JP2009518954A - Ｒｆｉｄ技術およびｍｉｍｏ技術のシステム統合 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、複数の無線個体識別（ＲＦＩＤ）タグおよびリーダを含むシステムを提供する。複数のＲＦＩＤタグの各ＲＦＩＤタグは、後方散乱によって信号を送信する一実施形態において、リーダは複数のアンテナおよび信号プロセッサを含む。別の実施形態において、本システムは、信号プロセッサおよびそれぞれアンテナを有する複数のリーダを含む。いずれかの実施形態において、各アンテナは、後方散乱によって伝達された信号に対応する複数の信号を受信する。信号プロセッサは、受信した複数の信号を結合して、出力信号を生成する。

Description

（発明の分野）
本発明は、無線個体識別（ＲＦＩＤ）システムおよびＲＦＩＤタグとリーダとの間で信号を送信するための方法に関する。

（背景技術）
無線個体識別（ＲＦＩＤ）タグは、その存在が検出および／または監視されるアイテムに装着することができる電子機器である。ＲＦＩＤタグの存在、そしてタグが装着されるアイテムの存在は、「リーダ」として公知な機器によって確認および監視され得る。リーダは、典型的にはＲＦＩＤタグが応答する高周波信号を送信する。各ＲＦＩＤタグは、一意の識別番号または別の識別可能情報を格納することができる。ＲＦＩＤタグは、タグが識別されるように、後方散乱信号の識別番号またはその他の識別情報内に挿入することによって、リーダに応答する。

ＲＦＩＤタグとリーダとの間で送信される情報は、データ転送速度および動作範囲により制限される。電気通信および電子工学において、データ転送速度とは、データがデータ伝送システムの伝送路の所定のポイントを通過する総合速度（ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｒａｔｅ）をいう。動作範囲とは、信号を確実に送信および受信することができる、送信器と受信器との間の最大距離間隔をいう。新しい高速ＲＦＩＤシステムは、現在使用されているものよりも、より高速なデータ転送速度でより長距離にわたって送信される情報が必要になる。

前述を考慮すると、ＲＦＩＤタグとリーダとの間の信号を送信するための、より効果的な方法およびアーキテクチャが必要とされる。そのような方法およびアーキテクチャは、最小限の信号電力要件および操作の最大範囲で所望の性能を可能にしなければならない。

（発明の概要）
本発明の実施形態は、ＲＦＩＤ技術と多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術とを統合して、ＲＦＩＤタグとリーダとの間で信号を送信および受信するためのシステムおよび方法を提供する。これらの技術の統合により、データ転送速度および動作範囲を大幅に増加させることができる。現在容認されている（またはそれ以下の）信号電力およびチャネル帯域幅の使用を維持しながら、これらの向上を実現することができる。

本発明の実施形態は、複数のＲＦＩＤタグおよびリーダを含むシステムを提供する。各ＲＦＩＤタグは、後方散乱によって信号を送信する。リーダには、複数のアンテナおよび信号プロセッサが含まれる。複数のアンテナの各アンテナは、後方散乱によって伝達された信号に対応する複数の信号を受信する。信号プロセッサは、出力信号を生成するために、受信した複数の信号を結合する。後方散乱によって信号を送信するために複数のＲＦＩＤタグを使用することで、本実施形態によるＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムは、比較的長い動作範囲を実現することができる。

本発明の別の実施形態は、複数のＲＦＩＤタグ、複数のリーダおよび信号プロセッサを含むシステムを提供する。各ＲＦＩＤタグは、後方散乱によって信号を送信する。複数のリーダの各リーダは、アンテナを含む。複数のアンテナの各アンテナは、後方散乱によって伝達された信号に対応する複数の信号を受信する。前記信号プロセッサは、出力信号を生成するために、受信した複数の信号を結合する。複数のリーダを使用することで、本実施形態によるＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムは、比較的低い信号電力を実現することができる。

本発明のさらなる実施形態は、以下のステップを含む方法を提供する。複数のＲＦＩＤタグ信号は、後方散乱によって送信される。後方散乱で送信された複数のＲＦＩＤタグ信号に対応する複数の信号は、複数のアンテナによって受信され、複数のアンテナの各アンテナは、後方散乱によって送信された複数のＲＦＩＤタグ信号に対応する複数の信号を受信する。受信した複数の部分信号は、出力信号を生成するために結合される。

これらおよび他の目的、利点および特徴は、以下の本発明の詳細な説明を参照することによって容易に理解できるであろう。概要および要約部分には、発明者らにより案出された本発明の例示的な実施形態のうちの全てではないが１つ以上が記載されていることに留意されたい。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、記載と共に本発明を説明し、さらには本発明の原理を説明し、当業者が本発明を製造および使用することを可能にする役割を果たす。

以下、本発明が添付図面を参照して記述される。図面では、同一の参照番号は、同一または機能的に類似した要素を示す。また、参照番号の最も左の数字は、参照番号が最初に現れた図面を示している。

（序）
「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」などの本明細書内での言及は、記述される実施形態が特定の特性、構造または特徴を含み得るが、各実施形態は、必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含むとは限らないことを示していることに留意されたい。さらに、そのような語は、必ずしも同じ実施形態を参照するわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、実施形態に関連して記述されるときに、明白に記述されているか否かに関わらず、別の実施形態に関連するそのような特徴、構造、または特性を達成するための当業者の理解の範囲内にあるものとして述べられる。

本願にさらに詳細に記述されるとおり、本発明の実施形態は、システムおよび方法を提供するために、ＲＦＩＤおよびＭＩＭＯ技術を統合する。そのような統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムおよび／または方法は、大幅に向上したデータ転送速度および動作範囲を提供することができる。さらに、そのような統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムは、信号電力およびチャネル帯域幅の許容レベルまたはより低いレベルをも維持することができる。まず、本発明の実施形態を説明する前に、例示的なＲＦＩＤタグ環境およびＭＩＭＯ環境を記述する。第２に、ＲＦＩＤおよびＭＩＭＯ記述を統合するための種々の例示的なアーキテクチャを記述する。第３に、例示的な統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムの動作を記述する。最後に、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムを実行するための例示的な方法を記述する。

（ＲＦＩＤ技術の概要）
本発明の実施例を詳細に記述する前に、本発明の実施形態を実行することができる環境の一例を記述することは有益である。図１は、ＲＦＩＤタグリーダ１０４がＲＦＩＤタグ１０２の例示的な集団１２０と通信する環境１００を示す。図１に示すように、タグの集団１２０は、１０２ａ〜１０２ｇの７つのタグを含む。本発明の実施形態により、集団１２０は、任意の個数のタグ１０２を含んでもよい。

環境１００には、リーダ１０４ａ〜１０４ｄも含まれる。リーダ１０４は、単独に動作したり、またはリーダネットワークを形成するために互いに結合したりし得る。リーダ１０４は、タグ１２０の集団に対処するために外部のアプリケーションにより要求され得る。あるいは、リーダ１０４は、通信を開始する内部回路、またはリーダ１０４のオペレータが通信を開始するために使用するトリガ機構を有し得る。

図１に示すとおり、リーダ１０４は、タグ１２０の集団への搬送周波数を有する呼びかけ信号１１０を送信する。リーダ１０４は、この種のＲＦ通信に割り当てられた１つ以上の周波数帯で動作する。例えば、９０２〜９２８ＭＨｚおよび２４００〜２４８３．５ＭＨｚの周波数帯は、連邦通信委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ；ＦＣＣ）によって特定のＲＦＩＤアプリケーションに対して定義されている。さらに規制上または動作上の配慮により、リーダ１０４は、動作帯域内において周期的に（例えば、５０から４００ミリ秒の範囲で）搬送周波数を変更することができる。これらの「周波数ホッピング」システムでは、動作帯域は複数のチャネルに分割され得る。例えば、９０２〜９２８ＭＨｚ周波数帯は、各チャネルに定義された最大帯域幅に応じて、２５から５０チャネルに分割され得る。各チャネルの最大許容帯域幅は、地域または国内の規制により設定されることがある。例えば、ＦＣＣ第１５条によると、９０２〜９２８ＭＨｚ帯のチャネルの最大許容帯域幅は５００ｋＨｚである。各チャネルは、本明細書中ではホッピング周波数と称される特定の周波数にほぼ集中する。

一実施形態において、周波数ホッピングリーダは、擬似ランダム系列にしたがってホッピング周波数間の周波数を変更する。各リーダ１０４は、典型的には独自の擬似ランダム系列を使用する。従って、どの時点においても、第１のリーダ１０４ａは、他のリーダ１０４ｂとは異なる搬送周波数を使用し得る。

種々のタグ１０２は、時間に基づくパターンまたは周波数にしたがって、信号１１０を交互に反射および吸収することを含む種々の方法で、１つ以上の応答信号１１２を呼び掛けているリーダ１０４へ送信する。信号１１０を交互に吸収および反射する本技術は、本明細書中では変調後方散乱と称される。タグ１０２は、異なるタイプの符号化技術（ＦＭ０およびミラー符号化など）および変調技術（振幅偏移変調および位相偏移変調など）を使用することもできる。しかし、別のさらに複雑な符号化および変調方法（例えば、トレリス符号化および直交振幅変調）もまた本発明の実施形態に使用され得る。リーダ１０４は、応答信号１１２を受信し、応答信号１１２から、応答しているタグ１０２の識別番号などのデータを取得する。

上述のとおり、本発明の実施形態はＲＦＩＤ技術とＭＩＭＯ技術を統合する。しかし、そのような統合実施形態を記述する前に、ＭＩＭＯ技術の概要を提示する。

（多入力多出力技術の概要）
多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術は、現在ワイヤレスシステム設計の有望なアプローチである。ＭＩＭＯモデルは、固定ブロードバンドワイヤレスアクセス（「ＷｉＭＡＸ」）用のＩＥＥＥ８０２．１６、およびモバイルアプリケーション用の第３世代提携プロジェクト（３ＧＰＰ）において標準化されている。実際、第３世代ワイヤレスシステムのＭＩＭＯソリューションの標準化が、国際電気通信連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ；ＩＴＵ）および３ＧＰＰ標準委員会で開始されている。

ＭＩＭＯ技術は、ワイヤレス技術において画期的なので、学界および電気通信業界から注目を浴びている。名前が示唆する通り、ＭＩＭＯシステムは、送信サイトにおける複数のアンテナおよび受信サイトにおける複数のアンテナを含む。ＭＩＭＯシステムにおいて実現可能なエネルギー利得の理論的推定は顕著なものがある。例えば、２つの送信アンテナおよび２つの受信アンテナを有するＭＩＭＯシステムは、レイリーフェージングのチャネル用に最大１２ｄＢエネルギー利得を提供する一方で、高性能の符号化技術を備えた一般的な無線システムは、レイリーフェージングのチャネル用に３ｄＢエネルギー利得を提供する。また、ＭＩＭＯシステムのチャネルの容量増幅も、同様に顕著なものがある。ＭＩＭＯシステムでは、チャネル容量は、送信サイトにおけるアンテナ数および受信サイトにおけるアンテナ数のうちの最小数に等しい。結果として、４つの送信アンテナおよび４つの受信アンテナを備えるＭＩＭＯシステムは、単一アンテナシステムと比較すると、システムはデータ転送速度を４倍に増加させることが可能である。この増加したデータ転送速度は、単一アンテナシステムとして使用するものと同じ信号電力および帯域幅を維持しながら得られる。

ＭＩＭＯは周知の空間（空間的）ダイバシチ技術から開発された。空間ダイバシチは、数十年間、多重伝搬を有する無線システムで使用されている。無線システムにおける「空間ダイバシチ（ｓｐａｃｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）」または「空間的ダイバシチ（ｓｐａｃｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）」とは、異なる（「空間的に多様な（ｓｐａｃｉａｌｌｙ ｄｉｖｅｒｃｅ）」）場所に位置する複数のアンテナをいう。図２は、空間ダイバシチを有する一般的な無線システム２００のブロック図を示す。図２に示すとおり、システム２００は、送信サイトの符号化マッピング変調ブロック２１０および受信サイトの多重アンテナ信号処理ブロック２２０を含む。

無線システム２００とは、本明細書中では空間ダイバシチシステムまたは１：Ｎ_Ｒシステムを示す。ここで最初の数字（すなわち、１）は、送信サイトのアンテナ数を示し、２番目の数字（すなわち、変数Ｎ_Ｒ）は受信サイトのアンテナ数を示す。図２に示すとおり、受信サイトに１つのアンテナおよび受信サイトに３つのアンテナがある（Ｎ_Ｒ＝３）。システム２００の送信サイトは、従来の無線システム（１：１システム）または単一アンテナシステムに類似する。送信サイトにおいて、符号化−マッピング−変調ブロック２１０は、入力データを符号化して、マッピングし、適切な搬送波の変調を提供する。変調信号２３０は、それから符号化−マッピング−変調ブロック２１０のアンテナによって放出される。

システム２００の受信サイトは、Ｎ_Ｒ個の空間ダイバシチなアンテナを含み、各アンテナは、対応する高周波（ＨＦ）のフロントエンドを有する。受信サイトはまた、多重アンテナ信号処理を提供する多重アンテナ信号処理ブロック２２０を含む。一般的に処理ブロック２２０には、空間ダイバシチなアンテナによって受信される部分信号を結合するためのアルゴリズムが含まれる。部分信号は、送信データの最尤推定を提供するために（例えば、線形に）結合される。多重アンテナ信号の最適な信号処理は、空間ダイバシチなアンテナ信号の加重干渉または非干渉累算に基づく。例えば、一般的にレイク復調器は、マルチパス信号成分の干渉累積を提供する受信器である。

空間ダイバシチ（１：Ｎ_Ｒ−システム）を有する無線システム２００では、受信サイトの複製信号数は多様なアンテナ数Ｎ_Ｒと等しい。周知のとおり、シャノンの定理は、信号対雑音比の対数によってチャネル容量が増加することを示す。従って、無線システム２００内の受信サイトにおいてアンテナ数が増加すると、チャネル容量は対数ぶんだけ増加する結果となる。例えば、理想的な条件（すなわち、アンテナ内の無相関フェージング、最適な干渉累算および信号対雑音比（ＳＮＲ）の最適な推定）を仮定すると、受信サイトにおいて４つのアンテナを有する空間ダイバシチシステム（無線システム２００に類似）のチャネル容量は、単一アンテナシステムのチャネル容量と比較すると２倍となる。数学的には次式のように表される。

式中、Ｃ_{（１：ＮＲ）}は、１つの送信アンテナおよびＮ_Ｒ個の受信アンテナ（この例においては４つ）を有する空間ダイバシチシステムのチャネル容量であり、Ｃ_{（１：１）}は、単一アンテナシステムのチャネル容量である。

受信サイトにおける空間ダイバシチな無線システム２００とは対照的に、ＭＩＭＯシステムは、送信および受信の両サイトにおける空間ダイバシチを有する。従って、ＭＩＭＯシステムは一般的にＮ_Ｔ：Ｎ_Ｒシステムといわれ、Ｎ_Ｔは送信サイトのアンテナ数を示し、ＮＲは受信サイトのアンテナ数を示し、Ｎ_ＴおよびＮ_Ｒはそれぞれ２以上である。図３はＭＩＭＯシステム３００のブロック図を示し、受信および送信の両サイトは空間ダイバシチを有する。一般的に、ＭＩＭＯシステム３００は、送信および受信の両サイトにおいて多重アンテナ信号処理を提供する。これらの機能性は、それぞれ、結合符号化−マッピング−変調ブロック３１０および多重アンテナ信号処理ブロック３２０で図３に示される。

送信サイトでは、送信されるデータは、送信前に、複数の異なる方法により結合符号化−マッピング−変調ブロック３１０で結合され得る。一実施例では、データシンボルは同時に送信される。つまり、すべてのアンテナを介して同じデータが送信される。この場合、送信サイトの多重アンテナは、空間ダイバシチ源としてのみ使用され、データ転送速度を増加させるためには（少なくとも直接的には）使用されない。別の実施例では、異なるデータシンボルが、種々のアンテナを介して送信される（時空間ダイバシチ）。例えば、データシンボルは、種々のアンテナを介して送信するグループ内に結合することができる。別の実施例として、符号化データシンボルは、種々のアンテナを使用して冗長なシンボルから個別に送信することができる。また、当業者に明らかなとおり、別の結合スキームが送信サイトで使用され得る。

ＭＩＭＯシステムにおいて使用される特定の種類の結合スキームは、時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）と呼ばれる。ＳＴＢＣは、ＭＩＭＯシステムのデータ転送速度を増加させるために、送信データの複数のコピーにおける冗長を利用する。ＭＩＭＯシステムにおいて使用される別のタイプの結合スキームは、時空間トレリス符号（ＳＴＴＣ）である。ＳＴＴＣも、送信データの複数のコピーにおける冗長を利用するが、符号化および復号化は、一般的にＳＴＢＣよりも複雑である。効率的なＳＴＢＣは、時空間トレリス符号と同一または類似するエネルギー利得を提供するが、単純な線形動作に基づき実装され得る。Ａｌａｍｏｕｔｉ符号として公知な最も単純なＳＴＢＣのうちの１つは、２：２のＭＩＭＯシステムの単純且つ効果的なソリュ−ションを提供する。Ａｌａｍｏｕｎｔｉ符号を実施する本発明の実施形態は、図６を参照して以下に記述される。

ＭＩＭＯシステム３００の受信サイトは、ＨＦフロントエンドに対応するＮ_Ｒの空間ダイバシチな受信アンテナを有する。ＭＩＭＯ受信器は、空間ダイバシチを有する無線システム２００と同一または類似の多重アンテナ信号処理を提供する。つまり、信号処理ブロック３２０には、空間ダイバシチなアンテナによって受信される部分信号を直線的に結合するためのアルゴリズムが含まれる。部分信号は、送信データの最尤推定を提供するために、線形的に結合される。多重アンテナ信号の最適な信号処理は、空間アンテナ信号の加重干渉または非干渉累算に基づく。受信サイトでの信号処理には、送信器内のデータを結合する方法に応じて、いくつかの特定の線形または非線形な手順を含み得る。例えば、Ｖｉｔｅｒｂｉ軟判定復号手順は、トリレス符号に使用され得、または反復復号手順は、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号に使用され得る。

ＭＩＭＯシステム３００では、受信サイトで受信される信号複製の個数は、各サイトにおける空間ダイバシチアンテナの個数の積（Ｎ_Ｔ×Ｎ_Ｒ）と同じである。したがって、ＭＩＭＯシステム３００においては、受信および送信の両サイトにおいてアンテナ数が増加すると、その結果、空間ダイバシチを有する従来の無線システム２００の場合のように対数的に増加せずに、チャネル容量は線形的に増加することになる（シャノンファクタ）。例えば、４つの送信アンテナおよび４つの受信アンテナを有するＭＩＭＯシステムは、単一アンテナシステムの４倍のチャネル容量を有し、受信サイトにおいて４つの空間ダイバシチなアンテナを有する無線システムの２倍のチャネル容量を有する。数学的には次式で表される。

式中、Ｃ_{（ＮＴ：ＮＲ）}は、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナ（この場合では４つ）およびＮ_Ｒ個の受信アンテナ（この場場合では４つ）を有するＭＩＭＯシステムのチャネル容量を示し、Ｃ_{（１：１）}は単一アンテナシステムのチャネル容量である。式（１）からＣ_{（１：４）}＝２Ｃ_{（１：１）}であることを思い出し、これを式（２）と組み合わせると、Ｃ_{（４：４）}＝２Ｃ_{（１：４）}＝４Ｃ_{（１：１）}となる。

ＭＩＭＯシステムはチャネル容量の増加を達成することができるが、この増加は、特に受信サイトにおける無線システムのある程度の複雑化によって達成される。例えば、推定にしたがうと、４：４のＭＩＭＯ受信器は、従来の１：１の受信器に比べて約２倍複雑である。

（例示的なアーキテクチャ）
上述および以下に記述するとおり、本発明の実施形態は、ＲＦＩＤおよびＭＩＭＯ技術を統合するシステムを提供する。一実施形態において、統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムには、（１）複数のＲＦＩＤタグおよび（２）複数のアンテナを有するリーダが含まれる。別の実施形態において、統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムには、（１）複数のＲＦＩＤタグおよび（２）各々がアンテナを有する複数のリーダが含まれる。さらなる実施形態においては、単一アンテナを有するリーダおよび多重アンテナを有するリーダは、実施の際に結合される。

図４Ａは、本発明の実施形態による第１の統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００を示す。ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００には、複数の空間ダイバシチなアンテナ４７０および複数のＲＦＩＤタグ４１０を有する単一リーダ４２０が含まれる。図４Ａに示すとおり、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００には、第１のアンテナ４６０ａを有する第１のＲＦＩＤタグ４１０ａと、第２のアンテナ４６０ｂを有する第２のＲＦＩＤタグ４１０ｂと、第３のアンテナ４６０ｃを有する第３のＲＦＩＤタグ４１０ｃが含まれ、リーダ４２０には第１のアンテナ４７０ａ、第２のアンテナ４７０ｂ、および第３のアンテナ４７０ｃが含まれる。なお、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００は、制限目的ではなく、例証目的のみで示されることを理解されたい。例えば、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００に含まれるＲＦＩＤタグ４１０の個数、および／またはリーダ４２０に含まれるアンテナの個数は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく増加または減少することができる。

複数のＲＦＩＤタグ４１０は、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００の送信側における多重アンテナ配置を提供する。受動タグ（ｐａｓｓｉｖｅ ｔａｇ）の場合、ＲＦＩＤタグ４１０ａ、ＲＦＩＤタグ４１０ｂ、およびＲＦＩＤタグ４１０ｃは、それぞれ、リーダ４２０から受信された信号４３０を変調し、後方散乱で送信する。リーダ４２０の複数のアンテナ４７０は、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００の受信側における多重アンテナ配置を提供する。以下に示すとおり、アンテナ４７０は空間ダイバシチである。リーダ４２０の空間ダイバシチな各アンテナ４７０は、当業者に明らかなように、対応するＨＦフロントエンドを含むことができる。図４Ｂは、処理モジュール４４０を含むリーダ４２０を示す。処理モジュール４４０は、マイクロプロセッサ、アナログ信号プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ；ＦＰＧＡ）、または当業者に明らかな別の単一プロセッサなどの、帯域幅多重アンテナ信号処理を提供する、いかなるタイプの信号プロセッサであってもよい。

図４Ａに示すとおり、アンテナ４６０は、リーダ４２０のアンテナ４７０によって受信される信号を後方散乱によって送信する。例えば、アンテナ４７０ａは、パス４３０ａに沿ってアンテナ４６０ａによって送信された信号を受信し、アンテナ４７０ｂは、パス４３０ｂに沿ってアンテナ４６０ａによって送信された信号を受信し、アンテナ４７０ｃは、パス４３０ｃに沿ってアンテナ４６０ａによって送信された信号を受信する。同様に、アンテナ４７０ａは、パス４３０ｄに沿ってアンテナ４６０ｂによって送信された信号を受信し、アンテナ４７０ｂは、パス４３０ｅに沿ってアンテナ４６０ｂによって送信された信号を受信し、アンテナ４７０ｃは、パス４３０ｆに沿ってアンテナ４６０ｂによって送信された信号を受信する。同様に、アンテナ４７０ａは、パス４３０ｇに沿ってアンテナ４６０ｃによって送信された信号を受信し、アンテナ４７０ｂは、パス４３０ｈに沿ってアンテナ４６０ｃによって送信された信号を受信し、アンテナ４７０ｃは、パス４３０ｉに沿ってアンテナ４６０ｃによって送信された信号を受信する。対応する複数のパス４３０に沿って信号を後方散乱によって送信するために、複数のＲＦＩＤタグ４１０を使用することによって、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００は、従来のＲＦＩＤシステムと比較して、より広い動作範囲を得ることができる。

原理上では多重アンテナリーダ４２０は、１つのアンテナ４７０ａまたは複数のアンテナ４７０を介して連続波（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ；ＣＷ）信号（図４Ａに図示なし）を送信することも可能である。ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００は、ＣＷを送信することによって、双方向的システムとして実装され得る。

リーダ４２０の処理モジュール４４０は、出力信号を生成するために、送信データの最尤推定に基づいて受信した複数の部分信号を結合する。適切な信号ダイバシチを保証するために、アンテナ４７０は、例えば着目信号の波長または波長の倍数に応じて、互いに離間される。例えば、アンテナ４７０間の最小間隔１／２λが使用され得る。ここで、λは搬送波長である（１ＧＨｚキャリアの場合、１／２λ＝０．１５ｍ）。処理モジュール４４０は、当業者に明らかなように、種々の方法で部分信号を結合する。例えば、Ｖｉｔｅｒｂｉ軟判定復号方法は、トリレス符号に使用することができ、反復復号方法は、低密度パリティ検査（Ｌｏｗ-Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ-Ｃｈｅｃｋ；ＬＤＰＣ）符号に使用することができ、当業者に明らかなように、別の復号方法が使用され得る。処理モジュール４４０は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはそのいずれかの組み合わせで実行することができる。

図５は、本発明の別の実施形態による第２の統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００を示す。ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００には、複数のＲＦＩＤタグ５１０および複数の空間ダイバシチのリーダ５５０（複数リーダ環境）が含まれる。具体的には、図５に示すとおり、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００には、アンテナ５４０ａを有する第１のＲＦＩＤタグ５１０ａと、アンテナ５４０ｂを有する第２のＲＦＩＤタグ５１０ｂと、アンテナ５４０ｃを有する第３のＲＦＩＤタグ５１０ｃと、アンテナ５７０ａを有する第１のリーダ５５０ａと、アンテナ５７０ｂを有する第２のリーダ５５０ｂと、アンテナ５７０ｃを有する第３のリーダ５５０ｃとが含まれる。なお、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００は、制限目的ではなく、例証目的のみで示されることを理解されたい。例えば、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００に含まれるＲＦＩＤタグ５１０の個数、および／またはリーダ５５０の個数は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく増加または減少することができる。

複数のＲＦＩＤタグ５１０は、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００のＲＦＩＤタグ４１０と同様の方法で、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００の送信側の多重アンテナ配置を提供する。複数のリーダ５５０に対応する複数のアンテナ５７０は、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００の受信側において多重アンテナ配置を提供する。

図５に示すとおり、アンテナ５４０は、リーダ５５０のアンテナ５７０によって受信される信号を後方散乱によって送信する。例えば、リーダ５５０ａのアンテナ５７０ａは、パス５３０ａに沿ってアンテナ５４０ａによって送信された信号を受信し、リーダ５５０ｂのアンテナ５７０ｂは、パス５３０ｂに沿ってアンテナ５４０ａによって送信された信号を受信し、リーダ５５０ｃのアンテナ５７０ｃは、パス５３０ｃに沿ってアンテナ５４０ａによって送信された信号を受信する。同様に、リーダ５５０ａのアンテナ５７０ａは、パス５３０ｄに沿ってアンテナ５４０ｂによって送信された信号を受信し、リーダ５５０ｂのアンテナ５７０ｂは、パス５３０ｅに沿ってアンテナ５４０ｂによって送信された信号を受信し、リーダ５５０ｃのアンテナ５７０ｃは、パス５３０ｆに沿ってアンテナ５４０ｂによって送信された信号を受信する。同様に、リーダ５５０ａのアンテナ５７０ａは、パス５３０ｇに沿ってアンテナ５４０ｃによって送信された信号を受信し、リーダ５５０ｂのアンテナ５７０ｂは、パス５３０ｈに沿ってアンテナ５４０ｃによって送信された信号を受信し、リーダ５５０ｃのアンテナ５７０ｃは、パス５３０ｉに沿ってアンテナ５４０ｃによって送信された信号を受信する。

ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００について上述したように、対応する複数のパス５３０に沿って後方散乱によって信号を送信するために、複数のＲＦＩＤタグ５１０を使用することによって、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００は、従来のＲＦＩＤシステムと比較して、より広い動作範囲を得ることができる。また、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００において、リーダ５５０のうちの１つは、必要に応じて、ＲＦＩＤタグ５１０のＣＷ信号源（図示せず）として機能する。

リーダ５５０ａ〜ｃは、結合信号処理モジュール５２０に結合される。リーダ５５０で受信された複数の信号の処理は、図４Ｂのリーダ４２０の処理モジュール４４０と同様の方法で、信号処理モジュール５２０と結合することによって提供される。結合信号処理モジュール５２０は、有線接続または無線接続を介してリーダ５５０に結合され得る。あるいは、結合信号処理モジュール５２０は、複数のリーダ５５０のうちの１つの一部分、例えば、リーダ５５０ａであり得る。複数のリーダ５５０を使用することによって、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００は、高速データ転送および動作範囲を実現しながら、比較的低い信号電力を得ることができる。

リーダ４２０の処理モジュール４４０と同様の方法で、結合信号処理モジュール５２０は、当業者に明らかな種々の方法により、部分信号を結合することができる。例えば、Ｖｉｔｅｒｂｉ軟判定復号方法は、トレリス符号に対して使用することができ、反復復号方法は、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号に対して使用することができ、当業者に明らかなように別の復号方法も使用することができる。

図４Ａおよび図５を参照して記述されるアーキテクチャ例を前提として、統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムは、次の項に記述するとおり、種々の方法で動作することができる。

（例示的な動作）
上述のとおり、統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムのリーダ（図４Ａのリーダ４２０または図５のリーダ５５０など）は、従来のＲＦＩＤシステムのリーダと比較すると、約２倍複雑であり得る。一方で、統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムのＲＦＩＤタグ（図４ＡのＲＦＩＤタグ４１０または図５のＲＦＩＤタグ５１０など）は、従来のＲＦＩＤシステムのＲＦＩＤタグと比較するとより複雑であることも、または複雑ではないこともあり得る。

一実施形態において、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００の複数のＲＦＩＤタグ４１０、またはＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００の複数のＲＦＩＤタグ５１０は、従来のＲＦＩＤタグに類似している。本実施形態において、送信側の複数のＲＦＩＤタグは、その多様な配置が理由で、単に空間ダイバシチ源としてのみ使用され、結合信号処理は、多重アンテナリーダ４２０、結合信号処理ブロック５２０、またはそれらの組み合わせのいずれかによって、受信側で行われる。

別の実施形態において、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００のＲＦＩＤタグ４１０、および／またはＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００のＲＦＩＤタグ５１０は、データ転送速度および復号信頼性の増大を提供するために改変される。例えば、本発明の実施形態によるＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムは、時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）、Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣ、ＳＴＴＣ、または当業者に明らかなとおり、送信データの複数のコピーにおける冗長を利用する別の符号に基づき得る。制限目的ではなく例証目的で、Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣに基づくＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムを以下に示す。

図６は、本発明の実施形態によるＡｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣに基づく２：２のＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム６００を示す。ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム６００には、第１のタグ６１０ａ、第２のタグ６１０ｂ、およびリーダ６２０が含まれる。リーダ６２０には、２つの空間ダイバシチなアンテナ、第１のアンテナ６５０ａおよび第２のアンテナ６５０ｂが含まれる。ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム６００は、２つの空間ダイバシチなアンテナを有するリーダ６２０と共に示されているが、Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣに基づく２：２のＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムは、各々がアンテナを有する２つの空間ダイバシチなリーダを用いることによっても実装され得ることを理解されたい。そのような実装は、本明細書に含まれる説明を参照することで当業者には明らかである。さらに、Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣに基づく２：２のＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムは、制限目的ではなく、例証目的のみで示されることを理解されたい。例えば、適切なＳＴＢＣに基づくＮ_Ｔ：Ｎ_ＲのＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム（Ｎ_ＴおよびＮ_Ｒは２以上の正の整数）もまた、本発明の精神および範囲内で案出される。

Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣにしたがうと、一対の復号信号波形Ｓ_１およびＳ_２は、２つの隣接ビットに対応しており、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム６００の送信側に結合する。図６に示されるシステム６００に関しては、これは、ＲＦＩＤタグ６１０ａが波形Ｓ_１および−（Ｓ_２）^＊を連続的に送信することを意味する。ここで星印＊は、複素共役を意味する。ＲＦＩＤタグ６１０ａが波形Ｓ_１および−（Ｓ_２）^＊を送信する時間に対応して、タグ６１０ｂは、波形Ｓ_２および−（Ｓ_１）^＊をそれぞれ連続的に送信する。

以下では、リーダ６２０のアンテナ６５０ａおよびアンテナ６５０ｂで受信された部分信号を、数学的に表す。そのために、ｈ_ｉｊを、送信アンテナｉから受信アンテナｊへの複素転送係数とし、添字ｉは、ＲＦＩＤタグ６１０ａのアンテナ６４０ａおよびＲＦＩＤタグ６１０ｂのアンテナ６４０ｂにそれぞれ対応しており１および２の値を取り、添字ｊはアンテナ６５０ａおよびアンテナ６５０ｂにそれぞれ対応しており１および２の値を取る。

そして、リーダ６２０のアンテナ６５０ａで受信される部分信号Ｒ_１１およびＲ_１２の対は、次式にて表すことができる。

式中、Ｎ_１１およびＮ_１２は、信号Ｓ_１およびＳ_２に対応する時間間隔でのアンテナ６５０ａ内の雑音波形である。

式（３）は、以下のとおり行列の形で表すことができる。

式中、Ｒ_１＝［Ｒ_１１、Ｒ_１２］^Ｔ、Ｓ＝［Ｓ_１、Ｓ_２］^Ｔ、Ｎ_１＝［Ｎ_１１、Ｎ_１２］^Ｔであり、

である。

同様に、リーダ６２０のアンテナ６５０ｂで受信される部分信号Ｒ_２１およびＲ_２２の対は、次式にて表すことができる。

式中、Ｒ_２＝［Ｒ_２１、Ｒ_２２］^Ｔ、Ｓ＝［Ｓ_１、Ｓ_２］^Ｔ、Ｎ_１＝［Ｎ_２１、Ｎ_２２］^Ｔ、であって、Ｎ_２１およびＮ_２２は信号Ｓ_１およびＳ_２に対応する時間間隔でのアンテナ６５０ｂ内の雑音波形である。

送信波形の各対に対する式（４）および（５）に基づく軟判定復号アルゴリズムは、リーダ６２０において、例えば図４Ｂの処理モジュール４４０に類似の処理モジュールなどにおいて、使用することができる。かかる軟判定復号アルゴリズムは、送信ビットの対の最尤推定に基づいて出力信号を生成する。

（例示的な方法）
図７は、本発明の実施形態による、統合ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムにおいて信号を送信および受信する方法を示すフローチャート７００を示す。例えば、フローチャート７００の方法ステップは、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム４００、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム５００、ＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステム６００、または当業者に明らかである同様または同等のＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムに実装することができる。

フローチャート７００は、複数のＲＦＩＤタグ信号を後方散乱で送信するステップ７１０で開始する。一実施形態において、ＲＦＩＤタグは空間ダイバシチであり、ＲＦＩＤタグ信号は、同時に後方散乱によって転送される。本実施形態において、信号は、いかなる方法であれ、後方散乱によって送信される前に結合されることはない。言い換えると、本実施形態に使用されるＲＦＩＤタグは、従来のＲＦＩＤタグに類似している。別の実施形態において、ＲＦＩＤタグ信号は、後方散乱によって送信する前に、増加したデータ転送速度および復号信頼性を提供するために結合される。例えば、本実施形態において、後方散乱によって送信された信号は、ＳＴＢＣ、Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣ、ＳＴＴＣ、または当業者に明らかである結合スキームに基づいて結合され得る。言い換えると、本実施形態に使用されるＲＦＩＤタグは、特別に改変されたＲＦＩＤタグである。

ステップ７２０において、送信された複数のＲＦＩＤタグ信号に対応する複数の部分信号は、複数のアンテナによって受信され、複数のアンテナの各アンテナは、複数の部分信号を受信する。一実施形態において、複数のアンテナは、リーダ４２０などの単一リーダに含まれる。別の実施形態において、複数のアンテナの各アンテナは、図５のリーダ５５０ａ、リーダ５５０ｂ、またはリーダ５５０ｃなどの単一リーダに含まれる。

ステップ７３０において、受信した複数の部分信号は、出力信号を生成するために結合される。例えば、部分信号は、処理モジュール４４０などの多重アンテナリーダ４２０に関連したモジュールにより、または図５の結合信号処理ブロック５２０により結合され得る。後方散乱によって送信された信号がＳＴＢＣ、Ａｌａｍｏｕｎｔｉ ＳＴＢＣ、ＳＴＴＣまたはその組み合わせの方法に基づいて結合される実施形態において、部分信号は、当業者に明らかなように、軟判定アルゴリズムに基づいて結合され得る。

（結論）
上記では本発明の種々の実施形態が記載されてきたが、限定目的ではなく例示目的として提示されていることが理解されるべきである。形態および詳細における種々の変更は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行うことができることは当業者に明らかである。従って、本発明の広さおよび範囲は、上述のいずれかの例示的な実施形態に限定されるべきではなく、以下の請求項およびその同等物によってのみ定義されるべきである。

図１は、本発明の実施形態による、ＲＦＩＤリーダが、ＲＦＩＤタグの例示的な集団と通信する環境を示す。 図２は、受信サイトにおける空間ダイバシチを有する無線システムを示す。 図３は、送信サイトおよび受信サイトの両方における空間ダイバシチを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）無線システムを示す。 図４Ａは、本発明の実施形態による、複数の空間ダイバシチなアンテナを有する単一のリーダを備えたＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムのアーキテクチャを示す。 図４Ｂは本発明の実施形態による多重アンテナリーダを示す。 図５は、本発明の実施形態による、複数の空間ダイバシチなリーダを有するＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムのアーキテクチャを示しており、各リーダはアンテナを含んでいる。 図６は、本発明の実施形態による、Ａｌａｍｏｕｔｉの時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）に基づく２：２のＲＦＩＤ／ＭＩＭＯシステムを示す。 図７は、本発明の実施形態による、ＲＦＩＤタグ信号の送受信方法を示すフローチャートを示す。

Claims (24)

1. 複数の無線個体識別（ＲＦＩＤ）タグであって、各ＲＦＩＤタグは後方散乱によって信号を送信するタグと、
   複数のアンテナおよび単一のプロセッサを含むリーダであって、該複数のアンテナの各アンテナは、該後方散乱によって送信された信号に対応する複数の信号を受信し、該単一のプロセッサは、該複数のアンテナの各アンテナによって受信された該複数の信号を結合し、出力信号を生成する、リーダと
   を備える、システム。
2. 前記複数のアンテナは、空間ダイバシチである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数のアンテナのアンテナ間の間隔は、後方散乱によって送信された信号の搬送波の波長の半分にほぼ等しい、請求項２に記載のシステム。
4. 前記リーダは、前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つのアンテナから連続波を送信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ＲＦＩＤタグは、時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）または時空間トレリス符号（ＳＴＴＣ）のうちの１つに基づいて信号を後方散乱によって送信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記信号プロセッサは、軟判定復号アルゴリズムに基づいて前記受信した複数の信号を結合し、出力信号を生成する、請求項５に記載のシステム。
7. ＲＦＩＤタグの対は、Ａｌａｍｏｕｎｔｉ時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）に基づいて信号を後方散乱によって送信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記信号プロセッサは、Ａｌａｍｏｕｎｔｉ ＳＴＢＣに基づいて前記受信した複数の信号を結合し、出力信号を生成する、請求項７に記載のシステム。
9. 複数の無線個体識別（ＲＦＩＤ）タグであって、各ＲＦＩＤタグは、後方散乱によって信号を送信するタグと、
   各々がアンテナを備える複数のリーダであって、各アンテナは、該後方散乱によって送信された信号に対応する複数の信号を受信するリーダと、
   各アンテナによって受信された該複数の信号を結合し、出力信号を生成する信号プロセッサと
   を備える、システム。
10. 前記複数のアンテナは、空間ダイバシチである、請求項９に記載のシステム。
11. 前記複数のアンテナのアンテナ間の間隔は、後方散乱によって送信された信号の搬送波の波長の半分にほぼ等しい、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記複数のリーダの少なくとも１つのリーダは、連続波を送信するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
13. 前記ＲＦＩＤタグは、時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）または時空間トレリス符号（ＳＴＴＣ）のうちの１つに基づいて信号を後方散乱によって送信するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
14. 前記信号プロセッサは、軟判定復号アルゴリズムに基づいて前記受信した複数の信号を結合し、出力信号を生成する、請求項１３に記載のシステム。
15. ＲＦＩＤタグの対は、Ａｌａｍｏｕｔｉ時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）に基づいて信号を後方散乱によって送信するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
16. 前記信号プロセッサは、Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣに基づいて前記受信した複数の信号を結合し、出力信号を生成する、請求項１５に記載のシステム。
17. 複数の無線個体識別（ＲＦＩＤ）タグ信号を後方散乱によって送信するステップと、
    複数のアンテナの各アンテナによって、該後方散乱によって送信された複数のＲＦＩＤ信号に対応する複数の信号を受信するステップと、
    各アンテナによって受信された該複数の信号を結合し、出力信号を生成するステップと
    を含む、方法。
18. 前記受信するステップは、
    複数の空間ダイバシチなアンテナの各アンテナによって、前記後方散乱によって送信された複数のＲＦＩＤ信号に対応する前記複数の信号を受信するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記空間ダイバシチなアンテナのアンテナ間の間隔は、前記後方散乱によって送信された信号の搬送波の波長の半分にほぼ等しい、請求項１８に記載の方法。
20. 前記複数のアンテナの少なくとも１つのアンテナから、連続波を送信するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記後方散乱によって送信するステップは、
    時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）または時空間トレリス符号（ＳＴＴＣ）のうちの１つに基づいて複数のＲＦＩＤタグ信号を後方散乱によって送信するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
22. 前記結合するステップは、
    軟判定復号アルゴリズムに基づいて前記受信した複数の信号を結合し、出力信号を生成するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記後方散乱によって送信するステップは、
    Ａｌａｍｏｕｔｉ時空間ブロック符号（ＳＴＢＣ）に基づいて複数のＲＦＩＤタグ信号を後方散乱によって送信するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
24. 前記結合するステップは、
    Ａｌａｍｏｕｔｉ ＳＴＢＣに基づいて前記受信した複数の信号を結合し、出力信号を生成するステップを含む、請求項２３に記載の方法。

Images