UHF RFIDは高精度な測位に使用できますか?
まず答えをお伝えします。UHF RFIDは高精度な測位に使用できますが、精度は1メートル程度です。
UHF RFIDは測位ソリューションとして使用されています。コアデバイスはフェーズドアレイアンテナを使用したリーダーです。フェーズドアレイアンテナの原理は、Gan Quanの著書「UHF RFIDテクノロジー製品とモノのインターネットへの応用」で詳しく説明されています。関連する内容を引用します。
フェーズドアレイアンテナの原理
位相アレイアンテナは、フェーズドアレイアンテナとも呼ばれ、アレイアンテナ内の放射ユニットの給電位相を制御することによって指向性パターンの形状を変更するアンテナを指します。位相を制御することで、アンテナ指向性パターンの最大値の方向を変更し、ビームスキャンの目的を達成できます。従来のアンテナには固定された放射パターンが1つしかありませんが、アレイアンテナは異なる方向に複数の放射パターンを持つことができると簡単に理解できます。フェーズドアレイアンテナを超高周波で使用する場合 RFIDシステム、1 つのアンテナを異なる方向の複数のアンテナに変換できます。次の図は、フェーズド アレイ アンテナを備えたゲートウェイの放射図を示しています。元のアンテナのメイン ローブ放射軸 θ = 0°。アレイ アンテナ内の指定された放射ユニットの位相を調整すると、メイン ローブ放射軸が偏向し、最大偏向は 45° になります。従来のソリューションと比較して、下図に示すソリューションを使用したフェーズド アレイ ゲートウェイのカバレッジは大幅に増加しました。元の 3dB 放射角度は 30° でしたが、現在は 120° になっています。
フェーズドアレイアンテナゲートウェイ放射図
フェーズドアレイゲートウェイの具体的な動作は、シングルポートリーダーがマルチポートリーダーになる（いくつの位相の組み合わせがいくつのポートに対応するか）と理解できます。 元のシングルポートリーダーは1つのアンテナにしか接続できず、放射範囲は固定されていますが、マルチポートリーダーは多くのアンテナに接続でき、各アンテナの放射範囲は異なります。 このマルチポートリーダーは、必要に応じてスキャンする領域を選択し、対応するポートを起動して、対応するアンテナを介して信号を送信し、指定された領域をカバーできます。
フェーズドアレイアンテナ位置決め機能
UHFの測位機能について RFIDリーダー市場で一般的な 2 つのフェーズド アレイ ゲートウェイ、Impinj の xSpan と xArray を例に挙げます。
xArray は正方形のフェーズドアレイ ゲートウェイです。xArray を屋根に吊るすと、カバー範囲は円形になり、合計 8 つのセクターと 52 の放射領域が存在します。これは、放射領域が異なる 52 個のアンテナに接続された 52 ポート リーダーとして簡単に理解できます。
xArrayビームパターン
xSpan は長方形のフェーズド アレイ ゲートウェイです。xSpan ゲートウェイは、xArray の簡易版と見ることができます。xSpan を屋根に吊るすと、カバーする領域は合計 13 の放射領域を持つ長方形になります。これは、13 の異なる放射領域にあるアンテナに接続された 13 ポート リーダーとして簡単に理解できます。
xSpanビームパターン
実際の環境では、隣接する番号の放射エリアは互いに重なり合っています。同じタグが複数の番号の放射エリアで識別された場合、タグの特定の位置は RSSI のサイズによって計算できます。計算プロセスは、RSSI の差を距離の差に変換し、マルチポイント測位アルゴリズムを介して実装することです。もちろん、タグは RSSI 値が最大の放射エリアに入る可能性があります。
フェーズドアレイゲートウェイの最大の機能は、物体の位置と動きを判断する位置決めです。次の図は、xSpan と xArray で追跡できるタグの動きを示しています。このうち、xSpan は 1 軸方向のタグの動きしか追跡できませんが、xArray は複数の異なる方向に移動するタグを追跡できます。
フェーズドアレイゲートウェイ方向追跡
物体のリアルタイム追跡を保証するには、アンテナの切り替え速度が十分に速いことを保証する必要があります。切り替えが毎回 50 ミリ秒であっても、xArray のすべての放射領域をスキャンするには 2.5 秒かかります。したがって、物体追跡のアプリケーションでは、フィールド内のタグの数を保証する必要があります。高精度の追跡が必要な場合、タグの数は 20 を超えてはなりません。高速追跡を実現する場合、タグの数は 50 を超えてはなりません。
実際のテストでは、さまざまな原因により一定の誤差が生じます。遮蔽や反射のない理想的な環境での測定データは次のとおりです。1.5メートル以内に85%の確率誤差があります。複雑な環境、特に棚や壁の反射がある小売店では、タグの積み重ねや配置の高さによって誤差が大きくなり、テストの精度に大きな影響を与えます。ただし、従来の技術と比較して、フェーズドアレイゲートウェイを使用すると、オブジェクトの位置決めと検索の精度と利便性が大幅に向上します。
上海交通大学の研究チームによる測位精度の最適化は、主にアルゴリズムレベルで反映されています。彼らのソリューションでは、まずImpinjなどのメーカーのリーダーアレイアンテナを介してタグ反射信号の位相情報を読み取り、次に位相情報に基づいて測位アルゴリズムを最適化する必要があります。
以前ニュースで報じられたセンチメートルレベルの測位精度は、比較的理想的な条件下で達成された効果です。このような精度を達成するには、多くの特定の条件が必要です。一般的な環境であれば、アルゴリズムの最適化に基づいて、UHF RFID測位ソリューションの測位精度を約1メートルからデシメートルレベルに向上させることは大きな進歩です。
UHF RFID高精度測位に適したシナリオとは
UHF RFIDの測位精度は約1メートルで、これも高精度測位技術の範疇に属します。現在、市場で最も測位精度の高い無線測位技術はUWBで、理想的な環境ではセンチメートルレベルの測位精度を実現できますが、実際のアプリケーションではデシメートルレベルになる可能性があります。一方、Bluetooth AoAの測位精度はメートルレベルに過ぎず、Bluetoothの次世代測位技術「チャネルサウンディング」の精度も約1メートルであるため、UHF RFIDの測位精度は悪くありません。
