JPH08242193A - 移動体識別装置用質問器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】符号反転現象やヌルポイント現象に伴う不具合
を解決し、しかもコンパレータ切り換わり付近で発生す
る誤動作や、伝送帯域幅が広くなったり回路が複雑化し
てしまったり、という心配がないこと、これらを全て満
足させるシステムを可能にすることを目的とする。 【構成】受信電波を同位相かつ同レベルの２系統に分配
して各二つのミキサー部に入力し、また搬送波の一部電
波も同様に２系統に分配して、一方は一つのミキサー部
に入力し、他方は９０°位相を変化させてミキサー部に
入力し、これらでホモダイン検波を行い二つの検波信号
を得るに際し、ミキサー部の入力部分に、通過する電波
の位相を少なくとも二通りに切り換える移相切換器を設
け、好ましくは応答器の個別情報を情報伝送クロック周
波数及びその１／２の周波数のデジタル信号で符号化
し、質問器からの搬送波に変調を掛けることを特徴とす
る質問器による。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データの送受信機能を
有する質問器と、主に移動物体に取付または携帯され質
問器からの電波に個別情報を付加して再び質問器に再送
する機能を有する応答器とにより構成される移動体識別
装置に関し、詳細には、符号反転現象やヌルポイント現
象の解決策として効果が高く、簡単な回路構成でありな
がら信頼性も高い優れたシステムを実現出来るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波を利用して移動体を識別する
「移動体識別システム」は既に広く知られてきている。
このような移動体識別システムは、固定局に設置された
質問器と移動体に設けられる応答器とにより構成され、
例えば車両や搬送される物品あるいは人などに応答器を
付帯させておき、前記質問器より発射された所定のマイ
クロ波を前記応答器によって受信し、その応答器内に格
納された情報により特定の処理を施された情報信号によ
って前記受信したマイクロ波に変調を行い、しかる後に
前記変調させたマイクロ波を反射させることにより前記
質問器に返送することによって、非接触で情報の伝達を
可能としている。また、前記質問器より発射されるマイ
クロ波に質問器側の情報を変調して送信することにより
前記応答器へ情報を書き込むことも可能である。なお、
このような移動体識別システムは「移動体識別装置標準
規格 ＲＣＲＳＴＤ−１、ＳＴＤ−２９」により規定さ
れており、応答器としては、例えば人が所持できる非接
触ＩＣカードにも好適に使用される。

【０００３】上述したような移動体識別システムにおい
ては、質問器側にて応答器の情報を得る場合に、通常
は、質問器から発射される搬送波の一部と応答器からの
反射波とをミキサーに加え、ホモダイン検波（同期検
波）を行うことにより検波信号を得る方法が採用されて
いる。そしてこの場合に、前記質問器側で再生される検
波信号レベルは、質問器と応答器と間の位置関係により
図２に示すような関係になる。なお、図２の＋側は応答
器が送信する情報信号と比較して「同位相」であること
を表し、一方、−側は応答器が送信する情報信号と比較
して「逆位相」であることを表している。なお参考まで
に述べると、前記システムにホモダイン検波が採用され
るのは、次の理由に因るところが大きい。つまり、受信
電波の復調の為の一般的に多用される方法例としてはダ
イオードを用いた包絡線検波がありはするが、前記シス
テムにおいては、「変調された信号」よりも「搬送波の
漏洩電力」の方が大きくなってしまうことから、前記包
絡線検波を行うことが出来ず、その結果として、ホモダ
イン検波の方が採用されている。

【０００４】ところで、図２からも分かるように、ホモ
ダイン検波による場合には次の二つの現象が発生する。 応答器が送信した信号と質問器で検波した信号との位
相が１８０°反転する現象。（符号反転現象） 質問器の検波信号が全く得られない現象。（ヌルポイ
ント現象） そして、これらの現象が、ホモダイン検波を利用する移
動体識別システムにおいて、問題点を招く原因になって
いる。

【０００５】さて、まず「符号反転現象」について簡単
に述べる。符号反転現象は、応答器の持つ「伝送したい
情報（例えば図３（ａ））」を、図３（ｂ）に示すよう
なバイフェーズ符号化とし、質問器からの搬送波に対し
て図３（ｂ）の信号によって変調を掛け、その信号を再
送した場合に、質問器と応答器との位置関係によっては
「質問器側で得られる二値情報が全く反対のデータを示
す二値情報になってしまう」現象である。つまり、符号
反転現象が起きると、応答器側が例えば「１」なるデー
タを送信したにも関わらず、質問器側では前記「１」と
は反対の「０」なるデータを再生してしまうことにな
る。

【０００６】次に、「ヌルポイント現象」について述べ
る。ヌルポイント現象は、質問器と応答器との間の相対
的な位置関係により、質問器の検波信号として「ヌルポ
イント」を得る結果になる現象である。そして、ヌルポ
イント現象が起きるこのような位置関係にあっては、も
し何も対策を講じない場合には、質問器側はデータ再生
が不可能となってしまうことになる。

【０００７】ホモダイン検波の特徴として起きるこれら
の現象は、質問器と応答器との間の距離がλ／４の整数
倍（但しλは使用したマイクロ波の波長）に当たる位置
毎に発生してしまう。つまり、マイクロ波の周波数が
２．４５ＧＨｚである場合には、前記質問器と応答器と
の距離が（僅か）約３ｃｍの間隔毎に、これらの現象が
発生することになる。

【０００８】これらの問題点を解決する手段として、先
ず「符号反転対策」として応答器の伝送すべき情報に特
定の処理を施し情報信号として搬送波に変調を掛ける場
合の処理方法としては、例えば図３（ｃ）に示す副搬送
波を用いての周波数変調方式、あるいは図３（ｄ）に示
すようなデジタル的な符号化とするＭＳＫ変調方式（Ｍ
ＳＫとは "minimum shift keying" の略) が知られてい
る。また、ヌルポイント現象対策として直交検波方式が
用いられる。これは質問器側でホモダイン検波を行う場
合に、２系統のミキサー部を用意しそれぞれのミキサー
部に加える一部の搬送波の位相差を９０°とし、応答器
からの反射波は同位相、同レベルに２分配してそれぞれ
のミキサー部に加える方法である。この直交検波方式に
よるそれぞれのミキサー部の検波出力レベルを質問器と
応答器間の距離に対して図示すると図４のようになる。
従ってこれによると、たとえ一方の検波出力がヌルポイ
ント時であっても、他方では検波出力を得ることが出来
る。

【０００９】そして、この２系統の検波出力を（特開平
６−６２６１）のようにアナログスイッチを用いて切換
えて情報データの再生を行う方法や、（特開平６−３６
１０２）のように検波出力の位相とレベルを判断してマ
ルチプレクサを切換えて情報データの再生を行う方法が
知られている。しかし、これらの信号処理には、 (1)ホモダイン検波した後の検波信号を増幅し、コンパ
レータにより検出して、切換え動作が行われるため、切
り換わり付近では雑音等によりコンパレータ出力が不安
定となり誤動作を生じることがある。 (2)また、符号反転対策としての副搬送波方式は伝送帯
域幅が広がってしまい、ＭＳＫ変調方式では回路が複雑
化する。 という欠点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
問題点に着目してなされたものであり、符号反転現象や
ヌルポイント現象に伴う不具合を解決し、しかも前記
(1)の切り換わり付近で発生する誤動作や、前記 (2)の
ような伝送帯域幅の広がりや回路の複雑化についての心
配は不要であること、以上を満足させることを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明が提供する手段とは、請求項１に記載があるよ
うに、まず、受信電波を同位相かつ同レベルの２系統に
分配した受信電波をそれぞれ二つのミキサー部に入力
し、また搬送波の一部電波を同位相かつ同レベルの２系
統に分配し、一方は一つのミキサー部に入力し、他方は
９０°位相を変化させてから他方のミキサー部に入力
し、これらを用いてホモダイン検波を行い二つの検波信
号を得る移動体識別装置用質問器において、該質問器の
ミキサー部の入力部分に、通過する電波の位相を少なく
とも二通りに切換える移相切換器を設けたことを特徴と
する移動体識別装置用質問器である。

【００１２】そして、好ましくは請求項２に記載がある
ように、前記応答器の個別情報を情報伝送クロック周波
数およびその１／２の周波数のデジタル信号で符号化
し、前記質問器からの搬送波に変調を掛け前記質問器に
反射すること、を特徴とする請求項１に記載の移動体識
別装置用質問器である。

【００１３】

【作用】移動体識別システムにおいて、応答器では伝送
すべき情報に特定の処理を施し情報信号として質問器か
ら発射された無変調の搬送波に変調を掛け再び質問器へ
と反射させる。この時、特定の処理方法として図３
（ｅ）に示すような情報伝送クロック周波数およびその
１／２の周波数のデジタル信号で符号化（Ｆ２Ｆ符号化
方式）し、搬送波に変調を掛ける。こうすることにより
副搬送波方式のように変調波の使用帯域幅が広がること
もなく、またＭＳＫ変調方式のように符号化する回路を
複雑にすることなく簡素化した回路で符号化できる。な
お、図３（ｂ）に示すバイフェーズ符号化（マンチェス
タ符号化）は、ホモダイン検波の特徴である符号反転現
象によって、再生データにエラーが生じる場合があるの
であまり好ましくない。

【００１４】さて、応答器で変調されて送られてくる反
射波は、質問器側ではその受信アンテナで受けとられ
て、受信増幅部により増幅される。そして質問器では、
ホモダイン検波の特徴であるヌルポイントを除去すべ
く、２系統のミキサー部を設けた直交検波方式により、
前記反射波を検波する。さらに二つのミキサー部の入力
部分には、通過する電波の位相を少なくとも二通りに切
換える移相切換器を配置しておく。ここで、この移相切
換器により切換わる位相差は、ヌルポイント現象時の検
波信号状態と比較して違いが歴然と現れ易い方が本発明
の目的からは好都合であるという観点から、９０°の半
分である４５°が好例として挙げられる。しかし、本発
明は位相差の数値を特に限定するものではなく、この切
換え位相差は、０°以外の０＜ｘ＜９０°の範囲内の任
意の位相差に切換えることが可能なものであれば良いこ
とから、この他にも９０°の１／３である３０°や、２
／３である６０°、あるいはこれらのようなキリの良い
数値ではなく端数の値を持つもの（４１°、１７．７
°、あるいは７１．５°、等々）適宜に設定しても良
い。尚、この移相切換器は、外部からのデジタル制御信
号に応じて、そこを通過する電波の位相をそのまま（つ
まり移相量０°）にしておく場合と、これとは別の少な
くとも一つの移相量（例えば４５°）の場合とに、瞬時
にして切換えるものである。つまり本発明では、移相量
を少なくとも二通りに切換え可能に出来れば良いが、識
別の為のより好ましい検波結果を得る目的から、切換わ
る移相量を三通り以上に設けることも好ましいといえ
る。

【００１５】このような特徴を持つ本発明に係る質問器
での検波信号レベルを図示すると、図５のようになる。
図５で、＋側は応答器の送信する情報信号と同位相であ
り、−側は逆位相であることを表す。各ミキサー部から
の検波出力は、おのおの増幅部で増幅され、波形整形部
によりデジタル信号に変換され、復号化部において応答
器の送信データの再生を行っている。そして２系統より
得られた再生データを、合成部により一つの再生データ
としている。また、移相切換制御部は前記２系統の再生
データを常に監視しており、応答器がヌルポイントの位
置に移動した場合、あるいはその位置の付近に移動した
場合に生じる再生データエラーを検出し、それを基にし
て２つの移相切換器を制御し、再び安定したデータ再生
ができるようにしている。本発明ではこのように高周波
部分で、ヌルポイント時の受信電波の位相差を位相変化
をさせている。

【００１６】

【実施例】本発明に係る一実施例について、図面を参照
にして説明する。図１は本発明にかかる移動体識別装置
のブロック図である。移動体識別装置は固定局に設置さ
れる質問器１と移動体に取付または携帯される応答器２
とにより構成されており、質問器１から発射されたマイ
クロ波Ｆｃが、応答器２により受信される。この受信さ
れたマイクロ波は、応答器２に格納された個別情報によ
り特定の処理をした情報信号で変調され、しかる後に反
射波Ｆｒとして応答器２から質問器１へ返送されるしく
みになっている。尚、本実施例では移相切換器として、
０°／４５°移相切換器を使用している。

【００１７】質問器１では所定波長のマイクロ波をマイ
クロ波発振部３により発振させ、質問器の情報を伝送す
る時に用いるＡＳＫ（amplitude shift keying）変調部
４を介し、電力増幅部５により増幅され、そして、増幅
されたマイクロ波からホモダイン検波に必要な一部のマ
イクロ波を取り出すスプリッタ６を通過し、送信アンテ
ナ７より発射される。尚、応答器２の個別情報を質問器
１で得る場合は、ＡＳＫ変調部４は変調動作を行わず、
無変調のマイクロ波Ｆｃが発射される。そして応答器２
は質問器１から発射されたマイクロ波Ｆｃを受信し、格
納された個別情報を特定の処理により情報信号とし変調
するわけであるが、本発明ではこの特定の処理方法を図
３（ｅ）に示すようなＦ２Ｆ符号化方式としている。

【００１８】一般に、図３（ｃ）のような副搬送波を用
いて情報信号を得る方法によると、変調後の使用帯域幅
が広くなってしまう。また、図３（ｄ）のようなＭＳＫ
符号化方式では、符号化する回路が複雑になる。従って
本発明では、情報の伝送クロック周波数およびその１／
２の周波数のデジタル信号で符号化する方式（いわゆる
Ｆ２Ｆ符号化方式）とすることにより、回路の簡素化お
よび使用帯域幅の広帯域化を防ぐようにしている。こう
して、マイクロ波Ｆｃは応答器２の個別情報をＦ２Ｆ符
号化した情報信号により変調され、反射波Ｆｒとして再
び質問器１に返送される。

【００１９】質問器１では受信アンテナ８によりこの反
射波Ｆｒを受信し、受信増幅部９により増幅されてパワ
ーデバイダ１０により第１ミキサー部１１と第２ミキサ
ー部１２との２系統に分配される。一方、スプッリタ６
からはマイクロ波のエネルギーの一部がパワーデバイダ
１３により２系統に分配され、その一方が０°／４５°
移相切換器１４を介して第１ミキサー部１１に入力、他
方が９０°移相器１５および０°／４５°移相切換器１
６を介して第２ミキサー部１２に入力される。また、
（前記のとおり）０°／４５°移相切換器１４、１６は
外部からのデジタル制御信号に応じてここを通過するマ
イクロ波の移相量を０°と４５°瞬時にして切換える作
用をするものである。そして、各々のミキサー部１１、
１２においてホモダイン検波され検波信号Ｉ、Ｑを得
る。

【００２０】各々の検波信号Ｉ、Ｑはそれぞれのフィル
タ１７、１８および増幅部１９、２０により必要な帯域
だけ増幅され波形整形部２１、２２によりデジタル信号
に変換される。このデジタル信号は応答器２でＦ２Ｆ符
号化された情報信号と同じである。そして、この信号が
各々の復号化部２３、２４により応答器２の個別情報と
同じ再生データＤＩ、ＤＱが得られる。合成部２５は、
検波信号Ｉより再生されたデータＤＩ、および検波信号
Ｑより再生されたデータＤＱを合成し、質問器１として
の再生データとしている。また、再生データＤＩおよび
ＤＱは移相切換制御部２６に入力され、データの再生状
況に応じて０°／４５°移相切換器１４、１６用の制御
信号を発生している。

【００２１】ここで本発明の特徴である０°／４５°移
相切換器の働きについて、さらに詳しく説明する。質問
器１と応答器２との間の距離変化による検波信号Ｉおよ
びＱの振幅レベルを図示すると図５のようになる。図中
のＩ(0) は０°／４５°移相切換器１４の移相量が０°
の時の検波信号Ｉを表し、またＩ(45)は移相量が４５°
の時の検波信号Ｉを表す。同様に、Ｑ(0) は０°／４５
°移相切換器１６の移相量が０°の時の検波信号Ｑを表
し、Ｑ(45)は移相量が４５°の時の検波信号Ｑを表す。

【００２２】ここで、例えば質問器１と応答器２との距
離が図５中のＡ点であったとし、その時の検波信号Ｉ、
ＱはＩ(0) 、Ｑ(0) であったとする。すると、この時の
検波信号レベルは充分なレベルであり復号化部２３、２
４でのデータ再生処理は問題なく行われている。そし
て、応答器２が移動して図５中のＢ点に相当する位置へ
移動したとすると、検波信号Ｉ(0) はヌルポイントに達
し復号化部２３ではデータの再生処理に異常をきたす。
（このとき、検波信号Ｑ(0) はまだ充分なレベルである
ため復号化部２４における再生処理は正常に行われてい
る。）そして移相切換制御部２６には、再生データＤＩ
は異常であることを表す信号、再生データＤＱは正常で
あることを表す信号が入力され、直ちに０°／４５°移
相切換器１４を切換えさせるための制御信号を発生さ
せ、０°／４５°移相切換器１４に送り込まれる。

【００２３】さて、この制御信号を受けた０°／４５°
移相切換器１４は瞬時にして、そこを通過するマイクロ
波の位相を４５°シフトさせる。その結果、検波信号Ｉ
は図５のＩ(45)の特性となりヌルポイントから外れて、
正常なデータ再生が行われる状態になる。また検波信号
Ｑの方でヌルポイント現象が起こった場合にも、同様な
動作が行われる。このようにしてホモダイン検波の特徴
であるヌルポイント現象に伴う異常を回避することが可
能になる。

【００２４】尚、二つの移相切換器の配置としては、前
記以外にも例えば、片方をパワーデバイダ１０と第１ミ
キサー部１１の間に、そしてもう片方をパワーデバイダ
１０と第２ミキサー部１２の間／又はパワーデバイダ１
３と９０°移相器１５の間に挿入するのも好ましい。従
って、二つの移相切換器の配置の組合せとしては、少な
くとも （１）片方の移相切換器を、パワーデバイダ１３と第１
ミキサー部１１の間 他方の移相切換器を、パワーデバイダ１３と９０°移相
器１５の間 （２）片方の移相切換器を、パワーデバイダ１３と第１
ミキサー部１１の間 他方の移相切換器を、９０°移相器１５と第２ミキサー
部１２の間 （３）片方の移相切換器を、パワーデバイダ１３と第１
ミキサー部１１の間 他方の移相切換器を、第２ミキサー部１２とパワーデバ
イダ１０の間 （４）片方の移相切換器を、第１ミキサー部１１とパワ
ーデバイダ１０の間 他方の移相切換器を、パワーデバイダ１３と９０°移相
器１５の間 （５）片方の移相切換器を、第１ミキサー部１１とパワ
ーデバイダ１０の間 他方の移相切換器を、９０°移相器１５と第２ミキサー
部１２の間 （６）片方の移相切換器を、第１ミキサー部１１とパワ
ーデバイダ１０の間 他方の移相切換器を、第２ミキサー部１２とパワーデバ
イダ１０の間 が６通りが考えられるが、回路配置の問題等々を検討し
て適宜に設計することが好ましい。ちなみに、既に前述
したように、本発明および本実施例の移相切換器は０°
／４５°以外の組合せでも適当な組合せを選択し設計す
ることが好ましい。

【００２５】以下では、０°／４５°移相切換器１４、
１６についてもう少し詳しく説明する。一般に、通過す
るマイクロ波の位相を切り換える方法としては、通路差
切換型および平衡変調器型がある。まず、通路差切換型
を図６に示す。図６（ａ）はサーキュレータを用いた方
法で図６（ｂ）はハイブリットリングを用いた方法であ
る。また、図６（ｃ）はダイオードによる通路差切換型
である。スイッチング素子としてはショットキーバリア
ダイオード、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴ、トランジスタ
などが用いられ、切換信号によりスイッチ動作をする。
従ってスイッチＯＮ時の入力端子から出力端子へ通過す
るマイクロ波の位相と、スイッチＯＦＦ時のマイクロ波
の位相差が４５°になるように図６の伝送線路の長さＬ
を調整する。

【００２６】次に、平衡変調型を図７に示す。平衡変調
器は０°⇔１８０°変調器として最も多く用いられてい
るが、任意の位相変化量（例えば移相量４５°）を得る
には、図７の示すように入力されたマイクロ波の一部を
方向性結合器により分岐させ移相器、減衰器を介して、
再び平衡変調器側を通過するマイクロ波と合成させる。
この時、切換信号によって出力端子に現れるマイクロ波
の位相差が４５°になるように移相器および減衰器の移
相量、減衰量を与えれば良い。

【００２７】さて、一般には、回路を簡素化する意味か
らも、図６の通路差切換型の方が図７の平衡変調型より
も実用的である。また、図６（ａ）において、回路を小
型化するための手段として、スイッチング素子の替わり
に図６（ｄ）のような可変容量ダイオードを使用し伝送
線路の長さｌをゼロにする。そして可変容量ダイオード
に印加する直流電圧による容量変化を利用して、サーキ
ュレータを通過するマイクロ波の位相を４５°切換える
ことも可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば移動体識別装置の質問器にお
いて、外部からの制御信号により通過するマイクロ波の
移相量を瞬時に切換える移相切換器を２系統のホモダイ
ン検波部分に挿入することにより、従来のホモダイン検
波の問題点であったヌルポイントを確実に回避でき、応
答器の移動により発生する通信の不安定さが除去され、
システムの信頼性が格段に改善される。また、応答器に
おける符号化方式をＦ２Ｆ符号化方式としたため、変調
時の広帯域化を押さえると共に符号化回路が比較的簡単
に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる移動体識別装置の一例につい
て、その概略の構成を示すブロック図である。

【図２】移動体識別装置におけるホモダイン検波の出力
レベルを示す図である。

【図３】応答器における送信データの処理方法について
示す図である。

【図４】質問器における直交検波方式の出力レベルを示
す図である。

【図５】本発明に係わる移動体識別装置用質問器の一例
について、検波出力レベルを示す図である。

【図６】本発明に係わる移動体識別装置用質問器の、移
相切換方法の一実施例についてを示す図である。

【図７】本発明に係わる移動体識別装置用質問器の、移
相切換方法の別の一実施例についてを示す図である。

【符号の説明】

１・・・質問器 ２・・・応答器 ３・・・マイクロ波発振部 ４・・・ＡＳＫ変調部 ５・・・電力増幅部 ６・・・スプリッタ ７・・・送信アンテナ ８・・・受信アンテナ ９・・・受信増幅部 １０、１３・・・パワーデバイダ １１、１２・・・ミキサー部 １４、１６ ・・・０°／４５°移相切換器 １５・・・９０°位相器 １７、１８・・・フィルタ １９、２０・・・増幅部 ２１、２２・・・波形整形部 ２３、２４・・・復号化部 ２５・・・合成部 ２６・・・移相切換制御部 Ｉ、Ｑ・・・検波信号 Ｆｃ・・・マイクロ波 Ｆｒ・・・マイクロ波（反射波） Ｌ・・・伝送線路の長さ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受信電波を同位相かつ同レベルの２系統に
   分配した受信電波をそれぞれ二つのミキサー部に入力
   し、 また搬送波の一部電波を同位相かつ同レベルの２系統に
   分配し、一方は一つのミキサー部に入力し、他方は９０
   °位相を変化させてから他方のミキサー部に入力し、 これらを用いてホモダイン検波を行い二つの検波信号を
   得る移動体識別装置用質問器において、 該質問器のミキサー部の入力部分に、通過する電波の位
   相を少なくとも二通りに切換える移相切換器を設けたこ
   とを特徴とする移動体識別装置用質問器。
2. 【請求項２】前記応答器の個別情報を情報伝送クロック
   周波数およびその１／２の周波数のデジタル信号で符号
   化し前記質問器からの搬送波に変調を掛け前記質問器に
   反射することを特徴とする請求項１に記載の移動体識別
   装置用質問器。