JP4293027B2 - 無線タグ通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、無線にて情報の書き込みや読み出しができる無線タグとの間で通信を行う無線タグ通信装置の改良に関する。
所定の情報が記憶された小型の無線タグ（応答器）から所定の無線タグ通信装置（質問器）により非接触にて情報の読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが知られている。このＲＦＩＤシステムは、無線タグが汚れている場合や見えない位置に配置されている場合であっても無線タグ通信装置との通信によりその無線タグに記憶された情報を読み出すことが可能であることから、商品管理や検査工程等の様々な分野において実用が期待されている。
ところで、複数のアンテナ素子を有してそれらアンテナ素子により情報の通信を行う無線通信装置において、各アンテナ素子に対応する信号の位相を制御するフェイズドアレイ（Phased Array）処理や、各アンテナ素子に対応する信号の位相及び振幅を適応制御するアダプティブアレイ（Adaptive Array）処理等のアレイアンテナ技術が一般的によく知られている。例えば、特許文献１に記載されたアダプティブアレイアンテナ制御装置がそれであり、通信対象の配置されている位置（方向）に対応してアンテナ制御係数を変更することで、通信可能距離を可及的に伸ばすことができるとされている。
特開平１１−２５１９９６号公報
しかし、前記無線タグ通信装置は、通常、散在する複数の前記無線タグとの間で通信を行うものであることに加え、それら無線タグからの極めて微弱な反射波を扱うものであるため、前記従来の技術では通信可能距離に限界があり、前記無線タグとの間で好適な通信が行われないおそれがあった。そこで、可及的に長い通信可能距離を実現する無線タグ通信装置の開発が求められていた。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、可及的に長い通信可能距離を実現する無線タグ通信装置を提供することにある。
斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、無線タグに向けて所定の送信信号を複数のアンテナ素子を有する送信アンテナにより送信すると共に、その送信信号に応じて無線タグから返信される返信信号を前記送信アンテナと共用の複数のアンテナ素子を有する受信アンテナにより受信することでその無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれの位相及び／又は振幅を制御することで前記送信アンテナの指向性を制御すると共に、その送信アンテナの指向性に基づいて前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれに与えるウェイトを制御するフェイズドアレイ制御手段又はビームフォーミング制御手段である指向性制御手段と、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御するアダプティブアレイ制御手段であって、前記無線タグからの返信信号に基づいて前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御すると共に、前記指向性制御手段により設定された前記送信アンテナの指向性に基づいて各受信信号に与えるウェイトの初期値を設定するウェイト適応制御手段とを、含み、前記複数のアンテナ素子により同一周波数にて前記送信信号の送信及び前記受信信号の受信が行われたとき、前記ウェイト適応制御手段は、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトをそれら複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれのウェイトとは異なる値に制御するものであり、前記指向性制御手段は、前記ウェイト適応制御手段による適応制御が収束した後に、その適応制御により設定された各受信信号に与えるウェイトに基づいて前記送信アンテナの指向性を再設定することを特徴とするものである。
このようにすれば、前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれの位相及び／又は振幅を制御することで前記送信アンテナの指向性を制御すると共に、その送信アンテナの指向性に基づいて前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれに与えるウェイトを制御するフェイズドアレイ制御手段又はビームフォーミング制御手段である指向性制御手段と、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御するアダプティブアレイ制御手段であって、前記無線タグからの返信信号に基づいて前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御すると共に、前記指向性制御手段により設定された前記送信アンテナの指向性に基づいて各受信信号に与えるウェイトの初期値を設定するウェイト適応制御手段とを、含み、前記複数のアンテナ素子により同一周波数にて前記送信信号の送信及び前記受信信号の受信が行われたとき、前記ウェイト適応制御手段は、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトをそれら複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれのウェイトとは異なる値に制御するものであり、前記指向性制御手段は、前記ウェイト適応制御手段による適応制御が収束した後に、その適応制御により設定された各受信信号に与えるウェイトに基づいて前記送信アンテナの指向性を再設定するものであることから、通信対象となる無線タグが配置されていると期待される方向に前記送信アンテナの指向性を変更すると共に、各受信信号に与えるウェイトを適応制御することで、前記無線タグとの間の通信感度を高められる。また、各受信信号に与えるウェイトが可及的に早く収束し、前記無線タグからの返信信号に含まれる情報信号のうちビット列の先頭に近い部分を取りこぼすことなく受信できることから、その無線タグとの通信距離を更に伸ばすことができる。また、プリアンブルを短く設定でき、前記無線タグとの通信に要する時間を短縮できるため、単位時間内に可及的多くの無線タグとの間で通信を行うことができる。また、前記複数のアンテナ素子により同一周波数にて前記送信信号の送信及び前記受信信号の受信が行われたとき、送信動作と受信動作とで指向性を異ならせることにより、可及的に長い通信可能距離を実現することができる。また、前記適応制御により設定された各受信信号に与えるウェイトに基づいて前記送信アンテナの指向性を再設定することで、通信対象となる無線タグに可及的に強い送信信号を送信することができる。すなわち、可及的に長い通信可能距離を実現する無線タグ通信装置を提供することができる。
ここで、好適には、前記指向性制御手段は、前記送信アンテナの指向性方向の送信電力密度が可及的に大きくなるように各送信信号に与えるウェイトを制御するものである。このようにすれば、実用的な態様で通信対象となる無線タグが配置されていると期待される方向に前記送信アンテナの指向性を変更することができる。
また、好適には、前記ウェイト適応制御手段は、前記複数のアンテナ素子により受信された後にそれぞれ所定のウェイトを与えられた受信信号を合成した合成信号の信号対雑音比（希望信号対妨害信号の比）が可及的に大きくなるように各受信信号に与えるウェイトを適応制御するものである。このようにすれば、実用的な態様で各受信信号に与えるウェイトを適応制御することができる。
また、好適には、複数のアンテナ素子から成る送信アンテナ及び受信アンテナにおいて、それら複数のアンテナ素子の一部又は全部は、前記送信アンテナ及び受信アンテナにより共用される共用アンテナ素子であり、その共用アンテナ素子から送信される送信信号に前記指向性制御手段により制御されたウェイトを与えると共に、その共用アンテナ素子により受信される受信信号に前記ウェイト適応制御部により制御されたウェイトを与えるものである。このようにすれば、可及的に長い通信可能距離を実現する実用的な態様の無線タグ通信装置を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、一般的なＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）通信システム１０の構成を説明する図である。このＲＦＩＤ通信システム１０は、質問器として機能する無線タグ通信装置１２及び応答器として機能する無線タグ１４から成り、その無線タグ通信装置１２から送信信号である送信波Ｆｃ１が送信されると、その送信波Ｆｃ１を受信した上記無線タグ１４において所定の情報信号に基づいてその送信波Ｆｃ１が変調されて返信信号である反射波Ｆｒ１として返信され、上記無線タグ通信装置１２によりその反射波ｒ１が受信されて復調されることで上記無線タグ１４との間で情報の通信が行われる。なお、通常のＲＦＩＤ通信においては、１台乃至は複数台の上記無線タグ通信装置１２と、複数の無線タグ１４との間で情報の通信が行われるが、図１ではそれぞれ１台のみを示している。
図１に示すように、上記無線タグ通信装置１２は、上記無線タグ１４に対する情報の読み出し及び書き込みの少なくとも一方を実行するためにその無線タグ１４との間で情報の通信を行うものであり、送信信号をディジタル信号として出力したり、上記無線タグ１４からの返信信号を復調する等のディジタル信号処理を実行するＤＳＰ（Digital Signal Processor）１６と、そのＤＳＰ１６により出力された送信信号をアナログ信号に変換する送信信号Ｄ／Ａ変換部１８と、所定の周波数変換信号を出力する周波数変換信号出力部２０と、上記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりアナログ信号に変換された送信信号の周波数をその周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ高くするアップコンバータ２２と、そのアップコンバータ２２によりアップコンバートされた送信信号を送信波Ｆｃ１として上記無線タグ１４に向けて送信すると共に、その送信波Ｆｃ１に応じて無線タグ１４から返信される反射波Ｆｒ１を受信する送受信アンテナ２４と、上記アップコンバータ２２によりアップコンバートされた送信信号をその送受信アンテナ２４に供給すると共に、その送受信アンテナ２４により受信された受信信号をダウンコンバータ２８に供給する方向性結合器２６と、上記送受信アンテナ２４により受信されてその方向性結合器２６を介して供給される受信信号の周波数を上記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ低くするダウンコンバータ２８と、そのダウンコンバータ２８から出力されるダウンコンバートされた受信信号をディジタル信号に変換して上記ＤＳＰ１６に供給する受信信号Ａ／Ｄ変換部３０とを、備えて構成されている。
上記ＤＳＰ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から成り、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータシステムであり、前記無線タグ１４への送信信号に対応するコマンドビット列を生成する送信ビット列生成部３２と、その送信ビット列生成部３２から出力されたディジタル信号をＦＭ方式で符号化するＦＭ符号化部３４と、そのＦＭ符号化部３４により符号化された信号をＡＭ方式で変調して上記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８に供給するＡＭ変調部３６と、上記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８及び受信信号Ａ／Ｄ変換部３０のサンプリング周波数を発生させるサンプリング周波数発振部３８と、上記送受信アンテナ２４により受信された受信信号をＡＭ方式で復調してＡＭ復調波を検出するＡＭ復調部４０と、そのＡＭ復調部４０により復調されたＡＭ復調波をＦＭ方式で復号化するＦＭ復号化部４２と、そのＦＭ復号化部４２により復号化された復号信号を解釈して前記無線タグ１４の変調に関する情報信号を読み出す返答ビット列解釈部４４とを、機能的に備えている。
図２は、前記無線タグ１４に備えられた無線タグ回路１４ａの構成を説明するブロック線図である。この無線タグ回路１４ａは、前記無線タグ通信装置１２からの送信信号である送信波Ｆｃ１を受信すると共に、返信信号である反射波Ｆｒ１を返信する送受信アンテナ４６と、その送受信アンテナ４６に接続されて信号の変調及び復調を行う変復調部４８と、上記送受信アンテナ４６により受信された送信波Ｆｃ１の一部を整流してエネルギとして供給する整流部４９と、その整流部４９により整流された送信波Ｆｃ１をエネルギ源としてディジタル信号処理を行うＩＣ回路部５０とを備えて構成されている。そのＩＣ回路部５０は、上記無線タグ回路１４ａの作動を制御する制御部５２と、所定の情報信号をＦＭ方式で符号化するＦＭ符号化部５４と、そのＦＭ符号化部５４により符号化された信号をＡＭ方式で変調するＡＭ変調部５６とを備えている。すなわち、前記無線タグ１４は、内的な電力供給源を含まない所謂パッシブタグ（passive tag）である。
以上のように構成されたＲＦＩＤ通信システム１０の通信動作では、先ず、前記無線タグ通信装置１２の送信ビット列生成部３２によりディジタル信号が出力される。次に、その送信ビット列生成部３２から出力されたディジタル信号が前記ＦＭ符号化部３４により符号化される。次に、そのＦＭ符号化部３４から出力された信号が前記ＡＭ変調部３６によりＡＭ変調される。次に、その変調部３６により変調された送信ディジタル信号が前記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりアナログ信号に変換される。次に、その送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりアナログ信号に変換された送信信号の周波数が前記アップコンバータ２２により前記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ高められ、前記方向性結合器２６を介して前記送信アンテナ２４に供給される。そして、その送信アンテナ２４から送信波Ｆｃ１として前記無線タグ１４に向けて送信される。
前記無線タグ通信装置１２の送信アンテナ２４からの送信波Ｆｃ１が前記無線タグ１４の送受信アンテナ４６により受信されると、その送信波Ｆｃ１が前記変復調部４８に供給されて復調される。また、送信波Ｆｃ１の一部は前記整流部４９により整流され、その送信波Ｆｃ１をエネルギ源として前記ＩＣ回路部５０が駆動される。前記所定の情報信号は、前記ＦＭ符号化部５４により符号化された後、前記ＡＭ変調部５６によりＡＭ変調される。そして、前記変復調部４８においてそのＡＭ変調部５６から出力されるＡＭ変調されたＦＭ符号信号により前記送信波Ｆｃ１が変調され、前記送受信アンテナ４６から反射波Ｆｒ１として前記無線タグ通信装置１２に向けて返信される。
前記無線タグ１４の送受信アンテナ４６からの反射波Ｆｒ１が前記無線タグ通信装置１２の送受信アンテナ２４により受信されると、その反射波Ｆｒ１が前記方向性結合器２６を介して受信信号として前記ダウンコンバータ２８に供給され、その受信信号の周波数が前記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ低められる。次に、そのダウンコンバータ２８によりダウンコンバートされた受信信号が前記受信信号Ａ／Ｄ変換部３０によりディジタル信号に変換される。次に、その受信信号Ａ／Ｄ変換部３０から出力されるディジタル信号に変換された受信信号が前記ＡＭ復調部４０により復調される。次に、そのＡＭ復調部４０から出力されるＡＭ復調波が前記ＦＭ復号化部４２により復号化される。そして、そのＦＭ復号化部４２から出力される復号信号が前記返答ビット列解釈部４４により解釈されて前記無線タグ１４の変調に関する情報信号が読み出される。
図３は、本発明の一実施例である無線タグ通信装置６０の電気的構成を説明する図である。以下、本実施例の無線タグ通信装置６０の構成について説明するが、前記従来の無線タグ通信装置１２と共通する部分に関しては、図面に同一の符号を付してその説明を省略する。
図３に示すように、本実施例の無線タグ通信装置６０は、前記無線タグ１４に向けて所定の送信信号を送信すると共に、その送信信号に応じて前記無線タグ１４から返信される返信信号を受信する送受信共用の複数のアンテナ素子６２ａ、６２ｂ、６２ｃ（以下、特に区別しない場合には単にアンテナ素子６２と称する）を備えている。これらのアンテナ素子６２は、好適には、それぞれ独立のアンテナとして機能するダイポールアンテナ等であり、それら複数のアンテナ素子６２によりアレイアンテナ（Array Antenna）を構成している。一般に、各アンテナ素子に与える信号の位相を変化させてアレイアンテナの指向性を制御するものをフェイズドアレイアンテナ（Phased Array Antenna）、位相及び振幅を変化させてアレイアンテナの指向性を制御するものをビームフォーミングアンテナ（Beam Forming Antenna）と称する。上記無線タグ通信装置６０には、前記従来の無線タグ通信装置１２に備えられていた構成が各アンテナ素子６２に対応して複数（好適には、アンテナ素子６２と同数）設けられている。すなわち、上記無線タグ通信装置６０のＤＳＰ１６は、前記ＦＭ符号化部３４により符号化された信号をそれぞれ独立に変調する複数のＡＭ変調部３６ａ、３６ｂ、３６ｃを機能的に備えている。また、それらＡＭ変調部３６によりそれぞれ変調された送信信号をアナログ信号に変換する複数の送信信号Ｄ／Ａ変換部１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、それら送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりそれぞれアナログ信号に変換された送信信号の周波数を前記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ高くする複数のアップコンバータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、上記複数のアンテナ素子６２によりそれぞれ受信された受信信号の周波数を前記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ低くする複数のダウンコンバータ２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、上記複数のアップコンバータ２２によりそれぞれアップコンバートされた送信信号を各アンテナ素子６２に供給すると共に、それらアンテナ素子６２によりそれぞれ受信された受信信号を各ダウンコンバータ２８に供給する複数の送受信分離手段であるアイソレータ或いは方向性結合器２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、それらダウンコンバータ２８によりそれぞれダウンコンバートされた受信信号をディジタル信号に変換して前記ＤＳＰ１６に供給する複数の受信信号Ａ／Ｄ変換部３０ａ、３０ｂ、３０ｃとを、備えている。なお、この図３では、上記複数の送信信号Ｄ／Ａ変換部１８及び受信信号Ａ／Ｄ変換部３０のサンプリング周波数を発生させるサンプリング周波数発振部を省略して示している。
また、上記無線タグ通信装置６０のＤＳＰ１６は、上記複数のアンテナ素子６２から送信される送信信号それぞれの位相及び／又は振幅（以下、位相及び振幅を制御する態様について説明する）を制御することでそれらアンテナ素子６２により構成される送信アンテナ７０の指向性を制御する指向性制御手段として機能するＢＦＡウェイト値設定部６４と、 そのＢＦＡウェイト値設定部６４からの指示に基づいて位相及び振幅が制御されたキャリア信号を上記複数のＡＭ変調部３６ａそれぞれに供給する複数のＩＦキャリアｓｉｎテーブル６６ａ、６６ｂ、６６ｃ（以下、特に区別しない場合には単にＩＦキャリアｓｉｎテーブル６６と称する）と、前記送信ビット列生成部３２及びＢＦＡウェイト値設定部６４等の作動を制御するＣＰＵ６８とを、機能的に備えている。上記複数のＩＦキャリアｓｉｎテーブル６６は、読み出す位置により位相を変化させ、読み出された値に所定の値を乗算することにより振幅を変化させるためのものであり、上記複数のＡＭ変調部３６は、対応するＩＦキャリアｓｉｎテーブル６６から供給される位相及び振幅がそれぞれ個別に制御されたキャリア信号の送信ビット列に応じてＡＭ変調を行うものである。前記複数のアンテナ素子６２から送信される送信信号は、上記ＢＦＡウェイト値設定部６４により設定されたウェイト（加重値）により位相及び振幅が少しずつ異なった値とされ、その合成波が所定の方向に指向性を持つように制御することが可能とされる。すなわち、前記送信アンテナ７０は、所謂フェイズドアレイ制御手段又はビームフォーミング制御手段として機能する。
また、前記無線タグ通信装置６０のＤＳＰ１６は、前記無線タグ１４からの返信信号に基づいて前記複数のアンテナ素子６２により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御するウェイト適応制御手段として機能するアダプティブ処理部７２と、そのアダプティブ処理部７２に所定の期待値信号を供給する期待値信号発生部７４と、上記アダプティブ処理部７２から供給される制御値に応じて前記複数のアンテナ素子６２により受信される受信信号それぞれの位相及び振幅を個別に制御する複数の振幅・位相制御部７６ａ、７６ｂ、７６ｃ（以下、特に区別しない場合には単に振幅・位相制御部７６と称する）と、それら振幅・位相制御部７６によりそれぞれ位相及び振幅が変更された受信信号を合成する信号合成部７８とを、機能的に備えている。なお、前記複数のアンテナ素子６２は、前記無線タグ１４からの返信信号に対しては受信アンテナ８０を構成する。また、本実施例においては、前記アダプティブ処理部７２、期待値信号発生部７４、振幅・位相制御部７６、及び信号合成部７８がアダプティブアレイ制御手段に対応する。
前記ＢＦＡウェイト値設定部６４は、好適には、前記無線タグ１４から正常な返信信号が送られてくるまで前記送信アンテナ７０の指向性を所定角度ずつ変更しつつ各ＩＦキャリアｓｉｎテーブル６６における位相・振幅制御設定の更新を繰り返すものである。
図４は、前記複数のアンテナ素子６２により構成される送信アンテナ７０のフェイズドアレイ（Phased Array）動作原理を説明する図である。この図４に示すように、ダイポールアンテナである３本のアンテナ素子６２ａ、６２ｂ、６２ｃが互いに平行を成すように所定の間隔で配設された送信アンテナ７０に関して、それらアンテナ素子６２により張られる平面の法線方向に対して角度θで示す方向へ可及的に強い送信波Ｆｃ１を放射させるためには、隣り合って設けられたアンテナ素子６２間での経路差δに相当する分だけ位相をずらすように各アンテナ素子の励起電圧を制御すればよい。例えば、放射される送信波Ｆｃ１の波長をλとし、各アンテナ素子６２相互間の距離をｄとすると、隣り合って設けられたアンテナ素子６２間での経路差δ＝ｄ・ｓｉｎθである。この経路差δに相当する送信波Ｆｃ１の位相は２π・（δ／λ）であり、図４に示すアンテナ素子６２ａを基準として、アンテナ素子６２ｂに２π・（δ／λ）だけ位相を進ませた励起電圧を、アンテナ素子６２ｃに２π・（δ／λ）だけ位相を遅らせた励起電圧をそれぞれ供給することで、それらアンテナ素子６２から放射される送信波Ｆｃ１は角度θで示す方向で互いに強め合うことになり、図４に示す送信アンテナ７０の指向性が斯かる角度θで示す方向に定まる。例えば、ｄ＝λ／２、θ＝２０［°］として、９０５［MHz］の送信波Ｆｃ１を放射する場合を考えると、波長λ＝３３１．２６［mm］となるので、各アンテナ素子６２の励起電圧においてずらすべき位相の値は、２π・（ｄ・ｓｉｎθ）／λ＝１．０７４５［radian］となる。
図５は、フェイズドアレイ処理により２０°方向に指向性が定められた前記送信アンテナ７０から放射される送信波Ｆｃ１の角度θに応じた強度を示す図である。このような角度によるアンテナの強度を示す図において、一般に、最も大きく延びた電波をメインローブ、その他の電波をサイドローブ、ローブ間の極小点をヌル点とそれぞれ称する。この図５に破線で示す３．７７［dB］の円がフェイズドアレイ処理を行わない場合の送信波Ｆｃ１の強度であり、フェイズドアレイ処理により角度θ＝２０［°］に示す方向に指向性が定められた前記送信アンテナ７０から放射される送信波Ｆｃ１の強度は、その角度θ＝２０［°］に示す方向に関してフェイズドアレイ処理を行わない場合の送信波Ｆｃ１よりも強度が約６［dB］程度強められていることが分かる。一方、角度θ＝２０［°］に示す方向から外れた方向に関してはフェイズドアレイ処理を行わない場合の送信波Ｆｃ１よりも強度が弱められているため、散在する複数の前記無線タグ１４との間で通信を行う場合には、角度θを変更しつつ繰り返し通信を行うのが好ましい。例えば、図７に示すように、−６０乃至６０［°］の間で３０［°］ずつ角度θを変化させながら５回の通信を行い、前記無線タグ１４から正常な返信信号が送られてくる何れかの角度θを採用することで、可及的に長い通信可能距離を実現することができる。なお、本実施例では、３本のアンテナ素子６２を用いてフェイズドアレイ処理を行う態様について説明するが、より多くのアンテナ素子６２を用いてフェイズドアレイ処理を行うことで送信アンテナの指向性を更に高めることができる。
図６は、ＢＦＡ（Beam Forming Antenna）処理により指向性が定められた前記送信アンテナ７０から放射される送信波Ｆｃ１の角度θに応じた強度を示す図である。ＢＦＡ処理により前記複数のアンテナ素子６２から送信される送信信号それぞれの位相及び振幅（ゲイン）が制御される場合には、図６に点線で比較して示すフェイズドアレイ処理により位相のみを制御したものとメインローブの角度は変わらないが、サイドローブの形を変化させることができる。図６は、角度θ＝２０［°］に示す方向にメインローブを向けたまま前記アンテナ素子６２ａのゲインを１．３倍、アンテナ素子６２ｂのゲインを１．０倍、アンテナ素子ｃのゲインを０．８倍となるように制御することで、−４５［°］及び−９０［°］方向のサイドローブの大きさとヌル点の方向を変化させた例を示している。
図８は、振幅及び位相制御に関するパラメータを複素ウェイトとして表す図である。この図８に示すように、振幅及び位相制御に関するパラメータは、振幅利得Ｇ（＝｜ｗ｜）及び移相角φ（＝ａｒｇｗ）を極座標表示にして、複素平面上の点と対応させて考えることができる。複素ウェイトをｗ（＝Ｗｒ＋ｊＷｉ）とすると、Ｗｒ＝Ｇ・ｃｏｓφ、Ｗｉ＝Ｇ・ｓｉｎφである。逆に、複素ウェイトｗが求まれば、振幅及び位相制御に関して変更すべき位相角度は、φ＝ｔａｎ−１（Ｗｉ／Ｗｒ）、変更すべき振幅の比率（ゲイン）は、Ｇ＝ｓｑｒｔ（Ｗｒ＾２＋Ｗｉ＾２）と定まる。
前記複数のアンテナ素子６２によりそれぞれ受信される受信信号に与える複素ウェイトｗを設定する方法には、予め想定される方向に前記受信アンテナ８０の指向性を定めるように複素ウェイトｗを設定するオープンループと、実際に受信される電波の方向に応じて前記受信アンテナ８０の指向性を定めるように複素ウェイトｗを設定するクローズドループとが考えられるが、ＡＡＡ（Adaptive Array Antenna）処理では、出力波形と期待値信号の波形とを比べて、その誤差の二乗平均値が可及的に小さくなるようにフィードバックをかけることにより、上記複素ウェイトｗを最適な値に収束させるクローズドループが形成される。このウェイト収束のための一般的なアルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Least Mean Square）やＲＬＳ（Recursive Least Squares）がよく知られている。
図９は、ＡＡＡ処理のクローズドループを概略的に表す図である。複数の受信アンテナによりそれぞれ受信される受信信号ベクトルをＸ、各受信信号に与える複素ウェイトベクトルをＷ、所定のウェイトを与えられた各受信信号を合成した合成信号（スカラー）をｙ、期待値信号（スカラー）をｒとすると、誤差信号ｅはｒ−ｙ（＝ｒ−Ｘ・Ｗ）となる。図９に示すＡＡＡ処理では、この誤差信号の二乗平均｜ｅ２｜が可及的に小さくなるようにフィードバック制御を行うことで、複素ウェイトベクトルＷを最適な値に収束させることができる。なお、このクローズドループに用いられる期待値信号（参照信号）ｒは、受信信号の波形そのものである必要はなく、例えば、受信信号がＦＭ符号である場合には、そのＦＭ符号の変化タイミングを期待値とすることで、受信信号の波形そのものは不明であってもＡＡＡ処理を行うことができる。また、妨害信号を参照信号ｒとしてそれが最小となるように制御してもよい。
前記アダプティブ処理部７２は、好適には、上述したＡＡＡ処理により各受信信号に与えるウェイトを決定するものであり、前記期待値信号発生部７４から出力される期待値信号と、前記複数のアンテナ素子６２により受信された後にそれぞれ所定のウェイトを与えられて前記信号合成部７８により合成された合成信号とを比較して、それらの誤差の二乗平均値が可及的に小さくなるようにフィードバック制御を行うものである。
前記ＬＭＳやＲＬＳ等のアルゴリズムでは、複素ウェイトｗの初期値として任意の値を設定し、入力信号に応じてその複素ウェイトｗを好適な値に収束させる。この収束が完了するまでの時間は、複素ウェイトｗの初期値に応じて変化し、収束すべき最終ウェイトに近い値にその初期値が設定されている場合には、速やかに収束が完了するが、通常、斯かる値を予め設定することは不可能であるため、所定の初期角度（例えば、０°）で示す方向に前記受信アンテナ８０の指向性が定まるように複素ウェイトｗの初期値が設定される。
続いて、以上のように構成された前記無線タグ通信装置６０と前記無線タグ１４との間の通信動作を説明する。先ず、前記ＣＰＵ６８により前記無線タグ１４への送信が所望されるコマンドが前記無線タグ通信装置６０の送信ビット列生成部３２に設定される。次に、前記ＣＰＵ６８により前記送信ビット列生成部３２に送信の開始が指示されると、その送信ビット列生成部３２からディジタル信号が出力される。次に、その送信ビット列生成部３２から出力されたディジタル信号が前記ＦＭ符号化部３４により符号化される。図１０は、前記ＦＭ符号化部３４により符号化されたＦＭ符号の一例を示している。このＦＭ符号は、元データのビットが０である場合には、１ビット時間内に１周期の変化を、元データのビットが１である場合には、１ビット時間内に２周期の変化をそれぞれさせる符号であり、そのように定期的に変化する信号であるＦＭ符号に変換することで、受信側での雑音との分離がし易くなるという利点がある。次に、前記複数のＩＦキャリアｓｉｎテーブル６６からそれぞれ供給される位相及び振幅が制御されたキャリア信号が前記ＡＭ変調部３６に供給され、そのキャリア信号に基づいて前記ＦＭ符号化部３４から出力されるＦＭ符号信号がＡＭ変調される。次に、各変調部３６から出力される送信ディジタル信号が前記複数の送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりそれぞれアナログ信号に変換される。次に、各送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりアナログ信号に変換された送信信号それぞれの周波数が前記複数のアップコンバータ２２により前記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ高められ、それぞれ対応する方向性結合器２６を介して前記複数のアンテナ素子６２に供給される。そして、各アンテナ素子６２から送信波Ｆｃ１として前記無線タグ１４に向けて送信される。
図１１は、前記無線タグ１４からＩＤを読み出すための「inquire」コマンド及びそのレスポンスのビット列のタイミング関係を示す図である。前記無線タグ通信装置６０の送信アンテナ７０からの送信波Ｆｃ１が前記無線タグ１４の送受信アンテナ４６により受信されると、その送信波Ｆｃ１が前記変復調部４８に供給されて復調される。また、送信波Ｆｃ１の一部は前記整流部４９により整流され、その送信波Ｆｃ１をエネルギ源として前記ＦＭ符号化部５４において所定の情報信号が符号化される。次に、そのＦＭ符号化部５４から出力されたＦＭ符号信号が前記ＡＭ変調部５６によりＡＭ変調される。図１１に示す例では、ビットレートを１［kbps］としており、１［bit］を伝送するのに１［ms］の時間を要する。前記無線タグ１４の制御部５２は、この「inquire」コマンドを受信してから２［ms］後にレスポンスを返答し始める。そのレスポンスの先頭にはプリアンブルが付加されており、前記無線タグ通信装置６０による復号信号の解釈において正しいレスポンスと雑音とを区別するのに用いられる。また、プリアンブルには前記無線タグ通信装置６０によるＡＡＡ処理の収束時間を稼ぐという利点もあり、そのＡＡＡ処理においてはプリアンブル期間中にウェイトの収束が終了するようにタイミングを設計するのが好ましい。そのようにして前記無線タグ１４のＡＭ変調部５６及び変復調部４８において変調された信号が前記送受信アンテナ４６から反射波Ｆｒ１として前記無線タグ通信装置１２に向けて返信される。
前記無線タグ１４の送受信アンテナ４６からの反射波Ｆｒ１が前記無線タグ通信装置６０の受信アンテナ８０すなわち前記複数のアンテナ素子６２により受信されると、各反射波Ｆｒ１がそれぞれ対応する方向性結合器２６を介して前記複数のダウンコンバータ２８に供給されて各受信信号の周波数が前記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ低められる。次に、各ダウンコンバータ２８によりダウンコンバートされた受信信号が前記複数の受信信号Ａ／Ｄ変換部３０によりそれぞれディジタル信号に変換される。次に、各受信信号Ａ／Ｄ変換部３０から出力されるディジタル信号に変換された受信信号それぞれの位相及び振幅が前記複数の振幅・位相制御部７６により前記アダプティブ処理部７２から供給される制御値に応じて変更される。前記期待値信号発生部７４から出力される期待値信号は、例えば、前記ＡＭ変調部３６から出力されるＡＭ変調波と同じ波形を有する信号であり、図１１に示すプリアンブル波形「11111110」に対しては、図１２に示す波形が７回繰り返された信号とされる。
ここで、前記アダプティブ処理部７２は、好適には、前記ＢＦＡウェイト値設定部６４により設定された前記送信アンテナ７０の指向性に基づいて各受信信号に与えるウェイトの初期値を設定する。前述したように、ＡＡＡ処理におけるウェイト収束までの時間は、収束すべき最終ウェイトに近い値にそのウェイトの初期値を設定することにより可及的に短縮できる。一般的なクローズドループにおいて、斯かる最終ウェイトに近い値を予め設定することは不可能であるが、本実施例の無線タグ通信装置６０のように所定の方向に存在する無線タグ１４との間で通信を行う態様においては、送信波Ｆｃ１の送信時と反射波Ｆｒ１の受信時とで通信対象である無線タグ１４の位置が変わらなければ、前記ＢＦＡウェイト値設定部６４により設定された前記送信アンテナ７０の指向性を参照することで、収束すべき最終ウェイトに可及的に近い初期値を設定することができる。これにより、前記アダプティブ処理部７２のＡＡＡ処理におけるウェイト収束までの時間が短縮される。
また、前記ＢＦＡウェイト値設定手段６４は、前記アダプティブ処理部７２による適応制御が収束した後に、その適応制御により設定された各受信信号に与えるウェイトに基づいて前記送信アンテナ７０の指向性を再設定する。前記無線タグ通信装置６０は、前述した送信信号の送信動作及び受信信号の受信動作を繰り返し行うものであり、２周目以降の送信信号の送信動作においては、前回の受信信号の受信動作において前記アダプティブ処理部７２による適応制御が収束した後に、その適応制御により設定された各受信信号に与えるウェイトを参照することで、前記送信アンテナ７０の指向性を通信対象である無線タグ１４が存在する方向に可及的速やかに設定することができる。
図１９は、前記無線タグ通信装置６０の送信指向性及び受信指向性を異ならせた状態における前記無線タグ１４との通信について説明する図である。前述した制御の結果、送信動作における指向性はＢＦＡウェイトに基づいて図１９に実線で示すように前記無線タグ１４の方向に向けられ、十分な電力をその無線タグ１４に供給することができ通信可能距離を伸ばすことが可能とされる。同時に、受信動作においてはＡＡＡ処理により直接反射波のみならず必要な間接反射波をも受信に利用し、妨害波の方向にヌル方向をあてるような指向性を実現して感度の高い受信動作を実現することができ、通信可能距離を更に伸ばすことができる。このように、送信動作及び受信動作を略同時に行うと共に、その送信動作における送信指向性及び受信動作における受信指向性を異ならせることにより、質問器としての前記無線タグ通信装置６０の通信可能距離を著しく伸ばすことができる。
前記複数の振幅・位相制御部７６により各受信信号の位相及び振幅が変更された後に、それら受信信号は前記信号合成部７８により合成されて前記ＡＭ復調部４０に供給される。次に、そのＡＭ復調部４０から出力されるＡＭ復調波が前記ＦＭ復号化部４２により復号化される。そして、そのＦＭ復号化部４２から出力される復号信号が前記返答ビット列解釈部４４により解釈されて前記無線タグ１４の変調に関する情報信号が読み出される。
図１３乃至図１６は、前記無線タグ通信装置６０のＤＳＰ１６による前記無線タグ１４との間の通信動作の要部を説明するフローチャートであり、数ｍｓｅｃ乃至数十ｍｓｅｃ程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行されるものである。
図１３に示すフローチャートは、前記無線タグ通信装置６０の通信可能範囲内に存在する通信可能な無線タグ１４を発見するための制御を示すものであり、先ず、ステップ（以下、ステップを省略する）ＳＡ１において、前記無線タグ１４の方向に対応する角度θが初期値（例えば、−６０°）に設定される。次に、ＳＣにおいて、図１５に示す前記無線タグ１４のＩＤ読み出し制御が行われた後、ＳＡ２において、前記無線タグ１４から正常な返信信号が送られて来たか否かが判断される。このＳＡ２の判断が肯定される場合には、通信対象である無線タグ１４が発見されたとして本ルーチンが正常終了させられるが、ＳＡ２の判断が否定される場合には、ＳＡ３において、前記無線タグ１４の方向に対応する角度θに所定値（例えば、３０°）が加算された後、ＳＡ４において、前記無線タグ１４に対する５回目の質問であるか否かが判断される。このＳＡ４の判断が否定される場合には、ＳＣ以下の処理が再び実行されるが、ＳＡ４の判断が肯定される場合には、通信対象である無線タグ１４が発見されなかったとして本ルーチンが異常終了させられる。
図１４に示すフローチャートは、図１３に示す制御により発見された無線タグ１４が前記無線タグ通信装置６０の通信可能範囲内に存在し続けるか否かを確認する制御を示すものであり、先ず、ＳＢ１において、前記無線タグ１４の方向に対応する角度θがその無線タグ１４が発見されたときの角度θに設定される。次に、ＳＢ２において、対象となる無線タグ１４が前記無線タグ通信装置６０の通信可能範囲内に存在し続けるか否かを確認するための繰り返し確認モードに設定される。次に、ＳＣにおいて、図１５に示す前記無線タグ１４のＩＤ読み出し制御が行われた後、ＳＢ３において、前記無線タグ１４から正常な返信信号が送られて来たか否かが判断される。このＳＢ３の判断が否定される場合には、通信対象である無線タグ１４が確認できなくなったとして本ルーチンが正常終了させられるが、ＳＢ３の判断が肯定される場合には、ＳＢ４において、対象となる無線タグ１４が前記無線タグ通信装置６０の通信可能範囲内に存在し続けるか否かの確認モードの中止であるか否かが判断される。このＳＢ４の判断が否定される場合には、ＳＣ以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ４の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられる。
図１５に示すフローチャートは、前記無線タグ１４のＩＤ読み出し制御を示すものであり、先ず、ＳＣ１において、前記送信アンテナ７０の指向性が図１３のＳＡ１又はＳＡ３にて設定された前記無線タグ１４の方向に対応する角度θになるように各送信信号に与えるＢＦＡウェイトｗが決定される。次に、ＳＣ２において、ＳＣ１にて決定された各送信信号に与えるＢＦＡウェイトｗが前記ＢＦＡウェイト値設定部６４のウェイトレジスタに設定される。次に、ＳＣ３において、対象となる無線タグ１４が前記無線タグ通信装置６０の通信可能範囲内に存在し続けるか否かを確認するための繰り返し確認モードであるか否かが判断される。このＳＣ３の判断が肯定される場合には、ＳＣ４において、前記アダプティブ処理部７２により前回のＡＡＡ処理で収束したＡＡＡウェイトｗ値が前記アダプティブ処理部７２のウェイトレジスタに再び設定された後、ＳＣ６以下の処理が実行されるが、ＳＣ３の判断が否定される場合には、ＳＣ５において、ＳＣ２にて設定されたＢＦＡウェイトｗに基づく値が前記アダプティブ処理部７２のウェイトレジスタに設定された後、ＳＣ６において、前記無線タグ１４からＩＤを読み出すための「inquire」コマンドが前記送信ビット列生成部３２に設定される。次に、ＳＣ７において、前記ＣＰＵ６８により送信開始が指示されると、前記送信ビット列生成部３２から出力されたディジタル信号が前記ＦＭ符号化部３４によりＦＭ符号化され、更に前記複数の変調部３６においてそれぞれＡＭ変調された後、前記送信アンテナ７０から送信波Ｆｃ１（送信信号）として送信される。次に、ＳＤにおいて、図１６に示すＡＡＡ（Adaptive Array Antenna）処理が行われた後、ＳＣ８において、前記無線タグ１４からの返信信号の受信が完了したか否かが判断される。このＳＣ８の判断が否定されるうちは、判断が繰り返されることにより待機させられるが、ＳＣ８の判断が肯定される場合には、前記ＡＭ復調部４０及びＦＭ復号化部４２の動作に対応するＳＣ９において、前記受信信号がＡＭ復調及びＦＭ復号化されて前記無線タグ１４の変調に関する情報信号が読み出された後、図１３のＳＡ２以下の処理又は図１４のＳＢ３以下の処理が実行される。
図１６に示すフローチャートは、前記受信アンテナ８０により受信された受信信号のＡＡＡ処理を示すものであり、先ず、ＳＤ１において、１サンプル時間が経過したか否かが判断される。このＳＤ１の判断が否定されるうちは、判断が繰り返されることにより待機させられるが、ＳＤ１の判断が肯定される場合には、ＳＤ２において、前記信号合成部７８から出力される合成信号に関して誤差信号（期待値信号と実信号との差）が算出される。次に、ＳＤ３において、前記複数の振幅・位相制御部７６への入力信号すなわち各アンテナ素子６２に対応する受信信号と期待値信号との相関が算出される。次に、ＳＤ４において、ＳＤ２にて算出された誤差信号とＳＤ３にて算出された相関とが、よく知られたＡＡＡ処理のウェイト更新のための漸化式に代入され、その漸化式の算出結果に基づいて各アンテナ素子２８により受信された受信信号それぞれに与えられるＡＡＡウェイトｗの値が更新される。次に、ＳＤ５において、ＳＤ４にて更新されたＡＡＡウェイトｗが前記アダプティブ処理部７２のウェイトレジスタに設定される。次に、ＳＤ６において、ウェイトが収束したか否かが判断される。このＳＤ６の判断が否定される場合には、ＳＤ１以下の処理が再び実行されるが、ＳＤ６の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられる。以上の制御において、ＳＤ１乃至ＳＤ６が前記複数の振幅・位相制御部７６及びアダプティブ処理部７２の作動に対応する。
このように、本実施例によれば、前記送信アンテナ７０の指向性を制御する指向性制御手段であるＢＦＡウェイト値設定部６４（ＳＣ１乃至ＳＣ５）と、前記無線タグ１４からの返信信号に基づいて前記複数のアンテナ素子６２により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御するウェイト適応制御手段であるアダプティブ処理部７２（ＳＤ１乃至ＳＤ６）とを、含むことから、通信対象となる無線タグ１４が配置されていると期待される方向に前記送信アンテナ７０の指向性を変更すると共に、各受信信号に与えるウェイトを適応制御することで、前記無線タグ１４との間の通信感度を高められる。すなわち、可及的に長い通信可能距離を実現する無線タグ通信装置６０を提供することができる。
また、前記送信アンテナ７０は、複数のアンテナ素子６２を有するものであり、前記ＢＦＡウェイト値設定部６４は、それら複数のアンテナ素子６２から送信される送信信号それぞれの位相及び振幅を制御することで前記送信アンテナ７０の指向性を制御するものであるため、実用的な態様でその送信アンテナ７０の指向性を制御できる。
また、前記アダプティブ処理部７２は、前記ＢＦＡウェイト値設定部６４により設定された前記送信アンテナ７０の指向性に基づいて各受信信号に与えるＡＡＡウェイトの初期値を設定するものであるため、各受信信号に与えるＡＡＡウェイトが可及的に早く収束し、前記無線タグ１４からの返信信号に含まれる情報信号のうちビット列の先頭に近い部分を取りこぼすことなく受信できることから、その無線タグ１４との通信距離を更に伸ばすことができる。また、プリアンブルを短く設定でき、前記無線タグ１４との通信に要する時間を短縮できるため、単位時間内に可及的多くの無線タグ１４との間で通信を行うことができる。
また、前記送信アンテナ７０及び受信アンテナ８０は、複数のアンテナ素子６２を共用するものであるため、前記無線タグ通信装置６０を可及的に小型化できる。
また、前記ＢＦＡウェイト値設定部６４により設定された前記送信アンテナ７０の指向性に基づいて前記複数のアンテナ素子６２から送信される送信信号それぞれに与えるウェイトを制御するフェイズドアレイ制御手段である複数のＡＭ変調部３６（ＳＣ１乃至ＳＣ５）と、前記複数のアンテナ素子６２により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御するアダプティブアレイ制御手段である複数の振幅・位相制御部７６（ＳＤ１乃至ＳＤ６）とを、含むものであるため、実用的な態様で前記送信アンテナ７０及び受信アンテナ８０の指向性を制御できる。
また、前記複数のＡＭ変調部３６は、前記ＢＦＡウェイト値設定部６４により設定された前記送信アンテナ７０の指向性方向の送信電力密度が可及的に大きくなるように各送信信号に与えるウェイトを制御するものであるため、実用的な態様で通信対象となる無線タグ１４が配置されていると期待される方向に前記送信アンテナ７０の指向性を変更することができる。
また、前記複数の振幅・位相制御部７６は、前記複数のアンテナ素子６２により受信された後にそれぞれ所定のウェイトを与えられた受信信号を合成した合成信号の信号対雑音比（希望信号対妨害信号の比）が可及的に大きくなるように各受信信号に与えるウェイトを適応制御するものであるため、実用的な態様で各受信信号に与えるウェイトを適応制御することができる。
続いて、本発明の他の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、前述の実施例と共通する部分に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。
図１７は、本第２実施例の無線タグ通信装置９０の電気的構成を説明する図である。この無線タグ通信装置９０は、前記ＦＭ符号化部３４により符号化された信号を所定の情報信号に基づいてＡＭ方式で変調するＡＭ変調部３６と、そのＡＭ変調部３６により変調された送信ディジタル信号をアナログ信号に変換する送信信号Ｄ／Ａ変換部１８と、その送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりアナログ信号に変換された送信信号の位相を前記複数のアンテナ素子６２に対応して個別に制御する複数の送信側可変移相器９２ａ、９２ｂ、９２ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信側可変移相器９２と称する）と、それら送信側可変移相器９２によりそれぞれ位相が制御された送信信号の振幅を個別に制御して各アップコンバータ２２に供給する複数の送信側可変アンプ９４ａ、９４ｂ、９４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に送信側可変アンプ９４と称する）と、前記複数のダウンコンバータ２８から供給されるそれぞれダウンコンバートされた受信信号の振幅を個別に制御する複数の受信側可変アンプ９６ａ、９６ｂ、９６ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信側可変アンプ９６と称する）と、それら受信側可変アンプ９６によりそれぞれ振幅が制御された受信信号の位相を個別に制御する複数の受信側可変移相器９８ａ、９８ｂ、９８ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信側可変移相器９８と称する）と、それら受信側可変移相器９８によりそれぞれ位相が制御された送信信号を合成する信号合成部１００と、その信号合成部１００により合成された合成信号をディジタル信号に変換して前記ＤＳＰ１６に供給する合成信号Ａ／Ｄ変換部１０２と、前記複数のダウンコンバータ２８から供給されるそれぞれダウンコンバートされた受信信号をディジタル信号に変換して前記ＤＳＰ１６に供給する複数の受信信号Ａ／Ｄ変換部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号Ａ／Ｄ変換部１０４と称する）とを、備えている。なお、この図１７では、各Ｄ／Ａ変換部及びＡ／Ｄ変換部のサンプリング周波数を発生させるサンプリング周波数発振部を省略して示している。
また、上記無線タグ通信装置９０のＤＳＰ１６は、前記複数のアンテナ素子６２から送信される送信信号それぞれの位相及び振幅を制御することでそれらアンテナ素子６２により構成される送信アンテナ７０の指向性を制御する指向性制御手段として機能するＢＦＡウェイト値設定部１０６を機能的に備えている。上記複数の送信側可変移相器９２及び送信側可変アンプ９４は、そのＢＦＡウェイト値設定部１０６から供給される制御値に応じて各送信信号の位相及び振幅をそれぞれ個別に制御するものである。なお、上記ＢＦＡウェイト値設定部１０６により設定された前記送信アンテナ７０の指向性に基づいて前記複数のアンテナ素子６２から送信される送信信号それぞれに与えるウェイトを制御するフェイズドアレイ制御手段として機能するものであってもよい。
また、前記無線タグ通信装置９０のＤＳＰ１６に機能的に備えられたアダプティブ処理部７２は、前記複数の受信信号Ａ／Ｄ変換部１０４から供給される各受信信号に応じて前記複数のアンテナ素子６２により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御するウェイト適応制御手段として機能する。また、上記複数の受信側可変移相器９６及び受信側可変アンプ９８は、前記アダプティブ処理部７２から供給される制御値に応じて各受信信号の位相及び振幅をそれぞれ個別に制御するものである。
以上のように構成された無線タグ通信装置９０では、前記複数の送信側可変移相器９２及び送信側可変アンプ９４による各送信信号の制御、前記複数の受信側可変アンプ９６及び受信側可変移相器９８による各受信信号の制御共に、アナログ信号処理によりそれぞれの信号の位相及び振幅を制御するものである。この態様によれば、斯かる位相及び振幅の制御をディジタル信号処理により行う前述した第１実施例の構成と比べて、前記複数の送信側可変移相器９２、送信側可変アンプ９４、受信側可変アンプ９６、及び受信側可変移相器９８等、アナログ信号処理を行うための機器を新たに設ける必要があるが、サンプリング周波数が比較的低い場合であっても容易に位相及び振幅の制御を行うことができるという利点がある。
図１８は、前記無線タグ通信装置６０のＤＳＰ１６による前記無線タグ１４のＩＤ読み出し制御を示すフローチャートであり、前述した図１５の制御に対応するものである。なお、前記第１実施例の制御と共通するステップに関しては同一の符号を付してその説明を省略する。この図１８の制御では、前述した図１６のＡＡＡ処理に続いて、ＳＣ１０において、前回のＡＡＡ処理により収束したウェイトが前記ＢＦＡウェイト値設定部１０６のウェイトレジスタに設定された後、ＳＣ８以下の処理が実行される。すなわち、前回の受信動作におけるＡＡＡ処理により収束したＡＡＡウェイトを参照して次の送信動作におけるＢＦＡ処理のウェイトを決定している。
このように、本実施例によれば、前記ＢＦＡウェイト値設定部１０６（ＳＣ１乃至ＳＣ５、ＳＣ１０）は、前記アダプティブ処理部７２による適応制御が収束した後に、その適応制御により設定された各受信信号に与えるＡＡＡウェイトに基づいて前記送信アンテナ７０の指向性を再設定するものであるため、通信対象となる無線タグ１４に可及的に強い送信信号を送信することができ、その無線タグ１４との通信距離を更に伸ばすことができる。
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
例えば、前述の実施例において、前記無線タグ通信装置６０は、主にＲＦＩＤ通信システムにおける質問器として用いられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、前記無線タグ１４に所定の情報を書き込むための無線タグ作成装置や、情報の読み出し及び書き込みを行う無線タグリーダライタ等にも好適に適用されるものである。
また、前述の実施例において、前記ＦＭ符号化部３４、ＡＭ変調部３６、ＡＭ復調部４０、ＦＳＫ復号化部４２、ＢＦＡウェイト値設定部６４、及びアダプティブ処理部７２等は、何れも前記ＤＳＰ１６の制御機能として設けられたものであったが、それらは前記ＤＳＰ１６とは別体としてそれぞれ独立の制御装置として設けられるものであっても構わない。
また、前述の実施例において、前記無線タグ通信装置６０は、前記ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１６を含み、そのＤＳＰ１６の制御機能として前記ＢＦＡウェイト値設定部６４及びアダプティブ処理部７２等を備えたものであったが、例えば、前記ＤＳＰ１６の代替としてＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含み、そのＦＰＧＡの制御機能として前記ＢＦＡウェイト値設定部６４及びアダプティブ処理部７２等を備えたものであっても構わない。
また、前述の実施例において、前記無線タグ通信装置６０には、前記無線タグ１４に向けて送信波Ｆｃ１を送信する送信アンテナ７０として機能すると共に、その無線タグ１４から返信される反射波Ｆｒ１を受信する受信アンテナ８０としても機能する複数のアンテナ素子６２を有するものであったが、前記送信アンテナ７０及び受信アンテナ８０がそれぞれ独立して複数のアンテナ素子を有するものであっても構わない。
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
一般的なＲＦＩＤ通信システムの構成を説明する図である。 図１の無線タグに備えられた無線タグ回路の構成を説明するブロック線図である。 本発明の一実施例である無線タグ通信装置の電気的構成を説明する図である。 図３の無線タグ通信装置に備えられた複数のアンテナ素子により構成される送信アンテナのフェイズドアレイ動作原理を説明する図である。 フェイズドアレイ処理により指向性が定められた送信アンテナから放射される送信波の角度に応じた強度を示す図である。 ＢＦＡ処理により指向性が定められた送信アンテナから放射される送信波の角度に応じた強度を示す図である。 図３の無線タグ通信装置における送信アンテナから送信波が所定の方向に送信される様子を概念的に示す図である。 振幅及び位相制御に関するパラメータを複素ウェイトとして表す図である。 ＡＡＡ処理のクローズドループを概略的に表す図である。 図３の無線タグ通信装置に備えられたＦＭ符号化部により符号化されたＦＭ符号の一例を示す図である。 図２の無線タグからＩＤを読み出すための「inquire」コマンド及びそのレスポンスのビット列のタイミング関係を示す図である。 図１１に示すプリアンブル波形「1111110」に対する期待値信号の波形の一部を例示する図である。 図３の無線タグ通信装置に備えられたＤＳＰによる無線タグとの間の通信動作の要部を説明するフローチャートの一部である。 図３の無線タグ通信装置に備えられたＤＳＰによる無線タグとの間の通信動作の要部を説明するフローチャートの一部である。 図３の無線タグ通信装置に備えられたＤＳＰによる無線タグとの間の通信動作の要部を説明するフローチャートの一部である。 図３の無線タグ通信装置に備えられたＤＳＰによる無線タグとの間の通信動作の要部を説明するフローチャートの一部である。 本発明の他の実施例である無線タグ通信装置の電気的構成を説明する図である。 図３の無線タグ通信装置に備えられたＤＳＰによる無線タグとの間の通信動作の要部を説明するフローチャートの一部である。 図３の無線タグ通信装置の送信指向性及び受信指向性を異ならせた状態における図２の無線タグとの通信について説明する図である。
符号の説明
１４：無線タグ
３６：ＡＭ変調部（フェイズドアレイ制御手段）
６０、９０：無線タグ通信装置
６２：アンテナ素子
６４：ＢＦＡウェイト値設定部（指向性制御手段）
７０：送信アンテナ
７２：アダプティブ処理部（ウェイト適応制御手段）
７４：期待値信号発生部（アダプティブアレイ制御手段）
７６：振幅・位相制御部（アダプティブアレイ制御手段）
７８：信号合成部（アダプティブアレイ制御手段）
８０：受信アンテナ
９２：送信側可変移相器（フェイズドアレイ制御手段）
９４：送信側可変アンプ（フェイズドアレイ制御手段）
９６：受信側可変アンプ
９８：受信側可変移相器
１０６：ＢＦＡウェイト値設定部（指向性制御手段）

Claims (4)

  1. 無線タグに向けて所定の送信信号を複数のアンテナ素子を有する送信アンテナにより送信すると共に、該送信信号に応じて無線タグから返信される返信信号を前記送信アンテナと共用の複数のアンテナ素子を有する受信アンテナにより受信することで該無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、
    前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれの位相及び／又は振幅を制御することで前記送信アンテナの指向性を制御すると共に、該送信アンテナの指向性に基づいて前記複数のアンテナ素子から送信される送信信号それぞれに与えるウェイトを制御するフェイズドアレイ制御手段又はビームフォーミング制御手段である指向性制御手段と、
    前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御するアダプティブアレイ制御手段であって、前記無線タグからの返信信号に基づいて前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトを適応制御すると共に、前記指向性制御手段により設定された前記送信アンテナの指向性に基づいて各受信信号に与えるウェイトの初期値を設定するウェイト適応制御手段と
    を、含み、
    前記複数のアンテナ素子により同一周波数にて前記送信信号の送信及び前記受信信号の受信が行われたとき、前記ウェイト適応制御手段は、前記複数のアンテナ素子により受信される受信信号それぞれに与えるウェイトをそれら複数のアンテナ素子により送信される送信信号それぞれのウェイトとは異なる値に制御するものであり、
    前記指向性制御手段は、前記ウェイト適応制御手段による適応制御が収束した後に、該適応制御により設定された各受信信号に与えるウェイトに基づいて前記送信アンテナの指向性を再設定するものであることを特徴とする無線タグ通信装置。
  2. 前記指向性制御手段は、前記送信アンテナの指向性方向の送信電力密度が可及的に大きくなるように各送信信号に与えるウェイトを制御するものである請求項１の無線タグ通信装置。
  3. 前記ウェイト適応制御手段は、前記複数のアンテナ素子により受信された後にそれぞれ所定のウェイトを与えられた受信信号を合成した合成信号の信号対雑音比が可及的に大きくなるように各受信信号に与えるウェイトを適応制御するものである請求項１又は２の無線タグ通信装置。
  4. 複数のアンテナ素子から成る送信アンテナ及び受信アンテナにおいて、それら複数のアンテナ素子の一部又は全部は、前記送信アンテナ及び受信アンテナにより共用される共用アンテナ素子であり、該共用アンテナ素子から送信される送信信号に前記指向性制御手段により制御されたウェイトを与えると共に、該共用アンテナ素子により受信される受信信号に前記ウェイト適応制御部により制御されたウェイトを与えるものである請求項１から３の何れかの無線タグ通信装置。
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