JP2000500932A - 多重データ送信検出の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、全てが受信機にデータを送信する多数の送信機(1)、典型的に、トランスポンダの識別の確率を高める方法および装置を提供する。本発明は、受動無線周波数トランスポンダ・システム、多数の自己給電送信機を受信機が識別しなければならないシステム、またはランダム遅延「バック・オフおよび再試行」アルゴリズムを用いて多数の送信機が同報通信を行うシステムを含む、多数のシステムに適用可能である。各送信機(1)は、間欠的に送信を行うように構成され、送信を起動する手段と、連続する送信間の間隔の長さを計算する手段と、ローカル・タイミング手段(21)の動作周波数に関係するランダムまたは疑似ランダム間隔で送信機をイネーブルする手段(20)とから成る。受動ＲＦＩＤシステムでは、ローカル・タイミング手段の周波数は不確定であり、送信機が動作状態となるまで特定されない。

Description

【発明の詳細な説明】 多重データ送信検出の改良発明の分野 本発明は、各々がデータを間欠的に受信機に送信する、複数の送信機を識別す る方法に関する。また、本発明は、複数の送信機および受信機から成る識別シス テム、ならびに送信機自体にも関するものである。更に、本発明は、ＥＰ494,11 4Ａおよび、特にＥＰ585,132Ａに開示された識別システムを改良する方法および 装置に関するものである。 複数の送信機、典型的に、トランスポンダ(transponder)が質問信号(interrog ation signal)によって活性化され、次いで通常識別データを含む応答信号を、 典型的に、質問器の一部を形成する受信機に送信する識別システムは公知である 。信号の送信は、例えば、無線周波数(ＲＦ)、赤外線(ＩＲ)、およびコヒーレン ト信号のような電磁エネルギや、例えば超音波のような音を含む多くの方法で行 うことができる。例えば、送信は、送信機によるＲＦエネルギの実際の放出、ま たは送信機のアンテナの反射の変調により、その結果、送信アンテナから反射ま たは逆散乱される質問信号のＲＦエネルギ量を変化させることによって行われる 。 通常、２つの送信機の送信が重複あるいは衝突した場合、受信機はこれらの送 信を別々に区別することができないので、送信は失われることになる。したがっ て、システムは、各送信機の送信が「静定(quiet)」時間内に行われ、質問器によ って首尾良く受信されるまで、送信機が繰り返し送信できるようにしなければな らない。ＧＢ2,116,808Ａは、個々のトランスポンダが疑似ランダム状にデータ を再送信するようにプログラムされた識別システムを開示する。この識別システ ムにおけるトランスポンダのタイミング信号は、水晶発振器から得ているため、 トランスポンダの製造は一層の費用増となる。 ＥＰ467,036Ａは、トランスポンダのデータ送信間に疑似ランダム遅延を用い る、別の識別システムについて記載する。この例では、線型繰り返しシーケンス 発生器が、トランスポンダ識別アドレスによってシードされ、疑似ランダム遅延 のランダム性をできるだけ高めている。 本発明の目的は、この種のシステムにおいて、多数の送信の検出を改良する代 替システムを提供することである。 ＥＰ494,114ＡおよびＥＰ585,132Ａは、同一データを用いて複数のトランスポ ンダをプログラムすることができる識別システムを開示する。本発明の目的は、 トランスポンダの送信間に疑似ランダム遅延を発生する、改良されたシステムを 提供することである。発明の概要 本発明の第1の態様によれば、各々間欠的に受信機に送信を行う複数の送信機 を識別する方法が提供され、この方法は、各送信機をイネーブルする際に、ラン ダムにまたは疑似ランダムに計算し、当該送信機に関連するローカル・タイミン グ手段の動作周波数に関係する間隔で行うことによって、各送信機からの連続的 な送信間の間隔の長さを変化させることから成る。 前記間隔は、前記ローカル・タイミング手段の所定のサイクル数に関係する最 大期間および最小間隔の間で変化させることが好ましい。 上述の方法において、送信間の間隔の長さを計算するには、周期的に疑似乱数 を発生し、この疑似乱数を、ローカル・タイミング手段によって駆動されるカウ ンタ手段の出力と比較し、疑似乱数およびカウンタ手段の出力が対応する場合に 送信機をイネーブルすればよい。 本発明の第2の態様によれば、各々間欠的に送信するように構成された複数の 送信機、およびこれらの送信機からの送信を受信する少なくとも1つの受信機か ら成る識別システムが提供される。各送信機は、送信を起動する手段と、連続す る送信間の間隔の長さを計算する手段と、ローカル・タイミング手段の動作周波 数に関連するランダムまたは疑似ランダム間隔で前記送信機をイネーブルする手 段とを含む。 本発明の第3の態様によれば、間欠的に送信を行うように構成された送信機が 提供され、この送信機は、送信を起動する手段と、連続する送信間の間隔の長さ を計算する手段と、ローカル・タイミング手段の動作周波数に関係するランダム または疑似ランダムな間隔で送信機をイネーブルする手段とから成る。 ローカル・タイミング手段は、好ましくは送信機の発振器であり、指定されな いクロック周 波数を有し、これに比較的大きな許容度を持たせることにより、異なる送信機の 発振器が異なる周波数で動作するようにした。 イネーブルする手段は、疑似乱数を発生するように構成された疑似乱数発生器 と、発振器の周波数に関係するレートでカウントを行うように構成されたカウン タ手段と、および疑似乱数発生器の出力およびカウンタ手段の出力を比較し、こ れらの出力が対応する場合にのみ送信機をイネーブルするように構成された比較 手段とを含むものとすればよい。 前述の送信機は、無線周波数識別(ＲＦ／ＩＤ)トランスポンダとすればよい。 ＥＰ494,114ＡおよびＥＰ585,132Ａに記載されている「衝突防止プロトコル(anti -clash protocol)」を具体化するトランスポンダにおいて、各トランスポンダの 識別コードを異なるものとする必要はない。複数のトランスポンダを同一とする ことができるので、それらを大量にかつ非常に安価に製造することが可能となる 。本発明の利点の1つは、かかる衝突防止プロトコルを用いる場合、衝突に対す る耐性(immunity)が向上することである。しかしながら、疑似乱数発生器におい て一意のシードを用いれば、複数のトランスポンダの読み取りを一層迅速に完了 させることができる。 本発明は、送信機を動作させる方法、および本発明の送信機を特別に(customa rily)構築する集積回路に展開する。図面の簡単な説明 図1は、本発明による無線周波数トランスポンダのブロック概略図である。 図2は、図1における送信制御ブロックのブロック概略図である。 図3は、2つのトランスポンダ即ちタグの送信のタイミングを示す概略図である 。実施形態の説明 本発明の目的は、全てが受信機にデータを送信する、複数の送信機、典型的に 、トランスポンダを識別する確率を高める方法およびシステムを提供することで ある。以下に記載する実施形態は、質問器(interrogator)から受信する質問器信 号によって活性化(activate)され給電を受ける受動無線周波数トランスポンダに 言及するが、本発明は他のシステムにも適用可能である。例えば、本発明は、多 数の自己給電送信機を受信機が識 別しなければならないシステム、またはランダム遅延「バック・オフおよび再試行」 アルゴリズム(random delayed″back-off and retry″algorithm)を用いて多数 の送信機が同報通信を行うシステムにおいても採用可能である。 本発明は、この要件に対処するにあたって、送信機即ちトランスポンダに、異 なる時点において、規則的な間隔ではなく、ランダムまたは疑似ランダムな間隔 で送信させるようにした。加えて、各トランスポンダのローカル・タイミング手 段、典型的に、発振器からランダム・タイミングまたは疑似ランダム・タイミング を導出することによって、各トランスポンダからの連続送信のランダム度を高め た。トランスポンダは、ＥＰ494,114ＡおよびＥＰ585,132Ａに記載されているタ イプのものとすればよい。これらの文書の内容全体は、この言及により、本願に も含まれるものとする。公称上同一のトランスポンダの発振器の動作周波数の許 容度を比較的大きくすることにより、それらの送信のランダム性を高めた。 次に図1を参照すると、受動ＲＦトランスポンダが概略的に示されている。こ のトランスポンダは、質問器によって送信されるＲＦ質問信号からエネルギを受 信するアンテナ10を有し、このエネルギの一部を転換して、トランスポンダの電 源として機能するコンデンサＣを充電する。トランスポンダは、オン・ボード発 振器12を有し、他の公称上同一のトランスポンダと同じ公称周波数で動作する。 しかしながら、好ましい低コスト集積回路トランスポンダにおける製造許容度の ために、発振器12の出力周波数は、通常製造許容度の±２５％を有する。また、 出力周波数は、コンデンサＣからの供給電圧ＶＤＤの影響も受ける。一方、コン デンサＣは、質問器に対する近接度(proximity)、アンテナの方位、およびその 他の要因により、質問信号からの受信エネルギの強度による影響を受ける。この ため、各タグが有する発振器は、製造許容度および供給電圧によって、その周波 数にかなりの不確実性を伴う。また、供給電圧自体も、受信ＲＦ場の強度によっ て左右される。したがって、各発振器の周波数は不確定であり、タグが動作状態 となるまで特定されない。 太線1は、モノリシック集積回路内に集積可能な、トランスポンダの構成要素 を示す。 トランスポンダは、不揮発性メモリ素子14を含む。これは、通常ＥＥＰＲＯＭ であり、トランスポンダを異なるコード・データ送信周波数(ビット・レート)にプ ログラムするトランスポンダの識別コードおよびコンフィギュレーション情報、 最大遅延時間(Ｎmax.Ｔ)、ならびに疑似ランダム時間遅延回路に対するシードを 格納する。トランスポンダは、更に、出力ドラ イバ16も含む。ここに記載する実施形態では、これはアンテナ10に加えられる負 荷を変調することにより、その反射率を変調する。しかしながら、これは能動送 信機とすることも可能である。制御論理回路18が、送信制御回路20からの信号に 応答して、出力ドライバ16の動作を制御し、メモリ素子14からデータを読み取る 。送信制御回路20は、図2に更に詳細に示されている。パワー・オン・リセット回 路22に電圧が印加されると、この回路は、制御論理回路18を所定の起動状態に初 期化する。 図2に、送信制御回路20を更に詳細に示す。この回路は、シーケンサ24を含み 、発振器12からクロック信号を受信し、これから周波数を導出し、「メモリ・リー ド」信号を発生し、これをクロック信号と共に制御論理回路18に印加する。尚、 導出した周波数の方が低くてもよい。「メモリ・リード」信号は、一定周波数のパ ルスの連続シーケンスであり、周期Ｔを有する。これらのパルス各々が、制御論 理ブロック18に、「リード・アウト・コマンド」信号によって、メモリ素子14に、そ の中に格納されている識別コードを順次制御論理回路に出力するように命令する 。しかしながら、各「メモリ・リード」パルスと同時に送信制御回路20も「送信イネ ーブル」信号を制御論理回路18に出力しない限り、このコードは、制御論理回路 によって出力ドライバ16に渡され送信されることはない。これは、以下に述べる ように、疑似ランダム時間間隔で時折行われるに過ぎない。 シーケンサ回路24の出力は、コード・サイクル・カウンタ26にも供給される。し たがって、コード・サイクル・カウンタ26は、メモリ素子14からの識別コード出力 シーケンスが開始される毎に増分される。コード・サイクル・カウンタはリセット されることはないが、代わりにその最大カウントまでカウントした後ゼロに戻っ て再度カウントしていく。疑似乱数発生回路28が、常に疑似乱数を発生し、疑似 乱数発生器28の出力およびコード・サイクル・カウンタ26の現出力が比較器30に供 給される。比較器30は、比較対象の2つの数値が等しい場合はいつでも出力を与 え、この出力が、先に述べた、「送信イネーブル」信号となる。また、送信イネー ブル信号は疑似乱数発生器をトリガし、新しい疑似乱数を発生させる。「送信イ ネーブル」信号が、「メモリ・リード」信号と同時にハイとなった場合、制御論理回 路18がメモリ素子14から読み取ったコードが出力ドライバ16に出力され、送信さ れる。 図3を参照し、2つのトランスポンダ、即ち、タグＴag1およびＴag2の送信を比 較する。Ｔag1は、Ｔag2よりもいくらか速く動作する発振器を有する。双方には 、同一のＮmaxがプ ログラムされているが、図に示す特定時点では、Ｔag1はＮ1.Ｔの期間受動(非送 信)モードに留まる。ここで、Ｎ1は各送信／静定サイクル(0＜＝Ｎ＜＝Ｎmax)と 共に変化し、一方Ｔag2はＮ2.Ｔの間受動状態のままである。尚、Ｔag1のＴはＴ ag2のＴと同一ではないが、上述の周波数と同じ変動を受けることに注意された い。更に、特定のタグに対する供給電圧における時間的な変動のために、いずれ のタグに対するＴ1,Ｔ2,Ｔ3....ＴＮも正確に等しくはない。したがって、タグ 間、および同一タグでも異なる時点の間には、周波数の変動がある。本発明にお ける衝突防止システムは、他のＲＦ識別システムにおける場合のように、タグ・ クロック信号をＲＦキャリア周波数から得る場合(例えば、分周によって)よりは 、衝突に対する耐性の大幅な向上を達成し、しかもその実施は比較的安価である 。 Ｎmaxの値は、比較器30によって比較されるビット数によって決定される。8ビ ットの比較の場合、Ｎmax＝255となる。Ｎmaxは、トランスポンダのプログラミ ング時または製造時に組み入れられる。特定の桁のＮmaxについては、同一の質 問信号のＲＦ場において同時に読み取り可能なトランスポンダ即ちタグの数には 、実際上の限界があることが経験的に判明している。同一の質問信号のＲＦ場に おけるトランスポンダの数と、全てのトランスポンダを首尾良く識別するために 要する時間との比較を行うと、この時間は、トランスポンダの数がＮmax／2に近 づくまで、トランスポンダの送信間の衝突のために、トランスポンダの数に概ね 比例する。この点を越えてトランスポンダの数を増加させた場合、タグを識別す るために要する時間は、全ての送信が衝突してしまうために、トランスポンダを 全く識別しない状態に向かって急速に増大する。 上述のトランスポンダの設計の種々の有利な面のために、トランスポンダに同 一のＮmax値をプログラムし、トランスポンダが本質的に同一であっても、各ト ランスポンダからのデータの送信に大きなランダム度が得られる。これが意味す るのは、あるトランスポンダから次のトランスポンダに調節する必要がある唯一 の値は、トランスポンダ識別コードだけであるということである。 本発明は、多数の異なるシステムにおいて実施可能であることは、当業者によ って認められよう。ローカル・タイミング手段の変更が固有の特徴でないシステ ムでは、かかる変更をシステム設計に含ませることも可能である。例えば、種々 の速度で動作する多数の異な る水晶発振回路を用いることができる。各送信機には、異なる発振回路を設けて もよいが、送信機の集合に一意の周波数を与えることは必須ではない。あるいは 、例えば、発振回路間で切り替えを行うことにより、送信機がローカル・タイミ ング手段の周波数を動的に変化させることを可能としてもよい。同じ趣旨で、周 波数が例えば温度、入射光のような外部要因に依存するローカル・タイミング手 段が、必要な周波数変化を与えてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １.各々間欠的に受信機に送信を行う複数の送信機を識別する方法であって、ラ ンダムまたは疑似ランダムに計算され、当該送信機に関連するローカル・タイミ ング手段の動作周波数に関係する間隔で、各送信機をイネーブルすることにより 、各送信機からの連続する送信間の間隔の長さを変化させることを特徴とする方 法。 ２.前記間隔は、前記ローカル・タイミング手段の所定のサイクル数に関係する最 大期間、および最小間隔の間で変化させることを特徴とする請求項1記載の方法 。 ３.前記ローカル・タイミング手段の動作周波数が不確定であることを特徴とする 請求項1記載の方法。 ４.前記送信間の間隔の長さは、疑似乱数を発生し、該疑似乱数を前記ローカル・ タイミング手段によって駆動されるカウンタ手段の出力と比較し、前記疑似乱数 および前記カウンタ手段の出力が対応する場合のみ前記送信機をイネーブルする ことによって、計算可能であることを特徴とする請求項1記載の方法。 ５.前記疑似乱数は周期的に発生することを特徴とする請求項4記載の方法。 ６.各々間欠的に送信を行うように構成された複数の送信機、および前記送信機 からの送信を受信する少なくとも1つの受信機から成る識別システムであって、 各送信機が、送信を起動する手段と、連続する送信間の間隔の長さを計算する手 段と、ローカル・タイミング手段の動作周波数に関係するランダムまたは疑似ラ ンダム間隔で、前記送信機をイネーブルする手段とを含むことを特徴とする識別 システム。 ７.前記計算手段が、前記ローカル・タイミング手段の所定のサイクル数に関係す る最大期間、および最小間隔の間で、前記間隔を変化させることを特徴とする請 求項6記載の識別システム。 ８.前記ローカル・タイミング手段が発振器であることを特徴とする請求項6記載 の識別システム。 ９.各発振器のクロック周波数が、比較的大きな許容度を有することを特徴とす る請求項8記載の識別システム。 10.異なる送信機の発振器が異なる周波数で動作可能であることを特徴とする請 求項8 記載の識別システム。 11.前記送信機の動作周波数が不確定であることを特徴とする請求項8記載の識別 システム。 12.前記計算手段が、疑似乱数を発生するように構成された疑似乱数発生器と、 前記ローカル・タイミング手段の周波数に関係するレートでカウントするように 構成されたカウンタ手段とを含むことを特徴とする請求項6記載の識別システム 。 13.前記イネーブル手段は、前記疑似乱数発生器の出力を前記カウンタの出力と 比較し、前記疑似乱数および前記カウンタ手段の出力が対応する場合のみ、前記 送信機をイネーブルすることを特徴とする請求項12記載の識別システム。 14.前記疑似乱数は周期的に発生することを特徴とする請求項13記載の識別シス テム。 15.間欠的に送信を行うように構成された送信機であって、送信を起動する手段 と、連続する送信間の間隔の長さを計算する手段と、ローカル・タイミング手段 の動作周波数に関係するランダムまたは疑似ランダム間隔で前記送信機をイネー ブルする手段とから成ることを特徴とする送信機。 16.前記計算手段が、前記ローカル・タイミング手段の所定のサイクル数に関係す る最大期間、および最小間隔の間で前記間隔を変化させることを特徴とする請求 項15記載の送信機。 17.前記ローカル・タイミング手段が発振器であることを特徴とする請求項15記載 の送信機。 18.前記発振器のクロック周波数が、比較的大きな許容度を有することを特徴と する請求項17記載の送信機。 19.前記計算手段は、疑似乱数を発生するように構成された疑似乱数発生器と、 前記ローカル・タイミング手段の周波数に関係するレートでカウントするように 構成されたカウンタ手段とを含むことを特徴とする請求項15記載の送信機。 20.前記イネーブル手段は、前記疑似乱数発生器の出力を前記カウンタの出力と 比較し、前記疑似乱数および前記カウンタ手段の出力が対応する場合のみ、前記 送信機をイネーブルすることを特徴とする請求項19記載の送信機。 21.前記疑似乱数は周期的に発生することを特徴とする請求項20記載の送信機。 22.送信機からランダムな間隔で送信を起動する方法であって、ランダムまたは 疑似ランダムに計算され、当該送信機に関連するローカル・タイミング手段の動 作周波数に関係する間隔で、前記送信機をイネーブルすることにより、各送信機 からの連続する送信間の間隔の長さを変化させることを特徴とする方法。 23.前記間隔は、前記ローカル・タイミング手段の所定のサイクル数に関係する最 大期間、および最小間隔の間で変化させることを特徴とする請求項22記載の方法 。 24.前記送信間の間隔の長さは、疑似乱数を発生し、該疑似乱数を前記ローカル・ タイミング手段によって駆動されるカウンタ手段の出力と比較し、前記疑似乱数 および前記カウンタ手段の出力が対応する場合のみ前記送信機をイネーブルする ことによって、計算可能であることを特徴とする請求項22記載の方法。 25.前記疑似乱数は周期的に発生することを特徴とする請求項24記載の方法。 26.送信機において使用するための集積回路であって、ローカル・タイミング手段 と、連続する送信間の間隔の長さを計算する手段と、前記ローカル・タイミング 手段の動作周波数に関係するランダムまたは疑似ランダム間隔で前記送信機をイ ネーブルする手段とから成ることを特徴とする集積回路。 27.前記ローカル・タイミング手段が発振器であることを特徴とする請求項25記載 の集積回路。 28.前記発振器のクロック周波数が、比較的大きな許容度を有することを特徴と する請求項27記載の集積回路。 29.前記計算手段が、疑似乱数を発生するように構成された疑似乱数発生器と、 前記ローカル・タイミング手段の周波数に関係するレートでカウントするように 構成されたカウンタ手段とを含むことを特徴とする請求項25記載の送信機。 30.前記イネーブル手段は、前記疑似乱数発生器の出力を前記カウンタの出力と 比較し、前記疑似乱数および前記カウンタ手段の出力が対応する場合のみ、前記 送信機をイネーブルすることを特徴とする請求項29記載の送信機。