JP4628992B2

JP4628992B2 - 無線送受信機

Info

Publication number: JP4628992B2
Application number: JP2006131767A
Authority: JP
Inventors: 暢彦安藤; 亮司林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP2007306241A

Description

この発明は、例えば、ＲＦＩＤシステムを利用する無線送受信機に関し、タグと無線信号を送受信する無線送受信機に関するものである。

従来、複数の無線送受信機が一定の無線周波数を共有する場合、同一周波数の信号を送信することによる信号の衝突を回避するため、信号を送信する前に、使用対象のチャネルが空いているか否かを確認する空きチャネルの検出処理（ＬＢＴ：ＬｉｓｔｅｎＢｅｆｏｒｅＴａｌｋ）が検討されてきている。
空きチャネルの検出方法としては、使用対象のチャネルにおける周波数の信号レベルを検出する手法が用いられる。
近年利用が可能になったＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムでも、無線送受信機間の干渉を避けるために、ＬＢＴ機能の実装が求められている。

例えば、ＵＨＦ帯のＲＦＩＤシステムに適用可能な無線送受信機が以下の特許文献１に開示されている。
無線送受信機の制御部は、タグとデータを送受信する場合、局部発振器から発振される局部発振信号の周波数が使用対象の無線チャネルの周波数と等しくなるように、その局部発振器に周波数を設定する。
ディジタル・アナログ変換器は、制御部から送信対象のディジタルデータを受けると、そのディジタルデータをアナログ信号に変換し、変調器が局部発振器から発振された局部発振信号を用いて、そのアナログ信号を変調する。
電力増幅器は、変調器からアナログ信号の変調信号を受けると、その変調信号を電力増幅してサーキュレータに出力する。
これにより、そのサーキュレータに接続されているアンテナから変調信号がタグに向けて送信される。

タグは、無線送受信機から送信された変調信号を受信すると、その変調信号からデータを復調する。
そして、タグは、そのデータに対応する応答データを変調し、その変調信号である応答信号を無線送受信機に向けて送信する。

無線送受信機のアンテナは、タグから送信された応答信号を受信すると、その応答信号をサーキュレータに出力する。
サーキュレータは、アンテナにより受信された応答信号を減衰器に出力するが、この際、送信側の電力増幅器から出力された変調信号も回り込み信号として、サーキュレータから減衰器に出力される。
したがって、減衰器には、タグの応答信号と回り込み信号の合成信号が出力される。

減衰器は、サーキュレータから出力された合成信号を減衰し、低雑音増幅器が減衰器による減衰後の合成信号の電力を増幅する。
ミクサは、低雑音増幅器が合成信号の電力を増幅すると、局部発振器から発振された局部発振信号を用いて、その合成信号をベースバンド信号に変換する。
高域通過フィルタは、ミクサが合成信号をベースバンド信号に変換すると、そのベースバンド信号のＤＣ成分を抑圧し、アナログ・ディジタル変換器がベースバンド信号をディジタル信号に変換する。
制御部は、アナログ・ディジタル変換器がベースバンド信号をディジタル信号に変換すると、そのディジタル信号からタグの応答データを復調する。

このように、無線送受信機の受信側回路におけるミクサは、送信側回路における変調器が使用する局部発振信号と同じ周波数の局部発振信号を合成信号と混合してベースバンド信号に変換するホモダイン構成がとられている。
そして、無線送受信機の受信側回路では、ミクサから出力されたベースバンド信号のＤＣ成分を除去する高域通過フィルタを設けている。
ここで、高域通過フィルタを設けている理由は、下記の２点が要因で、ミクサから出力されるベースバンド信号に大きなＤＣ成分が重畳されるので、ベースバンド信号のアナログ・ディジタル変換や復調を行うためには、大きなＤＣ成分を除去する必要があるためである。
（１）ホモダイン受信機では、局部発振信号がミクサのＲＦ端子に漏れ込み、自己検波されて出力にＤＣ成分が重畳する。
（２）ＲＦＩＤの無線送受信機は、タグに搬送波を送信して給電しながら、タグの応答信号を受信するが、送信している搬送波が受信側回路に漏れ込み、ミクサで検波されてＤＣ成分が出力される。

なお、複数の無線送受信機が一定の無線周波数を共有する場合、同一周波数の信号を送信することによる信号の衝突を回避するため、信号を送信する前に、使用対象のチャネルが空いているか否かを確認する必要があり、アンテナにより受信された信号の信号レベルを検出する。

特開２０００−２０６５１号公報（段落番号［００３４］から［００３５］、図１）

従来の無線送受信機は以上のように構成されているので、使用対象のチャネルが空いているか否かを確認するために受信信号の信号レベルを検出する必要があるが、正確に受信信号の信号レベルを検出することができない課題があった。
即ち、（１）受信側回路におけるミクサの前段の合成信号からは、使用対象のチャネルの信号だけを炉波することができない。（２）高域通過フィルタの前段のベースバンド信号には、前述の自己混合によるＤＣ成分が重畳している。（３）高域通過フィルタの後段のベースバンド信号には、アンテナにより受信された無変調搬送波を周波数変換して生じるＤＣ成分が失われてしまう。などの理由により、いずれの位置の信号からも正確な信号レベルを検出することができない課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、正確に受信信号の信号レベルを検出して、正確に空きチャネルを検出することができる無線送受信機を得ることを目的とする。

この発明に係る無線送受信機は、空きチャネルを検出する際、信号レベル検出手段が局部発振手段から発振される局部発振信号の周波数を変更し、その後、信号検波手段により変換されたベースバンド信号から所定の周波数の信号を炉波して、その信号のレベルを検出するようにしたものである。

この発明によれば、空きチャネルを検出する際、信号レベル検出手段が局部発振手段から発振される局部発振信号の周波数を変更し、その後、信号検波手段により変換されたベースバンド信号から所定の周波数の信号を炉波して、その信号のレベルを検出するように構成したので、正確に受信信号の信号レベルを検出して、正確に空きチャネルを検出することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による無線送受信機を示す構成図であり、図において、制御部１は送信対象のデータをディジタル・アナログ変換器２に出力する際、局部発振器３により発振される局部発振信号の周波数が、使用する無線チャネルの周波数と等しくなるように局部発振器３を制御する。また、制御部１は空きチャネルを検出する際、局部発振器３により発振される局部発振信号の周波数が、使用する無線チャネルの周波数と異なるように局部発振器３を制御する。
ディジタル・アナログ変換器２は制御部１から出力されるディジタルデータをアナログデータに変換する処理を実施する。

局部発振器３は制御部１により設定された周波数の局部発振信号を発振する。なお、局部発振器３は局部発振手段を構成している。
変調器４は局部発振器３により発振された局部発振信号を用いて、ディジタル・アナログ変換器２により変換されたアナログデータを変調し、そのアナログデータの変調信号を出力する。なお、変調器４はデータ変調手段を構成している。
電力増幅器５は変調器４から出力された変調信号の電力を増幅する。

サーキュレータ６は電力増幅器５による電力増幅後の変調信号をアンテナ７に出力するとともに、アンテナ７により受信されたタグの応答信号を減衰器８に出力する。
アンテナ７はサーキュレータ６から出力された変調信号をタグに向けて送信するとともに、タグから応答データが変調されている応答信号を受信する。
なお、サーキュレータ６及びアンテナ７から信号送受信手段が構成されている。

減衰器８はサーキュレータ６から出力された合成信号（アンテナ７により受信されたタグの応答信号＋電力増幅器５から出力された変調信号）を減衰する。
低雑音増幅器９は減衰器８により減衰された合成信号の電力を増幅する。
ミクサ１０は局部発振器３から発振された局部発振信号を用いて、低雑音増幅器９による電力増幅後の合成信号をベースバンド信号に変換する。なお、ミクサ１０は信号検波手段を構成している。

高域通過フィルタ１１はミクサ１０により変換されたベースバンド信号に含まれているＤＣ成分を抑圧する。
アナログ・ディジタル変換器１２は高域通過フィルタ１１によりＤＣ成分が抑圧されたベースバンド信号をディジタル信号に変換する。
制御部１はアナログ・ディジタル変換器１２により変換されたディジタル信号からタグの応答データを復調する。
なお、高域通過フィルタ１１、アナログ・ディジタル変換器１２及び制御部１からデータ復調手段が構成されている。

フィルタ１３はミクサ１０により変換されたベースバンド信号から所定の周波数の信号を炉波する。
レベル検出器１４はフィルタ１３により炉波された信号のレベルを検出する。
なお、制御部１、フィルタ１３及びレベル検出器１４から信号レベル検出手段が構成されている。

次に動作について説明する。
最初に、タグとデータを送受信する際の動作を説明する。
制御部１は、使用する無線チャネルの周波数がＡ（例えば、９５３ＭＨｚ）である場合、局部発振器３により発振される局部発振信号の周波数が、使用する無線チャネルの周波数Ａと等しくなるように局部発振器３を制御する。
制御部１は、局部発振器３により発振される局部発振信号の周波数を設定すると、送信対象のディジタルデータ（例えば、タグに対するコマンドデータ）をディジタル・アナログ変換器２に出力する。

ディジタル・アナログ変換器２は、制御部１から送信対象のディジタルデータを受けると、そのディジタルデータをアナログデータに変換する。
変調器４は、ディジタル・アナログ変換器２からアナログデータを受けると、局部発振器３により発振された局部発振信号を用いて、そのアナログデータを変調し、そのアナログデータの変調信号を電力増幅器５に出力する。

電力増幅器５は、変調器４からアナログデータの変調信号を受けると、その変調信号の電力を増幅する。
サーキュレータ６は、電力増幅器５から電力増幅後の変調信号を受けると、その変調信号をアンテナ７に出力することにより、その変調信号をタグに向けて送信する。
タグは、無線送受信機から送信された変調信号を受信すると、その変調信号からデータを復調する。
そして、タグは、そのデータに対応する応答データを変調し、その変調信号である応答信号を無線送受信機に向けて送信する。

無線送受信機のアンテナ７は、タグから送信された応答信号を受信すると、その応答信号をサーキュレータ６に出力する。
サーキュレータ６は、アンテナ７により受信された応答信号を減衰器８に出力するが、この際、送信側の電力増幅器５から出力された変調信号も回り込み信号として、サーキュレータ６から減衰器８に出力される。
したがって、減衰器８には、タグの応答信号と回り込み信号の合成信号が出力される。

減衰器８は、サーキュレータ６から合成信号を受けると、その合成信号を減衰する。
低雑音増幅器９は、減衰器８が合成信号を減衰すると、減衰後の合成信号の電力を増幅する。
ミクサ１０は、低雑音増幅器９が合成信号の電力を増幅すると、局部発振器３から発振された局部発振信号を用いて、その合成信号をベースバンド信号に変換する。

高域通過フィルタ１１は、ミクサ１０が合成信号をベースバンド信号に変換すると、そのベースバンド信号に含まれているＤＣ成分を抑圧する。
アナログ・ディジタル変換器１２は、高域通過フィルタ１１からＤＣ成分が抑圧されたベースバンド信号を受けると、そのベースバンド信号をディジタル信号に変換する。
制御部１は、アナログ・ディジタル変換器１２からディジタル信号を受けると、そのディジタル信号を所定のＨ／Ｌ閾値と比較することにより、そのディジタル信号をＨ／Ｌ判別して、そのディジタル信号からタグの応答データを復調する。

次に、空きチャネルを検出する動作を説明する。
制御部１は、空きチャネルを検出する場合、局部発振器３により発振される局部発振信号の周波数が、検出対象の無線チャネルの周波数と異なるように、局部発振器３を制御する。
例えば、検出対象の無線チャネルの周波数がＡ（例えば、９５３ＭＨｚ）である場合、局部発振器３により発振される局部発振信号の周波数をＡ−Ｂ（９５３−１０＝９４３ＭＨｚ）に変更する。

また、制御部１は、データが検出対象の無線チャネルの周波数の変調信号に変換されて送信されないようにするために、ディジタル・アナログ変換器２の出力信号が零になるように、ディジタル・アナログ変換器２を制御する。
アンテナ７は、空きチャネルの検出時に、他の無線送受信機又はタグから送信される信号を受信すると、その受信信号をサーキュレータ６に出力する。
サーキュレータ６は、アンテナ７が信号を受信すると、その受信信号を減衰器８に出力する。

減衰器８は、サーキュレータ６から受信信号を受けると、その受信信号を減衰する。
低雑音増幅器９は、減衰器８が受信信号を減衰すると、減衰後の受信信号の電力を増幅する。
ミクサ１０は、低雑音増幅器９が受信信号の電力を増幅すると、局部発振器３から発振された局部発振信号を用いて、その受信信号をベースバンド信号に変換する。
なお、ミクサ１０から出力されるベースバンド信号の周波数は、周波数Ｂ（例えば、１０ＭＨｚ）を中心とする中間周波数になる。

フィルタ１３は、ミクサ１０により変換されたベースバンド信号を受けると、そのベースバンド信号から周波数Ｂ（例えば、１０ＭＨｚ）の信号を炉波する。
レベル検出器１４は、フィルタ１３が周波数Ｂの信号を炉波すると、その信号のレベルを検出する。
制御部１は、レベル検出器１４により検出された信号レベルが所定の基準レベルより高ければ、使用を希望する無線チャネルは空きチャネルではないと判断し、レベル検出器１４により検出された信号レベルが所定の基準レベルより低ければ、使用を希望する無線チャネルが空きチャネルであると判断する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、空きチャネルを検出する際、制御部１が局部発振器３から発振される局部発振信号の周波数を変更して、ミクサ１０により検波された信号のレベルを検出するように構成したので、正確に受信信号の信号レベルを検出して、正確に空きチャネルを検出することができる効果を奏する。
即ち、ミクサ１０の出力信号がホモダインによる自己混合の影響を受けなくなるため、精度の高いレベル検出を行うことができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による無線送受信機を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
制御部１５は図１の制御部１と同様の機能を有する他に、切替スイッチ１６を制御する機能を備えている。
切替スイッチ１６は制御部１５の指示の下、タグの応答データを復調する際には、減衰器８と低雑音増幅器９を接続し、空きチャネルを検出する際には、サーキュレータ６と低雑音増幅器９を接続する。
なお、減衰器８、制御部１５及び切替スイッチ１６から信号減衰手段が構成されている。

上記実施の形態１では、空きチャネルを検出する場合でも、減衰器８がアンテナ７の受信信号を減衰するため、その受信信号の信号レベルが小さい場合には、その信号レベルを検出することができなくなることがある。
そこで、この実施の形態２では、タグの応答データを復調する際には、制御部１５が切替スイッチ１６を制御して、減衰器８と低雑音増幅器９を接続することにより、図１と同様の構成にする。
一方、空きチャネルを検出する際には、制御部１５が切替スイッチ１６を制御して、サーキュレータ６と低雑音増幅器９を接続するようにする。
これにより、アンテナ７の受信信号が減衰器８によって減衰されることがないため、受信信号の信号レベルが小さい場合でも、その受信信号の信号レベルを検出することができるようになる。

この発明の実施の形態１による無線送受信機を示す構成図である。この発明の実施の形態２による無線送受信機を示す構成図である。

符号の説明

１制御部（データ復調手段、信号レベル検出手段）、２ディジタル・アナログ変換器、３局部発振器（局部発振手段）、４変調器（データ変調手段）、５電力増幅器、６サーキュレータ（信号送受信手段）、７アンテナ（信号送受信手段）、８減衰器（信号減衰手段）、９低雑音増幅器、１０ミクサ（信号検波手段）、１１高域通過フィルタ（データ復調手段）、１２アナログ・ディジタル変換器（データ復調手段）、１３フィルタ（信号レベル検出手段）、１４レベル検出器（信号レベル検出手段）、１５制御部（データ復調手段、信号レベル検出手段、信号減衰手段）、１６切替スイッチ（信号減衰手段）。

Claims

局部発振信号を発振する局部発振手段と、上記局部発振手段により発振された局部発振信号を用いてデータを変調し、上記データの変調信号を出力するデータ変調手段と、上記データ変調手段から出力された変調信号をタグに送信する一方、上記タグから応答データで変調されている応答信号を受信して、その応答信号と上記データ変調手段から出力された変調信号との合成信号を出力する信号送受信手段と、上記タグの応答データを復調する際には、上記信号送受信手段から出力された合成信号を減衰して、減衰後の合成信号を出力し、空きチャネルを検出する際には、上記信号送受信手段から出力された合成信号をそのまま出力する信号減衰手段と、上記局部発振手段により発振された局部発振信号を用いて、上記信号減衰手段から出力された合成信号をベースバンド信号に変換する信号検波手段と、上記信号検波手段により変換されたベースバンド信号から上記応答データを復調するデータ復調手段と、空きチャネルを検出する際、上記局部発振手段から発振される局部発振信号の周波数を変更し、その後、上記信号検波手段により変換されたベースバンド信号から所定の周波数の信号を炉波して、上記信号のレベルを検出する信号レベル検出手段とを備えた無線送受信機。
信号レベル検出手段は、検出対象の空きチャネルの周波数がＡである場合、局部発振手段から発振される局部発振信号の周波数をＡ−Ｂに変更し、周波数がＢの信号のレベルを検出することを特徴とする請求項１記載の無線送受信機。