JP5215408B2 - 近距離無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、近距離無線通信システムに関するものである。

ユビキタスネットワーク技術の例として、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）またはジグビー（ZigBee）技術が挙げられる。

ＲＦＩＤネットワークにおいて、リーダーまたはアクセスポイント（Access Point：ＡＰ）は周期的に情報要請信号を送信する。リーダーの通信領域に進入したタグはリーダーの情報要請信号に従ってタグ情報を送信する。リーダーはタグが送信したタグ情報を確認して通信を遂行する。

このようなＲＦＩＤネットワークにおいて、リーダーはタグの応答の可否によって該当タグが通信領域に存在するか否かのみを判断することができ、タグの位置情報を精密に追跡することができない。したがって、リーダーはタグの存在の有無に関わらず、情報要請信号を周期的に送信するので、電力が浪費される問題点がある。

また、リーダーは通信対象タグを選択することが不可能である。したがって、タグがリーダーの通信領域に位置した場合、リーダーとタグは周期的に不要な通信を遂行するようになる問題点がある。

本発明の目的は、リーダーまたはＡＰ（Access Point）がタグの位置を精密に追跡できる近距離無線通信システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、システム電力の浪費が防止できる近距離無線通信システムを提供することにある。

本発明に係る近距離無線通信システムは、多数のアンテナを含み、上記アンテナを介して順次にエネルギー信号をシャワー（shower）するマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置と、上記シャワーされたエネルギー信号を用いて第１電力を生成し、第１電力の電力レベルを感知し、感知された電力レベルに従って差別化した情報を生成してマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に伝達するスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置を含み、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置との通信に用いられたアンテナを識別して方向と関連したスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の第１位置情報を生成し、上記差別化した情報によって距離と関連したスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の第２位置情報を生成する。

本発明よる近距離無線通信システムによると、リーダーまたはＡＰ（Access Point）がタグの位置を精密に追跡することができ、電力の浪費が防止できる。

本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムの制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムのマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムのスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係るスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置が距離によって受信するエネルギー信号を測定したグラフである。 本発明の実施形態に係るスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置がエネルギー信号を用いて生成した電力を距離によって測定したグラフである。

添付図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムについて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムの制御ブロック図である。

本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムは、９００ＭＨｚ帯域のチャンネルを用いたＲＦＩＤ送受信装置、または２．４ＧＨｚ帯域のチャンネルを用いたジグビー（ZigBee）送受信装置を用いて具現できる。

ＲＦＩＤ送受信装置を用いて本発明の実施形態に従う近距離無線通信システムを具現する場合、マスターＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）／ユビキタス・センサネットワーク（Ubiquitous Sensor Network：ＵＳＮ）装置１００はＲＦＩＤ／ＵＳＮリーダーになることができ、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００はアクティブＲＦＩＤタグまたはセンサノードになることができる。

ジグビー送受信装置を用いて本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムを具現する場合、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、ＲＦＤ（Reduced Function Device）モジュールで具現されたタグになることができ、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００はＦＦＤ（Full Function Device）モジュールあるいはＰＡＮコーディネータ（Personal Area Network coordinator）モジュールで具現されたＡＰ（Access Point）になることができる。ここで、ＦＦＤモジュールは他のＦＦＤモジュールまたはＲＦＤモジュール両方ともと通信を遂行して多様なトポロジーのネットワークを構成することができ、ＲＦＤモジュールはコーディネータ機能が遂行できないジグビーモジュールである。ＦＦＤモジュールのうち、ネットワーク初期化、ノード構成、ノード管理などの機能を遂行して他のジグビーモジュールがネットワークを構成できるようにするＦＦＤモジュールをＰＡＮコーディネータモジュールという。

図１に示すように、本発明の実施形態に従う近距離無線通信システムは、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００、及び管理コンピュータ３００を含む。

マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００からタグ情報を受信して管理コンピュータ３００側に伝達できる。このようなマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、通信領域を単位に多数個で設けられる。例えば、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００がビルディング内にリーダー型ＡＰで具現された場合、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００はビルディングの天井に数ｍの間隔を有する行列構造で設けられる。ここに、タグ情報を受信したマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００の設置位置を用いて、該当タグを送信したスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置を追跡できる。

スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、タグ形態として物品に付着されるか、人に所持できる、移動性を有する装置である。

管理コンピュータ３００は、行列構造で設けられたマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００の位置を座標情報として構成し、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００が追跡したスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置を座標情報にマッチングすることができる。以下、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００の座標情報を「リーダー座標情報」といい、リーダー座標情報にマッチングされたスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の座標情報を「タグ座標情報」という。ここに、管理コンピュータ３００はタグ座標情報を地図情報にマッピングしてその位置を解析することができる。

また、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は自身の通信領域を分割し、分割された通信領域に対応するように多数個のアンテナ１０１、１０２、１０３、１０４を備える。アンテナ１０１、１０２、１０３、１０４は、一定の方向の放射パターンを形成し、各アンテナ１０１、１０２、１０３、１０４の放射パターンは、互いにオーバラップしないようにする。従って、１つのマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００が具備することができるアンテナの個数はこのような基準に合せて調整できる。

多数個のアンテナ１０１、１０２、１０３、１０４を有するマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、多数個のアンテナを介してエネルギー信号を順次に送信する、キャリヤシャワー（Carrier Shower）方式によりエネルギー信号を送信する。

これによって、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００のエネルギー信号を受信してウェイクアップ（wake-up）モードで動作されたスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置は、アンテナ１０１、１０２、１０３、１０４により区別できる。したがって、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、自身と通信を遂行したスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置をアンテナ領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに細分化できる。

一方、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、キャリヤシャワー方式により伝えられたエネルギー信号の電力レベルを感知し、感知された電力レベルに従って自身がマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００の通信領域に進入したか、あるいは通信領域の近くに待機中か否かを把握することができる。

スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、エネルギー信号の電力レベルが基準数値以上の場合、別途の電源部を用いたウェイクアップモードで動作して、自身の識別情報とタグ情報をマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００に転送する。ここに、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、自身の通信領域に存在するスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００を把握することができる。

スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、エネルギー信号の電力レベルが基準数値以下の場合、スリープ（sleep）モードで動作され、待機状態にあることを知らせる情報（以下、「待機状態情報」という）をマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００に転送する。したがって、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、自身の通信領域の外に隣接して待機状態にあるスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００を把握することができる。

以下、説明の便宜のために、アンテナ１０１、１０２、１０３、１０４の領域別に細分化されるスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置は「第１位置情報」といい、エネルギー信号の強さによって測定可能なスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置は「第２位置情報」という。

以上、説明したように、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置は、リーダー座標情報にマッチングされたタグ座標情報、第１位置情報、及び第２位置情報により追跡できる。

タグ座標情報は、通信を遂行したマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００の位置を通じて間接的に解釈できるスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置情報である。

第１位置情報は、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００のアンテナ１０１、１０２、１０３、１０４に区分される領域内での方向と関連した情報により解釈できる。

第２位置情報は、通信領域距離を基準にして、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００からスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００までの距離と関連した情報により解釈できる。

したがって、第１位置情報と第２位置情報は１つのベクトル情報を構成することができ、第１位置情報、第２位置情報、及びタグ座標情報が結合されることによって、より精巧なスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の位置情報が追跡できる。

以下、タグ座標情報、第１位置情報、及び第２位置情報を総称して「タグ位置情報」という。

マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、他のマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００と通信を遂行してタグ情報及びタグ位置情報を共有し、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の移動を事前に感知して円滑な通信を遂行することができる。

管理コンピュータ３００は、多数のマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００と連結されてタグ位置情報及びタグ情報を収集し、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００、及びスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００を制御することができる。また、管理コンピュータ３００は、タグ情報及びタグ位置情報を統計処理してユーザインターフェースを介して管理者に提供することができる。

マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、通信領域に位置されるスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００を選択して起動（wake-up）させ、選択されたスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００はウェイクアップモードで動作されて通信を遂行することができる。ここで、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００とスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００が最初に通信を遂行する場合、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００はスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００にウェイクアップ選択情報を割り当てて、割り当てられたウェイクアップ選択情報を該当スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００に送信する。

マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、エネルギー信号をキャリヤシャワーする場合、エネルギー信号と共にウェイクアップ選択情報をリアルタイムに送信することができる。ウェイクアップ選択情報は、機器識別情報及びウェイクアップモードで動作することを命令する情報を含む。

スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、受信されたウェイクアップ選択情報を格納し、ウェイクアップ選択情報を成功的に処理したことを確認する情報をマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００に伝達する。

ここに、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００を識別し、ウェイクアップ選択情報が識別されたスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００に格納されたことを記録する。

以後、所定のスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００と通信を遂行しようとするマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、エネルギー信号と共に該当スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００のウェイクアップ選択情報をキャリヤシャワーする。

ウェイクアップ選択情報及びエネルギー信号を受信したスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、エネルギー信号を電力として使用してウェイクアップ選択情報を処理することによってウェイクアックモードに転換できる。

図２は、本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムのマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００の制御ブロック図である。

図２に示すように、本発明の実施形態に係るマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、第１アンテナ１０１乃至第４アンテナ１０４、第１信号分離部１１０、第２信号分離部１１５、高周波放射部１２５、第１電力増幅モジュール（ＰＡＭ：Power Amplifier Module）１３５、第１受信処理部１２０、第１送信処理部１３０、第１制御部１５０、データ送受信部１６０、及び第１位相同期回路１４０を含む。

ここで、上記第１受信処理部１２０は，第１低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１２１、第１フィルタ１２２、第１バルン（balun）回路１２３、第１ミキサー１２４、第２ミキサー１２５、及び第１復調部１２６を含み、上記第１送信処理部１３０は、第２フィルタ１３１、第２電力増幅モジュール１３２、及び変調部１３３を含む。

マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は、自身の通信領域を分割して多数個のアンテナを備えるが、本発明の実施形態では４個のアンテナを備えることとする。

ここで、第１アンテナ１０１乃至第４アンテナ１０４は、各々通信領域の第１四分面、第２四分面、第３四分面、及び第４四分面を取って送受信信号を処理する。第１アンテナ１０１乃至第４アンテナ１０４は、タグ情報、ウェイクアップ選択情報、第１位置情報、第２位置情報などの通信用データを有する信号及びエネルギー信号を送受信することができる。このようなアンテナはパッチ（patch）アンテナの形態で具備できる。

第１信号分離部１１０と第２信号分離部１１５は、第１制御部１５０から制御電圧の印加を受けて信号経路を選択的に連結する。第１信号分離部１１０は、第１アンテナ１０１乃至第４アンテナ１０４の信号経路を順次に連結する。第２信号分離部１１５は、高周波放射部１２５、第１受信処理部１２０、及び第１送信処理部１３０の信号経路を選択的に連結する。このような第１信号分離部１１０と第２信号分離部１１５は、半導体スイッチング素子で具現できる。

第１信号分離部１１０と第２信号分離部１１５を通じて送受信信号が処理される場合を説明すれば、次の通りである。以下、スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、「タグ」と称し、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置１００は「ＡＰ」の場合を例示することにする。

タグ２００の位置を追跡しようとする場合、第２信号分離部１１５は高周波放射部１２５と第１信号分離部１１０を連結し、第１信号分離部１１０は第１アンテナ１０１乃至第４アンテナ１０４を順次に第２信号分離部１１０と連結する。

したがって、高周波放射部１２５で生成されたエネルギー信号は第２信号分離部１１５と第１信号分離部１１０を経由して、第１アンテナ１０１乃至第４アンテナ１０４を介して通信領域の４四分面に順次にシャワーできる。

いずれか１つのアンテナ１０１、１０２、１０３、１０４を介してエネルギー信号が送信された後、第２信号分離部１１５は信号経路を第１受信処理部１２０側に連結することによって、該当アンテナ領域のタグ２００から信号が受信されたか否かを監視することができる。

第１信号分離部１１０の信号経路が各アンテナ１０１、１０２、１０３、１０４にスイッチングされた場合、第２信号分離部１１５の分岐動作は繰り返して進行できる。

タグ２００はエネルギー信号の電力レベルによって待機状態情報を送信するか、タグ識別情報及びタグ情報を送信し、タグ２００から受信された信号は第１受信処理部１２０を通じて処理される。

第１制御部１５０は、第１信号分離部１１０のスイッチング状態を分析してタグ２００の信号を受信したアンテナ１０１、１０２、１０３、１０４を区分し、タグ２００が通信領域のどの四分面に位置するかを解釈した第１位置情報を生成する。

第１制御部１５０は、タグ識別情報及びタグ情報が受信されれば、タグ２００がＡＰ１００から数ｍ半径の通信領域に位置されたことと解釈した第２位置情報を生成する。

第１制御部１５０は、第１復調部１２６から伝えられたタグ識別情報及びタグ情報をディジタル信号でデコーディングし、タグ動作と関連した制御データ、情報要請のような命令データなどを送信信号で構成して変調部１３３に伝達する。

第１制御部１５０は、第１信号分離部１１０を制御することによって、タグ２００と通信を遂行したアンテナ１０１、１０２、１０３、１０４を排除し、残りのアンテナ経路をスイッチングさせてエネルギー信号をシャワーすることができる。

一方、タグ２００から待機状態情報が受信された場合、第１制御部１５０はタグ２００が通信領域の周辺に位置したことと解釈した第２位置情報を生成する。このような場合、第１制御部１５０は、第１位置情報、第２位置情報、自身のＡＰ識別情報、及びタグ識別情報を含んだ信号を構成し、隣接した地域に設けられた他のＡＰ１００側に構成された信号を送信する。

したがって、他のＡＰ１００はタグ２００の位置を予測し、前述したアンテナスイッチング及び信号処理動作を遂行して、自身の通信領域に位置したタグ２００と通信を処理することができる。

また、第１位置情報、第２位置情報、ＡＰ識別情報、タグ識別情報、及びタグ情報を含んだ信号は、データ送受信部１６０を通じて管理コンピュータ３００に伝えられ、管理コンピュータ３００は伝えられた情報を解析してタグ位置情報を生成する。

管理コンピュータ３００は、ＡＰ識別情報に従って、信号を送信したＡＰ１００を識別して該当ＡＰ１００のリーダー座標情報にマッチングされるタグ座標情報を生成する。また、管理コンピュータ３００は第１位置情報と第２位置情報とを組み合わせて、より正確なタグ位置情報を生成する。

管理コンピュータ３００は、タグ２００と最も近接した箇所に設けられたＡＰ１００を検索し、検索されたＡＰ１００でタグ識別情報及びタグ位置情報を送信する。したがって、情報を受信したＡＰ１００は、前述したアンテナスイッチング及び信号処理動作を遂行して自身の通信領域に位置したタグ２００と通信を遂行することができる。

また、管理コンピュータ３００は、タグ位置情報、移動経路、タグ情報などを分析してデータベースで構築し、これをサービスに応用することができる。たとえ、本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムが大型ディスカウントストアに設けられた場合、データベースで構築された情報を応用して、顧客性向、人気ある陳列売り場などを分析することができる。

データ送受信部１６０は、Ｗｉ−Ｆｉ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）、ＷｉＭａｘ（World interoperability for Microwave access）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）のような無線ネットワーク、またはＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、インターネット（ＴＣＰ／ＩＰ）、スイッチハブ、直列／並列ケーブルのような有線ネットワークを介して上記管理コンピュータ３００と連結できる。

位置が把握されたタグ２００のうち、いずれか１つのタグ２００を選択して通信を遂行しようとする場合、第１制御部１５０はウェイクアップ選択情報（例えば、ウェイクアップＩＤ）を送信信号で構成し、送信信号を第１送信処理部１３０に伝達する。

第１送信処理部１３０でＲＦ信号として処理された送信信号は、第２信号分離部１１５及び第１信号分離部１１０を経て第１アンテナ１０１乃至第４アンテナ１０４を介して送信される。

タグ２００は、ＡＰ１００から受信されたウェイクアップ選択情報を格納する。

以後、第１制御部１５０はメモリに格納されたタグ２００のウェイクアップ選択情報のうち、通信を遂行しようとするタグ２００のウェイクアップ選択情報を抽出して第１電力増幅モジュール１３５に伝達し、第１電力増幅モジュール１３５はウェイクアップ選択情報を送信可能なサイズに増幅して高周波放射部１２５に伝達する。

高周波放射部１２５は、変調回路、利得増幅回路、包絡線検波回路、積分回路などを含んで構成され、第１位相同期回路１４０から供給された発振信号をエネルギー信号に変換する。

エネルギー信号は、ＲＦＩＤ信号規格に適合しなければならないので、第１制御部１５０は電力レベル情報を第１電力増幅モジュール１３５に伝達し、第１電力増幅モジュール１３５は第１位相同期回路１４０から伝えられた発振信号を一定の電力レベルに増幅させる。

位置追跡のためにキャリヤシャワーを処理する場合、高周波放射部１２５はエネルギー信号のみを生成することができ、タグ２００を選択して起動する場合、高周波放射部１２５は該当タグ２００のウェイクアップ選択情報とエネルギー信号とを単一信号に合成することができる。

スリープモード（sleep mode）で動作中であったタグ２００は、ウェイクアップ選択情報が合成されたエネルギー信号を受信し、ウェイクアップ選択情報を解析してウェイクアップモード（wake-up mode）に転換する。ウェイクアップモードに転換されたタグ２００はＡＰ１００と通信を遂行する。

以下、第１受信処理部１２０について説明する。

第１低雑音増幅器１２１は、第２信号分離部１１５を通じて受信信号が伝えられれば、雑音成分を最大限抑制して増幅させ、第１フィルタ１２２は低雑音増幅時、混在された雑音成分を除去する。

第１バルン回路１２３は、フィルタリングされた受信信号をＩ信号（たとえば、「E sin(ωt)」）及びＱ信号（たとえば、「E cos(ωt)」）に分離する。

第１バルン回路１２３の出力端は二重ミキサー（dual mixer）を形成する第１ミキサー１２４及び第２ミキサー１２５と連結されるが、第１ミキサー１２４は第１位相同期回路１４０の発振信号とＩ信号とを混合して９０度の位相差を有するＩベースバンド信号（Ｉ^＋信号及びＩ^ー信号）を合成し、第２ミキサー１２５は発振信号とＱ信号とを混合して９０度の位相差を有するＱベースバンド信号（Ｑ^＋信号及びＱ^ー信号）を合成する。

第１復調部１２６は、アナログ・ディジタル変換器（Analog to Digital Converter：ＡＤＣ）を有し、ベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号を複数の極（polarity）を有するディジタル信号に復調処理する。

第１送信処理部１３０について説明する。

変調部１３３は、第１制御部１５０から伝えられるディジタル送信信号を第１位相同期回路１４０から伝えられた発振信号と合成してアナログ状態の送信信号に変調する。この際、変調部１３３はダイレクトシーケンススペクトラム拡散（Direct Sequence Spread Spectrum：ＤＳＳＳ）方式を使用する。変調部１３３は、リソース管理及びデータフォーマットにおけるセンサノード、ＵＳＩＳ、ＳｅｎｓｏｒＭＬ間の通信のためのＩＥＥＥ ８０２．１５．４、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４ａ、ＩＥＥＥ ８０２．１５４ｂ、ＩＥＥＥ ８０２．１５．５、並びにセンサインターフェースのためのＩＥＥＥ １４５１に従い変調を実行できる。

第２電力増幅モジュール１３２は、送信信号を出力可能な状態に増幅させ、増幅された信号は第２フィルタ１３１を通じて不要波成分の信号が除去された後、第２信号分離部１１５に伝えられる。

図３は、本発明の実施形態に係る近距離無線通信システムのスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００の制御ブロック図である。

図３に示すように、本発明の実施形態に係るスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００は、第５アンテナ２０１、第３信号分離部２０５、第１信号結合部２１０、電圧発振回路２４０、エネルギー貯蔵部２４５、信号測定部２５０、第２制御部２６０、モード制御部２６５、メモリ２７０、第２受信処理部２２０、第２送信処理部２３０、電源部２５５、及び第２位相同期回路２７５を含んで構成される。

ここで、第２受信処理部２２０は、第２低雑音増幅器２２１、第３フィルタ２２２、第２バルン回路２２３、第３ミキサー２２４、第４ミキサー２２５、及び第２復調部２２６を含み、上記第２送信処理部２３０は、第４フィルタ２３１、第３電力増幅モジュール２３２、第２信号結合部２３３、第１変調部２３４、及び第２変調部２３５を含む。

第２受信処理部２２０及び第２送信処理部２３０は、前述した第１受信処理部１２０及び第１送信処理部１３０と処理される信号の種類が相異するだけであり、類似な連結構成及び動作を有するので、重復する説明は省略する。

第５アンテナ２０１を介してエネルギー信号が受信されれば、第３信号分離部２０５は信号経路を第１信号結合部２１０にスイッチング連結し、第１信号結合部２１０はエネルギー信号をカップリングさせて電圧発振回路２４０に伝達する。

第３信号分離部２０５は送信信号と受信信号とを分離して伝達するが、受信信号は第１信号結合部２１０に伝達し、第２送信処理部２３０から伝えられた送信信号は第５アンテナ２０１に伝達する。ここで、第１信号結合部２１０は、例えば結合キャパシタ（coupling capacitor）または方向性結合器（directional coupler）などで具現可能である。

電圧発振回路（voltage oscillation circuit）２４０は、エネルギー信号の伝播エネルギーを用いて第１電力を生成する。このような電圧発振回路２４０は、多段で連結された多数の検波器ダイオード、キャパシタを含むことができ、受信アンテナ２０１から伝えられたＲＦ信号を順次にＤＣ電圧に整流しながら電圧を上昇させる。

このように、一定電圧数値の変調波形を有するようになった第１電力は，エネルギー貯蔵部２４５に貯蔵されてモード制御部２６５の動作電力に使用できる。ここで、エネルギー貯蔵部２４５は、たとえ、大容量キャパシタで備えられることができる。

また、第１電力は第１変調部２３４に伝えられ、第１変調部２３４で処理された第１アナログ信号が応答コードとして第１電力の変調波形に載せる。このように生成された送信信号は後方散乱（backscatter）方式により送出される。

第１変調部２３４はディジタル送信信号を第１アナログ信号に変調するが、例えば上記第１アナログ信号はＤＳＳＳ（Direct Sequence Spread Spectrum）方式を用いて変調できる。このような第１変調部２３４は、整流器（rectifier）、ローパスフィルタ、及びレベル感知器（lever detector）を含んで具現できる。

信号測定部２５０は、エネルギー信号の電力レベルを感知し、感知信号を第２制御部２６０に伝達する。信号測定部２５０は高周波エネルギー信号を直接デシベル値に比例した直流電圧信号で出力させることによって、受信可能な電力レベルの信号感度範囲を拡張させることができる。このような信号測定部２５０は、ログアンプを用いて具現されることができ、アナログ信号でカップリングされたエネルギー信号を直流電圧信号で出力して感知信号を生成する。

図４は本発明の実施形態に係るスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００が距離によって受信するエネルギー信号を測定したグラフであり、図５は本発明の実施形態に係るスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置２００がエネルギー信号を用いて生成した電力を距離によって測定したグラフである。

図４のグラフにおいて、Ｖ４から−Ｖ４の電圧レベルを有するエネルギー信号Ｅ１はタグ２００がＡＰ１００の通信領域内に位置される場合に受信したエネルギー信号を意味し、Ｖ３から−Ｖ３の電圧レベルを有するエネルギー信号Ｆ１はタグ２００がＡＰ１００の通信領域外に位置される場合に受信したエネルギー信号を意味する。

例えば、上記Ｖ４は２０ｍＶより大きい電圧数値であり、上記Ｖ３は２０ｍＶ以下の電圧数値を有することができる。

このようにタグ２００の位置に従ってエネルギー信号のサイズが相異するようになるので、図５に示すように、一定時間（ｔ１）の間、電圧発振回路２４０で生成される第１電力の強さも相異するようになる。

「Ｅ１」と表示されたエネルギー信号を用いて第１電力Ｅ２が生成される場合、一定時間（ｔ１）の間「Ｖ２」の電圧数値を有する第１電力Ｅ２が生成される。「Ｆ１」と表示されたエネルギー信号を用いて第１電力Ｆ２が生成される場合、「Ｖ２」より相対的に小さな「Ｖ１」の電圧数値を有する第１電力Ｆ２が生成される。

電圧発振回路２４０は、エネルギー信号の電圧を一定時間（ｔ１）の間上昇させて第１電力を生成する。

第２制御部２６０は、第１電力の感知信号を基準数値と比較して、第１電力の電力が基準数値より大きければ、電源部２５５を動作させてウェイクアップモードに切替え、ＡＰ１００にタグ識別情報及びタグ情報を送信して通信を遂行する。ここで、基準数値は、約２．１Ｖの「Ｖ１」とすることができる。第１電力の電力が基準数値より小さいと判断されれば、第２制御部２６０は待機状態情報を生成してＡＰ１００に転送する。

第２制御部２６０は待機状態情報を送信した後、電源部２５５を動作させないまま、スリープモードで動作する。ここで、電源部２５５は、バッテリ、電圧調整回路などを含み、タグ２００の各構成部に第２電力を供給する。

第２変調部２３５はディジタル送信信号を第２アナログ信号に変調するが、上記第２アナログ信号はＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式を用いて変調できる。第２変調部２３５は、多数のミキサー、加算器、直交信号変換回路などを含むことができ、送信信号の位相を９０度ずつ変化させて４個の信号（Ｉ⁺、Ｉ^-、Ｑ⁺、Ｑ^-）が合算された形態に変換する。

第２位相同期回路２７５は、第１変調部２３４、第２変調部２３５、第３ミキサー２２４、及び第４ミキサー２２５に信号混合（mixing）または信号変調に必要とする発振信号を供給し、第２信号結合部２３３は第１変調部２３４または第２変調部２３５で処理された送信信号を１つのラインにカップリングさせて第３電力増幅モジュール２３２に伝達する。

一方、ウェイクアップ選択情報が受信された場合、ウェイクアップ選択情報を有するエネルギー信号またはリーダー信号は、第１信号結合部２１０により第２受信処理部２２０に伝えられる。

第２受信処理部２２０に伝えられた信号はディジタル信号に復調されて第２制御部２６０に伝えられる。

第２制御部２６０はディジタル信号を解析してウェイクアップ選択情報をコーディングし、コーディングされたウェイクアップ選択情報をモード制御部２６５に伝達する。

モード制御部２６５は、ウェイクアップ選択情報をメモリ２７０に格納して管理する。

以後、第２制御部２６０は、ウェイクアップ選択情報が成功的に移植されたことを知らせる応答コードを生成して送信信号で構成し、送信信号はＡＰ１００に転送される。

ＡＰ１００は、上記応答コードが受信されない場合、またはウェイクアップ選択情報を変更する場合に、ウェイクアップ選択情報が含まれたリーダー信号を周期的に送信できる。

ウェイクアップ選択情報は、エネルギー信号に載せた形態でキャリヤシャワーされるか、またはリーダー信号形態で送信できる。

本発明の実施形態において、スリープモードは第１電力により動作されるモード制御部２６５を除外した残りの構成部が動作を中止した状態を意味し、ウェイクアップモードは電源部２５５が動作され、モード制御部２６５の制御権限が第２制御部２６０に移転され、他の構成部が第２電力により動作中の状態を意味する。

以後、通信を希望するタグ２００を活性化するために、ＡＰ１００が該当タグ２００のウェイクアップ選択情報をエネルギー信号と共に送信した場合、電圧発振回路２４０は第１電力を生成し、第１電力はスリープモードで動作中の第２受信処理部２２０とモード制御部２６５に供給される。

第２受信処理部２２０はウェイクアップ選択情報を復調してモード制御部２６５に伝達し、モード制御部２６５はメモリ２７０に格納されたウェイクアップ選択情報と第２受信処理部２２０から伝えられたウェイクアップ選択情報とを比較する。ここに、２つのウェイクアップ選択情報が一致する場合、モード制御部２６５はＡＰ１００が通信遂行を要請したことと把握し、電源部２５５を動作させて第２制御部２６０を含んだ残りの構成部に第２電力が供給されるようにする。即ち、タグ２００はＡＰ１００のウェイクアップ選択情報によりウェイクアップモードで動作される。

モード制御部２６５から制御権限の移転を受けた第２制御部２６０は各構成部を制御し、ＲＦＩＤ通信プロトコルを処理してＡＰ１００と通信を遂行する。

ウェイクアップモードに転換された第２制御部２６０は、通信可能な状態であることを知らせる応答コードを生成してタグ識別情報と共にＡＰ１００に伝達する。

第２制御部２６０は、ＡＰ１００から情報要請信号が受信されれば、タグ情報及びタグ識別情報をＡＰ１００に送信する。

以上、本発明に対し、その好ましい実施形態を中心として説明したが、これは単に例示であり、本発明を限定するのでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で以上に例示されていない種々の変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、本発明に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用に関連した差異点は特許請求範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

本発明は、近距離無線通信システムに適用可能である。

Claims (15)

1. 複数のアンテナを有し、該アンテナを介して順次にエネルギー信号をシャワーするマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置と、
   前記エネルギー信号を用いて第１電力を生成し、該第１電力の電力レベルを感知し、該電力レベルに基づき生成された情報を前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に伝達するスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置と、を有し、
   前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置との通信に用いられたアンテナを決定することにより、方向と関連した前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の第１位置情報を生成し、前記電力レベルに基づき生成された前記情報を用いて距離と関連した前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の第２位置情報を生成し、前記第１位置情報および第２位置情報を用いて前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置を判断する、近距離無線通信システム。
2. 前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記第１電力の電力レベルが基準値を超える場合、タグ識別情報及びタグ情報を送信するために、電源部を動作させることによりウェイクアップモードで動作し、前記第１電力の電力レベルが該基準値以下の場合、待機状態情報を送信するためにスリープモードで動作し、
   前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、順次的方式で伝達されたエネルギー信号の電力レベルを感知し、感知された電力レベルに応じて前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置がマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の通信領域に進入したのか及び通信領域付近で待機中であるかの少なくとも一つの状態を把握する、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
3. 前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記タグ識別情報及びタグ情報が受信された場合、前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置が通信領域内に位置することを表す前記第２位置情報を生成し、前記待機状態情報が受信された場合、前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置が該通信領域外に位置することを表す前記第２位置情報を生成し、
   前記第１位置情報、第２位置情報及び前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置を座標情報として構成したリーダー座標情報にマッチングされたタグ座標に基づいて、前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置を判断する、請求項２に記載の近距離無線通信システム。
4. 前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置から受信した前記第１位置情報及び第２位置情報と前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置を座標情報として構成したリーダー座標情報にマッチングされたタグ座標に基づいてタグ位置情報を生成し、該タグ位置情報を統計的に処理することによりデータベース内に該タグ位置情報を格納し、他のマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に前記タグ識別情報及びタグ位置情報を転送する管理コンピュータを有し、
   前記第２位置情報は、エネルギー信号の電力レベルに応じて測定される、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
5. 複数の前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置が備えられ、
   前記管理コンピュータは、前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置に基づき、リーダー座標情報を生成し、前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置と通信する前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置を前記リーダー座標情報とマッチングすることにより、タグ座標情報を生成する、請求項４に記載の近距離無線通信システム。
6. 前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記第１位置情報、第２位置情報、及びタグ識別情報を他のマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に送信し、該他のマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置が前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置と通信するようにする、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
7. 前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の動作をアクティブにするために使用されるウェイクアップ選択情報を前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に送信し、
   前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記ウェイクアップ選択情報が最初に受信された場合、該ウェイクアップ選択情報をメモリに格納する、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
8. 前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、
   第１ウェイクアップ選択情報が格納されるメモリと、
   通信プロトコルを処理するために、前記第１ウェイクアップ選択情報に従ってウェイクアップモードで動作する第２制御部と、
   前記第１電力により動作し、前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置から受信された第２ウェイクアップ選択情報を前記メモリに格納された前記第１ウェイクアップ選択情報と比較して、該第２ウェイクアップ選択情報が該第１ウェイクアップ選択情報と同一の場合に電源部を動作させ、前記第２ウェイクアップ選択情報を前記第２制御部に送信するモード制御部を有する、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
9. 前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記第１ウェイクアップ選択情報が有効に受信され、前記メモリ内に格納されたことを通知する第１応答コードを生成し、該第１応答コードを前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に送信する、請求項８に記載の近距離無線通信システム。
10. 前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記第２ウェイクアップ選択情報が受信されたことを通知する第２応答コードを生成し、前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、該第２応答コードを前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に送信するために前記ウェイクアップモードで動作し、
    前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記第２応答コードが受信された場合、ＲＦＩＤ通信を行うために、前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置に情報要請信号を送信する、請求項９に記載の近距離無線通信システム。
11. 前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記第２ウェイクアップ選択情報を前記エネルギー信号と共に送信し、
    前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、前記エネルギー信号に基づき前記第１電力を生成し、該第１電力を前記モード制御部に伝達する電圧発振器を有する、請求項８に記載の近距離無線通信システム。
12. 前記マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、
    複数のアンテナと、
    発振信号を生成する第１位相同期回路と、
    前記発振信号を用いて受信信号を処理する第１受信信号処理部と、
    前記発振信号を用いて送信信号を処理する第１送信信号処理部と、
    前記発振信号を用いて前記エネルギー信号を生成する高周波放射部と、
    前記アンテナを切り替える第１信号分離部と、
    前記第１信号分離部を前記第１受信信号処理部、第１送信信号処理部、及び高周波放射部の１つに切り替える第２信号分離部と、
    を有する、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
13. 前記スレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、
    前記アンテナの信号経路を分岐させる第３信号分離部と、
    前記第３信号分離部と電気的に接続され、受信信号を処理する第２受信信号処理部と、
    前記第３信号分離部と電気的に接続され、送信信号を処理する第２送信信号処理部と、
    前記第３信号分離部と電気的に接続され、前記エネルギー信号を前記第１電力に変換する電圧発振器と、
    前記第１電力の電力レベルを感知する信号測定部と、
    前記信号測定部の前記感知された電力レベルによって前記情報を生成する第２制御部と、
    を有する、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
14. 前記アンテナを介して順次伝送されたエネルギー信号のシャワーは、制御部及び信号分離部を制御することでスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置と通信を行ったアンテナを排除し、残りのアンテナ経路をスイッチングさせてエネルギー信号をシャワーする、請求項１に記載の近距離無線通信システム。
15. 複数のアンテナを有するマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、複数のアンテナを介してエネルギー信号を順次送信する、キャリアシャワー方式によりエネルギー信号を送信し、前記順次伝送されたマスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置のエネルギー信号を受信してウェイクアップモードで動作したスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置は、アンテナ別に区分され、マスターＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置は、自身と通信を行ったスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置をアンテナ領域に細分化し、アンテナの領域別に細分化されるスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置を第１位置情報とし、エネルギー信号の強度に応じて測定可能なスレーブＲＦＩＤ／ＵＳＮ装置の位置を第２位置情報とする、請求項１に記載の近距離無線通信システム。

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