JP3764958B2 - 後方散乱システム呼びかけ機の通信方法、および後方散乱通信システム - Google Patents

後方散乱システム呼びかけ機の通信方法、および後方散乱通信システム Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムに関する。より詳細には、この発明は後方散乱通信システムに関する。
【0002】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
後方散乱通信システムは従来から知られている。後方散乱システムでは、呼びかけ機等の一つのトランスポンダが、遠隔通信装置にコマンドを送出する。呼びかけ機がコマンドを送信し応答を待っているとき、その呼びかけ機はCWモード(連続波モード)に切り替わる。連続波モードでは、呼びかけ機は情報を全く送らない。ただし、その呼びかけ機は、所定の周波数の電磁波だけを送る。つまり、その呼びかけ機が送る信号は変調されていない。遠隔通信装置が呼びかけ機からコマンドを受け取ると、その遠隔通信装置はコマンドを処理する。後方散乱システムの遠隔通信装置は、RF波の吸収と反射を切り替えることで連続波を変調する。例えば、遠隔通信装置は、呼びかけ機からの信号を交互に反射したり反射しなかったりして、その応答を送る。二等分したダイポール・アンテナを互いに短くするか遠ざけることにより、その連続波を変調できる。
【0003】
後方散乱システムの一例は、共通割り当て米国特許出願番号第08/705,043号、出願日1996年8月29日に説明されており、参考のためにここに示す。後方散乱システムの別の例は、米国特許第5,649,296号、MacLellanなどに説明されており、同様に参考のためにここに示す。
【0004】
後方散乱システムにおいて、反射した後方散乱信号は、遠隔通信装置と呼びかけ機の間の距離が未知であるので、いずれかの位相で呼びかけ機に戻る。位相は距離の関数である。従って、IQ周波数逓降変換器(例えば直交周波数逓降変換器)を呼びかけ機内に有する。IQ周波数逓降変換器において、その反射した後方散乱信号と局所信号を混合して同位相の信号Iを生成する。その局所信号または反射信号のどちらかを90°位相シフトして直交信号Qを生成した後、その反射した後方散乱信号と局所信号を混合する。その反射した後方散乱信号を局所信号と混合すると、その反射した後方散乱信号の位相に応じて、正の電圧、負の電圧、または電圧が全くない状態になる。周期的な信号がピークに到達したとき、同じ信号を90°位相シフトしたものが0になる。位相シフトなしで反射信号を混合するのと同様に、90°の位相シフトで混合することにより、信号がI出力、Q出力、または両方の所定のどこかで見出される。IQ周波数逓降変換器は、米国特許第5,617,060号、Wilsonなどに説明されており、参考のためここに示す。
【0005】
回路は一般に、様々な処理段階でI信号とQ信号の各々に接続し、その結果生じる信号は、一つのチャネルに結合する。これは、回路の重複に関連する。
【0006】
後方散乱通信の一用途として、高周波識別装置等の無線電子識別システムがある。もちろん、後方散乱通信の他の用途も同様に存在する。現在最も利用されている高周波識別装置は、磁気結合システムを用いる。識別装置は通常、異なる複数の装置を区別するために固有の識別コードを有する。一般に、その装置は完全な受動型であり(電源を持たない)、小型で携帯型のパッケージとなる。しかし、このような識別システムは、装置に電源を供給し装置とやり取りするために使われる磁場の大きさが制限されるので、比較的狭い範囲でのみ動作可能である。
【0007】
他の無線電子識別システムは、大型基板レベルの能動型トランスポンダ装置を用い、監視する物体に取り付けて、呼びかけ機からの信号を受け取る。装置は、その信号を受け取り、応答信号を生成して送信する。呼びかけ信号と応答信号は一般に、高周波(RF)送信回路で生成されたRF信号である。能動型装置はそれら自体の電源を有し、呼びかけ機または読み取り機を近接させて、磁気結合を介して電源を受け取る必要はない。従って、能動型トランスポンダ装置は、鉄道車両等、呼びかけ機に近接させることができないものを追跡する必要がある用途により適していると言える。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、後方散乱システムで用いる呼びかけ機を提供する。この呼びかけ機は、後方散乱信号を受け取るように構成したアンテナを有する。IQ周波数逓降変換器はそのアンテナに接続し、後方散乱信号を周波数逓降して、I信号とQ信号を生成するように構成する。結合器はそのIQ周波数逓降変換器に接続し、I信号とQ信号を結合して、結合信号を生成するように構成する。アナログ・デジタル変換器はその結合器に接続して、結合信号をデジタル信号に変換するように構成する。
【0009】
この発明の一形態において、その結合器はアナログ結合器である。この発明の別の形態において、その結合器はIQ周波数逓降変換器に直接接続する。
【0010】
この発明の別の形態では、無線通信装置を有するシステムを提供する。この無線通信装置は、プロセッサを備えた集積回路を有する。この集積回路はさらに、メモリ、受信部、およびそのプロセッサに接続した後方散乱変調器を有する。このシステムはさらに、無線通信装置にコマンドを送信し、次にその無線通信装置に連続波を送って、後方散乱変調器で変調するように構成した呼びかけ機を有する。この呼びかけ機は、変調した後方散乱信号を無線通信装置から受け取り、I信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降変換器を有する。この呼びかけ機はさらに、その周波数逓降変換器に接続し、結合信号を生成する結合器を有する。
【0011】
この発明の一形態において、その結合器は周波数逓降変換器に直接接続する。
【0012】
この発明の別の形態では、後方散乱システムでの通信方法を提供する。この方法では、後方散乱信号を受け取る。その後方散乱信号は、IQ周波数逓降変換器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成する。このI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成する。この結合信号は、デジタル信号に変換される。
【0013】
I信号に接続する回路は、従来の設計ではQ信号用のものと重複していた。他の設計を行う前に、I信号とQ信号を結合することで回路の重複が減る。
【0014】
【この発明を実施するための最良の形態および発明の開示】
図1は、この発明を具現化した無線通信システム10を示している。通信システム10は、呼びかけ機26と、その呼びかけ機26とやり取りするホストコンピュータ48を有する。通信システム10はさらに、米国特許出願番号第08/705,043号、出願日1996年8月29日で開示されている装置のような無線通信装置12を有する。一実施例において、無線通信装置12は、Micron Communications,Inc.,3176 S.Denver Way,Boise,Idaho 83705から入手可能なMicrostamp(登録商標)集積回路等の無線識別装置を有する。呼びかけ機26は、RFリンク(例えば一実施例ではマイクロ波周波数)等の電磁リンクを介して、通信装置12とやり取りする。他の実施例も可能であるが、図の実施例では、通信装置12は受信器30と送信器32を備えたトランスポンダ16を有する。通信装置12はさらに、トランスポンダ16に接続して、そのトランスポンダ16に電力を供給する電源18を有する。通信装置12はさらに、トランスポンダ16に接続した少なくとも一つの無線送受信用のアンテナを有する。図の実施例では、通信装置12は、トランスポンダ16に接続し、トランスポンダ16で高周波送信するための少なくとも一つのアンテナ46と、トランスポンダ16に接続し、トランスポンダ16で高周波受信するための少なくとも一つのアンテナ44を有する。図の実施例において、送信アンテナ46はダイポール・アンテナであり、受信アンテナ44はループアンテナである。図の実施例において、トランスポンダ16は集積回路形態である。しかし、別の実施例では、トランスポンダ16の全ての回路を単一の集積回路に有する必要はない。
【0015】
電源18は、図の実施例では薄膜電池であるが、別の実施例では、他の形態の電源を用いることができる。電源18が電池である場合、その電池は適切な形態をとることができる。好ましくは電池の種類は、特定の用途での重さ、大きさ、および寿命要件に応じて選択される。一実施例において、電源18は断面の薄いボタン型セルであり、小さく薄いエネルギセルの形態であって、薄い断面が要求される腕時計や小型電子装置で広く用いられている。既存のボタン型セルは、一対の電極、つまり一方の面を構成する陽極と、他方の面を構成する陰極を有する。別の実施例では、その電池は、直列接続したボタン型電池の対を有する。
【0016】
通信装置12は、適切なハウジングまたはパッケージ内に有することができる。
【0017】
図2は、プラスチックまたは他の適切な材料を有するカード11の形態のハウジングの一例である。プラスチックカード11は、通信装置12を内蔵し、通信装置12を有する社員識別バッジ13を構成する。一実施例において、バッジ13の前面は識別文字に加えて、社員の写真または指紋等の視覚的な識別形状を有する。
【0018】
図3は、装置12を支持する別のハウジングの一例である。より詳細には図3は、装置12を取り囲み、所定の物体で支持可能な(例えば、物体から吊す、物体に取り付ける)タグを構成する小さなハウジング20を示している。
【0019】
二つの特定の種類のハウジングを開示したが、通信装置12は、適切ないずれのハウジングにも有することができる。通信装置12は小さく、カード、小型タグ等の小さなハウジングを用いる用途で役立つ。より大きなハウジングを用いることもできる。通信装置12は、適切なハウジングに内蔵され、所望の方法で物体から支持されたり、物体に取り付けられる。
【0020】
呼びかけ機26は、装置16に実装したものと同様、送受信回路と共に複数のアンテナを有する。ホストコンピュータ48は、呼びかけ機26とのマスタスレーブ関係のマスタとして機能する。ホストコンピュータ48は、呼びかけ機26を制御し応答を解釈するアプリケーション・プログラムと、高周波識別装置のアプリケーションまたはファンクション用ライブラリを有する。それらの機能の多くは、呼びかけ機26とやり取りする。これらの機能は、呼びかけ機26と通信装置12の間の高周波通信に影響する。
【0021】
通信システム10は、呼びかけ機26に接続した送信アンテナX1と受信アンテナR1を有する。動作中、呼びかけ機26は、アンテナX1を介して呼びかけ信号またはコマンド27を送信する(「送信リンク」)。通信装置12は、そのアンテナ44を介して入力呼びかけ信号を受け取る。信号27を受け取ると、通信装置12は、応答信号またはリプライ29を生成して送信することで応答する(「返信リンク」)。呼びかけ機26は、下記により詳しく説明する。
【0022】
一実施例において、通信装置12に接続した物体または人間を識別できるように、応答信号29は、送信中の特定の装置12を一意的に識別またはラベル付けする情報と共にコード化される。
【0023】
図1に示した実施例では、複数の通信装置12を用いることもできるが、複数の装置12の間ではやり取りはない。ただし、複数の通信装置12は、呼びかけ機26とやり取りする。図1は、図3のハウジング20内にある通信装置12を示している。この装置は、装置12が図2のハウジング10や他の適切なハウジング内に配置されていれば同様な方法で動作する。複数の通信装置12は、呼びかけ機26の同じ領域内(つまり、呼びかけ機26の通信範囲内)で用いることができる。同様に、複数の呼びかけ機26は、一つまたは複数の装置12に近接させることができる。
【0024】
上記のシステム10は、そのシステム10を用いてより広範囲が有効となり、(識別番号だけでなく)より多くの情報が得られるので、磁場効果システムを用いる従来の装置より有利である。
【0025】
その結果、このようなシステム10を用いて、例えば、個別に識別する必要がある多くの個々の製品を備えた大型倉庫の在庫品を監視し、大口のタグ付き製品内に特定の品目があるかどうかを確認できる。
【0026】
図4は、図1〜3の装置内で用いられるトランスポンダ16の概略的な回路図である。図4に示した実施例において、トランスポンダ16はモノリシック集積回路である。より詳細には、図の実施例において、集積回路16は、大きさ209mil×116mil(約5.31mm×2.95mm)の単一のダイを有し、受信器30、送信器32、マイクロ・コントローラまたはマイクロ・プロセッサ34、ウェイクアップタイマおよび論理回路36、クロック修復およびデータ修復回路38、バイアス電圧および電流源42を有する。
【0027】
一実施例において、通信装置12は、「スリープ」モード動作と高出力モードを切り替えて、装置12が呼びかけ信号27を受け取っていない時間帯には、ウェイクアップタイマおよび論理回路36を用いて、エネルギーを節約し電池寿命を伸ばす。
【0028】
一実施例において、スペクトラム拡散処理回路40をトランスポンダ16内に有する。この実施例において、呼びかけ機26と通信装置12で送受信される信号は、変調したスペクトラム拡散信号である。他の実施例も可能である。
【0029】
多くの変調技術では、必要な伝送帯域幅を最小にする。しかし、図の実施例で用いられるスペクトラム拡散変調技術は、必要最低限の信号帯域幅より数桁大きな伝送帯域幅を必要とする。スペクトラム拡散変調技術は、使用者が一人の場合は帯域的に非効率であるが、簡単な高周波識別システム24において複数の使用者がいる場合は有利である。図の実施例のスペクトラム拡散変調技術は、呼びかけ信号を、同じ周波数で動作する他の信号(例えば、レーダ、電子レンジなど)と区別できるので有利である。通信装置12と呼びかけ機26から送られるスペクトラム拡散信号は擬似ランダムであり、デジタル・コマンドまたはリプライと比べて擬似雑音性を有する。拡散波形は、擬似雑音つまり擬似乱数(PN)数列またはコードで制御する。PNコードは、ランダムに現れる2進数列であるが、装置12によって所定の方法で再生される。より詳細には、入力スペクトラム拡散信号は、通信装置12自体または呼びかけ機26自体の各々で生成した所定の種類の擬似ランダム・キャリアとの相互相関を介して、通信装置12と呼びかけ機26で復調する。正確なPN数列との相互相関は、スペクトラム拡散信号を収束させ、同じ狭い帯域で変調したメッセージを元のデータに復元する。
【0030】
擬似雑音つまり擬似ランダム数列(PN数列)は、一定期間にわたってランダム2進数列の自己相関と類似する自己相関を備えた2進数列である。擬似雑音数列の自己相関はまた、帯域制限された白色雑音の自己相関ともほぼ類似する。擬似雑音数列は、ランダム2進数列と類似する多くの特徴を有する。例えば、擬似雑音数列はほぼ等しい数の0と1を有し、その数列をシフトしたものとの間の相関が非常に低く、いずれの二つの数列の間の相互相関も非常に低い。擬似雑音数列は通常、順序論理回路を用いて生成される。例えば、擬似雑音数列は、フィードバック・シフトレジスタを用いて生成される。
【0031】
フィードバック・シフトレジスタは、二つの状態メモリとフィードバック論理の連続的な段階を有する。2進数列は、クロックパルスに応じてシフトレジスタを介してシフトされ、様々な段階の出力を論理的に結合し、第一段階の入力にフィードバックする。記憶段階とフィードバック論理回路の最初の内容が、そのメモリの連続的な内容を決定する
【0032】
図の実施例は、直接シーケンス・スペクトラム拡散変調を用いている。直接シーケンス・スペクトラム拡散(DSSS)システムは、擬似雑音生成器で生成した擬似雑音数列に、ベースバンド・データパルスを直接乗算することでベースバンドデータを拡散する。単一のパルス、つまりPN波形シンボルは、「チップ」と呼ばれる。同期化したデータシンボルは、情報ビットまたは2進チャネル・コードシンボルであるが、変調前にそのチップに2を法として加算される。その受信器は復調を行う。例えば、一実施例においてデータは振幅変調される。コード同期化が受信器で行われると仮定すると、その受け取った信号は広帯域フィルタを通過し、PNコード数列の局所複製と乗算される。この乗算によって収束信号が得られる。
【0033】
擬似雑音数列は通常、奇数のチップ長である。図の実施例において、1ビットのデータは31チップの数列で表現する。0ビットのデータは、擬似雑音数列を反転することで表現する。
【0034】
スペクトラム拡散技術も、「Spread Spectrum Systems」(スペクトラム拡散システム)、R.C.Dixon、出版John Wiley and Sons,Inc.に開示されている。
【0035】
動作中、呼びかけ機は、所定の中心周波数(例えば、2.44GHz)の周りで拡散するコマンドを送出する。呼びかけ機がそのコマンドを受け取り、応答を待っているとき、その呼びかけ機はCWモード(連続波モード)に切り替わる。連続波モードにおいて、その呼びかけ機は2.44GHzの電磁波のみを送る。つまり、呼びかけ機から送られる信号は変調されていない。通信装置12が呼びかけ機からのコマンドを受け取ると、通信装置12はそのコマンドを処理する。通信装置12が後方散乱モードであれば、その呼びかけ機からの信号を交互に反射したり反射しなかったりして、そのリプライを送信する。例えば、図の実施例では、二等分したダイポール・アンテナを互いに短くするか遠ざけることによりリプライを送信する。
【0036】
呼びかけ機がコマンドを通信装置12に送るとき、そのコマンドが通信装置12で実行されたかどうか、そのコマンドが実行されたことを呼びかけ機が知っているかどうかということが重要である。従って、呼びかけ機がコマンドを通信装置12に送ったとき、その呼びかけ機が十分確実にリプライを得られるように、送信リンクより返信リンク上により多くのマージンを有することが望ましい。そうでない場合、通信装置12が通信範囲の周辺にあると、呼びかけ機からコマンドを受け取り、その動作モードを変更しても、その呼びかけ機は通信装置12からの承認を受け取ることができないかもしれない。返信リンクより送信リンク上により多くのマージン後有することが望まれるシナリオもあり得る。従って、図の実施例では、下記に詳しく説明するように、送信リンク用の出力レベルは、受信リンク上の出力レベルとは独立に設定できる。
【0037】
一実施例において、集積回路16全体のクロックは、クロック修復およびデータ修復回路38によって、入力メッセージ自体から抽出する。このクロックは、入力メッセージから修復され、マイクロ・コントローラ34およびチップ上の他の全てのクロック回路のタイミング用として用いられ、送信器がアクティブモードで動作しているか、後方散乱モードで動作しているかに応じて、送信器キャリアまたはサブキャリアを抽出するためにも用いられる。
【0038】
クロックの修復に加えて、クロック修復およびデータ修復回路38は、有効な入力信号上でのデータの修復も行う。有効スペクトラム拡散入力信号は、スペクトラム拡散処理回路40を通過し、スペクトラム拡散処理回路40は、その入力信号から実際の1と0のデータを抽出する。より詳細には、スペクトラム拡散処理回路40は、スペクトラム拡散信号からチップを取り出し、31個のチップ領域を1ビットの1または0まで減らし、マイクロ・コントローラ34に送る。
【0039】
マイクロ・コントローラ34は、そのビットをスペクトラム拡散処理回路40から受け取るシリアル・プロセッサまたは入出力装置を有する。マイクロ・コントローラ34は、さらに誤り訂正を行う。より詳細には、修正ハミングコードを用い、ここでは、各8ビットのデータは、誤り訂正用のマイクロ・コントローラ34が用いる5個のチェックビットを伴っている。マイクロ・コントローラ34はさらにメモリを有し、データ訂正の実行後、そのマイクロ・コントローラ34が、メモリ内にバイト毎にそのデータビットを格納する。これらのバイトは、呼びかけ機26から送られたコマンドを有する。マイクロ・コントローラ34は、そのコマンドに応答する。
【0040】
例えば、呼びかけ機26は、その領域内の通信装置12であればどれでも、その装置の識別番号で応答するように要求するコマンドを送信することができる。その通信装置12が応答するとき、状態情報も通信装置12から呼びかけ機26に返される。
【0041】
送られたリプライは、入力メッセージのフォーマットと同様のフォーマットを有する。より詳細には、リプライは導入部(例えば、アクティブモードでは全て0、後方散乱モードでは0011の繰返し)で始まり、Barkerコードまたはスタートコードと実際のデータが続く。
【0042】
入力メッセージと出力リプライは好ましくはさらに、集積回路16または呼びかけ機12がメッセージまたはリプライ全体を受け取ったことを確認できるように、チェックサムまたは冗長コードを有する。
【0043】
呼びかけ機26は、ホストコンピュータとトランスポンダ16の間の通信リンクを提供する。呼びかけ機26は、IEEE−1284拡張パラレルポート(EPP)を介してホストコンピュータ48に接続する。呼びかけ機は、RFアンテナX1、R1を介してトランスポンダ16とやり取りする。
【0044】
最長擬似雑音(PN)数列は、送信リンク内の直接シーケンス・スペクトラム(DSSS)通信スキームで使われる。一実施例において、この数列は線形フィードバック・シフトレジスタで生成される。これは、循環する複数の「チップ」数列を生成する。
【0045】
0ビットは、PN数列全体の1サイクルを反転させたものとして送られる。1ビットは、PN数列全体の1サイクルを反転させないものとして送られる。
【0046】
コマンドを送った後、その呼びかけ機は、周波数2.44175GHzで非変調の連続RF信号を送る。返信リンクのデータは、周波数596.1kHzの方形波のサブキャリア上で変調された差動位相偏移変調(DPSK)である。データ0は任意の位相に対応し、データ1は第一の位相から180°シフトさせた別のものに対応する。このサブキャリアは、トランスポンダ16のアンテナ・インピーダンスを変調するために用いられる。単一のダイポール・アンテナの場合、そのダイポール・アンテナを二等分した間のスイッチを開閉する。スイッチを閉にすると、アンテナは単一の1/2波長アンテナと電気的に等価となり、呼びかけ機から送られた出力の一部を反射する。スイッチを開にすると、アンテナは1/4波長アンテナと電気的に等価となり、呼びかけ機から送られた出力をほとんど反射しない。一実施例において、ダイポール・アンテナは、印刷式マイクロ・ストリップ1/2波長ダイポール・アンテナである。
【0047】
一実施例において(図5参照)呼びかけ機26は、拡張パラレルポート(EPP)回路50、DPSK(差動位相偏移変調)回路52、およびRF(高周波)回路54を有し、同様に電源(図示せず)およびハウジングまたはシャーシ(図示せず)を有する。図の実施例において、拡張パラレルポート回路50、DPSK回路52、およびRF回路54は各々、回路カード・アセンブリ(CCA)を構成する。呼びかけ機は、EPPモードでIEEE−1284互換ポートを用いて、ホストコンピュータ48とやり取りする。EPP回路50は、トランスポンダ16を用いてメッセージの送受信を調整するために必要なデジタル論理を提供する。EPP回路50は、ホストコンピュータ48から送るデータを蓄えて、そのデータをシリアルデータに変換しコード化する。EPP回路50は、次にトランスポンダ16からのデータを待ち、それをパラレルデータに変換し、ホストコンピュータ48に送る。一実施例において、メッセージは最大64バイトのデータを有する。
【0048】
EPPモードインタフェースは、ホスト装置で制御した非同期、インタロック、バイト幅、双方向チャネルを提供する。このEPPモードによって、ホストコンピュータは、ホストコンピュータの1CPU I/Oサイクル(一般に0.5μs/byte)内で、呼びかけ機と1データバイトを高速で転送できる。
【0049】
DPSK回路52は(図6参照)は、RF回路54(下記に説明)から信号I、Qを受け取り、これらの信号はDPSK変調したサブキャリアを含む。DPSK回路52は、I信号とQ信号に接続した結合器64を有し、アナログ信号を結合して結合信号85を生成する。結合器64は、信号I、Qの一方を90°シフトするように構成した移相器87を有し、その後、それらの信号は加算器89内で結合される。結合器64は、アナログ直交結合器である。図の実施例において、結合器64は、直交周波数逓降器84(図7)に直接接続する。
【0050】
DPSK回路52はさらに、結合器64に接続し、結合信号85を増幅して、増幅信号90を生成するように構成した増幅器86を有する。DPSK回路52はさらに、増幅器86に接続し増幅信号90を増幅して、二倍に増幅した信号91を生成するように構成した自動利得制御回路88を有する。図の実施例において、自動利得制御回路88は電圧制御増幅器を有する。
【0051】
DPSK回路52はさらに、自動利得制御回路88に接続し、結合信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器72を有する。
【0052】
DPSK回路52はさらに、自動利得制御回路88に接続し、信号91をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器72を有する。DPSK回路52はさらに、アナログ・デジタル変換器72に接続し、データクロックを再生するビット同期化器74を有する。DPSK回路52はさらに、ローパス・フィルタ72に接続し、ロック検出信号を生成するロック検出回路76を有する。このデータ、クロック、およびロック検出信号は、EPP回路50に送られる。
【0053】
RF回路54(図7参照)は、送受信アンテナX1、R1と接続する。このRF回路は、トランスポンダ16に送信するデータを変調し、トランスポンダ16に後方散乱通信を行う連続波(CW)キャリアを提供し(後方散乱通信が用いられている場合)、トランスポンダ装置から信号を受け取り、受け取った信号を周波数逓降する(これは一実施例では後方散乱信号である)。
【0054】
RF回路54はさらに、出力分割器73と、その出力分割器73に接続した周波数合成器75を有する。周波数合成器75は、RF連続波キャリアを調整する。RF回路は送信器を構成し、EPP回路50からのデータを受け取る。RF回路54は、EPP回路50からのデータを受け取り、そのデータをキャリア上で振幅変調する振幅変調(AM)スイッチ77を有する。より詳細には、AMスイッチ77が、RFのオンとオフを変える(オンオフキー)RF回路54はさらに、AMスイッチ77に接続した出力増幅器79を有し、その信号を増幅する。
【0055】
後方散乱モードの連続波(CW)送信中、AMスイッチ74は閉のままである。呼びかけ機26がCWモードで送信しているとき、トランスポンダ16は、DPSK変調サブキャリアでその信号を後方散乱する。この信号は、受信アンテナR1を介して受け取る。RF回路54はさらに、アンテナR1に接続し、受け取った信号を増幅する低雑音増幅器(LNA)82を有する。RF回路54はさらに、LNA82に接続し、受け取った信号を一体的に周波数逓降する直交周波数逓降器84を有する。この直交周波数逓降器は、受け取った信号を、周波数合成器75と90°位相シフトした信号から局所的に生成した信号と混合して、ベースバンド信号I、Qを生成する(同相信号と直交信号)。I信号とQ信号は、DPSK変調サブキャリアを有し、復調用のDPSK回路52(図6)に送られる。
【0056】
呼びかけ機26から通信装置12に送られるコマンドの一例はIdentifyコマンドである。
【0057】
Identifyコマンドは、一つまたは複数の装置12の識別確認を試みるときに用いられる。各通信装置12は、それ自体の識別番号「TagId」を有する。複数のタグがリプライに反応すれば、その呼びかけ機は誤ったリプライを受け取るだろう。複数のタグからのリプライを受け取ると、単一の通信装置12を分離するために裁定スキームが用いられる。
【0058】
WriteDigitalPortコマンドは、通信装置12の同期式シリアルポートにデータを書き込むために用いられる。
【0059】
WriteTagIdコマンドは、通信装置12のTagIdを更新するために用いられる。
【0060】
IdentifyAllコマンドは、そのシステムの通信範囲内に見出された通信装置12の数を返す。
【0061】
従って、呼びかけ機は、直交周波数逓降器に接続した結合器を有するように提供される。他の設計の前に、呼びかけ機内でI信号とQ信号を結合することで、回路の重複が減らされる。
【図面の簡単な説明】
この発明の好ましい実施例は、次の添付の図面を参照しながら説明する。
【図1】 この発明を具現化する通信システムを示すブロック図である。
【図2】 この発明の一実施例の社員バッジの正面図である。
【図3】 この発明の別の実施例の高周波識別タグの正面図である。
【図4】 図1のシステム内のトランスポンダの回路図である。
【図5】 この発明の一実施例の呼びかけ機のブロック図である。
【図6】 図5の呼びかけ機内のDPSK回路の回路図である。
【図7】 図5の呼びかけ機内のRF回路の回路図である。

Claims (77)

  1. 後方散乱信号を受け取るように構成したアンテナと、
    そのアンテナに接続し、後方散乱信号を周波数逓降してI信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降器と、
    そのIQ周波数逓降器に直接接続し、I信号とQ信号を結合して結合信号を生成する結合器と、
    その結合器に接続し、結合信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器を有する後方散乱システム呼びかけ機。
  2. 結合器が直交結合器である請求項1記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  3. 結合器がアナログ結合器である請求項1記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  4. さらに、結合器とアナログ・デジタル変換器の間に接続した増幅器を有し、その増幅器が、結合信号を増幅するように構成された請求項1記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  5. 後方散乱信号を受け取るように構成したアンテナと、
    そのアンテナに接続し、後方散乱信号を変換してI信号とQ信号を生成するように構成した直交周波数逓降器と、
    その直交周波数逓降器に直接接続し、I信号とQ信号を結合して結合信号を生成するように構成した結合器と、
    その結合器に接続し、結合信号を増幅するように構成した自動利得制御回路を有する後方散乱システム呼びかけ機。
  6. 結合器がアナログ直交結合器である請求項5記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  7. さらに、結合器に接続し、結合信号を増幅するように構成した増幅器を有する請求項5記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  8. 後方散乱信号を受け取るように構成したアンテナと、
    そのアンテナに接続し、後方散乱信号を変換してI信号とQ信号を生成するように構成した直交周波数逓降器と、
    その直交周波数逓降器に直接接続し、I信号とQ信号を結合して結合信号を生成するように構成した結合器と、
    その結合器に接続し、結合信号を増幅して増幅信号を生成するように構成した増幅器と、
    その増幅器に接続し、その増幅信号をさらに増幅するように構成した電圧制御増幅器を有する後方散乱システム呼びかけ機。
  9. 後方散乱信号を受け取るように構成したアンテナと、
    そのアンテナに接続し、後方散乱信号を周波数逓降してI信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降器と、
    そのIQ周波数逓降器に直接接続し、I信号とQ信号を結合して結合信号を生成する結合器と、
    その結合信号をデジタル信号に変換するように構成した、アナログ・デジタル変換器を有する後方散乱システム呼びかけ機。
  10. さらに、結合器とアナログ・デジタル変換器の間に接続した自動利得制御回路を有する請求項9記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  11. 結合器が直交結合器である請求項9記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  12. さらに、結合器とアナログ・デジタル変換器の間に接続した増幅器を有する請求項9記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  13. さらに、結合器に接続し、結合信号を増幅して増幅信号を生成するように構成した増幅器と、最初に述べた増幅器に接続し、その増幅信号をさらに増幅するように構成した電圧制御増幅器を有する請求項9記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  14. 呼びかけ機は、拡張パラレルポート回路を備えている請求項1から13の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  15. 呼びかけ機は、差動位相偏移変調回路を備えている請求項1から14の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  16. 差動位相偏移変調回路は、ビット同期化器を備えている請求項15記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  17. 差動位相偏移変調回路は、ロック検出回路を備えている請求項15又は16に記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  18. 結合器は、差動位相偏移変調回路の一構成要素である請求項15から17の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  19. 結合器は、増幅器、および位相器を備えている請求項1から18の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  20. 呼びかけ機は、高周波回路を備えている請求項1から19の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  21. 高周波回路は、出力分割器、およびその出力分割器に接続した周波数合成器を備えている請求項20記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  22. 高周波回路は、振幅変調スイッチを備えている請求項20又は21に記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  23. 高周波回路は、低雑音増幅器を備えている請求項20から22の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  24. 送信アンテナを備えている請求項1から23の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  25. 受信アンテナを備えている請求項1から24の何れかに記載の後方散乱システム呼びかけ機。
  26. プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを含む無線通信装置と、
    その無線通信装置にコマンドを送信し、次にその無線通信装置に、後方散乱変調器で変調するための連続波を送信するように構成した呼びかけ機を有するシステムであって、
    その呼びかけ機が、その無線通信装置からの変調した後方散乱信号を、I信号とQ信号に周波数逓降するように構成したIQ周波数逓降器と、そのIQ周波数逓降器に直接接続し、I信号とQ信号を結合して結合信号を生成するように構成した結合器と、その結合器に接続し、結合信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  27. 呼びかけ機が、マイクロ波周波数でコマンドを送信するように構成されている請求項26記載のシステム。
  28. 呼びかけ機が、マイクロ波周波数で連続波を送信するように構成されている請求項27記載のシステム。
  29. 無線通信装置が、トランスポンダに接続した内蔵型電源を有する請求項26記載のシステム。
  30. プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを含む無線通信装置と、
    その無線通信装置にコマンドを送信し、次にその無線通信装置に、後方散乱変調器で変調するための連続波を送信するように構成した呼びかけ機を有するシステムであって、
    その呼びかけ機が、その無線通信装置から、変調した後方散乱信号を受け取り、I信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降器を有し、
    その呼びかけ機がさらに、そのIQ周波数逓降器に直接接続し、結合信号を生成するように構成した結合器と、
    その結合器に接続し、結合信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  31. 呼びかけ機が、振幅変調信号を送るように構成されている請求項30記載のシステム。
  32. プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを含む無線通信装置と、
    その無線通信装置にコマンドを送信し、次にその無線通信装置に、後方散乱変調器で変調するための連続波を送信するように構成した呼びかけ機を有するシステムであって、
    その呼びかけ機が、その無線通信装置から、変調した後方散乱信号を受け取り、I信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降器を有し、
    その呼びかけ機がさらに、そのIQ周波数逓降器に直接接続し、結合信号を生成するように構成した結合器と、その結合器に接続し、増幅信号を生成するように構成した自動利得制御回路と、その自動利得制御回路に接続し、その増幅信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  33. プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを含む無線通信装置と、
    その無線通信装置にコマンドを送信し、次にその無線通信装置に、後方散乱変調器で変調するための連続波を送信するように構成した呼びかけ機を有するシステムであって、
    その呼びかけ機が、その無線通信装置から、変調した後方散乱信号を受け取り、I信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降器を有し、
    その呼びかけ機がさらに、そのIQ周波数逓降器に直接接続し、結合信号を生成するように構成したアナログ直交結合器と、その結合器に接続し、その結合信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  34. プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを含む無線通信装置と、
    その無線通信装置にコマンドを送信し、次にその無線通信装置に、後方散乱変調器で変調するための連続波を送信するように構成した呼びかけ機を有するシステムであって、
    その呼びかけ機が、その無線通信装置から、変調した後方散乱信号を受け取り、I信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降器を有し、
    その呼びかけ機がさらに、そのIQ周波数逓降器に直接接続し、結合信号を生成するように構成した結合器と、その結合器に接続し、増幅信号を生成するように構成した増幅器と、その増幅器に接続し、その増幅信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  35. プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを含む無線通信装置と、
    その無線通信装置にコマンドを送信し、次にその無線通信装置に、後方散乱変調器で変調するための連続波を送信するように構成した呼びかけ機を有するシステムであって、
    その呼びかけ機が、その無線通信装置から、変調した後方散乱信号を受け取り、I信号とQ信号を生成するように構成したIQ周波数逓降器を有し、
    その呼びかけ機がさらに、そのIQ周波数逓降器に直接接続し、結合信号を生成するように構成した結合器と、その結合器に接続し、増幅信号を生成するように構成した増幅器と、その増幅器に接続し、二倍の増幅信号を生成するように構成した電圧制御増幅器と、その増幅器に接続し、その二倍に増幅された増幅信号をデジタル信号に変換するように構成したアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  36. トランスポンダは、スペクトラム拡散処理回路を備えている請求項26から35の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  37. トランスポンダは、ウエイクアップタイマおよび論理回路を備えている請求項26から36の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  38. トランスポンダは、クロック修復およびデータ修復回路を備えている請求項26から37の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  39. トランスポンダは、マイクロ・コントローラまたはマイクロ・プロセッサを備えている請求項26から38の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  40. マイクロ・コントローラまたはマイクロ・プロセッサは、シリアル・プロセッサまたは入出力装置を備えている請求項39記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  41. 無線通信装置は、受信アンテナ、および送信アンテナを備えていることを請求項26から40記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  42. トランスポンダは、集積回路である請求項26から41の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  43. 呼びかけ機は、拡張パラレルポート回路を備えている請求項26から42の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  44. 呼びかけ機は、差動位相偏移変調回路を備えている請求項26から43の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  45. 差動位相偏移変調回路は、ビット同期化器を備えている請求項44記載のアナログ・デ ジタル変換器を有するシステム。
  46. 差動位相偏移変調回路は、ロック検出回路を備えている請求項44又は45に記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  47. 結合器は、差動位相偏移変調回路の一構成要素である請求項44から46の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  48. 結合器は、増幅器、および位相器を備えている請求項26から47の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  49. 呼びかけ機は、高周波回路を備えている請求項26から48の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  50. 高周波回路は、出力分割器、およびその出力分割器に接続した周波数合成器を備えている請求項49記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  51. 高周波回路は、振幅変調スイッチを備えている請求項49又は50に記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  52. 高周波回路は、低雑音増幅器を備えている請求項49から51の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  53. 呼びかけ機は、送信アンテナ、および受信アンテナを備えている請求項26から52の何れかに記載のアナログ・デジタル変換器を有するシステム。
  54. 後方散乱システム内の通信方法であって、
    後方散乱信号を受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号をデジタル信号に変換するが、
    デジタル信号に変換する前にその結合信号を増幅する通信方法。
  55. 直交結合器を用いて、I信号とQ信号を結合する請求項54記載の通信方法。
  56. アナログ結合器を用いて、I信号とQ信号を結合する請求項54記載の通信方法。
  57. 後方散乱システム内の通信方法であって、
    後方散乱信号を受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号をデジタル信号に変換するが、
    デジタル信号に変換する前にその結合信号を電圧制御増幅器で増幅する通信方法。
  58. 後方散乱システム内の通信方法であって、
    後方散乱信号を受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理直後にそのI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号に自動利得制御を行う通信方法。
  59. アナログ直交結合器を用いて、I信号とQ信号を結合する請求項58記載の通信方法。
  60. I信号とQ信号を結合した後、さらに増幅する請求項58記載の通信方法。
  61. 後方散乱システム内の通信方法であって、
    後方散乱信号を受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理直後にそのI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    そのI信号とQ信号の結合後に増幅して増幅信号を生成し、その増幅信号を電圧制御増幅器でさらに増幅する通信方法。
  62. 後方散乱システム内の通信方法であって、
    後方散乱信号を受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号をデジタル信号に変換する通信方法。
  63. 結合信号をデジタル信号に変換する前に、結合信号上でさらに自動利得制御を行う請求項62記載の通信方法。
  64. 結合信号をデジタル信号に変換する前に、アナログ直交結合器を用いてI信号とQ信号を結合する請求項62記載の通信方法。
  65. I信号とQ信号を結合した後、結合信号をデジタル信号に変換する前に、さらに増幅する請求項62記載の通信方法。
  66. I信号とQ信号を結合した後、増幅して増幅信号を生成し、結合信号をデジタル信号に変換する前に、その増幅信号を電圧制御増幅器でさらに増幅する請求項62記載の通信方法。
  67. 呼びかけ機と無線通信装置を含む後方散乱システム内の通信方法であって、その無線通信装置が、プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを有し、
    その呼びかけ機から無線通信装置にコマンドを送信し、
    その送信後、後方散乱変調器で変調するために、呼びかけ機から無線通信装置に連続波を送信し、
    その無線通信装置からの変調した後方散乱信号を呼びかけ機で受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号をデジタル信号に変換する通信方法。
  68. コマンド送信時に、マイクロ波周波数でそのコマンドを送信する請求項67記載の通信方法。
  69. 連続波の送信時に、マイクロ波周波数でその連続波を送信する請求項67記載の通信方法。
  70. さらにトランスポンダに内蔵型電源を接続する請求項67記載の通信方法。
  71. 呼びかけ機と無線通信装置を含む後方散乱システム内の通信方法であって、その無線通信装置が、プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを有し、
    その呼びかけ機から無線通信装置にコマンドを送信し、
    その送信後、後方散乱変調器で変調するために、呼びかけ機から無線通信装置に連続波を送信し、
    その無線通信装置からの変調した後方散乱信号を呼びかけ機で受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号をデジタル信号に変換する通信方法。
  72. コマンド送信時に、振幅変調信号を送る請求項71記載の通信方法。
  73. 呼びかけ機と無線通信装置を含む後方散乱システム内の通信方法であって、その無線通信装置が、プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを有し、
    その呼びかけ機から無線通信装置にコマンドを送信し、
    その送信後、後方散乱変調器で変調するために、呼びかけ機から無線通信装置に連続波を送信し、
    その無線通信装置からの変調した後方散乱信号を呼びかけ機で受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号に自動利得制御を行って増幅信号を生成し、その増幅信号をデジタル信号に変換するする通信方法。
  74. 呼びかけ機と無線通信装置を含む後方散乱システム内の通信方法であって、その無線通信装置が、プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを有し、
    その呼びかけ機から無線通信装置にコマンドを送信し、
    その送信後、後方散乱変調器で変調するために、呼びかけ機から無線通信装置に連続波を送信し、
    その無線通信装置からの変調した後方散乱信号を呼びかけ機で受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にアナログ直交結合器を使用することでI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合信号をデジタル信号に変換するする通信方法。
  75. 呼びかけ機と無線通信装置を含む後方散乱システム内の通信方法であって、その無線通信装置が、プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを有し、
    その呼びかけ機から無線通信装置にコマンドを送信し、
    その送信後、後方散乱変調器で変調するために、呼びかけ機から無線通信装置に連続波を送信し、
    その無線通信装置からの変調した後方散乱信号を呼びかけ機で受け取り、
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合後に増幅して増幅信号を生成し、その増幅信号をデジタル信号に変換するする通信方法。
  76. 呼びかけ機と無線通信装置を含む後方散乱システム内の通信方法であって、その無線通信装置が、プロセッサと、そのプロセッサに接続したメモリ、受信器、および後方散乱変調器を備えたトランスポンダを有し、
    その呼びかけ機から無線通信装置にコマンドを送信し、
    その送信後、後方散乱変調器で変調するために、呼びかけ機から無線通信装置に連続波を送信し、
    その無線通信装置からの変調した後方散乱信号を呼びかけ機で受け取り
    その後方散乱信号をIQ周波数逓降器で周波数逓降して、I信号とQ信号を生成し、
    その周波数逓降処理の直後にI信号とQ信号を結合して、結合信号を生成し、
    その結合後に増幅して増幅信号を生成し、その増幅信号を電圧制御増幅器でさらに増幅して二倍に増幅された増幅信号を生成し、その二倍に増幅された増幅信号をデジタル信号に変換するする通信方法。
  77. トランスポンダは、集積回路である請求項54から76の何れかに記載の通信方法。
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