JP4726117B2 - Ｉｃタグ用リーダライタおよびｉｃタグ用リーダライタシステム - Google Patents

Description

本発明は、送信システムおよび送受信システムに関し、特に、比較的近距離の無線通信エリアでの動作に好適なＩＣタグ用リーダライタおよびＩＣタグ用リーダライタシステムに関する。

現在、非接触型の無線周波数識別装置（ＩＣタグ）は、入退室を管理するシステムや、物流における物品識別システム、食堂などでの料金清算のシステム、ＣＤやソフトウエアなどの販売店での無断持ち出し防止システムなど、多数のシステムで利用されている。

ＩＣタグは、特定周波数の電波の受信に応答して識別情報や記憶されている情報に相当する電波を発信する動作特性を利用する固有の識別情報や読み書き可能な記憶領域を含んだデバイスで、無線タグの識別情報や記憶領域に書き込まれている情報を読み取り装置側で読み出すことで、それが何であるかを特定できる。したがって、書き込まれている固有のＩＤやその他の情報を無線タグの識別情報や記憶領域に書き込むことで、物品の判別や所有者の判別ができるシステムを実現できる。

送受信及びメモリ機能を備えたＩＣチップと、該チップの駆動源と、アンテナとをパッケージ化して小型化を実現した無線周波数識別装置が特許文献１に開示されている。この無線周波数識別装置は、アンテナ経由でＩＣチップの受信手段に物品などに関するさまざまのデータを送信でき、その出力をメモリに蓄積しておくとともに、必要に応じてメモリ内のデータを読み出して、アンテナを介して無線で外部に供給できるので、物品などの存在や位置を迅速且つ容易に確認し、追跡できる。

しかしながら、このＩＣタグを用いた受送信システムは、ＩＣタグへの読み取り又は書き込みを行う装置は同じ無線通信エリア内では１つしかないことを前提に設計されたものである。そのため、同じ無線通信エリア内に複数のＩＣタグやリーダライタが混在するような環境下では、互いに無線の電波が干渉し合い、良好な無線通信の環境を実現できないという問題点があった。より具体的に説明すると、１つのリーダライタからのアクセスに対して複数のＩＣタグが応答する、又は同じ無線タグに対して複数のリーダライタがアクセスを試みるという現象が起きる。

また、１つのＲＦ／ＩＤリーダからの呼び掛けに応答するときに複数のＲＦ／ＩＤタグが互いに衝突してしまうという問題を解決するために、ビットワイズのあらかじめ定められた応答とは異なるビットワイズ応答を持つタグを非活性化（deactivate）して、ビットワイズのあらかじめ定められた応答を持つタグを選択的に活性化（activate）することで、複数のタグからひとつのタグを選択する高周波識別タグに関する装置が、特許文献２に開示されている。

特許文献２では、リーダライタがアクセスの対象としないＩＣタグを非活性化又はスリープさせることで、無線タグからの応答が互いに干渉することを回避し、無線タグからの応答が互いに干渉する問題点を解決している。

特開平６−１２３７７３号公報 特表２０００−５１３８４１号公報

しかしながら、上述した特許文献２のＩＣタグでは、ＩＣタグがスリープ状態とすることで応答が干渉し合う問題を回避できるが、そのリーダライタからの要求信号が他のリーダライタの搬送波もしくは要求信号と干渉するという問題点は解決できなかった。

また、１つのリーダライタが通信を行っているときに、他のリーダライタは通信および搬送波強度を抑制する方法により干渉を防ぐ手段がある。例えば、リーダライタの送信回路にあるパワーアンプの電源電圧もしくは電源電流により制御する方法がリーダライタの搬送波強度を抑える手段として知られている。

しかしながら、この手段によりリーダライタの搬送波強度を制御した場合に、パワーアンプの電源電圧もしくは電源電流を制御する速度に比較して、搬送波強度の変化が遅くなり、搬送波の強度が変化している間は、ＩＣタグと通信が出来ないという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、同じ無線通信エリア内に複数のＩＣタグやリーダライタが混在するような環境下で、互いに無線の電波が干渉しない、良好な無線通信の環境を実現できるＩＣタグ用リーダライタおよびＩＣタグ用リーダライタシステムを提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、送信信号が変調器により振幅偏移（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＡＳＫ）変調され、一つ以上の増幅器により増幅され、アンテナにより前記送信信号を伝達することで、ＩＣ無線タグと非接触でデータの受送信をおこなうＩＣタグ用リーダライタにおいて、前記アンテナの直前に設置された前記増幅器の前で、前記ＡＳＫ変調によりＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、その並び符号（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）によって通信信号“１”又は“０”を作製すると共に、前記ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制して非通信状態にするＯＦＦ変調を連続的にかける機能を備えたことを特徴とするＩＣタグ用リーダライタである。

上記目的を達成するための第２の発明は、送信信号が変調器により振幅偏移（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＡＳＫ）変調され、一つ以上の増幅器により増幅され、アンテナにより前記送信信号を伝達することで、ＩＣ無線タグと非接触でデータの受送信をおこなう複数のＩＣタグ用リーダライタを同一周波数で使用するＩＣタグ用リーダライタシステムにおいて、前記複数のＩＣタグ用リーダライタのうち一台にＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて通信信号“１”又は“０”を作製させて通信状態にすると共に、他の前記複数のＩＣタグ用リーダライタには前記ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制した非通信状態にするＯＦＦ変調を連続的にかけて非通信状態にし、前記通信状態にしたＩＣタグ用リーダライタを前記複数のＩＣタグ用リーダライタ内で順次切り替えることを特徴とするＩＣタグ用リーダライタシステムである。

上記目的を達成するための第３の発明は、前記搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調が前記ＩＣタグ用リーダライタと前記ＩＣ無線タグ間の通信を妨害しない強度にされたことを特徴とする上記のＩＣタグ用リーダライタシステムである。

本発明によれば、送信信号が変調器により振幅偏移（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＡＳＫ）変調され、一つ以上の増幅器により増幅され、アンテナにより送信信号を伝達することで、ＩＣ無線タグと非接触でデータの受送信をおこなうＩＣタグ用リーダライタにおいて、アンテナの直前に設置された増幅器の前で、ＡＳＫ変調によりＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、その並び符号（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）によって通信信号“１”又は“０”を作製する以外に、ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調を連続的にかけることで、ＩＣタグ用リーダライタの搬送波強度を通信可能な搬送波強度から、搬送波強度を抑制した通信不可能な状態に高速なスイッチング速度で移行でき、かつ、搬送波強度を抑えた通信不可能な状態から通信可能な搬送波強度に高速なスイッチング速度で復帰できる。

また、搬送強度を抑制したＯＦＦ変調において、ＯＦＦ変調の搬送波強度が他のＩＣタグ用リーダライタの通信を妨げない強度にすることにより、リーダライタ間の混信を防止できる。

さらに、複数のＩＣタグ用リーダライタを比較的近距離で使用する環境において、上述のＩＣタグ用リーダライタを用いて、すべてのＩＣタグ用リーダライタにＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調を連続的にかけることで非通信状態にし、そのうちの１台のＩＣタグ用リーダライタにＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、その並び符号（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）によって、通信信号“１”又は“０”を作製させて通信状態にする。その時、他のＩＣタグ用リーダライタには、ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調が連続的にかけられているので、非通信状態になる。この場合、任意の１台のＩＣタグ用リーダライタにＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて通信信号“１”又は“０”を作製させて通信状態にでき、連動して他のＩＣタグ用リーダライタは、ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調が連続的にかけられているので、非通信状態にできる。その結果、複数のリーダライタのキャリア強度を切り替えながら、リーダライタ間の混信を防ぎ、高速な制御ＩＣタグ用リーダライタシステムを構築できる。

本発明を実施するための最良の形態に係るＩＣリーダライタおよびＩＣリーダライタシステムを以下に図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明のキャリア強度を高速に制御する方法を示す模式図である。図２は、本発明のリーダライタを使用したＩＣタグを高速に検知するためのシステムを示した図である。図３は、本発明のリーダライタを用いたシステムにおける３台のリーダライタにおける変調状態の時間依存性を示した図である。図４は、従来のリーダライタを用いたシステムにおける３台のリーダライタにおける変調状態の時間依存性を示した図である

図１に示すように、本発明のＩＣタグ用リーダライタにおける搬送波の搬送波強度を高速に変える手段では、搬送波信号源１は搬送波用増幅器２を通して増幅され、ＡＳＫ変調装置３で変調をかけた送信信号をアンテナの直前に設置した増幅器であるパワーアンプ４で増幅し、アンテナ５を通して無線タグへと送信される。ＩＣタグ用の他のリーダライタとの混信を防ぐために、ＡＳＫ変調装置３で、ＩＣタグ用リーダライタにＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調を連続的にかけることで、アンテナ５から出力される搬送波強度を通信不可能な状態に高速なスイッチングができる。

この場合、搬送強度を抑制したＯＦＦ変調において、ＯＦＦ変調の搬送波強度がリーダライタ間の混信を十分防止できる強度である。

その結果、ＩＣタグ用リーダライタの搬送波強度を通信可能な搬送波強度から、搬送波強度を抑えた通信不可能な状態に高速なスイッチングで移行でき、かつ、搬送波強度を抑えた通信不可能な状態から通信可能な搬送波強度に高速なスイッチングで復帰できる。

従来のスイッチングでは、パワーアンプ用電源装置６により、スイッチングを行っていた。パワーアンプの電力応答速度（４０ｍｓ）に依存して、このスイッチングの応答速度が決定され、高速化できない制約があった。それに対して、本発明では、１μs以下の応答速度を実現できるＡＳＫ変調を採用することで、高速スイッチングを実現している（図３、図４参照）。

本発明では、ＩＣタグ用リーダライタの搬送波強度を通信可能な搬送波強度から、搬送波強度を抑えた通信不可能な状態に高速なスイッチング（１μｓ以下）で移行でき、かつ、搬送波強度を抑えた通信不可能な状態から通信可能な搬送波強度に高速なスイッチング速度（１μｓ以下）で移行できる。このＡＳＫ変調装置３は、ＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、符号化（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）により通信信号“１”又は“０”を作製させて通信状態にし、搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調を連続的にかけて、非通信状態にできる。

また、アンテナの直前に設置した増幅器であるパワーアンプ４の前で、ＯＦＦ変調又はＯＮ変調の高速スイッチングをおこなうので、混信した信号は、増幅されない。なお、搬送波の強度を抑制するＡＳＫ変調の場合、パワーアンプ４に電力を供給するために微弱な電波は送信されるが、混信をさせない程度のレベルにパワーアンプ４の出力を低減することで、混信は抑制できる。

奥から手前に移動するレーン中にあるＩＣタグ７をＩＣタグ用リーダライタ８ａ、８ｂ、８ｃの３台のうち少なくとも１台で検出するシステムが図２に示されている。ＩＣタグ７はレーン中のどの位置にも存在する可能性がある。それぞれのリーダライタがＩＣタグを検出できる範囲は、９ａ、９ｂ、９ｃの楕円内の領域である。ここでは、ＩＣタグ用リーダライタは８ａ→８ｂ→８ｃの順にＩＣタグの検出のため送信信号を発信する。それぞれの検出できる範囲には、重なりあう箇所があり、１つのリーダライタが送信信号を発している間は、その他のリーダライタは通信不可能な状態になるように搬送波強度を抑制している。

例えば、１分後でＩＣタグ用リーダライタ８ａが送信信号を発信すると、リーダライタ８ｂおよび８ｃは通信不可能な状態になるように搬送波強度を抑制する。この時点でＩＣタグ７は検出通信できるエリア９ａには存在しないので、検出と通信はできない。

また、２分後でＩＣタグ用リーダライタ８ａ、８ｃは通信不可能な状態になるように搬送波強度を抑制し、リーダライタ８ｂが送信信号を発信する。この時ＩＣタグ７は、検出できるエリア９ｂに存在するので、リーダライタ８ｂと検出と通信が可能になる。

更に、３分後でＩＣタグ用リーダライタ８ａ、８ｂは通信不可能な状態になるように搬送波強度を抑制し、ＩＣタグ用リーダライタ８ｃが送信信号を発する。この時点でＩＣタグ７は検出通信できるエリア９ｃに存在しないので、検出と通信はできない。

本発明に係る３台のＩＣタグ用リーダライタのＯＮ変調、ＯＦＦ変調の搬送波強度の時間依存性を図３に示す。図３より、ひとつのＩＣタグ用リーダライタが通信状態にある時は、他のＩＣタグ用リーダライタは非通信状態にあることがわかり、非通信状態から通信状態への切り替え速度は、ＡＳＫ変調の優位性から１μｓと高速にできることがわかる。

図３より、ひとつのＩＣタグと複数のＩＣタグ用リーダライタを比較的近距離で使用する環境において、本発明のＩＣタグ用リーダライタを用いて、すべてのＩＣタグ用リーダライタにＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調を連続的にかけることで非通信状態にし、そのうちの１台のＩＣタグ用リーダライタにＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、その並び符号（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）によって通信信号“１”又は“０”を作製させて通信状態にする。その時、他のＩＣタグ用リーダライタには、ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調が連続的にかけられているので、非通信状態になる。

この場合、任意の１台のＩＣタグ用リーダライタにＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、その並び符号（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）によって通信信号“１”又は“０”を作製させて通信状態にでき、連動して他のＩＣタグ用リーダライタは、ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調が連続的にかけられているので、非通信状態にできる。その結果、複数のリーダライタの搬送波強度を切り替えながら、リーダライタ間の混信を防ぎ、高速な制御ＩＣタグ用リーダライタシステムを構築できる。

従来例に係る３台のＩＣタグ用リーダライタのＯＮ変調、ＯＦＦ変調の搬送波強度の時間依存性を図４に示す。図４より、ひとつのＩＣタグ用リーダライタが通信状態にある時は、他のＩＣタグ用リーダライタは非通信状態にあることがわかり、非通信状態から通信状態への切り替え速度は、増幅器であるパワーアンプの電流制御でおこなっているために、４０ｍｓと遅いことがわかる。

図４に示すように、従来の切り替えのスイッチング速度が４０ｍｓと遅いことで、ＩＣタグ７は３台のリーダライタのいずれでも検出できないという問題点があった。それに対して、本発明では、ＩＣタグ用リーダライタの搬送波強度を通信可能な搬送波強度から、搬送波強度を抑えた通信不可能な状態に高速なスイッチング（１μs以下）で移行でき、かつ、搬送波強度を抑えた通信不可能な状態から通信可能な搬送波強度に高速なスイッチング（１μs以下）で移行できる。

その結果、従来のように切り替えのスイッチング速度が４０ｍｓと遅いために、３台のリーダライタのいずれでもＩＣタグ７を検出できないという問題を克服できる。

また、アンテナの直前に設置した増幅器であるパワーアンプ４の前で、ＡＳＫ変調によりＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、その並び符号（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）によって通信信号“１”又は“０”を作製する以外に、ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調を連続的にかけるので、混信した信号は、まったく増幅されない。

なお、搬送波の強度を抑制するＡＳＫ変調の場合、パワーアンプ４に電力を供給するために微弱な電波は送信されるが、混信をさせない程度のレベルにパワーアンプのパワを抑制するので、混信は抑制できる。

なお、ＯＦＦ変調時の搬送波強度のＩＣタグ用リーダライタとＩＣ間の通信を妨害しない強度は、ＩＣタグリーダ間どうしの距離、ＩＣタグ用リーダライタとタグ間の距離および受信性能により大きく変動する。

以上に示したように、本発明により同じ無線通信エリア内に複数のＩＣタグやリーダライタが混在するような環境下で、互いに無線の電波が干渉しない、良好な無線通信の環境を実現できるＩＣタグ用リーダライタおよびＩＣタグ用リーダライタシステムの提供が可能になる。

本発明の搬送波強度を高速に制御する方法を示す模式図。 本発明のリーダライタを使用したＩＣタグを高速に検知するためのシステムを示す図。 本発明のリーダライタを用いたシステムにおける３台のリーダライタにおける変調状態の時間依存性を示す図。 従来のリーダライタを用いたシステムにおける３台のリーダライタにおける変調状態の時間依存性を示す図。

符号の説明

１ 搬送波信号源
２ 搬送波用増幅器
３ ＡＳＫ変調装置
４ パワーアンプ
５ アンテナ
６ パワーアンプ用電源制御装置
７ ＩＣタグ
８，８a，８b，８c ＩＣタグ用リーダライタ
９，９a，９b，９c 検出通信できる範囲

Claims (3)

1. 送信信号が変調器により振幅偏移（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＡＳＫ）変調され、一つ以上の増幅器により増幅され、アンテナにより前記送信信号を伝達することで、ＩＣ無線タグと非接触でデータの受送信をおこなうＩＣタグ用リーダライタにおいて、前記アンテナの直前に設置された前記増幅器の前で、前記ＡＳＫ変調によりＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて、その並び符号（ＯＮ−ＯＦＦ ＫＥＹＩＮＧ）によって通信信号“１”又は“０”を作製すると共に、前記ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制して非通信状態にするＯＦＦ変調を連続的にかける機能を備えたことを特徴とするＩＣタグ用リーダライタ。
2. 送信信号が変調器により振幅偏移（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＡＳＫ）変調され、一つ以上の増幅器により増幅され、アンテナにより前記送信信号を伝達することで、ＩＣ無線タグと非接触でデータの受送信をおこなう複数のＩＣタグ用リーダライタを同一周波数で使用するＩＣタグ用リーダライタシステムにおいて、前記複数のＩＣタグ用リーダライタのうち一台にＯＮ変調又はＯＦＦ変調をかけて通信信号“１”又は“０”を作製させて通信状態にすると共に、他の前記複数のＩＣタグ用リーダライタには前記ＡＳＫ変調により搬送波強度を抑制した非通信状態にするＯＦＦ変調を連続的にかけて非通信状態にし、前記通信状態にしたＩＣタグ用リーダライタを前記複数のＩＣタグ用リーダライタ内で順次切り替えることを特徴とするＩＣタグ用リーダライタシステム。
3. 前記搬送波強度を抑制したＯＦＦ変調が前記ＩＣタグ用リーダライタと前記ＩＣ無線タグ間の通信を妨害しない強度にされたことを特徴とする請求項２記載のＩＣタグ用リーダライタシステム。

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