JP2013205101A - Radio terminal distance measuring system, and distance measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線端末までの距離を測定するシステムおよび装置に関し、特に、距離の測定精度を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a system and apparatus for measuring a distance to a wireless terminal, and more particularly to a technique for improving distance measurement accuracy.
電波を用いて測定対象までの距離を測定する技術は、たとえば、レーダーなどと呼ばれて広く知られている。レーダーにおいて、高精度に距離を測定する技術として、パルスレーダが知られている。パルスレーダでは、広帯域化することで距離測定精度が向上することが知られている(たとえば特許文献1)。 A technique for measuring a distance to a measurement object using radio waves is widely known, for example, called radar. As a technique for measuring a distance with high accuracy in a radar, a pulse radar is known. In the pulse radar, it is known that the distance measurement accuracy is improved by widening the band (for example, Patent Document 1).
特許文献1には、広帯域化することで距離測定精度が向上することが開示されているが、電波資源の有効活用のためには、高い距離測定精度を実現しつつも、狭帯域化が望まれる。
また、人に携帯される無線端末までの距離を、距離測定装置がその無線端末と通信を行なうことで測定する無線端末距離測定システムを考えた場合には、無線端末の携帯性を極力損なわないようにするため、距離測定のために無線端末に搭載する構成はできるだけ簡素であることが望ましい。 Further, when considering a wireless terminal distance measurement system in which a distance measuring device measures the distance to a wireless terminal carried by a person by communicating with the wireless terminal, the portability of the wireless terminal is not impaired as much as possible. Therefore, it is desirable that the configuration mounted on the wireless terminal for distance measurement is as simple as possible.
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、高い距離測定精度としつつ、狭帯域化が可能で、無線端末の構成の簡素化が可能な無線端末距離測定システム、および、このシステムに用いる距離測定装置を提供することにある。 The present invention has been made based on this situation, and the object of the present invention is to provide a wireless terminal distance capable of narrowing the band and simplifying the configuration of the wireless terminal while maintaining high distance measurement accuracy. An object of the present invention is to provide a measurement system and a distance measurement device used in the system.
その目的を達成するための本発明は、無線端末と距離測定装置とを備え、距離測定装置から無線端末までの距離を距離測定装置が測定する無線端末距離測定システムであって、
前記距離測定装置は、
基準周波数の信号である基準信号を発振する基準発振器と、
互いの周波数差が前記基準周波数の第1、第2信号がこの距離測定装置から送信されて前記無線端末に受信された後に混合された混合信号と、前記基準信号との位相比較を行なう第1位相比較器と、
第1位相比較器によって基準信号と比較される位相差が零となるように、出力信号の位相および周波数を制御する出力信号発振回路と、
出力信号発振回路が出力した出力信号に基づいて、位相を前記出力信号と同期させつつ、周波数を出力信号に対して逓倍して前記第1、第2信号をそれぞれ生成する第1、第2位相同期回路と、
前記出力信号発振回路が出力した出力信号の位相と、前記基準発振器が発振する基準信号の位相との位相比較を行なう第2位相比較器とを備え、
前記第2位相比較器が出力する位相差に基づいて、距離測定装置から無線端末までの距離を測定することを特徴とする。
The present invention for achieving the object is a wireless terminal distance measuring system comprising a wireless terminal and a distance measuring device, wherein the distance measuring device measures the distance from the distance measuring device to the wireless terminal,
The distance measuring device includes:
A reference oscillator that oscillates a reference signal that is a reference frequency signal;
A first signal for comparing the phase of the mixed signal after the first and second signals having a frequency difference of the reference frequency are transmitted from the distance measuring device and received by the wireless terminal is compared with the reference signal. A phase comparator;
An output signal oscillation circuit for controlling the phase and frequency of the output signal so that the phase difference compared with the reference signal by the first phase comparator becomes zero;
First and second phases for generating the first and second signals by multiplying the frequency of the output signal while synchronizing the phase with the output signal based on the output signal output from the output signal oscillation circuit. A synchronization circuit;
A second phase comparator for performing a phase comparison between the phase of the output signal output from the output signal oscillation circuit and the phase of the reference signal oscillated by the reference oscillator;
The distance from the distance measuring device to the wireless terminal is measured based on the phase difference output from the second phase comparator.
本発明によれば、第1位相比較器で基準信号と混合信号との位相比較を行なっており、この第1位相比較器で比較した位相差が零となるように出力信号発振回路が出力信号を出力している。この出力信号は、一旦、第1信号、第2信号に分けられるものの、第1信号、第2信号は出力信号と位相が同期しており、第1位相比較器に入力される混合信号は、これら第1信号および第2信号が無線端末に受信された後に混合された信号である。よって、第1位相比較器と出力信号発振回路とを含んだ構成により、距離測定装置から無線端末を経由して距離測定装置に戻る位相同期回路が構成されることになる。 According to the present invention, the phase comparison between the reference signal and the mixed signal is performed by the first phase comparator, and the output signal oscillation circuit outputs the output signal so that the phase difference compared by the first phase comparator becomes zero. Is output. Although this output signal is once divided into a first signal and a second signal, the phases of the first signal and the second signal are synchronized with the output signal, and the mixed signal input to the first phase comparator is: The first signal and the second signal are signals mixed after being received by the wireless terminal. Therefore, the configuration including the first phase comparator and the output signal oscillation circuit constitutes a phase synchronization circuit that returns from the distance measurement device to the distance measurement device via the wireless terminal.
従って、基準信号の位相と出力信号の位相は、距離測定装置と無線端末との間を信号が伝播する時間遅れがなければ一致するはずである。換言すれば、基準信号の位相と出力信号の位相差は、距離測定装置と無線端末との間を信号が伝播する時間を示している。よって、第2位相比較器において、出力信号の位相と基準信号の位相との位相比較を行い、この第2位相比較器が出力する位相差を用いて無線端末との距離を測定することができるのである。 Therefore, the phase of the reference signal and the phase of the output signal should match if there is no time delay for the signal to propagate between the distance measuring device and the wireless terminal. In other words, the phase difference between the reference signal and the output signal indicates the time that the signal propagates between the distance measuring device and the wireless terminal. Therefore, in the second phase comparator, the phase of the output signal and the phase of the reference signal can be compared, and the distance from the wireless terminal can be measured using the phase difference output from the second phase comparator. It is.
そして、本発明によれば、第1、第2位相同期回路により、位相を出力信号と同期させつつ、互いの周波数差が基準周波数となっている2つの第1、第2信号を生成しており、混合信号は、これら第1、第2信号が無線端末へ送信された後に混合された信号である。この混合信号は、第1信号と第2信号の位相が一致するときに立ち上がるが、第1信号と第2信号の周波数差は基準周波数となっていることから、第1信号と第2信号の位相が一致する周期は、基準信号の周期と同じ長さになる。 According to the present invention, the first and second phase synchronization circuits generate two first and second signals whose frequency difference is the reference frequency while synchronizing the phase with the output signal. The mixed signal is a signal mixed after the first and second signals are transmitted to the wireless terminal. This mixed signal rises when the phases of the first signal and the second signal coincide with each other, but since the frequency difference between the first signal and the second signal is the reference frequency, the first signal and the second signal The period in which the phases match is the same length as the period of the reference signal.
第1信号と第2信号の位相一致が基準信号の1周期内に複数回ある場合、つまり、基準信号の1周期内に混合信号の立ち上がりが複数回存在する場合には、その複数回の立ち上がりのいずれも、基準信号の立ち上がりと一致させてしまう可能性がある。しかし、混合信号の誤った立ち上がりを基準信号の立ち上がりと一致させてしまうと、距離測定誤差につながってしまう。これに対し、本発明では、混合信号の周期は基準信号の周期と同じ長さであることから、基準信号の1周期内に混合信号の立ち上がりは1度しかなく、混合信号の誤った立ち上がりを基準信号の立ち上がりと一致させてしまうということは理論的にあり得ない。従って、混合信号の位相と基準信号の位相との位相差が精度よく無線端末までの距離を反映することになるので、無線端末までの距離を高い精度で測定できる。 When the phase coincidence of the first signal and the second signal is multiple times within one cycle of the reference signal, that is, when there are multiple rising edges of the mixed signal within one cycle of the reference signal, the multiple rising times Either of these may coincide with the rising edge of the reference signal. However, if the wrong rising edge of the mixed signal is matched with the rising edge of the reference signal, it leads to a distance measurement error. On the other hand, in the present invention, since the period of the mixed signal is the same as the period of the reference signal, there is only one rise of the mixed signal within one period of the reference signal. It is theoretically impossible to match the rising edge of the reference signal. Therefore, since the phase difference between the phase of the mixed signal and the phase of the reference signal accurately reflects the distance to the wireless terminal, the distance to the wireless terminal can be measured with high accuracy.
また、本発明において距離測定装置から送信する第1信号、第2信号は、それぞれ基準周波数が逓倍された単一周波数であることから、使用周波数帯域を狭くできる。 In the present invention, the first signal and the second signal transmitted from the distance measuring device are each a single frequency obtained by multiplying the reference frequency, so that the used frequency band can be narrowed.
さらに、本発明によれば、基準信号と位相差を比較する混合信号は第1信号、第2信号が混合された信号であり、この第1信号、第2信号は距離測定装置が生成している。また、混合信号それ自体は他の信号との同期は行わない。よって、無線端末において位相同期を行なう必要はないことから、距離測定のために無線端末に複雑な回路を搭載する必要もないので、無線端末の構成を簡素化できる。 Further, according to the present invention, the mixed signal for comparing the phase difference with the reference signal is a signal obtained by mixing the first signal and the second signal, and the first signal and the second signal are generated by the distance measuring device. Yes. Further, the mixed signal itself is not synchronized with other signals. Therefore, since it is not necessary to perform phase synchronization in the wireless terminal, it is not necessary to mount a complicated circuit in the wireless terminal for distance measurement, and the configuration of the wireless terminal can be simplified.
また、請求項2の発明では、前記無線端末は、
局部発振器と、
前記距離測定装置が送信した前記第1信号、第2信号を受信する端末受信部と、この端末受信部が受信した第1信号、第2信号を、前記局部発振器が発振した信号とそれぞれ混合するミキサと、
前記ミキサで周波数変換された後の第1信号、第2信号を送信する端末送信部とを備え、
前記距離測定装置は、
前記端末送信部が送信した第1信号、第2信号をそれぞれ受信する第1受信部および第2受信部と、
第1受信部および第2受信部が受信した第1信号と第2信号とを混合して前記第1位相比較器へ入力する混合信号を生成する混合信号生成器とを含む。
In the invention of claim 2, the wireless terminal is
A local oscillator,
A terminal receiving unit that receives the first signal and the second signal transmitted from the distance measuring device, and a first signal and a second signal received by the terminal receiving unit are respectively mixed with a signal oscillated by the local oscillator. A mixer,
A terminal transmitter for transmitting the first signal and the second signal after frequency conversion by the mixer,
The distance measuring device includes:
A first receiver and a second receiver for receiving the first signal and the second signal transmitted by the terminal transmitter, respectively;
And a mixed signal generator for mixing the first signal and the second signal received by the first receiver and the second receiver to generate a mixed signal to be input to the first phase comparator.
このようにすれば、無線端末は、距離測定のための構成として、受信部および送信部、局部発振器、ミキサを備えるだけであり、また、局部発振器は距離測定装置側の信号と同期した信号を発振させる必要もないことから、信号を同期させるための回路も不要である。よって、無線端末の構成を簡素且つ小型にすることができる。また、ミキサとしてはパッシブ型のものを用いることもできるので、無線端末の消費電力を少なくすることもできる。 In this way, the wireless terminal only includes a receiving unit and a transmitting unit, a local oscillator, and a mixer as a configuration for distance measurement, and the local oscillator outputs a signal synchronized with the signal on the distance measuring device side. Since it is not necessary to oscillate, a circuit for synchronizing the signals is also unnecessary. Therefore, the configuration of the wireless terminal can be simplified and reduced in size. In addition, since a passive mixer can be used, the power consumption of the wireless terminal can be reduced.
請求項3の発明は、請求項2の無線端末距離測定システムにおける距離測定装置の発明である。 The invention of claim 3 is an invention of a distance measuring device in the wireless terminal distance measuring system of claim 2.
以下、本発明を図面に基づいて説明する。まず、本発明の概念を図1を用いて説明する。図1は本発明の無線端末距離測定システムにおける距離測定装置1の構成を概念的に示す図である。本発明の無線端末距離測定システムは、距離測定装置1と、図1には図示していない無線端末とにより構成される。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. First, the concept of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram conceptually showing the configuration of a distance measuring
距離測定装置1は、基準発振器10を備えている。この基準発振器10は、基準周波数(ここでは10MHzとする)の信号を発振する。この基準発振器10が発振する基準信号の位相を「ω10Mt+θref」とする。
The
基準信号は、第1位相比較器21および第2位相比較器60に入力される。第1位相比較器21には、この基準信号と、後述する混合信号とが入力され、これら基準信号と混合信号の位相差を検出する。位相差は、たとえば、両信号の立ち上がりの時間差を検出することにより行い、位相差に比例した誤差信号パルスを位相比較結果として出力する。
The reference signal is input to the
ローパスフィルタ22は、第1位相比較器21が出力したパルス信号から高調波成分を除去する。ローパスフィルタ22を通過した信号は制御信号として電圧制御発振回路23へ入力される。
The low-
電圧制御発振回路23は、特許請求の範囲の出力信号発振回路に相当し、入力された電圧によって出力周波数を制御する。以下、電圧制御発振回路をVCO(Voltage controlled oscillator)と言う。VCO23が出力する出力信号は第1位相同期回路30の位相比較器31、第2位相同期回路40の位相比較器41、および第2位相比較器60に入力される。なお、VCO23が出力する出力信号の位相を、図1にも示すように「ω10Mt+θ1」とする。
The voltage controlled
第1位同期回路30は、上述の位相比較器31の他、ローパスフィルタ32、VCO33、分周器34を備えている。位相比較器31には、VCO23が出力した出力信号が入力されるとともに、VCO33が出力する第1信号が分周されて入力される。位相比較器31はこの2つの信号の位相差を示すパルス信号を出力する。ローパスフィルタ32は、位相比較器31が出力する信号から高周波成分を除去して、制御信号としてVCO33へ出力する。
The
VCO33は、ローパスフィルタ32から入力される制御信号に応じた周波数の信号を出力する。このVCO33が出力する信号を第1信号と言う。第1信号は分周器34により分周され、分周された信号が位相比較器31に入力される。この構成により、第1位相同期回路30は周波数シンセサイザとして機能する。第1位相同期回路30により生成される周波数は分周器34が分周する比率により適宜設定可能であるが、ここでは、一例として300MHzとする。この第1信号は、もちろん、VCO23が出力する出力信号と位相が同期している。従って、第1信号の位相は、図1にも示すように「ω300Mt+30θ1」と表すことができる。
The
第2位相同期回路40は、第1位相同期回路30と同じ構成要素を備える。すなわち、第2位相同期回路40は、位相比較器41、ローパスフィルタ42、VCO43、分周器44を備えている。第2位相同期回路40が第1位相同期回路30と異なる点は、出力する信号(第2信号とする)の周波数のみである。第2位相同期回路40が出力する第2信号は、第1位相同期回路30が出力する第1信号に対して基準周波数分だけ周波数が異なるように設定される。以下では、第2信号の周波数310MHzとして説明する。なお、もちろん、第2信号の位相は、VCO23が出力する出力信号と位相が同期している。従って、第2信号の位相は、図1にも示すように「ω310Mt+31θ1」と表すことができる。
The second
ミキサ50には、第1位相同期回路30、第2位相同期回路40がそれぞれ出力する第1信号、第2信号が空間を伝播時間δtを要して到達する。そして、ミキサ50は第1信号と第2信号とを混合することで、混合信号を生成する。
The first signal and the second signal output from the first
第1信号、第2信号が空間を伝播した信号の位相は、それぞれ、図1にも示すように、それぞれ、「ω300M(t−δt)+30θ1」、「ω310M(t−δt)+31θ1」と表すことができる。よって、混合信号の位相は、図1にも示すように「ω10M(t−δt)+θ1」と表すことができる。このミキサ50が生成した混合信号は第1位相比較器21に入力される。
As shown in FIG. 1, the phases of the signals transmitted through the first signal and the second signal are “ω 300M (t−δt) + 30θ 1 ” and “ω 310M (t−δt) + 31θ, respectively. 1 ". Therefore, the phase of the mixed signal can be expressed as “ω 10M (t−δt) + θ 1 ” as shown in FIG. The mixed signal generated by the
伝播時間δtを考慮しなければ、混合信号の位相は、VCO23の出力信号の位相と同期しており、混合信号が第1位相比較器21に入力されることから、第1位相比較器21、ローパスフィルタ22、VCO23により、位相同期回路20が構成される。よって、この位相同期回路20のVCO23が出力する出力信号の位相(ω10Mt+θ1)と基準信号の位相との位相差、すなわち、第2位相比較器60から出力される位相差は、伝播時間δtに比例したものとなる。
If the propagation time δt is not taken into account, the phase of the mixed signal is synchronized with the phase of the output signal of the
図2は、図1に示した信号を同一時間軸上に示す図である。図2において、(A)は基準信号であり位相はω10Mt+θref、(B)はVCO23が出力する出力信号であり位相はω10Mt+θ1、(C)はVCO33が出力する第1信号であり位相はω300Mt+30θ1、(D)はVCO43が出力する第2信号であり位相はω310Mt+31θ1、(E)はミキサ50が受信する第1信号であり位相はω300M(t−δt)+30θ1、(F)はミキサ50が受信する第2信号であり位相はω310M(t−δt)+31θ1、(G)はミキサ50が出力する混合信号であり位相はω10M(t−δt)+θ1である。
FIG. 2 shows the signals shown in FIG. 1 on the same time axis. 2, (A) is a reference signal, the phase is ω 10M t + θ ref , (B) is an output signal output from the
図2(C)、(D)にそれぞれ示す第1信号および第2信号は、周波数差である10MHzの逆数の周期(以下、単に10MHz周期という)に一度しか位相は一致しない。従って、(E)、(F)にそれぞれ示す、ミキサ50に到達する第1信号および第2信号も、10MHz周期に一度しか位相は一致しない。そのため、混合信号の周期も、10MHzの信号となり、また、混合信号の立ち上がりは、ミキサ50に到達する第1信号と第2信号の位相が一致する時点となる。
The phases of the first signal and the second signal shown in FIGS. 2C and 2D coincide with each other only once in a cycle of the reciprocal of 10 MHz, which is a frequency difference (hereinafter simply referred to as a 10 MHz cycle). Accordingly, the phases of the first signal and the second signal reaching the
位相同期回路20では、基準信号の位相「wt+θref」(図2(A))と、混合信号の位相「ω10M(t−δt)+θ1」(図2(G))とが一致するように制御を行なう。すなわち、θref=−ω10Mδt+θ1となるように制御を行なう。その結果、位相同期回路20の出力信号の位相「ω10Mt+θ1」(図2(B))は、基準信号の位相「wt+θref」に対して進むことになる。また、このときの基準信号と位相同期回路20の出力信号との位相差はδtとなる。よって、位相比較器60の出力する位相差は伝播時間δtに比例する。この位相差が測距電圧として出力されるので、測距電圧に基づいて距離が測定できるのである。
In the
次に、無線端末距離測定システムの実施形態を説明する。図3は、無線端末距離測定システムの実施形態となる無線タグ距離測定システム100の構成図である。この無線タグ距離測定システム100は、距離測定装置としてのタグリーダ200と、無線端末としての無線タグ300とから構成される。
Next, an embodiment of a wireless terminal distance measurement system will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of a wireless tag
タグリーダ200は、図1で説明した構成の他に、送信部70、第1受信部80、第2受信部90、ローパスフィルタ61を備えている。なお、図3では、分周器34、44は、分周比が1/M、1/Nとして示されているが、M、Nは、前述のように、たとえば30と31である。
The
また、無線タグ300は、受信アンテナ310、送信アンテナ320、局部発振器330、ミキサ340を備えている。
The
まず、タグリーダ200の構成から説明する。送信部70は、2つのバンドパスフィルタ71、73と、これら2つのバンドパスフィルタ71、73にそれぞれ接続された第1送信アンテナ72、第2送信アンテナ74を備えている。バンドパスフィルタ71、73は、それぞれ、周波数「M」、「N」を含む所定周波数帯の信号を通過させる。バンドパスフィルタ71、第1送信アンテナ72により第1送信部が構成され、バンドパスフィルタ73、第2送信アンテナ74により第2送信部が構成される。
First, the configuration of the
第1位相同期回路30のVCO33から出力された第1信号は、第1送信部から無線タグ300へ送信され、第2位相同期回路40のVCOから出力された第2信号は、第2送信部から無線タグ300へ送信される。
The first signal output from the
無線タグ300の受信アンテナ310は、タグリーダ200の第1送信アンテナ72、第2送信アンテナ74から送信された第1信号、第2信号を受信する。受信した第1信号、第2信号の一例は、前述の図2(E)、(F)の信号である。
The
局部発振器330は、タグリーダ200の送信周波数帯とは異なる所定周波数の局部発振信号を発振している。ミキサ340は受信アンテナ310が受信した第1信号、第2信号と、局部発振信号とをそれぞれ混合する。これにより、第1信号、第2信号は、どちらも、無線タグ300が受信したときとは異なる周波数の信号となる。たとえば、それぞれ100MHzずつ高周波とされ400MHz、410MHzとされる。なお、ミキサ340は、送信電波と受信電波の混信を避ける目的で周波数を変換するものであり、受信アンテナ310が受信した第1信号、第2信号との同期の必要はない。よって、ミキサ340は同期回路を備えていない。ミキサ340により混合された後の第1信号、第2信号は、送信アンテナ320からタグリーダ200へ送信される。
The
無線タグ300が送信した信号は、タグリーダ200の第1受信部80、第2受信部90にそれぞれ受信される。受信される信号は、周波数はタグリーダ300が送信した時点とは異なっているものの、図2(E)、(F)に示されるように、周波数差の逆数の周期に一度、位相が同期する。
The signal transmitted by the
第1受信部80、第2受信部90は、それぞれ、アンテナ81、91とバンドパスフィルタ82、92を備えている。2つのバンドパスフィルタ82は、無線タグ300において周波数変換された後の第1信号または第2信号のいずれかを選択的に通過せるように設定されている。
The
バンドパスフィルタ82、92を通過した信号は、ミキサ50により混合される。これにより、図1の場合と同様、図2(G)の信号が生成される。
The signals that have passed through the bandpass filters 82 and 92 are mixed by the
なお、基準信号(図2(A))および混合信号(図2(G))は、周波数10MHzすなわち波長30mである。また、図3の実施形態の場合、遅れ時間δtは、タグリーダ200と無線タグ300との往復距離に比例する。この往復距離が混合信号の波長(30m)を越える場合、つまり、無線タグ300までの距離が混合信号の波長の1/2(15m)を超える場合、基準信号に対して1周期(あるいはそれ以上の周期)遅れた混合信号の立ち上がりを基準として位相差を決定してしまうことになる。従って、基準信号および混合信号の波長は、測定距離上限の2倍よりも長い波長とすることが好ましい。
The reference signal (FIG. 2A) and the mixed signal (FIG. 2G) have a frequency of 10 MHz, that is, a wavelength of 30 m. In the case of the embodiment of FIG. 3, the delay time δt is proportional to the reciprocating distance between the
以上、説明した本実施形態の無線タグ距離測定システム100では、第1位相比較器21で基準信号と混合信号との位相比較を行なっており、この第1位相比較器21で比較した位相差が零となるようにVCO23が出力信号を出力している。この出力信号は、一旦、第1信号、第2信号に分けられるものの、第1信号、第2信号は出力信号と位相が同期しており、第1位相比較器21に入力される混合信号は、これら第1信号および第2信号が無線タグ300に受信された後に混合された信号である。よって、第1位相比較器21とVCO23とを含んだ構成により、タグリーダ200から無線タグ300を経由してタグリーダ200に戻る位相同期回路20が構成される。
As described above, in the RFID tag
従って、基準信号の位相「ω10Mt+θref」と出力信号の位相「ω10Mt+θ1」は、信号の遅れ時間δtがなければ一致する。換言すれば、基準信号の位相と出力信号の位相差は、信号の遅れ時間δt、すなわち、タグリーダ200と無線タグ300との間を信号が伝播する時間δtを示している。よって、出力信号の位相「ω10Mt+θ1」と基準信号の位相「ω10Mt+θref」との位相比較を行う第2位相比較器60が出力する位相差に基づいて無線タグ300までの距離を測定することができる。
Therefore, the phase “ω 10M t + θ ref ” of the reference signal and the phase “ω 10M t + θ 1 ” of the output signal match if there is no signal delay time δt. In other words, the phase difference between the reference signal and the output signal indicates the signal delay time δt, that is, the time δt during which the signal propagates between the
(比較例)
次に、比較例の無線端末距離測定システムを示す。図4に示す比較例の無線端末距離測定システム400は、図1と同様、概念構成図である。図4の無線端末距離測定システム400は、距離測定装置側の構成として、図1と同じ基準発振器10、位相同期回路20、第1位相同期回路30、第2位相比較器60を備える。
(Comparative example)
Next, a wireless terminal distance measurement system of a comparative example is shown. The wireless terminal
また、無線端末側の構成として、ミキサ410と2つの位相同期回路420、430を備える。ミキサ410には、距離測定装置側の第1位相同期回路30から送信される300MHzの信号と、無線端末の位相同期回路430が出力する290MHzの信号が入力される。
In addition, the configuration on the wireless terminal side includes a
第1位相同期回路30とミキサ410との間は空間であり、この空間を電波が伝播するのに時間δtを要する。よって、図4にも示すように、ミキサ410に入力される300MHzの信号の位相は、「ω300M(t−δt)+30θ1」となる。なお、この比較例において、ミキサ410に入力される300MHzの信号を第1信号とし、290MHzの信号を第2信号とする。
There is a space between the first phase locked
ミキサ410により混合された信号は、位相同期回路420に入力される。この位相同期回路420は、位相比較器421、ローパスフィルタ422、VCO423を備える公知の位相同期回路である。この位相同期回路420の出力信号は、位相同期回路430へ入力され、また、距離測定装置側の構成である位相比較器21へも入力される。ここで、位相同期回路420の出力信号の位相を「ω10Mt+θ4」とする。位相同期回路420の出力信号が距離測定装置側の構成である位相比較器21へ入力されることにより、位相「ω10Mt+θ4」と基準信号の位相「ω10Mt+θref」とが同期する。
The signal mixed by the
位相同期回路430は、位相比較器431、ローパスフィルタ432、VCO433、分周器434を備える。この位相同期回路430が生成する第2信号の周波数は、距離測定装置が送信する信号の周波数(300MHz)よりも基準信号の周波数(10MHz)だけ低い周波数(290MHz)である。また、この第2信号の位相は「ω290Mt+29θ4」となる。
The
第1信号と第2信号とがミキサ410により混合されると、位相「ω10Mt+30θ1−29θ4−ω300M・δt」の信号となる。前述の位相「ω10Mt+θ4」はこの位相と等価である。
When the first signal and the second signal are mixed by the
図5は、図4の無線端末距離測定システム400における信号を同一時間軸上に示す図である。図4に示す構成の場合、図5に示す信号(A)の位相と信号(E)の位相とが一致するように制御を行なう。また、信号(E)は、第1信号(図5(C))と第2信号(図5(D))の混合信号であり、信号(C)と信号(D)の位相が一致した時点で信号(E)は立ち上がる。しかし、信号(C)の位相と信号(D)の位相は、2nπ/ω300Mt毎に一致する。従って、実際には、分周基準のエッジを正しく決定することが困難であり、誤差2nπ/ω300Mtを含んだ位相差を基準として位相同期が行われる可能性がある。従って、距離の変動(相対距離)は測定できても、絶対距離は測定できない。
FIG. 5 is a diagram illustrating signals in the wireless terminal
これに対して、本願発明の無線端末距離測定システム1(無線タグ距離測定システム100)では、第1、第2位相同期回路30、40により、位相を出力信号と同期させつつ、基準周波数(10MHz)分の周波数差がある第1、第2信号を生成している。第1位相比較器21で基準信号と位相比較される混合信号は、これら第1、第2信号が無線タグ300へ送信され、無線タグ300において周波数変換されるのみで位相は変化させられずにタグリーダ200へ返信された後に混合された信号である。この混合信号は、第1信号と第2信号の位相が一致するときに立ち上がるが、第1信号と第2信号の周波数差は基準周波数(10MHz)となっていることから、第1信号と第2信号の位相が一致する周期は、基準信号の周期と同じ長さになる。
On the other hand, in the wireless terminal distance measurement system 1 (wireless tag distance measurement system 100) of the present invention, the first and second
比較例の場合には、第1信号(図5(C))と第2信号(図5(D))の位相一致が基準信号(図5(A))の1周期内に複数回存在するので、図5を用いて説明したように、その複数回の立ち上がりのいずれも、基準信号の立ち上がりと一致させてしまう可能性があり、分周基準のエッジを正しく決定することが困難である。そして、エッジの決定が正しくない場合には、距離測誤差につながってしまう。 In the case of the comparative example, the phase match between the first signal (FIG. 5C) and the second signal (FIG. 5D) exists multiple times within one cycle of the reference signal (FIG. 5A). Therefore, as described with reference to FIG. 5, any of the plurality of rising edges may coincide with the rising edge of the reference signal, and it is difficult to correctly determine the division reference edge. If the edge is not correctly determined, a distance measurement error will occur.
これに対して、本発明では、混合信号(図2(G))の周期は基準信号(図2(A))の周期と同じであることから、基準信号の1周期内に混合信号の立ち上がりは1度しかなく、混合信号の誤った立ち上がりを基準信号の立ち上がりと一致させてしまうということは理論的にあり得ない。従って、混合信号の位相と基準信号の位相との位相差が精度よく無線端末(無線タグ300)までの距離を反映することになるので、無線端末(無線タグ300)までの距離を高い精度で測定できる。 On the other hand, in the present invention, since the cycle of the mixed signal (FIG. 2 (G)) is the same as the cycle of the reference signal (FIG. 2 (A)), the rising of the mixed signal within one cycle of the reference signal. It is theoretically impossible that the erroneous rise of the mixed signal coincides with the rise of the reference signal. Therefore, since the phase difference between the phase of the mixed signal and the phase of the reference signal accurately reflects the distance to the wireless terminal (wireless tag 300), the distance to the wireless terminal (wireless tag 300) can be accurately determined. It can be measured.
また、本発明において距離測定装置1(タグリーダ200)から送信する第1信号、第2信号は、それぞれ基準周波数が逓倍された単一周波数であり、また、無線タグ300が送信する2つの信号も、タグリーダ200が送信する第1信号、第2信号を周波数変換しただけであり、それぞれ単一周波数である。よって、本発明の無線端末距離測定システム(無線タグ距離測定システム100)は使用周波数帯域を狭くできる。
In the present invention, the first signal and the second signal transmitted from the distance measuring device 1 (tag reader 200) are each a single frequency multiplied by the reference frequency, and two signals transmitted by the
さらに、比較例の場合、無線端末には、比較的回路規模が大きい位相同期回路420、430が2つ必要になるのに対し、本実施形態では、無線タグ300は、送信および受信アンテナ310、320、局部発振器330、ミキサ340を備えるだけであり、また、局部発振器330はタグリーダ200側の信号と同期した信号を発振させる必要もないことから、信号を同期させるための回路も不要である。よって、無線タグ300を簡素化・小型化することができる。また、ミキサ340としてはパッシブ型のものを用いることもできるので、無線タグ300の消費電力を少なくすることもできる。
Further, in the case of the comparative example, the wireless terminal requires two
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can implement in various changes within the range which does not deviate from a summary.
1:距離測定装置、 10:基準発振器、 20:位相同期回路、 21:第1位相比較器、 22:ローパスフィルタ、 23:電圧制御発振回路(VCO)(出力信号発振回路)、 30:第1位相同期回路、 31:位相比較器、 32:ローパスフィルタ、 33:VCO、 34:分周器、 40:第2位相同期回路、 41:位相比較器、 42:ローパスフィルタ、 43:VCO、 44:分周器、 50:ミキサ、 60:第2位相比較器、 61:ローパスフィルタ、 70:送信部、 71:バンドパスフィルタ、 72:第1送信アンテナ、 73:バンドパスフィルタ、 74:第2送信アンテナ、 80:第1受信部、 90:第2受信部、 100:無線タグ距離測定システム(無線端末距離測定システム)、 200:タグリーダ(距離測定装置)、 300:無線タグ(無線端末)、 310:受信アンテナ、 320:送信アンテナ(端末送信部)、 330:局部発振器、 340:ミキサ、 400:無線端末距離測定システム、 410:ミキサ、 420:位相同期回路、 421:位相比較器、 422:ローパスフィルタ、 423:VCO、 430:位相同期回路、 431:位相比較器、 432:ローパスフィルタ、 433:VCO、 434:分周器 1: distance measuring device, 10: reference oscillator, 20: phase synchronization circuit, 21: first phase comparator, 22: low-pass filter, 23: voltage controlled oscillation circuit (VCO) (output signal oscillation circuit), 30: first Phase synchronization circuit 31: Phase comparator 32: Low-pass filter 33: VCO 34: Frequency divider 40: Second phase synchronization circuit 41: Phase comparator 42: Low-pass filter 43: VCO 44: Frequency divider, 50: mixer, 60: second phase comparator, 61: low-pass filter, 70: transmission unit, 71: band-pass filter, 72: first transmission antenna, 73: band-pass filter, 74: second transmission Antenna: 80: first receiving unit, 90: second receiving unit, 100: Line tag distance measuring system (wireless terminal distance measuring system), 200: tag reader (distance measuring device), 300: wireless tag (wireless terminal), 310: receiving antenna, 320: transmitting antenna (terminal transmitting unit), 330: local oscillator 340: mixer, 400: wireless terminal distance measurement system, 410: mixer, 420: phase synchronization circuit, 421: phase comparator, 422: low-pass filter, 423: VCO, 430: phase synchronization circuit, 431: phase comparator, 432: Low-pass filter, 433: VCO, 434: Frequency divider
Claims (3)
前記距離測定装置は、
基準周波数の信号である基準信号を発振する基準発振器と、
互いの周波数差が前記基準周波数の第1、第2信号がこの距離測定装置から送信されて前記無線端末に受信された後に混合された混合信号と、前記基準信号との位相比較を行なう第1位相比較器と、
第1位相比較器によって基準信号と比較される位相差が零となるように、出力信号の位相および周波数を制御する出力信号発振回路と、
出力信号発振回路が出力した出力信号に基づいて、位相を前記出力信号と同期させつつ、周波数を出力信号に対して逓倍して前記第1、第2信号をそれぞれ生成する第1、第2位相同期回路と、
前記出力信号発振回路が出力した出力信号の位相と、前記基準発振器が発振する基準信号の位相との位相比較を行なう第2位相比較器とを備え、
前記第2位相比較器が出力する位相差に基づいて、距離測定装置から無線端末までの距離を測定することを特徴とする無線端末距離測定システム。 A wireless terminal distance measuring system comprising a wireless terminal and a distance measuring device, wherein the distance measuring device measures a distance from the distance measuring device to the wireless terminal,
The distance measuring device includes:
A reference oscillator that oscillates a reference signal that is a reference frequency signal;
A first signal for comparing the phase of the mixed signal after the first and second signals having a frequency difference of the reference frequency are transmitted from the distance measuring device and received by the wireless terminal is compared with the reference signal. A phase comparator;
An output signal oscillation circuit for controlling the phase and frequency of the output signal so that the phase difference compared with the reference signal by the first phase comparator becomes zero;
First and second phases for generating the first and second signals by multiplying the frequency of the output signal while synchronizing the phase with the output signal based on the output signal output from the output signal oscillation circuit. A synchronization circuit;
A second phase comparator for performing a phase comparison between the phase of the output signal output from the output signal oscillation circuit and the phase of the reference signal oscillated by the reference oscillator;
A wireless terminal distance measuring system for measuring a distance from a distance measuring device to a wireless terminal based on a phase difference output from the second phase comparator.
前記無線端末は、
局部発振器と、
前記距離測定装置が送信した前記第1信号、第2信号を受信する端末受信部と、
この端末受信部が受信した第1信号、第2信号を、前記局部発振器が発振した信号とそれぞれ混合するミキサと、
前記ミキサで周波数変換された後の第1信号、第2信号を送信する端末送信部とを備え、
前記距離測定装置は、
前記端末送信部が送信した第1信号、第2信号をそれぞれ受信する第1受信部および第2受信部と、
第1受信部および第2受信部が受信した第1信号と第2信号とを混合して前記第1位相比較器へ入力する混合信号を生成する混合信号生成器と
を含むことを特徴とする無線端末距離測定システム。 In claim 1,
The wireless terminal is
A local oscillator,
A terminal receiver for receiving the first signal and the second signal transmitted by the distance measuring device;
A mixer that mixes each of the first signal and the second signal received by the terminal receiver with the signal oscillated by the local oscillator;
A terminal transmitter for transmitting the first signal and the second signal after frequency conversion by the mixer,
The distance measuring device includes:
A first receiver and a second receiver for receiving the first signal and the second signal transmitted by the terminal transmitter, respectively;
And a mixed signal generator for mixing the first signal and the second signal received by the first receiver and the second receiver to generate a mixed signal to be input to the first phase comparator. Wireless terminal distance measurement system.
基準周波数の信号である基準信号を発振する基準発振器と、
互いの周波数差が前記基準周波数の第1、第2信号を送信する送信部と、
前記第1信号および第2信号が前記無線端末に受信された後、その無線端末から送信される第1信号、第2信号をそれぞれ受信する第1受信部および第2受信部と、
第1受信部および第2受信部が受信した第1信号と第2信号とを混合する混合信号生成器と、
その混合信号生成器により混合された混合信号と、前記基準信号との位相比較を行なう第1位相比較器と、
第1位相比較器によって比較される位相差が零となるように、出力信号の位相および周波数を制御する出力信号発振回路と、
出力信号発振回路が出力した出力信号に基づいて、位相を前記出力信号と同期させつつ、周波数を出力信号に対して逓倍して前記送信部が送信する前記第1、第2信号をそれぞれ生成する第1、第2位相同期回路と、
前記出力信号発振回路が出力した出力信号の位相と、前記基準発振器が発振する基準信号の位相との位相比較を行なう第2位相比較器とを備え、
前記第2位相比較器が出力する位相差に基づいて、前記無線端末までの距離を測定することを特徴とする距離測定装置。 A distance measuring device for measuring a distance to a wireless terminal,
A reference oscillator that oscillates a reference signal that is a reference frequency signal;
A transmission unit that transmits first and second signals having a frequency difference from each other, the reference frequency;
After the first signal and the second signal are received by the wireless terminal, a first receiving unit and a second receiving unit that respectively receive the first signal and the second signal transmitted from the wireless terminal;
A mixed signal generator for mixing the first signal and the second signal received by the first receiver and the second receiver;
A first phase comparator that performs phase comparison between the mixed signal mixed by the mixed signal generator and the reference signal;
An output signal oscillation circuit for controlling the phase and frequency of the output signal so that the phase difference compared by the first phase comparator becomes zero;
Based on the output signal output from the output signal oscillation circuit, the first and second signals transmitted by the transmitter are generated by multiplying the frequency of the output signal by synchronizing the phase with the output signal, respectively. First and second phase synchronization circuits;
A second phase comparator for performing a phase comparison between the phase of the output signal output from the output signal oscillation circuit and the phase of the reference signal oscillated by the reference oscillator;
A distance measuring apparatus that measures a distance to the wireless terminal based on a phase difference output from the second phase comparator.
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