CN103026258A - 通讯处理装置及通讯处理装置的距离计测方法 - Google Patents

Abstract

在通讯处理装置(1)上组装高频信号振荡器(11B)和中频振荡器(11A)，由此利用这些振荡器(11A、11B)生成叠加了中频信号的载波，并使用天线(10)发送所生成的该载波。另外，使用混频器(16i、16q)，从由天线(10)接收的信号中的中频信号中分离并提取出I信号和Q信号。相位差检测部(112)利用开始接收来自标签(2)的反射波之后的I信号及Q信号，对反射波中的中频信号相对于载波中的中频信号的相位差进行检测。距离计算部(113)利用相位差和中频信号的波长来对从该天线(10)到标签(2)为止的距离进行计算。

Description

通讯处理装置及通讯处理装置的距离计测方法

技术领域

本发明涉及利用连续载波与RFID(Radio Frequency Identification：无线射频识别)标签进行通讯的通讯处理装置，特别涉及用于计测对来自通讯处理装置的指令做出响应的RFID标签(下面，有时也略称为“标签”)和通讯处理装置之间的距离的技术。 

背景技术

就RFID方式的通讯处理装置而言，在通讯处理装置中交替地实施以下两个处理，这两个处理是：一边连续发送恒定频率的载波，一边通过对该载波进行调制来向标签发送指令；发送未调制的载波(Continuous Wave；略称为CW)而接受来自标签的响应。在接收了指令的标签中，通过使自身电路的阻抗发生变化来响应指令。通过该标签的响应动作，将在未调制载波上叠加了对指令的响应信号的信号(反射波)返送至通讯处理装置，并在该通讯处理装置中对响应信号进行解码。 

在生产车间及物流车间等中的RFID系统中，需要在预先决定的通讯距离的范围内与标签进行通讯，但有时因所使用的电波的波长而导致该电波到达超过所需距离的地点的情况。另外，还存在电波在车间的地面或墙壁等反射而导入至远处的标签的情况。其结果，有可能由存在于不需通讯的位置上的标签响应了指令，而导致信息处理发生问题。在图4中示出其具体例。 

在图4的例子中，在并列的路径B1、B2的侧面分别配置通讯处理装置的天线A1、A2，通过这些天线A1、A2来从安装于在路径B1、B2上行驶的车辆C上的标签T读取信息。在图示例的情况下，需要仅使与车辆C所处的路径B1相对应的天线A1能够与标签T进行通讯，但存在如下可能性：来自相邻的路径B2的天线A2的电波也会到达标签T，由此标签T对来自天线A2的指令做出响应，导致读取错误的信息。 

有这样的用于解决上述问题的方法，：对从天线到标签位置的距离进行计测并判断计测出的距离是否包含在通讯距离的范围内。另外，提出了这样 的用于对从天线到标签为止的距离进行计测的方法：利用来自标签的反射波相对于从天线发送的载波的相位偏移的计测方法。 

例如，在专利文献1中，记载有如下技术：依次发送不同频率的两种载波，针对每个频率，对来自标签的反射波的相位的变化量进行检测，由此通过利用各变化量之差的计算处理来计算与标签的距离。 

另外，在专利文献2中，记载有如下技术：针对安装在通过规定路径(线路)的移动体(列车)上的标签，使用两个天线与该标签进行通讯，由此求出由各天线从标签接收到的响应信号之间的相位差，并使用该相位差和响应信号的波长来求出距离ΔL。另外，在专利文献2中，还记载有如下技术：利用该距离ΔL相当于从一个天线到标签为止的距离L1和从另一个天线到标签为止的距离L2之差的原理，来设定由与各天线之间的距离的差成为ΔL的点构成的双曲线，由此使用该双曲线和从标签阅读器到标签的移动路径为止的距离，来确定标签的位置(参照专利文献1的第0057～0061段、图4)。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本特许第4265686号公报 

专利文献2：日本特开2011-37371号公报 

发明内容

发明要解决的问题 

作为比上述专利文献1、2记载的发明更简单的方法，可考虑对来自标签的反射波相对于从天线发送的载波的相位偏移量进行检测，并使用检测出的偏移量和载波的波长来计测到标签为止的距离的方法。但是，该方法的前提是，从天线发送的电波往返经过距离是一个周期以内的长度的路径而返回天线。即，用该方法能够计测的距离，最长是载波的半个周期的长度。 

然而，在使用波长短的载波的情况下，难以满足这样的条件，导致难以实用化。 

例如，在利用UHF频域中的1GHz的电波的情况下，载波的波长是大约30cm左右，但这种电波即使到达与天线相隔10米左右的地点，还具有能够使标签做出反应的强度。另外，一般而言，利用该特性设定数米单位的通讯 距离。对于这样的设计，利用了30cm左右波长的信号的相位差进行距离计测是完全不能使用的。 

本发明是着眼于上述问题而做出的，其目的在于，在接受来自标签的反射波的期间内发送被叠加了中频的载波，并进行利用了该中频的相位的偏移的距离计测，由此实现能够应对实际通讯处理的设定的计测技术。 

用于解决问题的手段 

本发明的通讯处理装置，用于执行以下处理：指令发送处理，通过对从天线发送出的载波进行调制，来发送针对RFID标签的指令，接收处理，响应于所述指令的发送，使用天线发送未调制的载波，并且接收与该未调制载波相对应的来自RFID标签的反射波，解码处理，基于接收到的反射波来对来自RFID标签的响应信号进行解码；该通讯处理装置的特征在于，具有：载波处理单元，其在从所述天线发送的载波上叠加中频信号，相位差检测单元，如果在所述接收处理中已开始接收反射波，则该相位差检测单元从该反射波中提取中频信号，并且，检测所提取到的所述中频信号相对于特定信号的相位差，所述特定信号是指，在与进行该提取的处理相对应的时刻发送出的载波中的中频信号，距离计测单元，其利用由相位差检测单元检测出的相位差和所述中频信号的波长，来计测到达返送了所述反射波的RFID标签为止的距离。 

若采用上述结构，在用于接受标签对指令的响应的未调制载波上叠加中频信号，并利用在该中频信号中产生的相位差来对从天线到标签为止的距离进行计测，因而能够计测利用RFID的通常应用中所能应对的距离。例如，若使用15MHz频率的信号作为中频信号，则其波长是大约20m，因而能够计测其到波长的一半10m为止的距离。 

在上述通讯处理装置的一个实施方式中，如果通过解码处理检测到响应信号中的前同步信号，则相位差检测单元执行中频信号的提取以及相位差的检测。响应信号中的前同步信号，具有“1”及“0”的比特信号以恒定模式排列的结构，因而通过检测该模式就能够容易地判断已开始接收反射波，从而能够进行中频信号的提取以及相位差的检测。另外，能够防止将在地面及墙壁等反射而返回通讯处理装置的噪声反射波误识别为来自标签的反射波的情况。 

另一实施方式的通讯处理装置，还具有判断单元，该判断单元基于由距离计测单元计测出的距离，来判断将返送了反射波的RFID标签作为通讯对象是否恰当。这样一来，易于仅采用来自所决定的距离范围内的标签的响应信号，从而能够防止实施错误的信息处理。 

本发明的通讯处理装置的优选的方式是对RFID标签进行读出及写入信息的RFID读写器，但并不限定于此，也可以是仅进行信息的读出的RFID阅读器。 

本发明的距离计测方法，执行以下处理：指令发送处理，通过对从天线发送出的载波进行调制，来发送针对RFID标签的指令，接收处理，响应于所述指令的发送，使用天线发送未调制的载波，并且接收与该未调制载波相对应的来自RFID标签的反射波，解码处理，针对接收到的反射波所含的来自RFID标签的响应信号进行解码；该距离计测方法的特征在于，在从所述天线发送出的载波上叠加中频信号，如果在所述接收处理中已开始接收反射波，则从该反射波中提取中频信号，并且，检测所提取到的所述中频信号相对于特定信号的相位差，所述特定信号是指，在与进行该提取的处理相对应的时刻发送出的载波中的中频信号，利用检测出的相位差和所述中频信号的波长，来计测到达返送了所述反射波的RFID标签为止的距离。 

发明效果 

若采用本发明，为了从与指令对应的RFID标签接收响应，而在从天线发送的未调制载波上叠加中频信号，利用包含在来自RFID标签的反射波中的中频信号和包含在发送中的载波中的中频信号之间的相位差，来计测从天线到标签为止的距离，因而能够计测出与能够设定的通讯距离相对应的长度的距离。 

附图说明

图1是示出了应用了本发明的读写器的结构的框图。 

图2是示出了通讯处理的流程的时序图。 

图3是示出了通讯处理装置的控制部的处理步骤的流程图。 

图4是示出了错误的通讯处理的例的说明图。 

具体实施方式

图1示出了作为应用了本发明的通讯处理装置的一例的读写器的结构。 

就本实施例的读写器1而言，使用UHF(超高频)频域的电波，与被动式或半被动式的RFID标签2进行通讯，由此实施从该标签2读出信息或向标签2写入信息的处理，该读写器1具有包含天线10的收发电路100和用于对该收发电路的动作进行控制的控制部110。此外，使用的电波并不限定于UHF频域，也可以使用其他频域的电波。 

收发电路100除了包括天线10之外，还包括：循环器101；90度相位器102；两种振荡器11A、11B；发送处理用混频器12A、12B；接收处理用混频器13A、13B、16i、16q；分配器14、15；放大器18；A/D转换器17i、17q、19等。控制部110，其实体是程序逻辑电路(FPGA：现场可编程门阵列)，该控制部110上设有发送控制部111、相位差检测部112、距离计算部113、解码处理部114、输出处理部115的各功能。 

另外，虽在图1中未示出，但在该读写器1上还设有与未图示的上级设备相对应的接口电路。控制部110基于从上级设备接收到的指示来实施与标签2之间的通讯处理，并将其处理结果发送至上级设备。 

从第一振荡器11A输出大约15MHz的中频信号(下面称为“IF信号”)。从第二振荡器11B输出大约1GHz的高频信号(下面称为“RF信号”)。除了将IF信号供给至发送侧混频器12A之外，还经由分配器14将IF信号供给至接收侧混频器13A及90度相位器102。将RF信号供给至发送侧混频器12B和接收侧混频器13B。 

混频器12A接收从发送控制部111输出的数据信号和上述IF信号，并对这些两个信号进行混频，混频器12B接收来自混频器12A的混频信号和RF信号，并对这些两个信号进行混频。通过这两个阶段的混频处理，由此生成在RF信号的载波信号上叠加了IF信号并且基于数据信号而进行了调制的载波信号。将生成的信号从混频器12B经由循环器101导入天线10，并被作为电磁波来发送。 

发送控制部111在输出了构成指令的数据信号之后，发送连续波。实质上对载波进行调制的期间是发送指令的期间。若数据信号成为连续波，则在RF信号上叠加了IF信号的信号被作为未调制载波CW(下面称为“未调制 波”)发送。在发送该未调制波的期间内，若标签2对指令进行响应动作，则基于该动作而产生的反射波到达天线10。 

由天线10从标签2接收到的反射波，经由循环器101而被导入至混频器13B。在混频器13B中，通过与RF信号之间的混频处理来从接收信号中去除RF成分，并输出叠加了来自标签2的响应信号的IF信号。由分配器15将含有该响应信号的IF信号(下面称为“接收IF信号”)分配至混频器13A、16i、16q。 

在混频器13A中，通过对接收IF信号和来自振荡器11A的IF信号(下面称为“基准IF信号”)进行混频，来解调响应信号。由放大器18对被解调了的响应信号进行放大之后，由A/D转换器19对其进行数字转换。将进行数字转换之后的响应信号输出至控制部110的解码处理部114，并由该解码处理部114对表示响应内容的信息(响应信息)进行解码。 

混频器16i，通过对来自振荡器12A的基准IF信号和接收IF信号进行混频，来提取包含在接收IF信号中的I信号。混频器16q，通过对由90度相位转换器102使相位偏移了90度的基准IF信号和接收IF信号进行混频，来提取包含在接收IF信号中的Q信号。通过A/D转换电路17i、17q分别对I信号及Q信号进行数字转换之后，将这些数字转换后的I信号及Q信号输出至相位差检测部112。 

在相位差检测部112中，检查解码处理部114是否对响应信息开始了解码，并使用开始进行解码之后的任意时刻的I信号I(t)及Q信号Q(t)来实施下面的<计算式1>的计算，由此计算角度 

该角度 

表示接收IF信号相对于基准IF信号的相位差。距离计算部113通过使用由相位差检测部112求出的相位差 

和IF信号的频率λ来实施<计算式2>的计算，来计算从天线10到标签2为止的距离R。 

<计算式1> 

<计算式2> 

输出处理部115，对由距离计算部113计算出的距离R和预先从上级设备发送来的基准距离进行比较，并将来自特定标签的响应信号发送至上级设备，该特定标签是指所计算出的距离在基准距离以内的标签。在由距离计算部113计算出的距离超过基准距离的情况下，解码处理部114判断为正在进 行通讯的标签不适合作为通讯对象，并中止解码处理。 

下面，以计测从天线10到标签2为止的距离的方法为中心，对在读写器1中实施的通讯处理进行详细说明。 

首先，在图2中沿时间轴示出了在上述读写器1和标签2之间实施的通讯处理的流程。在本实施例中，基于“EPCglobalC1 Gen2”标准，在读写器1中交替实施第一特定期间和第二特定期间，其中，所述第一特定期间是指，发送被叠加了指令的载波的期间，所述第二特定期间是指，一边发送未调制波(CW)，一边接受来自标签2的响应的期间。在发送未调制波的期间内还实施用于对从天线10到标签2为止的距离进行计测的处理。 

参照图2，对通讯处理的具体流程进行说明。首先，读写器1，将处于能够进行通讯的范围内的所有的标签2作为对象，发送检测用指令(检测指令)(图2的(a)部分)。在接收到该指令的标签2中生成随机数，并将该随机数发送至读写器1(图2的(b)部分)。接收到随机数的读写器1，基于其接收个数来识别出能够进行通讯的标签的个数，接着，针对每个标签依次执行第一处理和第二处理(图2的(c)部分和(d)部分)。其中，在所述第一处理是中，基于接收到的随机数来确定通讯对象，并将请求读出信息的指令(Ack(acknowledge character：命令正确应答)指令)发送至该通讯对象的处理；在所述第二处理中，接受与该指令相对应的来自标签的响应信号。 

并且，若开始接收到与上述Ack指令相对应的响应信号，则实施对上述IF信号的相位差进行检测的处理和对距离R进行计测的处理(图2的(e)部分)。此外，能够根据由解码处理部114检测到了响应信号中的最前的前同步信号(preamble)来判断已开始接收响应信号。 

图3示出了为了实现图2所示的处理而在读写器1的控制部110中实施的一系列处理的流程。 

首先，在步骤S1中，实施发送检测指令的处理和接收来自标签2的响应并对其进行解码的处理，由此对能够进行通讯的标签2进行检测。 

然后，针对每个检测出的标签2，执行步骤S2及其以后的处理。首先，在步骤S2中发送Ack指令，在其次的步骤S3中开始执行发送被叠加了IF信号的未调制波的处理和解码处理。接着，进行待机，直到在解码处理中开 始对响应信号中的前同步信号进行解码为止(步骤S4)。 

若开始对前同步信号进行解码(步骤S4：“是”)，则使用在对前同步信号进行解码的期间内接收到的I信号及Q信号，来对接收IF信号相对于基准IF信号的相位差 进行检测(步骤S5)。进而，使用检测出的相位差 

及IF信号的频率λ来对从天线10到标签2为止的距离R进行计算(步骤S6)。 

接着，对计算出的距离R和基准的距离R0进行比较。若R≤R0(步骤S7：“是”)，则继续进行解码处理，从而对所有的响应信号进行解码(步骤S8)。并且，将进行解码之后的响应信号与距离R一起发送至上级设备(步骤S9)。另一方面，在R>R0的情况(步骤S8：“否”)下，进入步骤S10，并中止解码处理。 

接着，通过实施同样的处理，仅对来自距离R在基准距离R0以内的标签的响应信号进行解码，并将其与距离R一起发送至上级设备。在对所有标签的处理结束以后，如果在步骤S11中为“是”，则结束处理。 

若采用在上述读写器1中使用的IF信号的频率(15MHz)，则因为其波长是大约20m，所以能够对处于从天线10到10m以内的距离的标签2进行距离计测。因此，在假定能够使标签做出反应的强度的电波所到达的最大距离是大约10m的情况下，能够对与该条件相对应的范围的距离进行计测。 

另外，在该读写器1中，由于一边执行对来自标签2的响应信号进行解码的处理，一边计测距离R，因而能够在一般的通讯处理的循环中完成距离计测，并且，能够获取标签2的信息。因此，与移动的标签2进行通讯时也不会发生障碍。另外，针对距离R超过基准的距离R0的标签2中止对响应信号进行解码，因而能够高效地进行处理，从而能够防止向上级设备发送不需要的信息。另外，由于与进行解码之后的响应信号一起将距离R的计算结果发送至上级设备，因而在上级设备中能够识别标签2的信息的同时识别该标签2与天线10之间的距离。 

但是，并非一定需要在读写器1中筛选来自标签2的响应信号。即，也可以与距离R的值无关地，对来自作为通讯对象的所有的标签2的响应信号进行解码，并将各响应信号与距离R一起发送至上级设备。或者，也可以仅实施到对距离R和基准的距离R0进行比较的处理为止，由此对来自各标签 的响应信号和表示距离的比较结果的数据建立对应关系，并将该关系发送至上级设备。若采用这样的方式，则能够在上级设备中容易地筛选响应信号。 

在进行向标签2写入信息的处理的情况下，由于也在读取来自标签2的信息的处理结束之后发送写入指令，因此，在从与确定了通讯对象的最初指令相对应的标签2接收到响应时，只要对被判断为处于超过基准距离R0地点的标签2中止处理，就能够防止向该标签2写入错误的信息。 

附图标记的说明 

1 通讯处理装置(读写器) 

2 RFID标签 

11A、11B 振荡器 

12A、12B、13A、13B 混频器 

16 加法器 

100 收发电路 

110 控制部 

112 相位差检测部 

113 距离计算部 

114 解码处理部 。

Claims (4)

1.一种通讯处理装置，

用于执行以下处理：

指令发送处理，通过对从天线发出的载波进行调制，来发送针对RFID标签的指令，

接收处理，响应于所述指令的发送，从天线发出未调制的载波并接收由RFID标签对该未调制的载波进行反射的反射波，

解码处理，基于接收到的反射波来对来自RFID标签的响应信号进行解码；

该通讯处理装置的特征在于，

具有：

载波处理单元，其在从所述天线发出的载波上叠加中频信号，

相位差检测单元，如果在所述接收处理中已开始接收反射波，则该相位差检测单元从该反射波中提取中频信号，并且，检测所提取的所述中频信号相对于特定信号的相位差，所述特定信号是指，在与进行该提取的处理相对应的时刻发出的载波中的中频信号，

距离计测单元，其利用由相位差检测单元检测出的相位差和所述中频信号的波长，来计测到返送了所述反射波的RFID标签为止的距离。

2.根据权利要求1所述的通讯处理装置，其特征在于，

如果通过所述解码处理检测到响应信号中的前同步信号，则所述相位差检测单元执行中频信号的提取以及相位差的检测。

3.根据权利要求1所述的通讯处理装置，其特征在于，

还具有判断单元，该判断单元基于由所述距离计测单元计测出的距离，来判断将返送了所述反射波的RFID标签作为通讯对象是否恰当。

4.一种距离计测方法，在通讯处理装置中执行，

该通讯处理装置用于执行以下处理：

指令发送处理，通过对从天线发出的载波进行调制，来发送针对RFID标签的指令，

接收处理，响应于所述指令的发送，从天线发出未调制的载波并接收与该未调制的载波相对应的来自RFID标签的反射波，

解码处理，针对接收到的反射波所含的来自RFID标签的响应信号进行解码；

该距离计测方法的特征在于，

在从所述天线发出的载波上叠加中频信号，

如果在所述接收处理中已开始接收反射波，则从该反射波中提取中频信号，并且，检测所提取到的所述中频信号相对于特定信号的相位差，所述特定信号是指，在与进行该提取的处理相对应的时刻发出的载波中的中频信号，

利用检测出的相位差和所述中频信号的波长，来计测到返送了所述反射波的RFID标签为止的距离。

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