JP2002500465A - トランスミッタ及びデータ送信方法 - Google Patents
トランスミッタ及びデータ送信方法Info
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Abstract
Description
:radio frequency identification)分野のために開発された。特に、1体のア
ンテナを備えたトランスポンダへのデータ送信方法に関しており、その適用を通
じて本願発明を解説する。本願発明は高速データ通信が望まれる受動トランスポ
ンダ(passive transponder)に適用されると特にメリットが大きい。
ion)によってRFIDトランスポンダに送信されてきた。一般的に、励起界の1
00%深度振幅モジュレーション(100% depth amplitude modulation)でのパル スポジションモジュレーション(pulse position modulation)が利用されている 。この励起界は短インターバルでターンオフ(turn off)され、トランスポンダ処
理回路で検出される。パワー伝達を維持しながら高データ速度(high data rate)
を達成するには、そのインターバルは短く、使用率(duty cycle)は少ないもので
なくてはならない。典型的には、10%の使用率が利用され、インターバルは1
μ秒であり、インターバル間の平均時間は10μ秒である。このような短インタ
ーバルはワイドバンド幅を有している。従って、インテロゲータとトランスポン
ダは両方ともデータの送受信のために低Qファクター(low Q factor)のワイドバ
ンド幅アンテナを必要とする。低Qファクターアンテナはエネルギー効率が悪く
、よって、インテロゲータアンテナは高Qファクターアンテナよりもパワーを多
く消費する。加えて、受動トランスポンダに対しては、効率の悪いアンテナを補
完するためにさらに強力な励起界が必要である。
の上限とを設定している。従来型パルスのモジュレーションデータのワイドバン
ド幅は最大励起界強度に対して上限を課している。
従来技術の弱点の少なくとも1つを克服するか、あるいは実質的に改善させるこ
とである。
供される。この方法は、キャリア信号を提供するステップと、データ信号に従っ
てそのキャリア信号に低レベルフェーズモジュレーション(low level phase mod
ulation)を課し、モジュレートされた信号を発生させるステップと、送信のため
にそのモジュレートされた信号を第1アンテナに提供するステップと、を含んで
いる。
タは、第1アンテナと、キャリア信号を提供するためのオシレータ手段(oscilla
tor means)と、データ信号に従ってそのキャリア信号に低レベルフェースモジュ
レーションを課し、モジュレートされた信号を発生させるミクシング手段(mixin
g means)と、を含んでおり、そのミクシング手段は送信するためにそのモジュレ
ートされた信号を第1アンテナに提供する。
そのアンテナは、その信号に応じて第1信号を発生し、受信手段に提供する。そ
の受信手段は、そのデータ信号を表す第2信号を引き出す。さらに好適には、そ
の第1信号はその受信手段にパワーを供給するように利用される。
データ信号でモジュレートされた減衰方形キャリア信号(attenuated quadrature
carrier signal)との合体信号を含む。
ase jitter modulation)として説明されている。
、第1アンテナと第2アンテナはそれぞれ高Qファクターを有している。
ムが提供される。好適には、このシステムは荷物識別用である。
ゲータによってインテロゲートされる。この励起界はトランスポンダのアンテナ
で受信され、アンテナに誘導された電圧は整流(rectify)され、トランスポンダ へのパワー供給に使用される。トランスポンダがインテロゲータからのデータを
受信することが必要である場合が多い。単アンテナ式トランスポンダにおいては
、受信メッセージは、トランスポンダにパワーを供給する励起信号を受信するア
ンテナによって受信されなければならない。従来システムにおいては、励起信号
は振幅がモジュレート処理され、インテロゲータからトランスポンダへとメッセ
ージを伝達する。
ジュレーション処理によってトランスポンダに送信される従来技術のトランスポ
ンダを図示している。トランスポンダのアンテナコイルに誘導される電圧V1は
アンテナのチューニングによって増幅され、整流器で整流され、トランスポンダ
の電子回路で使用されるようにDC保存キャパシタCdcに保存される。アンテ
ナ電圧は、エンベロープ電圧V2を提供するために、ダイオードエンベロープ検
出器(diode envelope detector)D1、C1及びR1によって検出されるピーク レベルである。
図2(a)は振幅インターバルを備えた励起電圧V1を示しており、パルスポジシ ョンモジュレーションを提供する。最大パワーをトランスポンダに伝達するため
、典型的には10:1である低使用率が利用される。図2(b)はアンテナに誘導 された電圧V2のエンベロープを示している。アンテナの過渡レスポンス(trans
ient response)はV2に対して有限の上昇および下降時間を提供する。アンテナ
のその過渡時間は狭パルスを大きく変形させずに通過させるように充分に短いも
のでなければならない。アンテナの過渡レスポンス時間係数Tsとバンド幅BW
はTs=1/(BW.π)の関係にある。従って、短パルスを通過させるため、ア ンテナのバンド幅は広くなければならない。例えば、1μ秒のパルスを通過させ
るには、少なくとも1MHzであるバンド幅が必要である。
。図3(a)は典型的なデータスペクトルを示す。100kbpsでのデータに対 して、周波数スペクトルの最初の振幅0は100kHzで発生する。図3(b)は 、狭低使用率パルスが使用されているパルスポジションモジュレーションPPM
としてエンコードされた場合のデータスペクトルを示す。このタイプのエンコー
ド処理に対するスペクトルはオリジナルのデータスペクトルよりもずっと幅広い
。10:1の使用率の1μ秒パルスに対しては、周波数スペクトルの最初の振幅
0は1MHzで発生する。図3(c)は、そのスペクトルが図3(b)において示され
ているPPM信号でモジュレートされた励起信号のスペクトルを示す。このモジ
ュレートされたスペクトルはダブルサイド型(double side)であり、10:1使 用率の1μ秒パルスに対しては、主スペクトルローブの幅は2MHzである。明
らかに、PPMモジュレートされた励起信号のバンド幅はオリジナルデータスペ
クトルよりもずと幅広い。
タとトランスポンダのアンテナは両方とも広バンド幅を有していなければならな
い。従って、インテロゲータとトランスポンダのアンテナは低Qを有しており、
効率が低い。インテロゲータにおいて、100%振幅モジュレートされたPPM
の発生には、各パルスに対して励起信号が完全にクエンチ(quench)されなければ
ならない。これには広バンド低効率アンテナが必要となる。狭バンドアンテナは
高効率で作動するが、狭振幅パルスのPPMには対応できない。同様に、モジュ
レートされた励起信号を通過させるためにトランスポンダアンテナのバンド幅は
充分に広くなければならない。幅広バンドアンテナは本質的に低Qであり、励起
界からのエネルギー収集性能が低い。
含んだ低レベル信号として提供される。最好適には、このモジュレート処理はフ
ェーズモジュレーションである。振幅モジュレーションであっても構わない。本
実施例においては、低レベル信号は励起界での小フェーズジッタ(tiny phase ji
tter)として現われる。励起界の振幅には変更が起こらず、よって、トランスポ ンダへのパワー伝達には影響が及ばない。この形態のモジュレーションはフェー
ズジッタモジュレーションまたは略してPJMと呼称される。
。例えば、信号を、RCまたはチューニングされた回路等のフェーズシフターま
たは可変長ディレイライン(variable length delay line)を通過させる。
部分は90°フェーズシフトされ、方形信号が提供される。これは次に、トラン
スポンダに伝達される前にデータ信号でPRKモジュレート処理され、オリジナ
ル励起信号に戻される。得られた信号を振幅限定処理して残留振幅成分を除去す
ることができる。トランスポンダで、励起におけるこれら小フェーズシフトは対
応してアンテナ電圧フェーズシフトを誘導する。それらシフトは回路インピーダ
ンスまたはトランスポンダのアンテナに接続されたパワーレギュレーション回路
で変更されない。
ートされた方形信号によって引き起こされたフェーズ偏差(phase deviation)T HETAは、低レベル信号に対して非常に小さく、 THETA=arctan(2xMag(PRK)/Mag(Fc)) で与えられる。
の減衰PRK信号に対しては、THETA=0.12°である。これらの両方は励
起信号の非常に小さなフェーズ偏差である。
所オシレータ(LO:local oscillator)信号を使用してリカバーされ、モジュ
レートされたデータをミキサーまたはマルチプライヤのベースバンドにダウンコ
ンバートさせる。トランスポンダにおいては、LO信号はモジュレートされた励
起信号から引き出されなければならない。LO信号をモジュレートされた励起信
号から抽出する好適方法はトランスポンダでフェーズロックループ(phase locke
d loop)PLLを使用し、LO信号を発生させる。そのLO信号は低ループバン ド幅PLLで発生され、オリジナル励起信号フェーズにロックされるが、高速モ
ジュレートされたフェーズシフトを追尾(track)することはできない。方形デー タ信号はダウンコンバートされ、LO信号で駆動されるミキサーまたはマルチプ
ライア内で検出される。PLLで使用されるフェーズ検出器のタイプ及び回路の
伝播ディレイ(propagation delay)によって、励起信号に関するLOフェーズは 0°から360°の範囲で変動する。PLLに従来式XORフェーズ検出器が使
用されると、PLLオシレータの出力は励起信号に対して90°程度となり、デ
ータモジュレートされたフェーズ方形信号とフェーズ同調状態(in phase)となろ
う。LOと励起信号との間の90°フェーズは方形フェーズモジュレーションの
効果的な検出には必要ではない。XORミキサーは電圧コンバージョン特性に対
して0°から180°及び180°から360°のリニアフェーズ(linear phas
e)を有している。ゲインサインの変更が発生する0°及び180°周辺を除いて
フェーズアングルには無関係に同一の出力振幅が提供される。
である。平均出力が中央付近であることが回路オペレーションにとってさらに便
利であり、よって、90°あたりのフェーズアングルのLOがさらに便利である
。そのLO信号のフェーズは固定フェーズディレイ要素(fixed phase delay ele
ment)を使用して簡単に調整できる。よって、0°または180°フェーズ検出 器が使用可能であり、さらに約90°のフェーズシフトが固定ディレイ要素で達
成できる。
部オシレータ信号フェーズ(local oscillator signal phase)は励起信号フェー ズに関して90°にある。
ルのダブルサイドデータバンド幅である。減衰されると、モジュレートされたデ
ータスペクトルのレベルは励起信号振幅に関して非常に低くなり、規制エミッシ
ョンリミット(regulatory emission limit)への一致を従来のものより大きく容 易化する。
周波数スペクトルである。特に、図5(a)は典型的なデータスペクトルである。 100kbpsでのデータに対して、周波数スペクトルの最初の0は100kH
zで発生する。図5(b)は、励起信号の方形バージョンにモジュレートされたと きのデータの代表的な周波数スペクトルである。このタイプのモジュレーション
スペクトルはオリジナルデータスペクトルのダブルサイドスペクトルと同じであ
る。本願発明においては、モジュレートされた方形信号は減衰され、オリジナル
励起信号に加えられる。図5(c)は励起信号Fcと、図5(b)でそのスペクトルを
示す減衰モジュレートされた方形信号との合体スペクトルを示す。この減衰レベ
ルは励起信号の振幅とデータサイドバンドの振幅との差で提供される。
ルと同じであるため、狭バンド高Qのインテロゲータとトランスポンダのアンテ
ナはモジュレートされた励起信号の送受信にそれぞれ利用される。従って、イン
テロゲータの励起アンテナは高周波数で作動し、同様にトランスポンダのアンテ
ナは高周波数でエネルギーを受け取る。他の実施例では低Qアンテナで実施され
る。
を示す。図6(a)の主励起信号部分は90°フェーズシフトされ、方形信号を発 生させている。次に方形信号はデータでモジュレートされる。好適形態のモジュ
レーションはフェーズリバースキーイング(phase reverse keying)PRKである
。PRKモジュレートされた方形信号は減衰され、主励起信号に戻される。特定
の順序で示されているが、フェーズシフト、モジュレーション及び減衰の順番を
変えてもよい。このモジュレーション方法は励起信号に対して低レベルデータサ
イドバンドを発生させる。そこではサイドバンドは励起信号に対して同調フェー
ズ方形(in phase quadrature)である。そのデータ信号は励起信号に対して低振 幅フェーズジッタとして現われる。実施例によってはその信号はさらに振幅制限
され、残留振幅成分が除去される。
width phase lock loop)PLLで発生される。そのPLLは励起信号フェーズに
ロック(lock)され、データモジュレーションで引き起こされる高速フェーズジッ
タには対応できない。標準PLLフェーズ検出器に対しては、PLLオシレータ
は励起信号フェーズに関して固定フェーズでロックするであろう。次にこのオシ
レータ信号はLOとして使用され、マルチプライアの方形サイドバンドデータ信
号をデモジュレートする。低パスフィルタLPFは高周波ミキサープロダクトを
フィルタ除去し、デモジュレートされたデータ信号を通過させる。
スFcは90°スプリッタで分割される。スプリッタからの1つの出力はミキサ
ーのLOポートに供給される。データはミキサーのIFポートに供給され、LO
ポート信号のPRKモジュレーションを引き起こす。RFポートでのミキサー出
力はPRKモジュレートされた方形信号である。これは減衰され、0°コンバイ
ナで基準に再び加えられ、トランスポンダへの送信の準備が完了する。
スポンダアンテナ電圧はシュミットトリガー(schmitt trigger)によってスクエ アアップ(square up)され、その出力はタイプ3のPLLを供給する。タイプ3 フェーズ検出器は能動エッジトリガーされたセクエンスフェーズ検出器(sequenc
e phase detector)であり、PLLオシレータを入力フェーズに対して180° でロックさせる。低ループバンド幅で、入力信号においてこのPLLは容易にサ
イドバンドをフィルターオフ処理(filter off)できる。シュミットの出力は、入
力信号に固定ディレイを加えるようにデザインされた一連のインバータを通過す
る。このディレイは、ディレイ連鎖(delay chain)からの出力のフェーズがLO に対して0°あるいは180°とならないように選択される。好適なフェーズ値
は回路の利便性のためには90°である。VCOの出力はLoとして作用し、フ
ェーズジッタモジュレートされたデータをディモジュレートする。このデータは
専用ORゲートでデモジュレートされ、その出力は低パスフィルター処理され、
フロートコンパレータ(floating comparator)で検出される。
とは理解されよう。
ル(frequency spectra)である。
ーザ図(phasor diagram)である。
。
ィングの方法を図示している。
図である。
路の概略図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 第1アンテナからデータを送信する方法であって、 キャリア信号を提供するステップと、 データ信号に従って該キャリア信号に対して低レベルフェーズモジュレーショ
ンを施してモジュレートされた信号を発生させるステップと、 該モジュレートされた信号を前記第1アンテナに提供して送信するステップと
、 を含んでいることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 モジュレートされた信号を第2アンテナで受信し、対応して第
1信号を発生させて受信手段に提供するステップをさらに含んでおり、該受信手
段はデータ信号を表す第2信号を引き出すことを特徴とする請求項1記載の方法
。 - 【請求項3】 第1信号は受信手段へのパワー供給に利用されることを特徴と
する請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 第1アンテナと第2アンテナはそれぞれ高Qファクターを有し
ていることを特徴とする請求項2記載の方法。 - 【請求項5】 モジュレートされた信号をキャリア信号と、データ信号でモジ
ュレート処理された減衰された方形キャリア信号との合体から引き出すステップ
をさらに含んでいることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 トランスミッタであって、 第1アンテナと、 キャリア信号を提供するためのオシレータ手段と、 データ信号に従って該キャリア信号に対して低レベルフェーズモジュレーショ
ンを施し、モジュレートされた信号を発生させるミックス手段と、 を含んでおり、該ミックス手段は同時に前記第1アンテナに該モジュレートされ
た信号を提供して送信させることを特徴とするトランスミッタ。 - 【請求項7】 モジュレートされた信号は第2アンテナで受信され、対応する
第1信号が発生して受信手段に提供され、該受信手段はデータ信号を表す第2信
号を引き出すことを特徴とする請求項6記載のトランスミッタ。 - 【請求項8】 第1信号は受信手段へのパワー供給に利用されることを特徴と
する請求項7記載のトランスミッタ。 - 【請求項9】 第1アンテナと第2アンテナはそれぞれ高Qファクター有して
いることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載のトランスミッタ。 - 【請求項10】 モジュレートされた信号は、キャリア信号と、データ信号でモ
ジュレートされた減衰方形キャリア信号との合体を含んでいることを特徴とする
請求項6記載のトランスミッタ。 - 【請求項11】 アンテナはチューニング式コイルであることを特徴とする請求
項6記載のトランスミッタ。 - 【請求項12】 添付図面にて図解された本願発明の実施態様に関して解説され
ているごとき、アンテナからデータを送信する方法。 - 【請求項13】 添付図面にて図解された本願発明の実施態様に関して解説され
ているトランスミッタ。 - 【請求項14】 請求項6から11のいずれかで定義されているトランスミッタ
を含んだ識別システム。 - 【請求項15】 荷物の識別のための請求項14記載のシステム。
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