JP3690832B2 - 無線通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は無線通信システムに関し、特に、変調されたバックスキャタ（後方散乱）技術を用いた無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な無線通信技術を用いて、電子棚ラベル（Electronic Shelf Label：ＥＳＬ）のシステムにおいて、スーパーマーケット等で販売されている品物の価額情報を伝送している。このような電子棚ラベルシステムは、紙製のラベルの上の値段を変えるような時間のかかるプロセスに代えて、ＥＳＬタグの上の値段を電子的に変える構成である。このＥＳＬタグの上に表示された価額は、ＥＳＬシステムのコントローラからＥＳＬタグへの高信頼性の下り通信パスを用いて交信され、それにより、ＥＳＬタグ上の値段がスーパーマーケットのコンピュータのデータベースに記録された値段と同一になるようにしている。この通信パスは「ダウンリンク」（downlink）と称するが、その理由は、シーリングノード（天井ノード）に搭載された中央処理装置から、そのパスが発信されているからである。価額情報のエラーを最小にするために、このＥＳＬシステムは、受信した各ＥＳＬタグは、特定の価額変更メッセージであるような積極的な確認を必要とする。このＥＳＬタグはこの積極的な受領通知を「アップリンク」（上りリンク）の通信パスを介して、シーリングノードに伝送している。このようなアップリンクは、信頼性が必要であるが、ＥＳＬシステムはコスト高となってはならず、その結果、ＥＳＬタグは極めて安く、スーパーマーケット等の設立コスト（シーリングノードの質およびコスト）を最小に維持しなければならない。かくして、比較的安価なＥＳＬシステムでも、信頼性のあるアップリンクの通信パスが形成でき、これができるだけ広い通信範囲を有するようにする必要がある。
【０００３】
このような後方散乱技術は、今日のＥＳＬシステムと同様に、様々な応用分野において、上り通信パスで実現されている。この種の技術の共通の利用分野は、道路の料金所を通過する際に、自動車が道路の料金を支払う際に速度を減速することなく、料金を電子的に支払うために、自動車のタグと通信することに用いられる。このようなシステムは米国特許第４０７５６３２、４７３９３２８、４７８６９０７号に開示されており、通常、料金所から自動車のタグへの見通せる（line-of-sight）通信を利用している。また、このシステムは料金所において、方向性アンテナを用いて、Ｓ／Ｎ比を最大にして、信頼性のある通信パスを確保している。しかし、これらの技術を利用しているにも関わらず、これらのシステムの有効範囲は極めて限られており、恐らく料金所から自動車までは僅か１０−２０フィート（３−６ｍ）である。
【０００４】
このような自動車のタグとは異なり、ＥＳＬのタグは高速で移動することなく、高いデータ伝送速度は必要ではない。しかし、実際のスーパーマーケットで用いられるＥＳＬタグは、必ずしも中央シーリングモードと見通せる（line-of-sight）通信パスが得られるとは限らない。通常、一個のシーリングモードで複数のスーパーマーケットの通路をカーバしなければならない。さらに、ＦＣＣ（Federal Communications Commission：連邦通信委員会）はこのＥＬＳシステムが適応に動作する無線スペクトルの一部で許容されるアンテナのゲイン量を規制している。かくして、後方散乱システムにおけるＳ／Ｎ比を改善するために、巧妙的なやり方、あるいは秘訣（見える範囲内、あるいは方向性アンテナ）は実際のスーパーマーケットの形態および政府の規制により許されていないか、あるいは実際的ではない。それ故に、従来の移動体系の変調後方散乱技術を適用することはサブキャリアを用いないか、あるいは不正確なサブキャリア周波数を用いるようなものであるが、これは短い通信範囲（Ｓ／Ｎ比が許容できる程度）しか有さない。その結果、従来の変調後方散乱技術を用いたＥＳＬシステムは必要とされるシーリングノードの数が膨大となるため、実際的ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、信頼性があり、且つ低コストのＥＳＬシステムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の通信システム（ＥＳＬシステム）は、アップリンクの通信範囲を改善し、これは、例えば、ＥＳＬタグに周波数ｆ1でもって、連続波（ＣＷ）信号を送信し、そして、このＥＳＬタグが反射無線信号（ｆ1±ｆ2）を生成させる。そして、この反射無線信号（ｆ1±ｆ2）は、正確な周波数サブキャリアｆ2を用いて変調されたものである。このサブキャリア信号は、アップリンク情報信号を用いて変調される。本発明のＥＳＬシステムのシーリングノードは、この変調された反射無線信号を受信し、検波し、ナロウバンドフィルタを用いて、この変調されたサブキャリア信号を再生し、その後、復調して、このアップリンク情報信号を得る。さらに、本発明によれば、水晶発振器が両方に配置され、正確なサブキャリア周波数を生成する。さらに、また本発明の他の実施例によれば、ホモダイン受信器を用いて、ナロウバンドフィルタ処理されたこの変調された反射無線信号を検波して、変調されたサブキャリア信号を獲得する。
【０００７】
【実施例】
図１は、本発明のＥＳＬシステムを表し、このシステムは中央シーリングノード１０とＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０とからなる。この中央シーリングノード１０は、複数のＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０と下りパスと上りパスを介して通信する。この下りパスと上りパスはそれぞれ下り信号パス１６、上り信号パス１７で表される。本発明のシステムは、シーリングノードが下り信号パス１６を送信し、下り信号パス１６の反射信号である上り信号パス１７を探索する点において、後方散乱（backscatter）のレーザシステムと類似の動作をする。
【０００８】
同図においては、本発明は中央シーリングノード１０が、上り信号パス１７を容易に検波し復調できるように、下り信号パス１６の反射信号を変調するようなＥＳＬタグ上りサブシステム２０を用いている。このＥＳＬタグ上りサブシステム２０は、水晶発振器２７を有し、この水晶発振器２７は、反射された上り信号パス１７を変調するために、正確なサブキャリア周波数をサブキャリア生成器２６により生成する。これにより、上り信号パス１７内でナロウバンドの変調が利用できる。中央シーリングノード１０において、ナロウバンドの信号は容易にナロウバンドフィルタ処理され、復調される。そして、これは相当なレベルのノイズが存在しても可能である。
【０００９】
ある種の応用例においては、本発明は変調された後方散乱上り通信チャンネルを介して、低いデータ速度信号を送信することもできる。この変調された後方散乱システムにおいては、連続波（ＣＷ）の無線周波数信号２０１（周波数ｆ1）は中央シーリングノード１０からＥＳＬタグ上りサブシステム２０に送信される。従来技術においては、反射情報信号はＣＷ信号と混合して変調された反射信号２０２を形成し、その信号中心は周波数ｆ1である。この反射信号が中央シーリングノード１０に戻ると、ホモダイン検波を用いて、ＣＷ信号２０１の変調反射信号を復調する。本発明によれば、この反射信号をＣＷ周波数ｆ1から高度に正確なサブキャリア周波数ｆ2を用いてシフトすることにより、ノイズから切り離せる利点がある。ＥＳＬタグ上りサブシステム２０から中央シーリングノード１０に送信されるべき情報は、変調器２４によりサブキャリア周波数ｆ2にのせて変調され、その後、この変調されたサブキャリア信号は、電圧制御反射器／検波器２２に入力され、周波数（ｆ1±ｆ2）の変調反射信号１７を生成する。カーブ２１０は、上り信号パス１７の周波数スペクトルの一側面を表す。この変調反射信号が、中央シーリングノード１０に戻ると、ホモダイン検波は周波数ｆ1におけるカーブ２０１の位相ノイズを除去する。周波数ｆ2は、周波数ｆ1より十分大きく、その結果、２０４内に存在するノイズは周波数ｆ1±ｆ2を変調反射信号２１０の信号強度に比較して十分低いため、良好なＳ／Ｎ比が確保できる。このノイズは、主に受信器の電子部品により生成される１／ｆのノイズに起因し、クラタノイズ（clutter noise）は、周囲の対象物からの反射に起因する。このクラタノイズの成分のスペクトルは、反射対象物の特性に左右され、例えば、多くの素子はＡＣ線の周波数と同期するような周期的反射波を生成する。この正確な周波数サブキャリアを用いることにより、受信器内でノイズを大幅に減少させるナロウバンドのフィルタ処理が行える。
【００１０】
本発明は、変調された後方散乱システムのＳ／Ｎ比を大幅に改善するものであり、これに関しは以下に説明する。中央シーリングノード１０において、無線信号ソース１１は、アンテナ１４を介して、連続波（ＣＷ）の単一信号周波数の下り信号パス１６をＥＳＬタグ上りサブシステム２０に送信する。このＥＳＬタグ上りサブシステム２０は、この下り信号パス１６を変調し、後方散乱する。ＥＳＬタグ上りサブシステム２０内において、水晶発振器２７は、正確な周波数ソースでサブキャリア生成器２６により用いられて、基準周波数に基づいたサブキャリア周波数を生成する。水晶発振器２７を用いているために、本発明のサブキャリア生成器２６は、非常に正確なサブキャリア周波数（１Ｈｚ未満の誤差でもって）を生成できる。このサブキャリア生成器２６は、水晶発振器２７の周波数を所望のサブキャリア周波数（ｆ2）までカウントダウンする周波数逓倍器／カウンタ合成器３１でもよい。このサブキャリア生成器２６は、また基準周波数の整数倍の周波数を生成する周波数逓倍器でもあり、あるいはまた周波数逓倍器、およびカウンタカスケードでもよい。別法として、周波数合成器とも機能することができる。
【００１１】
この変調器２４は、サブキャリア生成器２６により生成されたサブキャリア周波数（ｆ2）を用い、それを上り情報信号２５を用いて変調して、変調信号を生成する。この変調されたサブキャリア信号は、増幅器２３により増幅され、電圧制御反射器／検波器２２に入力される。この電圧制御反射器／検波器２２を用いて、この変調されたサブキャリア信号をアンテナ２１上の下り信号パス１６になるよう変調し、かくして、ＣＷ信号ｆ1に関し、正確な周波数（ｆ1±ｆ2）で、一対以上のサイドバンド信号（変調反射信号２１０）を有する上り信号パス１７を生成する。これらのサイドバンド信号は、位相シフトキーイング、あるいは周波数シフトキーイング等の従来の変調技術を用いて、上り情報信号で変調される。１ビットの情報のみがシーリングノードに返送されることが必要な場合には、周波数（ｆ1±ｆ2）のサイドバンド信号としてのＣＷオーディオトーンの存在、あるいは不存在によりそれは表すことができる。
【００１２】
上り信号パス１７が中央シーリングノード１０で受信されると、この信号はホモダイン受信器１２を用いて検波される。これは通常変調後方散乱システムを用いて行われる。無線信号ソース１１は、基準信号（ＣＷ周波数ｆ1）をホモダイン受信器１２に転送する。このホモダイン受信器１２の出力は、変調信号ｆ2で、この変調信号はその後ナロウバンド復調器１３でもって復調される。このナロウバンド復調器１３の出力は、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０からの上り情報信号２５でさらに処理されるため、プロセッサ１８に転送される。
【００１３】
本発明によれば、ナロウバンド復調器１３は、ナロウバンドフィルタ１９（バンド幅２２０）を用いて、この変調されたサブキャリア信号ｆ2をフィルタ処理する。ＥＳＬタグ上りサブシステム２０の水晶発振器２７は正確な周波数を出力するために、この変調されたサブキャリア信号は、非常に正確な周波数ｆ2を有するために可能である。このような状況において、ナロウバンドフィルタ１９のバンド幅は上り情報信号２５のバンド幅にほぼ等しい。例えば、上り情報信号２５のデータ速度が数ビット／秒の場合には、数Ｈｚのバンド幅でナロウバンドフィルタ１９は可能となる。
【００１４】
これらのナロウバンドフィルタ１９は、通常のアナログフィルタ技術を用いて、あるいは、プログラム可能なデジタル信号プロセッサ５１のような公知のデジタルフィルタ技術を用いて実現できる。来入する下り信号パス１６（下り信号パス１６上で）正確に制御されたサブキャリア周波数を変調することにより、正確なサブキャリア周波数ｆ2を生成するために、水晶発振器２７を用い、その後中央シーリングノード１０内の変調された後方散乱信号１７を再生すると、本発明の変調後方散乱システムに対し、数桁以上の改善が得られる。すなわち、本発明のシステムの満足できる動作は従来システムのＳ／Ｎ比よりも数桁性能の悪いＳ／Ｎ比を生成する装置を用いても得ることができることになる。このように、本発明のＳ／Ｎ比の要件が緩和されたことは、スーパーマーケット全体に対し、全てのＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０を信頼性高くカーバするような中央シーリングノード１０を最小の数を用いるだけで、経済的なＥＬＳシステムを構築できる可能性があることになる。このことは、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０が、信頼性のある上り信号１７を送信できることになり、これにより、商品の値段の更新ができるようになる。このように、上り信号の伝送の信頼性が増すことにより、スーパーマーケットとその顧客がＥＳＬのタグに表示された値段がスキャナのデータベースの値段と同一であると確信させることができる。このことは顧客の満足を得るために、ＥＳＬシステムにとっては必要なことである。
【００１５】
ナロウバンド復調器１３内のナロウバンドフィルタ１９がＳ／Ｎ比を改善するには２つの方法がある。その内の１つである（ａ）ノイズがナロウバンドフィルタ１９を通過する量を減らすことである。また、（ｂ）スーパーマーケットにおいては、ノイズの主なソースは周辺に配置された電子装置からの不要の反射（干渉）を減らすことである。特に、蛍光灯は重大なノイズ源である。このような装置からのノイズは、ラインスペクトルを示す傾向があり、これにより、多くのノイズエネルギーは、狭い周波数バンド、すなわち、ラインに集中する。ＡＣ電源で駆動される蛍光灯からのノイズは、狭い周波数バンド（例、周波数２３０と２４０）で発生し、これはＡＣ周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）の整数倍である。上り信号のバンド幅２２０をそのようなラインのスペースよりもはるかに狭くすることにより、サブキャリアの周波数をノイズライン２３０と２４０との間の周波数になるように選択して、それらからはるかに離して、この種のタイプのノイズ周波数を上り信号が回避できるようにすることもできる。
【００１６】
本発明の他の実施例においては、公知の「くし波」フィルタ（フィルタ１９として）を用い、これにより、ノイズのスペクトルラインを選択的に減衰させ、くし波フィルタに起因するひずみが存在しても、受信信号を復調できる受信器がそれを後で処理するようにする。この場合、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０内の水晶発振器を用いることは、上記のひずみを存在する中で、信号を検波できるようにするための周波数精度を達成するために必要である。
【００１７】
公知の回路を用いて、中央シーリングノード１０の無線信号ソース１１と、ホモダイン受信器１２と、ナロウバンド復調器１３と、ナロウバンドフィルタ１９と、プロセッサ１８と、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０の電圧制御反射器／検波器２２と、復調器２９と、増幅器２３と、変調器２４と、サブキャリア生成器２６と、水晶発振器２７とを構成することもできる。
【００１８】
上記の本発明の説明は、ＥＳＬシステムを用いて説明したが、本発明は上りパス（素子により反射され、変調されるパス）の範囲を拡張するために、変調後方散乱を利用した如何なる無線システムにも適用できるものである。それ故に、本発明はＥＳＬシステムに限定されるものではなく、さらに、また表示装置を有するタグ上の素子について、限定されるものでもなく、また変調後方散乱システムに幅広く利用できるものである。
【００１９】
【発明の効果】
上りパスにおけるナロウバンド信号を利用することは、システムの全体の上りの容量に悪影響を及ぼすことではない。その理由は、異なるＥＳＬタグ（２０と４０）を異なる上りサブキャリア周波数（図２のｆ2とｆ3）を用いて、同時に送信できるように構成することができるからである。これらの周波数が中央シーリングノード１０内のナロウバンド復調器１３により用いられたナロウバンドフィルタ１９のバンド幅２２０よりも大きなバンド幅２６０により分離されている限り、１つＥＳＬタグからの個別の信号（すなわち、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０からの信号２１０）は、他のＥＳＬタグからの信号（ＥＳＬタグ上りサブシステム４０からの信号２７０）と干渉することなしに復調することができる。プロセッサ１８を用いることにより、中央シーリングノード１０は大きな全バンド幅を占有する多数の上り信号（ｆ2、ｆ3）を同時にフィルタ処理し、そして、復調して、大きな情報容量を提供することができる。
【００２０】
ナロウバンドの上りリンクの限られた状態、すなわち、存在するか存在しないかという状態は、上り通信を２つの状態に制限するものではない。「ＥＳＬタグ上りサブシステム２０の疑問」というゲームのような場合には、連続的な上りリンクを用いて、完全な情報を送信することもできる。
【００２１】
周波数ｆ2、ｆ3、…の幾つかのＥＳＬタグが上り信号を送信する代わりに、１つのＥＳＬタグが同時に複数の上りリンク周波数に応答することも可能である。このようにして、上りリンクは、多数状態シンボル（４−ビットシンボルｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）となり得、そして、より多くの情報が所定の時間内に送信することもできる。これらの周波数は、蛍光灯からのノイズを回避するよう選択するのが好ましい。
【００２２】
シーリングレシーバは、他の上りリンク周波数に近い上りリンク周波数ｆ6を受信することができるが、この上りリンク周波数ｆ6は如何なるＥＳＬタグからの上りリンク信号の存在を有するものではない。そのため、周波数ｆ6における上りリンクは、周波数ｆ1における上りリンクが存在するか否かを検知するためのしきい値を形成するための「ノイズ」基準として機能することができる。ここにおける仮定は如何なる干渉もバンド幅においてより広く、周波数ｆ1からｆ5にわたるものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】中央のシーリングノードと複数のＥＳＬタグ等を有するＥＳＬシステムのブロック図。
【図２】シーリングノードからとＥＳＬタグから送信された信号を表す図。
【符号の説明】
１０ 中央シーリングノード
１１ 無線信号ソース
１２ ホモダイン受信器
１３ ナロウバンド復調器
１４ アンテナ
１５ 下り情報信号
１６ 下り信号パス
１７ 上り信号パス
１８ プロセッサ
１９ ナロウバンドフィルタ
２０、４０ ＥＳＬタグ上りサブシステム
２１ アンテナ
２２ 電圧制御反射器／検波器
２３ 増幅器
２４ 変調器
２５ 上り情報信号
２６ サブキャリア生成器
２７ 水晶発振器
２９ 復調器
３１ 周波数逓倍器／カウンタ合成器
５１ デジタル信号プロセッサ
【産業上の利用分野】
本発明は無線通信システムに関し、特に、変調されたバックスキャタ（後方散乱）技術を用いた無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な無線通信技術を用いて、電子棚ラベル（Electronic Shelf Label：ＥＳＬ）のシステムにおいて、スーパーマーケット等で販売されている品物の価額情報を伝送している。このような電子棚ラベルシステムは、紙製のラベルの上の値段を変えるような時間のかかるプロセスに代えて、ＥＳＬタグの上の値段を電子的に変える構成である。このＥＳＬタグの上に表示された価額は、ＥＳＬシステムのコントローラからＥＳＬタグへの高信頼性の下り通信パスを用いて交信され、それにより、ＥＳＬタグ上の値段がスーパーマーケットのコンピュータのデータベースに記録された値段と同一になるようにしている。この通信パスは「ダウンリンク」（downlink）と称するが、その理由は、シーリングノード（天井ノード）に搭載された中央処理装置から、そのパスが発信されているからである。価額情報のエラーを最小にするために、このＥＳＬシステムは、受信した各ＥＳＬタグは、特定の価額変更メッセージであるような積極的な確認を必要とする。このＥＳＬタグはこの積極的な受領通知を「アップリンク」（上りリンク）の通信パスを介して、シーリングノードに伝送している。このようなアップリンクは、信頼性が必要であるが、ＥＳＬシステムはコスト高となってはならず、その結果、ＥＳＬタグは極めて安く、スーパーマーケット等の設立コスト（シーリングノードの質およびコスト）を最小に維持しなければならない。かくして、比較的安価なＥＳＬシステムでも、信頼性のあるアップリンクの通信パスが形成でき、これができるだけ広い通信範囲を有するようにする必要がある。
【０００３】
このような後方散乱技術は、今日のＥＳＬシステムと同様に、様々な応用分野において、上り通信パスで実現されている。この種の技術の共通の利用分野は、道路の料金所を通過する際に、自動車が道路の料金を支払う際に速度を減速することなく、料金を電子的に支払うために、自動車のタグと通信することに用いられる。このようなシステムは米国特許第４０７５６３２、４７３９３２８、４７８６９０７号に開示されており、通常、料金所から自動車のタグへの見通せる（line-of-sight）通信を利用している。また、このシステムは料金所において、方向性アンテナを用いて、Ｓ／Ｎ比を最大にして、信頼性のある通信パスを確保している。しかし、これらの技術を利用しているにも関わらず、これらのシステムの有効範囲は極めて限られており、恐らく料金所から自動車までは僅か１０−２０フィート（３−６ｍ）である。
【０００４】
このような自動車のタグとは異なり、ＥＳＬのタグは高速で移動することなく、高いデータ伝送速度は必要ではない。しかし、実際のスーパーマーケットで用いられるＥＳＬタグは、必ずしも中央シーリングモードと見通せる（line-of-sight）通信パスが得られるとは限らない。通常、一個のシーリングモードで複数のスーパーマーケットの通路をカーバしなければならない。さらに、ＦＣＣ（Federal Communications Commission：連邦通信委員会）はこのＥＬＳシステムが適応に動作する無線スペクトルの一部で許容されるアンテナのゲイン量を規制している。かくして、後方散乱システムにおけるＳ／Ｎ比を改善するために、巧妙的なやり方、あるいは秘訣（見える範囲内、あるいは方向性アンテナ）は実際のスーパーマーケットの形態および政府の規制により許されていないか、あるいは実際的ではない。それ故に、従来の移動体系の変調後方散乱技術を適用することはサブキャリアを用いないか、あるいは不正確なサブキャリア周波数を用いるようなものであるが、これは短い通信範囲（Ｓ／Ｎ比が許容できる程度）しか有さない。その結果、従来の変調後方散乱技術を用いたＥＳＬシステムは必要とされるシーリングノードの数が膨大となるため、実際的ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、信頼性があり、且つ低コストのＥＳＬシステムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の通信システム（ＥＳＬシステム）は、アップリンクの通信範囲を改善し、これは、例えば、ＥＳＬタグに周波数ｆ1でもって、連続波（ＣＷ）信号を送信し、そして、このＥＳＬタグが反射無線信号（ｆ1±ｆ2）を生成させる。そして、この反射無線信号（ｆ1±ｆ2）は、正確な周波数サブキャリアｆ2を用いて変調されたものである。このサブキャリア信号は、アップリンク情報信号を用いて変調される。本発明のＥＳＬシステムのシーリングノードは、この変調された反射無線信号を受信し、検波し、ナロウバンドフィルタを用いて、この変調されたサブキャリア信号を再生し、その後、復調して、このアップリンク情報信号を得る。さらに、本発明によれば、水晶発振器が両方に配置され、正確なサブキャリア周波数を生成する。さらに、また本発明の他の実施例によれば、ホモダイン受信器を用いて、ナロウバンドフィルタ処理されたこの変調された反射無線信号を検波して、変調されたサブキャリア信号を獲得する。
【０００７】
【実施例】
図１は、本発明のＥＳＬシステムを表し、このシステムは中央シーリングノード１０とＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０とからなる。この中央シーリングノード１０は、複数のＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０と下りパスと上りパスを介して通信する。この下りパスと上りパスはそれぞれ下り信号パス１６、上り信号パス１７で表される。本発明のシステムは、シーリングノードが下り信号パス１６を送信し、下り信号パス１６の反射信号である上り信号パス１７を探索する点において、後方散乱（backscatter）のレーザシステムと類似の動作をする。
【０００８】
同図においては、本発明は中央シーリングノード１０が、上り信号パス１７を容易に検波し復調できるように、下り信号パス１６の反射信号を変調するようなＥＳＬタグ上りサブシステム２０を用いている。このＥＳＬタグ上りサブシステム２０は、水晶発振器２７を有し、この水晶発振器２７は、反射された上り信号パス１７を変調するために、正確なサブキャリア周波数をサブキャリア生成器２６により生成する。これにより、上り信号パス１７内でナロウバンドの変調が利用できる。中央シーリングノード１０において、ナロウバンドの信号は容易にナロウバンドフィルタ処理され、復調される。そして、これは相当なレベルのノイズが存在しても可能である。
【０００９】
ある種の応用例においては、本発明は変調された後方散乱上り通信チャンネルを介して、低いデータ速度信号を送信することもできる。この変調された後方散乱システムにおいては、連続波（ＣＷ）の無線周波数信号２０１（周波数ｆ1）は中央シーリングノード１０からＥＳＬタグ上りサブシステム２０に送信される。従来技術においては、反射情報信号はＣＷ信号と混合して変調された反射信号２０２を形成し、その信号中心は周波数ｆ1である。この反射信号が中央シーリングノード１０に戻ると、ホモダイン検波を用いて、ＣＷ信号２０１の変調反射信号を復調する。本発明によれば、この反射信号をＣＷ周波数ｆ1から高度に正確なサブキャリア周波数ｆ2を用いてシフトすることにより、ノイズから切り離せる利点がある。ＥＳＬタグ上りサブシステム２０から中央シーリングノード１０に送信されるべき情報は、変調器２４によりサブキャリア周波数ｆ2にのせて変調され、その後、この変調されたサブキャリア信号は、電圧制御反射器／検波器２２に入力され、周波数（ｆ1±ｆ2）の変調反射信号１７を生成する。カーブ２１０は、上り信号パス１７の周波数スペクトルの一側面を表す。この変調反射信号が、中央シーリングノード１０に戻ると、ホモダイン検波は周波数ｆ1におけるカーブ２０１の位相ノイズを除去する。周波数ｆ2は、周波数ｆ1より十分大きく、その結果、２０４内に存在するノイズは周波数ｆ1±ｆ2を変調反射信号２１０の信号強度に比較して十分低いため、良好なＳ／Ｎ比が確保できる。このノイズは、主に受信器の電子部品により生成される１／ｆのノイズに起因し、クラタノイズ（clutter noise）は、周囲の対象物からの反射に起因する。このクラタノイズの成分のスペクトルは、反射対象物の特性に左右され、例えば、多くの素子はＡＣ線の周波数と同期するような周期的反射波を生成する。この正確な周波数サブキャリアを用いることにより、受信器内でノイズを大幅に減少させるナロウバンドのフィルタ処理が行える。
【００１０】
本発明は、変調された後方散乱システムのＳ／Ｎ比を大幅に改善するものであり、これに関しは以下に説明する。中央シーリングノード１０において、無線信号ソース１１は、アンテナ１４を介して、連続波（ＣＷ）の単一信号周波数の下り信号パス１６をＥＳＬタグ上りサブシステム２０に送信する。このＥＳＬタグ上りサブシステム２０は、この下り信号パス１６を変調し、後方散乱する。ＥＳＬタグ上りサブシステム２０内において、水晶発振器２７は、正確な周波数ソースでサブキャリア生成器２６により用いられて、基準周波数に基づいたサブキャリア周波数を生成する。水晶発振器２７を用いているために、本発明のサブキャリア生成器２６は、非常に正確なサブキャリア周波数（１Ｈｚ未満の誤差でもって）を生成できる。このサブキャリア生成器２６は、水晶発振器２７の周波数を所望のサブキャリア周波数（ｆ2）までカウントダウンする周波数逓倍器／カウンタ合成器３１でもよい。このサブキャリア生成器２６は、また基準周波数の整数倍の周波数を生成する周波数逓倍器でもあり、あるいはまた周波数逓倍器、およびカウンタカスケードでもよい。別法として、周波数合成器とも機能することができる。
【００１１】
この変調器２４は、サブキャリア生成器２６により生成されたサブキャリア周波数（ｆ2）を用い、それを上り情報信号２５を用いて変調して、変調信号を生成する。この変調されたサブキャリア信号は、増幅器２３により増幅され、電圧制御反射器／検波器２２に入力される。この電圧制御反射器／検波器２２を用いて、この変調されたサブキャリア信号をアンテナ２１上の下り信号パス１６になるよう変調し、かくして、ＣＷ信号ｆ1に関し、正確な周波数（ｆ1±ｆ2）で、一対以上のサイドバンド信号（変調反射信号２１０）を有する上り信号パス１７を生成する。これらのサイドバンド信号は、位相シフトキーイング、あるいは周波数シフトキーイング等の従来の変調技術を用いて、上り情報信号で変調される。１ビットの情報のみがシーリングノードに返送されることが必要な場合には、周波数（ｆ1±ｆ2）のサイドバンド信号としてのＣＷオーディオトーンの存在、あるいは不存在によりそれは表すことができる。
【００１２】
上り信号パス１７が中央シーリングノード１０で受信されると、この信号はホモダイン受信器１２を用いて検波される。これは通常変調後方散乱システムを用いて行われる。無線信号ソース１１は、基準信号（ＣＷ周波数ｆ1）をホモダイン受信器１２に転送する。このホモダイン受信器１２の出力は、変調信号ｆ2で、この変調信号はその後ナロウバンド復調器１３でもって復調される。このナロウバンド復調器１３の出力は、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０からの上り情報信号２５でさらに処理されるため、プロセッサ１８に転送される。
【００１３】
本発明によれば、ナロウバンド復調器１３は、ナロウバンドフィルタ１９（バンド幅２２０）を用いて、この変調されたサブキャリア信号ｆ2をフィルタ処理する。ＥＳＬタグ上りサブシステム２０の水晶発振器２７は正確な周波数を出力するために、この変調されたサブキャリア信号は、非常に正確な周波数ｆ2を有するために可能である。このような状況において、ナロウバンドフィルタ１９のバンド幅は上り情報信号２５のバンド幅にほぼ等しい。例えば、上り情報信号２５のデータ速度が数ビット／秒の場合には、数Ｈｚのバンド幅でナロウバンドフィルタ１９は可能となる。
【００１４】
これらのナロウバンドフィルタ１９は、通常のアナログフィルタ技術を用いて、あるいは、プログラム可能なデジタル信号プロセッサ５１のような公知のデジタルフィルタ技術を用いて実現できる。来入する下り信号パス１６（下り信号パス１６上で）正確に制御されたサブキャリア周波数を変調することにより、正確なサブキャリア周波数ｆ2を生成するために、水晶発振器２７を用い、その後中央シーリングノード１０内の変調された後方散乱信号１７を再生すると、本発明の変調後方散乱システムに対し、数桁以上の改善が得られる。すなわち、本発明のシステムの満足できる動作は従来システムのＳ／Ｎ比よりも数桁性能の悪いＳ／Ｎ比を生成する装置を用いても得ることができることになる。このように、本発明のＳ／Ｎ比の要件が緩和されたことは、スーパーマーケット全体に対し、全てのＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０を信頼性高くカーバするような中央シーリングノード１０を最小の数を用いるだけで、経済的なＥＬＳシステムを構築できる可能性があることになる。このことは、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０−４０が、信頼性のある上り信号１７を送信できることになり、これにより、商品の値段の更新ができるようになる。このように、上り信号の伝送の信頼性が増すことにより、スーパーマーケットとその顧客がＥＳＬのタグに表示された値段がスキャナのデータベースの値段と同一であると確信させることができる。このことは顧客の満足を得るために、ＥＳＬシステムにとっては必要なことである。
【００１５】
ナロウバンド復調器１３内のナロウバンドフィルタ１９がＳ／Ｎ比を改善するには２つの方法がある。その内の１つである（ａ）ノイズがナロウバンドフィルタ１９を通過する量を減らすことである。また、（ｂ）スーパーマーケットにおいては、ノイズの主なソースは周辺に配置された電子装置からの不要の反射（干渉）を減らすことである。特に、蛍光灯は重大なノイズ源である。このような装置からのノイズは、ラインスペクトルを示す傾向があり、これにより、多くのノイズエネルギーは、狭い周波数バンド、すなわち、ラインに集中する。ＡＣ電源で駆動される蛍光灯からのノイズは、狭い周波数バンド（例、周波数２３０と２４０）で発生し、これはＡＣ周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）の整数倍である。上り信号のバンド幅２２０をそのようなラインのスペースよりもはるかに狭くすることにより、サブキャリアの周波数をノイズライン２３０と２４０との間の周波数になるように選択して、それらからはるかに離して、この種のタイプのノイズ周波数を上り信号が回避できるようにすることもできる。
【００１６】
本発明の他の実施例においては、公知の「くし波」フィルタ（フィルタ１９として）を用い、これにより、ノイズのスペクトルラインを選択的に減衰させ、くし波フィルタに起因するひずみが存在しても、受信信号を復調できる受信器がそれを後で処理するようにする。この場合、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０内の水晶発振器を用いることは、上記のひずみを存在する中で、信号を検波できるようにするための周波数精度を達成するために必要である。
【００１７】
公知の回路を用いて、中央シーリングノード１０の無線信号ソース１１と、ホモダイン受信器１２と、ナロウバンド復調器１３と、ナロウバンドフィルタ１９と、プロセッサ１８と、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０の電圧制御反射器／検波器２２と、復調器２９と、増幅器２３と、変調器２４と、サブキャリア生成器２６と、水晶発振器２７とを構成することもできる。
【００１８】
上記の本発明の説明は、ＥＳＬシステムを用いて説明したが、本発明は上りパス（素子により反射され、変調されるパス）の範囲を拡張するために、変調後方散乱を利用した如何なる無線システムにも適用できるものである。それ故に、本発明はＥＳＬシステムに限定されるものではなく、さらに、また表示装置を有するタグ上の素子について、限定されるものでもなく、また変調後方散乱システムに幅広く利用できるものである。
【００１９】
【発明の効果】
上りパスにおけるナロウバンド信号を利用することは、システムの全体の上りの容量に悪影響を及ぼすことではない。その理由は、異なるＥＳＬタグ（２０と４０）を異なる上りサブキャリア周波数（図２のｆ2とｆ3）を用いて、同時に送信できるように構成することができるからである。これらの周波数が中央シーリングノード１０内のナロウバンド復調器１３により用いられたナロウバンドフィルタ１９のバンド幅２２０よりも大きなバンド幅２６０により分離されている限り、１つＥＳＬタグからの個別の信号（すなわち、ＥＳＬタグ上りサブシステム２０からの信号２１０）は、他のＥＳＬタグからの信号（ＥＳＬタグ上りサブシステム４０からの信号２７０）と干渉することなしに復調することができる。プロセッサ１８を用いることにより、中央シーリングノード１０は大きな全バンド幅を占有する多数の上り信号（ｆ2、ｆ3）を同時にフィルタ処理し、そして、復調して、大きな情報容量を提供することができる。
【００２０】
ナロウバンドの上りリンクの限られた状態、すなわち、存在するか存在しないかという状態は、上り通信を２つの状態に制限するものではない。「ＥＳＬタグ上りサブシステム２０の疑問」というゲームのような場合には、連続的な上りリンクを用いて、完全な情報を送信することもできる。
【００２１】
周波数ｆ2、ｆ3、…の幾つかのＥＳＬタグが上り信号を送信する代わりに、１つのＥＳＬタグが同時に複数の上りリンク周波数に応答することも可能である。このようにして、上りリンクは、多数状態シンボル（４−ビットシンボルｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）となり得、そして、より多くの情報が所定の時間内に送信することもできる。これらの周波数は、蛍光灯からのノイズを回避するよう選択するのが好ましい。
【００２２】
シーリングレシーバは、他の上りリンク周波数に近い上りリンク周波数ｆ6を受信することができるが、この上りリンク周波数ｆ6は如何なるＥＳＬタグからの上りリンク信号の存在を有するものではない。そのため、周波数ｆ6における上りリンクは、周波数ｆ1における上りリンクが存在するか否かを検知するためのしきい値を形成するための「ノイズ」基準として機能することができる。ここにおける仮定は如何なる干渉もバンド幅においてより広く、周波数ｆ1からｆ5にわたるものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】中央のシーリングノードと複数のＥＳＬタグ等を有するＥＳＬシステムのブロック図。
【図２】シーリングノードからとＥＳＬタグから送信された信号を表す図。
【符号の説明】
１０ 中央シーリングノード
１１ 無線信号ソース
１２ ホモダイン受信器
１３ ナロウバンド復調器
１４ アンテナ
１５ 下り情報信号
１６ 下り信号パス
１７ 上り信号パス
１８ プロセッサ
１９ ナロウバンドフィルタ
２０、４０ ＥＳＬタグ上りサブシステム
２１ アンテナ
２２ 電圧制御反射器／検波器
２３ 増幅器
２４ 変調器
２５ 上り情報信号
２６ サブキャリア生成器
２７ 水晶発振器
２９ 復調器
３１ 周波数逓倍器／カウンタ合成器
５１ デジタル信号プロセッサ
Claims (28)
- トランシーバノードを有する無線通信システムにおいて、
（Ａ）無線信号を送信する手段と、
（Ｂ）ＡＣ電力の周波数の整数倍でない周波数を有する正確な周波数サブキャリア信号を生成する手段と、
（Ｃ）前記サブキャリア信号を情報信号でもって、変調する手段と、
（Ｄ）変調反射無線信号を生成するために、前記ステップにより変調されたサブキャリア信号に応答して、前記無線信号の反射を変化させる手段と、
（Ｅ）前記変調サブキャリア信号を得るために、前記反射無線信号を受信し、検波する手段と、
（Ｆ）デジタル信号プロセッサを有し、前記変調されたサブキャリア信号をフィルタ処理するナロウバンドフィルタ手段と、
（Ｇ）前記変調サブキャリア信号を復調する手段と、
かならり、前記（Ｇ）の復調手段は、前記情報信号を得るために、ＡＣ電力の周波数以下のバンド幅を受信する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 前記（Ｂ）の手段は、正確な周波数サブキャリア信号を得るために、水晶発振器を有する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - （Ｈ）正確な周波数サブキャリア信号を生成するために、水晶発振器周波数をカウントダウンするカウンタ手段
をさらに有することを特徴とする請求項２のシステム。 - （Ｉ）正確な周波数サブキャリア信号を生成するために、水晶発振器周波数を逓倍（ていばい）する周波数逓倍手段
をさらに有することを特徴とする請求項２のシステム。 - （Ｊ）水晶発振器周波数から正確な周波数サブキャリア信号を生成する周波数合成器
をさらに有することを特徴とする請求項２のシステム。 - （Ｋ）水晶発振器周波数から正確な周波数サブキャリア信号を生成する周波数逓倍装置とカウンタ手段
をさらに有することを特徴とする請求項２のシステム。 - 前記（Ｅ）の手段は、前記変調サブキャリア信号を得るために、前記反射無線信号を検波するホモダイン受信器を有する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - 前記（Ｃ）の手段は、サイドバンドを有する変調サブキャリア信号を生成する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - 前記（Ｃ）の手段は、そこに入力される複数のサブキャリア周波数の１つを変調する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - 前記（Ｇ）の手段は、前記変調サブキャリア信号をフィルタ処理するくし波フィルタを有する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - 前記くし波フィルタ手段は、複数のサイドバンド周波数を変調し検波する
ことを特徴とする請求項１０のシステム。 - 前記（Ｇ）の手段は、前記変調サブキャリア信号をフィルタ処理するデジタル信号プロセッサ手段を有する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - 前記デジタル信号プロセッサ手段は、複数のサイドバンド周波数を復調し検波する
ことを特徴とする請求項１２のシステム。 - 前記（Ｂ）の手段は、複数のサブキャリア信号を生成する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - 前記（Ｅ）の手段は、サブキャリア信号が存在しない周波数での信号強度を検知を有する
ことを特徴とする請求項１のシステム。 - 無線通信装置において、
（Ａ）無線信号を送信する手段と、
（Ｂ）前記無線信号の反射変調信号を受信する手段と、
前記変調無線信号は、ＡＣ電力の周波数の倍数の周波数の間の周波数を有する情報変調サブキャリア信号でもって変調され、
（Ｃ）前記情報変調サブキャリア信号を得るために、デジタル信号プロセッサを有し、前記受信した変調無線信号をフィルタ処理するナロウバンドフィルタ手段と、
（Ｄ）情報信号を得るために、前記情報変調サブキャリア信号を復調する手段と、前記復調する手段はＡＣ電力周波数以下のバンド幅を受信する
からなることを特徴とする無線通信装置。 - 前記（Ｂ）の手段はホモダイン受信器である
ことを特徴とする請求項１６の装置。 - 前記（Ｄ）の手段は、前記受信反射無線信号をフィルタ処理するくし波フィルタである
ことを特徴とする請求項１６の装置。 - 前記くし波フィルタは複数のサイドバンド周波数を復調し、検波する
ことを特徴とする請求項１８の装置。 - 前記デジタル信号プロセッサ手段は、複数のサイドバンド周波数を復調し、検波する
ことを特徴とする請求項１６の装置。 - 無線通信装置において、
（Ａ）ＡＣ電力周波数の倍数の間の周波数を有する正確な周波数サブキャリア周波数を生成する手段と、
（Ｂ）変調信号を生成するために、前記サブキャリア信号を情報信号でもって変調する手段と、
（Ｃ）変調された反射無線信号を生成するために、前記変調信号に応答して、受信した単一周波数無線信号の反射を変更する手段と、
からなることを特徴とする無線通信装置。 - 前記（Ａ）の手段は、水晶発振器である
ことを特徴とする請求項２１の装置。 - 前記（Ｂ）の手段はサイドバンドを有する変調信号を生成する
ことを特徴とする請求項２１の装置。 - （Ｈ）正確な周波数サブキャリア信号を生成するために、水晶発振器周波数をカウントダウンするカウンタ手段
をさらに有することを特徴とする請求項２２の装置。 - （Ｉ）正確な周波数サブキャリア信号を生成するために、水晶発振器周波数を逓倍する周波数逓倍手段
をさらに有することを特徴とする請求項２２の装置。 - （Ｊ）水晶発振器周波数から正確な周波数サブキャリア信号を生成する周波数合成器
をさらに有することを特徴とする請求項２２の装置。 - （Ｋ）水晶発振器周波数から正確な周波数サブキャリア信号を生成する周波数逓倍装置とカウンタ手段
をさらに有することを特徴とする請求項２２の装置。 - 前記生成手段は複数のサブキャリア信号を生成する
ことを特徴とする請求項２１の装置。
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