JP4409473B2

JP4409473B2 - 無線通信システムおよびパルス送受信方法

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Publication number: JP4409473B2
Application number: JP2005122696A
Authority: JP
Inventors: 晃平水野; 雅史清水
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: JP2006303912A

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグなどを用いた無線通信システムおよびパルス送受信方法に関する。

従来のアクティブ型（電池内蔵）のＲＦＩＤタグは、データ変調にＯＯＫ（ＯｎＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）方式やＦＳＫ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）方式を使用している。ＯＯＫ方式は、データが‘０’の場合はパルスを送信せず、データが‘１’の場合はパルスを送信する方法である。ＦＳＫ方式は、データが‘０’の場合は周波数ｆ０でパルスを送信し、データが‘１’の場合は周波数ｆ１で送信する方法である。ＯＯＫ方式は単純な方法であり、実装が容易であるが、干渉やノイズによるデータの誤り確率が高いという問題がある。一方、ＦＳＫ方式は２つの周波数を用いるため、ノイズや干渉に強いが、データが‘０’か‘１’かにかかわらず常にパルスを送信するため、アクティブ型のＲＦＩＤタグにおいて重要な要素である消費電力が大きいという問題がある。
無線送信による消費電力を大幅に低減するデータ変調方式としてＰＰＭ（ＰｕｌｓｅＰｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式がある。この方式は複数のビット分のデータを１つのフレームに割り当て、フレーム内のどこか１つにパルスを立てることでデータを表す。例えば、１６値ＰＰＭでは１フレームに４ビット分（０〜１５）のデータを割り当てる。１フレームは、パルス１６個分の時間で構成され、その中に１つパルスを立てる。具体例としては、図９のように、‘００００’（＝０）を送信するときには、０番目のパルス位置（時間）に、‘１０１１’（＝１１）を送信するときには、１１番目のパルス位置（時間）に、‘１１１１’（＝１５）を送信するときは、１５番目のパルス位置（時間）にパルスを立てればよい。このように、４ビットのデータを送るのに１つのパルスを送信すればよいため、消費電力を大幅に削減することができる。
なお、従来技術として、特許文献１および特許文献２が知られている。
特開平１０−１２６３７６号公報特表２００３−５００９７５号公報

しかしながら、ＰＰＭ方式を用いた無線通信システムでは、ＯＯＫ方式やＦＳＫ方式に比べて同じデータ量を送信するのに必要な時間が長くなるため、ＲＦＩＤタグなどのように同時に多数の送信機からの送信を受信すると、異なる送信機が送信したフレームが時間的に重なり合うフレーム衝突の確率が高くなり、誤り率が劣化するという問題がある。例えば、４ビットの情報を送信するのに、ＯＯＫ方式およびＦＳＫ方式では４パルス分の時間を要するのに対し、１６値ＰＰＭ方式では１６パルス分と４倍の時間を要する。
また、過去一定時間のピーク値の平均を基準にして、電波の反射などによる干渉を除去することで誤り率を良化する方法や（例えば、特許文献１参照）、予め登録されたパルスパターンを、ランダムな間隔で繰り返し送信することで連続してフレーム衝突が起こることを避け、一定時間内に受信する方法（例えば、特許文献２参照）はあるが、これらの方法においても、フレーム衝突が起こったフレームについては、正確にデータを受信できなくなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＰＰＭ方式において、フレーム衝突が起きた場合でも、特定フレームの分離・抽出を可能とすることで、消費電力が低く、かつ、誤り率の小さい無線通信システムおよびパルス送受信方法を提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ＰＰＭ方式によって送信データを変調し、無線発信する無線送信機と、前記無線送信機によって発信された無線信号を受信する無線受信機とからなる無線通信システムであって、前記無線送信機は、送信データを所定の変換規則に従って変換して冗長データを生成する冗長化手段と、前記送信データおよび前記冗長データを各々ＰＰＭ方式によってパルス信号に変換しデータフレームおよび冗長フレームを生成するＰＰＭ変調手段と、前記ＰＰＭ変調手段によって生成されたデータフレームおよび冗長フレームを高周波信号に乗せて発信する発信手段とを具備し、前記無線受信機は、前記無線送信機から発信された信号を受信し、パルス信号に復調する受信手段と、前記受信手段から出力されるパルス信号を読み込むバッファレジスタと、前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの相関を取る相関検出手段と、前記相関検出手段の出力に基づいて送信データを復調するデータ復調手段とを具備することを特徴とする無線通信システムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記冗長化手段は、１≦ｋ（ｋ：正の整数）であるｋ個の所定の変換規則に従って、送信データを変換してｋ個の冗長データを生成し、前記データフレームは、フレーム長をＮ（Ｎ：正の整数）とし、前記変換規則は、ｎ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｎ、ｍ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｍと表記して、
ｆ_ｎ（ｉ_１）−ｆ_ｍ（ｉ_１）≠ｆ_ｎ（ｉ_２）−ｆ_ｍ（ｉ_２）
但し、ｎ、ｍは０〜ｋの整数かつｎ≠ｍ
ｆ_０（ｉ）＝ｉ
送信データｉ_１、ｉ_２は０〜Ｎ−１の整数かつｉ_１≠ｉ_２
を全てのｎ、ｍ、ｉ_１、ｉ_２について満たすことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記相関検出手段は、前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの、各位置についての和からなるデータ列を出力し、前記データ復調手段は、前記相関検出手段が出力したデータ列のうち、値が最大であり、かつ、予め決められた閾値を越えているデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明であって、前記データ復調手段は、前記相関検出手段が出力したデータ列のうち、予め決められた閾値を越えており、かつ、前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの偏差の絶対値の和が最小であるデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、ＰＰＭ方式によって送信データを変調し、無線発信する無線送信機と、前記無線送信機によって発信された無線信号を受信する無線受信機とからなる無線通信システムにおけるパルス送受信方法であって、前記無線送信機が、送信データを所定の変換規則に従って変換して冗長データを生成する冗長化過程と、前記無線送信機が、前記送信データおよび前記冗長データを各々ＰＰＭ方式によってパルス信号に変換しデータフレームおよび冗長フレームを生成するＰＰＭ変調過程と、前記無線送信機が、前記ＰＰＭ変調過程によって生成されたデータフレームおよび冗長フレームを高周波信号に乗せて発信する発信過程と、前記無線受信機が、前記無線送信機から発信された信号を受信し、パルス信号に復調する受信過程と、前記無線受信機が、前記受信過程から出力されるパルス信号を読み込むバッファリング過程と、前記無線受信機が、前記バッファリング過程で読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファリング過程で読み込まれたデータフレームとの相関を取る相関検出過程と、前記無線受信機が、前記相関検出過程の出力に基づいて送信データを復調するデータ復調過程とを具備することを特徴とするパルス送受信方法である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明であって、前記冗長化過程は、１≦ｋ（ｋ：正の整数）であるｋ個の所定の変換規則に従って、送信データを変換してｋ個の冗長データを生成し、前記データフレームは、フレーム長をＮ（Ｎ：正の整数）とし、前記変換規則は、ｎ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｎ、ｍ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｍと表記して、
ｆ_ｎ（ｉ_１）−ｆ_ｍ（ｉ_１）≠ｆ_ｎ（ｉ_２）−ｆ_ｍ（ｉ_２）
但し、ｎ、ｍは０〜ｋの整数かつｎ≠ｍ
ｆ_０（ｉ）＝ｉ
送信データｉ_１、ｉ_２は０〜Ｎ−１の整数かつｉ_１≠ｉ_２
を全てのｎ、ｍ、ｉ_１、ｉ_２について満たすことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明であって、前記相関検出過程は、前記バッファリング過程で読み込まれた冗長フレームを逆変換して、前記バッファリング過程で読み込まれたデータフレームとの、各々の位置についての和からなるデータ列を出力し、前記データ復調過程は、前記相関検出過程が出力したデータ列のうち、値が最大であり、かつ、予め決められた閾値を越えているデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明であって、前記データ復調過程は、前記相関検出過程が出力したデータ列のうち、予め決められた閾値を越えており、かつ、前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの、各々の位置についての偏差の絶対値の和が最小であるデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力することを特徴とする。

この発明によれば、複数の送信機から送信されたフレーム間で、フレーム衝突が起こった場合でも、特定フレームを抽出することができるので、誤り率を小さくすることが可能である。また、相関を検出したときのみフレームを抽出することで、送受信機間でフレームの同期をとることなくデータを検出できるのでプリアンブルのない無線通信システムおよびパルス送受信方法が可能である。

以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。同実施形態の無線通信システムでは、１６値ＰＰＭでデータ変調を行い、同じデータのフレームを２回繰り返して送信する。ただし、２回目に送信するフレームについては、次に説明するような変換ｆを、１回目のフレームに施してパルス位置を変更することにより、フレーム衝突時にも受信側で特定のフレームを抽出することを可能にする。以後、１回目のフレームをデータフレーム、２回目のフレームを冗長フレームと呼ぶ。
まず、変換ｆの満たすべき条件を説明する。いま、図５に示すように、ＲＦＩＤタグＡがパルス位置ｉ_Ａ（＝値ｉ_Ａ）およびｆ（ｉ_Ａ）で送信し（４０１）、ＲＦＩＤタグＢがＲＦＩＤタグＡのフレームから時間τ（パルス幅のτ倍）遅れたフレームのパルス位置ｉ_Ｂおよびｆ（ｉ_Ｂ）で送信を行い（４０２）、リーダが双方の送信データを受信した場合を考える（４０３）。このとき、リーダにて、冗長フレームに変換ｆの逆変換ｆ^−１を施すと、ＲＦＩＤタグＡが送信したパルスについては、データフレームのパルス位置と一致し（４０４）、ＲＦＩＤタグＢが送信したパルスについては、一致しない（４０５）ように変換ｆを選ぶと、受信側では、データフレームと冗長フレームの逆変換との相関をとったときに相関が検出されたパルスだけを抽出することで、ＲＦＩＤタグＡのデータを分離・抽出することが可能となる（４０６）。

これらの条件４０４、４０５を数式化すると、それぞれ、下記の式（１）および式（２）で表せる。
ｆ^−１（ｆ（ｉ_Ａ））＝ｉ_Ａ・・・（１）
ｆ^−１（ｆ（ｉ_Ｂ）＋τ）≠ｉ_Ｂ＋τ・・・（２）
式（２）の両辺に、変換ｆを施して、両辺から（ｉ_Ｂ＋τ）を引くと、
ｆ（ｉ_Ｂ）−ｉ_Ｂ≠ｆ（ｉ_Ｂ＋τ）−（ｉ_Ｂ＋τ）・・・（３）
ここで、ｉ_１＝ｉ_Ｂ、ｉ_２＝ｉ_Ｂ＋τとして、式（３）を一般化すると、τ≠０なので、ｉ_１≠ｉ_２である０〜１５の任意の値ｉ_１、ｉ_２について、
ｆ（ｉ_１）−ｉ_１≠ｆ（ｉ_２）−ｉ_２・・・（４）
となる。
本実施形態では、式（１）および式（４）を満たす変換ｆとして、図２に示すｆを用いる。ここで、ｆ０は変換前の値（ｉ_１、ｉ_２）、ｆ１は変換後の値（ｆ（ｉ_１）、ｆ（ｉ_２））であり、ｆ１−ｆ０が全て異なる値となっているため、式（４）を満たしている。

以下、本実施形態の構成を示すブロック図である図１について説明する。
１００は、ＩＤなどのデータを無線送信するＲＦＩＤタグである。１０１は、ＲＦＩＤタグ１００が送信するデータを格納した送信データテーブルである。１０２は、送信データテーブル１０１から読み出したデータに変換ｆを施して、冗長フレームのデータを生成する冗長化処理である。１０３は、データフレームおよび冗長フレームの各データを、パルス幅が１０マイクロ秒の１６値ＰＰＭ方式でパルス信号に変換する１６値ＰＰＭ処理である。１０４は、１６値ＰＰＭ処理１０３が出力したパルス信号によって高周波信号を変調し、無線送信する送信処理である。

１１０は、ＲＦＩＤタグ１００の送信したデータを読み取るリーダである。１１１は、送信処理１０５が無線送信した信号を受信する受信処理であり、受信した高周波信号からパルス信号を復調する。１１２は、受信処理１１１から出力されるパルス信号の受信強度を、ディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換である。１１３は、Ａ／Ｄ変換１１２の出力した受信強度が格納されるバッファである。なお、このバッファ１１３は３２記憶スロットのシフトレジスタであり、データフレームと冗長フレームをあわせた送信時間分（３２サンプル）の受信強度データを格納する。１１４は、バッファ１１３に格納されている受信強度データの０〜１５番目をデータフレーム部分、１６〜３１番目を冗長フレーム部分とみなし、逆変換ｆ^−１に基づき、冗長フレーム部分のデータを並び替えて、各パルス位置についてデータフレーム部分との和を算出し、出力する相関検出処理である。１１５は、相関検出処理１１４が出力したデータ列から、ある閾値以上、かつ、最大値のデータを抽出し、そのデータの位置から受信データを検知し、出力するデータ復調処理である。
なお、図１における処理部１１４、１１５は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現されるものであってもよい。

次に、この無線通信システムにおけるＲＦＩＤタグ１００の動作を説明する。送信タイミングになると、冗長化処理１０２は、送信データテーブル１０１の最初の４ビット、例えば「０」を読み出してデータフレームとし、これに変換ｆ（図２）を施して、式（５）より冗長フレームとなる「１５」を得る。
ｆ（０）＝１５・・・（５）
冗長化処理１０２は、このデータフレームのデータ「０」と冗長フレームのデータ「１５」を出力する。１６値ＰＰＭ処理１０３は、冗長化処理１０２からデータ「０」、「１５」を受けると、１６値ＰＰＭ方式により変調して、図３のように幅１０マイクロ秒のパルスをデータフレームの頭と冗長フレームの１５０マイクロ秒の位置に立てたパルス信号を出力する。このパルス信号は、送信処理１０４から、無線送信される。

次に、リーダ１１０の動作を説明する。いま、ＲＦＩＤタグＡが上述した処理によってデータフレーム「０」および冗長フレーム「１５」を送信し（図４（ａ））、また、別のＲＦＩＤタグＢが上記のデータフレーム「０」の立ち上がりタイミングより２０マイクロ秒遅れてデータフレームを立ち上げ、データフレーム「３」および冗長フレーム「１２」を送信したとする（図４（ｂ）参照）。この場合、バッファ１１３には、図４（ｃ）に示すように、第０番目、第５番目、第３０番目、第３１番目の各記憶スロットに、パルスの受信強度を示すデータが書き込まれ、相関検出処理１１４へ出力される。相関検出処理１１４は、バッファ１１３の第１６番目〜第３１番目のデータを逆変換（ｆ^−１）し、バッファ１１３の第０番目〜第１５番目の記憶スロットのデータに加算する。
ここで、図２から明らかなように、バッファ１１３の第１６番目〜第３１番目のデータ（冗長フレーム）の逆変換（ｆ^−１）は次のようになる。
１５→０
１４→１
・・・・
０ →１５
したがって、相関検出処理１１４の処理は、図４（ｃ）に示すように、バッファ１１３の第０番目〜第１５番目の各記憶スロットのデータに各々、バッファ１１３の第１６番目〜第３１番目の記憶スロットのデータを加算する処理となる。この結果、相関検出処理１１４の出力の第０番目〜第１５番目のデータはそれぞれ、同図に示すように、

第０番目＝バッファ１１３の第０番目＋バッファ１１３の第３１番目
第１番目＝バッファ１１３の第３０番目
第２番目＝０
第３番目＝０
第４番目＝０
第５番目＝バッファ１１３の第５番目
第６番目＝０
・・・・・
第１５番目＝０
となる。この加算結果から明らかなように、図１の構成によれば、ＲＦＩＤタグＡについては相関検出処理１１４から、データフレームと冗長フレームのデータが加算されて出力され、一方、ＲＦＩＤタグＢについては、データフレームと冗長フレームのデータがそれぞれ個別に（加算されないで）出力される。したがって、データ復調処理１１５において、一定の閾値（図４（ｃ）参照）以上、かつ、最大値のデータを抽出することにより、ＲＦＩＤタグＡのデータのみを正確に検出することができる。

さて、バッファ１１３には１０マイクロ秒毎にデータが読み込まれ、したがって、相関検出処理１１４からは、１０マイクロ秒毎に異なるデータが出力される。
ここで、相関検出処理１１４の出力するデータは、特定のＲＦＩＤタグの送信したデータが時間的に連続しているとは限らず、複数のＲＦＩＤタグが送信したデータが入り混じって出力される。例えば、図４の例では、ＲＦＩＤタグＡから送信された「０」を抽出しているが、その２０マイクロ秒後には、ＲＦＩＤタグＢからの送信である「３」を抽出する。しかし、同一のＲＦＩＤタグから送信されたデータであれば、相関検出処理１１４が出力する間隔はフレームの送信間隔に一致するので、相関検出処理１１４が出力するデータを受けるデータ復調処理１１５は、データを分離することが可能である。
このように、上述した回路は、変換ｆによる相関が検出されるとデータを出力するので、送受信機間でフレームの同期をとるための信号であるプリアンブルが不要であり、かつ、２つまでのフレームが衝突した場合でも、特定のフレームを抽出できる無線通信システムが可能となる。

次に、この発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態においては、冗長化処理１０２にて、データフレームに冗長フレームを１つだけ付加するようになっているが、この場合、３つ以上のフレームが衝突した場合には、特定のフレームを抽出できるとは限らない。より多くのフレームが衝突した場合でも特定のフレームを抽出できるように、冗長化処理１０２にて、複数の冗長フレームを付加してもよい。ｋ個の冗長フレームを付加する場合、ｎ番目およびｍ番目の冗長フレームを生成するのに用いる変換ｆ_ｎおよびｆ_ｍは、冗長フレームが１つの場合（第１の実施形態）と同様に考えて、ｆ_０（ｉ）＝ｉとすると、
ｆ_ｎ（ｉ_１）−ｆ_ｍ（ｉ_１）≠ｆ_ｎ（ｉ_２）−ｆ_ｍ（ｉ_２）・・・（６）
ｎ、ｍは０〜ｋかつｎ≠ｍ、位置ｉ_１、ｉ_２は０〜１５かつｉ_１≠ｉ_２
を満たす必要がある。
そこで、本実施形態では、冗長フレームを２個付加する。この場合のブロック構成は図１と同じである。ただし、冗長化処理１０２では、図６に示す変換ｆ_１とｆ_２を用いて、冗長フレームのデータを生成する。例えば、データフレームのデータが「０」とすると、ｆ_１（０）＝１２、ｆ_２（０）＝６なので、冗長化処理１０２は、「０」、「１２」、「６」を出力する。１６値ＰＰＭ処理１０３は、このデータ「０」、「１２」、「６」を各々１６値ＰＰＭ方式により変調したパルス信号を出力する。また、バッファ１１３は、データフレームと２個の冗長フレームをあわせた４８パルス分（４８０マイクロ秒）の受信強度データを格納する。相関検出処理１１４は、図７に示すように、バッファ１１３の２個の冗長フレーム部分それぞれに対応する逆変換ｆ_１ ^−１およびｆ_２ ^−１に基づきデータを並び替えて、各パルス位置について、データフレーム部分との和を算出し、出力する。

なお、上述した２つの実施形態において、データ復調処理１１５は、相関検出処理１１４が出力した各位置の和の中から最大値、かつ、ある閾値を越えるものを抽出してデータ復調するようになっているが、相関検出処理１１４の出力した各位置の和が、ある閾値を越える位置のうち、式（７）で表せるＹ_ｉが最小になるものを抽出してデータ復調し、出力するようにしてもよい。なお、Ｙ_ｉは、各位置についてデータフレーム部分と逆変換によるパルス位置の並べ替えを施したｋ個の冗長フレーム部分との偏差の絶対値の和をとった値である。
Ｙ_ｉ＝Σ_ｊ｜Ｘ_ｉ，ｊ−Ｍ_ｉ｜・・・（７）
ここで、ｉは逆変換後の位置を表し、範囲は０〜１５である。ｊは、フレームを表し、範囲は０〜ｋである（０はデータフレーム）。Σ_ｊは、ｊについての総和を表す。Ｘ_ｉ，ｊは、逆変換後のｊ番目のフレーム（ｊ＝０はデータフレーム）のｉ番目の位置における受信強度の値を表す。Ｍ_ｉは、逆変換後のｉ番目の位置における受信強度の全てのフレームの平均値を表し、
Ｍ_ｉ＝（Σ_ｊＸ_ｉ，ｊ）÷（ｋ＋１）・・・（８）
である。

第２の実施形態にこのような変更を加えた場合の相関検出処理１１４およびデータ復調処理１１５の動作を説明する。変換ｆには第２の実施形態と同様に図６に示す変換を用いる。
例えば、バッファ１１３の内容が、データフレーム部分は、
“５、０、０、１、７、０、０、０、３、０、０、２、０、０、０、０”
冗長フレーム部分１は、
“０、０、１、０、０、０、０、０、０、０、８、０、１、０、４、０”
冗長フレーム部分２は、
“０、０、０、０、３、０、０、０、０、０、５、１、０、１、１、０”
であったとする。相関検出処理１１４は、冗長フレーム部分１にｆ１の逆変換を施して、次のようにデータの並べ替えを行う。

１２番目の位置→０番目の位置
１１番目の位置→１番目の位置
６番目の位置→２番目の位置
１０番目の位置→３番目の位置
・・・・
３番目の位置→１５番目の位置
これにより、データ列Ｒ１
“１、０、０、８、０、０、０、０、４、０、０、０、０、１、０、０”
を得る。
同様に冗長フレーム部分２にｆ２の逆変換を施して、データ列Ｒ２
“０、０、１、１、１、０、０、０、３、０、０、０、０、５、０、０”
を得る。
相関検出処理１１４は、各位置について、データフレーム部分と上記データ列Ｒ１およびデータ列Ｒ２の和をとって、
“６、０、１、１０、８、０、０、０、１０、０、０、２、０、６、０、０”
を出力する。

データ復調処理１１５は、相関検出処理１１４のこれらの出力を受けると、相関検出処理１１４の出力した各パルス位置の和のうち、閾値以下のパルス位置のデータを破棄する。ここで、閾値を３とすると、データ列Ａ
“６、−、−、１０、８、−、−、−、１０、−、−、−、−、６、−、−”
を得る（“−”は、破棄を表す）。第１および第２の実施形態であれば、ここで最大値を抽出することになるが、ここでは上述のＹ_ｉが最小値という条件を用いる。そのために、まず、データフレーム部分およびデータ列Ｒ１、データ列Ｒ２より、式（８）を用いて、各位置の平均値Ｍ_ｉを算出して、
ｉ＝０番目：（５＋１＋０）÷３＝２
ｉ＝１番目：（０＋０＋０）÷３＝０
ｉ＝２番目：（０＋０＋１）÷３＝０
ｉ＝３番目：（１＋８＋１）÷３＝３
・・・・
ｉ＝１５番目：（０＋０＋０）÷３＝０
より、
“２、０、０、３、３、０、０、０、３、０、０、１、０、２、０、０”
を得る（簡略化のため、小数点以下は四捨五入）。

続いて、この平均値Ｍ_ｉおよびデータフレーム部分（Ｘ_ｉ、０）、データ列Ｒ１（Ｘ_ｉ、１）、データ列Ｒ２（Ｘ_ｉ、２）より、式（７）を用いてＹ_ｉを算出する。まず、データフレーム部分（Ｘ_ｉ、０）と平均値Ｍ_ｉの差の絶対値（｜Ｘ_ｉ、０−Ｍ_ｉ｜）をとって、
ｉ＝０番目：｜５−２｜＝３
ｉ＝１番目：｜０−０｜＝０
ｉ＝２番目：｜０−０｜＝０
ｉ＝３番目：｜１−３｜＝２
・・・・
ｉ＝１５番目：｜０−０｜＝０
より、データ列Ｓ０
“３、０、０、２、４、０、０、０、０、０、０、１、０、２、０、０”
を得る。データ列Ｒ１（Ｘ_ｉ、１）と平均値Ｍ_ｉの差の絶対値（｜Ｘ_ｉ、１−Ｍ_ｉ｜）および、データ列Ｒ２（Ｘ_ｉ、２）と平均値Ｍ_ｉの差の絶対値（｜Ｘ_ｉ、２−Ｍ_ｉ｜）も同様にして、算出し、データ列Ｓ１
“１、０、０、５、３、０、０、０、１、０、０、１、０、１、０、０”
およびデータ列Ｓ２
“２、０、１、２、２、０、０、０、０、０、０、１、０、３、０、０”
を得る。データ列Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２の和（Σ_ｊ｜Ｘ_ｉ，ｊ−Ｍ_ｉ｜）をとって、データ列Ｙ
“６、０、１、９、９、０、０、０、１、０、０、３、０、６、０、０”
を得る。

ここで、データ列Ａ
“６、−、−、１０、８、−、−、−、１０、−、−、−、−、６、−、−”
に戻って、閾値以上の条件を満たしたデータがあるのは、０、３、４、８、１３番目の位置である。これらの位置のＹ_ｉは、データ列Ｙより、それぞれ、「６」、「９」、「９」、「１」、「６」となるので、最小は「１」でその位置は８番目である。これより、データ復調処理１１５は、「８」を出力する。
これにより、ＲＦＩＤタグとリーダの位置関係やアンテナの向きなどにより、受信強度が小さくなるＲＦＩＤタグの送信したデータについても、受信強度が大きいＲＦＩＤタグの送信したパルスに影響されることなく、分離・抽出することができる。

これらの実施形態と従来方式のＰＥＲ（ＰａｃｋｅｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）を比較したグラフを図８に示す。６０１は、従来方式の１６値ＰＰＭにて９６ビットのパケットを送受信した場合、６０２は、従来方式の１６値ＰＰＭにて１９２ビットのパケットを送受信した場合である。６０３は、第１の実施形態に相当しており、冗長フレームを１つ付加して、１６値ＰＰＭにて９６ビットのパケットを送受信した場合、６０４は、第２の実施形態に偏差の絶対値の和を基準とする抽出を加えたものに相当しており、冗長フレームを２つ付加して、１６値ＰＰＭにて９６ビットのパケットを送受信した場合である。６０５は、従来方式であるＯＯＫ方式にて送受信した場合である。従来方式である１６値ＰＰＭに比較して、本発明によりＰＥＲが改善されていることが、６０１、６０２に比較して、６０３、６０４の線が常に下側にあることからわかる。しかし、従来方式の中でもＯＯＫの６０５と比較すると、第１の実施形態のみである６０３については常に上側となり、ＯＯＫに及ばない。偏差の絶対値の和を基準とする６０４であれば、ＲＦＩＤタグの数が５０を越える場合は及ばないものの、５０以下の場合は、ＯＯＫよりも誤り率を低く抑えられることがわかる。このように、消費電力は少ないが、誤り率が比較的高かったＰＰＭ方式を、本発明により、他の方式と同程度の誤り率とすることができる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

この発明の第１の実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。同実施形態における変換ｆを示す図である。同実施形態における冗長化処理１０２の出力を説明する図である。同実施形態におけるバッファ１１３、相関検出処理１１４を説明する図である。変換ｆの満たすべき条件を説明する図である。この発明の第２の実施形態における変換ｆを示す図である。同実施形態におけるバッファ１１３、相関検出処理１１４を説明する図である。実施形態の効果を説明するＰＥＲを示す図である。１６値ＰＰＭ方式のデータ変調の例を説明する図である。

符号の説明

１００…ＲＦＩＤタグ
１０１…送信データテーブル
１０２…冗長化処理
１０３…１６値ＰＰＭ処理
１０４…送信アンテナ
１１０…リーダ
１１１…受信アンテナ
１１２…Ａ／Ｄ変換
１１３…バッファ
１１４…相関検出処理
１１５…データ復調処理
４０１…ＲＦＩＤタグＡの送信データ
４０２…ＲＦＩＤタグＢの送信データ
４０３…リーダの受信データ
４０４…一致する
４０５…一致しない
４０６…相関をとったデータ
６０１…１６値ＰＰＭ（９６ｂｉｔ／ｐａｃｋｅｔ）
６０２…１６値ＰＰＭ（１９２ｂｉｔ／ｐａｃｋｅｔ）
６０３…１６値ＰＰＭ（９６ｂｉｔ／ｐａｃｋｅｔ）＋冗長フレーム
６０４…１６値ＰＰＭ（９６ｂｉｔ／ｐａｃｋｅｔ）＋冗長フレーム×２＋偏差最小
６０５…ＯＯＫ

Claims

ＰＰＭ方式によって送信データを変調し、無線発信する無線送信機と、前記無線送信機によって発信された無線信号を受信する無線受信機とからなる無線通信システムであって、
前記無線送信機は、
送信データを所定の変換規則に従って変換して冗長データを生成する冗長化手段と、
前記送信データおよび前記冗長データを各々ＰＰＭ方式によってパルス信号に変換しデータフレームおよび冗長フレームを生成するＰＰＭ変調手段と、
前記ＰＰＭ変調手段によって生成されたデータフレームおよび冗長フレームを高周波信号に乗せて発信する発信手段とを具備し、
前記無線受信機は、
前記無線送信機から発信された信号を受信し、パルス信号に復調する受信手段と、
前記受信手段から出力されるパルス信号を読み込むバッファレジスタと、
前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの相関を取る相関検出手段と、
前記相関検出手段の出力に基づいて送信データを復調するデータ復調手段と
を具備することを特徴とする無線通信システム。
前記冗長化手段は、
１≦ｋ（ｋ：正の整数）であるｋ個の所定の変換規則に従って、送信データを変換してｋ個の冗長データを生成し、
前記データフレームは、
フレーム長をＮ（N：正の整数）とし、
前記変換規則は、
ｎ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｎ、ｍ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｍと表記して、
ｆ_ｎ（ｉ_１）−ｆ_ｍ（ｉ_１）≠ｆ_ｎ（ｉ_２）−ｆ_ｍ（ｉ_２）
但し、ｎ、ｍは０〜ｋの整数かつｎ≠ｍ、
ｆ_０（ｉ）＝ｉ
送信データｉ_１、ｉ_２は０〜Ｎ−１の整数かつｉ_１≠ｉ_２
を全てのｎ、ｍ、ｉ_１、ｉ_２について満たすこと
を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記相関検出手段は、
前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの、各位置についての和からなるデータ列を出力し、
前記データ復調手段は、
前記相関検出手段が出力したデータ列のうち、値が最大であり、かつ、予め決められた閾値を越えているデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
前記データ復調手段は、
前記相関検出手段が出力したデータ列のうち、予め決められた閾値を越えており、かつ、前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの偏差の絶対値の和が最小であるデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
ＰＰＭ方式によって送信データを変調し、無線発信する無線送信機と、前記無線送信機によって発信された無線信号を受信する無線受信機とからなる無線通信システムにおけるパルス送受信方法であって、
前記無線送信機が、送信データを所定の変換規則に従って変換して冗長データを生成する冗長化過程と、
前記無線送信機が、前記送信データおよび前記冗長データを各々ＰＰＭ方式によってパルス信号に変換しデータフレームおよび冗長フレームを生成するＰＰＭ変調過程と、
前記無線送信機が、前記ＰＰＭ変調過程によって生成されたデータフレームおよび冗長フレームを高周波信号に乗せて発信する発信過程と、
前記無線受信機が、前記無線送信機から発信された信号を受信し、パルス信号に復調する受信過程と、
前記無線受信機が、前記受信過程から出力されるパルス信号を読み込むバッファリング過程と、
前記無線受信機が、前記バッファリング過程で読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファリング過程で読み込まれたデータフレームとの相関を取る相関検出過程と、
前記無線受信機が、前記相関検出過程の出力に基づいて送信データを復調するデータ復調過程と
を具備することを特徴とするパルス送受信方法。
前記冗長化過程は、
１≦ｋ（ｋ：正の整数）であるｋ個の所定の変換規則に従って、送信データを変換してｋ個の冗長データを生成し、
前記データフレームは、
フレーム長をＮ（N：正の整数）とし、
前記変換規則は、
ｎ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｎ、ｍ個目の前記冗長データを生成する変換規則をｆ_ｍと表記して、
ｆ_ｎ（ｉ_１）−ｆ_ｍ（ｉ_１）≠ｆ_ｎ（ｉ_２）−ｆ_ｍ（ｉ_２）
但し、ｎ、ｍは０〜ｋの整数かつｎ≠ｍ
ｆ_０（ｉ）＝ｉ
送信データｉ_１、ｉ_２は０〜Ｎ−１の整数かつｉ_１≠ｉ_２
を全てのｎ、ｍ、ｉ_１、ｉ_２について満たすこと
を特徴とする請求項５に記載のパルス送受信方法。
前記相関検出過程は、
前記バッファリング過程で読み込まれた冗長フレームを逆変換して、前記バッファリング過程で読み込まれたデータフレームとの、各々の位置についての和からなるデータ列を出力し、
前記データ復調過程は、
前記相関検出過程が出力したデータ列のうち、値が最大であり、かつ、予め決められた閾値を越えているデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力すること
を特徴とする請求項５または請求項６に記載のパルス送受信方法。
前記データ復調過程は、
前記相関検出過程が出力したデータ列のうち、予め決められた閾値を越えており、かつ、前記バッファレジスタに読み込まれた冗長フレームを逆変換して前記バッファレジスタに読み込まれたデータフレームとの、各々の位置についての偏差の絶対値の和が最小であるデータを抽出して、そのデータの位置に対応するデータを出力すること
を特徴とする請求項７に記載のパルス送受信方法。