701和第二偏置器702。其中：
第一偏置器701将来自RF线缆上的RF信号和DC分成两路，一路为RF信号，一路为DC，其中，RF信号被输出至第一信号耦合模块401，而DC被输出至检测触发模块403(或者是其中的控制触发器502和定时触发器503、504)。由于第一偏置器701和第二偏置器702相连，所以第二偏置器702能够将来自切换模块402的RF信号和来自第一偏置器701的DC合并成一路信号(RF信号+DC)在RF线缆上传输。
图8为依据本发明实施例的无源天线切换装置的组成结构示意图。在此实施例中，天线切换装置内置了电荷泵，依靠RF线缆上的RF信号可自行为检测触发模块403(或者是其中的控制触发器502、602和定时触发器503、504、604)提供工作电压。如图8所示，天线切换装置从RF线缆上接收RF信号，此RF信号除了输入第一信号耦合模块401，还输入电荷泵801，此电荷泵401对RF信号进行处理为检测触发模块403提供工作电压。在此实施例中，天线切换装置是采用图4B所示的实现方式，当天线切换装置采用图4A所示的实现方式时，电荷泵801的连接方式及工作原理不变，这里不再以附图呈现。另外，前述各天线切换装置中，当第一信号检测模块501和601用于检测射频通信信号的下跳边沿或上跳边沿时，第一信号检测模块501和601可包括：包络检测模块(Envelop Detector)、差分电路(Differential Circuit)和时延模块(Delay)，其中：包络检测模块用于获取来自第一信号耦合模块的射频通信信号的包络，差分电路用于对来自包络检测模块的射频通信信号的包络进行处理以检测包络中的下跳边沿或上跳边沿，时延模块用于对差分电路的输出进行时延处理再触发到控制触发器；当第二信号检测模块603用于检测反馈信号的下跳边沿或上跳边沿时，第二信号检测模块603可包括：包络检测模块和差分电路，其中：包络检测模块用于获取来自第二信号耦合模块的反馈信号的包络，差分电路，用于对来自包络检测模块的反馈信号的包络进行处理以检测包络中的上跳边沿或下跳边沿并触发到控制触发器；第一信号耦合模块401和第二信号耦合模块404可以为方向耦合器，第一偏置器701和第二偏置器702可以为偏置T字器件(Bias Tees)，电荷泵801可以为交/直流电荷泵(AC-DC Charge Pump)。
在采用这些具体器件时，本发明实施例提供的天线切换装置的结构如图9和10所示。
图9为依据本发明实施例的无源天线切换装置的组成结构示意图。如图9所示，第一信号检测模601包括：包络检测模块901、差分电路902和时延模块903，第二信号检测模块603包括：包络检测模块904和差分电路905，第一信号耦合模块401和第二信号耦合模块404均为方向耦合器(这里采用的是双向耦合器(two directional coupler))，电荷泵801为交/直流电荷泵。其中，包络检测模块901和905可以根据输入的RF信号(如：射频通信信号或反馈信号)得到RF信号的包络(Envelop)；差分电路902和904可对来自包络检测模块901或905的包络进行处理以检测此包络中的上跳边沿或下跳边沿，进而可以在检测到包络的上跳边沿或下跳边沿时触发控制触发器602；时延模块903可以对来自差分电路902的处理结果进行延时处理。
图10为依据本发明实施例的有源天线切换装置的组成结构示意图。如图10所示，此有源的天线切换装置与图9所示无源天线切换装置的区别在于，其中包括：第一偏置器701和第二偏置器702，且均为偏置T字器件(BiasTees)，但不包括交/直流电荷泵801.
关于图9和10所示天线切换装置的工作原理，前述实施例中已有详细描述，这里不再重复。
在本发明实施例提供的有源天线切换装置中，阅读器需要为RF线缆提供直流电源，图11示出了依据本发明实施例的阅读器向有源天线切换装置提供电源电压的示意图。如图11所示，阅读器原有部分输出RF信号至偏置器(这里采用Bias Tees)，阅读器附加的DC电源也输出DC至此Bias Tees，Bias Tees将这两路信号合并为一路信号(RF信号+DC)输出给天线切换装置。
在本发明实施例中，天线切换装置所采用的差分电路、电荷泵等的具体实现，可采用传统方式来实现，也可采用其它设计，本发明并不限定。
图12为依据本发明实施例的天线切换装置所采用的差分电路的示意图。图12中，从左半部的图示可以看出，U1为差分电路的输入电压，U2为差分电路的输出电压；从右半部的图示可以看出U1和U2之间的关系，显然，经过差分电路的处理，能够使控制触发器检测到包络的上跳边沿或下跳边沿。
图13为依据本发明实施例的天线切换装置所采用的交/直流(AC-DC)电荷泵的示意图。通过图13可以看出交/直流电荷泵对输入的RF信号进行处理之后能够输出工作电压(Vdd)给控制触发器。
基于上述天线切换方法、***及装置，本发明实施例还提供了一种RFID***中的天线***，其包括：天线和置于天线外部的天线切换装置，以及一种RFID***中的天线，此天线内置了天线切换装置。这里，此天线切换装置可以为前述各种实施例，此处不再赘述其工作原理。
基于上述天线切换方法、***及装置，本发明实施例还提供了一种RFID***中的天线寻址方法，其包括：根据来自阅读器的射频通信信号以序贯的方式将阅读器依次切换至多个天线中的部分或全部天线，以寻址到其中一个天线。比如：***中共有四个天线，如果要寻址到第三个天线，则可通过发送周期性的射频通信信号，使阅读器从第一个天线开始依次切换到第三个天线，即寻址到第三个天线。
具体的，天线的寻址方法为：通过指定发送所述射频通信信号的周期的数量来指定待寻址的天线，在每个周期内将阅读器切换到下一个天线，当射频通信信号发送指定数量的周期时，阅读器被切换至的天线即为被寻址到的天线。比如：如果要寻址第三个天线，可连续发送两个周期的射频通信信号，则在第二个周期内阅读器会被切换到第三个天线，即寻址到第三个天线。
具体的，在每个发送周期内，可在检测到射频通信信号的下跳边沿或上跳边沿时，将阅读器切换到下一个天线，具体切换原理前面已有详细描述，这里不再重复。
采用上述各个本发明实施例之后，基于RFID***的智能货架***中的电线设施可以被大大简化，显著降低组网难度及实现成本，并减轻施工人员工作量。具体的，本发明实施例所提供的天线切换***所支持的天线的数量依赖主链路上部件的***损耗(IL，Insertion Loss)，包括：信号耦合器(如：双向耦合器IG1304-30，IL＝0.25dB)和切换模块(如：AS193-73LF，IL＝0.35dB)；假定输出功率为33dBm，总***损耗为0.85dB，所要求的最小功率为15dBm，则所支持的天线数量为约21个。然而，对于背景技术所述的集中式的组网方案而言，21个天线意味着需要4-5个交换层。显然，本发明实施例在电线设施、实现成本等方面具有显著的技术效果。
此外，本发明实施例未引入对于阅读器的软件和硬件上的改变。普通的天线也可以被直接用于本发明实施例。本发明实施例也并不依赖任何线缆上特定信号来操作。所以，本发明实施例易于与现有的***结合来实现。
另外，本发明实施例提供的无源的天线切换装置的设计去除可对于直流电源的要求，在采用此种无源天线切换装置时，整个***的成本可以进一步显著减低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种射频识别RFID***中的天线切换方法，所述***包括阅读器reader和多个天线atenna；所述方法包括：
根据来自所述阅读器的射频通信信号以序贯的方式将所述阅读器依次切换至各个天线；其中，所述射频通信信号为所述阅读器用于与标签Tag通信的信号；其特征在于，
所述阅读器初始连接与其相邻的天线；
当将所述阅读器切换至最后一个天线之后：
将所述阅读器切换至与所述最后一个天线相邻的端接器terminator，所述端接器反射所述射频通信信号并形成反馈信号，再根据所述反馈信号将所述阅读器重新切换至与所述阅读器相邻的天线，继续以序贯的方式将所述阅读器依次切换至各个天线；或者，
等待预设的一段时间，再将所述阅读器重新切换至与所述阅读器相邻的天线，继续以序贯的方式将所述阅读器依次切换至各个天线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
当所述射频通信信号按预定周期发送时，所述根据来自所述阅读器的射频通信信号以序贯的方式将所述阅读器依次切换至各个天线，包括：在检测到所述射频通信信号的下跳边沿或上跳边沿时，将所述阅读器切换到下一个天线；或者，
当所示射频通信信号按预定周期发送或连续发送时，所述根据来自所述阅读器的射频通信信号以序贯的方式将所述阅读器依次切换至各个天线，包括：针对每一天线，当检测到所述射频通信信号时启动第一定时器，并在该第一定时器超时时将所述阅读器切换到下一个天线。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述根据所述反馈信号将所述阅读器重新切换至与所述阅读器相邻的天线，包括：当所述射频通信信号按预定周期发送时，在检测到所述反馈信号的上跳边沿或下跳边沿时，将所述阅读器切换至与其相邻的天线；或者，当检测到所述反馈信号时将所述阅读器切换至与其相邻的天线；或者，
所述等待预设的一段时间，再将所述阅读器重新切换至与所述阅读器相邻的天线，包括：针对每一天线，设置第二定时器，并当检测到所述射频通信信号之后启动所述第二定时器；再通过各个天线的第二定时器的依次超时触发将所述阅读器切换至与其相邻的天线。
4.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：
配置天线切换路径；其中，所述天线切换路径包括参与序贯切换的多个天线，且所述天线切换路径包括的多个天线包括所述***中的部分或全部天线。
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