JP2007193772A - 電波識別リーダー及び電波識別システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電波識別（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＲＦＩＤ）、さらに詳細には、ＬＢＴ（Ｌｉｓｔｅｎ Ｂｅｆｏｒｅ Ｔａｌｋ）方式を使用する電波識別リーダー及び電波識別システムを提供すること。
【解決手段】本発明に係る電波識別リーダーは、ＬＢＴ方式の電波識別リーダー３００であって、タグデータ信号を受信するデータ経路部３４０と、チャネル検索信号を受信する検索経路部３５０と、データ経路又は検索経路のうちのいずれかの経路を選択する経路選択部とを備える。
【選択図】図３
【解決手段】本発明に係る電波識別リーダーは、ＬＢＴ方式の電波識別リーダー３００であって、タグデータ信号を受信するデータ経路部３４０と、チャネル検索信号を受信する検索経路部３５０と、データ経路又は検索経路のうちのいずれかの経路を選択する経路選択部とを備える。
【選択図】図３
Description
本発明は，電波識別（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ＲＦＩＤ）に関し、さらに詳細には、ＬＢＴ（Ｌｉｓｔｅｎ Ｂｅｆｏｒｅ Ｔａｌｋ）方式を使用する電波識別リーダー及び電波識別システムに関する。
バーコードは、図書館資料の識別又はスーパマーケットなどでの物品識別に多く用いられた。しかしながら、バーコードは、価格が低廉であるが、読み取り距離が極めて短く、かつ再使用ができなく、読み取り時にバーコード印刷面を合せなければならないという不便、及び毀損により消された場合、読み取りが不可能であるという問題があった。かかる問題点を解決するために、電波識別システムが開発された。
電波識別システムは、無線でデータの読み出し／書き込みが可能なため、直接接触をするか、又は可視帯域上にスキャニングをする必要がない。また、同時に複数の資料を認識でき、どの方向に置いても認識が可能であり、電子タグの寿命は半永久的であるため、ユビキタス（Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ）において極めて注目されつつある。
電波識別システムは、事物などに取り付けられた電子タグのＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）情報を、無線通信を利用した非接触方式により識別する。ＩＤ情報は、無線周波数内での電磁気又は静電気カップリングを統合させた技術により識別される。最近、電波識別の標準化、生産単価の下落、読み取り距離の拡大などにより、産業界での使用が順次増加している。
電波識別システムは、アンテナ、トランシーバ（ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）、及びトランスポンダ（ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）とも呼ばれる電子タグからなる。
以下、一般的な電波識別システムを図１を参照して説明する。
同図は、一般的な電波識別システム１００を示す図である。
同図に示すように、電波識別システム１００は、電波識別リーダー１２０及びアンテナ（図示せず）が内蔵された電子タグ（ｔａｇ）１１０を備える。
電波識別リーダー１２０は、一定の周波数の電磁波を発散する。電子タグ１１０は、電波識別リーダー１２０の周波数動作範囲に接近すると、無線で電源（ｐｏｗｅｒ）の供給を受け、アクティブになる。ここで、電波識別リーダー１２０は、電子タグ１１０をアクティブにするための信号を送信し、電子タグ１１０がアクティブになれば、電子タグ１１０のデータが電波識別リーダー１２０に送信される。
すなわち、アクティブになった電子タグ１１０は、電波識別リーダー１２０からの命令を待機した後、正しい命令が受信されれば、それに対する応答（ｄａｔａ）を電波識別リーダー１２０に再び送信する。
電波識別リーダー１２０の送信方式には、ＬＢＴ（ｌｉｓｔｅｎ ｂｅｆｏｒｅ ｔａｌｋ）方式及びＦＨＳＳ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）方式がある。
ＬＢＴ方式は、電波識別リーダー１２０の認識距離が電子タグ１１０よりはるかに大きく、各電波識別リーダー１２０が数ｋｍ離れても互いに干渉を起こす可能性があるため、これを回避するために用いられる方式である。ＬＢＴ方式では、電波識別リーダー１２０が、送信前に使用中のチャネルをスキャンして、使用しないチャネルにデータを送信することにより、干渉を最小化させる。すなわち、ＬＢＴ方式は、使用されないチャネルを感知して使用するための方法である。
図２は、従来の電波識別リーダーを示す図である。
同図に示すように、電波識別リーダー２００は、共通回路部２１０、パワー経路部２２０及びデータ経路部２４０を備える。
電波識別リーダー２００は、用いられないチャネルを感知するために、一定の範囲内に受信される周波数信号をスキャンし、データ経路部２４０を介して多様な周波数を受信する。
電波識別リーダー２００は、送信する電力、受信されるタグデータ信号及びチャネル検索信号を単一なアンテナ２３０を介して送受信する。電波識別リーダー２００には、同じアンテナ２３０で送受信を行うために、カプラー２１４及び漏れ信号除去器２１３が備えられる。電波識別リーダー２００は、送信（Ｔｘ）及び受信（Ｒｘ）を同時に行い、このような構造を全二重（Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ）方式という。
パワー経路部２２０により送出されるパワーと、データ経路部２４０に入力されるタグデータ信号とは、同じアンテナで送受信され、カプラー２１４は、それぞれのポートをアイソレーションする。漏れ信号除去器２１３は、漏れ信号を除去する。
しかしながら、カプラー２１４では、カップリング係数分だけの挿入損失が発生し、このような挿入損失は、電波識別リーダー２００の雑音指数を増加させて、感度を低下させるという問題がある。
そこで、本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電子タグから受信される低い電力の周波数であっても容易に認識でき、内部損失を最小化することができる電波識別リーダー及び電波識別システムを提供することにある。
上述した課題を解決するための本発明に係る電波識別リーダーによれば、ＬＢＴ（Ｌｉｓｔｅｎ Ｂｅｆｏｒｅ Ｔａｌｋ）方式の電波識別リーダーにおいて、タグデータ信号を受信するデータ経路部と、チャネル検索信号を受信する検索経路部と、前記データ経路又は前記検索経路のうちのいずれかの経路を選択する経路選択部とを備えることを特徴とする。
ここで、前記検索経路部が、前記チャネル検索信号を増幅する増幅手段を備えることが好ましい。
ここで、前記検索経路部が、前記検索経路と前記データ経路との間のアイソレーションのための絶縁スイッチング手段を備えることが好ましい。
ここで、前記電波識別リーダーが、パワー信号を送信するパワー経路部をさらに備えることが好ましい。
ここで、前記電波識別リーダーが、前記タグデータ信号、前記チャネル検索信号又は前記パワー信号を同じアンテナを利用して送信又は受信することが好ましい。
また、本発明に係る電波識別システムによれば、電波識別リーダーと、前記電波識別リーダーと信号を送受信する電子タグとを備えることを特徴とする。
本発明の構成によれば、内部損失を最小化することができるリーダーを利用することにより、タグから受信される低い電力の周波数であっても容易に認識できる。
以下、本発明のもっとも好ましい実施形態を添付する図面を参照して説明する。明細書全体にわたって同一の構成要素は同一の参照番号を付してある。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る電波識別リーダー３００である。
同図に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電波識別リーダー３００は、共通回路部３１０、パワー経路部３２０、データ経路部３４０及び検索経路部３５０を備える。電波識別リーダー３００には、信号を送出又は受信するアンテナ３３０が備えられる。
共通回路部３１０は、周波数発振器３１１、発振周波数増幅器３１２、漏れ信号除去器３１３及びカプラー３１４を備え、パワー経路部３２０は、アップ変換混合器３２１、駆動増幅器３２２及びパワー増幅器３２３を備える。データ経路部３４０は、加算器３４１及びダウン変換混合器３４２を備え、検索経路部３５０は、選択スイッチング手段３５１、増幅手段３５２及び絶縁スイッチング手段３５３を備える。ここで、本実施形態に係る検索経路部３５０は、チャネル検索信号を受信する「検索経路部」の機能と、データ経路又は検索経路のうちのいずれかの経路を選択する「経路選択部」の機能とを有する。選択スイッチング手段３５１は「経路選択部」の機能を果たし、増幅手段３５２及び絶縁スイッチング手段３５３は「検索経路部」の機能を果たす。
周波数発振器３１１の出力端は、発振周波数増幅器３１２の入力端に接続され、発振周波数増幅器３１２の出力端は、第１ノードｎ１に接続される。アップ変換混合器３２１の第１入力端は、送信信号が印加される。アップ変換混合器３２１の第２入力端は、第１ノードｎ１に接続され、アップ変換混合器３２１の出力端は、駆動増幅器３２２の入力端に接続される。駆動増幅器３２２の出力端は、第２ノードｎ２に接続され、パワー増幅器３２３の入力端は、第２ノードｎ２に接続される。パワー増幅器３２３の出力端は、カプラー３１４の第１ポートに接続される。カプラー３１４の第２ポートは、選択スイッチング手段３５１の第３端子に接続される。選択スイッチング手段３５１の第１端子は、アンテナ３３０の一方に接続される。カプラー３１４の第３ポートは、加算器３４１の第１入力端に接続される。加算器３４１の第２入力端は、漏れ信号除去器３１３の一方に接続され、漏れ信号除去器３１３の他方は、第２ノードｎ２に接続される。加算器３４１の出力端は、第３ノードｎ３に接続される。ダウン変換混合器３４２の第１入力端は、第３ノードｎ３に接続され、ダウン変換混合器３４２の第２入力端は、第１ノードｎ１に接続される。選択スイッチング手段３５１の第２端子は、増幅手段３５２の入力端に接続される。増幅手段３５２の出力端は、絶縁スイッチング手段３５３の一方に接続され、絶縁スイッチング手段３５３の他方は、第３ノードｎ３に接続される。
電波識別リーダー３００は、ＬＢＴ方式を利用するものであって、用いられないチャネルを感知するために、一定の範囲内でアンテナ３３０を利用することにより、受信される信号をスキャンする。
電子タグ（図示せず）は、タグデータ信号を送信し、電波識別リーダー３００は、タグデータ信号を受信する。
カプラー３１４は、パワー経路部３２０のパワー信号とデータ経路部３４０のタグデータ信号を同じアンテナ３３０を利用して処理するために用いられる。
漏れ信号除去器３１３は、パワー経路部３２０のパワー信号がデータ経路部３４０のタグデータ信号に印加されることを防止する。
本発明では、電波識別リーダー３００に検索経路部３５０を追加して、ＬＢＴが行われる場合には、パワー経路部３２０とデータ経路部３４０とを分離することにより、カプラー３１４による挿入損失が発生しないようにする。検索経路部３５０においてＬＢＴを行う場合には、選択スイッチング手段３５１と絶縁スイッチング手段３５３が同時にスイッチングされて、検索経路が構成される。このような動作により、アンテナ３３０から受信される如何なる信号もパワー経路部３２０とデータ経路部３４０とに印加されない。
アンテナ３３０を介して受信されたチャネル検索信号は、選択スイッチング手段３５１によって低雑音増幅機能を果たす増幅手段３５２に印加されて増幅され、増幅されたチャネル検索信号は、絶縁スイッチング手段３５３を介してダウン変換混合器３４２に印加される。
電波識別リーダー３００がアンテナ３３０を介して正常のデータの送信又は受信をする場合には、選択スイッチング手段３５１が検索経路を選択せず、絶縁スイッチング手段３５３も開放されて、検索経路が回路的に分離される。ＬＢＴ動作が行われる場合には、選択スイッチング手段３５１が検索経路を選択するようにスイッチングされ、絶縁スイッチング手段３５３が電気的に接続されて検索経路が活性化される。
本発明の第１の実施形態に係る電波識別リーダー３００により改善された感度は、数１のように表現できる。
(数１)
S=CPL+lossSW+(NFIC1-NFIC2)
S=CPL+lossSW+(NFIC1-NFIC2)
ここで、Ｓは、電波識別リーダー３００の感度［ｄＢ］であり、ＣＰＬは、カプラー３１４によるカップリング係数［ｄＢ］であり、ｌｏｓｓＳＷは、選択スイッチング手段３５１による挿入損失［ｄＢ］であり、ＮＦＩＣ１は、従来方式での受信端の雑音指数［ｄＢ］であり、ＮＦＩＣ２は、検索経路の適用時の雑音指数［ｄＢ］である。
正常動作での検索経路のない従来の電波識別リーダーは、チャネル帯域幅は２００ｋＨｚ、感知可能な最小のＣ／Ｎ比は１２ｄＢ、カップリング係数は１５ｄＢ、入力端のフィルタなどで生じる損失が２ｄＢである場合、感度は−７０ｄＢｍである。式で表現すれば、数２の通りである。
(数２)
S=-174dBm/Hz+10log(200kHz)+requiredC/N+(NFIC1+loss)
=-174+53+12+(NFIC1+loss)
=-109+(NFIC1+17)
=-70dBm
S=-174dBm/Hz+10log(200kHz)+requiredC/N+(NFIC1+loss)
=-174+53+12+(NFIC1+loss)
=-109+(NFIC1+17)
=-70dBm
したがって、システム雑音指数ＮＦＩＣ１を２２ｄＢ未満に設計した場合、−７０ｄＢｍの感度を満たす。
ＬＢＴ動作での検索経路のない従来の電波識別リーダーの感知可能なＣ／Ｎ比が１０ｄＢである場合、従来の検索経路のない電波識別リーダーの感度は、数３の通りである。
(数３)
S=-174dBm/Hz+10log(200kHz)+requiredC/N+(NFIC1+loss)
=-174+53+10+(NFIC1+loss)
=-111+(22+17)
=-72dBm
S=-174dBm/Hz+10log(200kHz)+requiredC/N+(NFIC1+loss)
=-174+53+10+(NFIC1+loss)
=-111+(22+17)
=-72dBm
すなわち、従来の検索経路のない電波識別リーダーの感度は、正常動作より２ｄＢが減少する。
本発明の第１の実施形態に係る電波識別リーダー３００の感知可能なＣ／Ｎ比が１０ｄＢであり、選択スイッチング手段３５１による挿入損失は１ｄＢであり、入力端のフィルタなどで生じる損失が２ｄＢである場合に、本発明の第１の実施形態に係る電波識別リーダー３００の感度は、数４の通りである。
(数４)
S=-174dBm/Hz+10log(200kHz)+requiredC/N+(NFIC2+loss)
=-174+53+10+(NFIC2+loss)
=-111+(NFIC2+3)
=-108+NFIC2
S=-174dBm/Hz+10log(200kHz)+requiredC/N+(NFIC2+loss)
=-174+53+10+(NFIC2+loss)
=-111+(NFIC2+3)
=-108+NFIC2
結局、増幅手段３５２による雑音指数が５ｄＢであれば、総−１０３ｄＢｍの感度を満たし、従来方式での感度より向上した結果を得ることができる。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る電波識別リーダーにおいて、正常動作とＬＢＴ動作時の雑音指数を比較したシミュレーショングラフを示す図である。
同図のグラフは、Ｘ軸は電波識別周波数、Ｙ軸は電波識別システムの雑音指数値を意味するものであって、選択スイッチング手段による挿入損失は１ｄＢであり、増幅手段３５２によるゲインが１５ｄＢであり、雑音指数が３ｄＢである場合のシミュレーショングラフである。
ここで、線（１）は、正常動作時の電波識別リーダーの雑音指数を示し、線（２）は、検索経路が追加された電波識別リーダーの雑音指数を示す。
同図に示すように、検索経路が追加された場合の雑音指数が、一般的な動作の雑音指数より顕著に向上したことを確認することができる。
このような構造により、検索経路を電波識別リーダーに追加して全体的な雑音指数が向上する。
３００ 電波識別リーダー
３１０ 共通回路部
３２０ パワー経路部
３３０ アンテナ
３４０ データ経路部
３５０ 検索経路部
３１１ 周波数発振器
３１２ 発振周波数増幅器
３１３ 漏れ信号除去器
３１４ カプラー
３２１ アップ変換混合器
３２２ 駆動増幅器
３２３ パワー増幅器
３４１ 加算器
３４２ ダウン変換混合器
３５１ 選択スイッチング手段
３５２ 増幅手段
３５３ 絶縁スイッチング手段
３１０ 共通回路部
３２０ パワー経路部
３３０ アンテナ
３４０ データ経路部
３５０ 検索経路部
３１１ 周波数発振器
３１２ 発振周波数増幅器
３１３ 漏れ信号除去器
３１４ カプラー
３２１ アップ変換混合器
３２２ 駆動増幅器
３２３ パワー増幅器
３４１ 加算器
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３５１ 選択スイッチング手段
３５２ 増幅手段
３５３ 絶縁スイッチング手段
Claims (6)
- ＬＢＴ（Ｌｉｓｔｅｎ Ｂｅｆｏｒｅ Ｔａｌｋ）方式の電波識別リーダーにおいて、
タグデータ信号を受信するデータ経路部と、
チャネル検索信号を受信する検索経路部と、
前記データ経路又は前記検索経路のうちのいずれかの経路を選択する経路選択部と
を備えることを特徴とする電波識別リーダー。 - 前記検索経路部が、前記チャネル検索信号を増幅する増幅手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電波識別リーダー。
- 前記検索経路部が、前記検索経路と前記データ経路との間のアイソレーションのための絶縁スイッチング手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電波識別リーダー。
- 前記電波識別リーダーが、パワー信号を送信するパワー経路部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電波識別リーダー。
- 前記電波識別リーダーが、前記タグデータ信号、前記チャネル検索信号又は前記パワー信号を同じアンテナを利用して送信又は受信することを特徴とする請求項４に記載の電波識別リーダー。
- 請求項１の電波識別リーダーと、
前記電波識別リーダと信号を送受信する電子タグと
を備えることを特徴とする電波識別システム。
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