CN114785657A - 通信装置和通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种通信装置和通信方法，该装置具有正交调制器、第一检波器、发送部、接收部、滤波器部、放大部、第二检波部、解码部和生成部。正交调制器和发送部使用第一I信号和第一Q信号对载波进行正交调制得到的调制波无线发送。接收部和第一检波器使用载波对与从无线标签发送的无线信号对应的接收信号正交检波，输出第二I信号和第二Q信号。滤波器部和放大部对第二I信号和第二Q信号中的比截止频率高的频率分量放大。第二检波部和解码部对放大的第二I信号和第二Q信号进行检波，基于所得到的检波信号对数据进行解码。生成部生成调制波成为按比截止频率大的频率偏移量使载波进行频率偏移的信号的第一I信号和第一Q信号，输入到正交调制器。

Description

通信装置和通信方法
本申请主张申请日为2021年1月22日、申请号为JP2021-008805的日本申请为优先权，并引用上述申请的内容，通过引用将其公开内容全部结合于此。
技术领域
本发明的实施方式涉及通信装置和通信方法。
背景技术
已知有如下通信装置，其接收来自基于后向散射方式的无线标签的反射波，对来自无线标签的发送数据进行解调。
在这种通信装置中，为了放大解调信号，使用了VGA(variable gain amplifier：可变增益放大器)。此外，为了防止解调信号因放大而变得饱和的情况，使用了HPF(highpass filter：高通滤波器)。
但是，来自无线标签的发送数据的比特率例如低到1kbps左右，在解调信号的频率较低时，解调信号会被HPF截止。如果在HPF中使用DC(direct current：直流)截止电容器，能够通过增大该电容的容量而使解调信号通过，但因瞬态响应的影响，信号波形有可能变钝。
基于这样的情况，期望有能够正确地从接收信号对传输率较低的发送数据进行解码的技术。
发明内容
鉴于上述问题，本发明所要解决的技术问题是，提供一种通信装置和通信方法，其能够正确地从接收信号对传输率较低的发送数据进行解码。
为解决上述问题，本发明的一实施例，提供了一种通信装置具有：正交调制器、发送部、接收部、第一检波器、滤波器部、放大部、第二检波部、解码部和生成部。正交调制器使用第一I信号和第一Q信号，对载波进行正交调制，输出调制波。发送部对从正交调制器输出的调制波进行无线发送。接收部接收无线信号，该无线信号是无线标签使来自发送部的发送波进行后向散射、进行振幅偏移调制后得到的。第一检波器使用载波对由接收部接收到的接收信号进行正交检波，输出第二I信号和第二Q信号。滤波器部使第二I信号和第二Q信号中的、高于截止频率的频率分量通过。放大部对通过滤波器部的第二I信号和第二Q信号进行放大。第二检波部对由放大部放大之后的第二I信号和第二Q信号中的至少任意一个进行检波，输出检波信号。解码部基于从第二检波部输出的检波信号，对从无线标签发送的数据进行解码。生成部生成第一I信号和第一Q信号，并输入到正交调制器，所述第一I信号和所述第一Q信号以调制波成为使载波按比截止频率大的频率偏移量进行频率偏移的信号的方式生成。
根据上述的通信装置，可提供能够正确地从接收信号对传输率较低的发送数据进行解码的通信装置。
在上述的通信装置中，所述生成部以使所述正交调制器输出的调制波产生频率偏移的调制数据为全0或全1的方式，生成所述第一I信号和所述第一Q信号。
根据上述的通信装置，能够以使正交调制器输出的调制波产生频率偏移的调制数据为全0或全1的方式，生成第一I信号和第一Q信号。
在上述的通信装置中，所述生成部以使所述正交调制器输出的调制波产生频率偏移的调制数据为0和1变化的数据的方式，生成所述第一I信号和所述第一Q信号。
根据上述的通信装置，能够以使正交调制器输出的调制波产生频率偏移的调制数据为0和1变化的数据的方式，生成第一I信号和第一Q信号。
在上述的通信装置中，所述放大部将通过所述滤波器部的第二I信号和第二Q信号分别放大至适合由所述第二检波部进行检波的电平以及适合由所述解码部进行解码的电平。
根据上述的通信装置，能够将第二I信号和第二Q信号放大至适合由所述第二检波部进行检波的电平以及适合由所述解码部进行解码的电平。
在上述的通信装置中，所述放大部具有分别对通过所述滤波器部的第二I信号和第二Q信号进行放大的两个放大器。
根据上述的通信装置，能够通过各自的放大器对第二I信号和第二Q信号进行放大。
在上述的通信装置中，所述第二检波部执行包络检波。
根据上述的通信装置，能够对第二I信号和所述第二Q信号中的至少任意一个进行包络检波。
在上述的通信装置中，所述第二检波部通过数字信号处理执行正交检波。
根据上述的通信装置，能够对第二I信号和第二Q信号中的至少任意一个进行正交检波。
在上述的通信装置中，还具有：控制部，所述控制部对所述生成部指示生成所述第一I信号和所述第一Q信号，此外，将所述解码部解码的无线标签的数据保存到存储部。
根据上述的通信装置，能够读取无线标签的数据。
本发明的另一方面的通信方法，其是与无线标签进行通信的通信方法，包括以下步骤：生成第一I信号和第一Q信号；使用所述第一I信号和所述第一Q信号，通过正交调制器对载波进行正交调制，输出调制波；对所述调制波进行无线发送；接收所述无线标签对无线发送的发送波进行后向散射、进行振幅偏移调制后的无线信号；使用所述载波，通过正交检波器对所述接收信号进行检波，输出第二I信号和第二的Q信号；通过滤波器使所述第二I信号和所述第二Q信号中的、比截止频率低的频率分量截止；对未被所述滤波器截止的所述第二I信号和所述第二Q信号进行放大；对放大之后的所述第二I信号和所述第二Q信号进行检波，输出检波信号；基于所述检波信号，对从所述无线标签发送的数据进行解码；并且，所述第一I信号和所述第一Q信号分别是如下方式得到的信号：所述调制波成为使所述载波按比所述截止频率大的频率偏移量进行频率偏移的信号。
根据上述的通信方法，可提供能够正确地从接收信号对传输率较低的发送数据进行解码的通信方法。
在上述的通信方法中，包括以下步骤：指示生成所述第一I信号和所述第一Q信号；以及将解码出的从所述无线标签发送的数据保存到存储部。
根据上述的通信方法，能够读取无线标签的数据。
附图说明
图1是示出一个实施方式中的读取装置的要部电路结构的框图。
图2是示出实施方式涉及的各种信号的波形的图。
图3是示出实施方式涉及的接收I信号和接收Q信号的波形的图。
图4是示出变形例涉及的各种信号的波形的图。
图5是示出变形例涉及的接收I信号和接收Q信号的波形的图。
附图标记说明
1…振荡器，2…DA转换器，3…正交调制器，4…平衡器，5…SAW滤波器，6…功率放大器，7…天线共用器，8…天线，9…平衡器，10…正交检波器，13…AD转换器，14…基带处理器，141…信号生成功能，142…包络检波功能，143…数据解码功能，15…CPU，16…存储器，100…读取装置，200…RFID标签。
具体实施方式
以下，参照附图，对实施方式的一例进行说明。需要说明的是，以下以读取RFID(radio frequency identification：无线射频识别)标签所存储的数据的读取装置为例进行说明。
图1是示出本实施方式中的读取装置100的要部电路结构的框图。
读取装置100通过后向散射通信从RFID标签200读取RFID标签200所存储的数据。即，读取装置100是如下通信装置的一例：在读取来自上述RFID标签200的数据时，与RFID标签200进行无线通信。
读取装置100包含振荡器1、DA(digital to analog：数模)转换器2、正交调制器3、平衡器(Balun)4、SAW(surface acoustic wave:表面声波)滤波器5、功率放大器6、天线共用器7、天线8、平衡器9、正交检波器10、HPF11、两个VGA12、AD(analog to digital：模数)转换器13、基带处理器14、CPU(central processing unit：中央处理器)15和存储器16。
振荡器1使预先设定的频率flocal的正弦波生成为载波。
DA转换器2分别对从基带处理器14以数字状态输出的两个系统信号(以下，称作发送I信号和发送Q信号)进行模拟化。
正交调制器3将由DA转换器2模拟化的发送I信号和发送Q信号作为调制信号进行输入。正交调制器3将由振荡器1生成的载波和使该载波进行90°移相得到的载波分别作为I系统和Q系统的载波来进行输入。进而，正交调制器3通过正交调制得到发送信号。在本实施方式中，作为正交调制器3，使用包含了移相器、两个混频器和加法器的公知结构的设备。但是，也可以使用结构不同的其他公知设备。例如，正交调制器3也可以不包含移相器，而使通过正交调制器3的外部具备的移相器对从振荡器1输出的载波进行90°移相而得到的载波与从振荡器1输出的载波分开输入到正交调制器3。发送I信号和发送Q信号相当于第一I信号和第一Q信号。
平衡器4将从正交调制器3输出的平衡的信号转换为不平衡的信号。SAW滤波器5从平衡器4输出的发送信号中去除低频率分量和高频分量，以限制不必要的发射。
功率放大器6对通过SAW滤波器5的发送信号进行功率放大，直到适合无线发送的电平。
天线共用器7将从功率放大器6输出的发送信号提供给天线8。天线共用器7将由天线8接收到的接收信号输出到平衡器9。
天线8发射与经由天线共用器7提供的发送信号对应的电波。天线8接收到来的电波。即，天线8在来自RFID200的反射波到来时，接收与该反射波对应的信号。
如上所述，通过SAW滤波器5、功率放大器6和天线8，发送信号被无线发送。即，通过SAW滤波器5、功率放大器6和天线8，构成了对从作为调制部的正交调制器3输出的调制波进行无线发送的发送部。此外，天线8作为接收与反射波对应的信号的接收部发挥功能，其中，该反射波是从作为无线标签的一例的RFID标签200以后向散射方式发送的振幅偏移调制(ASK：amplitude shift keying)波。
平衡器9将经由天线共用器7输入的不平衡的信号转换为平衡的信号。
正交检波器10(第一检波部)使用由振荡器1生成的载波和使该载波进行90°移相而得到的载波，对从平衡器9输出的接收信号进行正交检波。正交检波器10使通过正交检波得到的两个系统的解调信号(以下，称作接收I信号和接收Q信号)并联地输出。在本实施方式中，作为正交检波器10，使用包含了分配器、移相器和两个混频器的公知结构的设备。但是，也可以使用结构不同的其他公知设备。例如，正交检波器10也可以不包含移相器，而使从振荡器1输出的载波通过正交调制器3的外部具备的移相器进行90°移相而得到的载波与从振荡器1输出的载波分开输入到正交调制器3。即，接收I信号和接收Q信号相当于第二I信号和第二Q信号。
HPF11使从正交检波器10输出的接收I信号和接收Q信号的各自信号中的、比预先设定的截止频率fcut高频的分量通过。HPF11例如包含与接收I信号和接收Q信号分别对应的两个DC截止电容器。HPF11相当于滤波器部。
两个VGA12将通过HPF11的接收I信号和接收Q信号分别放大到适应后述的包络检波和数据解码的电平。由该两个VGA构成了放大部。
AD转换器13分别对由VGA12放大的接收I信号和接收Q信号进行数字化。
基带处理器14执行用于与基带信号相关的信号处理的信息处理。基带处理器14作为通过信息处理的执行而实现的功能，具有信号生成功能141、包络检波功能142和数据解码功能143。信号生成功能141在来自CPU15的指示下生成发送I信号和发送Q信号，并联给到DA转换器2，其中，该发送I信号和发送Q信号是用于得到作为正交调制器3的输出所需的发送信号。包络检波功能142对从AD转换器13输出的接收I信号和接收Q信号分别进行包络检波。数据解码功能143基于与接收I信号和接收Q信号分别相关的包络检波结果，对从RFID标签200发送的数据进行解码。
这样，在基带处理器14中，分别由信号生成功能141作为生成部，由包络检波功能142作为第二检波部，此外，由数据解码功能143作为解码部发挥功能。
需要说明的是，对从AD转换器13输出的接收I信号和接收Q信号分别进行了包络检波，从AD转换器13输出的接收I信号和接收Q信号的相位不同，但振幅大小的区间相同。因此，可以对接收I信号和接收Q信号中的任意一个进行包络检波。数据解码功能143基于接收I信号和接收Q信号中的任意一个的包络检波结果，对从RFID标签200发送的数据进行解码。
CPU15在与RFID标签200进行通信时，以按照预先设定的序列输出发送I信号和发送Q信号的方式，控制基带处理器14。
CPU15将由基带处理器14再构成的数据作为对象，进行预先设定的数据处理。
存储器16存储信息处理程序，该信息处理程序记述了使CPU15执行的信息处理。存储器16存储CPU15执行各种信息处理所需的各种数据。存储器16存储CPU15执行各种信息处理时生成或取得的各种数据。
CPU15(控制部)通过执行存储器16中预先存储的程序，来控制读取装置100。
CPU15对基带处理器14的信号生成功能141(生成部)进行指示，以生成发送I信号和发送Q信号。此外，取得基带处理器141的数据解码功能143(解码部)解码出的RFID标签200的数据，保存到存储器16(存储部)。由此，读取装置100能够读取RFID标签200的数据。
接下来，对如上构成的读取装置100的动作进行说明。
在读取装置100的动作中，关于与RFID标签200的通信，与公知的读取装置不同的是从RFID标签200接收数据期间的动作。因此，以下，对该动作进行详细说明，省略与其它公知的动作相关的说明。
CPU15在变为应该开始读取来自RFID标签200的数据的时机时，指示基带处理器14开始读取。根据该指示，基带处理器14通过信号生成功能141，开始发送I信号和发送Q信号的生成、输出，以使正交调制器3输出的发送信号成为所需的调制波。
基带处理器14以从正交调制器3输出使振荡器1输出的频率flocal的载波进行了频率位移调制(FSK：frequency shift keying)而得到的发送信号的方式，生成发送I信号和发送Q信号作为调制信号。具体而言，基带处理器14将发送I信号和发送Q信号作为产生如下发送信号的信号：按预先设定的模式产生频率为flocal+fdev的单位期间以及频率为flocal-fdev的单位期间的信号。基带处理器14例如将发送I信号和发送Q信号的频率均设为fdev。进而，使发送I信号与发送Q信号的相位差不同，由此使载波产生+fdev或-fdev的频率偏移。关于频率fdev，例如可由读取装置100的设计者等任意设定。不过，频率fdev大于频率fcut。
发送信号的模式例如可由读取装置100的设计者等任意设定。在将频率为flocal+fdev的单位期间称作第一期间、此外将频率为flocal-fdev的单位期间称作第二期间的情况下，采用如下模式：将第一期间、第二期间、第一期间、第一期间、第二期间、第一期间、第二期间、第一期间作为1个循环，反复进行该循环。即，若频率flocal+fdev为“1”、频率flocal-fdev为“0”，利用反复“1”、“0”、“1”、“1”、“0”、“1”、“0”、“1”的模式而构成的数据对振荡器1输出的载波进行FSK而得到的信号成为发送信号。
图2是示出各种信号的波形的图。
图2的上侧的波形WA是振荡器1输出的载波的波形。图2的中央的波形WB是进行上述那样的FSK的信号的波形。图2的下侧的波形WC来自RFID标签200的反射波的波形。不过，图2是示出各信号中的频率增减的图像，波形WA与波形WB、WC的频率的关系未正确示出实际的频率关系。
RFID标签200在接收到来自读取装置100的发送信号时，根据应该使读取装置100读取的数据来改变其反射率。其结果是，来自RFID标签200的反射波成为对来自读取装置100的发送信号进行ASK而得到的波形WC。需要说明的是，来自RFID标签200的反射波中的1比特期间为Tb，且为fdev＞1/Tb的关系。在RFID标签200的发送比特率较慢的情况下，fcut＞1/Tb，因此fdev＞fcut＞1/Tb的关系成立。
图3是示出由正交检波器10检波的接收I信号和接收Q信号的波形的图。图2的下侧的波形WC的接收信号通过正交检波器10进行正交检波，由此，分别得到图3的上侧所示的波形WD的接收I信号以及图3的下侧所示的波形WE的接收Q信号。
这些接收I信号和接收Q信号的频率为fdev，高于HPF11中的截止频率fcut。因此，接收I信号和接收Q信号通过HPF11。
在基带处理器14中，在输入了接收I信号和接收Q信号时，通过包络检波功能142分别进行包络检波，其中，接收I信号和接收Q信号是通过了HPF11，进而在由VGA12放大之后，由AD转换器13进行数字化而得到的。由此，去除了频率fdev的分量，得到与RFID标签200的发送数据对应的两个系统的基带信号。进而，基带处理器14通过数据解码功能143，针对这样的包络检波的结果，解码出RFID标签200的发送数据。包络检波功能142也可以不通过包络检波，而通过数字信号处理进行正交检波，取出基带信号。此外，用于解码的处理例如也可以与现有其他读取装置中进行处理相同。
根据如上所述读取装置100，即使在RFID标签200的发送比特率较慢的情况下，在HPF11中信号也不被截止，能够通过VGA12放大信号，能够正确地对来自RFID标签200的发送数据进行解码。
进而，读取装置100通过正交调制器3实现FSK，因此通过变更基带处理器14中的处理，无需变更硬件结构即可实现。
该实施方式，可进行如下这样的各种变形实施。
在上述实施方式中，将FSK中使用的数据设为通过“1”、“0”、“1”、“1”、“0”、“1”、“0”、“1”的模式反复而构成的数据。但是，FSK中使用的数据无任何限定。例如，可以是“0”或“1”随机地产生的数据。例如，也可以预先设定直到RFID标签200的发送数据的接收完成为止的期间的模式。进一步，例如也可以是连续为“0”或连续为“1”数据。
如果使FSK中使用的数据为连续为“0”或连续为“1”数据，则基带处理器14只要持续地连续输出具有预先设定的相位关系的发送I信号和发送Q信号即可。
图4是示出在FSK中使用连续为“1”数据的情况下的发送信号的波形的图。
图4的上侧的波形WA是振荡器1输出的载波的波形，与图2所示情况相同。图4的中央的波形WF是通过连续为“1”数据对载波进行FSK得到的信号的波形。图4的下侧的波形WG是来自RFID标签200的反射波的波形。不过，图4是示出各信号中的频率的增减的图像，波形WA与波形WF、WG的频率的关系未正确表示实际的频率关系。
图5是示出由正交检波器10检波的接收I信号和接收Q信号的波形的图。通过正交检波器10对具有图4的下侧的波形WG的接收信号进行正交检波，由此，分别得到图5的上侧所示的波形WH的接收I信号以及图5的下侧所示的波形WI的接收Q信号。
这些接收I信号和接收Q信号的频率为fdev，高于HPF11中的截止频率fcut，因此接收I信号和接收Q信号能够通过HPF11。
因此，与上述实施方式同样地，能够正确地对来自RFID标签200的发送数据进行解码。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提供的，不意味着限定发明的范围。这些新颖的实施方式可通过其它各种方式来实施，在不脱离发明主旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和要旨中，并且，包含在权利要求书所述的发明及其均等范围内。

Claims (10)

1.一种通信装置，与无线标签进行通信，其特征在于，具备：
正交调制器，其使用第一I信号和第一Q信号，对载波进行正交调制，输出调制波；
发送部，其对从所述正交调制器输出的调制波进行无线发送；
接收部，其接收无线信号，该无线信号是所述无线标签对来自所述发送部的发送波进行后向散射、进行振幅偏移调制后得到的；
第一检波部，其使用所述载波对由所述接收部接收到的接收信号进行正交检波，输出第二I信号和第二Q信号；
滤波器部，其使所述第二I信号和所述第二Q信号中的、低于截止频率的频率分量截止；
放大部，其对未被所述滤波器部截止的所述第二I信号和所述第二Q信号进行放大；
第二检波部，其对由所述放大部放大后的所述第二I信号和所述第二Q信号中的至少任意一个进行检波，输出检波信号；
解码部，其基于从所述第二检波部输出的检波信号，对从所述无线标签发送的数据进行解码；以及
生成部，其以所述调制波成为使所述载波频率按比所述截止频率大的频率偏移量进行偏移的信号的方式，生成所述第一I信号和所述第一Q信号，输入到所述正交调制器。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其中，
所述生成部以使所述正交调制器输出的调制波产生频率偏移的调制数据为全0或全1的方式，生成所述第一I信号和所述第一Q信号。
3.根据权利要求1所述的通信装置，其中，
所述生成部以使所述正交调制器输出的调制波产生频率偏移的调制数据为0和1变化的数据的方式，生成所述第一I信号和所述第一Q信号。
4.根据权利要求1所述的通信装置，其中，
所述放大部将通过所述滤波器部的第二I信号和第二Q信号分别放大至适合由所述第二检波部进行检波的电平以及适合由所述解码部进行解码的电平。
5.根据权利要求1所述的通信装置，其中，
所述放大部具有分别对通过所述滤波器部的第二I信号和第二Q信号进行放大的两个放大器。
6.根据权利要求1所述的通信装置，其中，
所述第二检波部执行包络检波。
7.根据权利要求1所述的通信装置，其中，
所述第二检波部通过数字信号处理执行正交检波。
8.根据权利要求1所述的通信装置，其中，还具有：
控制部，所述控制部对所述生成部指示生成所述第一I信号和所述第一Q信号，此外，将所述解码部解码的无线标签的数据保存到存储部。
9.一种通信方法，其是与无线标签进行通信的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
生成第一I信号和第一Q信号；
使用所述第一I信号和所述第一Q信号，通过正交调制器对载波进行正交调制，输出调制波；
对所述调制波进行无线发送；
接收所述无线标签对无线发送的发送波进行后向散射、进行振幅偏移调制后的无线信号；
使用所述载波，通过正交检波器对所述接收信号进行检波，输出第二I信号和第二的Q信号；
通过滤波器使所述第二I信号和所述第二Q信号中的、比截止频率低的频率分量截止；
对未被所述滤波器截止的所述第二I信号和所述第二Q信号进行放大；
对放大之后的所述第二I信号和所述第二Q信号进行检波，输出检波信号；
基于所述检波信号，对从所述无线标签发送的数据进行解码；
并且，所述第一I信号和所述第一Q信号分别是如下方式得到的信号：所述调制波成为使所述载波按比所述截止频率大的频率偏移量进行频率偏移的信号。
10.根据权利要求9所述的通信方法，其中，还包括以下步骤：
指示生成所述第一I信号和所述第一Q信号；以及
将解码出的从所述无线标签发送的数据保存到存储部。
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