JP4272236B2

JP4272236B2 - 無線タグ通信装置

Info

Publication number: JP4272236B2
Application number: JP2007065351A
Authority: JP
Inventors: 高広志村
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: US20080229178A1; JP2008228067A

Description

この発明は、無線タグから送信される信号を受信し復号する無線タグ通信装置に関する。

ＲＦＩＤ（radio frequency identification）タグ等の無線タグとの間で無線通信する無線タグ通信装置（無線ＩＤタグ通信装置ともいう）は、変調無線信号を使用して無線タグへ情報を伝送し、情報の伝送終了後は無変調信号を送信し続け、これに対し、無線タグは、無線タグ通信装置からの無変調信号の反射量を変化させてバックスキャッタ変調を行うことにより、無線タグ通信装置に対して情報を送信する。無線タグ通信装置は、バックスキャッタ変調波を受信して無線タグの情報を読取る。

無線タグ通信装置は、送信部と受信部を備え、送信部は変調器で信号を変調し、増幅器で増幅してアンテナから送信する。受信部はアンテナで受信した信号をダイレクトコンバージョン受信機で高周波信号からベースバンド信号を取り出し、復号し情報を取り出す。

ダイレクトコンバージョンの直交復調器は、受信信号の搬送波と同じ周波数のローカル信号と受信信号をミキサに入力してベースバンドのＩ（in-phase）信号を作り、ローカル信号の９０度位相ずれした信号と受信信号をミキサに入力してベースバンドのＱ（quadrature-phase）信号を作る。

Ｉ信号とＱ信号の振幅は、受信信号とローカル信号との位相差によって決まり、Ｉ信号の振幅が最大になるときはＱ信号の振幅が最小になり、Ｉ信号の振幅が最小になるときはＱ信号の振幅が最大になる。Ｑ信号の振幅が最小の０のときは、Ｉ信号の振幅が最大であるため、このＩ信号を使用すれば受信データを再生することができる。逆に、Ｉ信号の振幅が最小の０のときは、Ｑ信号の振幅が最大であるため、このＱ信号を使用すれば受信データを再生することができる。また、受信信号とローカル信号の位相差によっては、Ｉ信号とＱ信号の位相が反転することがある。

このような、ダイレクトコンバージョンの直交復調器を使用して受信データを再生する方法として、Ｉ信号とＱ信号の振幅を比較して大きな方の信号を選択して受信データを再生する方法が知られている（例えば特許文献１）。

一方、ＲＦＩＤの無線通信の場合、ＥＰＣ globalのＧＥＮ２規格では無線タグの応答データがＦＭ０符号化されており、無線タグ通信装置は受信した無線タグの応答データをＦＭ０で復号する。このとき、復号データのデータ誤りを検出できるよう、無線タグの応答データの末尾に、１６ビットの誤り検出符号いわゆるＣＲＣ１６が含まれている。無線タグ通信装置は、無線タグから応答データを受信した後、その応答データに含まれているＣＲＣ１６を再計算することにより、復号データのデータ誤りいわゆるＣＲＣエラーを検出する。ＣＲＣエラーが検出されない場合には、受信データを正規のデータとして上位のホストＰＣなどに出力する。
ＵＳＰ US ６,５０１,８０７ B１公報

上記のような無線タグ通信装置では、ノイズなどの影響により、無線タグの応答データおよびそれに含まれるＣＲＣ１６を誤って復号する可能性がある。この場合、ＣＲＣチェックサムが偶然一致してしまい、本来存在しないはずの偽りのタグデータを有する無線タグが検出されてしまうことがあった。

例えば、真のタグデータ128ビットが、次のデータであるとする。
真のタグデータ：3000 3500 0000 0000 0002 54B3 2FF5 AF78(HEX)
末尾の１６ビット“AF78(HEX)”はＣＲＣエラー検出用のＣＲＣ１６である。

無線タグ通信装置がこの真のタグデータを正常に受信し、ＣＲＣ１６の再計算結果がチェックサム“1D0F(HEX)”と一致すれば、ＣＲＣエラーは検出されず、正規のタグデータとして判断する。もし、無線タグと無線タグ通信装置との間の通信路におけるノイズ等の影響でタグデータが異常受信され、ＣＲＣ１６の再計算結果がチェックサム“1D0F(HEX)”と一致しない場合はＣＲＣエラーと判断される。しかしながら、ＣＲＣ１６は１６ビットであるため、1/65536の確率で偽りのタグデータとＣＲＣ１６が一致してしまう可能性がある。

例えば、ノイズ等の影響で、
偽りのタグデータ“3000 3500 0202 0008 0202 54B3 2FF5 AF78(HEX)”
が異常受信されたとする。このタグデータのＣＲＣ１６を再計算すると、その計算結果はチェックサム“1D0F(HEX)”と一致し、ＣＲＣエラーが検出されないため、偽りのタグデータであるにもかかわらず、正規のタグデータとして判断され、上位のホストＰＣに正規のデータとして出力されてしまうという問題があった。

この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的は、ノイズ等の影響による誤ったデータの取込みの確率を低減できる信頼性にすぐれた無線タグ通信装置を提供することである。

請求項１に係る発明の無線タグ通信装置は、
無線タグから送信される信号を受信し、この受信信号とその受信信号の搬送波と同じ周波数のローカル信号とからＩ信号を生成するとともに、前記受信信号と前記ローカル信号の９０度位相ずれした信号とからＱ信号を生成する受信手段と、この受信手段で生成したＩ信号およびＱ信号に関連する複数の信号を復号し、復号された各復号データの復号エラーを検出するとともに前記各復号データに含まれる誤り検出符号を用いてその復号データ誤りを検出するデジタル信号処理手段と、前記各復号エラーの検出結果および前記各復号データ誤り検出結果で所定以上の誤りがない時に復号データを正規の復号データとして保存する保存手段と、を備えている。

この発明の無線タグ通信装置によれば、ノイズ等の影響による誤ったデータの取込みの確率が低減する。これにより、無線通信の信頼性が向上する。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。

直交復号装置を含む無線ＩＤタグ通信装置の構成を図１に示している。直交復調装置は装置全体を制御する制御部１と、この制御部１との間で種々のデジタルデータを送受信するデジタル信号処理部２と、送信すべき無線波を生成する送信部ＴＸと、受信した無線波を処理する受信部ＲＸ（受信手段）と、上位ホストＰＣ等の外部機器接続用のインタフェース７０を有している。また、直交復調装置は外部に電波を放射するアンテナ３、このアンテナ３に接続されるＬＰＦ（ローパスフィルタ）４、このＬＰＦに接続されるとともに送信部ＴＸと受信部ＲＸと接続しているサーキュレータなどの方向性結合器５、無線タグから送信される信号の搬送波と同じ周波数のローカル信号をＰＬＬ（フェーズ・ロック・ループ）１１、このＰＬＬから出力された信号の位相を９０度シフトする位相シフト器１０を有している。

制御部１は３つのバッファメモリ１ａ、１ｂ、１ｃと出力用メモリを有している。

制御部１は、ＣＰＵ（中央処理ユニット）、予め記憶されたプログラムが記憶されたＲＯＭ、一時的にデータを記憶するＲＡＭを有し、ＲＡＭの一部が３つのバッファメモリ１ａ、１ｂ、１ｃ及び出力用メモリ１ｄに割当てられている。また、制御部１はプログラムに従って動作することにより、デジタル信号処理部２との間で送受信データを入出力して、図示しない無線タグ（無線ＩＤタグともいう）とのデータ通信を行う。また、制御部１は、無線タグから送信される信号の搬送波と同じ周波数のローカル信号をＰＬＬ（フェーズ・ロック・ループ）１１から出力させる。

送信部ＴＸは方向性結合器５に接続するＰＡ（電力増幅器）６と、ＭＯＤ（変調器）と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）８と、ＤＡＣ（デジタル/アナログ・コンバータ）９を有する。

受信部ＲＸはミキサ１２および１３と、直流カットコンデンサ１４および１５、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１６および１７と、可変利得増幅器１８および１９と、ＡＤＣ（アナログ／デジタル・コンバータ）２０，２１および２２を有する。

デジタル信号処理部は、ＤＡＣ８に制御部１から出力される送信信号を例えばＰＩＥ符号で符号化する符号化部３０を有する。また、デジタル信号処理部は、ＡＤＣ２０および２１からデジタル信号を受けるデジタルフィルタであるＦＩＲ（finite impulse response）３１および３２と、２乗部３４および３５と、加算部３７と、ＡＧＣ（Auto Gain Control）３８と、第１ないし第３の復号処理部４０，５０，６０を有する。

第１復号処理部４０は、デジタルフィルタ３１から供給されるＩ信号Ｉｈを２値化する２値化部４１を有するとともに、この２値化部４１で２値化されたＩ信号が供給されるＩ信号同期クロック生成部４２、Ｉ信号プリアンブル検出部４３、Ｉ信号復号部（第１複号手段）４４、Ｉ信号復号エラー検出部（第１複合エラー検出手段）４５、およびＩ信号ＣＲＣエラー検出部（第１データ誤り検出手段）４６を有する。

第２復号処理部５０は、デジタルフィルタ３２から供給されるＱ信号Ｑｈを２値化する２値化部５１を有するとともに、この２値化部５１で２値化されたＱ信号が供給されるＱ信号同期クロック生成部５２、Ｑ信号プリアンブル検出部５３、Ｑ信号復号部（第２複号手段）５４、Ｑ信号復号エラー検出部（第２複合エラー検出手段）５５、およびＱ信号ＣＲＣエラー検出部（第２データ誤り検出手段）５６を有する。

第３復号処理部６０は、加算器３７から供給される（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４を２値化する２値化部６１を有するとともに、この２値化部６１で２値化された（Ｉ²＋Ｑ²）信号が供給される（Ｉ²＋Ｑ²）信号同期クロック生成部６２、（Ｉ²＋Ｑ²）信号プリアンブル検出部６３、（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号部（第３複号手段）６４、（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号エラー検出部（第３複合エラー検出手段）６５、および（Ｉ²＋Ｑ²）信号ＣＲＣエラー検出部（第３データ誤り検出手段）６６を有する。

符号化部３０で符号化された送信信号は、ＤＡＣ９でＤ／Ａ変換され、ＬＰＦ８を介してＭＯＤ７に供給される。ＭＯＤ７は、ＰＬＬ１１のローカル信号を送信信号によって振幅変調する。この振幅変調により得られる送信信号は、ＰＡ６で電力増幅され、サーキュレータなどの方向性結合器５およびＬＰＦ４を介してアンテナ３に供給され、このアンテナ３から電波として放射される。

無線タグから送信される信号はアンテナ３で受信され、その受信信号がＬＰＦ４および方向性結合器５を介してミキサ１２，１３にそれぞれ供給される。そして、一方のミキサ１２に、ＰＬＬ部１１のローカル信号が供給される。他方のミキサ１３には、ＰＬＬ１１のローカル信号が９０度位相シフト器１０を介して供給される。９０度位相シフト器１０は、ローカル信号の９０度位相ずれした信号を出力する。ミキサ１２は、受信信号とローカル信号を混合することにより、ローカル信号と同相成分のＩ信号を生成する。ミキサ１３は、受信信号と９０度位相ずれのローカル信号を混合することにより、ローカル信号と直交成分のＱ信号を生成する。

ミキサ１２で生成されたＩ信号は、直流カットコンデンサ１４で直流成分が除去された後、ＬＰＦ１６で不要な高周波成分が除去されて、可変利得増幅器１８で所定の大きさに増幅された後、Ｉ信号Ｉｃとなる。このＩ信号Ｉｃは、受信信号（ベースバンド信号）をデジタル信号に変換するＡＤＣ２０により、デジタルのＩ信号Ｉｈｏに変換される。そして、このデジタルのＩ信号Ｉｈｏがデジタル信号処理部２に入力される。

ミキサ１３で生成されたＱ信号は、直流カットコンデンサ１５で直流成分が除去された後、ＬＰＦ１７で不要な高周波成分が除去されて、可変利得増幅器１９で所定の大きさに増幅された後、Ｑ信号Ｑｃとなる。このＱ信号Ｑｃは、受信信号（ベースバンド信号）をデジタル信号に変換するＡＤＣ２１により、デジタルのＱ信号Ｑｈｏに変換される。そして、このデジタルのＱ信号Ｑｈｏがデジタル信号処理部２に入力される。

こうして、アンテナ３からＡＤＣ２０，２１までの系統により、ダイレクトコンバージョン方式で受信手段が構成されている。

上記ＡＤＣ２０，２１のサンプリング時間間隔は、変調された受信信号からデータを確実に取り出すために、変調された受信信号のレベルが変化しない最短時間の２分の１より短い時間に設定する必要がある。ここでは、サンプリング時間間隔を変調された受信信号のレベルが変化しない最短時間の４分の１の時間としている。換言すれば、変調された受信信号のレベルが変化しない最小周波数の４倍のサンプリング周波数に設定している。

ＡＤＣ２０でデジタル信号に変換されたＩ信号Ｉｈｏは、デジタル信号処理部２のデジタルフィルタたとえばＦＩＲ３１で帯域制限されＩｈとなる。同様に、ＡＤＣ２１でデジタル信号に変換されたＱ信号Ｑｈｏは、デジタル信号処理部２のデジタルフィルタたとえばＦＩＲ３２で帯域制限されＱｈとなる。

帯域制限されたＩ信号Ｉｈは、第１復号処理部４０に供給されるとともに、２乗部３４で２乗されてその２乗値Ｉ²を表すＩ信号Ｉｊとなる。また、帯域制限されたＱ信号Ｑｈは、第２復号処理部５０に供給されるとともに、２乗部３５で２乗されてその２乗値Ｉ²を表すＱ信号Ｑｊとなる。これらＩ信号ＩｊおよびＱ信号Ｑｊが加算器３７に供給される。この加算器３７から、Ｉ信号Ｉｊ（２乗値Ｉ²）とＱ信号Ｑｊ（２乗値Ｑ²）との加算に基づく（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４が出力される。この（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４は、第３復号処理部６０に供給されるとともに、ＡＧＣ３８に供給される。ＡＧＣ３８は、加算器３７から出力される（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４の振幅が所定の閾値より低いレベルのとき、ＤＡＣ２２の出力電圧を制御して、可変利得増幅器１８，１９の利得を高くする。

上記第１復号処理部４０、第２復号処理部５０、および第３復号処理部６０の処理について説明する。
第１の復号処理部４０において、Ｉ信号同期クロック生成部４２は、２値化部４１からの２値化信号と同期したクロック信号を生成し、生成したクロック信号を、制御部１を介して、Ｉ信号プリアンブル検出部４３、Ｉ信号復号部４４、Ｉ信号復号エラー検出部４５、およびＩ信号ＣＲＣエラー検出部４６にそれぞれ供給する。Ｉ信号プリアンブル検出部４３は、Ｉ信号同期クロック生成部４２で生成されるクロック信号に同期して、Ｉ信号と予め設定されているプリアンブルパターンデータとを比較することにより、特定パターンデータであるプリアンブルデータを検出する。Ｉ信号復号部４４は、プリアンブルデータの検出に伴う制御部１からの復号開始の指令を受けて、Ｉ信号をＦＭ０復号あるいはマンチェスタ復号により復号する。Ｉ信号復号エラー検出部４５は、同様に、プリアンブルデータの検出に伴う制御部１からの復号開始の指令を受けて、Ｉ信号をＦＭ０復号あるいはマンチェスタ復号により復号した復号データの復号エラーを検出する（ＦＭ０復号エラーチェックあるいはマンチェスタ復号エラーチェック）。Ｉ信号ＣＲＣエラー検出部４６は、Ｉ信号復号部４４の復号データに含まれる誤り検出符号のＣＲＣ１６を用いて、その復号データのデータ誤りいわゆるＣＲＣエラーを検出する。

第２の復号処理部５０において、Ｑ信号同期クロック生成部５２は、２値化部５１からの２値化信号と同期したクロック信号を生成し、生成したクロック信号を、制御部１を介して、Ｑ信号プリアンブル検出部５３、Ｑ信号復号部５４、Ｑ信号復号エラー検出部５５、およびＱ信号ＣＲＣエラー検出部５６にそれぞれ供給する。Ｑ信号プリアンブル検出部５３は、Ｑ信号同期クロック生成部５２で生成されるクロック信号に同期して、Ｑ信号と予め設定されているプリアンブルパターンデータとを比較することにより、特定パターンデータであるプリアンブルデータを検出する。Ｑ信号復号部５４は、プリアンブルデータの検出に伴う制御部１からの復号開始の指令を受けて、Ｑ信号をＦＭ０復号あるいはマンチェスタ復号により復号する。Ｑ信号復号エラー検出部５５は、Ｑ信号をＦＭ０復号あるいはマンチェスタ復号により復号した復号データの復号エラーを検出する（ＦＭ０復号エラーチェックあるいはマンチェスタ復号エラーチェック）。Ｑ信号ＣＲＣエラー検出部５６は、同様に、プリアンブルデータの検出に伴う制御部１からの復号開始の指令を受けて、Ｑ信号復号部５４の復号データに含まれる誤り検出符号のＣＲＣ１６を用いて、その復号データのデータ誤りいわゆるＣＲＣエラーを検出する。

第３の復号処理部６０において、（Ｉ²＋Ｑ²）信号同期クロック生成部６２は、２値化部６１からの２値化信号と同期したクロック信号を生成し、生成したクロック信号を、制御部１を介して、（Ｉ²＋Ｑ²）信号プリアンブル検出部６３、（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号部６４、（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号エラー検出部６５、および（Ｉ²＋Ｑ²）信号ＣＲＣエラー検出部６６に供給する。（Ｉ²＋Ｑ²）信号プリアンブル検出部６３は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号同期クロック生成部６２で生成されるクロック信号に同期して、（Ｉ²＋Ｑ²）信号と予め設定されているプリアンブルパターンデータとを比較することにより、特定パターンデータであるプリアンブルデータを検出する。（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号部６４は、プリアンブルデータの検出に伴う制御部１からの復号開始の指令を受けて、（Ｉ²＋Ｑ²）信号をＦＭ０復号あるいはマンチェスタ復号により復号する。（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号エラー検出部６５は、同様に、プリアンブルデータの検出に伴う制御部１からの復号開始の指令を受けて、（Ｉ²＋Ｑ²）信号をＦＭ０復号あるいはマンチェスタ復号により復号した復号データの復号エラーを検出する（ＦＭ０復号エラーチェックあるいはマンチェスタ復号エラーチェック）。（Ｉ²＋Ｑ²）信号ＣＲＣエラー検出部６６は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号部６４の復号データに含まれる誤り検出符号のＣＲＣ１６を用いて、その復号データのデータ誤りいわゆるＣＲＣエラーを検出する。

図２は、受信データ再生時における各部の出力波形を示している。ＬＰＦ１６から出力されるＩ信号Ｉｃは、ＡＤＣ２０でサンプリングされてデジタルデータに変換され、かつデジタルフィルタ３１で帯域制限されることにより、Ｉ信号Ｉｈとなる。また、ＬＰＦ１７から出力されるＱ信号Ｑｃは、ＡＤＣ２１でサンプリングされてデジタルデータに変換され、かつデジタルフィルタ３２で帯域制限されることにより、Ｑ信号Ｑｈとなる。

このＩ信号ＩｈおよびＱ信号Ｑｈは、２乗部３４，３５でそれぞれ２乗されてＩ信号Ｉｊ，Ｑ信号Ｑｊに変換される。そして、Ｉ信号ＩｊとＱ信号Ｑｊが加算器３７で加算されて、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４が生成される。

２値化部６１は、加算器３７から供給される（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４が所定の閾値以上となる期間だけハイレベルとなる信号を作成し、さらに、この信号の立ち上がり毎に信号レベルを反転させて２値データを生成する機能を有し、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４を閾値Ｔ１で２値化する。すなわち、閾値Ｔ１以下のときは“Ｌ”レベルとし、閾値Ｔ１より大きいときは“Ｈ”レベルとして信号Ｓ５を作るとともに、信号Ｓ５の立ち上がりで信号レベルを反転する処理を行い、信号Ｓ６を生成する。こうして、アンテナ２で受信した受信信号の復号データ信号Ｓ６が得られる。

ＡＧＣ３８は、加算器３７から供給される（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４の振幅が閾値Ｔ１より低いレベルのときは、各可変利得増幅器１８，１９の利得が高くなるように、ＤＡＣ２２の出力電圧を制御する。また、ＡＧＣ３８は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４の振幅が閾値Ｔ１より低いレベルになる期間が無い場合は、各可変利得増幅器１８，１９の利得が低くなるように、ＤＡＣ２２の出力電圧を制御する。この各可変利得増幅器１８，１９の増幅率と（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４の振幅とから、受信信号のＲＳＳＩ値が取得され、これにより制御部１がキャリアセンスを行うようになっている。このように、２乗部３４，３５、加算器３７および２値化部６１などのデジタル処理により、受信信号から受信データを再生する直交復号器を構成することができ、受信信号のレベルが小さくなってもノイズの影響を極力防止して受信データを確実に復号することができる。

なお、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４から２値の信号Ｓ５を作成し、この信号Ｓ５から復号データ信号Ｓ６を生成する処理を行ったが、これに限定するものではなく、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４が閾値Ｔ１以下から閾値Ｔ１より大きくなる立ち上がりで信号レベルを反転する処理を行って復号データ信号Ｓ６を生成してもよい。また、ＡＤＣ２０，２１のサンプリング周波数を変調された受信信号のレベルが変化しない最小周波数の４倍としたが、サンプリング周波数を高くすることにより、変調された受信信号の周波数成分とサンプリング周波数の周波数差を広げることができるため、アンチエイリアシングフィルタの構成が簡易になる利点がある。また、予め設定した閾値Ｔ１を用いる２値化によって（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４を作成したが、これに限定するものではない。閾値Ｔ１を２値化する時間以前のデータを利用して作成してもよい。図３に示すように、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４に対して、２値化する時間の５サンプリング前のデータから２値化するサンプリングデータまでの連続する６サンプリングデータを平均した値から作成した閾値Ｔ２を使用して２値化してもよい。このように６サンプリングデータを平均した値、すなわち時間平均をとっているので急激な時間の変化には対応することができないが、直流レベルが変動しても対応することが可能となる。このようにすれば、閾値Ｔ２は、時間とともに変化する（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４の値によって変動する。そして、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４は閾値Ｔ２を基準として２値化される。すなわち、（Ｉ²＋Ｑ²）信号Ｓ４が閾値Ｔ２以下のときは“Ｌ”レベルとし、閾値Ｔ２より大きいときは“Ｈ”レベルとして２値化し、図３に示す信号Ｓ５１を作る。そして、信号Ｓ５１の立ち上がりで信号レベルを反転して、図３に示す復号データ信号Ｓ６１を生成する。こうして、アンテナ２で受信したバックスキャッタ信号の復号データ信号Ｓ６１を得ることができる。なお、ここにおける平均値を算出する連続するサンプリング数は、各ＡＤＣ２０，２１でサンプリングされた値が連続して最大値を取るサンプリング数に１を加えた数以上にする必要がある。そして、平均値を算出するサンプリング数をより多くすることにより、閾値Ｔ２のレベル変動を小さくできる。

制御部１は、各復号処理部４０，５０，６０から予め決められたデータ数を受信すると、各ＣＲＣエラー検出部４６，５６，６６に指令を送ってこれらＣＲＣエラー検出部４６，５６，６６からデータ誤り検出結果を取得し、データ誤りの有無を確認する。各プリアンブル検出部４３，５３，６３によるプリアンブルの検出は、図４に示すように行われる。例えば、伝送速度に対応した周期Ｔに対して、０．５Ｔ毎にデータが変化するプリアンブルパターンデータを予め設定する。時刻t＝−１から０．５Ｔずれたものを時刻t＝０、さらに、０．５Ｔずれたものを時刻t＝１として示している。各パターンデータは、ハイレベルときに１、ローレベルのときに−１として、相関値を算出する。

プリアンブルパターンデータをｆ（ａ）、入力信号をｒ（ａ）とし、ａを“１〜１２”の自然数とすると、相関値ｃは下式で示される。

図４からも分かるように、パターンが一致しているときには相関値ｃは大きな値になる。また、一部データが誤ったとしても、相関値がある程度大きければパターン一致を検出できる。相関値ｃの閾値を、例えば、「１０」に設定すれば、相関値ｃが１０以上の場合にプリアンブルを検出したと判断する。

このような構成において、無線ＩＤタグと通信を行うときには、先ず、無変調キャリアを無線ＩＤタグに送信して無線ＩＤタグに電力を供給する。すなわち、符号化部３０の出力をハイレベルにし、ＰＬＬ１１で生成したローカル信号をＭＯＤ（変調器）７に供給し、このＭＯＤ７の振幅を最大レベルにする。そして、ＭＯＤ７からの信号をＰＡ（電力増幅器）６で電力増幅し、方向性結合器５に供給する。方向性結合器５からの信号を、ＬＰＦ４を通過させて不要な高周波成分を除去した後、アンテナ３から無線ＩＤタグに無変調キャリアを送信する。

また、無線タグにデータを送信するときには、ＰＬＬ１１で生成したローカル信号をＭＯＤ７に供給した状態で、制御部１から符号化部３０に送信データを送信し、この送信データを符号化部３０で例えばＰＩＥ符号により符号化し、それをＤＡＣ９でアナログ信号に変換し、かつＬＰＦ８を介してＭＯＤ７に入力し、ローカル信号を用いて振幅変調する。振幅変調された信号は、ＰＡ６、方向性結合器５、ＬＰＦ４を介してアンテナ３から無線タグに無線送信される。

無線タグは、当該装置からデータを受信し終わると、続いて、当該装置からの無変調波の送信時にバックスキャッタにより振幅変調を行って、例えば、ビット同期やプリアンブルからなる同期部、この同期部の後に続くデータ部、ＣＲＣビット部によって構成される信号を応答信号として送信する。

当該装置は、無線タグからの応答信号をアンテナ３で受信する。応答信号の受信時においては、ＬＰＦ４で不要な高周波成分を除去し、方向性結合器５を介してミキサ１２，１３に信号を入力する。ミキサ１２は、ＰＬＬ１１からのローカル信号を用いて、このキャリア信号と同相成分のＩ信号を生成する。ミキサ１３は、９０度位相シフト器１０で９０度位相ずれされたローカル信号を用いて、キャリア信号と直交成分のＱ信号を生成する。

ミキサ１２からのＩ信号は、ＬＰＦ１６で不要な高周波成分が除去されて符号化されたデータ成分になった後、可変利得増幅器１８で増幅されてＡＤＣ２０でデジタル信号に変換され、かつデジタルフィルタ３１を介して、２乗部３４，３５および加算器３７などからなるＩＱ信号合成部に入力されるとともに、第１復号処理部４０に入力される。

ミキサ１３からのＱ信号は、ＬＰＦ１３で不要な高周波成分が除去されて符号化されたデータ成分になった後、可変利得増幅器１９で増幅されてＡＤＣ２１でデジタル信号に変換され、かつデジタルフィルタ３２を介して、２乗部３４，３５および加算器３７などからなるＩＱ信号合成部に入力されるとともに、第２復号処理部５０に入力される。

ＩＱ信号合成部に入力されたＩ信号およびＱ信号は、前述したように２乗され、かつ加算器３７で加算された後、第３復号処理部６０に入力される。

無線タグからの応答データの受信について、図５を用いて説明する。Ｉ信号、Ｑ信号、（Ｉ²＋Ｑ²）信号ともに同様な処理であるため、ここでは（Ｉ²＋Ｑ²）信号の処理についてのみ説明をし、Ｉ信号およびＱ信号の復号エラーチェック処理については説明を省略する。

制御部１は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号プリアンブル検出部６３から信号Ｉのプリアンブルを検出した通知を受けたか否かを判断する（ステップＳ１０１：以降Ｓ１０１と省略する）。（Ｉ²＋Ｑ²）信号プリアンブル検出部６３から信号Ｉのプリアンブルを検出した通知を受けたと判断した場合（Ｓ１０１のＹｅｓ）、制御部１は（Ｉ²＋Ｑ²）信号の復号および（Ｉ²＋Ｑ²）信号の復号エラーチェックの処理を行う（Ｓ１０２）。このＳ１０２の詳細な説明は後述する。Ｓ１０２の処理終了後、制御部1は（Ｉ²＋Ｑ²）信号から復号された情報に復号エラーがないか否かを判断する（Ｓ１０４）。復号エラーがないと判断した場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、制御部1は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号から復号された情報が所定データ数復号されているか否かを判断する（Ｓ１０５）。Ｓ１０５で所定データ数復号されていないと判断した場合（Ｓ１０５のＮｏ）、制御部1は所定時間後にＳ１０５の処理に戻る。Ｓ１０５で所定データ数復号されていると判断した場合（Ｓ１０５のＹｅｓ）、制御部１はデータ誤りがないかＣＲＣエラーチェックをするように（Ｉ²＋Ｑ²）信号ＣＲＣエラー検出部６６に指示を出し、その結果を受け取る（Ｓ１０６）。制御部１はＣＲＣエラーがあるか否かを判断する（Ｓ１０７）。ＣＲＣエラーがないと判断したならば（Ｓ１０７のＹｅｓ）バッファメモリ１ｃに復号データを正規の復号データとして記憶（保存）する（Ｓ１０８：保存手段）。なお、Ｉ信号の処理の場合Ｓ１０８はバッファメモリ１ａに復号データを正規の復号データとして保存し、Ｑ信号の処理の場合Ｓ１０８はバッファメモリ１ｂに復号データを正規の復号データとして保存する。Ｓ１０７でＣＲＣエラーがあると判断した場合（Ｓ１０７のＮｏ）、図５の処理を終了する。また、Ｓ１０４で復号エラーがあると判断した場合（Ｓ１０４のＮｏ）もそのまま図５の処理を終了する。

フローでは示さないが、図５の処理終了後バッファメモリ１ａないし１ｃに保存されている復号データのうちの一つをバッファメモリ１ｄに転送する。このとき、復号エラーおよび誤り検出エラーがなかった復号データを１ｄに転送する。この１ｄに復号データを保存する処理を保存手段としてもよい。

ここで、Ｓ１０２で示した復号および復号エラーチェック処理について、無線タグからの応答データがＦＭ０で符号化されている場合を例に、図６および図７を用いて説明する。Ｉ信号、Ｑ信号、（Ｉ²＋Ｑ²）ともに同様な処理であるため、ここでも（Ｉ²＋Ｑ²）信号の復号エラーチェックについてのみ説明し、Ｉ信号およびＱ信号の復号エラーチェック処理については説明を省略する。

図７は（Ｉ²＋Ｑ²）信号を２値化する２値化部６１の出力波形であり、プリアンブルパターンデータとその後に続くタグデータを示している。同期クロックにより、無線タグからの応答データは、その伝送速度の２倍でサンプリングされ、サンプリングされたデータを例えば１２ビットのシフトレジスタＳＲに順次取り込んでいき、１２ビットのシフトレジスタＳＲの中身と１２ビットのプリアンブルパターンデータが一致した場合、制御部1にてプリアンブルが検出され、この後に続くタグデータをＦＭ０で復号する。

図６は、２値化された（Ｉ²＋Ｑ²）信号を伝送速度の２倍でサンプリングしたときのＦＭ０復号およびＦＭＯ復号エラーチェックの流れを示している。２倍サンプリングであるため、サンプリングデータ２ビットで、ＦＭ０の1データを復号している。まず、ステップＳ２０１でカウンタを０(count=0)として初期化する（Ｓ２０１）。シフトレジスタＳＲを1ビット左シフトするようにデジタル処理部２に指示を出す（Ｓ２０２）。サンプリングしたビットをシフトレジスタＳＲの最下位ビット（ＳＲ[1][0]）に格納するようにデジタル信号処理部２に指示を出す（Ｓ２０３）。カウンタを１加算する（Ｓ２０４）。カウンタが２であるか否かを判断する（Ｓ２０５）。カウンタが２でないと判断した場合（Ｓ２０５のＮｏ）、制御部１はＳ２０２に戻る。カウンタが２であると判断した場合（Ｓ２０５のＹｅｓ）、制御部１は、シフトレジスタＳＲのＳＲ[2][1]ビットが“０１”または“１０”であるか否かを判断する（Ｓ２０６）。シフトレジスタＳＲのＳＲ[2][1]ビットが“０１”または“１０”であると判断した場合（Ｓ２０６のＹｅｓ）、制御部１は、シフトレジスタＳＲのＳＲ[1][0]ビットが“０１”または“１０”であるか否かを判断する（Ｓ２０７）。シフトレジスタＳＲのＳＲ[1][0]ビットが“０１”または“１０”であると判断した場合（Ｓ２０７のＹｅｓ）、制御部１はデータを‘０’に復号するようにデジタル信号処理部２に指示をする（Ｓ２０８）。シフトレジスタＳＲのＳＲ[1][0]ビットが“０１”または“１０”でないと判断した場合（Ｓ２０７のＮｏ）、制御部１はデータを‘１’に復号するようにデジタル信号処理部２に指示をする（Ｓ２０９）。一方、シフトレジスタＳＲのＳＲ[2][1]ビットが“０１”または“１０”でないと判断した場合（Ｓ２０６のＮｏ）、制御部１は復号エラーの処理をする（Ｓ２１０）。例えば、図７に示すように、ノイズ等の影響で、Ｄ４とＤ５のデータの境でビットの反転が起こらず、ＦＭ０の符号化エラーが生じている場合、Ｄ５でシフトレジスタＳＲ[2][1]は“００”となるため、復号エラーが検出されることとなる。Ｓ２０７またはＳ２０８にてデータ1ビットの復号を終了したならば所定データ数復号を完了したか否かを判断する（Ｓ２１１）。所定データ数復号を完了していないと判断した場合（Ｓ２１１のＮｏ）、制御部１はＳ２０１の処理に戻る。所定データ数復号を完了していると判断した場合（Ｓ２１１のＹｅｓ）、制御部１は図６に示す処理を終了する。図６に示したＦＭ０復号およびＦＭＯ復号エラーチェックの流れは、制御部１の処理として説明をしたが、図６に示す処理の一部またはすべてをデジタル信号処理部２の６５，６６で行い、検出結果のみを制御部１に返信しても良い。

以上のように、ＣＲＣエラーチェックと共に、データ１つ１つの復号エラーチェックをセットにして行うため、ノイズ等で誤ったデータのＣＲＣエラーチェックが偶然パスしてしまい、偽りのタグデータが上位のホストＰＣ等にあげられてしまう確率を低減させることができる。

すなわち、無線タグ側の回路規模の増大やそれに伴うコストの上昇を招くことなく、ノイズ等の影響による誤ったデータの取込みの確率を低減できる。これにより、無線通信の信頼性が向上する。

なお、（Ｉ²＋Ｑ²）信号、Ｉ信号、Ｑ信号で復号エラーおよびＣＲＣエラーがなく、複数のデータが取得できた場合は、各復号部４４，５４，６４に予め優先順位を付けておいて、優先順位がもっとも高く、かつ、復号エラーとＣＲＣエラーのなかった信号から復号されたデータを、保存手段によって正規の復号データとして採用するようにしてもよい。本第１の実施の形態では（Ｉ²＋Ｑ²）信号を最優先にしている。

なお、理論的には、（Ｉ²＋Ｑ²）信号は、Ｉ信号およびＱ信号の両方の情報を含むため、（Ｉ²＋Ｑ²）信号のみを使用して復号すればよいが、無線タグと当該装置との間の距離が遠いといった理由で無線タグからの応答データが微弱な場合は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号よりも、むしろＩ信号あるいはＱ信号を単独に使用した方がよい場合がある。これは次の理由による。例えば、Ｉ信号、Ｑ信号ともに振幅が小さく、Ｉ信号のＳＮ比よりも、Ｑ信号のＳＮ比が悪いときは、Ｑ信号の悪いＳＮ比のせいで（Ｉ²＋Ｑ²）信号の情報量は、Ｉ信号単独の情報量よりも減少してしまうためである。

［２］第２の実施形態
第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態と異なる点は、制御部１における復号データの取り扱いにある。第１の実施の形態の図５に相当する図８のフローチャートに示す処理になっている。Ｉ信号、Ｑ信号、（Ｉ²＋Ｑ²）ともに同様な処理であるため、ここでは（Ｉ²＋Ｑ²）信号の処理についてのみ説明をし、Ｉ信号およびＱ信号の復号エラーチェック処理については説明を省略する。

制御部１は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号プリアンブル検出部６３から信号Ｉのプリアンブルを検出した通知を受けたか否かを判断する（ステップＳ３０１）。（Ｉ²＋Ｑ²）信号プリアンブル検出部６３から信号Ｉのプリアンブルを検出した通知を受けたと判断した場合（Ｓ３０１のＹｅｓ）、制御部１は（Ｉ²＋Ｑ²）信号の復号の指示を行う（Ｓ３０２）。ここで、第１の実施形態と同様に、復号エラーチェックを行ってもよい。次に制御部1は、（Ｉ²＋Ｑ²）信号から復号された情報が所定データ数復号されているか否かを判断する（Ｓ３０３）。所定データ数復号されていないと判断した場合（Ｓ３０３のＮｏ）、制御部１は、Ｓ３０２に戻る。

所定データ数復号されていると判断した場合（Ｓ３０３のＹｅｓ）、制御部1は制御部１はデータ誤りがないかＣＲＣエラーチェックをするように（Ｉ²＋Ｑ²）信号ＣＲＣエラー検出部６６に指示を出し、その結果を受け取り、（Ｓ３０４）。処理を終了する。

図８に示す以降の処理を図９に示す。Ｉ信号，Ｑ信号および（Ｉ²＋Ｑ²）信号のすべてについて、Ｓ３０４が終了したかを判断する（Ｓ３１１）。すべての信号の処理が終了していると判断した場合（Ｓ３１１のＹｅｓ）はＩ信号、Ｑ信号、（Ｉ²＋Ｑ²）信号のうち、少なくとも２つでＣＲＣエラーが検出されているか否かを判定する（Ｓ３１２）。もし、ＣＲＣエラーが複数（２つ以上）検出されていると判断した場合（Ｓ３１２のＮｏ）、制御部１は図９の処理を終了する。ＣＲＣエラーが複数（２つ以上）検出されていないと判断した場合すなわちＣＲＣエラーが一つかゼロの場合（Ｓ３１２のＹｅｓ）、制御部は、複数（２つ以上）で復号データが一致するか否かの判定をする（Ｓ３１３）。複数の復号データが一致していると判断した場合（Ｓ３１３のＹｅｓ）、制御部１はＣＲＣエラーおよび復号エラーがない復号データを正規の復号データとして出力用メモリ１ｄに保存する（Ｓ３１４：保存手段）。Ｓ３１３にて複数のデータ一致していないと判断した場合（Ｓ３１３のＮｏ）は図９の処理をそのまま終了する。

要するに、制御部１は、各ＣＲＣエラー検出部４６，５６，６６の検出結果の複数がＣＲＣエラーなし（データ誤りなし）のとき、各復号エラー検出部４５，５５，６５の検出結果の複数が復号エラーなしで、かつその復号エラーなしの各復号データが互いに一致していることを条件に、その一致している復号データを正規の復号データとして保存選定する。

他の構成、作用、効果は、第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］第３の実施形態
第３の実施形態について説明する。
制御部１は、各ＣＲＣエラー検出部４６，５６，６６の検出結果の全てがＣＲＣエラーなし（データ誤りなし）の通知であることを条件に、各復号エラー検出部４５，５５，６５の検出結果のうち復号エラーなしの復号データ（バッファメモリ１ａ，１ｂ，１ｃに保持されている場合復号データのどれでもよい）を正規の復号データとして保存する。

この場合、各復号部４４，５４，６４の優先順位に従って保存することももちろん可能である。すなわち図９においてＳ３１２はＣＲＣエラーが全くなし、Ｓ３１３は復号データはすべて一致していると判断条件に変更されている。

他の構成、作用、効果は、第１および第２の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

本実施の形態ではＩ信号、Ｑ信号、（Ｉ²＋Ｑ²）信号を利用して説明をしたが、３つの信号に限定されるものではなく、複数であれば本発明を実施できる。ただし、２つの信号で実現した場合、Ｓ３１２およびＳ３１３で一部の復号データにエラーがあっても正規の復号データとして保存させると精度があまり良くないため、利用する信号は３種類以上が望ましい。請求項中で定義している「Ｉ信号およびＱ信号に関連する複数の信号」とはＩ信号およびＱ信号自身も該当している。

なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、各実施の形態の組み合わせおよび要旨を代えない範囲で種々変形実施可能である。

各実施形態の構成を示すブロック図。各実施形態におけるデジタル信号処理部の各部の信号波形を示す図。各実施形態における受信データ再生時の他の閾値の作成方法を説明するための図。各実施形態におけるサンプリング検出を説明するための図。第１実施形態におけるＩ信号復号部の処理を説明するためのフローチャート。各実施形態における復号および復号エラーチェックを説明するためのフローチャート。各実施形態における２値化部の出力波形を示す図。第２実施形態におけるＩ信号復号部の処理および制御部の制御を説明するためのフローチャート。第２実施形態におけるＩ信号復号部の処理および制御部の制御を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…制御部、２…デジタル信号処理部、ＴＸ…送信手段、ＲＸ…受信手段、４０，５０，６０…第１・第２・第３復号処理部、４４，５４，６４…Ｉ信号・Ｑ信号・（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号部（第１・第２・第３復号手段）、４５，５５，６５…Ｉ信号・Ｑ信号・（Ｉ²＋Ｑ²）信号復号エラー検出部（第１・第２・第３復号エラー検出手段）、４６，５６，６６…Ｉ信号・Ｑ信号・（Ｉ²＋Ｑ²）信号ＣＲＣエラー検出部（第１・第２・第３データ誤り検出手段）、Ｓ１０８，Ｓ３１４…保存手段

Claims

無線タグから送信される信号を受信し、この受信信号とその受信信号の搬送波と同じ周波数のローカル信号とからＩ信号を生成するとともに、前記受信信号と前記ローカル信号の９０度位相ずれした信号とからＱ信号を生成する受信手段と、
この受信手段で生成したＩ信号およびＱ信号に関連する複数の信号を復号し、
復号された各復号データの復号エラーを検出するとともに前記各復号データに含まれる誤り検出符号を用いてその復号データ誤りを検出するデジタル信号処理手段と、
前記各復号エラーの検出結果および前記各復号データ誤り検出結果で所定以上の誤りがない時に復号データを正規の復号データとして選定する選定手段と、
を備えていることを特徴とする無線タグ通信装置。
前記保存手段は、前記各データ誤り検出手段の検出結果の少なくとも１つがデータ誤りなしであることを条件に、前記各復号エラー検出手段の検出結果のうち復号エラーなしの復号データを正規の復号データとして保存する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線タグ通信装置。
前記保存手段は、前記各データ誤り検出手段の検出結果の全てがデータ誤りなしであることを条件に、前記各復号エラー検出手段の検出結果のうち復号エラーなしの復号データを正規の復号データとして保存する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線タグ通信装置。
前記保存手段は、前記条件の成立に際し、前記各復号エラー検出手段の検出結果の複数が復号エラーなしの場合、その復号エラーなしの各復号データに対応する各復号手段のうち、予め定められている優先順位がもっとも高い復号手段の復号データを正規の復号データとして保存する、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の無線タグ通信装置。
前記保存手段は、前記各データ誤り検出手段の検出結果の複数がデータ誤りなしのとき、前記各復号エラー検出手段の検出結果の複数が復号エラーなしで、かつその復号エラーなしの各復号データが互いに一致していることを条件に、その一致している復号データを正規の復号データとして保存する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線タグ通信装置。
前記デジタル信号処理部は、
前記Ｉ信号を復号する第１復号手段と、
前記Ｑ信号を復号する第２復号手段と、
前記Ｉ信号の２乗値Ｉ²と前記Ｑ信号の２乗値Ｑ²との加算に基づく（Ｉ²＋Ｑ²）信号を復号する第３復号手段と、
前記第１復号手段の復号データの復号エラーを検出する第１復号エラー検出手段と、
前記第２復号手段の復号データの復号エラーを検出する第２復号エラー検出手段と、
前記第３復号手段の復号データの復号エラーを検出する第３復号エラー検出手段と、
前記第１復号手段の復号データに含まれる誤り検出符号を用いて、その復号データのデータ誤りを検出する第１データ誤り検出手段と、
前記第２復号手段の復号データに含まれる誤り検出符号を用いて、その復号データのデータ誤りを検出する第２データ誤り検出手段と、
前記第３復号手段の復号データに含まれる誤り検出符号を用いて、その復号データのデータ誤りを検出する第３データ誤り検出手段とを含む
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線タグ通信装置。