JP4227633B2

JP4227633B2 - 特性表示装置と特性表示方法

Info

Publication number: JP4227633B2
Application number: JP2006197130A
Authority: JP
Inventors: 孝一吉原
Original assignee: テクトロニクス・インターナショナル・セールス・ゲーエムベーハー
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2026-07-19
Also published as: EP1919107A3; JP2008028551A; EP1919107B1; US8374230B2; US20080212664A1; EP1919107A2; ATE544253T1

Description

この発明は、特性表示装置と特性表示方法に関するものであり、無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システムについて、この反射変調の特性を直交座標表示によって示すものである。

無線通信システムでは、送信側から無線信号を送信して、この無線信号の受信側では、受信した無線信号を整流して半導体集積回路への電力供給を行い、半導体集積回路から出力された信号に基づき、送信側から供給された無線信号を変調して反射させることで、送信側と受信側との無線通信を行うことができる無線通信システムが実用化されている。

例えば、特許文献１に記載されているように、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)システムでは、リーダ（質問機）からＲＦタグに対してメッセージを送信したのち、無変調の無線信号であるＣＷ(Continuous Wave)搬送波信号を送信する。また、ＲＦタグは、ＣＷ搬送波信号の反射を応答するメッセージに応じて制御する反射変調を行うことで、応答メッセージに応じて変調された反射変調信号を生成する。リーダは、ＲＦタグからの反射変調信号を受信して復調することにより、ＲＦタグからの応答メッセージを得ることができる。なお、このようなシステムは、バックスキャッタ方式のＲＦＩＤシステムと呼ばれている。

特開平１０−２０９９１２号公報

ところで、バックスキャッタ方式のＲＦＩＤシステムで用いられるＲＦタグでは、ＲＦタグの復調回路が簡単となるようにＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)変調方式が用いられている。

図１は、リーダ（質問機）から送信される無線信号ＲＳtと、ＲＦタグで反射された無線信号である反射変調信号ＲＳrの波形を示している。ＲＦタグの情報を読み出す場合、リーダは、ＲＦタグで必要な電力を得られるように、時点ｔ1から時点ｔ2までの期間、図１Ａに示すように、ＣＷ搬送波信号を無線信号ＲＳtとして送信する。その後、リーダは、ＲＦタグの情報を読み出すためのコマンドに応じて搬送波信号をＡＳＫ変調して無線信号ＲＳtとして送信する。コマンドの送信が時点ｔ3で終了した後も、リーダは、ＲＦタグから応答するメッセージに応じて変調された反射変調信号ＲＳrを生成できるように、ＣＷ搬送波信号を無線信号ＲＳtとして送信することでＲＦタグへの電力供給を行う。

ＲＦタグは、リーダから送信された無線信号ＲＳtを受信して整流することで、動作に必要な電力を得る。その後、ＲＦタグは、リーダから送信されたコマンドを判別して、要求された情報を示す応答メッセージを生成する。さらに、ＲＦタグは、応答メッセージに応じて無線信号ＲＳtの反射変調を行い、図１Ｂに示すように、応答メッセージに応じて変調された反射変調信号ＲＳrを生成する。

ここで、リーダとＲＦタグ間の無線通信で用いられている無線信号を受信して、ＲＦタグの反射変調の評価等を行う場合、この無線信号を受信して得られた受信信号Ｓrfの振幅についての変動に着目していると、受信信号Ｓrfの復調処理を行っても、応答メッセージを得ることができないおそれが生じる。

例えば、リーダから送信されている無線信号ＲＳtとＲＦタグからの反射変調信号ＲＳrの搬送波の位相が等しい場合、受信信号Ｓrfのエンベロープ波形は、図２Ａに示すように、リーダからの無線信号ＲＳtのエンベロープ波形とＲＦタグからの反射変調信号ＲＳrのエンベロープ波形とが重畳されている波形となる。また、受信信号Ｓrfを復調したときの信号点は、図３Ａに示すように、ＩＱ座標面上の例えば位置Ｐ1あるいは位置Ｐ2となる。ここで、反射変調信号ＲＳrの変調度が１００％であるとき、原点から位置Ｐ1までの距離は無線信号ＲＳtの振幅レベル、位置Ｐ1から位置Ｐ2までの距離は反射変調信号ＲＳrの振幅レベルを示すものとなる。

このように、無線信号ＲＳtと反射変調信号ＲＳrの搬送波（キャリア）の位相が等しい場合、受信信号Ｓrfのエンベロープ波形の振幅は、反射変調信号ＲＳrの変調状態に応じて振幅レベルＬＶaあるいは振幅レベルＬＶbとなる。

次に、リーダから送信されている無線信号ＲＳtとＲＦタグからの反射変調信号ＲＳrの搬送波の位相差が略（π／２）となった場合、受信信号Ｓrfのエンベロープ波形は、図２Ｂに示すように反射変調信号ＲＳrのエンベロープ波形が現れなくなってしまう。また、このときの信号点は、図３Ｂに示すように、反射変調信号ＲＳrの変調状態に応じてＩＱ座標面上の例えば位置Ｐ3あるいは位置Ｐ4となる。すなわち、無線信号ＲＳtと反射変調信号ＲＳrの搬送波に略（π／２）の位相差を生じていることから、反射変調信号ＲＳrがＡＳＫ変調されていても、原点から位置Ｐ3までの距離と原点から位置Ｐ4までの距離は略等しいので、受信信号Ｓrfのエンベロープ波形に反射変調信号ＲＳrの変調状態が現れなくなってしまう。このため、受信信号Ｓrfの振幅についての変動に着目しただけでは、ＲＦタグでの反射変調がどのような特性で行われているか等を正しく判別することができない。

また、特許文献１では、Ｉ出力とＱ出力のベクトル加算を行うことで、搬送波周波数を掃引したときに生ずる周波数ナルの問題が完全に除去されている。しかし、ＲＦタグでの反射変調がどのような特性で行われているかを判別することはできない。

そこで、この発明では、反射変調の特性を正しく容易に判別できる特性表示装置と特性表示方法を提供するものである。

この発明に係る特性表示装置は、無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システムの無線信号を受信する受信部と、この受信部で得られた受信信号の復調処理を行う復調部と、復調処理の処理結果を表示する表示部を有し、復調部は、復調処理として直交復調を行い、表示部は、直交座標表示上に処理結果に基づいた信号点を設けることで、反射変調の特性表示を行うものである。

また、この発明に係る特性表示方法は、無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システムの無線信号を受信して得た受信信号の復調処理を行う復調工程と、復調処理の処理結果を表示する表示工程を有し、表示工程では、直交座標表示上に処理結果に基づいた信号点を設けることで、反射変調の特性表示を行うものである。

この発明においては、無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システム、例えばＲＦＩＤシステムの無線信号が受信されて、得られた受信信号の直交復調処理が行われる。この直交復調処理結果に基づいた信号点が直交座標表示上に設けられて、無線信号の反射変調を行うＲＦタグについての反射変調の特性表示が行われる。また、信号点をベクトル表示で示すものとしたり、このベクトルの少なくとも大きさを示す数値表示が設けられる。また、処理結果を記憶して、この記憶している処理結果に基づいた信号点も直交座標表示上に設けることで、反射変調の特性が複数比較可能に表示される。

この発明によれば、無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システムにおける無線信号を受信して得られた受信信号の直交復調を行い、直交座標表示上に直交復調処理結果に基づいた信号点を設けることで、反射変調の特性表示が行われる。

このため、無線信号と、この無線信号を反射変調することにより生成された反射変調信号の位相差に係らず、反射変調の特性を正しく容易に判別することが可能となる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。特性表示装置は、無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システムにおいて、リーダが送信する無線信号（送信信号）とＲＦタグからの反射変調信号の２つの無線信号を同時に受信して処理することで、反射変調の特性を表示する。例えば、図４に示すバックスキャッタ方式のＲＦＩＤシステムにおいて、リーダ１０から送信された無線信号ＲＳtの反射変調をＲＦタグ２０で行い、応答メッセージに応じてＡＳＫ変調がなされた反射変調信号ＲＳrを生成する場合、特性表示装置３０は、リーダ１０とＲＦタグ２０との間で伝送される無線信号を受信して、ＲＦタグ２０における反射変調の特性表示等を行う。

図５は、特性表示装置の機能ブロック図を示している。受信部３１で無線信号を受信することにより得られた受信信号Ｓrfは、アンプ部３２を介して復調部３３に供給される。

復調部３３は受信信号ＳrfのＡＳＫ復調処理を行うものであり、局部発振器３３１と移相器３３２およびミキサ３３３，３３４を有している。局部発振器３３１は、ＲＦＩＤシステムで用いられている無線信号と等しい周波数の局部発振信号Ｓloを生成して、移相器３３２とミキサ３３３に供給する。移相器３３２は、局部発振信号Ｓloの９０°移相シフトを行い、移相シフトされている発振信号Ｓpsをミキサ３３４に供給する。ミキサ３３３は、受信信号Ｓrfと局部発振信号Ｓloを掛け合わせてＩ成分信号Ｓiを生成する。ミキサ３３４は、受信信号Ｓrfと発振信号Ｓpsを掛け合わせてＱ成分信号Ｓqを生成する。

Ａ／Ｄ変換部３４は、Ｉ成分信号ＳiをデジタルのＩ成分信号Ｄiに変換して表示部３６に供給する。また、Ａ／Ｄ変換部３５は、Ｑ成分信号ＳqをデジタルのＱ成分信号Ｄqに変換して表示部３６に供給する。

表示部３６は、表示処理部３６１と表示デバイス３６２で構成されている。表示処理部３６１は、Ａ／Ｄ変換部３４から供給されたＩ成分信号ＤiとＡ／Ｄ変換部３５から供給されたＱ成分信号Ｄqに基づき、表示駆動信号ＨＶを生成して表示デバイス３６２に供給する。表示デバイス３６２は、表示駆動信号ＨＶに基づいた表示動作を行い、表示画面上に反射変調の特性表示を行う。

ここで、無線信号ＲＳtと反射変調信号ＲＳrが特性表示装置３０で受信されたとき、特性表示装置３０において生じた２つの信号間での搬送波の位相差は、リーダ１０から特性表示装置３０までの距離と、ＲＦタグ２０から特性表示装置３０までの距離によって変化する。このため、ＲＦＩＤシステムの無線信号の受信位置に係らず、すなわち無線信号ＲＳtと反射変調信号ＲＳrの搬送波の位相差に係らず、ＲＦタグ２０の反射変調の特性を正しく容易に判別できるように、直交座標表示であるＩＱ座標表示上にＩ成分信号ＤiとＱ成分信号Ｄqに基づいた信号点を表示する。

図６は、信号点の表示例を示している。例えば、図６Ａに示す○印は、ＲＦタグ２０-aを用いたときの反射変調信号ＲＳrに基づく信号点を示している。ここで、振幅の変動に着目した場合、ＩＱ座標の原点から○印までの距離が略等しく振幅レベルの差が殆どないときは、ＲＦタグ２０-aの反射変調の特性を判別することは困難である。しかし、ＩＱ座標表示上で信号点を示すことで、各ＲＦタグについての信号点の位置が明瞭となり、ＲＦタグ２０-aの反射変調の特性を正しく容易に判別できる。

また、ＲＦタグ２０-bを用いたときの反射変調信号ＲＳrに基づく信号点が図６Ｂに示す□印の位置となり、ＲＦタグ２０-cを用いたときの反射変調信号ＲＳrに基づく信号点が図６Ｃに示す△印の位置となったとき、振幅の変動に着目すると、ＩＱ座標の原点から信号点までの距離の違いは、ＲＦタグ２０-bの方が大きい。したがって、ＲＦタグ２０-bを用いたときに比べてＲＦタグ２０-cを用いたときの信号点の間隔が大きい場合であっても、ＲＦタグ２０-bがＲＦタグ２０-cに比べて反射変調信号ＲＳrの振幅が大きいと誤って判別されてしまうおそれがある。しかし、ＩＱ座標表示上で信号点を示すことで、信号点間の距離すなわち反射変調信号ＲＳrの振幅が明瞭となることから、ＲＦタグ２０-cを用いたときの反射変調信号ＲＳrの振幅が大きいと正しく判別することが可能となる。

信号点の表示では、信号点の位置をマーキングするだけでなく、図７に示すようにベクトル表示としてもよい。この場合、無線信号ＲＳtの振幅レベルや反射変調信号ＲＳrの振幅レベルが線分として表示されるので、反射変調の特性の把握がさらに容易となる。

また、図８に示すようにベクトルの少なくとも大きさを数値で表示すれば、反射変調の特性の判別を表示されている数値を用いて厳密に行うことが可能となる。ベクトルの大きさとして、例えばＩＱ座標の原点から信号点までの距離ＯＡ，ＯＢおよび信号点間の距離ＡＢを表示する。また、ＩＱ座標の原点から信号点までの距離と信号点間の距離の比、例えば距離の比（ＡＢ／ＯＡ）を表示する。ここで、反射変調信号ＲＳrの変調度が１００％であって、距離ＯＡの位置の信号点は１００％の変調状態で、距離ＯＢの位置の信号点は無変調状態であるとき、比（ＡＢ／ＯＡ）は、受信信号Ｓrfにおいて、無線信号ＲＳtに基づく信号成分の振幅に対する反射変調信号ＲＳrに基づく信号成分の振幅の割合を示すものとなる。

さらに、ベクトルの大きさだけでなく方向を数値として示すようにしてもよい。例えばＩ軸を基準としたときの角度αa，αbを表示する。また、信号点間を示すベクトルの方向として、例えばＩＱ座標の原点と一方の信号点を結ぶ直線を基準としたときの角度βaを表示するようにしてもよい。このように角度を数値で表示すれば、例えば反射変調信号ＲＳrの位相や位相の変化を容易に読み取ることができる。

反射変調の特性を評価する場合、例えば反射変調信号ＲＳrの信号レベルが基準値や規格値等を満たしているか否かだけでなく、反射変調の特性の相対比較や特性のばらつき等に基づいて特性を評価することも行われている。ここで、無線信号を受信しているときの信号点のみをＩＱ座標上に表示するものでは、反射変調の特性の相対比較を行ったり、特性のばらつきを把握することが困難である。したがって、表示処理部３６１は、Ｉ成分信号ＤiとＱ成分信号Ｄqを記憶するものとして、無線信号を受信しているときの信号点だけでなく、既に求められている信号点も識別可能として１画面上に表示する。

例えば、１つのＲＦタグ２０について、リーダ１０や特性表示装置３０の位置を切り替えて反射変調の特性の測定を行い、各位置で測定を行うことにより得られたＩ成分信号ＤiとＱ成分信号Ｄqを表示処理部３６１に記憶する。また、記憶しているＩ成分信号ＤiとＱ成分信号Ｄqに基づき、各位置で測定を行うことにより得られた信号点を識別可能として、図９に示すように１画面上にまとめて表示する。あるいは、新たな測定が行われる毎に、信号点を識別可能に追加して表示する。このような表示を行うことで、位置の違いによる反射変調の特性変化を容易に把握できる。なお、信号点を識別可能に表示する方法としては、信号点を示すマークの形状を異なる形状としたり、色分けを行うものとすればよい。

また、リーダ１０とＲＦタグ２０と特性表示装置３０の位置を固定しておき、ＲＦタグ２０を交換して反射変調の特性の測定を行い、ＲＦタグ毎のＩ成分信号ＤiとＱ成分信号Ｄqを表示処理部３６１に記憶する。この表示処理部３６１に記憶されたＩ成分信号ＤiとＱ成分信号Ｄqに基づき、ＲＦタグ毎の信号点を識別可能として１画面上にまとめて表示する。あるいは、新たな測定が行われる毎に、信号点を識別可能に追加して表示する。このような表示を行うことで、ＲＦタグについての反射変調の特性ばらつきを容易に把握できる。さらに、基準とするＲＦタグを用いたときの信号点と他のＲＦタグを用いたときの信号点を識別可能に表示すれば、基準とするＲＦタグと反射変調の特性の相対比較、例えば無線信号の反射効率（ＲＦタグの応答性能）について相対比較することが可能となる。

さらに、表示処理部３６１では、信号点の一方、例えば反射変調信号ＲＳrが無変調状態であるときの信号点がＩＱ座標表示の一方の軸上となるようにすれば、無線信号（送信信号）ＲＳtと反射変調信号ＲＳrの搬送波の位相が一致していない場合であって反射変調信号ＲＳrが変調状態であるときの信号点は上記軸から離れて表示されるので、反射変調信号ＲＳrの振幅レベルの差が明確となり、反射変調の特性比較をさらに容易に行うことができる。

無線信号と反射変調信号を示す図である。受信信号のエンベロープ波形を示す図である。信号点の位置を示す図である。ＲＦＩＤシステムと特性表示装置を示す図である。特性表示装置の機能ブロック図である。信号点の表示例を示す図である。信号点の他の表示例を示す図である。信号点の他の表示例を示す図である。信号点の他の表示例を示す図である。

符号の説明

１０・・・リーダ（質問機）、２０，２０-a，２０-b，２０-c・・・ＲＦタグ、３０・・・特性表示装置、３１・・・受信部、３２・・・アンプ部、３３・・・復調部、３４，３５・・・Ａ／Ｄ変換部、３６・・・表示部、３３１・・・局部発振器、３３２・・・移相器、３３３，３３４・・・ミキサ、３６１・・・表示処理部、３６２・・・表示デバイス

Claims

無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システムの無線信号を受信する受信部と、
前記受信部で得られた受信信号の復調処理を行う復調部と、
前記復調処理の処理結果を表示する表示部を有し、
前記復調部は、前記復調処理として直交復調を行い、
前記表示部は、直交座標表示上に前記処理結果に基づいた信号点を設けることで、前記反射変調の特性表示を行う
ことを特徴とする特性表示装置。
前記表示部は、前記信号点をベクトル表示で示す
ことを特徴とする請求項１記載の特性表示装置。
前記表示部は、前記ベクトルの少なくとも大きさを数値で表示した
ことを特徴とする請求項２記載の特性表示装置。
前記表示部は、前記処理結果を記憶して、該記憶している処理結果に基づいた信号点も前記直交座標表示上に設けることで、前記反射変調の特性を複数比較可能に表示する
ことを特徴とする請求項１記載の特性表示装置。
無線信号を反射変調することで通信を行う無線通信システムの無線信号を受信して得られた受信信号の復調処理を行う復調工程と、
前記復調処理の処理結果を表示する表示工程を有し、
前記表示工程では、直交座標表示上に前記処理結果に基づいた信号点を設けることで、前記反射変調の特性表示を行う
ことを特徴とする特性表示方法。
前記表示工程では、前記信号点をベクトル表示で示す
ことを特徴とする請求項５記載の特性表示方法。
前記表示工程では、前記ベクトルの少なくとも大きさを数値で表示した
ことを特徴とする請求項６記載の特性表示方法。
前記表示工程では、前記処理結果を記憶して、該記憶している処理結果に基づいた信号点も前記直交座標表示上に設けることで、前記反射変調の特性を複数比較可能に表示する
ことを特徴とする請求項５記載の特性表示方法。