JP2015525033A - ワイヤレスデバイスのための伝送装置 - Google Patents

Abstract

ワイヤレスデバイスのための伝送装置であって、その伝送装置は、オリジナル信号を受信し、ワイヤレスデバイスからの情報を含む変調された信号を後方散乱するためのアンテナと、アンテナに結合された可変インピーダンスであって、インピーダンス値を有する可変インピーダンスと、可変インピーダンスに結合されたデコーダであって、そのデコーダは、変調された信号を発生させるために、情報に従って、インピーダンス値を変調し、それによって、アンテナのための後方散乱係数を変調する、デコーダとを備える。

Description

本願は、２０１２年７月１１日出願の米国仮特許出願第６１／６７０，２５９号（参照によって本明細書中に援用される）に基づく優先権、および、２０１３年５月１日出願の米国特許出願第１３／８７４，９９６号（参照によって本明細書中に援用される）に基づく優先権を主張する。

（発明の分野）
本発明は、無線周波数識別システムの分野に関し、より具体的には、後方散乱および誘導結合型無線周波数識別システム内のワイヤレスデバイス（例えば、タグ）のための伝送装置に関する。

（発明の背景）
無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）システムは、多数の用途において非常に一般的となりつつある。典型的ＲＦＩＤシステム１００が、図１に示される。ＲＦＩＤシステム１００は、アプリケーションシステム１１０と、リーダ１２０と、タグ１３０とを含む。タグ１３０が、リーダ１２０の動作範囲内に現れると、タグ１３０は、そのアンテナ１３３を介して、リーダ１２０から、その送信器／受信器１２１およびアンテナ１２３を介して、エネルギー１４０およびデータ１５０の両方の受信を開始する。タグ１３０内の整流回路１３１が、タグ１３０内の他の回路（例えば、制御／変調器１３２）に給電するためのエネルギー１４０を収集および貯蔵する。十分なエネルギー１４０を収集した後、タグ１３０は、動作し得、事前に記憶されたデータをリーダ１２０に返送し得る。リーダ１２０は、次いで、システムアプリケーションのために、通信インターフェース１６０を介して、アプリケーションシステム１１０のサーバシステム／データベース１１１に、受信された応答データをパスする。

ＲＦＩＤシステム１００内のタグ１３０は、タグの電力供給に従って、パッシブタイプおよびアクティブタイプに分類されてもよい。パッシブタグは、その独自の電力供給源を有しておらず、したがって、タグのアンテナ１３３を介して受信された電磁エネルギーによって、リーダ１２０から、要求される全電力を引き出す。対照的に、アクティブタグは、その動作のために要求される電力の全部または一部を供給するバッテリを組み込む。

ＲＦＩＤシステム１００内のリーダ１２０とタグ１３０との間のエネルギー１４０およびデータ１５０の典型的伝送方法は、後方錯乱結合（または、後方散乱）を経由したものである。リーダ１２０のアンテナ１２３は、エネルギー１４０をタグ１３０に結合させる。タグのアンテナ１３３の反射係数を変調することによって、データ１５０は、タグ１３０とリーダ１２０との間で伝送され得る。後方散乱は、図２に示されるように、典型的には、マイクロ波帯ＲＦＩＤシステム内で使用される。電力Ｐ_ｉｎが、リーダのアンテナ１２３から放出される。Ｐ_ｉｎの一部が、タグのアンテナ１３３によって受信され、電力供給源としての役割を果たす、タグ１３０内の貯蔵キャパシタを充電するために整流される。十分なエネルギーを蓄積した後、タグ１３０は、動作を開始する。入力電力Ｐ_ｉｎの一部は、タグのアンテナ１３３によって反射され、電力Ｐ_{ｒｅｔｕｒｎ}として返される。反射特性は、アンテナ１３３に接続された負荷を変更することによって影響され得る。データ１５０をタグ１３０からリーダ１２０に伝送するために、トランジスタが、伝送されるデータストリームに合わせて、オンおよびオフを切り替えられる。反射された電力Ｐ_{ｒｅｔｕｒｎ}の大きさは、したがって、変調され得、リーダのアンテナ１２３によって捉えられ得る。

振幅シフトキーイング（「ＡＳＫ」）変調が、典型的には、ＲＦＩＤシステム１００において使用される。ＡＳＫ変調では、搬送波の振幅は、バイナリ伝送コードシーケンスによって制御される２つの状態間で切り替えられる。また、いくつかの用途では、位相シフトキーイング（「ＰＳＫ」）変調もまた、使用される。しかしながら、いかなる複合型変調も、概して、現在のＲＦＩＤ後方散乱システムでは、使用されない。ここでは、複合型変調は、通常、Ｉ＋ｊＱとして表されるものであり、Ｉは、同相成分であり、Ｑは、直交成分であり、ｊは、−１の平方根である。

参考として、ＲＦＩＤ使用のための開始は、第２次世界大戦まで遡り得る。例えば、Ｓｔｏｃｋｍａｎ Ｈ．，“Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ”， Ｐｒｏｃ． ＩＲＥ， ｐｐ．１１９６−１２０４，Ｏｃｔ．１９４８を参照されたい。パッシブおよびセミパッシブＲＦＩＤタグが、無線周波数（「ＲＦ」）後方散乱によって、リーダと通信するために使用された。後方散乱ＲＦＩＤシステムでは、いくつかのタグ１３０が、図３に示されるように、主要リーダデバイス１２０と相互作用する。リーダ１３０は、（ｉ）ＲＦ信号の電力を介して、タグ１３０を始動し、（ｉｉ）データをタグ１３０に転送し、（ｉｉｉ）情報をタグ１３０から読み取るために使用される。

典型的には、リーダ１２０とタグ１３０との間には、リンクバジェットが存在する。タグ１３０は、ＡＳＫまたはＰＳＫ変調のいずれかを使用して、ＲＦ信号を後方散乱させてリーダ１２０に戻すことによって、リーダ１２０と通信する。後方散乱方法の利点の１つは、タグ１３０内のチップ上でＲＦ搬送波を発生させる必要がなく、したがって、少ない電力を必要とし、複雑性が低く、かつコストが少ないことである。タグ１３０のための後方散乱伝送装置４００の典型的ブロック図が、図４に示される。図４では、Ｚ_ａｎｔは、アンテナ１３３のインピーダンスであり、Ｚ_０は、スイッチ４１０と並列にある固定インピーダンスである。反射係数Γは、以下の式によって与えられる。

スイッチ４１０がオンである（すなわち、閉鎖される）とき、Γ＝１である。スイッチがオフである（すなわち、開放される）とき、Γ＝０である。スイッチ４１０をオンおよびオフにすることによって、ＡＳＫ信号４２０が、図４に示されるように、発生させられる。

ＰＳＫ信号はまた、類似設定を使用して発生させられてもよい。これは、図５に図示される伝送装置５００に示される。ここでは、反射係数Γは、以下の式によって与えられる。

ここでは、Ｚ_ｉは、図５に従って切り替えられるインピーダンスである。したがって、後方散乱は、スイッチ４１０、５１０の位置に応じて、ＡＳＫ信号４２０またはＰＳＫ信号５２０のいずれかを生成するように設計される。

図６に示されるように、後方散乱技法を使用して、各タグ１３０は、同一の搬送波６２０においてＲＦ信号６１０を送信し、故に、他のタグ１３０のＲＦスペクトルに重複する。これは、タグ１３０の全ての間のデータ衝突を回避することに関して課題をもたらす。現在のシステムでは、これらの衝突問題は、リーダ１２０とタグ１３０との間で使用される通信プロトコルを介して解決される。

Ｔｈｏｍａｓ Ｓ．， Ｒｅｙｎｏｌｄｓ Ｓ． Ｍａｔｔｈｅｗ，“ＱＡＭ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｆｏｒ Ｐａｓｓｉｖｅ ＵＨＦ ＲＦＩＤ Ｔａｇｓ”， ＩＥＥＥ ＲＦＩＤ， ｐ．２１０，２０１０（Ｔｈｏｍａｓら）では、４つの直交振幅変調（「ＱＡＭ」）信号の発生が、提案されており、いくつかのΓ値が、インおよびアウトに切り替えられる。

以前のタグ伝送装置に関して、いくつかの問題が存在する。例えば、Ｔｈｏｍａｓらによって提案されるシステム等のシステムは、後方散乱し得る信号の性質が限定される。すなわち、いかなる任意の信号も、伝送されることができない。例えば、ＱＡＭ信号が、最初に、フィルタを介してフィルタリングされる場合、Ｔｈｏｍａｓらのシステムは、ＱＡＭ信号のフィルタリングされたバージョンを伝送することができない。別の例として、信号が、単に、正弦波またはガウス最小シフトキーイング（「ＧＭＳＫ」）信号である場合、Ｔｈｏｍａｓらのシステムは、本信号を伝送するために使用されることができない。さらなる例として、Ｔｈｏｍａｓらのシステムは、単側波帯信号を伝送することができない。

したがって、後方散乱および誘導結合型無線周波数識別システム内のワイヤレスデバイス（例えば、タグ）のための改良された伝送装置の必要性が、存在する。故に、前述および他の欠点を少なくとも部分的に解決する解決策が、所望される。

Ｓｔｏｃｋｍａｎ Ｈ．，"Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ"， Ｐｒｏｃ． ＩＲＥ，Ｏｃｔ．１９４８， ｐｐ．１１９６−１２０４ Ｔｈｏｍａｓ Ｓ．， Ｒｅｙｎｏｌｄｓ Ｓ． Ｍａｔｔｈｅｗ，"ＱＡＭ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｆｏｒ Ｐａｓｓｉｖｅ ＵＨＦ ＲＦＩＤ Ｔａｇｓ"， ＩＥＥＥ ＲＦＩＤ，２０１０， ｐ．２１０

（発明の概要）
本発明の一側面によると、ワイヤレスデバイスのための伝送装置が提供され、その伝送装置は、オリジナル信号を受信し、ワイヤレスデバイスからの情報を含む変調された信号を後方散乱するためのアンテナと、アンテナに結合された可変インピーダンスであって、インピーダンス値を有する可変インピーダンスと、可変インピーダンスに結合されたデコーダであって、そのデコーダは、変調された信号を生成するために、情報に従って、インピーダンス値を変調し、それによって、アンテナのための後方散乱係数を変調する、デコーダとを備える。

本発明の実施形態の特徴および利点は、添付の図面と組み合わせて、以下の詳細な説明から明白となる。
図１は、先行技術による、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムを図示するブロック図である。 図２は、先行技術による、ＲＦＩＤシステム内のリーダとタグとの間のエネルギーおよびデータの伝送を図示するブロック図である。 図３は、先行技術による、ＲＦＩＤシステム内のリーダと複数のタグとの間の通信を図示するブロック図である。 図４は、先行技術による、ＡＳＫおよび／またはオンオフキーイング（「ＯＯＫ」）信号を後方散乱するための、タグのための伝送装置を図示するブロック図である。 図５は、先行技術による、ＰＳＫ信号を後方散乱するための、タグのための伝送装置を図示するブロック図である。 図６は、先行技術による、同一の周波数スペクトルを使用してリーダに逆通信する複数のタグを図示するブロック図である。 図７は、本発明のある実施形態による、デジタル波形入力に基づいて、信号をリーダに後方散乱するための、ワイヤレスデバイスのための伝送装置を図示するブロック図である。 図８は、本発明のある実施形態による、ガンマ（Γ）とＺ_ｉとの間の関係を図示するグラフである。 図９は、本発明のある実施形態による、ＩデータおよびＱデータ入力に基づいて、任意の変調された信号をリーダに後方散乱するための、ワイヤレスデバイスのための加算器を伴う伝送装置を図示するブロック図である。 図１０は、本発明のある実施形態による、ＩデータおよびＱデータ入力に基づいて、任意の変調された信号をリーダに後方散乱するための、ワイヤレスデバイスのためのインタリーバを伴う伝送装置を図示するブロック図である。 図１１は、本発明のある実施形態による、Ｚ−空間へのΓ値のマッピングを図示するグラフである。 図１２（ａ）は、本発明のある実施形態による、ＲＦＩＤシステム内のリーダとワイヤレスデバイスとの間の誘導結合を図示するブロック図である。図１２（ｂ）は、本発明のある実施形態による、図１２（ａ）のＲＦＩＤシステムに対する等価回路を図示するブロック図である。 図１３は、本発明のある実施形態による、デジタル波形入力に基づいて、信号をリーダに伝送するために誘導結合を使用する、ワイヤレスデバイスのための伝送装置を図示するブロック図である。

添付の図面全体を通して、同様の特徴は、同様の参照番号によって識別されることに留意されたい。

（実施形態の詳細な説明）
以下の説明では、詳細が、本発明の理解を提供するために記載される。いくつかの事例では、特定のソフトウェア、回路、構造、および方法は、本発明を曖昧にしないために、詳細に説明されることも図示されることもない。用語「装置」は、本明細書に説明されるシステム、デバイス、およびネットワーク配列を含む、データを処理するための任意の機械を指すために本明細書で使用される。用語「ワイヤレスデバイス」は、ＲＦＩＤタグ、ＲＦＩＤトランスポンダ、携帯電話、スマートフォン、ポータブルコンピュータ、ノートブックコンピュータ、または類似デバイスを指すために本明細書で使用される。本発明は、データ処理システムのオペレーティングシステムが本発明の要件を支持し得る便益を提供することを前提として、任意のコンピュータプログラミング言語で実装されてもよい。提示される任意の限定は、特定のタイプのオペレーティングシステムまたはコンピュータプログラミング言語の結果であり、本発明の限定とはならない。本発明はまた、ハードウェア、または、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにおいて実装されてもよい。

図７は、本発明のある実施形態による、デジタル波形入力８３０に基づいて、信号をリーダ１２０に後方散乱するための、ワイヤレスデバイス１３０のための伝送装置８００を図示するブロック図である。本発明は、パッシブおよびセミパッシブＲＦＩＤシステム１００のための複合波形を発生させるための方法および装置を提供する。複合波形は、８相位相シフトキーイング（「８ＰＳＫ」）、直交周波数分割多重方式（「ＯＦＤＭ」）、またはｎ相直交振幅変調（「ｎＱＡＭ」）等の任意のタイプの複合変調信号を発生させてもよい。本方法および装置はまた、各ワイヤレスデバイス１３０に対して周波数チャネルを発生させるために使用されてもよい。一般に、伝送装置（例えば、８００）は、ワイヤレスデバイス１３０内の後方散乱デコーダ８２０を介して、オンまたはオフが切り替えられるインピーダンスのアレイ８１０から成る。デコーダ８２０の入力に印加される信号８３０は、任意のタイプのデジタル信号から成ってもよい。伝送装置８００は、デコーダ８２０を制御するためのプロセッサ８８０と、情報（例えば、デジタル波形８３０）を記憶するためのメモリ８９０と、当業者に公知の関連ハードウェアおよびソフトウェアとを含んでもよい。

図８は、本発明のある実施形態による、ガンマ（Γ）とＺ_ｉとの間の関係を図示するグラフである。ここでは、Γは、反射係数であり、Ｚ_ｉは、アンテナによって被られるインピーダンスである。反射係数は、デジタル波形８３０に正比例する。本発明の一実施形態によると、後方散乱ＲＦ用途の場合、反射または後方散乱係数ガンマ（Γ）は、以下によって与えられる。

式中、φ_ｉは、位相であり、αは、反射係数の大きさであり、ｊは、−１の平方根である。後方散乱インピーダンス（すなわち、アンテナ１３３によって被られるインピーダンス）は、次いで、以下によって与えられる。

式中、Ｚ_ｓは、定数（典型的には、５０オーム）であり、Ｚ_ｉは、後方散乱インピーダンス値である。

位相は、ゼロであると仮定すると、以下となる。

ｓ（ｔ）がリーダ１２０に送信されるべき信号（例えば、正弦波）である場合、ｓ（ｔ）は、α（ｔ）に直接関連しなければならず（例えば、ｓ（ｔ）は、α（ｔ）に正比例する）、したがって、Γに関連しなければならない。これは、経時的に変動するインピーダンス値Ｚ_ｉをもたらす。

本実施形態では、信号ｓ（ｔ）は、ワイヤレスデバイス１３０によって、リーダ１２０に後方散乱される。伝送装置８００は、図７に示され、図７において、Ｎビット８２１が、インピーダンス値Ｚ_ｉが図８に示されるようにエンコードされるように、可変インピーダンス８１０に印加される。ここでは、可変インピーダンス８１０は、Ｎ個の状態を有する。Ｚ_ｉのエンコーディングに何らかの誤差または欠陥が存在する場合、何らかの誤差または欠陥は、リーダ１２０内で補正されてもよい。これは、ある時間の間、信号ｓ（ｔ）がリーダ１２０によって既知である場合、可能である。その場合、リーダ１２０は、これらの欠陥を補正するために、着信信号に歪みを追加し得る。

可変インピーダンス８１０は、デジタルデコーダ８２０に応じて、インおよびアウトに切り替えられるインピーダンスのアレイから構成されてもよい。また、可変インピーダンス８１０は、アナログ信号を介して制御されてもよく、すなわち、ガンマ−Ｚ_ｉデコーダ８２０の後に、デジタル−アナログコンバータ（「ＤＡＣ」）（図示せず）が、可変インピーダンス８１０を駆動させるために追加されてもよい。

図９は、本発明のある実施形態による、ＩデータおよびＱデータ入力１０３０に基づいて、任意の変調された信号をリーダ１２０に後方散乱するための、ワイヤレスデバイス１３０のための加算器１０５０を伴う伝送装置１０００を図示するブロック図である。一実施形態によると、デジタル波形８３０は、図９に示されるように、同相（「Ｉ」）データおよび直交（「Ｑ」）データ１０３０であってもよい。図９では、デジタル信号発生器（「ＤＳＳ」）１０４０が、随意に、ＩデータおよびＱデータ１０３０をアップコンバート（または、オフセット）してもよい。例えば、ＤＳＳ１０４０は、対応するミキサ１０７１によってＩデータおよびＱデータに印加される正弦波（または、余弦波）および余弦波（または、正弦波）信号１０７０を提供してもよい。代替として、ＤＳＳ１０４０は、ＩデータおよびＱデータに乗算される一定値を発生させてもよい（すなわち、ミキサ１０７１は、利得要素として作用する）。ガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０は、アップコンバート（または、オフセット）されたＩデータおよびＱデータを受信し、それを可変インピーダンス１０１０に印加してもよい。可変インピーダンス１０１０は、インまたはアウトに切り替えられるインピーダンスのアレイから構成されてもよい（例えば、それぞれのスイッチと並列なインピーダンスのアレイ）。

図１０は、本発明のある実施形態による、ＩデータおよびＱデータ入力１０３０に基づいて、任意の変調された信号をリーダ１２０に後方散乱するための、ワイヤレスデバイス１３０のためのインタリーバ１１５０を伴う伝送装置１１００を図示するブロック図である。図１０では、デジタル信号発生器（「ＤＳＳ」）１０４０は、必要に応じて、ＩデータおよびＱデータ１０３０をアップコンバート（または、オフセット）してもよい。例えば、ＤＳＳ１０４０は、対応するミキサ１０７１によってＩデータおよびＱデータに印加される正弦波（または、余弦波）および余弦波（または、正弦波）信号１０７０を提供してもよい。代替として、ＤＳＳ１０４０は、ＩデータおよびＱデータに乗算される一定値を発生させてもよい（すなわち、ミキサ１０７１は、利得要素として作用する）。図９の伝送装置１０００は、両側波帯（「ＤＳＢ」）信号を発生させる。単側波帯（「ＳＳＢ」）信号を発生させるために、加算器１０５０は、Ｉ信号またはＱ信号がガンマ−Ζ_ｉデコーダ１０２０まで正常に通過することを可能にするインタリーバ１１５０によって置換されてもよい。ここでは、Ｉデータは、あるクロックサイクルの間に通過させられ、Ｑデータは、次のクロックサイクルの間に通過させられる。図７、図９、および図１０を参照すると、一実施形態によると、ＤＳＳ１０４０、ミキサ１０７１、加算器１０５０、およびインタリーバ１１５０は、バイパスされてもよく、複合（または、実）デジタルビットストリームが、図７に示されるように、ガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０に直接フィードされてもよい。

Ｉサイクルの間、インピーダンス値は、以下に設定される。

式中、α_Ｉは、Ｉデータを表す。α_ＩとＺ_ｉとの間の変換は、ガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０によって行われる。

Ｑサイクルの間、インピーダンス値は、以下に設定される。

式中、α_Ｑは、Ｑデータを表す。α_ＱとＺ_ｉとの間の変換は、ガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０によって行われる。Ｉサイクルに関するガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０とＱサイクルに関するガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０との間の差異は、９０度位相シフトであることに留意されたい。

エンコーディングにおける任意の誤差またはＺ_ｉにおける任意の欠陥が存在する場合、これらは、リーダ１２０内で補正されてもよい。これは、ある時間の間、Ｉ信号および／またはＱ信号が、リーダ１２０によって既知である場合、可能である。その場合、リーダ１２０は、全てのこれらの欠陥を補正するために、着信信号に歪みを追加し得る。例えば、Ｉ信号とＱ信号との間に９０度位相シフトを生成する際に誤差が存在する場合、これは、ある時間ｔの間、Ｉ信号およびＱ信号が既知である場合、補正され得る。例えば、Ｉ信号およびＱ信号が、Ｉ＝ｓｉｎ（ωｔ）およびＱ＝ｃｏｓ（ωｔ）であることが既知である場合であって、ωがＩ信号とＱ信号との間の正しい９０度シフトを発生させる際の誤差によるオフセット周波数である場合、リーダは、Ｉ＝ｓｉｎ（ωｔ＋Θ）信号およびＱ＝ｃｏｓ（ωｔ＋Θ）信号を受信し得、Θは、誤差である。そのような場合、リーダは、当業者に公知の方法を使用して、本誤差を補正してもよい。

Ｉに対するＺ_ｉおよびＱに対するＺ_ｉは、デジタルデコーダ１０２０に応じて、インおよびアウトに切り替えられるインピーダンスのアレイを有する可変インピーダンス１０１０によって実装されてもよい。また、可変インピーダンス１０１０は、アナログ信号を介して制御されてもよく、すなわち、ガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０の後に、ＤＡＣが、可変インピーダンス１０１０のＺ_ｉ値を設定するために、追加されてもよい。

後方散乱されるべき信号が位相変化のみを有する場合、αは、一定であり（α_ｏとして示される）、φ_ｉのみ変化する。

ここでは、φ_ｉの値は、デコーダ１０２０に印加され、次いで、インピーダンス値Ｚ_ｉを発生させる。

エンコーディングにおける任意の誤差またはＺ_ｉにおける任意の欠陥が存在する場合、これらは、リーダ１２０内で補正されてもよい。これは、ある時間の間、信号φ_ｉが、所与の時間の間、リーダ１２０によって既知である場合、可能である。その場合、リーダ１２０は、これらの欠陥を補正するために、着信信号に歪みを追加し得る。

可変インピーダンス１０１０は、デジタルデコーダ１０２０に応じて、インおよびアウトに切り替えられるインピーダンスのアレイから構成されてもよい。また、可変インピーダンス１０１０は、アナログ信号を介して、制御されてもよく、すなわち、ガンマ−Ｚ_ｉデコーダ１０２０の後に、ＤＡＣが、可変インピーダンス１０１０のインピーダンス値Ｚ_ｉを設定するために追加されてもよい。

図１１は、本発明のある実施形態による、Ｚ−空間へのΓ値のマッピングを図示するグラフである。一般に、Γの任意の値は、以下の式を介して、Ｚ−空間に適用され得る。

これは、図１１に示される。これは、αおよびφ_ｉの両方が変化している最も一般的な場合を表す。

エンコーディングにおける任意の誤差またはＺ_{ｓｐａｃｅ}における任意の欠陥が存在する場合、これらは、リーダ１２０内で補正されてもよい。これは、ある時間の間、信号Γがリーダ１２０によって既知である場合、可能である。その場合、リーダ１２０は、全てのこれらの欠陥を補正するために、着信信号に歪みを追加し得る。

Ｚ_{ｓｐａｃｅ}は、デジタルデコーダに応じて、インおよびアウトに切り替えられるインピーダンスのアレイから構成される可変インピーダンスによって実装されてもよい。また、可変インピーダンスは、アナログ信号を介して、制御されてもよく、すなわち、ガンマ−Ｚ_{ｓｐａｃｅ}デコーダの後に、ＤＡＣが、可変インピーダンスのインピーダンス値Ｚ_{ｓｐａｃｅ}を設定するために追加されてもよい。

前述を要約し、再び、図７を参照すると、一実施形態によると、アンテナ１３３は、リーダ１２０から来る着信無線周波数信号を後方散乱するために使用される。アンテナ１３３は、スイッチに接続されたインピーダンスデバイスのアレイに電気的に結合される。インピーダンスデバイスのアレイ（例えば、８１０）は、任意のＮビットデジタル波形（例えば、８３０）によって駆動されるデジタルブロック（例えば、デコーダ８２０）によって、デジタル制御されてもよい。デジタルブロック８２０は、Ｎビットデジタル波形８３０に関連する出力をインピーダンスのアレイ８１０に提示する。インピーダンスのアレイ８１０のインピーダンス値の変化は、着信無線周波数信号を後方散乱し、したがって、着信無線周波数に対してデジタル波形８３０の出力の直接アップコンバートされたバージョンを生成する。デジタルブロック８２０の出力は、インピーダンスのアレイ８１０を種々の状態間で切り替え、反射係数Γの特性を変化させる。デジタルブロック８２０に印加される信号８３０は、任意の複合変調信号、例えば、ＧＭＳＫ、ｎＰＳＫ、８ＰＳＫ、ｎＱＡＭ、ＯＦＤＭ等の形態をとってもよく、そのような信号は、周波数＋／−ωだけ着信無線周波数信号からオフセットされてもよい。

再び、図９および図１０を参照すると、デジタルブロック１０２０への入力１０３０は、制御信号（例えば、１１６０）を介して、同相（すなわち、Ｉ）信号と直交（すなわち、Ｑ）信号との間を交互してもよい。また、インピーダンスのアレイ１０１０は、データがＩデータであるかＱデータであるかに応じて、相互から９０度オフセットされる後方散乱係数間で切り替わり得る。例えば、Ｉ信号が、θ度の後方散乱係数を生成する場合、Ｑ信号は、θ＋９０度の後方散乱係数を生成する。制御信号は、クロック信号１１６０であってもよい。ＤＳＳ１０４０によってＩ信号およびＱ信号１０３０に印加される信号１０７０は、直流（「ＤＣ」）信号（すなわち、周波数オフセットがない）の形態または選択された周波数における正弦波および余弦波（すなわち、ωの周波数オフセットを与える）の形態をとってもよい。デジタルブロック１０２０に印加されるＩ信号およびＱ信号は、インピーダンスアレイ１０１０またはデジタルブロック１０２０内のいかなる誤差も補償するように調節されてもよい。インピーダンスのアレイ１０１０は、デジタルブロックの帯域外雑音の一部をフィルタ除去するためのいくつかのフィルタリング特性を含んでもよい。また、ワイヤレスデバイス１３０から後方散乱される信号を検出するために使用されるリーダ１２０は、インピーダンスアレイ１０１０またはデジタルブロック１０２０内で発生させられるいかなる誤差も補償し得る。

図１２（ａ）は、本発明のある実施形態による、ＲＦＩＤシステム１３００内のリーダ１２０とワイヤレスデバイス１３０との間の誘導結合を図示するブロック図である。図１２（ｂ）は、本発明のある実施形態による、図１２（ａ）のＲＦＩＤシステム１３００に対する等価回路１３１０を図示するブロック図である。また、図１３は、本発明のある実施形態による、デジタル波形入力１４３０に基づいて、信号をリーダ１２０に伝送するために誘導結合を使用する、ワイヤレスデバイス１３０のための伝送装置１４００を図示するブロック図である。

一実施形態によると、リーダ１２０とワイヤレスデバイス１３０との間の通信は、リーダ１２０内の誘導負荷変化を感知することによって生じてもよい。ここでは、リーダ１２０は、磁気結合または誘導結合を介して、ワイヤレスデバイス１２０と通信する。これは、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示される。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、誘導結合されるＲＦＩＤシステム１３００の基本原理を示す。誘導結合されるシステム１３００の場合、基礎をなすコイルは、そのサイズによって定義される。２つのコイル１３２０、１３３０の結合システムが、等価変圧器によって表され得ることは公知である。これらの２つのコイル１３２０、１３３０間の接続は、磁場（Ｂ）によって与えられ、本接続を説明するための基礎をなす値は、相互インダクタンス（Ｍ）および／または結合係数（ｋ）である。

ビオ・サバールの法則は、以下によって与えられる。

これは、電流ｉ_１ならびに幾何学形状の関数として、あらゆる点における磁場の計算を可能にする。ここでは、μ_ｏは、透磁率であり、ｘは、距離であり、Ｓは、コイルに沿った積分経路を説明する。さらに、相互インダクタンスおよび結合係数は、以下によって与えられる。

これらの式では、Ａ_２は、第２のコイルの面積を説明し、Ｌ_１およびＬ_２は、２つのコイル１３２０、１３３０のインダクタンスである。リーダ−コイル１３２０とトランスポンダ−コイル１３３０との間の距離ｘはまた、結合係数を決定する。本結合のための等価モデルが、図１２（ｂ）に示される。リーダ１２０によって被られるインピーダンス値Ｚ_ｉは、アドミッタンスＹ１およびＹ２に直接関連する。アドミッタンスＹ１およびＹ２は、振幅（例えば、ＡＳＫ）を介して、または位相（例えば、ＰＳＫ）においてのいずれかにおいて変調される。アドミッタンスＹ１およびＹ２はまた、複数相ＰＳＫおよび複数振幅ＡＳＫを使用して変調されてもよい。

概して、リーダ１２０によって逆受信される信号は、ワイヤレスデバイス１３０内で変化するインピーダンス値の関数である。本インピーダンス値が変化すると、リーダ１２０によって被られる信号は、改変され、リーダ１２０は、これを検出することができる。

後方散乱の場合のように、図１３に示されるように、可変インピーダンス１４１０は、デコーダ１４２０によって改変されてもよい。ここでは、Ｌ１４０５は、ワイヤレスデバイス側のインダクタンスである。後方散乱の場合のように、前述の同一の方法が、（ｉ）Ｉ信号およびＱ信号を発生させるため、（ｉｉ）単側波帯（「ＳＳＢ」）信号を発生させるため、（ｉｉｉ）位相のみ変調された信号を発生させるため、（ｉｖ）リーダが被るものへのデコーディングからの概略的マッピングのため、（ｖ）信号がリーダによって既知である場合、信号を予め歪ませることにより、補正された信号を生成するために使用されてもよい。

前述を要約し、再び、図１３を参照すると、一実施形態によると、着信無線周波数（ＲＦ）信号を改変するための伝送装置１４００が提供され、その伝送装置１４００は、誘導要素１４０５と、スイッチと誘導要素１４０５に電気的に結合される出力を有する回路とによって制御されるインピーダンスのアレイ１４１０と、インピーダンスのアレイ１４１０のインピーダンス値Ｚ_ｉをデジタル制御するための、インピーダンスのアレイ１４１０に結合された少なくとも１つのデジタルブロック１４２０とを備え、着信ＲＦ信号は、誘導要素１４０５のインピーダンスの結合されたアレイ１４１０が調節されると改変される。

デコーダ１４２０の出力は、着信ＲＦ信号を改変する種々の状態間でインピーダンスのアレイ１４１０を切り替えてもよい。デジタルブロック１４２０に印加される信号１４３０は、任意の複合変調信号、例えば、ＧＭＳＫ、ｎＰＳＫ、８ＰＳＫ、ｎＱＡＭ、ＯＦＤＭ等の形態をとってもよく、そのような信号は、周波数＋／−ωだけ着信無線周波数信号からオフセットされてもよい。

デジタルブロック１４２０への入力１４３０は、制御信号を介して、同相（すなわち、Ｉ）信号と直交（すなわち、Ｑ）信号との間で交互してもよい。また、インピーダンスのアレイ１４１０は、データがＩデータであるかＱデータであるかに応じて、０から９０度オフセットされるように着信ＲＦ信号を改変してもよい。例えば、Ｉ信号が、θ度のインピーダンス値を生成する場合、Ｑ信号は、θ＋９０度のインピーダンス値を生成する。制御信号は、クロック信号（例えば、１１６０）であってもよい。Ｉ信号およびＱ信号に印加される信号（例えば、１０７０）は、ＤＣ信号の形態または選択された周波数における正弦波および余弦波の形態をとってもよい。デジタルブロック１４２０に印加されるＩ信号およびＱ信号は、アレイ内のインピーダンス値の変動による、インピーダンスアレイ１４１０内のいかなる誤差も補償するように調節されてもよい。インピーダンスのアレイ１４１０は、ＤＡＣ量子化帯域外雑音の一部をフィルタ除去するために、いくつかのフィルタリング特性を有してもよい。また、変調された信号を検出するために使用されるリーダ１２０は、インピーダンスアレイ１４１０またはデジタルブロック１４２０内で発生させられるいかなる誤差も補償し得る。

したがって、一実施形態によると、ワイヤレスデバイス１３０のための伝送装置８００が提供され、その伝送装置８００は、オリジナル信号を受信するためおよびワイヤレスデバイス１２０からの情報８３０を含む変調された信号を後方散乱するためのアンテナ１３３と、アンテナ１３３に結合された可変インピーダンス８１０であって、インピーダンス値Ｚ_ｉを有する可変インピーダンス８１０と、変調された信号（例えば、任意の変調された信号）を発生させるために、情報８３０に従って、インピーダンス値Ｚ_ｉを変調し、それによって、アンテナ１３３のための後方散乱係数Γを変調するために、可変インピーダンス８１０に結合されたデコーダ８２０とを備える。

前述の伝送装置８００では、可変インピーダンス８１０は、アンテナ１３３と直列に結合されてもよい。ワイヤレスデバイス１３０は、オリジナル信号からのエネルギー１４０によって給電されてもよい。可変インピーダンス８１０は、インピーダンスのアレイおよびそれぞれのスイッチを含んでもよい。デコーダ８２０は、後方散乱係数Γ−インピーダンス値Ｚ_ｉデコーダを含んでもよい。情報８３０は、Ｎビットデジタル波形８３０であってもよい。Ｎビットデジタル波形８３０に関連する、可変インピーダンス８１０のための制御信号８２１を生成するために、Ｎビットデジタル波形８３０が、デコーダ８２０に印加されてもよい。インピーダンス値Ｚ_ｉの変化は、オリジナル信号を後方散乱し、変調された信号を生成してもよく、変調された信号は、Ｎビットデジタル波形８３０の周波数オフセット（例えば、アップコンバート）された形態である。可変インピーダンス８１０のための制御信号８２１は、可変インピーダンス８１０内のインピーダンスのアレイを切り替え得、それは、アンテナ１３３の後方散乱係数Γの特性を変化させ得る。情報８３０は、複合変調信号１０３０であってもよい。複合変調信号１０３０は、オリジナル信号から周波数がオフセットされてもよい。複合変調信号１０３０は、ＧＭＳＫ信号、ｎＰＳＫ信号、８ＰＳＫ信号、ｎＱＡＭ信号、およびＯＦＤＭ信号のうちの１つであってもよい。複合変調信号１０３０は、Ｉ＋ｊＱによって表されてもよく、Ｉは、同相成分であり、Ｑは、直交成分であり、ｊは、−１の平方根である。複合変調信号１０３０は、制御信号を介して、同相信号（Ｉ）と直交信号（Ｑ）との間で交互してもよい。可変インピーダンス８１０、１０１０は、複合変調信号１０３０が同相信号（Ｉ）であるか直交信号（Ｑ）であるかに応じて、相互から９０度オフセットされる後方散乱係数間で切り替わり得る。制御信号は、クロック信号１１６０であってもよい。伝送装置８００、１１００はさらに、デジタル信号発生器１０４０を含んでもよい。デジタル信号発生器１０４０は、一定値信号を同相信号（Ｉ）および直交信号（Ｑ）に印加してもよい。デジタル信号発生器１０４０は、同相信号（Ｉ）および直交信号（Ｑ）にそれぞれ正弦波信号および余弦波信号１０７０を印加してもよい。複合変調信号１０３０は、同相信号（Ｉ）および直交信号（Ｑ）の和であってもよい。伝送装置８００、１０００はさらに、デジタル信号発生器１０４０を含んでもよい。デジタル信号発生器１０４０は、一定値信号を同相信号（Ｉ）および直交信号（Ｑ）に印加してもよい。デジタル信号発生器１０４０は、同相信号（Ｉ）および直交信号（Ｑ）にそれぞれ正弦波信号および余弦波信号１０７０を印加してもよい。Ｎビットデジタル波形８３０は、デコーダ８２０および可変インピーダンス８１０のうちの少なくとも１つにおける誤差を補償するように調節されてもよい。可変インピーダンス８１０は、デコーダ８２０によって発生させられる雑音をフィルタリングするためのフィルタを含んでもよい。変調された信号は、任意の信号であってもよい。ワイヤレスデバイス１２０は、ＲＦＩＤタグであってもよい。オリジナル信号は、ＲＦＩＤリーダ１２０から受信されてもよい。ＲＦＩＤリーダ１２０は、デコーダ８２０および可変インピーダンス８１０のうちの少なくとも１つにおける誤差を補正するように構成されてもよい。また、伝送装置８００はさらに、伝送装置８００を制御するためのプロセッサと、情報８３０を記憶するためのメモリとを含んでもよい。

前述の実施形態は、後方散乱および誘導結合型無線周波数識別システム内のワイヤレスデバイス１３０とリーダ１２０との間の通信のために改良された方法および装置に寄与し得、１つ以上の利点を提供し得る。例えば、本発明のワイヤレスデバイス１３０は、リーダ１２０に後方散乱または誘導結合し得る信号の性質に限定されない。加えて、本発明のワイヤレスデバイス１３０は、これらの信号のフィルタリングを可能にする。

前述の本発明の実施形態は、例示にすぎないものと意図される。当業者は、詳細の種々の修正が、これらの実施形態に行われてもよく、それらは全て、本発明の範囲内であることを理解する。

Claims (59)

1. ワイヤレスデバイスのための伝送装置であって、前記伝送装置は、
   オリジナル信号を受信し、前記ワイヤレスデバイスからの情報を含む変調された信号を後方散乱するためのアンテナと、
   前記アンテナに結合された可変インピーダンスであって、インピーダンス値を有する可変インピーダンスと、
   前記可変インピーダンスに結合されたデコーダであって、前記デコーダは、前記変調された信号を発生させるために、前記情報に従って、前記インピーダンス値を変調し、それによって、前記アンテナのための後方散乱係数を変調する、デコーダと
   を備える、伝送装置。
2. 前記可変インピーダンスは、前記アンテナと直列に結合されている、請求項１に記載の伝送装置。
3. 前記ワイヤレスデバイスは、前記オリジナル信号からのエネルギーによって給電されている、請求項１に記載の伝送装置。
4. 前記可変インピーダンスは、インピーダンスのアレイおよびそれぞれのスイッチを含む、請求項１に記載の伝送装置。
5. 前記デコーダは、後方散乱係数−インピーダンス値デコーダを含む、請求項１に記載の伝送装置。
6. 前記情報は、Ｎビットデジタル波形である、請求項１に記載の伝送装置。
7. 前記Ｎビットデジタル波形に関連する、前記可変インピーダンスのための制御信号を生成するために、前記Ｎビットデジタル波形が、前記デコーダに印加される、請求項６に記載の伝送装置。
8. 前記インピーダンス値の変化は、前記オリジナル信号を後方散乱させることにより、前記変調された信号を生成し、前記変調された信号は、前記Ｎビットデジタル波形の周波数オフセットされた形態である、請求項７に記載の伝送装置。
9. 前記可変インピーダンスのための前記制御信号は、前記可変インピーダンス内のインピーダンスのアレイを切り替え、前記インピーダンス値を変化させ、それによって、前記アンテナの後方散乱係数の特性を変化させる、請求項７に記載の伝送装置。
10. 前記情報は、複合変調信号である、請求項１に記載の伝送装置。
11. 前記複合変調信号は、前記オリジナル信号から周波数がオフセットされている、請求項１０に記載の伝送装置。
12. 前記複合変調信号は、ＧＭＳＫ信号、ｎＰＳＫ信号、８ＰＳＫ信号、ｎＱＡＭ信号、およびＯＦＤＭ信号のうちの１つである、請求項１０に記載の伝送装置。
13. 前記複合変調信号は、Ｉ＋ｊＱによって表され、Ｉは、同相成分であり、Ｑは、直交成分であり、ｊは、−１の平方根である、請求項１０に記載の伝送装置。
14. 前記複合変調信号は、制御信号を介して、同相信号と直交信号との間で交互する、請求項１０に記載の伝送装置。
15. 前記可変インピーダンスは、前記複合変調信号が前記同相信号であるか前記直交信号であるかに応じて、相互から９０度オフセットされる後方散乱係数間で切り替わる、請求項１４に記載の伝送装置。
16. 前記制御信号は、クロック信号である、請求項１４に記載の伝送装置。
17. デジタル信号発生器をさらに備える、請求項１４に記載の伝送装置。
18. 前記デジタル信号発生器は、一定値信号を前記同相信号および前記直交信号に印加する、請求項１７に記載の伝送装置。
19. 前記デジタル信号発生器は、前記同相信号および前記直交信号にそれぞれ正弦波信号および余弦波信号を印加する、請求項１７に記載の伝送装置。
20. 前記複合変調信号は、同相信号および直交信号の和である、請求項１０に記載の伝送装置。
21. デジタル信号発生器をさらに備える、請求項２０に記載の伝送装置。
22. 前記デジタル信号発生器は、一定値信号を前記同相信号および前記直交信号に印加する、請求項２１に記載の伝送装置。
23. 前記デジタル信号発生器は、前記同相信号および前記直交信号にそれぞれ正弦波信号および余弦波信号を印加する、請求項２１に記載の伝送装置。
24. 前記Ｎビットデジタル波形は、前記デコーダおよび前記可変インピーダンスのうちの少なくとも１つにおける誤差を補償するように調節される、請求項６に記載の伝送装置。
25. 前記可変インピーダンスは、前記デコーダによって発生させられる雑音をフィルタリングするためのフィルタを含む、請求項１に記載の伝送装置。
26. 前記変調された信号は、任意の信号である、請求項１に記載の伝送装置。
27. 前記ワイヤレスデバイスは、無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）タグである、請求項１に記載の伝送装置。
28. 前記オリジナル信号は、ＲＦＩＤリーダから受信される、請求項１に記載の伝送装置。
29. 前記ＲＦＩＤリーダは、前記デコーダおよび前記可変インピーダンスのうちの少なくとも１つにおける誤差を補正するように構成されている、請求項２８に記載の伝送装置。
30. 前記伝送装置を制御するためのプロセッサと、前記情報を記憶するためのメモリとをさらに備える、請求項１に記載の伝送装置。
31. ワイヤレスデバイスのための伝送装置であって、前記伝送装置は、
    オリジナル信号を受信し、前記ワイヤレスデバイスからの情報を含む変調された信号を相互インダクタンスによって伝送するためのインダクタと、
    前記インダクタに結合された可変インピーダンスであって、インピーダンス値を有する可変インピーダンスと、
    前記可変インピーダンスに結合されたデコーダであって、前記デコーダは、前記変調された信号を発生させるために、前記情報に従って、前記インピーダンス値を変調し、それによって、前記相互インダクタンスの値を変調する、デコーダと
    を備える、伝送装置。
32. 前記可変インピーダンスは、前記インダクタと並列に結合されている、請求項３１に記載の伝送装置。
33. 前記ワイヤレスデバイスは、前記オリジナル信号からのエネルギーによって給電されている、請求項３１に記載の伝送装置。
34. 前記可変インピーダンスは、インピーダンスのアレイおよびそれぞれのスイッチを含む、請求項３１に記載の伝送装置。
35. 前記情報は、Ｎビットデジタル波形である、請求項３１に記載の伝送装置。
36. 前記Ｎビットデジタル波形に関連する、前記可変インピーダンスのための制御信号を生成するために、前記Ｎビットデジタル波形が、前記デコーダに印加される、請求項３５に記載の伝送装置。
37. 前記変調された信号は、前記Ｎビットデジタル波形の周波数オフセットされた形態である、請求項３６に記載の伝送装置。
38. 前記可変インピーダンスのための前記制御信号は、前記可変インピーダンス内のインピーダンスのアレイを切り替え、前記インピーダンス値を変化させる、請求項３６に記載の伝送装置。
39. 前記情報は、複合変調信号である、請求項３１に記載の伝送装置。
40. 前記複合変調信号は、前記オリジナル信号から周波数がオフセットされている、請求項３９に記載の伝送装置。
41. 前記複合変調信号は、ＧＭＳＫ信号、ｎＰＳＫ信号、８ＰＳＫ信号、ｎＱＡＭ信号、およびＯＦＤＭ信号のうちの１つである、請求項３９に記載の伝送装置。
42. 前記複合変調信号は、Ｉ＋ｊＱによって表され、Ｉは、同相成分であり、Ｑは、直交成分であり、ｊは、−１の平方根である、請求項３９に記載の伝送装置。
43. 前記複合変調信号は、制御信号を介して、同相信号と直交信号との間で交互する、請求項３９に記載の伝送装置。
44. 前記可変インピーダンスは、前記複合変調信号が前記同相信号であるか前記直交信号であるかに応じて、相互から９０度オフセットされるインピーダンス値間で切り替わる、請求項４３に記載の伝送装置。
45. 前記制御信号は、クロック信号である、請求項４３に記載の伝送装置。
46. デジタル信号発生器をさらに備える、請求項４３に記載の伝送装置。
47. 前記デジタル信号発生器は、一定値信号を前記同相信号および前記直交信号に印加する、請求項４６に記載の伝送装置。
48. 前記デジタル信号発生器は、前記同相信号および前記直交信号にそれぞれ正弦波信号および余弦波信号を印加する、請求項４６に記載の伝送装置。
49. 前記複合変調信号は、同相信号および直交信号の和である、請求項３９に記載の伝送装置。
50. デジタル信号発生器をさらに備える、請求項４９に記載の伝送装置。
51. 前記デジタル信号発生器は、一定値信号を前記同相信号および前記直交信号に印加する、請求項５０に記載の伝送装置。
52. 前記デジタル信号発生器は、前記同相信号および前記直交信号にそれぞれ正弦波信号および余弦波信号を印加する、請求項５０に記載の伝送装置。
53. 前記Ｎビットデジタル波形は、前記デコーダおよび前記可変インピーダンスのうちの少なくとも１つにおける誤差を補償するように調節される、請求項３５に記載の伝送装置。
54. 前記可変インピーダンスは、前記デコーダによって発生させられる雑音をフィルタリングするためのフィルタを含む、請求項３１に記載の伝送装置。
55. 前記変調された信号は、任意の信号である、請求項３１に記載の伝送装置。
56. 前記ワイヤレスデバイスは、無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）タグである、請求項３１に記載の伝送装置。
57. 前記オリジナル信号は、ＲＦＩＤリーダから受信される、請求項３１に記載の伝送装置。
58. 前記ＲＦＩＤリーダは、前記デコーダおよび前記可変インピーダンスのうちの少なくとも１つにおける誤差を補正するように構成されている、請求項５７に記載の伝送装置。
59. 前記伝送装置を制御するためのプロセッサと、前記情報を記憶するためのメモリとをさらに備える、請求項３１に記載の伝送装置。
    

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