JP3979246B2 - 通信システムの応答器及び質問器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を質問器に返信する通信システムの応答器及び質問器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、質問器から複数の応答器へ主搬送波を送って、応答器がその主搬送波を応答器ＩＤなどの所定の情報信号や情報信号で変調される副搬送波で変調して反射する無線通信システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−４９６５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、応答器の数が多い場合、全ての応答器の副搬送波周波数を異なったものとするのは質問器の受信復調能力等を考慮すると困難であり、従って、利用できる周波数が限定されるため衝突の可能性が大きくなるという問題点があった。また、応答器の副搬送波周波数を変化できるようにしても、応答器は他の応答器がどの副搬送波を用いているかを知ることができないので、衝突を避けることはできないという問題点があった。さらに質問器が複数ある場合、質問器からの送信波の周波数を変えても、応答器は周波数選択性がないため、期待しない応答器からの応答信号によっても送信波が変調反射され返信されてくるため、衝突の可能性が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、複数の質問器が複数の応答器を同時に識別可能な通信システムの応答器及び質問器を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の通信システムの応答器は、質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を前記質問器に返信する通信システムの応答器であって、前記応答器は、 前記質問器から送信された前記主搬送波を受信し反射するための主搬送波受信反射手段と、副搬送波の周波数をホッピングする周波数ホッピング手段と、前記副搬送波を所定の情報信号により変調する副搬送波変調手段とで構成される変調副搬送波ホッピング手段と、当該副搬送波変調手段により変調された前記副搬送波で前記主搬送波受信反射手段が受信した前記主搬送波を反射する際の前記反射波を変調する主搬送波変調手段とを備え、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列に対応するホッピングパターンを用いて前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする構成となっている。
【０００７】
この構成の通信システムの応答器では、主搬送波受信反射手段が質問器から送信された主搬送波を受信して反射し、変調副搬送波ホッピング手段の周波数ホッピング手段は副搬送波の周波数をホッピングし、変調副搬送波ホッピング手段の副搬送波変調手段は、副搬送波を所定の情報信号により変調し、主搬送波変調手段は副搬送波変調手段により変調された副搬送波で主搬送波受信反射手段が受信した主搬送波を反射する際の反射波を変調し、周波数ホッピング手段は、情報信号の単位データ列に対応するホッピングパターンを用いて前記副搬送波の周波数をホッピングする。
【０００８】
また、請求項２に記載の通信システムの応答器は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数或いはシンボル数だけ前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする。
【０００９】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数或いはシンボル数だけ前記副搬送波の周波数をホッピングする。
【００１０】
また、請求項３に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記単位データ列を構成するビット数は、８ビット以下であることを特徴とする。
【００１１】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、単位データ列を構成するビット数は、８ビット以下である。
【００１２】
また、請求項４に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、ホッピングパターンの各ホッピング周波数に対応して所定のビット値或いはシンボル値を示すように前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする。
【００１３】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の作用に加えて、周波数ホッピング手段は、ホッピングパターンの各ホッピング周波数に対応して所定のビット値或いはシンボル値を示すように副搬送波の周波数をホッピングする。
【００１４】
また、請求項５に記載の通信システムにおける応答器は、請求項４に記載の発明の構成に加えて、前記所定のビット値或いはシンボル値は、前記所定のビット値或いはシンボル値を示すビット位置に対応する副搬送波周波数とは異なるビット位置に対応する副搬送波周波数のビット値或いはシンボル値と同じであることを特徴とする。
【００１５】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項４に記載の発明の作用に加えて、所定のビット値或いはシンボル値は、所定のビット値或いはシンボル値を示すビット位置に対応する副搬送波周波数とは異なるビット位置に対応する副搬送波周波数のビット値或いはシンボル値と同じである。
【００１６】
また、請求項６に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記副搬送波変調手段は、前記副搬送波を前記応答器を識別することが可能なフレームデータにより変調することを特徴とする。
【００１７】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の作用に加えて、前記副搬送波変調手段は、前記副搬送波を前記応答器を識別することが可能なフレームデータにより変調する。
【００１８】
また、請求項７に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の構成に加えて、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、前記応答器の識別符号の一部であることを特徴とする。
【００１９】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の作用に加えて、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、前記応答器の識別符号の一部である。
【００２０】
また、請求項８に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の構成に加えて、前記応答器には、数字をランダムに発生する乱数発生手段を設け、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、当該乱数発生手段でランダムに発生させた数字であることを特徴とする。
【００２１】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の作用に加えて、前記応答器には、数字をランダムに発生する乱数発生手段を設け、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、当該乱数発生手段でランダムに発生させた数字である。
【００２２】
また、請求項９に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数の周波数と其の各周波数にホッピングするタイミングで構成されるホッピングパターンを用い、所定の情報を送れるように前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする。
【００２３】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数の周波数と其の各周波数にホッピングするタイミングで構成されるホッピングパターンを用い、所定の情報を送れるように前記副搬送波の周波数をホッピングする。
【００２４】
また、請求項１０に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数のタイムスロットを設け、当該タイムスロットに応じてデータを送出することを特徴とする。
【００２５】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数のタイムスロットを設け、当該タイムスロットに応じてデータを送出する。
【００２６】
また、請求項１１に記載の通信システムにおける質問器は、質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を前記質問器に返信する通信システムの質問器であって、前記主搬送波を送信する主搬送波送信手段と、前記応答器において所定の変調がなされ、副搬送波の周波数がホッピングされた反射波のホッピング周波数帯域全てを同時に受信する反射波受信手段と、当該反射波受信手段が受信した前記反射波を復調する復調手段と、当該復調手段が復調した復調信号からフレームデータを検出するフレームデータ検出手段と、前記反射波受信手段が受信した前記反射波のホッピングパターンを検出するホッピングパターン検出手段と、前記フレームデータ検出手段が検出した前記フレームデータと、前記ホッピングパターン検出手段が検出した前記ホッピングパターンとから前記応答器の識別と、応答器から返送される情報の内容を判別する判別手段とを備えている。
【００２７】
この構成の通信システムにおける質問器は、主搬送波送信手段が主搬送波を送信し、反射波受信手段は、応答器において所定の変調がなされ、副搬送波の周波数がホッピングされた反射波のホッピング周波数帯域全てを同時に受信し、復調手段は反射波受信手段が受信した反射波を復調し、フレームデータ検出手段は復調手段が復調した復調信号からフレームデータを検出し、ホッピングパターン検出手段は、反射波受信手段が受信した前記反射波のホッピングパターンを検出し、判別手段はフレームデータ検出手段が検出したフレームデータと、ホッピングパターン検出手段が検出したホッピングパターンとから応答器の識別と、前記応答器から返送される情報の内容の判別をする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の通信システムを具体化した一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、通信システム１の構成の一例を示す図であり、図２は、通信システム１で使用される主搬送波と反射波の関係を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、通信システム１は、一例として、質問器１０と応答器２０，２１，２２とから構成されている。質問器１０からは、主搬送波ＦＣ１が送信され、主搬送波ＦＣ１は応答器２０〜２２に照射されている。応答器２０からは、反射波ｆ１が返送され、応答器２１からは、反射波ｆ２が返送され、応答器２２からは、反射波ｆ３が返送されている。
【００３０】
各応答器２０〜２２は、受信した主搬送波ＦＣ１を、応答器識別信号等の情報信号（データ）により１次変調した副搬送波（サブキャリア）信号ｆｓ１〜ｆｓ３で２次変調し、反射波ｆ１〜ｆ３が返送される。具体的には、図２に示すように、副搬送波信号の周波数は応答器毎に異なって、周波数ホッピングされている。図２に示すように、ＦＣ１±ｆｓ１，ＦＣ１±ｆｓ２，ＦＣ１±ｆｓ３の側波帯信号（下側側波帯は図示を省略する）が、質問器１０の受信帯域内に存在するが、周波数ホッピングしているので、これらが互いに衝突する確率は非常に小さいので、質問器１０は、各応答器２０，２１，２２からの情報信号の情報信号を取り出すことができる。
【００３１】
次に、質問器１０の電気的構成を図３を参照して説明する。図３は、質問器１０の電気的構成を示すブロック図である。図３に示すように、質問器１０は、デジタル回路部３０とアナログ回路部４０とから構成され、アナログ回路部４０は、９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ等の周波数の主搬送波を発振する発振器４１と、必要に応じて、当該質問器のＩＤやホッピングタイミング（図示外)等をＡＳＫ変調で、発振器４１で発振された主搬送波を変調する変調器４２と、当該変調器４２で変調された主搬送波を電力増幅する電力増幅器４３と、当該電力増幅器４３からの出力をアンテナ４７に伝え、また、当該アンテナ４７が受信した電波を後述する低雑音増幅器（以下、「ＬＮＡ」と称す。）４５に伝えるように出力と入力の分離を行うサーキュレータ４４と、前記アンテナ４７が受信した応答器からの受信信号を増幅するＬＮＡ４５と、ＬＮＡ４５で増幅された受信信号を発振器４１からの信号とミキシングしてホモダイン検波する主搬送波復調器４６とから構成されている。
【００３２】
また、デジタル回路部３０は、前記主搬送波復調器４６でホモダイン検波された受信信号を、アナログ信号からデジタル信号にＡ／Ｄ変換し、当該Ａ／Ｄ変換された受信信号をフィルター処理によりホッピング周波数に対応したチャンネルに分離する帯域分割フィルタ３２と、帯域分割フィルタ３２で分離された副搬送波信号を復調して元の情報信号を生成する副搬送波復調器３３と、副搬送波復調器３３で生成された各チャンネルからの出力を適正なフレームに分離するフレーム分割器３４と、フレーム分割器３４で分割されたフレームを仕分けするパターン検出器３５と、当該パターン検出器３５で仕分けられたフレームを応答器毎に時系列に連結するデータ復元器３６と、質問器１０全体の制御を司るコントローラ３１とから構成されている。尚、データ復元器３６で連結された応答器毎に時系列に連結されたデータ信号はコントローラ３１に入力されている。
【００３３】
次に、図４を参照して、応答器２０の構造を説明する。図４は、応答器２０のブロック図である。図４に示すように、アンテナ６１に接続された変復調器６０とデジタル回路部５０とから構成されている。デジタル回路部５０には、応答器２０の制御を司るコントローラ５１と、副搬送波を発振する副搬送波発振器５３と、副搬送波発振器５３で発振された副搬送波をコントローラ５１を介して入力される情報信号で位相変調（ＰＳＫ）で変調する副搬送波変調器５２とが設けられている。副搬送波変調器５２で変調された副搬送波は、変復調器６０に入力されて質問器１０から受信した主搬送波を変調して反射波としてアンテナ６１から送信するように構成されている。尚、副搬送波発振器５３及び副搬送波変調器５２は、コントローラ５１のクロックを利用して、ソフト的に構成しても良い。また、副搬送波の変調は位相変調（ＰＳＫ）以外に、周波数変調（ＦＳＫ）や４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）としても良い。また、副搬送波発振器５３、副搬送波変調器５２は、コントローラ内に設け１チップ化しても良い。尚、応答器２１，２２も応答器２０と同様な構成となっている。また、応答器２０〜２２には、乱数発生回路を設けても良い。
【００３４】
次に、上記のように構成された本発明の通信システムの動作について、図１乃至図１０を参照して説明する。図５は、質問器１０及び応答器２０，２１の各部での信号の状態を示す図であり、図６及び図７は、応答器からの返送波の各チャンネルの出力を示す概念図であり、図８は、第２の実施の形態の応答器からの返送波の各チャンネルからの出力を表した模式図であり、図９は、第３の実施の形態の応答器からの返送波の各チャンネルからの出力を表した模式図であり、図１０は、第４の実施の形態の応答器からの返送波の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【００３５】
まず、質問器１０では、発振器４１から９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ等の周波数の主搬送波ＦＣ１を発振する。発振器４１で発振された主搬送波ＦＣ１は、変調器４２で、コントローラ３１の制御により必要に応じて、質問器のＩＤ番号やホッピングタイミング等を示す情報によりＡＳＫ変調が行われて、サーキュレータ４４を介して、アンテナ４７から送信される。
【００３６】
質問器１０からの主搬送波ＦＣ１を受信した応答器２０では、図５（ａ）に示す情報信号により、副搬送波発振器５３で発振された副搬送波を副搬送波変調器５２で、位相変調すると図５（ｂ）に示す副搬送波ｆｓ１となり、この副搬送波を変復調器６０に印加する。
【００３７】
尚、質問器１０からの主搬送波ＦＣ１を受信した応答器２１でも、応答器２０と同様の処理が行われ、図５（ｃ）に示す情報信号により、副搬送波発振器５３で発振された副搬送波を副搬送波変調器５２で、位相変調すると図５（ｄ）に示す副搬送波ｆｓ２となり、この副搬送波信号を変復調器６０に印加する。
【００３８】
尚、副搬送波ｆｓ１，ｆｓ２は、図５（ｅ）に示すような周波数配置となっている（横軸は、周波数で、原点「０」は周波数０Ｈｚを表している。）。そして、応答器２０では、変復調器６０で、主搬送波ＦＣ１を副搬送波信号ｆｓ１で振幅変調あるいは位相変調して反射し、アンテナ６１から放射される。アンテナ６１から放射された電波は、図５（ｆ）に示すようなスペクトラムを有する（尚、図５（ｆ）に示すスペクトラムは、ＦＣ１に対して上側の側波帯のみを示している。下側の側波帯は省略している。）。図５（ｆ）では、ＦＣ１が質問器１０からの主搬送波を示し、ＦＣ１＋ｆｓ１が応答器２０からの反射波ｆ１を示し、ＦＣ１＋ｆｓ２が応答器２１からの反射波ｆ２を示している。
【００３９】
次に、質問器１０では、応答器からの受信信号はサーキュレータ４４を介して、ＬＮＡ４５で増幅され、主搬送波復調器４６において、発振器４１からの信号がミキシングされてホモダイン検波が行われる。受信帯域は、最高ホッピング周波数の側波帯を含む帯域で、隣接する主搬送波周波数は含まない帯域に選ばれる。これは、隣接する主搬送波帯域を含むと、この主搬送波の強度は応答器によって変調反射される反射波より非常に大きいため、相対的に反射波の強度が低下しＳ／Ｎ比が悪くなるためである。
【００４０】
ホモダイン検波が行われると、図５（ｇ）に示すように、応答器２０からの反射波のｆｓ１の副搬送波信号と、応答器２１からの反射波のｆｓ２の副搬送波信号とが混ざった信号が復調される。この信号は、帯域分割フィルタ３２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器（図示外）によりデジタル値に変換され、帯域分割フィルタ３２の処理により、応答器２０からの反射波ｆｓ１の副搬送波信号及び応答器２１からの反射波ｆｓ２の副搬送波信号は、フーリエ変換によるフィルタリング処理がされて、ホッピング周波数に対応したチャンネル（ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，・・・・）に分離され、分離された信号を逆フーリエ変換により時間系列に変換すると、応答器２０からの反射波ｆｓ１の副搬送波信号は、図５（ｈ）に示すように変調された副搬送波信号として取り出される。また、応答器２１からの反射波ｆｓ２の副搬送波信号は、図５（ｉ）に示すように変調された副搬送波信号として取り出される。尚、実際には、図５（ｈ）、（ｉ）に示す波形に対応した数値列が取り出される。ここで、質問器１０の変調器４２におけるASK変調により、応答器２０、２１に対して周波数ホッピングのタイミング信号を送信しても良い。これにより、応答器２０、２１はタイミング信号受信毎に周波数ホッピングを行う。質問器１０において受信した応答器２０、２１からの反射波は主搬送波復調器４６でホモダイン検波された後、A/D変換されるが、A/D変換後のデータをこの周波数ホッピングのタイミングに応じてブロック化して、このデータブロックに対してフーリエ変換処理と逆フーリエ変換処理を行うと、後述するフレーム分割処理を簡単に行うことができる。
【００４１】
副搬送波周波数がホッピングすると、ホッピング毎に異なったチャンネルから副搬送波信号が出力される。これをそれぞれ副搬送波復調器３３で復調することにより、もとの情報信号が取り出される。具体的には、応答器２０からの反射波ｆｓ１では、図５（ｈ）に示す波形から図５（ｊ）に示す波形の情報信号が復調され、応答器２１からの反射波ｆｓ２では、図５（ｉ）に示す波形から図５（ｋ）に示す波形の情報信号が復調される。
【００４２】
各チャンネルからは周波数ホッピング毎に切り換わった副搬送波の信号からの情報信号が次々に出力されるので、フレーム分割器３４により、各チャンネルからの出力を１つの副搬送波だけで伝送可能なデータ単位であるフレームに分離し、各フレームのデータ（以後、フレームデータと略す）を検出し、パターン検出器３５により前記各チャンネルからの出力や前記フレームデータからホッピングパターンを検出し、データ復元器３６により、其のホッピングパターンや前記フレームデータを利用して元の情報信号に関するデータを復元し、コントローラ３１に入力する。
【００４３】
次に、応答器２０、２１からの反射波の各チャンネルからの出力を図６を参照して説明する。図６は、各チャンネルからの出力を表した模式図であり、ＣＨ１は「チャンネル１」を示し、ＣＨ１６は「チャンネル１６」を示し、四角枠内の数字は、応答器２０、２１を識別するための識別符号である応答器ＩＤを示し、ｈ１は「第１周波数」を示し、ｈ１６は「第１６周波数」を示している。また、図６では、応答器２０、２１の応答器ＩＤが４ビット、伝送する最小データ単位を４ビットの例を示している。
【００４４】
この図６に示す例では、応答器ＩＤの下２ビットに応じて、ホッピング開始周波数が異なっている。さらに、伝送データのビットの値に応じてホッピング周波数が異なっている。応答器ＩＤ「０１００」は下２ビットが００であるので、ｈ１かｈ２からホッピングを開始する。最初のデータのビットが「０」なら周波数ｈ１からホッピングを開始する。また、最初のデータのビットが「１」なら周波数ｈ２からホッピングを開始する。以降、同様に次に伝送するビットの値でホップ周波数がｈ３かｈ４か決定される。以降用いる周波数は、ｈ５、ｈ６というように予め０か１の組毎に定められている。従って、ホッピングパターンはｈｌ又はｈ２→ｈ３又はｈ４→ｈ５又はｈ６→ｈ７又はｈ８となる。質問器１０はホッピングパターンがｈｌ→ｈ３→ｈ６→ｈ７であることを検出して、データが００１０であると復元する。
【００４５】
応答器ＩＤが「１０１１」の場合は同様にｈ８からホッピングが始まり、ホッピングパターンがｈ８→ｈ１０→ｈ１１→ｈ１４なら復元データは１１０１となる。各周波数では応答器ＩＤを繰り返し送信するので、一部の周波数にエラーが生じても容易に識別できる。応答器２０、２１からの反射波は微弱であるので、復調時にエラーが発生しやすいが、本方式では、例えば、周波数がｈ３かｈ４のどちらに副搬送波が検出されたかが判別できれば復調に依らずデータが復元できるので、極めて高感度の受信が可能となる。ここでは、ｈ１、ｈ２、ｈ３・・・と添え字の順にホッピングするように説明したが、これらの周波数は各チャネルにランダムに割り当てられているので、実際のホッピング周波数はランダムとなる。１回の最小データの送出時間（特定周波数での滞留時間）は極めて短いので、他の応答器との衝突確率は非常に小さくなる。また、下２ビットが同じでも開始周波数は複数ある（００ならｈ１、ｈ９、・・・のように）ので、ホッピング開始周波数をランダムに選択すればさらに衝突確率を減少することができる。上記の例では、最小データが４ビットの場合について述べたが、８ビット、１６ビットも同様である。
【００４６】
尚、図７に示すように、ビット数に対応したホッピング数で、偶数チャネル→「１」、奇数チャネル→「０」として、偶数チャネルと奇数チャネルを一組にして、副搬送波のホッピングを行っても良い。また、最小データは１ビットでもよい。例えば、センサー、スイッチなどで、偶数チャネルのみホッピング→オン、奇数チャネルのみホッピング→オフとして、ＩＤを送出すれば、ＩＤの送出されたホッピングのチャネルを検出するのみでセンサーの状態が検知できる。また、各チャネルで送出するのは応答器の区別ができれば、応答器ＩＤである必要は無い。さらに、応答器ＩＤが４ビット以上の場合でも、そのまま送出しても良い。さらに、ランダムに４ビットの値を発生させる乱数発生回路を設け、その乱数発生回路の発生した４ビットの値を送出しても良い。その場合には、ホッピングパターンにより自分のＩＤとデータを最小データ量毎に順に送るようにしても良い。
【００４７】
次に、各チャンネルからの出力の第２の実施の形態を図８を参照して説明する。図８は、第２の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。図８に示すように、応答器ＩＤが「００１０」であれば、ｈ３からホッピングを開始する。尚、最初は開始位置から応答器の識別のみ行う。周波数ｈ１、ｈ２、・・・には４ビットの識別コードが割り当てられている。以降もここから開始して情報ビットの値はｈの添え字が奇数なら「０」、偶数なら「１」とする）。ｈ３では次に送るデータビットの値「０」を送出する。ｈ３の次はｈ５なので、ビット値は「０」。ｈ５では次の値「１」を送出。次はｈ８であるが、ノイズによりｈ７にもサブキャリアが観察されても、前回のｈ５での送出データから「１」と判定することができる。データを復元するホッピングパターンのホッピング周波数によって指定されるビット位置とは異なるビット位置のビット値を伝送するので、エラーが生じても補償できる。尚、送出データの「０」、「１」は、そのフレーム内で位相反転があれば「０」、なければ「１」としても良い。また、フレーム内の位相反転回数で「０」、「１」を判定しても良い（反転周期は既知なので、ノイズ等によるパルス的な反転は無視する）。これにより、上記の方法では、単純な判定方式のため、エラーが生じにくいという特徴がある。
【００４８】
次に、各チャンネルからの出力の第３の実施の形態を図９を参照して説明する。図９は、第３の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。図９に示すように、特定のホッピングパターンを特定のコードに対応させても良い。応答器ＩＤをフレームで送出しても良い。図８と同様に開始位置で応答器ＩＤを識別しても良い。相対的なパターンからデータを判別できる。これにより、データを復調する場合よリホッピングパターンを検出するほうがビットエラーが発生する確率を非常に低くできる。フレームでデータを送って、パターンでＩＤを識別させても良い。これにより長い応答器ＩＤも識別できる。さらに、応答器ＩＤと送出データのうち、長い方をホッピングパターンで、短い方をフレーム内のデータで送っても良い。より短い周期でホッピングを行うので、妨害波等からの干渉の影響をより受けにくくなり、信頼性が向上する。
【００４９】
次に、各チャンネルからの出力の第４の実施の形態を図１０を参照して説明する。図１０は、第４の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。図１０に示すように、「０」、「１」に応じてホッピングする周波数を区別しなくても、タイムスロットを設け、応答器がどのタイムスロットでデータを送出したかによりデータを復元しても良い。図１０において、ｔの添え数字が偶然のタイミングでは“１”、ｔの添え数字が奇数のタイミングでは“０”、と復元される。ホッピング周波数を多くとれない場合に有効である。さらに、１回の送出データ量は小さいので、タイムスロットではなくフレーム開始までの時間差からデータを復元しても良い（パルス位置変調方式）。図１０に示すタイムスロット方式は２値であるがフレーム開始位置を複数変化させることにより同時に２ビットなど多値のデータを復元することができる。
【００５０】
尚、サブキャリアホッピングは、マイクロ波帯用の応答器に限定される技術ではないので、１３．５６ＭＨｚや１２５ｋＨｚ等の周波数を主搬送波として用いる無線タグ、すなわち、アンテナがコイル状で電磁誘導でデータのやり取りを行うものに用いても良い。
【００５１】
また、前述した実施の形態では情報信号の単位データ列を構成するビット数だけ副搬送波の周波数をホッピングしたが、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数が３２ビット、６４ビット等多い場合もあり、複数のビットを１つの単位とするシンボルの数で副搬送波の周波数をホッピングしても良い。
【００５２】
さらに、前述した実施の形態では各周波数に対応して所定のビット値を割り当てた例を示したが、各周波数に対応して所定のシンボル値を割り当てても良い。例えば、図６等では２つの周波数をグループと考え０、１を割り当てたが、４つの周波数を１つのグループと考え、２ビット（つまり、００、０１、１０、１１）を所定のルールで割り当てても良い。
【００５３】
また、前述した実施の形態では各タイミングに対応してビット値を割り当てた例も示したが、これも同様に各タイミングに対応して所定のシンボル値を割り当てても良い。例えば、図１０では２つのタイミングを１つのグループと考え０、１を割り当てたが、８つのタイミングを１つのグループと考え、３ビット（つまり０００、００１、…、１１１）を所定のルールで割り当てても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１に記載の通信システムの応答器は、主搬送波受信反射手段が質問器から送信された主搬送波を受信して反射し、変調副搬送波ホッピング手段の周波数ホッピング手段は副搬送波の周波数をホッピングし、変調副搬送波ホッピング手段の副搬送波変調手段は、副搬送波を所定の情報信号により変調し、主搬送波変調手段は副搬送波変調手段により変調された副搬送波で主搬送波受信反射手段が受信した主搬送波を反射する際の反射波を変調し、周波数ホッピング手段は、情報信号の単位データ列に対応するホッピングパターンを用いて前記副搬送波の周波数をホッピングできる。従って、複数応答器を同時に識別可能となり、複数応答器が同時に送信しても衝突する確率は非常に小さくなり、衝突回避のための時間遅れ送信等の制御は不要となる。また、複数応答器の送信に対する質問器からの制御は不要となり、検出できた応答器から送信を停止させる、応答器ＩＤ指定後送信させるなどの制御が不要となる。さらに、ホッピングパターンによりデータ列を検出できるので、エラー訂正等の処理が簡単で、データの復元が容易となる。
【００５５】
また、請求項２に記載の通信システムの応答器は、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数或いはシンボル数だけ前記副搬送波の周波数をホッピングするので、ホッピングパターンが簡単でデータの復元が容易となる。
【００５６】
また、請求項３に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、単位データ列を構成するビット数は、８ビット以下であるので、ホッピングパターンが簡単でデータの復元が容易となる。
【００５７】
また、請求項４に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の効果に加えて、周波数ホッピング手段は、ホッピングパターンの各ホッピング周波数に対応して所定のビット値或いはシンボル値を示すように副搬送波の周波数をホッピングするので、伝送データに冗長度を持たせることができ、エラーに強くなる。
【００５８】
また、請求項５に記載の通信システムにおける応答器は、請求項４に記載の発明の効果に加えて、所定のビット値或いはシンボル値は、所定のビット値或いはシンボル値を示すビット位置に対応する副搬送波周波数とは異なるビット位置に対応する副搬送波周波数のビット値或いはシンボル値と同じであるので、伝送データにより冗長度を持たせることができ、エラーが生じても復元することができる。
【００５９】
また、請求項６に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加えて、前記副搬送波変調手段は、前記副搬送波を前記応答器を識別することが可能なフレームデータにより変調できる。
【００６０】
また、請求項７に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、前記応答器の識別符号の一部であるので、伝送データ量が小さいため、エラーが発生する量が小さくなる。
【００６１】
また、請求項８に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記応答器には、数字をランダムに発生する乱数発生手段を設け、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、当該乱数発生手段でランダムに発生させた数字であるので、伝送データ量が小く、周波数の衝突が起こりにくいため、エラーが発生する量が小さくなる。
【００６２】
また、請求項９に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数の周波数と其の各周波数にホッピングするタイミングで構成されるホッピングパターンを用い、所定の情報を送れるように前記副搬送波の周波数をホッピングできるので、ホッピング周波数を多く取れない場合にも有効で、長い応答器の識別符号も識別できる。
【００６３】
また、請求項１０に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数のタイムスロットを設け、当該タイムスロットに応じてデータを送出できるので、ホッピング周波数を多く取れない場合にも応答器の識別を容易にできる。
【００６４】
また、請求項１１に記載の通信システムにおける質問器は、主搬送波送信手段が主搬送波を送信し、反射波受信手段は、応答器において所定の変調がなされ、副搬送波の周波数がホッピングされた反射波のホッピング周波数帯域全てを同時に受信し、復調手段は反射波受信手段が受信した反射波を復調し、フレームデータ検出手段は復調手段が復調した復調信号からフレームデータを検出し、ホッピングパターン検出手段は、反射波受信手段が受信した前記反射波のホッピングパターンを検出し、判別手段はフレームデータ検出手段が検出したフレームデータと、ホッピングパターン検出手段が検出したホッピングパターンとから応答器の識別と、応答器から返送される情報の内容の判別をできるので、応答器のすばやい周波数ホッピングに対応できる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、通信システム１の構成の一例を示す図である。
【図２】 図２は、通信システム１で使用される主搬送波と反射波の関係を示す図である。
【図３】 図３は、質問器１０の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】 図４は、応答器２０，２１，２２のブロック図である。
【図５】 図５は、質問器１０及び応答器２０，２１の各部での信号の状態を示す図である。
【図６】 図６は、各チャンネルの出力を示す概念図である。
【図７】 図７は、各チャンネルの出力を示す概念図である。
【図８】 図８は、第２の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【図９】 図９は、第３の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【図１０】 図１０は、第４の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【符号の説明】
１ 通信システム
１０ 質問器
２０，２１，２２ 応答器
３０ デジタル回路部
３２ 帯域分割フィルタ
３３ 副搬送波復調器
３４ フレーム分割器
４０ アナログ回路部
４１ 発振器
４２ 変調器
４３ 電力増幅器
４５ ＬＮＡ
４６ 主搬送波復調器
４７ アンテナ
５０ デジタル回路部
５１ コントローラ
５２ 副搬送波変調器
５３ 副搬送波発振器
６０ 変復調器
６１ アンテナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を質問器に返信する通信システムの応答器及び質問器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、質問器から複数の応答器へ主搬送波を送って、応答器がその主搬送波を応答器ＩＤなどの所定の情報信号や情報信号で変調される副搬送波で変調して反射する無線通信システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−４９６５６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、応答器の数が多い場合、全ての応答器の副搬送波周波数を異なったものとするのは質問器の受信復調能力等を考慮すると困難であり、従って、利用できる周波数が限定されるため衝突の可能性が大きくなるという問題点があった。また、応答器の副搬送波周波数を変化できるようにしても、応答器は他の応答器がどの副搬送波を用いているかを知ることができないので、衝突を避けることはできないという問題点があった。さらに質問器が複数ある場合、質問器からの送信波の周波数を変えても、応答器は周波数選択性がないため、期待しない応答器からの応答信号によっても送信波が変調反射され返信されてくるため、衝突の可能性が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、複数の質問器が複数の応答器を同時に識別可能な通信システムの応答器及び質問器を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の通信システムの応答器は、質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を前記質問器に返信する通信システムの応答器であって、前記応答器は、 前記質問器から送信された前記主搬送波を受信し反射するための主搬送波受信反射手段と、副搬送波の周波数をホッピングする周波数ホッピング手段と、前記副搬送波を所定の情報信号により変調する副搬送波変調手段とで構成される変調副搬送波ホッピング手段と、当該副搬送波変調手段により変調された前記副搬送波で前記主搬送波受信反射手段が受信した前記主搬送波を反射する際の前記反射波を変調する主搬送波変調手段とを備え、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列に対応するホッピングパターンを用いて前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする構成となっている。
【０００７】
この構成の通信システムの応答器では、主搬送波受信反射手段が質問器から送信された主搬送波を受信して反射し、変調副搬送波ホッピング手段の周波数ホッピング手段は副搬送波の周波数をホッピングし、変調副搬送波ホッピング手段の副搬送波変調手段は、副搬送波を所定の情報信号により変調し、主搬送波変調手段は副搬送波変調手段により変調された副搬送波で主搬送波受信反射手段が受信した主搬送波を反射する際の反射波を変調し、周波数ホッピング手段は、情報信号の単位データ列に対応するホッピングパターンを用いて前記副搬送波の周波数をホッピングする。
【０００８】
また、請求項２に記載の通信システムの応答器は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数或いはシンボル数だけ前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする。
【０００９】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１に記載の発明の作用に加えて、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数或いはシンボル数だけ前記副搬送波の周波数をホッピングする。
【００１０】
また、請求項３に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記単位データ列を構成するビット数は、８ビット以下であることを特徴とする。
【００１１】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、単位データ列を構成するビット数は、８ビット以下である。
【００１２】
また、請求項４に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、ホッピングパターンの各ホッピング周波数に対応して所定のビット値或いはシンボル値を示すように前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする。
【００１３】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の作用に加えて、周波数ホッピング手段は、ホッピングパターンの各ホッピング周波数に対応して所定のビット値或いはシンボル値を示すように副搬送波の周波数をホッピングする。
【００１４】
また、請求項５に記載の通信システムにおける応答器は、請求項４に記載の発明の構成に加えて、前記所定のビット値或いはシンボル値は、前記所定のビット値或いはシンボル値を示すビット位置に対応する副搬送波周波数とは異なるビット位置に対応する副搬送波周波数のビット値或いはシンボル値と同じであることを特徴とする。
【００１５】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項４に記載の発明の作用に加えて、所定のビット値或いはシンボル値は、所定のビット値或いはシンボル値を示すビット位置に対応する副搬送波周波数とは異なるビット位置に対応する副搬送波周波数のビット値或いはシンボル値と同じである。
【００１６】
また、請求項６に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記副搬送波変調手段は、前記副搬送波を前記応答器を識別することが可能なフレームデータにより変調することを特徴とする。
【００１７】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の作用に加えて、前記副搬送波変調手段は、前記副搬送波を前記応答器を識別することが可能なフレームデータにより変調する。
【００１８】
また、請求項７に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の構成に加えて、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、前記応答器の識別符号の一部であることを特徴とする。
【００１９】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の作用に加えて、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、前記応答器の識別符号の一部である。
【００２０】
また、請求項８に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の構成に加えて、前記応答器には、数字をランダムに発生する乱数発生手段を設け、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、当該乱数発生手段でランダムに発生させた数字であることを特徴とする。
【００２１】
この構成の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の作用に加えて、前記応答器には、数字をランダムに発生する乱数発生手段を設け、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、当該乱数発生手段でランダムに発生させた数字である。
【００２２】
また、請求項９に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数の周波数と其の各周波数にホッピングするタイミングで構成されるホッピングパターンを用い、所定の情報を送れるように前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする。
【００２３】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数の周波数と其の各周波数にホッピングするタイミングで構成されるホッピングパターンを用い、所定の情報を送れるように前記副搬送波の周波数をホッピングする。
【００２４】
また、請求項１０に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数のタイムスロットを設け、当該タイムスロットに応じてデータを送出することを特徴とする。
【００２５】
この構成の通信システムの応答器では、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数のタイムスロットを設け、当該タイムスロットに応じてデータを送出する。
【００２６】
また、請求項１１に記載の通信システムにおける質問器は、質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を前記質問器に返信する通信システムの質問器であって、前記主搬送波を送信する主搬送波送信手段と、前記応答器において所定の変調がなされ、副搬送波の周波数がホッピングされた反射波のホッピング周波数帯域全てを同時に受信する反射波受信手段と、当該反射波受信手段が受信した前記反射波を復調する復調手段と、当該復調手段が復調した復調信号からフレームデータを検出するフレームデータ検出手段と、前記反射波受信手段が受信した前記反射波のホッピングパターンを検出するホッピングパターン検出手段と、前記フレームデータ検出手段が検出した前記フレームデータと、前記ホッピングパターン検出手段が検出した前記ホッピングパターンとから前記応答器の識別と、応答器から返送される情報の内容を判別する判別手段とを備えている。
【００２７】
この構成の通信システムにおける質問器は、主搬送波送信手段が主搬送波を送信し、反射波受信手段は、応答器において所定の変調がなされ、副搬送波の周波数がホッピングされた反射波のホッピング周波数帯域全てを同時に受信し、復調手段は反射波受信手段が受信した反射波を復調し、フレームデータ検出手段は復調手段が復調した復調信号からフレームデータを検出し、ホッピングパターン検出手段は、反射波受信手段が受信した前記反射波のホッピングパターンを検出し、判別手段はフレームデータ検出手段が検出したフレームデータと、ホッピングパターン検出手段が検出したホッピングパターンとから応答器の識別と、前記応答器から返送される情報の内容の判別をする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の通信システムを具体化した一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、通信システム１の構成の一例を示す図であり、図２は、通信システム１で使用される主搬送波と反射波の関係を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、通信システム１は、一例として、質問器１０と応答器２０，２１，２２とから構成されている。質問器１０からは、主搬送波ＦＣ１が送信され、主搬送波ＦＣ１は応答器２０〜２２に照射されている。応答器２０からは、反射波ｆ１が返送され、応答器２１からは、反射波ｆ２が返送され、応答器２２からは、反射波ｆ３が返送されている。
【００３０】
各応答器２０〜２２は、受信した主搬送波ＦＣ１を、応答器識別信号等の情報信号（データ）により１次変調した副搬送波（サブキャリア）信号ｆｓ１〜ｆｓ３で２次変調し、反射波ｆ１〜ｆ３が返送される。具体的には、図２に示すように、副搬送波信号の周波数は応答器毎に異なって、周波数ホッピングされている。図２に示すように、ＦＣ１±ｆｓ１，ＦＣ１±ｆｓ２，ＦＣ１±ｆｓ３の側波帯信号（下側側波帯は図示を省略する）が、質問器１０の受信帯域内に存在するが、周波数ホッピングしているので、これらが互いに衝突する確率は非常に小さいので、質問器１０は、各応答器２０，２１，２２からの情報信号の情報信号を取り出すことができる。
【００３１】
次に、質問器１０の電気的構成を図３を参照して説明する。図３は、質問器１０の電気的構成を示すブロック図である。図３に示すように、質問器１０は、デジタル回路部３０とアナログ回路部４０とから構成され、アナログ回路部４０は、９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ等の周波数の主搬送波を発振する発振器４１と、必要に応じて、当該質問器のＩＤやホッピングタイミング（図示外)等をＡＳＫ変調で、発振器４１で発振された主搬送波を変調する変調器４２と、当該変調器４２で変調された主搬送波を電力増幅する電力増幅器４３と、当該電力増幅器４３からの出力をアンテナ４７に伝え、また、当該アンテナ４７が受信した電波を後述する低雑音増幅器（以下、「ＬＮＡ」と称す。）４５に伝えるように出力と入力の分離を行うサーキュレータ４４と、前記アンテナ４７が受信した応答器からの受信信号を増幅するＬＮＡ４５と、ＬＮＡ４５で増幅された受信信号を発振器４１からの信号とミキシングしてホモダイン検波する主搬送波復調器４６とから構成されている。
【００３２】
また、デジタル回路部３０は、前記主搬送波復調器４６でホモダイン検波された受信信号を、アナログ信号からデジタル信号にＡ／Ｄ変換し、当該Ａ／Ｄ変換された受信信号をフィルター処理によりホッピング周波数に対応したチャンネルに分離する帯域分割フィルタ３２と、帯域分割フィルタ３２で分離された副搬送波信号を復調して元の情報信号を生成する副搬送波復調器３３と、副搬送波復調器３３で生成された各チャンネルからの出力を適正なフレームに分離するフレーム分割器３４と、フレーム分割器３４で分割されたフレームを仕分けするパターン検出器３５と、当該パターン検出器３５で仕分けられたフレームを応答器毎に時系列に連結するデータ復元器３６と、質問器１０全体の制御を司るコントローラ３１とから構成されている。尚、データ復元器３６で連結された応答器毎に時系列に連結されたデータ信号はコントローラ３１に入力されている。
【００３３】
次に、図４を参照して、応答器２０の構造を説明する。図４は、応答器２０のブロック図である。図４に示すように、アンテナ６１に接続された変復調器６０とデジタル回路部５０とから構成されている。デジタル回路部５０には、応答器２０の制御を司るコントローラ５１と、副搬送波を発振する副搬送波発振器５３と、副搬送波発振器５３で発振された副搬送波をコントローラ５１を介して入力される情報信号で位相変調（ＰＳＫ）で変調する副搬送波変調器５２とが設けられている。副搬送波変調器５２で変調された副搬送波は、変復調器６０に入力されて質問器１０から受信した主搬送波を変調して反射波としてアンテナ６１から送信するように構成されている。尚、副搬送波発振器５３及び副搬送波変調器５２は、コントローラ５１のクロックを利用して、ソフト的に構成しても良い。また、副搬送波の変調は位相変調（ＰＳＫ）以外に、周波数変調（ＦＳＫ）や４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）としても良い。また、副搬送波発振器５３、副搬送波変調器５２は、コントローラ内に設け１チップ化しても良い。尚、応答器２１，２２も応答器２０と同様な構成となっている。また、応答器２０〜２２には、乱数発生回路を設けても良い。
【００３４】
次に、上記のように構成された本発明の通信システムの動作について、図１乃至図１０を参照して説明する。図５は、質問器１０及び応答器２０，２１の各部での信号の状態を示す図であり、図６及び図７は、応答器からの返送波の各チャンネルの出力を示す概念図であり、図８は、第２の実施の形態の応答器からの返送波の各チャンネルからの出力を表した模式図であり、図９は、第３の実施の形態の応答器からの返送波の各チャンネルからの出力を表した模式図であり、図１０は、第４の実施の形態の応答器からの返送波の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【００３５】
まず、質問器１０では、発振器４１から９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ等の周波数の主搬送波ＦＣ１を発振する。発振器４１で発振された主搬送波ＦＣ１は、変調器４２で、コントローラ３１の制御により必要に応じて、質問器のＩＤ番号やホッピングタイミング等を示す情報によりＡＳＫ変調が行われて、サーキュレータ４４を介して、アンテナ４７から送信される。
【００３６】
質問器１０からの主搬送波ＦＣ１を受信した応答器２０では、図５（ａ）に示す情報信号により、副搬送波発振器５３で発振された副搬送波を副搬送波変調器５２で、位相変調すると図５（ｂ）に示す副搬送波ｆｓ１となり、この副搬送波を変復調器６０に印加する。
【００３７】
尚、質問器１０からの主搬送波ＦＣ１を受信した応答器２１でも、応答器２０と同様の処理が行われ、図５（ｃ）に示す情報信号により、副搬送波発振器５３で発振された副搬送波を副搬送波変調器５２で、位相変調すると図５（ｄ）に示す副搬送波ｆｓ２となり、この副搬送波信号を変復調器６０に印加する。
【００３８】
尚、副搬送波ｆｓ１，ｆｓ２は、図５（ｅ）に示すような周波数配置となっている（横軸は、周波数で、原点「０」は周波数０Ｈｚを表している。）。そして、応答器２０では、変復調器６０で、主搬送波ＦＣ１を副搬送波信号ｆｓ１で振幅変調あるいは位相変調して反射し、アンテナ６１から放射される。アンテナ６１から放射された電波は、図５（ｆ）に示すようなスペクトラムを有する（尚、図５（ｆ）に示すスペクトラムは、ＦＣ１に対して上側の側波帯のみを示している。下側の側波帯は省略している。）。図５（ｆ）では、ＦＣ１が質問器１０からの主搬送波を示し、ＦＣ１＋ｆｓ１が応答器２０からの反射波ｆ１を示し、ＦＣ１＋ｆｓ２が応答器２１からの反射波ｆ２を示している。
【００３９】
次に、質問器１０では、応答器からの受信信号はサーキュレータ４４を介して、ＬＮＡ４５で増幅され、主搬送波復調器４６において、発振器４１からの信号がミキシングされてホモダイン検波が行われる。受信帯域は、最高ホッピング周波数の側波帯を含む帯域で、隣接する主搬送波周波数は含まない帯域に選ばれる。これは、隣接する主搬送波帯域を含むと、この主搬送波の強度は応答器によって変調反射される反射波より非常に大きいため、相対的に反射波の強度が低下しＳ／Ｎ比が悪くなるためである。
【００４０】
ホモダイン検波が行われると、図５（ｇ）に示すように、応答器２０からの反射波のｆｓ１の副搬送波信号と、応答器２１からの反射波のｆｓ２の副搬送波信号とが混ざった信号が復調される。この信号は、帯域分割フィルタ３２に内蔵されたＡ／Ｄ変換器（図示外）によりデジタル値に変換され、帯域分割フィルタ３２の処理により、応答器２０からの反射波ｆｓ１の副搬送波信号及び応答器２１からの反射波ｆｓ２の副搬送波信号は、フーリエ変換によるフィルタリング処理がされて、ホッピング周波数に対応したチャンネル（ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，・・・・）に分離され、分離された信号を逆フーリエ変換により時間系列に変換すると、応答器２０からの反射波ｆｓ１の副搬送波信号は、図５（ｈ）に示すように変調された副搬送波信号として取り出される。また、応答器２１からの反射波ｆｓ２の副搬送波信号は、図５（ｉ）に示すように変調された副搬送波信号として取り出される。尚、実際には、図５（ｈ）、（ｉ）に示す波形に対応した数値列が取り出される。ここで、質問器１０の変調器４２におけるASK変調により、応答器２０、２１に対して周波数ホッピングのタイミング信号を送信しても良い。これにより、応答器２０、２１はタイミング信号受信毎に周波数ホッピングを行う。質問器１０において受信した応答器２０、２１からの反射波は主搬送波復調器４６でホモダイン検波された後、A/D変換されるが、A/D変換後のデータをこの周波数ホッピングのタイミングに応じてブロック化して、このデータブロックに対してフーリエ変換処理と逆フーリエ変換処理を行うと、後述するフレーム分割処理を簡単に行うことができる。
【００４１】
副搬送波周波数がホッピングすると、ホッピング毎に異なったチャンネルから副搬送波信号が出力される。これをそれぞれ副搬送波復調器３３で復調することにより、もとの情報信号が取り出される。具体的には、応答器２０からの反射波ｆｓ１では、図５（ｈ）に示す波形から図５（ｊ）に示す波形の情報信号が復調され、応答器２１からの反射波ｆｓ２では、図５（ｉ）に示す波形から図５（ｋ）に示す波形の情報信号が復調される。
【００４２】
各チャンネルからは周波数ホッピング毎に切り換わった副搬送波の信号からの情報信号が次々に出力されるので、フレーム分割器３４により、各チャンネルからの出力を１つの副搬送波だけで伝送可能なデータ単位であるフレームに分離し、各フレームのデータ（以後、フレームデータと略す）を検出し、パターン検出器３５により前記各チャンネルからの出力や前記フレームデータからホッピングパターンを検出し、データ復元器３６により、其のホッピングパターンや前記フレームデータを利用して元の情報信号に関するデータを復元し、コントローラ３１に入力する。
【００４３】
次に、応答器２０、２１からの反射波の各チャンネルからの出力を図６を参照して説明する。図６は、各チャンネルからの出力を表した模式図であり、ＣＨ１は「チャンネル１」を示し、ＣＨ１６は「チャンネル１６」を示し、四角枠内の数字は、応答器２０、２１を識別するための識別符号である応答器ＩＤを示し、ｈ１は「第１周波数」を示し、ｈ１６は「第１６周波数」を示している。また、図６では、応答器２０、２１の応答器ＩＤが４ビット、伝送する最小データ単位を４ビットの例を示している。
【００４４】
この図６に示す例では、応答器ＩＤの下２ビットに応じて、ホッピング開始周波数が異なっている。さらに、伝送データのビットの値に応じてホッピング周波数が異なっている。応答器ＩＤ「０１００」は下２ビットが００であるので、ｈ１かｈ２からホッピングを開始する。最初のデータのビットが「０」なら周波数ｈ１からホッピングを開始する。また、最初のデータのビットが「１」なら周波数ｈ２からホッピングを開始する。以降、同様に次に伝送するビットの値でホップ周波数がｈ３かｈ４か決定される。以降用いる周波数は、ｈ５、ｈ６というように予め０か１の組毎に定められている。従って、ホッピングパターンはｈｌ又はｈ２→ｈ３又はｈ４→ｈ５又はｈ６→ｈ７又はｈ８となる。質問器１０はホッピングパターンがｈｌ→ｈ３→ｈ６→ｈ７であることを検出して、データが００１０であると復元する。
【００４５】
応答器ＩＤが「１０１１」の場合は同様にｈ８からホッピングが始まり、ホッピングパターンがｈ８→ｈ１０→ｈ１１→ｈ１４なら復元データは１１０１となる。各周波数では応答器ＩＤを繰り返し送信するので、一部の周波数にエラーが生じても容易に識別できる。応答器２０、２１からの反射波は微弱であるので、復調時にエラーが発生しやすいが、本方式では、例えば、周波数がｈ３かｈ４のどちらに副搬送波が検出されたかが判別できれば復調に依らずデータが復元できるので、極めて高感度の受信が可能となる。ここでは、ｈ１、ｈ２、ｈ３・・・と添え字の順にホッピングするように説明したが、これらの周波数は各チャネルにランダムに割り当てられているので、実際のホッピング周波数はランダムとなる。１回の最小データの送出時間（特定周波数での滞留時間）は極めて短いので、他の応答器との衝突確率は非常に小さくなる。また、下２ビットが同じでも開始周波数は複数ある（００ならｈ１、ｈ９、・・・のように）ので、ホッピング開始周波数をランダムに選択すればさらに衝突確率を減少することができる。上記の例では、最小データが４ビットの場合について述べたが、８ビット、１６ビットも同様である。
【００４６】
尚、図７に示すように、ビット数に対応したホッピング数で、偶数チャネル→「１」、奇数チャネル→「０」として、偶数チャネルと奇数チャネルを一組にして、副搬送波のホッピングを行っても良い。また、最小データは１ビットでもよい。例えば、センサー、スイッチなどで、偶数チャネルのみホッピング→オン、奇数チャネルのみホッピング→オフとして、ＩＤを送出すれば、ＩＤの送出されたホッピングのチャネルを検出するのみでセンサーの状態が検知できる。また、各チャネルで送出するのは応答器の区別ができれば、応答器ＩＤである必要は無い。さらに、応答器ＩＤが４ビット以上の場合でも、そのまま送出しても良い。さらに、ランダムに４ビットの値を発生させる乱数発生回路を設け、その乱数発生回路の発生した４ビットの値を送出しても良い。その場合には、ホッピングパターンにより自分のＩＤとデータを最小データ量毎に順に送るようにしても良い。
【００４７】
次に、各チャンネルからの出力の第２の実施の形態を図８を参照して説明する。図８は、第２の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。図８に示すように、応答器ＩＤが「００１０」であれば、ｈ３からホッピングを開始する。尚、最初は開始位置から応答器の識別のみ行う。周波数ｈ１、ｈ２、・・・には４ビットの識別コードが割り当てられている。以降もここから開始して情報ビットの値はｈの添え字が奇数なら「０」、偶数なら「１」とする）。ｈ３では次に送るデータビットの値「０」を送出する。ｈ３の次はｈ５なので、ビット値は「０」。ｈ５では次の値「１」を送出。次はｈ８であるが、ノイズによりｈ７にもサブキャリアが観察されても、前回のｈ５での送出データから「１」と判定することができる。データを復元するホッピングパターンのホッピング周波数によって指定されるビット位置とは異なるビット位置のビット値を伝送するので、エラーが生じても補償できる。尚、送出データの「０」、「１」は、そのフレーム内で位相反転があれば「０」、なければ「１」としても良い。また、フレーム内の位相反転回数で「０」、「１」を判定しても良い（反転周期は既知なので、ノイズ等によるパルス的な反転は無視する）。これにより、上記の方法では、単純な判定方式のため、エラーが生じにくいという特徴がある。
【００４８】
次に、各チャンネルからの出力の第３の実施の形態を図９を参照して説明する。図９は、第３の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。図９に示すように、特定のホッピングパターンを特定のコードに対応させても良い。応答器ＩＤをフレームで送出しても良い。図８と同様に開始位置で応答器ＩＤを識別しても良い。相対的なパターンからデータを判別できる。これにより、データを復調する場合よリホッピングパターンを検出するほうがビットエラーが発生する確率を非常に低くできる。フレームでデータを送って、パターンでＩＤを識別させても良い。これにより長い応答器ＩＤも識別できる。さらに、応答器ＩＤと送出データのうち、長い方をホッピングパターンで、短い方をフレーム内のデータで送っても良い。より短い周期でホッピングを行うので、妨害波等からの干渉の影響をより受けにくくなり、信頼性が向上する。
【００４９】
次に、各チャンネルからの出力の第４の実施の形態を図１０を参照して説明する。図１０は、第４の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。図１０に示すように、「０」、「１」に応じてホッピングする周波数を区別しなくても、タイムスロットを設け、応答器がどのタイムスロットでデータを送出したかによりデータを復元しても良い。図１０において、ｔの添え数字が偶然のタイミングでは“１”、ｔの添え数字が奇数のタイミングでは“０”、と復元される。ホッピング周波数を多くとれない場合に有効である。さらに、１回の送出データ量は小さいので、タイムスロットではなくフレーム開始までの時間差からデータを復元しても良い（パルス位置変調方式）。図１０に示すタイムスロット方式は２値であるがフレーム開始位置を複数変化させることにより同時に２ビットなど多値のデータを復元することができる。
【００５０】
尚、サブキャリアホッピングは、マイクロ波帯用の応答器に限定される技術ではないので、１３．５６ＭＨｚや１２５ｋＨｚ等の周波数を主搬送波として用いる無線タグ、すなわち、アンテナがコイル状で電磁誘導でデータのやり取りを行うものに用いても良い。
【００５１】
また、前述した実施の形態では情報信号の単位データ列を構成するビット数だけ副搬送波の周波数をホッピングしたが、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数が３２ビット、６４ビット等多い場合もあり、複数のビットを１つの単位とするシンボルの数で副搬送波の周波数をホッピングしても良い。
【００５２】
さらに、前述した実施の形態では各周波数に対応して所定のビット値を割り当てた例を示したが、各周波数に対応して所定のシンボル値を割り当てても良い。例えば、図６等では２つの周波数をグループと考え０、１を割り当てたが、４つの周波数を１つのグループと考え、２ビット（つまり、００、０１、１０、１１）を所定のルールで割り当てても良い。
【００５３】
また、前述した実施の形態では各タイミングに対応してビット値を割り当てた例も示したが、これも同様に各タイミングに対応して所定のシンボル値を割り当てても良い。例えば、図１０では２つのタイミングを１つのグループと考え０、１を割り当てたが、８つのタイミングを１つのグループと考え、３ビット（つまり０００、００１、…、１１１）を所定のルールで割り当てても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１に記載の通信システムの応答器は、主搬送波受信反射手段が質問器から送信された主搬送波を受信して反射し、変調副搬送波ホッピング手段の周波数ホッピング手段は副搬送波の周波数をホッピングし、変調副搬送波ホッピング手段の副搬送波変調手段は、副搬送波を所定の情報信号により変調し、主搬送波変調手段は副搬送波変調手段により変調された副搬送波で主搬送波受信反射手段が受信した主搬送波を反射する際の反射波を変調し、周波数ホッピング手段は、情報信号の単位データ列に対応するホッピングパターンを用いて前記副搬送波の周波数をホッピングできる。従って、複数応答器を同時に識別可能となり、複数応答器が同時に送信しても衝突する確率は非常に小さくなり、衝突回避のための時間遅れ送信等の制御は不要となる。また、複数応答器の送信に対する質問器からの制御は不要となり、検出できた応答器から送信を停止させる、応答器ＩＤ指定後送信させるなどの制御が不要となる。さらに、ホッピングパターンによりデータ列を検出できるので、エラー訂正等の処理が簡単で、データの復元が容易となる。
【００５５】
また、請求項２に記載の通信システムの応答器は、請求項１に記載の発明の効果に加えて、前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数或いはシンボル数だけ前記副搬送波の周波数をホッピングするので、ホッピングパターンが簡単でデータの復元が容易となる。
【００５６】
また、請求項３に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、単位データ列を構成するビット数は、８ビット以下であるので、ホッピングパターンが簡単でデータの復元が容易となる。
【００５７】
また、請求項４に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の効果に加えて、周波数ホッピング手段は、ホッピングパターンの各ホッピング周波数に対応して所定のビット値或いはシンボル値を示すように副搬送波の周波数をホッピングするので、伝送データに冗長度を持たせることができ、エラーに強くなる。
【００５８】
また、請求項５に記載の通信システムにおける応答器は、請求項４に記載の発明の効果に加えて、所定のビット値或いはシンボル値は、所定のビット値或いはシンボル値を示すビット位置に対応する副搬送波周波数とは異なるビット位置に対応する副搬送波周波数のビット値或いはシンボル値と同じであるので、伝送データにより冗長度を持たせることができ、エラーが生じても復元することができる。
【００５９】
また、請求項６に記載の通信システムにおける応答器は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加えて、前記副搬送波変調手段は、前記副搬送波を前記応答器を識別することが可能なフレームデータにより変調できる。
【００６０】
また、請求項７に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、前記応答器の識別符号の一部であるので、伝送データ量が小さいため、エラーが発生する量が小さくなる。
【００６１】
また、請求項８に記載の通信システムにおける応答器は、請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記応答器には、数字をランダムに発生する乱数発生手段を設け、前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、当該乱数発生手段でランダムに発生させた数字であるので、伝送データ量が小く、周波数の衝突が起こりにくいため、エラーが発生する量が小さくなる。
【００６２】
また、請求項９に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数の周波数と其の各周波数にホッピングするタイミングで構成されるホッピングパターンを用い、所定の情報を送れるように前記副搬送波の周波数をホッピングできるので、ホッピング周波数を多く取れない場合にも有効で、長い応答器の識別符号も識別できる。
【００６３】
また、請求項１０に記載の通信システムの応答器は、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数のタイムスロットを設け、当該タイムスロットに応じてデータを送出できるので、ホッピング周波数を多く取れない場合にも応答器の識別を容易にできる。
【００６４】
また、請求項１１に記載の通信システムにおける質問器は、主搬送波送信手段が主搬送波を送信し、反射波受信手段は、応答器において所定の変調がなされ、副搬送波の周波数がホッピングされた反射波のホッピング周波数帯域全てを同時に受信し、復調手段は反射波受信手段が受信した反射波を復調し、フレームデータ検出手段は復調手段が復調した復調信号からフレームデータを検出し、ホッピングパターン検出手段は、反射波受信手段が受信した前記反射波のホッピングパターンを検出し、判別手段はフレームデータ検出手段が検出したフレームデータと、ホッピングパターン検出手段が検出したホッピングパターンとから応答器の識別と、応答器から返送される情報の内容の判別をできるので、応答器のすばやい周波数ホッピングに対応できる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、通信システム１の構成の一例を示す図である。
【図２】 図２は、通信システム１で使用される主搬送波と反射波の関係を示す図である。
【図３】 図３は、質問器１０の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】 図４は、応答器２０，２１，２２のブロック図である。
【図５】 図５は、質問器１０及び応答器２０，２１の各部での信号の状態を示す図である。
【図６】 図６は、各チャンネルの出力を示す概念図である。
【図７】 図７は、各チャンネルの出力を示す概念図である。
【図８】 図８は、第２の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【図９】 図９は、第３の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【図１０】 図１０は、第４の実施の形態の各チャンネルからの出力を表した模式図である。
【符号の説明】
１ 通信システム
１０ 質問器
２０，２１，２２ 応答器
３０ デジタル回路部
３２ 帯域分割フィルタ
３３ 副搬送波復調器
３４ フレーム分割器
４０ アナログ回路部
４１ 発振器
４２ 変調器
４３ 電力増幅器
４５ ＬＮＡ
４６ 主搬送波復調器
４７ アンテナ
５０ デジタル回路部
５１ コントローラ
５２ 副搬送波変調器
５３ 副搬送波発振器
６０ 変復調器
６１ アンテナ
Claims (11)
- 質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を前記質問器に返信する通信システムの応答器であって、
前記応答器は、
前記質問器から送信された前記主搬送波を受信し反射するための主搬送波受信反射手段と、
副搬送波の周波数をホッピングする周波数ホッピング手段と、前記副搬送波を所定の情報信号により変調する副搬送波変調手段とで構成される変調副搬送波ホッピング手段と、
当該副搬送波変調手段により変調された前記副搬送波で前記主搬送波受信反射手段が受信した前記主搬送波を反射する際の前記反射波を変調する主搬送波変調手段と
を備え、
前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列に対応するホッピングパターンを用いて前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする通信システムの応答器。 - 前記周波数ホッピング手段は、前記情報信号の単位データ列を構成するビット数或いはシンボル数だけ前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする請求項１に記載の通信システムの応答器。
- 前記単位データ列を構成するビット数は、８ビット以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システムの応答器。
- 前記周波数ホッピング手段は、ホッピングパターンの各ホッピング周波数に対応して所定のビット値或いはシンボル値を示すように前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の通信システム応答器。
- 前記所定のビット値或いはシンボル値は、前記所定のビット値或いはシンボル値を示すビット位置に対応する副搬送波周波数とは異なるビット位置に対応する副搬送波周波数のビット値或いはシンボル値と同じであることを特徴とする請求項４に記載の通信システムの応答器。
- 前記副搬送波変調手段は、前記副搬送波を前記応答器を識別することが可能なフレームデータにより変調することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の通信システムの応答器。
- 前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、前記応答器の識別符号の一部であることを特徴とする請求項６に記載の通信システムの応答器。
- 前記応答器には、数字をランダムに発生する乱数発生手段を設け、
前記応答器を識別することが可能なフレームデータは、当該乱数発生手段でランダムに発生させた数字であることを特徴とする請求項６に記載の通信システムの応答器。 - 前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数の周波数と其の各周波数にホッピングするタイミングで構成されるホッピングパターンを用い、所定の情報を送れるように前記副搬送波の周波数をホッピングすることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システムの応答器。
- 前記周波数ホッピング手段は、所定のビット値或いはシンボル値を構成する各データ値にそれぞれ対応する複数のタイムスロットを設け、当該タイムスロットに応じてデータを送出することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システムの応答器。
- 質問器から主搬送波を送信して、当該主搬送波を受信した応答器が当該主搬送波に対して所定の変調を行った反射波を前記質問器に返信する通信システムの質問器であって、
前記主搬送波を送信する主搬送波送信手段と、
前記応答器において所定の変調がなされ、副搬送波の周波数がホッピングされた反射波のホッピング周波数帯域全てを同時に受信する反射波受信手段と、
当該反射波受信手段が受信した前記反射波を復調する復調手段と、
当該復調手段が復調した復調信号からフレームデータを検出するフレームデータ検出手段と、
前記反射波受信手段が受信した前記反射波のホッピングパターンを検出するホッピングパターン検出手段と、
前記フレームデータ検出手段が検出した前記フレームデータと、前記ホッピングパターン検出手段が検出した前記ホッピングパターンとから前記応答器の識別と、前記応答器から返送される情報の内容を判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする通信システムの質問器。
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