JP2006093887A - Data reader and communication element without power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触型IC(Integrated Circuit)カードなどの無電源通信素子からデータを読み出すデータ読出装置及びその無電源通信素子に関し、特に、簡易な構成で高速通信を可能とするデータ読出装置及び無電源通信素子に関する。 The present invention relates to a data reading device that reads data from a non-power source communication element such as a non-contact type IC (Integrated Circuit) card, and the non-power source communication element, and more particularly, to a data reading device that enables high-speed communication with a simple configuration, and The present invention relates to a non-power supply communication element.
従来の無電源通信素子として例えばRFID(Radio Frequency Identification)では、電源供給を受ける周波数と情報伝送用の周波数を分けて混信しないようにしている。 As a conventional non-power supply communication element, for example, in RFID (Radio Frequency Identification), a frequency for receiving power supply and a frequency for information transmission are separated to prevent interference.
また、SN比を向上させようとして、低周波で電力の供給を受けて、高周波搬送波をスペクトラム拡散して信号を送信するものもある(例えば、特許文献1参照)。 In addition, in order to improve the signal-to-noise ratio, there is also a type of receiving a power supply at a low frequency and transmitting a signal by spectrum-spreading a high-frequency carrier wave (see, for example, Patent Document 1).
図5は、従来のデータ読出装置及び無電源通信素子の構成を示す図である。データ読出装置であるリーダ30は、低周波発振器31、増幅器32、送信アンテナ33、受信アンテナ34、フィルタ35、線形増幅器(LNA)36、高周波発振器37、ミクサ38、スペクトラム逆拡散器39、及び復調器40から成る。無電源通信素子50は、受信アンテナ51、整流器52、高周波発振器53、変調器54、スペクトラム拡散器55、及び送信アンテナ56から成る。リーダ30の低周波発振器31は、電力供給用の低周波信号を発振し、増幅器32がそれを増幅して、コイルである送信アンテナ33が無電源通信素子50の受信アンテナ51に放射する。受信アンテナ51は、リーダ30の送信アンテナ33からの電力供給用の低周波信号を受信する。整流器52は、受信アンテナ51が受信した低周波信号を整流して電源電圧を発生し無電源通信素子50の各部に供給する。高周波発振器53は、整流器52から電源の供給を受けて信号送信用の搬送波となる高周波信号を発生する。変調器54は、やはり整流器52から電源の供給を受けて高周波発振器53からの搬送波をディジタル送信信号で変調する。変調方式にはFSK(Frequency Shift Keying)変調方式やASK(Amplitude Shift Keying)変調方式などを使用することができる。スペクトラム拡散器55は、変調器54によって変調された信号をM系列符号などでスペクトラム拡散する。送信アンテナ56は、スペクトラム拡散器55によってスペクトラム拡散された信号をリーダ30の受信アンテナ34に放射する。受信アンテナ34は、無電源通信素子50の送信アンテナ56からの信号を受信する。フィルタ35は、受信アンテナ34で受信されたスペクトラム拡散された所定の帯域の信号を通過させる。線形増幅器36は、信号を線形増幅する。高周波発振器37は、無電源通信素子50の高周波発振器53と同一の周波数信号を発振する。ミクサ38は、高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。スペクトラム逆拡散器39は、符号化されることでスペクトラム拡散されている信号を復号化する。復調器40は、復号化されたアナログ信号をディジタル信号に変換して無電源通信素子50からのディジタル送信信号を復調する。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional data reading device and a non-power supply communication element. A
このように、リーダ30は電力を供給すると同時に信号を受信するために、低周波で電力を供給し、高周波搬送波をスペクトラム拡散した信号を受信するようにしている。
しかし、上記の従来例のものは、信号を送信するための搬送波を発生する高周波発振器を必要とし、回路構成が複雑になるとともに、電力の供給を受ける無電源通信素子における消費電力が増加してしまう。 However, the above-described conventional example requires a high-frequency oscillator that generates a carrier wave for transmitting a signal, and the circuit configuration becomes complicated, and the power consumption in the non-power supply communication element that receives power supply increases. End up.
本発明は、上記問題点に鑑み、高周波発振器を必要とせず、簡易な回路構成で消費電力が少ない無電源通信素子及びそのデータを読み出すデータ読出装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a non-power source communication element that does not require a high-frequency oscillator and consumes less power with a simple circuit configuration, and a data reading device that reads the data.
本発明のデータ読出装置は、高周波信号を発振する発振器と、該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、該ミクサからの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器と、該スペクトラム逆拡散器からの信号を復調する復調器とを備える。 The data reading device of the present invention includes an oscillator that oscillates a high-frequency signal, a transmission antenna that radiates a radio wave having the high-frequency signal oscillated by the oscillator as a carrier wave, and a radio wave from the power-less communication element. A receiving antenna for receiving, a filter for attenuating the frequency component of the carrier wave of the radio wave received by the receiving antenna, and a high-frequency signal from the oscillator mixed with a high-frequency signal that has passed through the filter is converted into a baseband signal. A mixer, a spectrum despreader that despreads the signal from the mixer, and a demodulator that demodulates the signal from the spectrum despreader are provided.
また、本発明のデータ読出装置は、高周波信号を発振する発振器と、該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、該ミクサからの信号を復調する復調器と、該復調器からの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器とを備える。 In addition, the data reading device of the present invention includes an oscillator that oscillates a high-frequency signal, a transmission antenna that radiates a radio wave having the high-frequency signal oscillated by the oscillator as a carrier wave, and a power supply communication element. A reception antenna that receives radio waves, a filter that attenuates the frequency component of the carrier wave of radio waves received by the reception antenna, and a high-frequency signal from the oscillator mixed with a high-frequency signal that has passed through the filter into a baseband signal A mixer for conversion, a demodulator for demodulating a signal from the mixer, and a spectrum despreader for spectrum despreading the signal from the demodulator are provided.
また、前記スペクトラム逆拡散器は、直流成分がない符号によってスペクトラム逆拡散することで、逆拡散によってDCオフセット成分をキャンセルすることができる。 In addition, the spectrum despreader can cancel the DC offset component by despreading by performing spectrum despreading with a code having no DC component.
また、本発明の無電源通信素子は、データ読出装置からの電波を受信する受信アンテナと、該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、該整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を送信信号で変調する変調器と、該変調器からの信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナとを備える。 The power-less communication element of the present invention includes a receiving antenna that receives a radio wave from a data reading device, a rectifier that rectifies the radio wave received by the antenna and uses it as a power source, and operates with the power source of the rectifier. A modulator that modulates the carrier wave with a transmission signal, a spectrum spreader that spreads the signal from the modulator, and a transmission antenna that radiates the signal from the spectrum spreader to the data reading device.
また、本発明の無電源通信素子は、データ読出装置からの電波を受信する受信アンテナと、該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、送信信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、前記整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を前記スペクトラム拡散器からの信号で変調する変調器と、該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナとを備える。 The power-less communication element of the present invention includes a receiving antenna that receives a radio wave from a data reading device, a rectifier that rectifies the radio wave received by the antenna and uses it as a power source, and a spectrum spreader that spreads a transmission signal. And a modulator that operates with the power source of the rectifier and modulates the carrier wave of the radio wave with a signal from the spectrum spreader, and a transmission antenna that radiates the signal from the spectrum spreader to the data reading device.
また、前記スペクトラム拡散器は、直流成分がない符号によってスペクトラム拡散することで、データ読出装置において逆拡散によってDCオフセット成分をキャンセルすることができる。 Further, the spectrum spreader performs spectrum spread using a code having no DC component, so that the DC offset component can be canceled by despreading in the data reading device.
また、前記送信アンテナ及び受信アンテナは1つのアンテナを兼用するものであることで、回路規模を更に小さくすることができる。 In addition, since the transmission antenna and the reception antenna also serve as one antenna, the circuit scale can be further reduced.
本発明によれば、無電源通信素子に高周波発振器を必要とせずに、データ読出装置から電源の供給を受けると同時に、データ読出装置にスペクトラム拡散信号を送信することができる。このため、簡易な回路構成で超高速のデータ伝送を行うことができる。 According to the present invention, a spread spectrum signal can be transmitted to the data reading device at the same time that power is supplied from the data reading device without requiring a high-frequency oscillator for the power-free communication element. For this reason, it is possible to perform ultrahigh-speed data transmission with a simple circuit configuration.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施例によるデータ読出装置及び無電源通信素子の構成を示す図である。データ読出装置であるリーダ10は、発振器11、増幅器12、送信アンテナ13、受信アンテナ14、フィルタ15、線形増幅器(LNA)16、ミクサ17、スペクトラム逆拡散器18、及び復調器19から成る。無電源通信素子20は、受信アンテナ21、整流器22、変調器23、スペクトラム拡散器24、及び送信アンテナ25から成る。リーダ10の発振器11は、無電源通信素子20からの信号送信のための搬送波周波数であるとともに無電源通信素子20への電力供給用となる信号を発振し、増幅器12がそれを増幅して、コイルである送信アンテナ13が無電源通信素子20の受信アンテナ21に放射する。受信アンテナ21は、リーダ10の送信アンテナ13からの電力供給用の信号を受信する。整流器22は、受信アンテナ21が受信した信号を整流して電源電圧を発生し無電源通信素子20の各部に供給する。変調器23は、整流器22から電源の供給を受けて受信アンテナ21からの搬送波をディジタル送信信号で変調する。スペクトラム拡散器24は、変調器23によって変調された信号をHadamard符号のうちで直流成分がないものなどでスペクトラム拡散する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a data reading device and a non-power source communication element according to an embodiment of the present invention. A
Hadamard符号は、直交符号のうちで次の方法で生成される行列の行又は列を符号としたものである。 The Hadamard code is a code in which a row or a column of a matrix generated by the following method among orthogonal codes is used.
送信アンテナ25は、スペクトラム拡散器24によってスペクトラム拡散された信号をリーダ10の受信アンテナ14に放射する。受信アンテナ14は、無電源通信素子20の送信アンテナ25からの信号を受信する。フィルタ15は、受信アンテナ14で受信されたスペクトラム拡散された所定の帯域の信号を通過させる帯域フィルタであるとともに、発振器11の発振周波数成分であり、無電源通信素子20からの送信信号の搬送波周波数成分を、線形増幅器16が飽和しない程度に減衰するノッチフィルタである。線形増幅器16は、信号を線形増幅する。ミクサ17は、高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。スペクトラム逆拡散器18は、符号化されることでスペクトラム拡散されている信号を復号化する。復調器19は、復号化されたアナログ信号をディジタル信号に変換して無電源通信素子20からのディジタル送信信号を復調する。
The
図2は、本実施例の復調の動作を説明する図である。図2(a)は、フィルタ15に入力される信号の周波数特性を示すものであり、本実施例のリーダ10は電力を送信すると同時に信号を受信するので、無電源通信素子20からのスペクトラム拡散信号の広帯域の信号と送信した搬送波信号が受信側に回り込む大きい搬送波周波数成分が存在している。この搬送波周波数成分はスペクトラム拡散信号と比べて90dB程度大きいと想定される。図2(b)は、フィルタ15から出力される信号の周波数特性を示すものであり、搬送波信号とともにスペクトラム拡散信号も搬送波周波数成分が減衰したものとなる。しかし、スペクトラム拡散信号は広帯域であるためスペクトラム逆拡散に支障はない。図2(c)は、逆拡散後の信号の周波数特性を示すものであり、所定の周波数成分の信号となり、本実施例では、それはベースバンド信号となる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the demodulation operation of this embodiment. FIG. 2 (a) shows the frequency characteristics of the signal input to the
符号にM系列符号{−1 −1 −1 1 −1 1 1}を用いた場合とHadamard符号{−1 −1 1 1 −1 −1 1 1}を用いた場合のそれぞれについて、DCオフセットの影響を説明する。信号成分Sに干渉成分Iが加わったとして、逆拡散処理における干渉成分Iの影響を次のように示すことができる。ここで、雑音の影響は無視する。 For each of the case where the M-sequence code {-1 -1 -1 1 -1 1 1} is used as the code and the case where the Hadamard code {-1 -1 1 1 -1 -1 1 1} is used, Explain the impact. Assuming that the interference component I is added to the signal component S, the influence of the interference component I in the despreading process can be shown as follows. Here, the influence of noise is ignored.
このように、符号自体がDC成分を有するM系列符号を用いた場合には、逆拡散をしてもDCオフセット成分が残るが、符号自体にDC成分がないHadamard符号を用いた場合には、逆拡散によってDCオフセット成分をキャンセルすることができる。したがって、送信した搬送波信号が受信側に回り込む大きい搬送波周波数成分がフィルタ15をある程度通過したとしてもこれをキャンセルすることができる。このため、電力供給用信号と情報伝送用信号の搬送波を同じ周波数で取り扱うことができる。
As described above, when an M-sequence code having a DC component is used, the DC offset component remains even after despreading. However, when a Hadamard code having no DC component is used in the code itself, The DC offset component can be canceled by despreading. Therefore, even if a large carrier frequency component in which the transmitted carrier signal circulates to the receiving side passes through the
図3は、通常のRFIDの無線規定を示す図である。中心周波数13.56MHzで距離10mの位置で電界強度316μV/mをとれるのは帯域±450kHzと狭帯域であり、高速データ伝送には向かない。 FIG. 3 is a diagram illustrating the radio regulation of a normal RFID. An electric field strength of 316 μV / m at a center frequency of 13.56 MHz and a distance of 10 m is a narrow band of ± 450 kHz and is not suitable for high-speed data transmission.
図4は、微弱無線規定を示す図である。許容されている電界強度は距離3mの位置で電界強度500μV/m(一部の帯域では35μV/m)と微弱ではあるが帯域が広く高速データ伝送に向いており、本発明ではこの規定を有効に利用することができる。 FIG. 4 is a diagram illustrating weak radio regulations. The permissible electric field strength is 500 μV / m at a distance of 3 m (35 μV / m in some bands), but the band is wide but suitable for high-speed data transmission. Can be used.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example.
上記実施例では、リーダ10において、スペクトラム逆拡散してから復調し、無電源通信素子20において、変調してからスペクトラム拡散しているが、一方又は両方を逆にしても構わない。すなわち、リーダ10においては、復調、すなわち、アナログ・ディジタル変換してからスペクトラム逆拡散、すなわち、復号化し、無電源通信素子20においては、スペクトラム拡散、すなわち、符号化してから変調、すなわち、ディジタル・アナログ変換してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施例では信号の送信を無電源通信素子20からリーダ10への一方向としたが、リーダ10から無電源通信素子20へも信号を送信する双方向通信の構成とすることもできる。この場合にはリーダは、リーダ・ライタ、すなわち、データ読出書込装置となり、変調器及びスペクトラム拡散器を備え、無電源通信素子は、スペクトラム逆拡散器及び復調器を備えることになる。双方向通信の送受信を同時に行う構成とする場合には、例えば送受信で異なる符号を用いるなどすればよい。もちろん、送受信を時分割して行う構成とする場合には、送受信で同じ符号を用いることができる。
In the above-described embodiment, the signal is transmitted in one direction from the
上記実施例では、リーダ10及び無電源通信素子20がいずれも送信アンテナ及び受信アンテナを備える構成としたが、一方又は両方が送信アンテナと受信アンテナを兼用した送受信アンテナを用いる構成とすることもできる。この場合には、サーキュレータなどを用いて送信側と受信側とをアイソレートする。
In the above embodiment, the
上記実施例の構成に加えて、又はノッチフィルタに代えて、送信側の搬送波周波数成分を反転し減衰させて受信側に加えて、受信側の搬送波周波数成分を減衰させる構成とすることもできる。 In addition to the configuration of the above-described embodiment or in place of the notch filter, it is possible to invert and attenuate the carrier frequency component on the transmission side and attenuate the carrier frequency component on the reception side in addition to the reception side.
上記無電源通信素子は、CPU(Central Processing Unit)を持つものでもよいし、持たないものでもよい。また、無電源通信素子の形態は、ラベル型、カード型、又は箱型などがありうる。 The non-power supply communication element may have a CPU (Central Processing Unit) or may not have a CPU. Further, the form of the power-less communication element may be a label type, a card type, a box type, or the like.
10 リーダ
11 発振器
12 増幅器
13 送信アンテナ
14 受信アンテナ
15 フィルタ
16 線形増幅器
17 ミクサ
18 スペクトラム逆拡散器
19 復調器
20 無電源通信素子
21 受信アンテナ
22 整流器
23 変調器
24 スペクトラム拡散器
25 送信アンテナ
30 リーダ
31 低周波発振器
32 増幅器
33 送信アンテナ
34 受信アンテナ
35 フィルタ
36 線形増幅器
37 高周波発振器
38 ミクサ
39 スペクトラム逆拡散器
40 復調器
50 無電源通信素子
51 受信アンテナ
52 整流器
53 高周波発振器
54 変調器
55 スペクトラム拡散器
56 送信アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、
該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、
該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、
該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、
該ミクサからの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器と、
該スペクトラム逆拡散器からの信号を復調する復調器と
を備えることを特徴とするデータ読出装置。 An oscillator that oscillates a high-frequency signal;
A transmission antenna that radiates a radio wave having a high-frequency signal oscillated by the oscillator as a carrier wave to a non-power-supply communication element;
A receiving antenna for receiving radio waves from the power-less communication element;
A filter that attenuates the frequency component of the carrier wave of the radio wave received by the receiving antenna;
A mixer that mixes the high-frequency signal from the oscillator with the high-frequency signal that has passed through the filter and converts it to a baseband signal;
A spectrum despreader for spectrum despreading the signal from the mixer;
A data reading apparatus comprising: a demodulator that demodulates a signal from the spectrum despreader.
該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、
該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、
該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、
該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、
該ミクサからの信号を復調する復調器と、
該復調器からの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器と
を備えることを特徴とするデータ読出装置。 An oscillator that oscillates a high-frequency signal;
A transmission antenna that radiates a radio wave having a high-frequency signal oscillated by the oscillator as a carrier wave to a non-power-supply communication element;
A receiving antenna for receiving radio waves from the power-less communication element;
A filter that attenuates the frequency component of the carrier wave of the radio wave received by the receiving antenna;
A mixer that mixes the high-frequency signal from the oscillator with the high-frequency signal that has passed through the filter and converts it to a baseband signal;
A demodulator that demodulates the signal from the mixer;
A data reading apparatus comprising: a spectrum despreader that despreads a signal from the demodulator.
該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、
該整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を送信信号で変調する変調器と、
該変調器からの信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、
該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナと
を備えることを特徴とする無電源通信素子。 A receiving antenna for receiving radio waves from the data reading device;
A rectifier that rectifies radio waves received by the antenna and uses it as a power source;
A modulator that operates with the power source of the rectifier and modulates the carrier wave of the radio wave with a transmission signal;
A spectrum spreader that spreads the signal from the modulator;
A power-less communication element, comprising: a transmission antenna that radiates a signal from the spectrum spreader to a data reading device.
該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、
送信信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、
前記整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を前記スペクトラム拡散器からの信号で変調する変調器と、
該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナと
を備えることを特徴とする無電源通信素子。 A receiving antenna for receiving radio waves from the data reading device;
A rectifier that rectifies radio waves received by the antenna and uses it as a power source;
A spread spectrum spreader that spreads the transmission signal, and
A modulator that operates with the power supply of the rectifier and modulates the carrier wave of the radio wave with a signal from the spectrum spreader;
A power-less communication element, comprising: a transmission antenna that radiates a signal from the spectrum spreader to a data reading device.
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2004
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