JP2008017248A - 無線通信システム及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射波読取器側から送られてくる無変調搬送波に対して反射器が送信データを重畳させた変調反射波を返すことで、高速且つ低消費電力なデータ伝送を行なう。
【解決手段】データの読み取り及び書き込みに関しては反射波伝送を行なう一方、給電に関しては反射波読取器から非接触電力伝送を行なう。さらに、反射波伝送路におけるビーコン制御タイミングと同期させながら非接触電力伝送動作のオン／オフの制御を行なうことで、反射波読み取り器側で電力伝送にかかる不必要な電力を低減するとともに、電力伝送に伴う発熱を抑制する。
【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は、例えば携帯機器で収集された大容量のコンテンツを読み取り機器側に移動する無線通信システム及び無線通信装置に係り、特に、消費電力を格段に削減しながら高速なデータ伝送を行なう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、反射波読み取り器側から送られてくる無変調搬送波に対して反射器が送信データを重畳させた変調反射波を返すことによりデータ伝送を行なう無線通信システム及び無線通信装置に係り、特に、無電源状態の反射器側から反射波通信によりコンテンツを送出する無線通信システム及び無線通信装置に関する。

近年、携帯電話機やデジタルカメラ、携帯オーディオ機器などの携帯機器はますます高度化し、静止画や動画像、音楽などのコンテンツの記録及び再生する機能を搭載することが一般的となっている。さらに、ハード・ディスクや大容量フラッシュ・メモリなどを装備することにより、携帯機器の内蔵記憶容量も大容量化してきている。これにより、ユーザが自ら収集したコンテンツを携帯機器内に保持して持ち歩き、必要に応じてパソコンやテレビ、プリンタなどの据え置き型の機器（以下、「読み出し機器」とも呼ぶ）にコンテンツを移動して、蓄積（データ管理）、表示出力、プリントアウトなどを行なうというスタイルが定着しつつある。

携帯機器内のコンテンツを読み出し機器に移動する際、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）などの有線ケーブルで接続するのが一般的である。例えば、パーソナル・コンピュータにＵＳＢ接続されると、パーソナル・コンピュータ側からは多量のデータを保存できるマスストレージ・デバイスとして見えるデジタルカメラについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。また、ＵＳＢホスト機能を有する制御部を備え、デジタルカメラなどＵＳＢペリフェラル機能のみを有するＵＳＢデバイス機器を簡単に接続して、パソコンを介さないデータの受信並びにプリントアウトを行なうことができる印刷装置について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。

しかしながら、有線ケーブルでの機器間接続は、設置場所が限定される上、接点の摩耗や形状の制限といった問題を伴う。最近では、ＩＥＥＥ８０２．１１に代表される無線ＬＡＮシステムや、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信のような近距離無線通信方式を携帯電話機や携帯情報端末、デジタルカメラ、携帯オーディオ再生期器に搭載されつつあり、読み取り機器へのコンテンツの移動をケーブルレス化して利便性が図られている。例えば、デジタルカメラと通信する通信手段としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信や無線ＬＡＮを備え、デジタルカメラを認識したときには電源オフ状態の状態表示手段による表示状態を変更するプリント装置について提案がなされており（例えば、特許文献３を参照のこと）、プリンタを操作すること無くフォトダイレクトプリントを行なうことができる。

しかしながら、無線ＬＡＮシステムでは、通信時に数百ｍＷ〜数Ｗ程度の電力を消費するため、バッテリ駆動式の携帯機器においては消費電力にとって大きな負担となる。また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信は、消費電力こそ無線ＬＡＮに比べれば負担が軽減されるものの、実質的な通信速度が数百ｋｂｐｓと低いため、大容量化したコンテンツを携帯機器から読み取り機器へ移すには非常に時間がかかるという問題がある。

これに対し、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）などに使用される非接触通信方式を利用したデータ通信システムについて提案がなされている。非接触の通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。このうち電波通信方式のＲＦＩＤシステムは、受信した無変調キャリアに対し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、反射器からの変調反射波信号からデータを読み取る反射波読み取り器で構成され、「バックスキャッタ」とも呼ばれる反射波伝送を行なう。

反射器は、反射波読み取り器から無変調キャリアが送られてくると、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いてその反射波に変調を施してデータを重畳する。すなわち、反射器側ではキャリア発生源が不要であることから、低消費でデータ伝送動作を駆動することができる。アンテナの負荷インピーダンスを変化させるためのアンテナ・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以下である。したがって、反射波伝送では数１０μＷでデータ伝送が可能であり、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、特許文献４を参照のこと）。

反射器を搭載した端末は受信したキャリアを反射する動作を行なうだけであるから、無線局とはみなされず、電波通信に課される法規制の対象外として扱われる。また、電磁誘導方式など他の非接触通信システムでは数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数を用いるのに対し、反射波通信方式では例えばＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｏｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｂａｎｄ）と呼ばれる２４ＧＨｚ帯の高帯域を用いた高速なデータ伝送を実現することができる。

上述したように、反射波伝送システムによれば、従来の無線通信方式に比べ格段に低い消費電力でデータ伝送を行なうことができる。しかしながら、コンテンツを送出する反射器においても、無変調キャリア反射波に変調処理を行なうなどのため、少量といえども電源を供給する必要がある。

反射器が携帯電話機やデジタルカメラに搭載されている場合には、これら機器本体のバッテリを主電源として反射器の変調動作を駆動することができる。ところが、携帯型メモリなど無電源の装置に反射器が搭載されている場合には、携帯型メモリ単独では反射器の動作を行なうことができず、携帯電話機やデジタルカメラなどに装着して給電を受けた状態でしかデータ伝送を実行することができない。

例えば、本出願人に既に譲渡されている特願２００５−２３６０７７号明細書では、デジタルカメラなどのホスト機器と接続する有線通信部と、外部機器と反射波通信によるデータ伝送を行なう無線通信部を備えたメモリ・カード用のアダプタ装置について開示されている。同明細書の開示内容によれば、アダプタ装置に受容したメモリ・カード内のコンテンツを反射波伝送する際には、アダプタ装置をホスト機器に装着し、ホスト機器からの給電により反射波送信動作を駆動することになっている。

ＩＣカードなどの非接触通信システムにおいては、ＲＦＩＤタグが読み取り機器からのキャリア信号を用いて電力を生成するのが一般的である。例えば、リーダライタからアンテナを介してキャリア信号を送出し、ポーリング・コマンドを送信した後のＩＣカードからの応答の有無に応じてキャリア信号をオン／オフ制御する無線通信装置について提案がなされている（例えば、特許文献５を参照のこと）。しかしながら、識別情報程度の比較的短いデータ系列からなる情報を送信するのであれば、キャリア信号から得られる電力で十分動作することはできるが、画像や音楽データのような大容量コンテンツの伝送を行なうのに必要な電力まで賄うことはできない。

また、駅の改札やその他の移動体識別などで用いられるＲＦＩＤシステムでは、読み取り機器はＩＣカード側が駆動電力を得るためのキャリア信号を常に送信し続けて、ＩＣカードが発見されるのを待機している（例えば、特許文献６を参照のこと）。ＩＣカードが微弱な電力でも動作可能で、且つ、読み取り機器が瞬時にＩＣカードに読み書きアクセスを実施する必要がある場合には、このようなキャリア信号の常態的な出力もやむを得ない。しかしながら、大容量コンテンツ伝送のために必要となる大きな電力を反射器から読み出すために、読み書き装置が常に反射器へ電力伝送するのは電力の浪費である。とりわけ、読み取り機器がバッテリ駆動される場合には、このような浪費電力の負担は過大である。

特開２００２−３０７９１１号公報 特開２００５−１０３９９２号公報 特開２００５−３４９５９８号公報 特開２００５−６４８２２号公報 特開２００５−２２３４０１号公報 特開平５−２９０２２９号公報

本発明の目的は、消費電力を格段に削減しながら高速なデータ伝送を行なうことができる、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、反射波読み取り器側から送られてくる無変調搬送波に対して反射器が送信データを重畳させた変調反射波を返すことにより、高速且つ低消費電力でデータ伝送を行なうことができる、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、無電源状態の反射器側から反射波通信によりコンテンツを送出することができる、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、データを格納するストレージを備えた第１の機器と前記ストレージにアクセスする第２の機器間でデータ通信を行なう無線通信システムであって、
前記第１の機器と前記第２の機器間で非接触通信方式を利用したデータ通信を行なうデータ通信手段と、
前記第１の機器がデータ通信動作を行なうための電力を、前記第２の機器から前記第１の機器へ伝送する電力伝送手段と、
前記データ通信手段におけるデータ通信動作と、該データ通信動作に応じた前記電力伝送手段による電力伝送動作を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする無線通信システムである。

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（以下、同様）。

第１の機器は受信電波の反射波に送信データを重畳させた変調反射波信号を送信する反射器を備え、また、第２の機器は電波を送出するとともに変調反射波信号からデータを読み取る読み取り機器を備えており、データ通信手段は反射波通信方式によるデータ通信を行なうことができる。

本発明は、データを重畳させた反射波を反射波伝送する反射器と、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、電波の反射技術を利用した無線通信システムに関する。この種の通信システムによれば、反射器側ではキャリア発生源が不要であることから、消費電力を格段に削減しながらデータ伝送を行なうことができ、一般的な無線ＬＡＮに比べると圧倒的な性能差である。また、ＩＳＭと呼ばれる２４ＧＨｚ帯の高帯域を用いることで、電磁誘導方式など他の非接触通信システムよりもはるかに高速なデータ伝送を実現することができる。

しかしながら、コンテンツを送出する反射器においても、無変調キャリア反射波に変調処理を行なうなどのため、少量といえども電源を供給する必要がある。例えば、携帯型メモリなど無電源の装置に反射器が搭載されている場合には、携帯型メモリ単独では反射器の動作を行なうことができない。

これに対し、本発明に係る無線通信システムでは、反射器としての第１の機器がデータ通信動作を行なうための電力を、読み取り機器としての第２の機器から第１の機器へ伝送する電力伝送手段を備えている。したがって、反射器としての第１の機器は、無電源の状態であっても、反射波伝送動作を行なうことが可能である。

ここで、電力伝送手段も、データ通信手段と同様に非接触であることがより好ましい。例えば、電力伝送手段は、第２の機器に装備された１次コイルから第１の機器に装備された２次コイルへの、電磁結合作用などを利用した非接触による電力伝送を行なうことができる。

また、電力伝送手段による電力伝送を常に行なっていると、データ通信を行なっていない間の第１の機器の受電は無駄となり、第２の機器への負担が過大となる。そこで、前記データ通信手段によるデータ通信の開始タイミングに応じて前記電力伝送手段による電力伝送を開始させるとともに、前記データ通信手段によるデータ通信の終了又は通信の切断に応じて前記電力伝送手段による電力伝送を停止させるといった具合に、前記電力伝送手段による電力伝送動作をデータ通信手段におけるデータ通信動作に応じて制御するようにした。これによって、読み取り機器としての第２の機器側における不必要な電力消費と発熱を防止することができる。

本発明に係る無線通信システムでは、ビーコン・フレームとエントリ・フレームを用いて、読み取り機器としての第２の機器が、反射器としての第１の機器を検出することができる。すなわち、第２の機器はビーコン・フレームを定期的に送信し、第１の機器はビーコン・フレームを受信するとエントリ・フレームを返信し、第２の機器は、エントリ・フレームを受信したことにより第１の機器が電波到達範囲内に存在することを検出することができる。

このとき、制御手段は、第２の機器が第１の機器の検出したことに応じて、電力伝送手段による電力伝送動作を制御することにより、第２の機器側における不必要な電力消費と発熱を防止することができる。

具体的には、制御手段は、電力伝送手段による電力伝送を開始してから第１の機器が受電して起動するのに十分となる起動期間が経過した後に、ビーコン・フレームを送信する。続いて、ビーコン・フレームを送信した後に、前記第１の機器がエントリ・フレームの送信動作を行なうのに十分な電力を受電するエントリ期間が経過するまでは、電力伝送手段による電力伝送を継続する。

また、制御手段は、エントリ期間において第２の機器がエントリ・フレームを受信したときには、データ通信手段によるデータ通信が終了し又は通信が切断されるまでは電力伝送手段による電力伝送を継続させる。

本発明によれば、反射波読み取り器側から送られてくる無変調搬送波に対して反射器が送信データを重畳させた変調反射波を返すことにより、高速且つ低消費電力でデータ伝送を行なうことができる、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、無電源状態の反射器側から反射波通信によりコンテンツを送出することができる、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、ＲＦＩＤにも採用されている、「バックスキャッタ」すなわち反射波伝送を用いた無線通信システムに関する。反射波を利用した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信号からデータを読み取る反射波読み取り器で構成される。

反射波読み取り器は、データ送信時すなわち反射器からデータを読み取るときに、無変調キャリアを送出する。反射器は、この無変調キャリアを受信すると、例えばアンテナの終端のオン／オフなどのアンテナ負荷インピーダンス操作を用いて、無変調キャリアに対して変調処理を施して、送信情報が乗せられた反射波信号を送信する。そして、反射波読み取り器は、反射波信号を受信すると、復調及び復号処理を行なって、伝送データを取得することができる。

本発明に係る無線通信システムでは、反射器に対するデータの読み取り及び書き込みに関しては上述したような反射波伝送を行なう一方、反射器に対する給電に関しては反射波読み取り器から非接触電力伝送を行なう点に主な特徴がある。さらに、反射波伝送路におけるビーコン制御タイミングと同期させながら非接触電力伝送動作のオン／オフの制御を行なうことで、反射波読み取り器側で電力伝送にかかる不必要な電力を低減するとともに、電力伝送に伴う発熱を抑制するようになっている。

図１Ａ及び図１Ｂには、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示している。図示の無線通信システム１００は、非接触の携帯メモリ１５０と、読み取り機器１１０の２者からなる。携帯メモリ１５０は、ハード・ディスクやフラッシュ・メモリなどを備え、比較的大容量のコンテンツを記録することができる。また、読み取り機器１１０は、この非接触の携帯メモリ１５０に対して反射波伝送によるデータの読み出し（あるいはさらにデータの書き込み）を行なうとともに、携帯メモリ１５０への非接触電力伝送を行なう。

図１Ｂに示すように、読み取り機器１１０は、反射波読み取り器１２０と、これに接続されるホスト機器１３０と、電力伝送部１４０で構成される。ホスト機器１３０として、例えば、テレビ、モニタ、プリンタ、パーソナル・コンピュータ、ビデオ録画再生機器、ＤＶＤプレーヤ、オーディオ・プレーヤなど、据え置き型の家電製品を挙げることができるが、本発明の要旨は特にこれらに限定されるものではない。

また、図１Ａに示すように、携帯メモリ１５０は、反射器１５１と、ストレージ１５７と、受電部１６０で構成される。

反射波読み取り器１２０は、ホスト・インターフェース部１２１と、制御部１２２と、受信部１２３と、周波数シンセサイザ１２４と、送信部１２５と、２．４ＧＨｚ帯アンテナ１２７で構成され、サーキュレータ１２６を介して１本のアンテナ１２７が受信部１２３と送信部１２５で共用されている。

受信部１２３は、直交検波部１２３Ａと、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動利得制御）アンプ１２３Ｂを備えている。また、送信部１２５は、パワーアンプ１２５Ａと、ミキサ１２５Ｂを備えている。

制御部１２２は、受信部１２３及び送信部１２５における反射波通信動作を制御しながら、ホスト・インターフェース部１２１を介してホスト機器１３０との間で一連のデータ送受信を行なう。さらに、制御部１２２は、反射波通信動作に同期した、電力伝送部１４０のオン／オフ動作の制御を行なう。

制御部１２２がミキサ１２５Ｂに対してある直流電圧を与えることにより送信信号がアップコンバートされ、送信部１２５は、無変調キャリアを送信することが可能となる。送信する無変調キャリアの周波数は、制御部１２２による制御下で周波数シンセサイザ１２４が生成するローカル周波数で決まるが、本実施形態では、ＩＳＭと呼ばれる２．４ＧＨｚ帯を用いるものとする。ミキサ１２５Ｂから出力される無変調キャリアは、パワーアンプ１２５Ａにより所定の電力レベルまで増幅され、サーキュレータ１２６を介してアンテナ１２７より送信される。

反射器１５１からは無変調キャリアの反射波に送信データを重畳させた変調反射波信号が返されるが（後述）、反射波読み取り器１２０側ではアンテナ１２７により反射波信号を受信し、サーキュレータ１２６を介して受信部１２３に供給される。

直交検波部１２３Ａには送信時と同じローカル周波数が入力されるので、直交検波部１２３Ａでは、反射器１５１で掛けられたＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調波（若しくはＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調波）が検出される。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軸信号とはその位相差に応じた変調信号となる。

ＡＧＣアンプ部１２３Ｂは、Ｉ軸信号及びＱ軸信号における最適値のゲインを制御し、このゲインが制御されたＩ軸信号及びＱ軸信号を制御部１２２に供給する。

制御部１２２は、Ｉ軸信号及びＱ軸信号についてそれぞれデジタル・データへの復調を行なう。そして、デジタル・データがホスト・インターフェース部１２１を介してホスト機器１３０へ送信されると、ホスト機器１３０は、デジタル・データを復号して、コンテンツを再生出力する。

反射波読み取り器１２０が携帯メモリ１５０に対してデータの送達確認を行なう場合、制御部１２２は、受信したパケット・データが正しければ肯定応答を意味するＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔを、）また、受信したパケット・データが誤っていれば否定応答を意味するＮＡＣＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を、デジタル・データとしてミキサ１２５Ｂに転送し、ＡＳＫ変調を掛ける。データの正誤は、フレーム・フォーマット（後述）に記載されたＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号を用いて判断することができる。

電力伝送部１４０は、発振器１４１と、給電制御部１４２と、１次コイル１４３で構成され、携帯メモリ１５０側の２次コイル１６１（後述）へ、電磁結合作用などを利用した非接触による電力伝送を行なうことができる。

給電制御部１４２は、制御部１２２からの指示に従って、１次コイル１４３に対する電力伝送をオン／オフ操作することができる。

一方、携帯メモリ１５０側の反射器１５１は、アンテナ１５２Ａと、アンテナ・スイッチ１５２Ｂと、アンテナ負荷１５２Ｃからなる送受信部１５２と、バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）１５３と、ＡＳＫ検波部１５４と、制御部１５５と、端末インターフェース部１５６で構成される。

携帯メモリ１５０内のストレージ１５７に蓄積されたファイルなどのコンテンツを反射波通信による転送を行なう際、制御部１５５は、端末インターフェース部１５６を介してストレージ１５７からデータを読み取ると、このデータのビット・イメージに従って、アンテナ１５２Ａに接続されたアンテナ・スイッチ１５２Ｂのオン／オフ操作を行なう。制御部１５５は、例えば、データが１のときにはアンテナ・スイッチ１５２Ｂをオンにし、データが０のときにはアンテナ・スイッチ１５２Ｂをオフにする。

アンテナ・スイッチ１５２Ｂの他端は５０Ωのアンテナ負荷１５２Ｃを介して接地されている。したがって、アンテナ１５２Ａは、アンテナ・スイッチ１５２Ｂがオンのときにはアンテナ負荷１５２Ｃで終端され、アンテナ・スイッチ１５２Ｂがオフのときにはオープンとなる。このように、アンテナ１５２Ａは、反射波読み取り器１２０のアンテナ１２７から到来する電波に対して終端並びに反射の振る舞いをする。すなわち、反射器１５１は、アンテナ・スイッチ１５２Ｂ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り変調処理を施した反射波信号を送信する。そして、反射波読み取り器１２０側では、送信電波（無変調キャリア）に対する反射波の有無を検出することによって、反射器１５１からの送信データを読み取ることができる。

このような反射器１５１からの反射波信号はＡＳＫ変調波と等価であり、比較的ビットレートが低い。反射波通信方式では、ＡＳＫ変調方式以外に、ＰＳＫ変調方式やＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式を適用することができる。例えば、本出願人に既に譲渡されている特開２００５−１３６６６６号公報や特開２００５−１３６９４３号公報には、反射器内に位相差が異なる複数の反射路を設け、伝送データに応じて反射路をスイッチングすることにより、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、８相ＰＳＫなどより高いビットレートの位相変調方式を実現することができる反射波伝送方式に無線通信装置について開示されている。

アンテナ・スイッチ１５２Ｂは、一般に、ガリウム砒素のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成され、その消費電力は数１０μＷ以下である。

バンドパス・フィルタ１５３及びＡＳＫ検波部１５４は、転送先である反射波読み取り器１２０からＡＳＫ変調された送達確認信号を受信する際に必要であり、その動作は制御部１５５で行なわれる。バンドパス・フィルタ１５３は、受信信号のうち所望する２．４ＧＨ帯の周波数を選択的に通過させ、それ以外の周波数帯を減衰させる。伝送の送達確認を行なわない一方向の伝送手順を採用するときには、バンドパス・フィルタ１５３及びＡＳＫ検波部１５４は不要である。

送達確認を行なう通信手順を適用する場合に、ＡＳＫ検波部１５４の消費電力は３０ｍＷ以下に抑えることができる。したがって、図１に示した無線通信システム１００においてコンテンツ伝送を行なうときに平均電力は、送達確認を行なう場合では１０ｍＷ以下、また、送達確認を行なわない一方向の伝送では数１０μＷ程度であり、一般的な無線ＬＡＮシステムの平均消費電力と比べると格段に低いことを理解されたい。

反射器１５１とストレージ１５７の駆動に必要となる電力は、受電部１６０により供給される。受電部１６０は、２次コイル１６１と、共振用コンデンサ１６２と、ダイオード１６３と、整流用コンデンサ１６４で構成される。

読み取り機器１１０側の電力伝送部１４０との電気的接続は、電力伝送トランスの１次コイル１４３（前述）と２次コイル１６１による、電磁結合作用などを利用した非接触電力伝送でなされる。２次コイル１６１と共振用コンデンサ１６２は、発振器１４１が発振する周波数に共振し、さらに、ダイオード１６２とキャパシタ１６３が直流に整流することで、直流電源が得られる。電磁結合作用を利用した非接触電力伝送に関しては、例えば、特開２００５−１５１６０９号公報の段落０００４などに記載されている。

なお、図示していないが、携帯メモリ１５０内の各部に安定した電源を供給するためには、受電部１６０はさらにレギュレータを備えていることが好ましい。

図１１には、図１に示した無線通信システムを適用した製品形態の一例を示している。図示の例では、ホスト機器１３０はパーソナル・コンピュータとして構成されている。また、読み取り機器１１０は、パーソナル・コンピュータに対しＵＳＢケーブルなどを用いて外付け接続される周辺機器として構成されている。読み取り機器１１０は、例えば装置筐体の上面に反射波伝送の指向性を持ち、反射器１５１を内蔵した携帯メモリ１５０をその上に載せることで、反射器１５１は電波到達範囲で且つ電力伝送圏内に収容される。

続いて、本実施形態に係る無線通信システム１００において、読み取り機器１１０と携帯メモリ１５０間で反射波伝送方式を利用して実行される通信手順について詳解する。以下で説明する通信手順は、読み取り機器１１０内の制御部１２２と携帯メモリ１５０内の制御部１５５の協働的動作により実現する。また、通信手順の各段階において伝送されるフレームは、これら制御部１２２及び１５５により構成される。

本実施形態に係る反射波通信で使用するフレームとして、ビーコン・フレームと、コントロール・フレームと、データ・フレームの３種類が挙げられる。これらの各フレームで共通となるフレーム構成要素を以下の表１に示しておく。勿論、無線通信システム１００においてこれら以外のフレームを規定してもよいし、他のフレーム構成要素を規定することができるが、本発明の要旨に直接関連しないので、ここでは説明しない。

ビーコン・フレームは、反射波読み取り器１２０が反射器１５１を検出するために定期的に送信するフレームである。図２にはビーコン・フレームの構成例を示している。ペイロード上のホスト情報（Ｈｏｓｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）フィールドには、使用チャネルの情報や反射波読み取り器１２０の固有ＩＤなどの情報が含まれる。

コントロール・フレームは、反射波読み取り器１２０が反射器１５１との接続及び切断の制御を行なうためのフレームである。図３には、コントロール・フレームの構成例を示している。コントロール・フレームは、さらにエントリ・フレーム、接続要求フレーム、接続応答フレーム、切断要求フレーム、切断応答フレームに分類される。これらのフレームの用途と構成要素を以下の表２にまとめておく。

後に詳解するが、ビーコン・フレームとエントリ・フレームは、読み取り機器１１０が反射器１５１を検出するために使用するフレームである。読み取り機器１１０は、ビーコン・フレームを定期的に送信する。これに対し、反射器１５１は、ビーコン・フレームを受信すると、ビーコン・フレーム送信期間の後に設けられたエントリ期間を用いてエントリ・フレームを返信する。そして、読み取り機器１１０は、エントリ・フレームの受信の有無により、電波到達範囲内に反射器１５１か存在するかどうかを検出することができる。

データ・フレームは、読み取り機器１１０から携帯メモリ１５０にアクセスするコマンド並びにレスポンス信号を送受信するためのフレームである。図４には、データ・フレームの構成例を示している。読み取り機器１１０は、データ・フレーム内の要素であるペイロード（Ｐａｙｌｏａｄ）中に、以下の表３に示すコマンド・パケットを構成して、携帯メモリ１５０に送信する。これに対し、携帯メモリ１５０は、読み取り機器１１０からのコマンドに応じて、データ・フレーム内の構成要素であるペイロード中に、以下の表４に示すレスポンス・パケットを構成して、読み取り機器１１０に応答する。

図５には、読み取り機器１１０と携帯メモリ１５０間において通信動作を開始する際のシーケンスを示している。図示のシーケンスは、電力伝送の開始、反射器検出、接続動作、及び、ストレージへのアクセス・コマンドとこれに対するレスポンス返信などの手続きを含んでいる。

読み取り機器１１０は、反射器１５１との通信が途絶している待機状態においては、電力伝送部１４０による給電動作の開始と、ビーコン・フレームの送信、給電動作の停止からなる反射器１５１の検出動作を一定の時間間隔で間欠的に行なっている。反射器１５１は、電波到達範囲外ではビーコン・フレームを受信することはできず、また、電力伝送圏外では無電源状態であるから通信動作を行なうことができない。

一方、反射器１５１は、電力伝送圏内に入ると、ビーコン・フレームの送信に併せて伝送が開始された電力によって動作可能な状態に遷移する。ここで、ビーコン・フレームが到来するとその受信処理を実行する。そして、ビーコン・フレームのペイロードに記載されているホスト情報に基づいて、使用チャネルの情報や反射波読み取り機１２０の固有ＩＤなどの情報を取得する。反射器１５１は、読み取り機器１１０との接続したい場合には、エントリ・フレームを返す。

読み取り機器１１０は、エントリ・フレームから反射器１５１の固有ＩＤや、設定可能な通信パラメータの情報などを取得する。そして、反射器１５１と通信したいときには、読み取り機器１１０は、電力伝送を継続するとともに、通信パラメータなどの指定情報をペイロードに記載した接続要求フレームを送信する。これに対し、反射器１５１は、接続要求に応じるときには、接続結果などをペイロードに記載した接続応答フレームを返し、これによって接続が確立する。

接続が確立している期間は、ホスト機器１３０からストレージ１５７へのアクセス動作が行なわれる。具体的には、読み取り機器１１０は、ストレージ１５７へのセクタ・リード又はセクタ・ライトを要求するコマンド・フレームの送信と、これに応じた反射器１５１によるストレージ１５７へのセクタ・リード又はセクタ・ライト並びにレスポンス・フレームの返信が繰り返し実行される。この間、読み取り機器１１０は電力伝送を継続する。また、反射器１５１は電力伝送圏内に存在する限り、読み取り機器１１０から伝送される電力によって通信動作が可能な状態を維持する。

なお、図５には示していないが、読み取り機器１１０は、反射器１５１からエントリ・フレームを受信しても接続する必要がない場合には、電力伝送を停止して、接続手順を行なわない。

反射波伝送のような非接触通信の場合、有線ケーブルのような堅牢な通信路は存在せず、また無線ＬＡＮに比べて通信距離が短く、指向性の制限もある。このため、通信中であっても、反射器１５１が読み取り機器１１０から離隔したことや両者間に障害物が出現したことにより、突然、通信動作が強制的に切断される可能性がある。図６には、通信動作が強制切断されて、読み取り機器１１０側で電力伝送を終了する際のシーケンスを示している。

接続が確立している期間は、読み取り機器１１０からのコマンド・フレームの送信と、これに応じた反射器１５１からのレスポンス・フレームの返信が繰り返し実行されている。

ここで、携帯メモリ１５０が読み取り機器１１０から離隔したこと、若しくはその他の原因により、電波到達範囲外となり、通信が途絶したとする。読み取り機器１１０は、自分が最後にコマンド・フレームを送信してから所定時間経過してもレスポンス・フレームを受信できなかったことなどにより、切断を検知することができる。このような場合、制御部１２２は、給電制御部１４２に対して電力伝送動作を停止するように指示を発行し、１次コイル１４３からの給電が停止される。

その後、読み取り機器１１０は、待機状態に遷移して、電力伝送部１４０による給電動作の開始と、ビーコン・フレームの送信、給電動作の停止からなる反射器１５１の検出動作を一定の時間間隔で間欠的に行なう。

また、反射器１５１が良好な反射波伝送を行なうことができる領域に存在している場合であっても、ホスト機器１３０が所望するコンテンツをストレージ１５７から読み取り終えた後も引き続いて電力伝送して接続状態を保つのは電力の浪費である。このような場合、読み取り機器１１０の主導によって反射器１５１との接続を切断するとともに電力伝送もこれに併せて終了する。図７には、読み取り機器１１０の主導により通信動作及び電力伝送動作を終了するシーケンスを示している。

接続が確立している期間は、読み取り機器１１０からのコマンド・フレームの送信と、これに応じた反射器１５１からのレスポンス・フレームの返信が繰り返し実行されている。

ここで、ホスト機器１３０が所望するコンテンツをストレージ１５７から読み取り終えたとき、又は、その他の理由によりストレージ１５７へのアクセスを終了させたい若しくは終了させなければならなくなったとき、読み取り機器１１０は、切断理由などの情報をペイロードに記載した切断要求フレームを送信する。これに対し、反射器１５１は、切断結果などをペイロードに記載した切断応答フレームを返す。この結果、接続が切断される。

読み取り機器１１０で切断応答フレームを受信すると、制御部１２２は、給電制御部１４２に対して電力伝送動作を停止するように指示を発行し、１次コイル１４３からの給電が停止される。このようにして、電力伝送動作も終了する。

他方、読み取り機器１１０ではなく、反射器１５１側の主導によって通信動作を終了したい場合もある。例えば、携帯メモリ１５０からホスト機器１３０へのコンテンツのプッシュ配信が終了したときや、携帯メモリ１５０がホスト機器１３０内のコンテンツのプル配信を終了したときなどである。このような場合も、読み取り機器１１０が引き続いて電力伝送して接続状態を保つのは電力の浪費である。そこで、反射器１５１の主導によって読取機器１１０との接続を切断するとともに、これに併せて読み取り機器１１０は電力伝送を終了する。図８には、反射器１５１の主導により通信動作及び電力伝送動作を終了するシーケンスを示している。

接続が確立している期間は、読み取り機器１１０からのコマンド・フレームの送信と、これに応じた反射器１５１からのレスポンス・フレームの返信が繰り返し実行されている。

ここで、携帯メモリ１５０が所望するコンテンツをストレージ１５７から読み取って送信し終えたとき、又は、その他の理由によりホスト機器１３０との通信動作を終了させたい若しくは終了させなければならなくなったとき、反射器１５１は、切断理由などの情報をペイロードに記載した切断要求フレームを送信する。これに対し、読み取り機器１１０は、切断結果などをペイロードに記載した切断応答フレームを返す。この結果、接続が切断される。

また、読み取り機器１１０が切断応答フレームを送信するのに併せて、制御部１２２は、給電制御部１４２に対して電力伝送動作を停止するように指示を発行し、１次コイル１４３からの給電が停止される。このようにして、電力伝送動作も終了する。

その後、読み取り機器１１０は、待機状態に遷移して、電力伝送部１４０による給電動作の開始と、ビーコン・フレームの送信、給電動作の停止からなる反射器１５１の検出動作を一定の時間間隔で間欠的に行なう。

図５に示した通信開始シーケンスを参照しながら説明したように、待機状態の読み取り機器１１０は反射器１５１の検出動作を間欠的に行なっている。一方の反射器１５１は、読み取り機器１１０からの電力伝送圏内では、ビーコン・フレームの送信に併せて伝送が開始された電力によって動作可能な状態となるから、到来したビーコンの受信動作を行なうことができるとともに、エントリ・フレームを返信することができる。このため、反射器１５１の検出動作において、読み取り機器１１０による電力伝送期間は、ビーコン・フレームの送信位置の前後に適当なマージンを持つ必要がある。

図９には、読み取り機器１１０によるビーコン・フレームの送信位置に合わせた電力伝送開始タイミングを図解している。同図に示すように、読み取り機器１１０は、電力伝送を開始すると、これ電力の供給を受けた反射器１５１の起動期間に相当する間隔を置いてからビーコン・フレームを送信する。起動期間は、反射器１５１が受電して起動するのに十分な時間を与えるために設けられている。

その後、読み取り機器１１０は、ビーコン・フレームを受信した（電波到達範囲内の）反射器１５１からエントリ・フレームが返されるまで、エントリ期間だけ電力伝送を継続して、エントリ・フレームの到来を待機する。起動期間は反射器が受電して起動するのに十分な時間を与えるために設けられるが、エントリ期間は、反射器１５１がビーコン・フレームを受信してからエントリ・フレームを返信するまでのターンアラウンドタイムと、反射器１５１がエントリ・フレームの送信動作を行なうに十分となる電力を受電する時間を与えるために設けられている。

そして、読み取り機器１１０は、エントリ期間内にエントリ・フレームを受信することができなければ、反射器１５１を検出しないものとして、電力伝送を停止する。電力伝送の停止により、読み取り機器１１０における不必要な電力消費と発熱を防止することができる。

一方、反射器１５１が電力伝送圏内に入っているときには、起動期間の受電によりビーコン・フレームの受信処理を行なうことができ、さらにそして、読み取り機器１１０は、エントリ期間内にエントリ・フレームを受信したときには、その後の反射器１５１の動作を可能にするために、電力伝送を継続する。

なお、読み取り機器１１０は、反射器１５１からエントリ・フレームを受信しても接続する必要がない場合には、電力伝送を停止してよい。

その後、読み取り機器１１０は電力伝送を継続し、読み取り機器１１０は、ストレージ１５７へのセクタ・リード又はセクタ・ライトを要求するコマンド・フレームの送信と、これに応じた反射器１５１によるストレージ１５７へのセクタ・リード又はセクタ・ライト並びにレスポンス・フレームの返信が繰り返し実行される。

このように、読み取り機器１１０は、反射器１５１と一旦通信状態に入ると、給電を継続しなければならない。

他方、図６〜図８を参照しながら説明したように、強制切断や、読み取り機器１１０の主導、又は携帯メモリ１５０の主導により通信動作を終了するときには、読み取り機器１１０は、これに併せて電力伝送も終了して、不必要な電力消費と発熱を防止する。

図１０には、読み取り機器１１０による電力伝送開始タイミングを図解している。

例えば、携帯メモリ１５０が読み取り機器１１０から離隔し、最後にコマンド・フレームを送信してから所定時間経過してもレスポンス・フレームを受信できなかったときには、制御部１２２は、切断を検知するとともに、給電制御部１４２に対して電力伝送動作を停止するように指示を発行し、１次コイル１４３からの給電が停止される。

また、ホスト機器１３０が所望するコンテンツをストレージ１５７から読み取り終えたときなどには、読み取り機器１１０は、切断要求フレームを送信し、これに対する接続応答フレームを受信すると、制御部１２２は、通信の切断に併せて、給電制御部１４２に対して電力伝送動作を停止するように指示を発行し、１次コイル１４３からの給電が停止される。

また、反射器１５１側から切断要求フレームを受信したときには、読み取り機器１１０は応答フレームを返す。そして、制御部１２２は、通信の切断に併せて、給電制御部１４２に対して電力伝送動作を停止するように指示を発行し、１次コイル１４３からの給電が停止される。

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、反射波伝送を行なう無線通信システムに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨は必ずしもこれに限定されるものではない。反射波伝送以外の非接触通信方式を用いて無電源の機器からデータを読み取るさまざまなタイプの無線通信システムに対し、同様に本発明を適用することができる。

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、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示した図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示した図である。 図２は、ビーコン・フレームの構成例を示した図である。 図３は、コントロール・フレームの構成例を示した図である。 図４は、データ・フレームの構成例を示した図である。 図５は、読み取り機器１１０と携帯メモリ１５０間において通信動作を開始する際のシーケンスを示した図である。 図６は、通信動作が強制切断されて、読み取り機器１１０側で反射器１５１への電力伝送を終了する際のシーケンスを示した図である。 図７は、読み取り機器１１０の主導により通信動作及び電力伝送動作を終了するシーケンスを示した図である。 図８は、反射器１５１の主導により通信動作及び電力伝送動作を終了するシーケンスを示した図である。 図９は、読み取り機器１１０によるビーコン・フレームの送信位置に合わせた電力伝送開始タイミングを示した図である。 図１０は、読み取り機器１１０による電力伝送開始タイミングを示した図である。 図１１は、図１に示した無線通信システムを適用した製品形態の一例を示した図である。

符号の説明

１００…無線通信システム
１１０…読み取り機器
１２０…反射波読み取り器
１２１…ホスト・インターフェース部
１２２…制御部
１２３…受信部
１２３Ａ…直交検波部
１２３Ｂ…ＡＧＣアンプ
１２４…周波数シンセサイザ
１２５…送信部
１２５Ａ…パワーアンプ
１２５Ｂ…ミキサ
１２６…サーキュレータ
１２７…２．４ＧＨｚ帯アンテナ
１３０…ホスト機器
１４０…電力伝送部
１４１…発振器
１４２…給電制御部
１４３…１次コイル
１５０…携帯メモリ
１５１…反射器
１５２…送受信部
１５２Ａ…アンテナ
１５２Ｂ…アンテナ負荷
１５２Ｃ…アンテナ負荷
１５３…バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）
１５４…ＡＳＫ検波部
１５５…制御部
１５６…端末インターフェース部
１５７…ストレージ
１６０…受電部
１６１…２次コイル
１６２…共振用コンデンサ
１６３…ダイオード
１６４…整流用コンデンサ

Claims (16)

1. データを格納するストレージを備えた第１の機器と前記ストレージにアクセスする第２の機器間でデータ通信を行なう無線通信システムであって、
   前記第１の機器と前記第２の機器間で非接触通信方式を利用したデータ通信を行なうデータ通信手段と、
   前記第１の機器がデータ通信動作を行なうための電力を、前記第２の機器から前記第１の機器へ伝送する電力伝送手段と、
   前記データ通信手段におけるデータ通信動作と、該データ通信動作に応じた前記電力伝送手段による電力伝送動作を制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記データ通信手段は、
   前記第１の機器に搭載された、受信電波の反射波に送信データを重畳させた変調反射波信号を送信する反射器と、
   前記第２の機器に搭載された、前記反射器に電波を送出するとともに変調反射波信号からデータを読み取る読み取り機器と、
   を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。
3. 前記電力伝送手段は、前記第２の機器に装備された１次コイルから前記第１の機器に装備された２次コイルへの非接触による電力伝送を行なう、
   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. 前記制御手段は、前記データ通信手段によるデータ通信の開始タイミングに応じて前記電力伝送手段による電力伝送を開始させ、前記データ通信手段によるデータ通信の終了又は通信の切断に応じて前記電力伝送手段による電力伝送を停止させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記第２の機器は定期的にビーコン・フレームを送信するとともに、ビーコン・フレームを受信した前記第１の機器はエントリ・フレームを返信し、
   前記第２の機器は、エントリ・フレームを受信したことにより前記第１の機器を検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記制御手段は、前記第２の機器が前記第１の機器の検出したことに応じて、前記電力伝送手段による電力伝送動作を制御する、
   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. 前記制御手段は、
   前記電力伝送手段による電力伝送を開始してから前記第１の機器が受電して起動するのに十分となる起動期間が経過した後にビーコン・フレームを送信するとともに、
   ビーコン・フレームを送信した後、前記第１の機器がエントリ・フレームの送信動作を行なうのに十分な電力を受電するエントリ期間が経過するまでは前記電力伝送手段による電力伝送を継続する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
8. 前記制御手段は、前記エントリ期間において前記第２の機器がエントリ・フレームを受信したときには、前記データ通信手段によるデータ通信が終了し又は通信が切断されるまでは前記電力伝送手段による電力伝送を継続させる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
9. 他の機器との間でデータ通信を行なう無線通信装置であって、
   前記他の機器との間で非接触通信方式を利用したデータ通信を行なうデータ通信手段と、
   前記他の機器がデータ通信動作を行なうための電力を前記他の機器に対して供給する電力伝送手段と、
   前記データ通信手段におけるデータ通信動作と、該データ通信動作に応じた前記電力伝送手段による電力伝送動作を制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
10. 前記他の機器は受信電波の反射波に送信データを重畳させた変調反射波信号を送信する反射器を備えており、
    前記データ通信手段は、前記反射器に電波を送出するとともに変調反射波信号からデータを読み取る読み取り機器を備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 前記電力伝送手段は、１次コイルを備え、前記他の機器に装備された２次コイルに対して電力伝送を行なう、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
12. 前記制御手段は、前記データ通信手段によるデータ通信の開始タイミングに応じて前記電力伝送手段による電力伝送を開始させ、前記データ通信手段によるデータ通信の終了又は通信の切断に応じて前記電力伝送手段による電力伝送を停止させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
13. 前記制御手段は、前記データ通信手段から定期的にビーコン・フレームを送信させるとともに、前記他の機器からエントリ・フレームを受信したことにより、前記他の機器を検出する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
14. 前記制御手段は、前記他の機器の検出したことに応じて、前記電力伝送手段による電力伝送動作を制御する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
15. 前記制御手段は、前記電力伝送手段による電力伝送を開始してから前記他の機器が受電して起動するのに十分となる起動期間が経過してからビーコン・フレームを送信するとともに、ビーコン・フレームを送信した後、前記他の機器がエントリ・フレームの送信動作を行なうのに十分な電力を受電するエントリ期間が経過するまでは前記電力伝送手段による電力伝送を継続させる、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信装置。
16. 前記制御手段は、前記エントリ期間においてエントリ・フレームを受信したときには、前記データ通信手段によるデータ通信が終了し又は通信が切断されるまでは前記電力伝送手段による前記他の機器への電力伝送を継続させる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信装置。