JP4909410B2 - 変調された信号を復調する方法、復調器及び受信機 - Google Patents

Description

本発明は、変調された信号を復調する方法、復調器及び受信機に関するものである。

Klaus Finkenzeller氏著“RFID−Handbuch, Grundlagen und praktische Anwendungen inductiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten ”（第３版）, Hanser Verlag, Munich, 2002 に記載されているように、ＲＦＩＤトランスポンダ又はタグから読取装置にデータを伝送する１つの一般的な方法は、振幅変調の特別な形態とした負荷変調を用いる方法である。この場合、トランスポンダは、読取装置に近づくと、この読取装置に誘導的に結合される。読取装置は磁界を送信し、トランスポンダはこの読取装置に対する負荷を表す。例えば、トランスポンダの負荷抵抗又はキャパシタンスを調整することにより、トランスポンダの負荷インピーダンスを調整することにより、読取装置における変換されたインピーダンスを変化させ、これにより読取装置のアンテナにまたがる電圧を変えるようにしうる。従って、負荷変調が達成される。

負荷変調に基づく従来のＲＦＩＤシステムは、達成可能なデータ転送速度と、搬送波信号及び変調された信号列間の比とにより制限される。
Klaus Finkenzeller氏著"RFID−Handbuch, Grundlagen und praktische Anwendungen inductiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten "（第３版）, Hanser Verlag, Munich, 2002

本発明の目的は、変調された、特に負荷変調された信号を復調する改善した方法を提供することにある。

本発明の更なる目的は、この方法に対応した復調器及び受信機を提供することにある。

上述した本発明の目的は、本発明によれば、
変調された信号の復調方法において、この復調方法は、
変調されていない信号から生じる変調された信号であって、変調された信号列及び変調されていない信号列を有する当該変調された信号を受信する工程と、
この変調された信号にヒルベルト変換を行うことにより、ヒルベルト変換され変調された信号を発生させる信号発生工程と、
このヒルベルト変換され変調された信号を、ヒルベルト変換された、変調されていない信号に相当する基準信号と少なくとも間接的に比較する比較工程と、
この比較に基づいて、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別する工程と
を有する復調方法により達成される。

変調された信号は、特に振幅変調された信号や、更に特に、例えば、読取装置とＲＦＩＤトランスポンダ（タグ）との間の通信用に用いられる負荷変調された信号とする。本発明の方法は、読取装置及びトランスポンダに限定されるものではないが、負荷変調を用いるトランスポンダ‐読取装置通信に対し説明する。

トランスポンダから読取装置に信号を送信する際、例えば、Klaus Finkenzeller氏著“RFID−Handbuch, Grundlagen und praktische Anwendungen inductiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten ”（第３版）, Hanser Verlag, Munich, 2002 に記載されているように、トランスポンダを読取装置に近づけて磁気的に結合させる。読取装置は、磁界を発生し、トランスポンダはこの読取装置に対する負荷を表す。内部パラメータを変えることにより、トランスポンダにより表される負荷を変え、これにより読取装置のアンテナにおける電圧信号ｚ(ｔ)を異ならせることができる。従って、信号ｚ(ｔ)は、負荷変調された信号列及び変調されていない信号列を有する。読取装置のアンテナにおける電圧信号ｚ(ｔ)はほぼ、
ｚ(t)＝Ａsin(ωt)＋q(t)＋n(t)
である。ここで、Ａsin(ωt)は搬送波信号であり、q(t)は、負荷変調を表す信号であり、n(t)は雑音である。負荷変調を用いると、信号q(t)は、ほぼ方形となり、変調されていない信号列中ほぼゼロとなる。

本発明の方法によれば、信号ｚ(t)にヒルベルト変換を行う。ヒルベルト変換は一般に知られており、次式で規定される。

ここで、ｚ_H (t) は信号ｚ(t)のヒルベルト変換された信号である。

信号ｚ(t)にヒルベルト変換を行うと、信号部分Ａsin(ωt)が、−πだけ移相された正弦波信号をもたらす。負荷変調（一般には振幅変調）に関連する信号q(t)もヒルベルト変換された信号ｚ_H (t)に影響を及ぼす。

本発明の方法によれば、ヒルベルト変換された信号ｚ_H (t)を、変調されていない信号のヒルベルト変換された信号に相当する基準信号と比較する。この変調されていない信号は、本例では、Ａsin(ωt)に等しい。

本発明の方法によれば、この比較を用いて、特に負荷変調又は振幅変調信号としうる受信され変調された信号内の、変調された信号列及び変調されていない信号列を識別する。

ヒルベルト変換された信号ｚ_H (t)の位相は、搬送波信号Ａsin(ωt)のヒルベルト変換された信号や、信号q(t)のヒルベルト変換された信号により影響を受ける。本発明方法の限定例によれば、ヒルベルト変換され変調された信号の引数を決定するとともに、この因数を基準信号の引数と比較する。次に、これら２つの引数の比較に基づいて、変調された信号列及び変調されていない信号列を変調された信号内で識別する。

本発明の方法の一例によれば、ヒルベルト変換され変調された信号の引数と基準信号の引数との間の差を得ることにより、これら２つの引数を比較するとともに、この差に基づいて、変調された信号列及び変調されていない信号列を変調された信号内で識別する。信号q(t)は、変調されていない信号列に比べて、変調された信号列の位相に影響を及ぼす。変調されていない信号列中、信号q(t)はほぼゼロである為、ヒルベルト変換され変調された信号の位相は基準信号の位相と全く、又はほんの僅かしか相違しない。従って、差の特徴は、変調された信号列及び変調されていない信号列の存在に関する情報を有する。

ヒルベルト変換され変調された信号を発生させるのは、特に、
変調された信号に離散型フーリエ変換を行うことによりスペクトル変調された信号を発生させる工程と、
このスペクトル変調された信号をヒルベルトフィルタにより濾波することにより濾波されスペクトル変調された信号を発生させる工程と、
この濾波されスペクトル変調された信号に逆フーリエ変換を行う工程と
により行うことができる。

ヒルベルト変換器とも称するヒルベルトフィルタを離散領域に実現すると、このヒルベルトフィルタは離散型ヒルベルトフィルタとなり、以下の伝達関数Ｈ(ｋ)を有する。

ここで、０≦ｋ≦Ｎ−１である。

本発明の目的は、本発明によれば、変調された信号を復調する復調器において、この復調器が、
変調されていない信号から生じる変調された信号であって、変調された信号列及び変調されていない信号列を有する当該変調された信号の、ヒルベルト変換され変調された信号を発生するヒルベルト変換器と、
このヒルベルト変換され変調された信号を、ヒルベルト変換された、変調されていない信号に相当する基準信号と比較する比較装置と
を具え、前記復調器は、前記比較に基づいて、前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別するように構成されている当該復調器によっても達成される。

前記変調された信号は、特に振幅変調された信号とし、更に特には負荷変調された信号とする。

本発明の復調器は、ヒルベルト変換され変調された信号の引数を決定する機能ブロックをも有し、前記比較装置は、前記ヒルベルト変換され変調された信号の前記引数を、前記基準信号の引数と比較するように構成し、前記復調器は、これらの引数のこの比較に基づいて、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別するように構成するようにしうる。

本発明の復調器の一例では、前記比較装置は、前記ヒルベルト変換され変調された信号の前記引数を前記基準信号の前記引数から減算するか、又は前記基準信号の前記引数を前記ヒルベルト変換され変調された信号の前記引数から減算することにより、差信号を得る減算器とする。この場合、本発明の復調器は、前記差信号を解析することにより、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別するように構成することができる。

本発明の目的は、本発明によれば、変調された信号を受信するように構成された受信機であって、この受信した変調された信号を復調する本発明の復調器を有する当該受信機によっても達成される。

変調された信号は特に、振幅変調された信号や、更に特に、負荷変調された信号とし、受信機は特に、負荷変調された信号をＲＦＩＤトランスポンダから受信する読取装置とする。

本発明を以下に図面に示す実施例につき詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１は、代表的な実施例ではＲＦＩＤトランスポンダ１とする送信機と、この代表的な実施例では読取装置２である受信機とを示している。このトランスポンダ１は、振幅変調された信号の一例として、負荷変調された信号３を読取装置２に送信し、この読取装置２は、図２ａに示す対応する負荷変調された信号３を受信する。この負荷変調された信号３は、変調されていない信号列４（実線）と、負荷変調された信号列５（破線）とを有している。代表的な実施例の場合、変調されていない信号列４は論理値“１”に対応し、変調された信号列５は論理値“０”に対応する。しかし、本発明の方法は、上述したのと逆の論理にも適用しうるものである。

トランスポンダ１は、搬送波信号（変調されていない信号）を当業者にとって周知のように変調することにより、負荷変調された信号を発生する。トランスポンダを用いて負荷変調された信号を発生させる方法は、例えば、Klaus Finkenzeller氏著“RFID−Handbuch, Grundlagen und praktische Anwendungen inductiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten ”（第３版）, Hanser Verlag, Munich, 2002 から既知である。

代表的な実施例の場合、負荷変調された信号３は、
u(t)＝sin(ωt)＋q(t)＋n(t)
として表しうる。ここで、sin(ωt)は搬送波信号であり、変調されていない信号に相当し、q(t)は負荷変調を表す信号であり、n(t)は雑音である。代表的な実施例では、搬送波信号は振幅信号である。

負荷変調を用いる場合、信号q(t)はほぼ方形をしており、変調されていない信号列４中はほぼゼロである。

従って、変調されていない信号列４が受信されると、代表的な実施例の場合、負荷変調された受信信号３は
u(t)＝sin(ωt)＋n(t)
である。

読取装置２は、負荷変調された受信信号３を、図４に示す流れ図により表す本発明の方法により復調する復調器６を有する。この復調器６の回路図を図３に示す。

代表的な実施例では適切にプログラミングしたマイクロプロセッサとして実現したこの復調器６はヒルベルト変換器７を有し、このヒルベルト変換器７は負荷変調された信号３にヒルベルト変換を行い、ヒルベルト変換した負荷変調された信号１８を発生する。ヒルベルト変換は周知の変換であり、一次元の実信号u(t)の場合、以下の積分で規定される。

ここで、u_H (t) はヒルベルト変換された信号である。

代表的な実施例では、ヒルベルト変換器７は、フーリエ変換器８と、このフーリエ変換器８の後段に接続されたヒルベルトフィルタ９と、このヒルベルトフィルタ９の後段に接続された逆フーリエ変換器１０との直列接続回路を用いて構成されている。時間領域において連続信号である負荷変調された信号３は、これを変換する前に、サンプリングしてフーリエ変換器８に供給する。このフーリエ変換器８が、サンプリングされ負荷変調された信号３を、離散型フーリエ変換及びＮ個のサンプルを用いて、時間領域から周波数領域に変換する。この離散型フーリエ変換は、代表的な実施例では、いわゆる高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により実現する。フーリエ変換器８の出力信号は、信号３を周波数領域で負荷変調したものであり、この出力信号をスペクトル負荷変調された信号１９と称する。

このスペクトル負荷変調された信号１９はヒルベルトフィルタ９に供給される。このヒルベルトフィルタ９は、以下の離散伝達関数Ｈ(ｋ)を有するＦＩＲフィルタである。

ヒルベルトフィルタ９の出力信号を、濾波したスペクトル負荷変調された信号２０と称し、この出力信号は逆フーリエ変換器１０に供給され、この逆フーリエ変換器１０が、濾波したスペクトル負荷変調された信号２０に離散型の逆フーリエ変換を行う。この逆フーリエ変換器１０は、代表的な実施例の場合、離散型の逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）として構成する。この逆フーリエ変換器１０の出力信号は、ヒルベルト変換され負荷変調された信号１８である。

ヒルベルト変換され負荷変調された信号１８は、復調器６の機能ブロック１１により決定される引数を有する。引数信号１３と称する、機能ブロック１１の出力信号を図２ｂに示す。代表的な実施例では、引数信号１３は鋸歯状であり、＋πと−πとの間の範囲内にある。

代表的な実施例では、次に引数信号１３が減算器１４に供給され、この減算器１４が引数信号１３を基準信号１５から減算する。この基準信号１５は、ヒルベルト変換された搬送波信号sin(ωt)の引数である。基準信号１５は図２ｃに実線で示してある。

減算器１４の出力信号は、引数信号１３と基準信号１５との間の差であり、差信号１６と称し、図２ｄに示してある。

前述したように、負荷変調された信号３は、代表的な実施例の場合、
u(t)＝sin(ωt)＋q(t)＋n(t)
として表すことができる。

ヒルベルト変換された信号の部分sin(ωt)の引数（位相）は線形位相を有し、変換されない信号sin(ωt)の位相に対し−πだけ移相される。従って、図２ｂに示す引数信号１３は−πで開始する。

負荷変調された信号３の変調されていない信号列４中では、信号部分q(t)はほぼゼロである。従って、変調されていない信号列４中の負荷変調された信号３は、代表的な実施例では次式に近似される。
u(t)＝sin(ωt)＋n(t)

従って、変調されていない信号列４中の引数信号１３は、ヒルベルト変換された搬送波信号の引数である基準信号１５にほぼ一致する。変調されていない信号列４中の引数信号１３は、図２ｃに一点鎖線１３ａで示してある。

変調された信号列５中では、信号q(t)はゼロではなく、従って、この信号q(t)は、図２ｃに示すように、ヒルベルト変換され負荷変調された信号１８の引数に影響を及ぼす。負荷変調された信号３の変調された信号列５中の引数信号１３を破線１３ｂとして示す。図２ｃ及び２ｄから明らかなように、代表的な実施例の場合、差信号１６は、変調されていない信号列４中ほぼゼロであり、負荷変調された信号３の変調された信号列５中、ピーク１７を有する。

復調器６は、差信号１６内のこれらのピーク１７を検出して、負荷変調された信号３内の変調された信号列４と変調されていない信号列５とを識別し、従って、負荷変調された信号３を復調する、すなわち、負荷変調された信号３における論理値“０”及び“１”を検出するように構成されている。

上述したところでは、本発明の方法、本発明の復調器及び本発明の受信機を、トランスポンダ‐読取装置システムにつき説明したが、本発明はこのような復調器及び受信機に限定されるものではない。更に、本発明は、負荷又は振幅変調された信号以外の変調された信号、例えば、周波数又は位相変調された信号にも適用しうるものである。又、ヒルベルト変換され負荷変調された信号１８、一般にはヒルベルト変換され変調された信号は上述した以外の手段により発生させることもできる。

更に、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、当業者は、特許請求の範囲に規定した本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形例を設計しうるものである。特に、本発明は一般に振幅変調された信号に適用しうるものである。又、幾つかの手段を開示している装置の請求項では、これら手段の幾つかをソフトウェア又はハードウェアの１つの同一の要素で実現しうるものである。更に、幾つかの手段を互いに異なる従属請求項に記載してあるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを用いることが有利でないということを意味するものではない。

図１は、送信機‐受信機システムを示すブロック線図である。 図２ａは、代表的な負荷変調された信号を示す線図である。 図２ｂは、図１の受信機の復調器における信号を示す線図である。 図２ｃは、図１の受信機の復調器における他の信号を示す線図である。 図２ｄは、図１の受信機の復調器における更に他の信号を示す線図である。 図３は、図１の受信機の本発明による復調器の一実施例を示す回路図である。 図４は、本発明の方法を説明するための流れ図である。

Claims (11)

1. 変調された信号の復調方法において、この復調方法は、
   変調されていない信号から生じる変調された信号であって、変調された信号列及び変調されていない信号列を有する当該変調された信号を受信する工程と、
   この変調された信号にヒルベルト変換を行うことにより、ヒルベルト変換され変調された信号を発生させる信号発生工程と、
   このヒルベルト変換され変調された信号を、ヒルベルト変換された、変調されていない信号に相当する基準信号と比較する比較工程と、
   この比較に基づいて、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別する工程と
   を有する復調方法。
2. 請求項１に記載の復調方法において、前記変調された信号を、振幅変調された信号列と変調されていない信号列とを有する振幅変調された信号とする復調方法。
3. 請求項１に記載の復調方法において、この復調方法は、
   前記ヒルベルト変換され変調された信号の引数を決定する工程と、
   前記ヒルベルト変換され変調された信号のこの引数を前記基準信号の引数と比較する比較工程と、
   これらの引数のこの比較に基づいて、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別する工程と
   を有する復調方法。
4. 請求項２に記載の復調方法において、この復調方法が、
   前記比較工程として、前記ヒルベルト変換され変調された信号の前記引数と前記基準信号の前記引数との間の差を得る工程と、
   この差に基づいて、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別する工程と
   を有する復調方法。
5. 請求項１に記載の復調方法において、前記ヒルベルト変換され変調された信号を発生させる前記信号発生工程を、
   前記変調された信号に離散型フーリエ変換を行うことによりスペクトル変調された信号を発生させる工程と、
   このスペクトル変調された信号をヒルベルトフィルタにより濾波することにより濾波されスペクトル変調された信号を発生させる工程と、
   この濾波されスペクトル変調された信号に逆フーリエ変換を行う工程と
   により行う復調方法。
6. 変調された信号を復調する復調器において、この復調器が、
   変調されていない信号から生じる変調された信号であって、変調された信号列及び変調されていない信号列を有する当該変調された信号の、ヒルベルト変換され変調された信号を発生するヒルベルト変換器と、
   このヒルベルト変換され変調された信号を、ヒルベルト変換された、変調されていない信号に相当する基準信号と比較する比較装置と
   を具え、前記復調器は、前記比較に基づいて、前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別するように構成されている復調器。
7. 請求項６に記載の復調器において、前記変調された信号が、振幅変調された信号列と変調されていない信号列とを有する振幅変調された信号となるようにした復調器。
8. 請求項６に記載の復調装置であって、ヒルベルト変換され変調された信号の引数を決定する機能ブロックを有する当該復調装置において、前記比較装置は、前記ヒルベルト変換され変調された信号の前記引数を、前記基準信号の引数と比較するように構成され、前記復調器は、これらの引数のこの比較に基づいて、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別するように構成されている復調装置。
9. 請求項６に記載の復調器において、前記比較装置は、前記ヒルベルト変換され変調された信号の前記引数を前記基準信号の前記引数から減算するか、又は前記基準信号の前記引数を前記ヒルベルト変換され変調された信号の前記引数から減算することにより、差信号を得る減算器であり、前記復調器は、前記差信号を解析することにより、前記変調された信号内の前記変調された信号列及び前記変調されていない信号列を識別するように構成されている復調器。
10. 請求項６に記載の復調器において、前記ヒルベルト変換器は、
    前記変調された信号に離散型フーリエ変換を行なうことにより、スペクトル変調された信号を発生させるフーリエ変換器と、
    前記スペクトル変調された信号をヒルベルトフィルタにより濾波することにより、濾波されスペクトル変調された信号を発生させる当該ヒルベルトフィルタと、
    前記濾波されスペクトル変調された信号に逆フーリエ変換を行なうことにより、前記ヒルベルト変換され変調された信号を発生する逆フーリエ変換器と
    を具える復調器。
11. 請求項６〜１０のいずれか一項に記載の復調器を有する受信機において、この受信機は、前記復調器により復調すべき変調された信号を受信するように構成されている受信機。

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