JP2006005497A - 無線通信システム及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射波伝送時に反射器が反射波読み取り器との接続を完了するまでの待機電力を低減する。
【解決手段】 反射波読み取り器は、反射器と接続が確立する前に、所定時間だけ無変調キャリアを送信した後に、ビーコン信号を送信する。反射器は、通常電源の他に、無変調キャリアを用いて給電するための整流用ダイオードとキャパシタを備えている。反射波読み取り器の接続が確立する前は、キャパシタにスイッチし、待機期間における通常電源の消耗を回避する。接続確立後は通常電源に切り替え、安定した通信動作を行なうようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、比較的近距離の機器間において低消費電力の通信動作を実現する無線通信システム及び無線通信装置に係り、特に、反射波読み取り器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側におけるアンテナ負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づく反射波の変調を利用してデータ通信を行なうバック・スキャッタ方式の無線通信システム及び無線通信装置に関する。

さらに詳しくは、本発明は、反射器と反射波読み取り器間における反射波伝送の消費電力を低減する無線通信システム及び無線通信装置に係り、特に、反射波伝送時に反射器が反射波読み取り器との接続を完了するまでの待機電力を低減する無線通信システム及び無線通信装置に関する。

複数の機器をネットワーク接続することにより、コマンドやデータ伝送の効率化、情報資源の共有化、ハードウェア資源の共有化を実現することができる。さらに最近では、有線方式による配線からユーザを解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。

無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）、ＩＥＥＥ８０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。近年、無線ＬＡＮシステムは安価になり、ＰＣにも標準内蔵されるようになったこととも相俟って、無線ＬＡＮの普及が著しい。

比較的小規模な無線通信システムは、家庭内などで、ホスト機器と端末機器間のデータ伝送に使用される。ここで言うホスト機器の例としては、テレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤーなど、据え置き型の家電製品が挙げられる。また、端末機器の例としては、デジタル・カメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置など、消費電力を極力抑えたいモバイル系機器が挙げられる。この種のシステムのアプリケーションとしては、カメラ付き携帯電話やデジタル・カメラで撮った画像データを無線ＬＡＮ経由でＰＣにアップロードすることなどである。

ところが、無線ＬＡＮは本来コンピュータでの利用を前提として設計・開発されたものであり、モバイル系機器に搭載する場合、その消費電力が問題となる。現在市販されているＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線ＬＡＮカードの多くは、送信時に８００ｍＷ以上、受信時に６００ｍＷ以上の消費電力がある。この消費電力は、バッテリ駆動のポータブル機器にとっては、負担の大きい。

無線ＬＡＮ機能を近距離限定で動作させて、その送信電力を小さくしても、消費電力は８割程度しか低下することができない。特に、デジタル・カメラなどの画像入力装置から画像表示装置側への伝送は、送信比率が通信全体のほとんど占めるような通信形態となるため、なおさら低消費電力の無線伝送手段が求められている。

また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信に関しては、伝送速度が最大でも７２０ｋｂｐｓと低速度であり、昨今の高画質化した画像伝送には時間がかかり不便である。

これに対し、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波を利用した無線伝送によれば、例えば機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力化を実現することができる。

バック・スキャッタ方式の無線通信システムは、変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器と、反射器からの反射波からデータを読み取る反射波読み取り器で構成される。データ伝送時には、反射波読み取り器が無変調キャリアを送信する。これに対し、反射器は、例えばアンテナの終端のオン／オフなどの負荷インピーダンス操作を用い、無変調キャリアに対し伝送データに応じた変調処理を施すことで、データを送出する。そして、反射波読み取り器側では、この反射波を受信し復調・復号処理して伝送データを取得することができる。

反射波伝送システムでは、バック・スキャッタリングを行なうためのアンテナ・スイッチは一般的にガリウム砒素のＩＣで構成され、その消費電力は数１０μＷ以下であり、データ伝送を行なうときの平均電力としては、送達確認方式の場合で１０ｍＷ以下、一方向伝送では、数１０μＷでデータ伝送が可能である。これは、一般的な無線ＬＡＮの平均消費電力と比較すると、圧倒的な性能差である（例えば、非特許文献４を参照のこと）。

例えば、デジタル・カメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置など、消費電力を極力抑えたいモバイル系の端末機器に反射器を組み込み、テレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤーなど、据え置き型の家電製品などからなるホスト機器に反射波読み取り器を組み込む。例えば、カメラ付き携帯電話やデジタル・カメラで撮った画像データを、反射波伝送路を経由でＰＣにアップロードし、画像データの蓄積や表示出力、プリントアウトなどを行なうことができる。

ここで、通常のデータ通信においては、データ供給元装置によるＲＴＳ信号の送信とデータ提供先装置によるＣＴＳ信号の返信など、所定の手順を経てデータ送信が開始される。ＲＴＳ／ＣＴＳ方式では、データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を受信したことに応答してデータ送信を開始する。そして、周辺の端末局はＲＴＳ又はＣＴＳのうち少なくとも一方を受信すると、ＲＴＳ／ＣＴＳ手続に基づくデータ伝送が行なわれると予想される期間だけ自局の送信停止期間を設定することにより、衝突を回避することができる。ＲＴＳ／ＣＴＳ手順によれば、ＣＳＭＡ方式のようなランダムなアクセス制御を行なう際に、いわゆる隠れ端末問題を好適に回避することができる。

これに対し、反射波伝送方式では、デジタル・カメラなどに内蔵される反射器がデータ送信元となるが、無変調キャリアに対する変調反射波によりデータ伝送を行なうものであり、ＲＴＳ信号などの送信開始を示すデータの送信手段を持たない。このため、ＴＶなどのデータ送信先装置の反射波読み取り器は反射波の生成に必要な無変調キャリアを常に送信しなければならない。ところが、このような無変調キャリアの常態的な送信動作は、データ伝送を実際に行なわないときには無駄の多い待機電力であるとともに、他の無線通信システムへの妨害波にもなる。とりわけ２．４ＧＨｚ帯を使用する反射波伝送システムにおいては、通常の無線ＬＡＮの使用周波数帯と重なることから、近接システムへの影響が懸念される。

また、無線ネットワークを構築する際に、少なくとも一部の通信局がビーコンと呼ばれる制御信号を送信し、このビーコンを受信可能な通信局は近隣に他局が存在することを認識し、互いの同期協調動作を確立する、という手法が広く採り入れられている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるネットワーキングのインフラストラクチャ・モードでは、アクセス・ポイントは適当な時間間隔でビーコンと呼ばれる制御信号を送信し、このビーコンを受信可能である移動局はアクセス・ポイントが近隣に存在することを認識し、さらにアクセス・ポイントとの間でコネクション確立を行なう。

反射波伝送システムにおいて、ビーコン信号の報知に基づくネットワーク構築の手法を採り入れた場合、例えば、アクセス・ポイントとして動作する反射波読み取り器側からＡＳＫ変調したビーコン信号を送信し、端末局として動作する反射器に対し接続のトリガを与えることができる。

端末としての反射器側では、ビーコン受信により反射波読み取り装置と一旦接続が確立すれば、その後は無変調キャリアの受信により給電され、反射波伝送動作が可能となる。ところが、反射器はビーコン信号を受信し、アクセス・ポイントを発見し接続を完了するまでは、接続相手を探索するために常に受信動作をしておく必要がある。この場合、反射器側での待機電力は過大となり、非常に非効率的である。

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ 5１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ 特願２００３−２９１８０９号明細書

本発明の目的は、反射器と反射波読み取り器間における反射波伝送の消費電力を低減することができる、優れた無線通信システム及び無線通信装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、反射波伝送時に反射器が反射波読み取り器との接続を完了するまでの待機電力を低減することができる、優れた無線通信システム及び無線通信装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、反射波読み取り器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側における伝送データに応じた反射波の変調により反射波伝送を行なう無線通信システムであって、前記反射波読み取り器と前記反射器間で接続が確立する前に、前記反射波読み取り器は、所定時間だけ無変調キャリアを送信することを特徴とする無線通信システムである。ここで、前記反射波読み取り器は、制御用のビーコン信号を間欠送信するが、所定時間だけ無変調キャリアを送信した後にビーコン信号を送信するようにする。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

本発明に係る無線伝送システムは、比較的近距離に限定される機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力化を実現することを目的とするものであり、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波の変調を利用して無線伝送を行なう。ＲＦＩＤシステム自体は、超近距離でのみ適用可能な無線通信手段の一例として当業界において広く知られている。

ここで、反射波伝送方式では、無変調キャリアに対する変調反射波によりデータ伝送を行なうことから、反射器側がデータ送信元となる場合には、送信開始を示すデータの送信手段を持たない、という問題がある。また、データ送信先となる反射波読み取り器が反射波の生成に必要な無変調キャリアを常に送信した場合、待機電力の無駄が多くなるとともに、近接システムへの妨害波を発生するおそれがある。

そこで、本発明では、データ送信先となる反射波読み取り器は、反射器と接続が確立する前に、所定時間だけ無変調キャリアを送信するようにする。具体的には、所定時間だけ無変調キャリアを送信した後に、ビーコン信号を送信する。これに対し、データ送信元である反射器側では、例えば受信したビーコン信号に含まれる識別符号の照合を行ない、照合結果が正しければ反射波伝送によるデータ通信を開始する。

このような場合、反射器側からデータ送信を開始できるようにするために、反射波読み取り器は、無変調キャリアを付随したビーコン信号を間欠的に送るだけでよいので、反射波の生成に必要な無変調信号を常に送信する場合に比べて待機電力を大幅に削減することができるとともに、他の無線通信システムへの妨害の影響を低減することができる。

そして、データ送信元である反射器側では、ビーコン信号に含まれる識別符号を参照してデータ送信先装置を照合し、正しい照合結果が得られた場合には、ビーコン信号に含まれる無変調信号に変調をかけて反射波としてデータを伝送する。

また、通信端末としての反射器側では、ビーコン受信により反射波読み取り装置と一旦接続が確立すれば、その後は無変調キャリアの受信により給電され、反射波伝送による低消費電力のデータ伝送動作が可能となるが、反射波読み取り器との接続が完了するまでは受信動作を継続しなければならず、非常に非効率的である。

そこで、前記反射器は、前記反射波読み取り器から受信される無変調キャリアを用いて給電する給電手段をさらに備えるようにする。この給電手段は、例えば、受信した無変調キャリアを整流するダイオード及び整流された電流を基に電荷を蓄積するキャパシタで構成することができる。

この場合、反射器は、バッテリなどの通常電源に加え、キャパシタなどの給電手段を駆動電源に持つことができる。前記反射器と前記反射波読み取り器の接続が確立する前は、前記給電手段を駆動電源に切り替えることによって、待機期間における通常電源の消耗を回避することができる。そして、無変調キャリアを受信するとキャパシタに給電され、動作が可能となり接続が確立する。接続が確立した後は、通常電源に切り替え、安定した電源により通信動作を実行することができるようになる。

本発明によれば、反射器と反射波読み取り器間における反射波伝送の消費電力を低減することができる、優れた無線通信システム及び無線通信装置を提供することができる。

また、本発明によれば、反射波伝送時に反射器が反射波読み取り器との接続を完了するまでの待機電力を低減することができる、優れた無線通信システム及び無線通信装置を提供することができる。

本発明によれば、高速反射波通信システムにおいて、通信端末としての反射器が通信ホストとしての反射波読み取り器へ接続するまでに使用される電源を、通信ホストから受ける無変調キャリアにより補うことができる。これにより、周囲に通信ホストが存在しなかった場合など、接続されていないにも拘らず、電力を無駄遣いしているという状態を回避することができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

本発明は、比較的近距離に限定される機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力の通信動作により、電化製品などの機器制御、画像などの大容量データ伝送、並びに相互通信を実現することを目的とするものであり、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波を利用して無線伝送を行なうものである。

ＲＦＩＤシステム自体は、局所でのみ適用可能な無線通信手段の一例として当業界において広く知られている。タグとリーダライタの間の通信方法には、電磁結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。本発明は、このうち、２．４ＧＨｚ帯などのマイクロ波を用いた電波通信方式に関連する。

図１には、バック・スキャッタ方式のデータ伝送を行なう反射波伝送システムの構成例を示している。同図に示すように、反射波伝送システムは、反射器１００と反射波読み取り器１１０で構成される。

反射波読み取り器１１０側からは、無変調キャリアが送出される。反射器１００は、伝送データに基づき、受信した無変調キャリアに変調をかけた反射波を生成する。一方、反射波読み取り器１１０は、反射器１００からの反射波を受信し、データに復調する。

反射器１００は、指向性アンテナ１０１と、無線部１０２と、通信制御部１０３と、端末インターフェース部１０４で構成される。無線部１０２は、バンドパス・フィルタ１０２ａと、ＡＳＫ検波部１０２ｂと、指向性アンテナ１０１の終端のオン／オフを操作するアンテナ・スイッチ１０２ｃと、アンテナ負荷１０２ｄで構成される。端末インターフェース部１０４には、例えば、デジタル・カメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置など、伝送データの供給元となるモバイル系の端末機器１０５が接続されている。

通信制御部１０３は、端末インターフェース部１０４を介して接続されている端末機器１０５から送られてきた送信データ列をパケット化し、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号を付加して、無線部１０２に送る。無線部１０２は、通信制御部１０３から送られてきたデータに基づき、指向性アンテナ１０１で受信した無変調キャリアに対し、アンテナの負荷インピーダンスの操作に基づいて変調をかけ、反射波を指向性アンテナ１０１から送信する。

例えば、データが１のときはアンテナ・スイッチ１０２ｃをオンに、データが０のときオフとする。アンテナ・スイッチ１０２ｃがオンのときは、アンテナ１０１は例えば５０Ωのアンテナ負荷１０２ｄで終端され、オフのときは、アンテナ１０１はオープンとなる。この動作は、反射波読み取り器から到来する無変調キャリアに対して、オンのときは終端、オフのときは反射の振る舞いをする。したがって、データは、アンテナ・スイッチ１０２ｃのオン／オフ操作に伴うアンテナ負荷インピーダンスの変動によって生じる無変調キャリアの反射波として変調され送信されることになる。

アンテナ・スイッチ１０２ｃは一般的にガリウム砒素のＩＣで構成され、その消費電力は数１０μＷ以下である。したがって、上述した通信方式によれば、超低消費の無線画像伝送を実現することができる。

また、バンドパス・フィルタ１０２ａ、ＡＳＫ検波部１０２ｂは、反射波読み取り器からのＡＳＫ変調されたＡＣＫ又はＮＡＣＫなどの送達確認信号の受信時に用いる。バンドパス・フィルタ１０２ａは、２．４ＧＨｚ帯の周波数を通過させ、他の周波数帯を減衰する。そして、ＡＳＫ検波された受信データは通信制御部１０３へ送られる。

通信制御部１０３では、受信したＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットのＣＲＣ判定を行なう。そして、受信したＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットが正しかった場合、ＡＣＫであれば次の送信データ・パケットを送信する。また、受信したパケットがＮＡＣＫであった場合や、ＣＲＣ判定の結果、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットに誤りがあった場合、あるいはＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを受信できなかった場合には、前に送った送信データ・パケットを送信し直す。

送達確認を行なう場合に必要なＡＳＫ検波部１０２ｂの消費電力は３０ｍＷ以下で実現することができる。したがって、データ伝送を行なうときの平均電力としては、送達確認方式の場合で１０ｍＷ以下、一方向伝送では数１０μＷでデータ伝送が可能である。これは、一般的な無線ＬＡＮの平均消費電力と比較すると、圧倒的な性能差である。

なお、バンドパス・フィルタ１０２ａ、ＡＳＫ検波部１０２ｂの２つのブロックは、伝送の送達確認を行なわない一方向の伝送であれば不要となる。一方、送達確認が行なわれる場合、その制御は、通信制御部１０３で行なわれる。

反射波読み取り器１１０は、指向性アンテナ１１１と、無線部１１２と、通信制御部１１３と、ホスト・インターフェース部１１４で構成される。ホスト・インターフェース部１１４には、テレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤーを始めとする据え置き型の家電製品などの、反射器１００からの受信データを処理又は再生出力するホスト機器１１５に接続されている。

無線部１１２は、サーキュレータ１２０と、受信部１３０と、送信部１４０と、周波数シンセサイザ１５０で構成される。さらに、受信部１３０は、直交検波部１３１とＡＧＣアンプ１３２で構成され、送信部１４０は、ミキサ１４１とパワー・アンプ１４２で構成される。送信部１４０では、無変調キャリアを生成し、指向性アンテナ１１１ら送信する機能を備えている。また、受信部１３０は、指向性アンテナ１１１から受信した反射波を検波・復調する受信機能を備えている。無線部１１２は、受信したデータを通信制御部１１３に送る。

無変調キャリアを送信するためには、通信制御部１１３からミキサ１４１に対してある直流電圧を与えることにより実現される。送信する無変調キャリアの周波数は、通信制御部１１３から制御される周波数シンセサイザ１５０の周波数で決まる。本実施形態では、２．４ＧＨｚ帯を用いている。ミキサ１４１から出力される無変調キャリアは、パワー・アンプ１４２にて所定のレベルまで増幅され、サーキュレータ１１２経由でアンテナ１１１より送出される。

反射器１００からの反射波は、無変調キャリアの送信周波数と同じである。この反射波は、アンテナ１１１で受信され、サーキュレータ１１２経由で受信部１３０に入力される。直交検波部１３１には、送信と同じローカル周波数が入力されるため、直交検波部１３１の出力には、反射器１００側で掛けられたＡＳＫ変調波が現れることになる。 但し、受信した信号はローカル信号と位相が異なるため、Ｉ軸信号とＱ軸信号には、その位相差に応じた変調信号が現われる。

ＡＧＣアンプ部１３２では、最適値にゲインを制御され、その出力信号は、通信制御部１１３に渡される。

通信制御部１１３では、Ｉ軸及びＱ軸の各信号よりデジタル・データへの復調を行なう。そして、受信データ・パケットに付加されたＣＲＣ符号によってパケットの正誤判定を行ない、正しいと判断された受信データのみ、ホスト・インターフェース部１１４を介してホスト機器１１５に送る。

また、通信制御部１１３は、ＣＲＣ判定の結果、受信データ・パケットが正しかった場合には肯定応答のＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）パケットを、誤っていた場合には否定応答のＮＡＣＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）パケットをそれぞれ生成し、生成したＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットにＣＲＣ符号を付加して無線部１１２に渡す。無線部１１２は、通信制御部１１３から受けたデータにＡＳＫ変調をかけ、指向性アンテナ１１１から送信する。

なお、反射波伝送システムでは、一般に、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）などの比較的ビットレートの低い変調方式が採用されている。例えば、反射器側で指向性アンテナの終端のオン／オフ操作などの負荷インピーダンスを操作することによって信号空間上に０、１の信号を配置することができＢＰＳＫ変調を簡易に実現することができる。但し、これらの変調方式では伝送速度の面で問題がある。これに対し、例えば、反射器側で反射波が往復する信号路上で位相差を与えることによって、ＱＰＳＫや８相ＰＳＫ変調など、より高いビットレートの変調方式を実現することができる。この点の詳細については後述に譲る。

ここで、反射波伝送方式では、無変調キャリアに対する変調反射波によりデータ伝送を行なうことから、反射器側がデータ送信元となる場合には、送信開始を示すデータの送信手段を持たない、という問題がある。また、データ送信先となる反射波読み取り器が反射波の生成に必要な無変調キャリアを常に送信した場合、待機電力の無駄が多くなるとともに、近接システムへの妨害波を発生するおそれがある。

そこで、本発明の１つの実施形態では、データ送信先となる反射波読み取り器は、無変調キャリアを伴ったビーコン信号を間欠的に送信するようにした。この場合、データ送信元である反射器側では、例えば受信したビーコン信号に含まれる識別符号の照合を行ない、照合結果が正しければ反射波伝送によるデータ通信を開始することができる。

このような場合、反射器側からデータ送信を開始できるようにするために、反射波読み取り器は、無変調キャリアを付随したビーコン信号を間欠的に送るだけでよいので、反射波の生成に必要な無変調信号を常に送信する場合に比べて待機電力を大幅に削減することができるとともに、他の無線通信システムへの妨害の影響を低減することができる。そして、データ送信元である反射器側では、ビーコン信号に含まれる識別符号を参照してデータ送信先装置を照合し、正しい照合結果が得られた場合には、ビーコン信号に含まれる無変調信号に変調をかけて反射波としてデータを伝送する。

図２には、本発明の実施形態に係る反射波伝送システムの構成例を示している。図示のシステムは、ホスト機器２１２と、ビーコン信号を送信する通信ホストとしての反射波読み取り器２００と、反射波読み取り器２００からの無変調キャリアを受信し反射波の変調によりデータ伝送を行なう通信端末としての反射器２１３と、通信端末に接続された端末機器２２０で構成される。例えば、ホスト機器２１２として、テレビ、モニタ、プリンタ、ＰＣ、ＶＴＲ、ＤＶＤプレイヤーを始めとする据え置き型の家電製品などの、反射器２１３からの受信データを処理又は再生出力する装置が接続されている。また、端末機器２２０として、デジタル・カメラや、ビデオ・カメラ、携帯電話、携帯情報端末、携帯型音楽再生装置など、伝送データの供給元となるモバイル系の端末機器が接続されている。

まず、ホスト側について説明する。参照番号２００が通信ホスト・モジュール、参照番号２１２がホスト機器である。本実施形態では、通信端末２１３からのデータは変調された反射波という形態で伝送されるため、通信ホスト・モジュール２００からは、反射波を作り出すための無変調のキャリアを送信する必要がある。

通信ホスト・モジュール２００は、アンテナ２０１と、サーキュレータ２０２と、受信部２０３と、送信部２０６と、周波数シンセサイザ２０９と、通信制御部２１０と、ホスト・インターフェース部２１１で構成される。通信ホスト・モジュール２００とホスト機器２１２間では、ホスト・インターフェース部２１１を介して、制御信号やデータ信号の送受信を行なう。さらに、受信部２０３は、直交検波部２０４とＡＧＣアンプ２０５で構成される。また、送信部２０６は、ミキサ２０８とパワー・アンプ２０７で構成される。

通信ホスト・モジュール２００から無変調キャリアを送信するためには、通信制御部２１０からミキサ２０８に対してある直流電圧を与えることにより実現される。送信する無変調キャリアの周波数は、通信制御部２１０から制御される周波数シンセサイザの周波数で決まる。本実施形態では、２．４ＧＨｚ帯を用いている。ミキサ２０８出力の無変調キャリアは、パワー・アンプ２０７にて所定のレベルまで増幅され、サーキュレータ２０２経由でアンテナ２０１より送出される。

本実施形態では、通信端末からの反射波は、通信ホスト・モジュール２００から送信される周波数と同じとしている。なお、反射波を別の周波数にシフトする方式も考案されているが（例えば、本出願人に既に譲渡されている特願２００４−１４０５８０号明細書を参照のこと）、本発明は端末側の起動時の低消費電力化を目的としているため、本明細書ではこの点については説明しない。

送信した無変調キャリアに対する反射波は、アンテナ２０１で受信され、サーキュレータ２０２経由で受信部２０３に入力される。直交検波部２０４には、送信と同じローカル周波数が入力されるため、直交検波部２０４の出力には、通信端末２１３で掛けられたＡＳＫ変調波、又はＱＰＳＫ変調波（後述）が現れることになる。 但し、受信した信号はローカル信号と位相が異なるため、ＩとＱには、その位相差に応じた変調信号が現われる。そして、ＡＧＣアンプ部２０５では最適値にゲインを制御され、その出力信号は、通信制御部２１０に渡される。

通信制御部２１０では、２つのＩ／Ｑ信号よりデジタル・データへの復調を行ない、正しいデータはホスト・インターフェース部２１１経由でホスト機器２１２に転送される。

通信端末２１３からのデータの送達確認を行なう場合、通信制御部２１０は、受信したパケット・データが正しければ肯定応答のＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）、違っていれば否定応答のＮＡＣＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）のデジタル・データとしてミキサ２０８に転送し、ＡＳＫ変調をかける。データの正誤は、例えばデータ・パケットに付加されたＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号に基づいて判断する。

次に端末側について説明する。参照番号２１３が通信端末モジュール、参照番号２２６が端末機器になる。

通信端末モジュール２１３は、アンテナ２１４と、アンテナ・スイッチ２１５と、アンテナ負荷２１６と、バンドパス・フィルタ２１７と、ＡＳＫ検波部２１８と、キャパシタ２１９と、整流用ダイオード２２０と、電源切替スイッチ２２１と、通常電源２２２と、通信制御部２２３と、ビーコン検出部２２４と、端末インターフェース部２２５とで構成される。本実施形態では、周波数として２．４ＧＨｚ帯を用いる（同上）。

データ転送を行なう場合、通信制御部２２３は、端末インターフェース部２２５より端末機器２２６からのデータを受け取り、アンテナ２１４に接続されたアンテナ・スイッチ２１５のオン／オフ操作を行なう。例えば、データ＝１のときはオン、データ＝０のときはオフとする。オンのときにアンテナ２１４は５０Ωのアンテナ負荷２１６で終端されるのに対し、オフのときにアンテナ２１４はオープンとなる。

このようなアンテナ・スイッチ２１５の動作は、通信ホストから送信される電波に対して、オンのときは終端され、オフのときは反射の振る舞いをする。したがって、送信データは、基本的にアンテナ・スイッチ２１５のオン／オフ操作してアンテナ負荷インピーダンスを変動させることによって、転送先からの無変調キャリアに対する反射波に変調処理を施し、送信されることになる。なお、アンテナ・スイッチ２１５の構成などによってＡＳＫ変調波又はＱＰＳＫ変調波を作ることが可能である（後述）。

アンテナ・スイッチ２１５は一般的にガリウム砒素のＩＣで構成され、その消費電力は数１０μＷ以下である。したがって、反射波伝送システムによれば超低消費のデータ伝送が実現できる。

バンドパス・フィルタ２１７、ＡＳＫ検波部２１８は、通信ホストからＡＳＫ変調された送達確認信号やビーコン信号などの制御信号、及びデータ信号の受信時に用いられる。通信ホストから受け取ったデータは、通信制御部２２３で解析され、通信プロトコルに従った動作を行なう。

以上が本実施形態に係る反射波伝送システムにおける通信端末の構成、並びに送信及び受信動作の概略である。本実施形態では、このような基本的動作に加え、通信端末モジュール２１３の起動時（通信開始時）において、低消費電力化を実現するための動作を備えている。

通信端末モジュール２１３は、駆動電源として、通常電源２２２とキャパシタ２１９に蓄積されている電荷を利用することができる。例えばデータ転送先から無変調キャリアを受信したとき、整流用ダイオード２２０により整流して、キャパシタ２１９に給電することができる。電源切替スイッチ２２１は、反射波伝送システムにおけるデータ伝送シーケンスの段階に応じて電源を切り替えることで、通信端末モジュール２１３の低消費電力動作を実現する。以下、通信端末の低消費電力動作の詳細について、図３を参照しながら説明する。

通常、通信端末モジュール２１３は、通信ホスト・モジュール２００が、間欠的に送信するビーコン信号３０２により、接続先の通信ホストを認識して接続を開始する。

ここで、図３に示すように、無変調キャリア３０１が送信されている給電期間３００のように、ビーコン信号を送信する前の一定期間、無変調キャリアを送信する。

このタイミングでは、通信端末モジュール２１３は、まだ通信ホスト・モジュール２００に接続されておらず、電源切替スイッチ２２１はキャパシタ２１９側に向いている。この状態のとき、ＡＳＫ検波部２１８の電源はキャパシタ２１９につながっているため、キャパシタ２１９が給電されていない状態では動作しない。

本実施形態では、ＡＳＫ検波部２１８以外の電源は、電源切替スイッチ２２１を経由せず、直接通常電源に接続されているものとしている。但し、キャパシタ２１９の容量及び、無変調キャリアの送信電力、送信時間の設定によっては、すべてに電源切替スイッチ２２１経由でキャパシタ２２１から電源を供給することは原理的には可能である。

ビーコン信号受信前の無変調キャリア３０１を受けている間、電源切替スイッチ２２１がキャパシタ２１９側に向いているので、この無変調キャリア３０１の電力を用いてキャパシタ２１９に給電される。本実施形態では、整流用ダイオード２２０には、高周波特性に優れたショットキーバリア・ダイオードを用いている。

キャパシタ２１９に充分電力が供給され、ＡＳＫ検波部２１８が動作可能になっている状態において、ビーコン信号３０２を受信し、通信制御部２２３内のビーコン検出部２２４により正しくビーコン信号が受信できたかどうかを確認する。そして、正しくビーコン信号が受信できたことが確認されたことに応答して、参照番号３０３で示すように、ビーコン検出部２２４は電源切替スイッチ２２１を通常電源側に向ける。

この電源切替操作により、参照番号３０４で示される、以降の無変調キャリア・制御信号ＡＳＫのやりとりを行なう反射伝送期間３０５では、安定した電源を供給するようになる。

そして、端末を切断し、データ伝送が終了した際３０６には、通信制御部２２３は電源切替スイッチ２２１をキャパシタ２１９側に戻し、次の接続に備える。

なお、反射波伝送システムでは、一般に、ＡＳＫやＢＰＳＫなどの変調方式が採用されている。例えば、反射器側で指向性アンテナの負荷インピーダンス（アンテナ終端のオン／オフ）を操作することで信号空間上に０、１の信号を配置し、ＢＰＳＫ変調を簡易に実現することができる。ところが、これらの変調方式では伝送速度の面で問題がある。これに対し、反射器側において、アンテナの終端処理などの負荷インピーダンスの操作に加え、反射波が往復する信号路上で位相差を与えることによって、ＱＰＳＫや８相ＰＳＫ変調など、より高いビットレートの変調方式を実現することができる。

図４には、反射器側において、ＱＰＳＫ変調方式を実現する無線部の構成例を示している。図示の無線部は、アンテナ１１と、アンテナ１１に直列に接続された３つの位相器１２、１３、１４と、アンテナ１１と位相器１２の間、位相器１２と１３の間、及び位相器１３と１４の間にそれぞれ接続された高周波スイッチ１５、１６、１７によって構成される。

位相器１２、１３、１４は、受信電波１８の波長λに対し、λ／８となるようなストリップ・ラインなどの線路によって構成される。このとき、ストリップ・ラインの長さＬは、基板の誘電率εを考慮して決定され、下式の通りとなる。但し、ε_effは基板の実効誘電率である。

また、基板上での信号の伝送速度は下式の通りとなる。但し、Ｃ₀は光速である。

また、受信電波が各位相器を通過するのに要する時間は下式の通りとなる。但し、Ｔは受信電波の周期である。

ここで、受信電波１８は、各位相器１２、１３、１４を通過することで３６０／Ｔ×Ｔ／８だけ位相が回り、それぞれ片道で４５度、往復で９０度の相違を得る。各位相器１２、１３、１４は、アンテナ１１から直列的に接続されており、高周波スイッチ１５、１６、１７のオン／オフの組み合わせにより短絡点が設けられる。したがって、到来した受信電波１８は短絡点において反射するが、スイッチのオン／オフに応じて往復する信号路に相違を設けることで、反射波に対して４通りの位相差が与えられる。

高周波スイッチ１５のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図中１ａ点で起こる。また、高周波スイッチ１６のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図中１ｂ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器１２を経由しているので、位相は９０度シフトすることになる。また、高周波スイッチ１７のみがオンとなるとき、反射は図中１ｃ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１２と１３を経由しているので、位相は１８０度シフトすることになる。また、すべての高周波スイッチ１５〜１７がオフとなるとき、反射は図中１ｄ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１２と１３、１４を経由しているので、位相は２７０度シフトすることになる。したがって、高周波スイッチ１５、１６、１７を選択的にオンにすることにより、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることができる。

データ伝送を行なう場合、伝送データを２ビットずつに区切り、２ビットの０と１の組み合わせに応じた位相を割り当てることにより、ＱＰＳＫ変調を実現する。具体的には、送信データを２ビットずつに区切り、００のときは高周波スイッチ１５のみをオンに、０１のときは高周波スイッチ１６のみをオンに、１１のときは高周波スイッチ１７のみをオンに、１０のときはすべての高周波スイッチ１５〜１７をオフにするように動作する。

このようして、データ２ビットの値に従い、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることが可能で、信号空間上に（０，０）、（０，１）、（１，０）、（１，１）の４点を配置することができるので、ＱＰＳＫ変調された反射波を作ることができる。

なお、本出願人に既に譲渡されている特願２００３−３５２２２３号明細書には、ＱＰＳＫ変調処理を取り入れたバック・スキャッタ方式の通信システムについて開示されている。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、読取装置側からの無変調キャリアの送信と、送信装置側における伝送データにて反射波に変調を行なう反射波伝送システムを例にとって本発明の実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。反射波伝送以外のメディアを利用する他の無線通信システムであっても、通信相手からの受信電力に基づいて通信動作を行なう場合に、本発明を適用することにより、待機電力の浪費を好適に抑制することができるようになる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、バック・スキャッタ方式のデータ伝送を行なう反射波伝送システムの構成例を示した図である。 図２は、本発明の実施形態に係る反射波伝送システムの構成例を示した図である。 図３は、本発明に係る反射波伝送システムにおける低消費電力動作を説明するための図である。 図４は、反射波伝送システムにおいてＱＰＳＫ変調方式を実現するための反射器側の無線部の構成例を示した図である。

符号の説明

２００…通信ホスト・モジュール
２０１…アンテナ
２０２…サーキュレータ
２０３…受信部
２０４…直交検波部
２０５…ＡＧＣアンプ
２０６…送信部
２０７…パワー・アンプ
２０８…ミキサ
２０９…周波数シンセサイザ
２１０…通信制御部
２１１…ホスト・インターフェース部
２１２…ホスト機器
２１３…通信端末モジュール
２１４…アンテナ
２１５…アンテナ・スイッチ
２１６…アンテナ負荷
２１７…バンドパス・フィルタ
２１８…ＡＳＫ変調部
２１９…キャパシタ
２２０…整流用ダイオード
２２１…電源切替スイッチ
２２２…通常電源
２２３…通信制御部
２２４…ビーコン検出部
２２５…端末インターフェース部
２２２…端末機器

Claims (13)

1. 反射波読み取り器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側における伝送データに応じた反射波の変調により反射波伝送を行なう無線通信システムであって、
   前記反射波読み取り器と前記反射器間で接続が確立する前に、前記反射波読み取り器は、所定時間だけ無変調キャリアを送信する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記反射波読み取り器は、所定時間だけ無変調キャリアを送信した後に、ビーコン信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記反射器は、前記反射波読み取り器から受信される無変調キャリアを用いて給電する給電手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記給電手段は、受信した無変調キャリアを整流するダイオード及び整流された電流を基に電荷を蓄積するキャパシタを備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記反射器は、通常電源と、前記通常電源と前記給電手段のいずれかを駆動電源に切り替える電源切替手段と、前記電源切替手段の切替動作を制御する電源切替制御手段を備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
6. 前記電源切替制御手段は、前記反射器と前記反射波読み取り器の接続が確立する前は、前記給電手段を駆動電源に切り替える、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記電源切替制御手段は、前記反射器と前記反射波読み取り器の接続が確立した後は、前記通常電源を駆動電源に切り替える、
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
8. 送信電波に対する反射波の変調を利用した反射波通信を行なう無線通信装置であって、
   所定時間だけ無変調キャリアを送信した後にビーコン信号を送信するビーコン送信手段と、
   前記送信手段により送信された無変調キャリアに対する反射波に乗せられたデータを受信するデータ受信手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
9. 受信電波に対する反射波の変調を利用した反射波通信を行なう無線通信装置であって、
   通信相手からの無変調キャリアを受信するとともに、伝送データに応じて変調した反射波を送出する通信手段と、
   受信される無変調キャリアを用いて給電する給電手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
10. 前記給電手段は、受信した無変調キャリアを整流するダイオード及び整流された電流を基に電荷を蓄積するキャパシタを備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 通常電源と、
    前記通常電源と前記給電手段のいずれかを駆動電源に切り替える電源切替手段と、
    前記電源切替手段の切替動作を制御する電源切替制御手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
12. 前記電源切替制御手段は、無変調キャリアを送信する通信相手との接続が確立する前は、前記給電手段を駆動電源に切り替える、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
13. 前記電源切替制御手段は、無変調キャリアを送信する通信相手との接続が確立した後は、前記通常電源を駆動電源に切り替える、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
    

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