JPH0927772A - 全二重変調バックスキャッタ・システム - Google Patents

全二重変調バックスキャッタ・システム

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JPH0927772A
JPH0927772A JP8156865A JP15686596A JPH0927772A JP H0927772 A JPH0927772 A JP H0927772A JP 8156865 A JP8156865 A JP 8156865A JP 15686596 A JP15686596 A JP 15686596A JP H0927772 A JPH0927772 A JP H0927772A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 この二重無線通信システムは、第１の情
報信号を無線搬送信号上に変調した第１変調信号を生成
する質問器１０３を有する。この質問器は、第１変調信
号を、そのシステムの少なくとも一つの遠隔タグ１０５
に送信する。その遠隔タグは、その第１変調信号を受信
し、処理する。バックスキャッタ変調は、第１変調信号
の反射である第２変調信号を変調するために第２情報信
号を用いる。質問器は、第２変調信号を受信し復調して
第２情報信号を得る。 【効果】 質問器とタグの両方が、同じ時間に連続的に
通信することが可能である。また、時間スロット同期を
維持するのが容易になり、システムデータ全体のスルー
プットが増大する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、無線通信システ
ムに関し、特に、変調バックスキャッタ技術を用いた無
線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】機械、在庫品または生き物を識別したり
その動きをチェックする目的で、無線周波数識別（ＲＦ
ＩＤ）システムが利用されている。ＲＦＩＤシステム
は、質問器と呼ばれる一つの無線送受信器と、タグと呼
ばれる多数の安価な装置との間で通信する無線通信シス
テムである。ＲＦＩＤシステムの目的は、システム性能
要求を満たしつつ、信頼性のある安全な新しい構造を設
計し、質問器およびタグの全体コストを極力低くするこ
とにある。
【０００３】ＲＦＩＤシステムでは、変調無線信号を使
用して質問器からタグへ通信し、タグは変調無線信号で
応答する。一般には、この通信には、時分割二重化（Ｔ
ＤＤ）または半二重化の技術が利用される。質問器は、
タグにメッセージを送った後に、連続波（ＣＷ）無線信
号をタグに送る。それからタグは、変調バックスキャッ
タリング（ＭＢＳ）を用いてそのＣＷを変調する。この
ＭＢＳでは、アンテナは、変調信号により、ＲＦ放射の
吸収体の状態からＲＦ放射の反射体の状態に電子的にス
イッチ操作される。
【０００４】従来のＭＢＳ技術については、１９７８年
２月２１日付けでH.A.Baldwin らに発行された米国特許
4,075,632号"Interrogation, and Detection System"お
よび１９８２年１１月２３日付けでJ.A.Landtに発行さ
れた米国特許4,360,810号"Multichannel Homodyne Rece
iver"に記載されている。典型的なＭＢＳシステムで
は、質問器からタグへの通信には上述の振幅変調技術を
利用し、タグから質問器への通信にはＭＢＳを利用す
る。
【０００５】従来の技術では、ＭＢＳシステムの通信
は、半二重または時分割二重（ＴＤＤ）を維持する。こ
こでいう半二重とは、質問器からタグへの通信（たとえ
ば振幅変調を利用するもの）をある期間に行い、タグか
ら質問器への通信をＭＢＳを用いて他の期間に行うもの
をいう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＭＢＳシステムは全二
重（ＦＤ）で行うことが望まれる。ＦＤシステムでは、
質問器とタグの両方が、同じ時間に連続的に通信するこ
とが可能である。ＦＤシステムによれば、たとえば、時
間スロット同期を維持するのが容易になり、システムデ
ータ全体のスループットが増大する。
【０００７】ＲＦＩＤシステムの応用は、ダウンリンク
方向（質問器からタグへ）とアップリンク方向（タグか
ら質問器へ）の必要データレートが極端に異なる場合に
ある。そのような応用の例としては、容器またはパレッ
トに取り付けたタグからの情報を読み取るのにＲＦＩＤ
技術を利用するものがある。この応用例の場合、容器
は、たとえば小型トラックに引っ張られて移動し、質問
器の読み取り領域を通過する。読み取り領域は、充分な
交信ができる空間として定義される。タグが読み取り領
域にある間に、質問器からタグへの通信は完了しなけれ
ばならない。タグは読み取り領域を移動しているので、
ＲＦＩＤシステムが交信をうまく完了させるための時間
は限られている。
【０００８】このような応用で、タグは読み取り領域内
をたとえば毎秒１０ｍで移動している。読み取り領域
は、たとえば、質問器から５ｍ離れたところに広がるほ
ぼ円錐形の空間であって、全広がり角が約６０度（質問
器正面方向に対して両側に３０度ずつ）である。この場
合、ＲＦＩＤは各タグとの通信を約０．２秒未満で完了
しなければならない。
【０００９】このため、有効なＲＦＩＤシステムは、
ａ）タグが、質問器の存在をきわめて短い時間内に検出
できるようにすること、ｂ）利用可能な時間内に通信が
完了できるように、タグから質問器へのデータレートを
充分に大きなものとすること、が必要である。さらに、
その読み取り領域内に数個のタグが同時にある場合であ
っても動作できることが必要である。これらの制約条件
から、アップリンク・データレートは５０Ｋｂｐｓ以上
が望ましい。
【００１０】このＲＦＩＤシステムの他の応用では、５
ｍよりもはるかに離れた位置にあるタグに対して質問器
から同じダウンリンク信号で質問する場合がある。この
ような広い領域をカバーするためには、信号対ノイズ比
を許容範囲に維持するためにダウンリンク・データレー
トを制限しなければならない。
【００１１】これらの両立しがたい応用については米国
出願08/206,075号"Modulated Backscatter Wireless Co
mmunication System Having An Extended Range"に記載
されている。そこでは、タグが、電子的な棚ラベルとし
てスーパーマーケットの棚の上に正しい価格を表示する
ように使用されている。この応用例では、ダウンリンク
・データレートは約１Ｋｂｐｓであり、さらに、アップ
リンクのビットレートは許容できる無線帯域を維持する
ように制限されなければならない。
【００１２】したがって、この発明の目的の一つは、た
とえ読み取り領域内に複数のタグが存在してる場合であ
っても、必要なタグデータをすばやく送れるように、比
較的低速のダウンリンクでも比較的高速のアップリンク
を有してすばやく同期をとれるＲＦＩＤを得ることにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明のＲＦＩＤシステムは、全二重で動作する
変調バックスキャッタ技術を利用する。
【００１４】この発明によれば、二重無線通信システム
は、第１の情報信号を無線搬送信号上に変調した第１変
調信号を生成する質問器を有する。変調タイプは、振幅
変調、位相変調、周波数変調、時分割変調、符号分割変
調等から選択する。質問器は、第１変調信号を、そのシ
ステムの少なくとも一つの遠隔タグに送信する。その遠
隔タグはその第１変調信号を受信し、処理する。バック
スキャッタ変調は、第１変調信号の反射である第２変調
信号を変調するために第２情報信号を用いる。質問器
は、第２変調信号を受信し復調して第２情報信号を得
る。一実施例では、復調にはホモダイン検出器を使用
し、その検出器の周波数源として第１変調信号を利用す
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、この発明を適用を示すの
に適したＲＦＩＤシステムの一実施例の全体ブロック図
を示すものである。アプリケーションプロセッサ１０１
は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０２を介
して複数の質問器１０３、１０４に通信する。質問器そ
れぞれはさらに、タグ１０５〜１０７のうちの一つまた
は複数と通信する。たとえば、質問器１０３は、情報信
号を、たとえばアプリケーションプロセッサ１０１から
受信する。質問器１０３はこの情報信号を取り入れ、プ
ロセッサ２００（図２参照）は、タグに送信するのに適
した形式のダウンリンク・メッセージ（情報信号２００
ａ）を生成する。
【００１６】図１および図２において、無線信号源２０
１は無線信号を合成し、変調器２０２はその無線信号に
乗せて情報信号２００ａを変調し、送信器２０３はこの
変調された信号をアンテナ２０４を通じてタグに送信す
る。変調には、たとえば振幅変調が使用される。振幅変
調がよく使用される理由は、振幅変調にすると、タグが
信号を復調する場合に一つの安価な非直線デバイス（た
とえばダイオード）だけでできるからである。
【００１７】図３は、広帯域ＲＦＩＤシステムの全体ブ
ロック図である。変調器３０２は、無線信号源（ＲＦ
源）３０１に乗せて情報信号を変調し、その変調された
無線信号は、この例ではＰＮ符号スプレッダ３０２ａに
送られる。このＰＮ符号スプレッダ３０２ａは変調帯域
をＮ（Ｎはビットあたりのチップの数）倍に増大する。
これにより、無線チャネルの複数経路によるフェージン
グの弊害を少なくすることができる。
【００１８】ＰＮ符号スプレッダ３０２ａの出力は送信
器３０３と受信器部の直交ミキサ３０８の両方に送られ
る。これはたとえば、直接シーケンス・スプレッド・ス
ペクトル（ＤＳ／ＳＳ）システムである。この実施例の
利点の一つは、受信器がＰＮシーケンスを完全に知って
おり、受信された信号帯域を変調のために狭帯域信号に
戻すことができることである。図３の受信器部は図２の
受信器部とほぼ同様であるが、図２のフィルタ／増幅器
２１０の代わりに、増幅器３０９、バンドパス・フィル
タ３１０、制限増幅器３１０ａがある。
【００１９】タグ１０５（図４参照）では、アンテナ４
０１（ふつう、ループアンテナまたはパッチアンテナ）
が変調信号を受信する。この信号は、検出器／変調器４
０２によって直接にベースバンドに復調される。検出器
／変調器４０２は、たとえば一つのショットキー・ダイ
オードである。無線信号の損失を最低限に抑えるように
ダイオードとアンテナ４０１のインピーダンスの整合を
とるために、ダイオードは適切な電流レベルにバイアス
させる。ダイオード検出器の出力は入力信号の直接のベ
ースバンドの復調にほぼなっている。
【００２０】それから情報信号２００ａは増幅器４０３
によって増幅され、クロック回復回路４０４で同期回復
される。クロック回復回路４０４は、質問器に、マンチ
ェスタ符号化を使用した振幅変調信号を送らせることに
よって、性能を高めることができる。出力はプロセッサ
４０５に送られる。
【００２１】プロセッサ４０５は典型的には安価な４ビ
ットまたは８ビットのマイクロプロセッサであり、クロ
ック回復回路４０４は、たとえばプロセッサ４０５と共
同するＡＳＩＣ（特定応用集積回路）である。このタグ
が表示装置を要求する場合は、このプロセッサ４０５は
表示ユニット４０９のドライバとして機能させることも
できる。プロセッサ４０５は、タグ１０５から質問器
（たとえば１０３）に返送すべき情報信号４０６を生成
する。
【００２２】情報信号４０６は変調器制御回路４０７に
送られる。変調器制御回路４０７は、情報信号４０６を
サブ搬送周波数源４０８で生成されたサブ搬送周波数に
変調するのに使用する。サブ搬送周波数源４０８は、た
とえばプロセッサ４０５とは別個の水晶発信器でもよ
く、また、プロセッサ４０５の内部にある信号から（た
とえばプロセッサ４０５の基本クロックから）取り出さ
れる周波数源であってもよい。
【００２３】変調サブ搬送信号４１１は、検出器／変調
器４０２が、タグ１０５から受信した変調信号を変調し
て変調バックスキャッタ信号（たとえば反射信号）を生
成するのに使用される。これは、変調サブ搬送信号４１
１を使用してショットキー・ダイオードを入り切りする
ことによりアンテナ４０１の反射を変化させることによ
って実現される。電池４１０またはその他の電源は、タ
グ１０５の回路に電力を供給する。
【００２４】変調バックスキャッタ（ＭＢＳ）を利用し
てタグから質問器に情報を送る技術には種々のものがあ
る。ＭＢＳ技術の一つの例では、タグの変調器制御回路
４０７が、情報信号４０６の周波数ｆ2で振幅変調され
た信号を生成する。無線信号源２０１がＣＷ周波数ｆ1
を生成するならば、質問器は（ｆ1−ｆ2）と（ｆ1＋
ｆ2）の間の領域の信号を受信し、その領域の外の信号
を除去する。このアプローチは「ベースバンドでのＭＢ
Ｓ」手法と呼ぶことができる。
【００２５】他の例では、図５に示すように、タグが、
周波数源５０１および５０２によって生成された二つの
サブ搬送周波数を生成する。情報は、二つの周波数の間
のサブ搬送周波数遷移による周波数シフトキーイング
（ＦＳＫ）によって伝送される。単一のサブ搬送周波数
による位相シフトキーイング（ＰＳＫ。たとえばＢＰＳ
Ｋ、ＱＰＳＫ）やその他の複合変調方式（たとえばＭＦ
ＳＫ、ＭＡＳＫ）等の他の変調方式も可能である。
【００２６】図２に戻って、質問器１０３は、反射され
変調された信号を受信アンテナ２０６で受信し、その信
号を低ノイズ増幅器２０７で増幅する。そして直交(qua
drature)ミキサ２０８内のホモダイン検出を用いてその
単一サブ搬送波の中間周波数（ＩＦ）に復調する。（質
問器の設計によっては、送信アンテナ２０４と受信アン
テナ２０６とを兼ねた一つのアンテナが使用される。そ
の場合は、受信器チェーンで受信された送信信号をキャ
ンセルするための電子的方法が必要である。これはたと
えばサーキュレータ等のデバイスによって実現でき
る。）
【００２７】送信チェーン手段で使用した無線信号源２
０１と同じものを使用して、ホモダイン検出を使用して
ＩＦへの復調がなされる。これは、受信回路の位相ノイ
ズを減少させるという意味で有利である。それから、ミ
キサ２０８は復調信号２０９を適当にフィルタするため
にその復調信号２０９を（直交ミキサを使用する場合
は、Ｉ信号（同相）とＱ（直交相）信号の両方を）フィ
ルタ／増幅器２１０に送る。
【００２８】出力のフィルタされた信号は、（それか
ら、典型的にはＩＦサブ搬送波上で搬送される情報信号
２１１が、）サブ搬送復調器２１２でサブ搬送波から復
調する。次にサブ搬送復調器２１２は、メッセージの内
容を判定するために情報信号２１３をプロセッサ２００
に送る。変調信号２０９のＩチャネルとＱチャネルは、
フィルタ／増幅器２１０もしくはサブ搬送復調器２１２
内で結合されるか、またはプロセッサ２００で結合され
ることも可能である。質問器１０３からタグ１０５への
リンクを経由したメッセージと、タグ１０５から質問器
１０３へのリンクを経由したメッセージとの両方でエラ
ー検出を行うのがふつうであろう。
【００２９】上に例示した技術を使用して、安価な、短
距離（ショートレンジ）、双方向ディジタル無線通信チ
ャネルが実現される。これらの技術では、たとえば、シ
ョットキー・ダイオード、信号強度を高めるための増幅
器、ビット同期およびフレーム同期のための回路、安価
な４ビットまたは８ビットのマイクロプロセッサ、サブ
搬送波生成回路、および電池からなるので、安価であ
る。これらの部品のほとんどは他の用途向けに大量に生
産されているものであるから特に高価なことはない。
【００３０】ビット同期およびフレーム同期のための、
そしてサブ搬送波生成のための上述の回路は、マイクロ
プロセッサ・コアの周辺のカスタムロジックで実現でき
る。したがってチップの比較的小さな領域を除いては、
これらの機能はほとんど「タダ」で提供される。このよ
うな回路については、前出の米国特許出願08/206,075号
および米国特許出願08/409,782号"Detector And Modula
tor Circuits For Passive Microwave Links"に記載さ
れている。
【００３１】［全二重］従来のＲＦＩＤシステムでは、
通常、ＭＢＳシステムがＣＷトーンの変調を必要とする
ので、ダウンリンク機能とアップリンク機能とをＴＤＤ
によって分離する。また、ダウンリンク信号とアップリ
ンク信号との間の干渉がありうるので、ＲＦＩＤシステ
ムは全二重モードで運用できなかった。本発明は、同期
をとる方法を利用してＭＢＳシステムがいかにして全二
重モードで使えるかを開示する。また、ＲＦＩＤシステ
ムで全二重運用を実現する数種類の実施例を記述する。
【００３２】（同期）図６において、比較的少ないダウ
ンリンク・ビットでダウンリンク・メッセージの同期を
とる方法を記載する。ダウンリンク・メッセージは複数
のフレーム６０１に分割され、各フレームは複数のスロ
ットに分割される。以下に、タグ１０５がダウンリンク
信号のスロットとフレームの同期をとる方法を概説す
る。
【００３３】ダウンリンク・スロット６０２は１スロッ
トあたりｎ個のビットを有し、これらのうちのｍ個のビ
ットはフレーム／スロット同期６０５にとっておかれ
る。ｍビットは、Ｋの長さの符号長を有する疑似ランダ
ムノイズ（ＰＮ）発生器（図７）から導き出される。フ
レーム内の各スロットはそれぞれが、長さＫのＰＮ符号
から導き出される特有のｍビット同期ワードを有する。
したがって、いったん、ＲＦＩＤタグ１０５がダウンリ
ンクＰＮ符号に同期すると、スロットタイミングとフレ
ームタイミングの両方が得られる。
【００３４】タグ１０５がビット同期を得た後に、入力
された連続ビットストリームのＭ個のシフトしたコピー
が、Ｍ個のレジスタを用いてプロセッサ３０５内に蓄積
される。ダウンリンク通信チャネルには、１フレームあ
たりＮ個のスロットがあり、１スロットあたりｎ個のビ
ットがある（図６参照）。この内、１スロットあたりｍ
個のビットはダウンリンク・フレーム同期のためにあら
かじめ割り当てられる。したがって、一つのフレーム内
に、長さＫの疑似ランダム（ＰＮ）発生器（図７参照）
を必要とするＮ×Ｍ個の同期ビットがある。ただし、２
K−１＝Ｎ×ｍとし、それぞれ１ビットのオフセットが
あるとする（これは、約Ｋ＋Ｍミリ秒(msec)のサンプリ
ングであり、ＳＲＡＭのＭバイトでできる）。
【００３５】Ｍ個のレジスタは、質問器によるダウンリ
ンク同期ビットを生成するのに使用した元のＰＮ発生器
と同じフィードバック・タップを有する。Ｍ個のレジス
タを満たすのに十分なチャネルビット（典型的にはＫビ
ット）を抽出した後に、各レジスタは、ＰＮシーケンス
における次のビットを計算し、その出力を抽出された次
のチャネルビットと比較する。この過程を、一つのレジ
スタが最後に抽出されたＬ個のチャネルビットをうまく
予測するまで繰り返す。ここに、Ｌは、偽の同期を検出
するための同期時間との妥協をはかるための設計パラメ
ータである。
【００３６】これが得られると、タグは、その勝ったレ
ジスタ内のＰＮシーケンスの値によって、スロット同期
とフレーム同期の両方の知識を有する。ＲＦＩＤシステ
ムの望ましいスループットと無線チャネルのビットエラ
ーレート（ＢＥＲ）が与えられたときに、パラメータ
Ｎ、Ｍ、ｎ、ｍ、Ｌ、Ｋの値を決めるのはタグ設計者の
仕事である。
【００３７】プロセッサ４０５は、ビット同期を得るの
に使用されるサンプルタイミング・ビットの起こる時刻
を蓄積することによって、クロック回復回路４０４の動
作能力をさらに高めることができる。回復回路およびプ
ロセッサが、抽出した時刻ビットから、ダウンリンク・
ビットストリームの適当なタイミングを決定した後に、
プロセッサは、同じ抽出したタイミングビットから最初
の変調ビットストリームを復調することができる。これ
により、最初の変調ビットストリームを再度抽出する必
要がなくなり、その結果、最初の変調信号の、より速く
てより正確な復調が実現される。かりに再度抽出する場
合は、ダウンリンクとタグクロックの間の追加の遅延お
よび追加のオフセットが加わることになる。
【００３８】実施例として、Ｎ＝２１スロットからなる
ダウンリンク・フレームを考える。各スロット（たとえ
ば６０１）は、１Ｋｂ／ｓ（したがって１ビット＝１ミ
リ秒）におけるｎ＝７マンチェスタ符号化情報ユニット
（ＩＵｓ）（たとえばビット数）を有している。ここで
は、ダウンリンク・ビットストリーム内に同期ビットが
割り当てられうる二つの方法について説明する。
【００３９】まず、一つのビット（リスン(Listen)Ｉ
Ｕ）を除くすべてのビット（ＩＵ１…ＩＵ６）はそれぞ
れが同期ビットとして使用され、ＰＮシーケンスシフト
レジスタの出力から導出される。残りの一つのビットは
「リスン」ビットとして使用される。そのような同期メ
ッセージタイプは６０３に示されている。このような同
期ビットは、スロットおよびフレームの高速配置を可能
にする。（スロット同期が得られる前に、ビット同期が
維持されていなければならない。）ビットエラーレート
（ＢＥＲ）が１０ー1であっても、この同期処理にかかる
時間は３０ミリ秒未満でなければならない。
【００４０】しかし、メッセージタイプ６０３を使用す
ることによっては、ダウンリンクにはいかなる情報も送
信できない。一方、データメッセージタイプ６０４を使
用するときは、同期信号６０５として（より一般的には
制御信号として）２〜３ビット（たとえば、ｍ＝２）だ
けを割り当て、残り（たとえば４個）の信号６０６はデ
ータメッセージとして割り当てられる。メッセージタイ
プ６０４を使用する場合は、既知の同期シーケンスに対
比させるのに十分な同期ビットを集めるのに必要な期間
が長くなるので、余分な同期時間が必要となる。
【００４１】両方のメッセージタイプを同時に使用する
こともできる。通常は、ダウンリンク・メッセージはほ
とんどすべてのビット（リスンビットを除く）を同期ビ
ットとして使用し、タグはこのモードの間に初期同期を
得ることができるだけである。
【００４２】質問器１０３がタグ１０５と通信する必要
があるとき、質問器１０３は、最後の同期メッセージ６
０３の中にリスンビットを立てることによってダウンリ
ンク・メッセージがタグに行くということを、初めにタ
グに知らせる。次のメッセージ６０４で質問器１０３は
初めの２ビットを同期に使用し、次の４ビットをメッセ
ージに使用する。このモードにおける二つの同期ビット
は、その質問器と通信しているタグ、または同期が取ら
れていて要求されたアップリンク・メッセージまたは情
報を送信する過程にあるタグが、同期を維持するのに使
用される。
【００４３】この同期方法により支払われる料金は、通
信領域に入り込むタグが、同期を取るために必要な長い
時間に対するものである。しかし、質問器が一つのタグ
と全二重通信をしているとき、他のタグはそのＲＦチャ
ネルを使用できない。したがって、極端に速い同期時間
を必要とする応用には、本発明は適していない。速い同
期時間を必要としない環境においては、遅い（２ビット
の）方法が常に使用できる。したがって、常に全二重を
必要とする応用には、このエア・インタフェースプロト
コルは適していない。
【００４４】質問器１０３が特定のタグ１０５と通信し
たいとき、質問器１０３はリスンビットを設定し、次の
スロット内の初めの２ビットを同期ビット（ＰＮレジス
タのうちの二つの最重要ビット）で埋め、メッセージフ
ィールドに所望のＲＦＩＤタグのアドレスを入れる。
（４ビットメッセージフィールドにＮ／２バイトメッセ
ージを入れるために、次のＮスロットを使用する。）
【００４５】次に、質問器１０３はリスンビットをクリ
アし、次のスロットで高速同期フォーマットを再開す
る。すでに同期を得たタグ１０５は、二つの同期ビット
を、ダウンリンクの全二重メッセージングモードの間、
同期を維持するために使用することができる。これは、
リスンビットを適当に復合化することによって達成でき
る。
【００４６】（部分ＡＭ変調）全二重化を達成するため
の第１の方法は、以下に説明する部分ＡＭ変調と呼ばれ
る方法である。図８において、従来技術では、ダウンリ
ンク信号は、１００％の変調指数（８０１）で振幅変調
を使用して送られた。すなわち、必要なデータレートお
よび変調方式により、送信器は完全に「オフ」または完
全に「オン」とされる。したがって、振幅変調された信
号がマンチェスタ符号化を使用する場合を想定すると、
質問器信号は、半分の時間は完全にオンであり、半分の
時間は完全にオフである。したがって、全二重動作で
は、ＣＷトーンが送信されようとしてアップリンクビッ
トのところに来たとき、複数のアップリンクビットのう
ちの一部分だけがＣＷトーンを持つことになる。
【００４７】部分ＡＭ変調（８０２）では、ダウンリン
ク信号は、「オン」の時は１００％オン（たとえば質問
器１０３が最大出力レベル）で、「オフ」の時は中間の
値（ゼロ出力レベルでなく、たとえば５０％出力）で送
信される。このようにして、ダウンリンク信号は振幅変
調されるが、搬送波が常に（完全にまたは部分的に）存
在する。上述の例では、ダウンリンク信号対ノイズ比は
３ｄＢ低減する。「オフ」信号が５０％出力レベルで伝
搬するからである。
【００４８】上述のように同期が得られ、タグ１０５が
そのデータをいつ返送すべきかを知った後は、タグは、
受信したダウンリンク信号の振幅変動に直接影響を受け
ない変調方式（たとえば位相シフトキーイング（ＰＳ
Ｋ））を使用する。ＰＳＫ信号は、ダウンリンク信号が
受信されつつあるときに送信することもできる。変調ダ
ウンリンク搬送波８０３は、質問器１０３の直交ミキサ
２０８に入力される「ローカル発振器」信号２１４とし
て使用される。このように、ホモダイン検出によって得
られる位相ノイズ除去が変調信号に適用される。
【００４９】部分ＡＭ変調をうまく行うためには、アッ
プリンク信号を送信するのに使用するサブ搬送周波数４
０８の選択に注意しなければならない。このサブ搬送周
波数４０８を選択する場合はダウンリンク信号およびア
ップリンク信号のデータレートを考慮する必要がある。
アップリンク信号の周波数がダウンリンク信号から十分
に離れていることが大切である。すなわち、タグ１０５
からの反射ダウンリンク（たとえばＭＢＳ）信号が復調
したアップリンク信号からフィルタで分離できる程度に
周波数が離れているべきである。
【００５０】反射されたダウンリンク信号は質問器に受
信され、搬送周波数から数ＫＨｚ離れたベースバンド
（に近い）ノイズとして現れる。この信号は、より高い
サブ搬送周波数において、より弱いかもしれないアップ
リンク信号に打ち勝つだけの十分な振幅を有することが
ありうる。
【００５１】ある適用例では、より弱いアップリンク信
号が聞き取れるようにするために、ベースバンド近くの
反射されたダウンリンク信号は、約１５０ｄＢ低下させ
なければならない。これだけの低下を実現するための一
つの方法として、質問器１０３が送信アンテナ２０４と
受信アンテナ２０６を別個に持ちこれらのアンテナの分
離を約４０ｄＢとする方法がある。この分離は、二つの
アンテナを物理的に離すことにより、またはそれらの間
に何らかの障壁のようなものを置くことなどにより簡単
に達成できる。
【００５２】アンテナの分離のほか、フィルタ増幅器
（図２の２１０参照）は、サブ搬送周波数からベースバ
ンドまで少なくとも１１０ｄＢ（１５０マイナス４０）
の除波(rejection)を得られるように保証されなければ
ならない。ある種の応用に対しては、約２５０ＫＨｚ以
上のサブ搬送周波数が望ましいが、簡単な設計のフィル
タ（３極フィルタで十分である）で、必要な除波を達成
することができる。
【００５３】（挿入(インタキャレーテド,Intercalate
d)アップリンク）本発明の他の態様では、挿入アップリ
ンクと呼ばれる技術を使用して達成することができる。
この場合、アップリンク・データレートに比べてダウン
リンク・データレートが低いという事実を利用する。挿
入アップリンク方法は、図９に模式的に示される。図９
は、低ビットレート・ダウンリンク信号（すなわちメッ
セージ）９０１がマンチェスタ符号化を使用していると
仮定している。しかし、それは挿入アップリンク方法に
とって必須要件ではない。
【００５４】この方法において、ダウンリンク・メッセ
ージ信号９０１は従来の方式（すなわち、「オン」は１
００％出力、「オフ」は０％出力）で振幅変調されるも
のと仮定する。質問器１０３は、ダウンリンク信号９０
１がいつ「オン」になっているかと、またいつ「オフ」
になっているかを知っている。ここではアップリンク変
調方式はどうでもよく、たとえば従来の変調方式のいず
れでもよい。さらに、一つのビット（たとえば９０５）
のダウンリンクが「オン」の期間内に一つのアップリン
ク・メッセージ９０２全体が送信される必要はなく、そ
のアップリンク信号が数個のビット期間（９０５〜９０
７）に分散していてもまったく問題ない。
【００５５】タグ１０５は、必ずしも、ダウンリンク信
号が「オン」の時（たとえば９０２〜９０４）にだけデ
ータを送信するというわけではない。図９において、上
述のように、ダウンリンク信号は振幅変調され、マンチ
ェスタ符号化されていると想定する。この場合、各ビッ
ト期間９０５〜９０７の間において、ビット期間の半分
は、ダウンリンク信号が「オン」であり、半分は「オ
フ」である。タグ１０５は、同じ一群のビット（そのビ
ット期間の半分に適合するだけの数のビット）をそのビ
ット期間内に２回送信することが可能である。
【００５６】質問器１０３はいつダウンリンク信号が
「オン」になったかを知るので、ダウンリンク信号が
「オフ」の時、質問器は、有効なアップリンクビットを
いつ聞くべきか、そして受信した信号をいつ廃棄すべき
か（ダウンリンク送信器が「オフ」であるからノイズの
はずである）を正確に知ることは簡単にできる。
【００５７】図１０は、マンチェスタ符号化したダウン
リンク・フレーム信号１００１の２個のビット（ビット
１とビット２）を示す。ここに、マンチェスタ符号化し
たビットそれぞれは、高セグメントＨと低セグメントＬ
とを有する。図１０には、一つのアップリンクメッセー
ジ信号１００２の複製され回転されたビットも示されて
いる。図１０は、ダウンリンク１００１がいつ「オン」
または「オフ」に変わるかを知らないで、タグがアップ
リンク・メッセージ信号１００２内で回転をなすことが
あることを示している。アップリンク・メッセージ信号
１００２は、質問器がアップリンク・メッセージを再組
み立てするのを助ける同期ビット（たとえばよく知られ
たベーカーシーケンス）を含む。
【００５８】（複合変調技術）この発明の他の態様によ
れば、ダウンリンクおよびアップリンクにおいて全二重
動作を達成するために異なる変調方式を組み合わせるこ
とも可能である。たとえば図２において、変調器２０２
は位相変調を利用するものであってもよい。この場合は
もちろん、タグ１０５でいくぶん複雑な受信器を必要と
する（図４で、検出器／変調器４０２がより複雑とな
り、位相変調された信号を検出できる無線受信器を含む
ことになる）。アップリンクでは、タグ１０５は、位相
変調された信号を、変調されバックスキャッタされるべ
き信号としてもつ、変調バックスキャッタ（ＭＢＳ）を
利用することができる。
【００５９】一つの実施例として、ダウンリンクにバイ
ナリ位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）を利用し、ＭＢ
Ｓを使用するアップリンクに周波数シフトキーイング
（図５参照）を利用することができる。他の実施例で
は、ダウンリンクにはＢＰＳＫを利用し、ＭＢＳを使用
するアップリンクでは振幅変調（ＡＭ）を利用すること
もできる。
【００６０】ダウンリンク・データレートがアップリン
ク・データレートに比べてはるかに小さい場合、上述の
挿入アップリンク方法を使用して、ダウンリンクのＰＳ
Ｋ変調とアップリンクのＰＤＫ変調とを組み合わせるこ
とが可能である。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、質問器とタグの両方
が、同じ時間に連続的に通信することが可能である。ま
た、時間スロット同期を維持するのが容易になり、シス
テムデータ全体のスループットが増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムの実施例
のブロック図。
【図２】図１のＲＦＩＤシステムで使用される質問器ユ
ニットの実施例のブロック図。
【図３】図１のＲＦＩＤシステムで使用される広帯域
（ＤＳ／ＳＳ）質問器ユニットの実施例のブロック図。
【図４】図１のＲＦＩＤシステムで使用されるタグユニ
ットの実施例のブロック図。
【図５】図１のＲＦＩＤシステムで使用されるタグユニ
ットの他の実施例のブロック図。
【図６】質問器ユニットからタグユニットに送信される
ダウンリンク・フレーム信号の説明図。
【図７】疑似ランダムノイズ（ＰＮ）発生器の模式図。
【図８】ダウンリンク・フレーム信号の全変調および部
分変調を示すチャート。
【図９】マンチェスタ符号化したダウンリンクフレーム
信号と、アップリンクメッセージ信号とを示すチャー
ト。
【図１０】マンチェスタ符号化したダウンリンク・フレ
ーム信号と、複製され回転されたアップリンク・メッセ
ージ信号とを示す説明図。
【符号の説明】
１０１ アプリケーションプロセッサ １０２ ローカルエリアネットワーク
（ＬＡＮ） １０３、１０４ 質問器 １０５、１０６、１０７ タグ ２００、３００ プロセッサ ２００ａ、３００ａ 情報信号 ２０１、３０１ 無線信号源 ２０２、３０２ 変調器 ２０３、３０３ 送信器 ２０４、３０４ 送信アンテナ ２０６、３０６ 受信アンテナ ２０７、３０７ 低ノイズ増幅器 ２０８、３０８ 直交ミキサ ２０９ 変調信号 ２１０ フィルタ／増幅器 ２１１、３１１ 情報信号 ２１２、３１２ サブ搬送復調器 ２１３、３１３ 情報信号 ２１４、３１４ 信号 ３０２ａ ＰＮ符号スプレッダ ３０９ 増幅器 ３１０ バンドパスフィルタ ３１０ａ 制限増幅器 ４０１ アンテナ ４０２ 検出器／変調器 ４０３ 増幅器 ４０４ クロック回復回路 ４０５ プロセッサ ４０６ 情報信号 ４０７ 変調器制御回路 ４０８ サブ搬送周波数源 ４０９ 表示ユニット ４１０ 電池 ４１１ 変調サブ搬送信号 ５０１、５０２ 周波数源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 7/26 (72)発明者 アール．アンソニー ショバー アメリカ合衆国，07701 ニュージャージ ー、レド バンク、マニー ウェイ 29 (72)発明者 ジョバンニ バヌッチ アメリカ合衆国，07701 ニュージャージ ー、レッド バンク、ルトレッジ ドライ ブ 329 (72)発明者 グレゴリー アラン ライト アメリカ合衆国，07722 ニュージャージ ー、コルツ ネック、カウンティ ロード イースト 161

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線通信システムにおいて、 第１情報信号を無線搬送信号の上に変調することにより
    第１変調信号を生成する手段（２０２）と、 前記第１変調信号を少なくとも一つのタグ（１０５）に
    送信する手段（２０３）と、 を具備する質問器（１０３）を有し、 前記少なくとも一つのタグ（１０５）は、 前記第１変調信号を受信する受信手段（４０１〜４０
    ５）と、 第２情報信号を用いてアンテナからの前記第１変調信号
    の反射を変調するバックスキャッタ変調手段（４０２、
    ４０７）とを有し、 前記質問器（１０３）は、前記第２情報信号を得るよう
    に、受信した第２変調信号を復調する手段（２１２）を
    有することを特徴とする無線通信システム。
  2. 【請求項２】 前記第１変調信号は、少なくとも、振幅
    変調、位相変調、周波数変調、時分割変調、符号分割変
    調を含む一群の変調タイプの中から選択される第１変調
    タイプを用いて生成されるものであることを特徴とする
    請求項１の無線通信システム。
  3. 【請求項３】 前記第２変調信号は、少なくとも、振幅
    変調、位相変調、周波数変調、時分割変調、符号分割変
    調を含む一群の変調タイプの中から選択される第２変調
    タイプを用いて生成されるものであることを特徴とする
    請求項１の無線通信システム。
  4. 【請求項４】 前記質問器復調手段は、前記第１変調信
    号を周波数源として使用するホモダイン検出器を含むこ
    とを特徴とする請求項１の無線通信システム。
  5. 【請求項５】 前記受信手段は、メッセージセグメント
    と制御セグメントとを含む少なくとも一つのメッセージ
    スロットを得るために、受信した前記第１変調信号を復
    号化する手段（４０２）を含むこと、 を特徴とする請求項１の無線通信システム。
  6. 【請求項６】 少なくとも一つのメッセージセグメント
    が、前記少なくとも一つのタグを前記受信した第１変調
    信号に同期させるために使用される同期メッセージを含
    むこと、 を特徴とする請求項５の無線通信システム。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも一つのメッセージセグメ
    ントがさらに、データセグメントを含むこと、を特徴と
    する請求項６の無線通信システム。
  8. 【請求項８】 前記前記受信手段が、 少なくとも一組の２個以上のメッセージスロットの組の
    排他的論理和データによって、その受信する手段を前記
    一つ以上のメッセージスロットに同期させる同期手段
    （４０４、４０５）をさらに具備すること、 を特徴とする請求項５の無線通信システム。
  9. 【請求項９】 前記受信手段が、さらに、前記同期手段
    による同期が得られたことに応じて、次に受信されたメ
    ッセージスロットから第１メッセージを抽出する手段を
    有し、 その第１メッセージは、 （１）前記受信手段を、前記次に受信されたメッセージ
    スロットの開始に同期させる同期メッセージと、 （２）前記受信手段がリスンモードにあるべきかどうか
    を指示する制御メッセージと、 を含むこと、を特徴とする請求項８の無線通信システ
    ム。
  10. 【請求項１０】 前記受信手段が、さらに、前記同期手
    段による同期が得られたことに応じて、次に受信された
    メッセージスロットから第２メッセージを抽出する手段
    を有し、 その第２メッセージは、 （１）前記受信手段を、前記次に受信されたメッセージ
    スロットの始まりに同期させる同期メッセージと、 （２）前記受信手段がリスンモードにあるべきかどうか
    を指示する制御メッセージと、 （３）前記タグのための情報を具備するデータメッセー
    ジと、 を含むこと、を特徴とする請求項８の無線通信システ
    ム。
  11. 【請求項１１】 前記制御メッセージが第１状態にある
    ときには、その時点のスロットの次に受信されるスロッ
    トの中の第１メッセージを聞くようにそのタグに命じ、 前記制御メッセージが第２状態にあるときには、その時
    点のスロットの次に受信されるスロットの中の第２メッ
    セージを聞くようにそのタグに命じること、 ことを特徴とする請求項９または１０の無線通信システ
    ム。
  12. 【請求項１２】 前記受信手段はさらに、前記第１変調
    信号からタイミング同期データおよび復号化データ（４
    ０２、４０４、４０５）を有すること、を特徴とする請
    求項１の無線通信システム。
  13. 【請求項１３】 前記第１変調信号は、振幅変調信号で
    あって、オン／オフ・キーイングを利用するものである
    こと、を特徴とする請求項１の無線通信システム。
  14. 【請求項１４】 少なくとも一つのタグが、さらに、 オン／オフ・キーイングがオン状態にあるときに、バッ
    クスキャッタ変調を可能とし、オン／オフ・キーイング
    がオフ状態にあるときに、バックスキャッタ変調を不可
    能とする手段を有すること、 を特徴とする請求項１３の無線通信システム。
  15. 【請求項１５】 前記オン／オフ・キーイングはマンチ
    ェスタ符号化を利用するものであることを特徴とする請
    求項１３の無線通信システム。
  16. 【請求項１６】 前記第１変調タイプは、振幅シフト・
    キーイング（ＡＳＫ）を利用する部分振幅変調であっ
    て、 前記タグは、 ＡＳＫ変調を検出する手段と、 前記バックスキャッタ変調を可能にし、第２変調信号を
    前記第１ＡＳＫ変調信号に重ねる手段と、 を有すること、を特徴とする請求項１３の無線通信シス
    テム。
  17. 【請求項１７】 前記前記タグのうちの少なくとも一つ
    は、 オン状態の時に第２変調信号を生成し、オフ状態の時に
    同じ繰り返しの第２変調信号を生成する手段を有し、 前記バックスキャッタ変調手段は、オン状態の時とオフ
    状態の時に動作可能であること、 を特徴とする請求項１３の無線通信システム。
  18. 【請求項１８】 前記タグのうちの少なくとも一つは、 第２変調信号と、この第２変調信号との間に一定のオフ
    セットを有する同じ繰り返し第２変調信号とを発生する
    手段を有すること、 を特徴とする請求項１３の無線通信システム。
  19. 【請求項１９】 前記第２情報信号は、 論理ゼロ状態を第１疑似ランダムパタンのビットとして
    符号化し、 論理１状態を、前記第１疑似ランダムパタンとほぼ直交
    する、第１疑似ランダムパタンとは異なる第２疑似ラン
    ダムパタンのビットとして符号化するものであり、 前記受信手段は、前記第１変調信号の中で受信された前
    記第１および第２の疑似ランダムパタンのビットから、
    前記第２情報信号を復元する手段（４０４、４０５）を
    含むこと、 を特徴とする請求項１の無線通信システム。
  20. 【請求項２０】 無線通信システムに使用されるタグに
    おいて、 アンテナで第１変調信号を受信する手段（４０１〜４０
    ５）と、 前記アンテナからの前記第１変調信号の反射を、第２情
    報信号を用いて変調し、それによって第２変調信号を形
    成するバックスキャッタ変調手段（４０２、４０７）
    と、 を有することを特徴とするタグ。
  21. 【請求項２１】 無線通信システムの運用方法におい
    て、 質問器で、第１情報信号を無線搬送信号の上に変調する
    ことにより第１変調信号を生成するステップと、 前記第１変調信号を少なくとも一つのタグに送信するス
    テップと、 前記少なくとも一つのタグで、 前記第１変調信号を受信するステップと、 バックスキャッタ変調器を用いて、前記第１変調信号の
    アンテナからの反射を、第２情報信号を用いて変調し、
    それによって第２変調信号を形成するステップと、 前記質問器で、受信した第２変調信号を復調して、前記
    第２情報信号を得るステップと、 を有する方法。
  22. 【請求項２２】 無線通信システムで使用されるタグの
    使用方法において、 アンテナで第１変調信号を受信するステップと、 バックスキャッタ変調器を用いて、前記第１変調信号の
    アンテナからの反射を第２情報信号を用いて変調し、そ
    れによって第２変調信号を形成するステップと、 を有することを特徴とする方法。
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