JP2006303970A - 非接触式通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 使用環境にかかわらず、リーダに対する無線タグの動作可能距離が短くなってしまうことを防止できる非接触式通信システムを提供する。
【解決手段】 リーダライタは、電源が投入されたときは、初期の送信周波数で受信電力モニタ開始コマンドを送信してから、スロット１に対応して周波数チャンネル１を設定してから送信キャリア周波数変更完了コードを送信する。ＲＦＩＤタグは、リーダライタから受信電力モニタ開始コマンドを受信したときは、受信電力を検出して記憶する。リーダライタは、周波数チャンネルを順に切り換えた状態で送信キャリア周波数変更完了コードを送信し、ＲＦＩＤタグは、そのときの受信電力を順に検出する。そして、ＲＦＩＤタグは、最後のスロットｎの周波数チャンネルに対応する受信電力を受信したときは、最大受信電力を求め、そのときのスロットＸをリーダライタに返す。リーダライタは、スロットＸに対応した周波数チャンネルで以後のＲＦＩＤタグとのデータ通信を実行する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、複数の周波数チャンネルのうちの一つの周波数チャンネルで通信するリーダと無線タグとからなる非接触式通信システムに関する。

例えば物流管理では、物品に添付された無線タグに仕分け情報を記憶しておき、リーダで無線タグに記憶された仕分け情報を読み出することにより、物品を自動的に仕分けることが行われている。
特開２００３−７８４５９号公報 特開２００３−１８８７６５号公報

ところで、無線タグの動作可能な距離は、無線タグの使用環境により影響を受ける。例えば無線タグを書籍に挟み込んだ場合、或いは複数の無線タグがある場合などには、共振周波数のずれなどを生じ、無線タグがリーダから受信する受信電力が低下するので、リーダに対する無線タグの動作可能な距離が短くなる。
そこで、無線タグの動作可能距離を確保するために、ある特定環境を想定し、例えば無線タグのアンテナパターンを調整することにより予め共振周波数をずらすことなどで対応するようにしている（特許文献１，２参照）。
しかしながら、このように共振周波数を調整するにしても、実際の使用環境が想定した特定環境から変化してしまうと、やはり動作可能距離が短くなってしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、使用環境にかかわらず、リーダに対する無線タグの動作可能距離が短くなってしまうことを防止できる非接触式通信システムを提供することにある。

請求項１の発明によれば、受信電力モニタにより無線タグがリーダから受信した受信電力が最大となった周波数チャンネルがリーダの周波数チャンネルとして設定されるので、リーダは、無線タグとの通信距離が最大となる周波数チャンネルでもって通信することができる。
請求項２の発明によれば、無線タグは、送信周波数チャンネルの変更完了コードを受信したタイミングで受信電力を検出するので、周波数チャンネルが確実に切り換わったタイミングで受信電力を検出することができる。
請求項３の発明によれば、周波数チャンネルを何回変更するかをリーダから無線タグに送信するので、無線タグによる受信電力のモニタを互いに連携して実行することができる。

請求項４の発明によれば、周波数チャンネルの全ての切り換えが終了したところで、最大の受信電力が得られたスロット番号を受信電力モニタ結果レスポンスとして無線タグからリーダに対して送信するので、受信電力のモニタが終了したタイミングで検出結果をリーダに通知することができる。
請求項５の発明によれば、無線タグは、電源再生回路を利用して最大受信電力を検出することができるので、受信電力を検出するための特別の回路を用いることなく実施することができる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
図２は、システムの全体を示す概略図である。この図２において、リーダライタ（リーダに相当）１は、コントローラ２及びアンテナ３から構成されており、コントローラ２は、アンテナ３を通じてＲＦＩＤタグ（無線タグに相当）４から読取ったデータを上位装置であるコンピュータ５へ出力するようになっている。

図１は、リーダライタ１の電気的構成を示す機能ブロック図である。この図１において、リーダライタ１はＣＰＵ（周波数チャンネル切換手段、周波数設定手段に相当）６を主体として構成されている。このＣＰＵ６は、後述するようにＲＦＩＤタグ４へ送信するコマンドの生成、ＲＦＩＤタグ４から受信したレスポンスの処理、高周波発振の周波数チャンネルを制御する機能を有する。また、ＣＰＵ６は、電源が投入されたときは、後述する受信電力モニタを実行するようなっている。

送信回路側において、データ符号化回路７は、ＣＰＵ６から送られてきたデータを変調用の信号（ベースバンド信号）に変換する。変調器８は、受信回路側の高周波発振回路９から出力される搬送波（ＵＨＦ帯の９５３ＭＨｚ）とデータ符号化回路７より出力されるベースバンド信号とを乗算することでＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調し、その変調した送信信号を出力する。高周波増幅回路１０は、変調器８からの送信信号を増幅してフィルタ１１に出力する。フィルタ１１は、高周波増幅回路１０からの信号のうち必要な周波数の信号だけを通過させ、不要な周波数の信号を減衰させる。サーキュレータ１２は、フィルタ１１からの高周波信号の逆方向への流れを防止する。つまり、送信回路側から入力した高周波信号をアンテナ３へ出力し、当該アンテナ３から入力した高周波信号を受信回路側に出力する。そして、アンテナ３は、高周波信号を無線信号として送信する。

受信回路側は、ＩＱ検波方式を実行するように構成されている。その理由としては、ＲＦＩＤタグ４から反射されてきた信号とＲＦＩＤタグ４に出力される搬送波との位相差により、ＲＦＩＤタグ４から反射されてきた信号が検出できなくなるのを回避するため、搬送波とその位相を９０°ずらした信号とで、それぞれ検波するようにしているからである。

サーキュレータ１２からの信号は、フィルタ１３で周波数弁別されてからミキサー１４，１５に出力される。高周波発振回路９は、搬送波信号（基準信号）を生成して送信回路側の変調器８に加えて受信回路側のミキサー１４，１５に出力する。本実施例では、高周波発振回路９は、９５０ＭＨｚから９５６ＭＨｚまで１ＭＨｚ毎の７チャンネルを切り換えて出力可能に設定されている。ミキサー１４，１５は、高周波信号からＲＦＩＤタグ４の信号を復調するために受信信号と搬送波信号の差分を抽出する。ミキサー１４、１５からの復調信号は、フィルタ１６，１７で周波数弁別されてからＡ／Ｄ変換回路１８，１９に出力される。Ａ／Ｄ変換回路１８，１９は、復調されたＲＦＩＤタグ４からの信号をデジタル信号に変換する。データ復元回路２０は、Ａ／Ｄ変換回路１８，１９からのデジタルデータに基づいてＲＦＩＤタグ４のレスポンスを復元する。この場合、データ復元回路２０は、２つのＡ／Ｄ変換回路１８，１９からのデジタルデータに基づいてＲＦＩＤタグ４のレスポンスを復元した際に、正しく復元できた方のデジタルデータを採用するようになっている。

図３は、ＲＦＩＤタグ４の電気的構成を示す機能ブロック図である。この図３において、ＲＦＩＤタグ４は、アンテナ２１、電源再生回路２２、レギュレータ２３、ＣＰＵ／ロジック回路（受信電力検出手段、通知手段に相当）２４、復調変調回路２５、受信電力モニタ回路２６から構成されている。電源再生回路２２は、アンテナ２１が受信した搬送波信号を整流して電源電力を生成する。レギュレータ２３は、電源再生回路２２からの電源電力を安定化した状態でＣＰＵ／ロジック回路２４、復調変調回路２５、受信電力モニタ回路２６に出力する。復調変調回路２５は、アンテナ２１が受信した搬送波信号に重畳されているリーダライタ１からの送信データを復調してＣＰＵ／ロジック回路２４に出力する。受信電力モニタ回路２６は、電源再生回路２２が生成した電源電力の電圧をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ／ロジック回路２４に出力する。ＣＰＵ／ロジック回路２４は、リーダライタ１にデータを送信する場合は、図示しないメモリに記憶されているデータを読み出して復調変調回路２５に出力する。また、リーダライタ１よりライトコマンドが送信された場合は、そのコマンドと共に送信されたデータをメモリに書き込む。復調変調回路２５は、ＣＰＵ／ロジック回路２４が読み出したデータによってアンテナの反射率を変更することにより変調を行う。従って、リーダライタ１は、搬送波信号がＡＳＫ変調されることによりＲＦＩＤタグ４に記憶されたデータを読み出すことができる。

ここで、ＲＦＩＤタグ４の受信周波数は、９５３ＭＨｚを中心とする９５０〜９５６ＭＨｚ帯域に設定されている（実際にはさらに広い周波数帯域を受信可能に設定されているが、動作保証周波数として９５０〜９５６ＭＨが設定されているのである）。

次に上記構成の作用について説明する。
リーダライタ１は、電源が投入されたときは、受信電力モニタ動作を開始する。
図４は、リーダライタ１の受信電力モニタ動作のフローチャートを示している。この図４において、リーダライタ１は、送信周波数チャンネルとして初期値を設定する（ａ１）。この初期値とは、受信電力モードで最初に出力する周波数チャンネルで、リーダライタ１の中心周波数である９５３ＭＨｚに設定されている。これは、ＲＦＩＤタグ４の受信周波数帯域が９５０〜９５６ＭＨｚに設定されていることから、最も安定して送受信できる可能性が高い周波数である９５３ＭＨｚに設定しているのである。次に、送信データとして受信電力モニタ開始コマンドを送信する（ａ２）。この受信電力モニタ開始コマンドは、ＲＦＩＤタグ４に対して受信電力モニタ開始を指示するためのもので、周波数チャンネルを何回変更するかを示したスロット数Ｎをコマンドフレーム中に含んでいる。本実施例では、９５０〜９５６ＭＨｚまでの１ＭＨｚ毎の７つの周波数チャンネルに対応してスロット数は７に設定されている。

上述のようにリーダライタ１からＲＦＩＤタグ４に送信信号が出力されると、ＲＦＩＤタグ４の電源再生回路２２により電源電力が再生され、レギュレータ２３からＲＦＩＤタグ４内部のＣＰＵ／ロジック回路２４を含む各構成要素に給電される。すると、ＣＰＵ／ロジック回路２４が動作して受信電力モニタを実行するようになる。

図５は、ＲＦＩＤタグ４の受信電力モニタ動作を示すフローチャートを示している。この図５において、ＲＦＩＤタグ４は、リーダライタ１から受信電力モニタ開始コマンドを受信したときは（ｂ１：ＹＥＳ）、このコマンドに含まれるスロット数Ｎを抽出する（ｂ２）。次に、スロットカウンタを初期化（ｎ＝０）してから（ｂ３）、リーダライタ１から送信周波数設定変更完了コードを受信するのを待機する（ｂ４）。

リーダライタ１は、スロットカウンタを初期化したときは（ａ３）、ｎをインクリメントし（ａ４）、送信周波数設定ｎ（＝１）へ変更してから（ａ５）、送信周波数設定変更完了コードを送信する（ａ６）。つまり、リーダライタ１とＲＦＩＤタグ４との通信タイミングを示す図６において、スロット１に対応した周波数チャンネルとして９５０ＭＨｚが設定された送信信号が出力され、そのスロット１の初期に送信周波数設定変更完了コードが送信された以後においては、無変調の送信信号（搬送波信号）が出力される。

ＲＦＩＤタグ４は、スロットカウンタを初期化するのに続いて（ｂ３）、リーダライタ１から送信周波数設定変更完了コードを受信したときは（ｂ４：ＹＥＳ）、ｎをインクリメントし（ｂ５）、スロット１に対応して周波数チャンネル（９５０ＭＨｚ）を設定した状態で受信電力モニタを実施する（ｂ６）。このとき、図６に示すようにリーダライタ１からは無変調の送信信号が送信されているので、ＲＦＩＤタグ４は、周波数チャンネル（９５０ＭＨｚ）の受信電力をモニタし、モニタした受信電力を現在のスロット番号に対応して記憶する。

リーダライタ１は、送信周波数設定変更完了コードを送信するのに続いて（ａ６）、スロットカウンタがスロット数Ｎよりも小さいことを確認したときは（ａ７：ＹＥＳ）、スロットのウェイト時間ｔwが経過するまで待った後（ａ１１）、上述したのと同様にしてスロット２に対応する周波数チャンネル（９５１ＭＨｚ）へ変更し、送信周波数設定変更完了コードを送信するという動作を繰返す（ａ４〜ａ７、ａ１１）。

ＲＦＩＤタグ４は、リーダライタ１から送信周波数設定変更コードを受信する毎に（ｂ４：ＹＥＳ）、スロットｎに対する受信電力モニタを実施するという動作を繰返す（ｂ４〜ｂ７）。
以上のような動作により、ＲＦＩＤタグ４は、周波数チャンネルｎに対応した受信電力を順に記憶するようになる。

リーダライタ１は、送信周波数設定変更完了コードを送信したときに（ａ６）、スロットカウンタｎがＮ（本実施例では７）であったときは（ａ７：ＮＯ）、ＲＦＩＤタグ４からの受信電力モニタ結果レスポンスを受信するのを待機する（ａ８）。

ＲＦＩＤタグ４は、スロットに対する受信電力モニタを実施したときに（ｂ６）、スロットｎがＮ（＝７）となったときは（ｂ７：ＮＯ）、受信電力モニタ結果レスポンスをリーダライタ１に送信する（ｂ８）。つまり、図６に示すようにスロット７の周波数チャンネル（９５６ＭＨｚ）の送信信号の受信状態で、上述のようにスロット番号に対応して記憶した受信電力に基づいて最大受信電力となったスロット番号Ｘを示す受信電力モニタ結果をリーダライタ１に返す。例えばスロット２で最大受信電力となったときは、スロット番号Ｘとして２を返信するのである。

リーダライタ１は、ＲＦＩＤタグ４から受信電力モニタ結果を受信したときは（ａ８：ＹＥＳ）、この受信電力モニタ結果が示すスロット番号Ｘを抽出し（ａ９）、このスロット番号に対応した送信周波数設定Ｘへ変更する（ａ１０）。例えばスロット番号Ｘが２の場合は、スロット２に対応した周波数チャンネルである９５１ＭＨｚを設定する。

そして、リーダライタ１は、上述のようにスロット番号Ｘに対応した送信周波数チャンネルへ変更したときは、以後のＲＦＩＤタグ４とのデータ通信を設定した送信周波数チャンネルで行う。つまり、ＲＦＩＤタグ４側に通信開始コマンドを送信し、ＲＦＩＤタグ４がそのコマンド送信に対する応答（レスポンス）を返すと、リーダライタ１は、次にリードコマンドを送信する。すると、ＲＦＩＤタグ４は、メモリより読み出したデータを返して応答する。また、リーダライタ１は、ＲＦＩＤタグ４に対してデータの書き込みを行う場合は、ライトコマンドを送信する。すると、ＲＦＩＤタグ４は、コマンドと共に送信された書き込みデータをメモリに書き込み、その書込みが終了すると応答する。以上のようにして、リーダライタ１は、ＲＦＩＤタグ４が最大受信電力となる周波数チャンネルでもってＲＦＩＤタグ４とデータ通信することができる。

尚、リーダライタ１の電源が再び投入されたときは、上述したように受信電力モニタを再度実行するので、その時点でＲＦＩＤタグ４の受信電力が最大となる周波数チャンネルを設定することができる。

このような実施例によれば、リーダライタ１に電源が投入されたときは、受信電力モニタを実行することにより、ＲＦＩＤタグ４が最大受信電力を受信する周波数チャンネルを設定するようにしたので、リーダライタ１とＲＦＩＤタグ４とは、ＲＦＩＤタグ４が最大受信電力を得ることができる周波数チャンネルでもってデータ通信を行うことができる。従って、リーダライタ１とＲＦＩＤタグ４との周波数チャンネルが固定の構成のものと違って、リーダライタ１及びＲＦＩＤタグ４の使用環境にかかわらず、リーダライタ１に対するＲＦＩＤタグ４の動作可能距離が短くなってしまうことを防止できる。

しかも、このような優れた効果を奏する受信電力モニタを電源投入時に行うようにしたので、使用時に最適な周波数チャンネルが変動するにしても、その変動の影響を受けることを防止できる。また、電源投入時に自動的に受信電力モニタを実行するようにした結果、ユーザが面倒な操作を行うことなく実施することができる。

本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
システムの構成としては、図７に示すようにコントローラとアンテナとを一体化した構成であってもよい。
受信電力モニタを電源投入時に限らず、定期的に実行するようにしてもよいし、受信電力モニタスイッチに対する操作に応じて実行するようにしてもよい。さらに、上位装置からの要求に応じて実行するようにしてもよい。

本発明の一実施例におけるリーダライタの構成を示す機能ブロック図 システム全体の構成を示す斜視図 ＲＦＩＤタグの構成を示す機能ブロック図 リーダライタの受信電力モニタ動作を示すフローチャート ＲＦＩＤタグの受信電力モニタ動作を示すフローチャート リーダライタとＲＦＩＤタグとの通信タイミングを示す図 本発明のその他の実施例を示す図２相当図

符号の説明

図面中、１はリーダライタ（リーダ）、４はＲＦＩＤタグ（無線タグ）、６はＣＰＵ（周波数チャンネル切換手段、周波数設定手段）、２２は電源再生回路、２４はＣＰＵ／ロジック回路（受信電力検出手段、通知手段）である。

Claims (5)

1. 複数の周波数チャンネルを順次切り換えて送信する周波数チャンネル切換手段をリーダに有し、前記複数の周波数チャンネルのうちの一つの周波数チャンネルで通信するリーダと無線タグとからなる非接触式通信システムであって、
   前記無線タグは、
   前記複数の周波数チャンネルにおける受信電力を各々検出する受信電力検出手段と、
   この受信電力検出手段が検出した受信電力が最大になった周波数チャンネルを前記リーダへ通知する通知手段とを備え、
   前記リーダは、
   前記無線タグから受信した最大受信電力となる周波数チャンネルを自己の周波数チャンネルとして設定する周波数設定手段を備えたことを特徴とする非接触式通信システム。
2. 前記リーダの前記周波数チャンネル切換手段は、前記複数の周波数チャンネルを時分割で順に変更すると共に、周波数チャンネルの変更完了を示す変更完了コードを送信し、
   前記無線タグの前記受信電力検出手段は、前記リーダから前記変更完了コードを受信したタイミングで受信電力を検出することを特徴とする請求項１記載の非接触式通信システム。
3. 前記リーダの前記周波数チャンネル切換手段は、前記複数の周波数チャンネルを順に何回変更するかを示したスロット数を示す受信電力モニタ開始コマンドを送信してから、送信信号の各タイムスロットに、各々の周波数チャンネルに割当てられた周波数の搬送波を無変調で送信することを特徴とする請求項２記載の非接触式通信システム。
4. 前記無線タグの前記通知手段は、前記リーダから指定されたスロット数分の受信電力検出が完了したときは、最大の受信電力が得られたスロット番号を受信電力モニタ結果レスポンスとして送信することを特徴とする請求項３記載の非接触式通信システム。
5. 前記無線タグは、前記リーダからの送信信号を電源として再生する電源再生回路を備え、
   前記受信電力検出手段は、前記電源再生回路からの出力に基づいて最大受信電力を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の非接触式通信システム。
   
   

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