JPH0927773A - デュアルモード変調バックスキャッタ・システム - Google Patents

デュアルモード変調バックスキャッタ・システム

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JPH0927773A
JPH0927773A JP8156866A JP15686696A JPH0927773A JP H0927773 A JPH0927773 A JP H0927773A JP 8156866 A JP8156866 A JP 8156866A JP 15686696 A JP15686696 A JP 15686696A JP H0927773 A JPH0927773 A JP H0927773A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 無線通信システムは、第1情報信号を無
線搬送信号上に変調した第1変調信号を生成し送信する
質問器103を有する。その第1情報信号は、受信した
タグ105が、複数の応答モードのうちのどれで応答す
べきかを、指示する。そのシステムの少なくとも一つの
タグはその第1変調信号を受信し、復号化して第1情報
信号を得る。バックスキャッタ変調器が、第2情報信号
を用いて第1変調信号の反射を変調する。第2情報信号
の内容、データレートまたは変調は、第1情報信号によ
って決定され、それによって、反射第2変調信号を形成
する。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】 タグが、質問器の存在を短時間内に検出で
き、しかも、利用可能時間内に通信が完了できるよう、
タグから質問器へのデータレートを大きくできる。

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。
【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(ダウンリンクと呼ばれる)
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(無線周波数)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。この変調バックスキャッタにより、タグから質
問器への通信(アップリンクと呼ばれる)が可能になっ
ている。
【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】RFIDシステムの応用は、必要データレ
ートと必要レンジが極端に異なる場合にある。大きなレ
ンジを得るためには、データレート、特にアップリンク
のデータレートを低減させなければならない。これは、
0.2〜0.3秒程度の間、変調されていないサブ搬送
波を、受信されたCW信号の上にバックスキャッタ変調
することによって達成できる。それから、CW信号がホ
モダイン検出を経た後に、質問器は、反射されたCW信
号の上で、変調されていないトーンを聞く。
【0006】より高いビットレートを実現するために、
タグは、情報信号を生成し、その情報信号を搬送波の上
で変調し、そしてその変調された搬送波を、CW無線信
号をバックスキャッタ変調するのに使用する。質問器で
は、検出された後に、その情報信号がサブ搬送信号から
復調される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のRFID
システムは一般に、タグがロング・レンジモードか高ビ
ットレート・モードかのどちらか一方で動作可能である
が、両方のモードでの動作は不可能であり、これは不都
合である。
【0008】RFIDシステムで、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応用範囲が
存在する。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RF
ID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。
【0009】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0.5秒未満で完了
しなければならない。
【0010】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。
【0011】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。
【0012】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である。
【0013】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。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、無線
通信システムは、第1情報信号を無線搬送信号上に変調
した第1変調信号を生成し、これを送信する質問器を有
する。その第1情報信号は、受信したタグが、複数の応
答モードのうちのどれで応答すべきかを、指示する。そ
のシステムの少なくとも一つのタグはその第1変調信号
を受信し、復号化して第1情報信号を得る。バックスキ
ャッタ変調器が、第2情報信号を用いて第1変調信号の
反射を変調する。第2情報信号の内容、データレートま
たは変調は、第1情報信号によって決定され、それによ
って、反射第2変調信号を形成する。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。
【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】タグ105(図3参照)では、アンテナ3
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3
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302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301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。
【0018】それから情報信号200aは増幅器303
によって増幅され、クロック回復回路304で同期回復
される。クロック回復回路304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
305に送られる。
【0019】プロセッサ305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304は、たとえばプロセッサ305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305は
表示ユニット309のドライバとして機能させることも
できる。プロセッサ305は、タグ105から質問器
(たとえば103)に返送すべき情報信号306を生成
する。
【0020】情報信号306は変調器制御回路307に
送られる。変調器制御回路307は、情報信号306を
サブ搬送周波数源308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308は、た
とえばプロセッサ305とは別個の水晶発信器でもよ
く、また、プロセッサ305の内部にある信号から(た
とえばプロセッサ305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。
【0021】変調サブ搬送信号311は、検出器/変調
器302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31
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301の反射を変化させることによ
って実現される。電池310またはその他の電源は、タ
グ105の回路に電力を供給する。
【0022】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
307が、情報信号306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
2)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。
【0023】他の例では、図4に示すように、タグが、
周波数源401および402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。
【0024】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。)
【0025】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(同相)信号とQ(直交相)信号の両方を)フィ
ルタ/増幅器210に送る。
【0026】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。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】この発明によれば、RFIDシステムのタ
グユニットは、「デュアルモード」で運用可能である。
タグは、質問器からのコマンドに基づいて、(比較的大
きなレンジを得る)「単一トーン」認識、または(より
せまいレンジについて、より大きなデータレートについ
ての)情報信号認識をもって、質問器に応答する。この
発明のRFIDシステムは、前に特定された同時出願中
の関連出願において開示された周知の時分割二重化(T
DD)、半二重化または全二重化技術を用いて通信する
ことができる。
【0030】この発明の基本的特徴は、 a)タグはダウンリンクメッセージを受信することがで
きなければならない。 b)タグは、どのタイプのアップリンク・メッセージを
そのタグが送信すべきか、そのメッセージは実データメ
ッセージ(比較的高いビットレート・モード)か、また
は「単一トーン」認識メッセージ(長レンジモード)か
を、ダウンリンク・メッセージで受信した情報に基づい
て、伝達されなければならない。 c)タグは、要求されたタイプのアップリンク・メッセ
ージを送信する。 d)質問器は、受信したアップリンク・メッセージを適
当な方法で解読する。
【0031】長レンジモードの認識メッセージには数種
類のタイプがありうる。一般に認識メッセージは、実デ
ータメッセージ(高ビットレートモード)のデータレー
トよりもはるかに小さい。そのため、はるかに小さな周
波数帯までフィルタをかけることができ、その結果、高
ビットレートモードよりも大きなレンジを許す。受信し
た信号のノイズ帯域が、狭帯域フィルタリングによって
弱められるからである。したがって、認識メッセージ
は、低ビットレートデータ・メッセージから、または単
一ビット情報からなっている。
【0032】単一ビットの情報を送信するために、タグ
は、入力信号に変調されうる変調されていないサブ搬送
周波数を、変調バックスキャッタを用いて生成すること
ができる。ついで質問器は、単一周波数トーンの反射信
号を受信する。そのとき狭帯域フィルタリング技術は、
ノイズ帯域を縮小し、この信号の存否を判定する。
【0033】タグ105は、質問器103から送信され
た情報ビットを検出し組み合わせて完全なダウンリンク
・メッセージを作る。典型的には、複数同期ビットのパ
タンが、ダウンリンク・メッセージの初めに送信され
る。これらのビットによってタグは、ビットとメッセー
ジの同期を得て、ダウンリンク・メッセージの初めと終
わりを判定することができるようになる。同期の技術と
しては、前出の継続中の出願明細書に記載された方法を
含む周知の方法が利用できる。
【0034】ダウンリンク・メッセージが組み合わされ
ると、たとえば図5に示すような形態になる。RFID
タグアドレス501は、質問器103が通信しようとし
ている相手のタグ105のアドレスである。RFIDタ
グアドレス501の中のビット数をなるべく小さく保つ
ために、このアドレスは、たとえば、タグアドレスのも
っと長いテーブルになるハッシュした(細切れにした(h
ashed))指標であってもよい。その場合、質問器103
は、ある確率をもって正しいタグにアドレスする。コマ
ンドデータ502は、タグが正しい機能をはたすように
指示するビットを含む。たとえば、データがタグ105
に蓄積される場合、データはデータメッセージ・フィー
ルド503に送られればよい。
【0035】データの正確度は、エラー検出フィールド
504で保証される。ダウンリンク・メッセージのコマ
ンドデータ502またはデータメッセージ503の部分
は、タグ105が質問器にメッセージを返すべきである
という指示を出すこともできる。たとえば、タグは、タ
グIDその他のその適用機に特有のデータ等の蓄積デー
タを返してもよい。ダウンリンクメッセージの他のタイ
プでは、タグはただ1個のビットの認識メッセージを返
送すべきであると指示してもよい。
【0036】このようにして、タグ105のプロセッサ
305は、ダウンリンク・メッセージ内の情報に応じ
て、どのタイプのアップリンク信号(データメッセージ
か、それとも「単一トーン」認識メッセージか)を送信
するかを決定する。タグ105がデータメッセージ(す
なわち情報信号)または単一ビット認識メッセージを送
信するには数種類の方法がある。質問器103は比較的
簡単に、これら2種類の異なるタイプのメッセージを受
信し、識別することができる。
【0037】図3において、タグ105が複数ビットの
情報信号を送信しようとする場合、プロセッサ305は
情報信号を変調器制御回路307に送る。変調器制御回
路307は、サブ搬送周波数源308から信号を変調す
る。サブ搬送周波数源308の実際のサブ搬送周波数の
選択にはいくらか注意を要する。
【0038】前出の米国出願08/206,075号に記載されて
いるように、MBSシステムは、いくつかの反射体から
のRF(無線周波数)源の反射により、アップリンク信
号内にノイズを生じる。壁や金属の物体がRF放射を反
射し、これらの反射信号はそれらが送信されたときと同
じ搬送周波数で質問器103に受信される。直交ミキサ
はホモダイン検出器として動作し、これらの反射をキャ
ンセルするために使用される。しかし、他の反射体は、
主搬送周波数から離れた周波数の反射ノイズ(ドップラ
・シフトから、またはより多くの場合は、サブ搬送周波
数近くの周波数で動作する電子機器からの反射から)を
生成する。
【0039】蛍光灯は、特にむずかしいノイズ源の一つ
である。蛍光灯は、基本周波数(米国では60Hz)の
みならず、数万Hzの高調波のノイズも生成することが
示されている。このノイズを回避する上で50〜100
KHzを越える周波数のサブ搬送波を利用することが特
に有効である。
【0040】タグ105で、プロセッサ305は、図3
に示す情報信号リード306に乗せて情報信号を送る。
タグ105のプロセッサ305が、単一情報ビットから
なる「単一トーン」メッセージを送信しようとする場
合、情報信号リード306は、情報メッセージを送ろう
としていないことを示す第1論理状態に維持される。こ
うして、変調器制御回路307により、変調されない周
波数の信号が出力される。
【0041】プロセッサ305が、複数ビットメッセー
ジを送信しようと決めた場合は、情報信号リード306
は複数ビットメッセージを変調器制御回路307に伝達
する。この複数ビットメッセージ(情報信号)は、数種
類の可能な変調技術(たとえば振幅変調、位相変調、周
波数変調、符号変調等)のうちの一つを使用してサブ搬
送周波数を変調するのに利用される。
【0042】他の実施例(図3のリード312参照)で
は、プロセッサ305自体が複数ビット情報信号で変調
されたサブ搬送周波数を生成してもよい。この場合は、
プロセッサ305が純粋なサブ搬送周波数を送信するた
めに、プロセッサ305は、毎秒2rb回の割合で、入
出力ポートから、「0」と「1」とで「0101010
1」のビットパタンを出力(クロックアウト)する。こ
のパタンが、毎秒rbサイクルの純粋サブ搬送信号を生
成する。プロセッサ305は、情報メッセージをクロッ
クアウトするために、上記のビットパタンの変形パタン
をクロックアウトする。
【0043】たとえば、プロセッサ305が二値位相シ
フトキーイング(BPSK)変調信号をクロックアウト
しようとすることを想定する。情報データレートをri
とし、上述のようにサブ搬送信号の周波数をrbとす
る。簡単のためにrbはriの整数倍であるとすると、r
b/riは、その情報ビット期間内に送信される「01」
の繰り返しの回数である。PBPSKを送信するため
に、プロセッサ305は「01」の繰り返しをrb/ri
回送り、その後「10」の繰り返しをrb/ri回送る。
これが二値位相変化を表す。
【0044】直交位相シフトキーイング(QPSK)信
号をクロックアウトするためには、プロセッサ305
は、4種類のQPSKシンボル(たとえば「0110
0110 … 0110」等のうちの一つをrb/2ri
回繰り返し送出し、それから、次に送信すべきシンボル
を同じ回数繰り返しクロックアウトする。
【0045】最後に、プロセッサ305は、疑似ランダ
ムシーケンスをクロックアウトすることも可能である。
たとえば、2rb/riビットのシーケンス二つを定義
し、これらを、シーケンスS1およびシーケンスS2と呼
ぶ。それから、タグ105は、「0」情報ビットとして
1を、「1」情報ビットとしてS2を送信する。
【0046】疑似ランダムシーケンスの使用は、無線環
境に、マルチパス・フェージングまたは狭帯域干渉等の
障害がある場合には、上述のBPSKまたはQPSKの
例よりもはるかに有利である。これらのフェージングの
頻度および程度を考慮すると、アップリンク経路をその
ようなフェージングに対してもっと強くするために、ア
ップリンク信号を広げることが役に立つかもしれない。
二つのシーケンスS1とS2はほぼ直交するように選択す
べきである。
【0047】質問器103(図2)は、受信したRF信
号からサブ搬送信号を復調し、その後、フィルタをかけ
る。サブ搬送周波数を特定すれば、それに適したフィル
タ/増幅器210が利用できる。次にサブ搬送復調器2
12がサブ搬送信号を復調する。次にプロセッサ200
が、情報を復調するのに必要なデジタル信号処理を行
う。この発明の実施例として、プロセッサ200は、デ
ジタル信号プロセッサ(DSP)でも、通常のマイクロ
プロセッサでもよい。
【0048】タグ105からの、単一サブ搬送トーンか
らなる「単一トーン」認識信号を回復するために、フィ
ルタ/増幅器は狭帯域フィルタが望ましい。従来のフィ
ルタ技術も使用できるが、狭帯域フィルタとして前述の
DSPを利用するのがもっとも有効である。この単一ト
ーンのサブ搬送周波数はよく知られている。
【0049】タグ105の周波数源としては、安価な水
晶を使用するのがふつうである。そのような水晶の正確
度は限られたものであるが、サブ搬送周波数は、数ヘル
ツの正確度を有することが知られている。したがって、
非常にせまい帯域のフィルタが使用できる。タグ105
からの認識信号応答が、RFIDシステムのレンジを拡
張するのに使用され、またその結果、非常に弱い信号と
なりうるので、フィルタ/増幅器210の狭帯域フィル
タに、より重い負担になる。
【0050】上述のDSPとして使用できる他の例とし
て、アップリンク信号の周波数成分を動的に探す方法も
ある。これは、入力データストリームにフーリエ変換を
施すことによって達成できる。これにはDSPまたは図
2のプロセッサ200を使用する。このようにして、変
調サブ搬送信号を表す複数信号の差分をとること(diffe
rentiate)ができる。すなわち、フーリエ変換を用いて
複数信号を探すことによって、不確定データレートの単
一サブ搬送信号を回復できる。
【0051】このようにして、この発明の変調バックス
キャッタ通信システムは、二つのモードで動作できる。
すなわち一つのモードでは、バックスキャッタされた信
号は高データレート・アップリンク通信チャネルを提供
するように変調される。他のモードでは、バックスキャ
ッタされた信号は、遠い位置で検出されうるアップリン
ク認識信号を提供するように、低データレート信号(た
とえば単一トーン)で変調される。
【0052】他のシステム例では、両方のモードを取り
扱う復調/シンボル同期および回復ユニットを構成する
方法を開示する。この構成は、差分符号化(differentia
l encoding)による位相変調サブ搬送を使用するバック
スキャッタ通信システムである。差分符号化とは、デー
タが、サブ搬送波の位相の変化として符号化されるもの
をいう。したがって連続トーンサブ搬送波は、ビットシ
ーケンス{0,0,0,…}と等価である。
【0053】図6において、質問器103は、差分符号
化したサブ搬送信号を復号化する受信回路を有してい
る。変調された搬送波211が差分復調器601に供給
されるとき、差分復調器601の出力はベースバンド・
ストリーム602である。
【0054】ベースバンド・ストリーム602が、0か
ら1への移行および1から0への移行が頻繁に行われる
とき、再切換え(re-trigger)可能な単安定型マルチバイ
ブレータ603は連続的に再切換えされ、その出力60
4は変化しない。しかし、差分復調器601の出力が、
単安定型マルチバイブレータ603の時定数Tよりも長
い時間、0の列または1の列を出力する場合は、マルチ
バイブレータ出力604は変化し、0の列または1の列
の存在を示す。ここに、長い「0」の列または「1」の
列は、差分復調器601の入力での長い間連続的なトー
ンを表す。ビットタイミング回復回路605はベースバ
ンドデータ出力信号606を生成する。
【0055】サブ搬送信号が復調器入力に存在しないと
き、差分復調器601が時間Tよりもはるかに頻繁に遷
移するランダム出力を生成すると仮定すると、単安定型
マルチバイブレータ603は連続的に再切換えされる。
これは、質問器103が、変調器出力で、「信号無し」
状態と「連続トーンあり」状態とを識別できることを意
味する。
【0056】再切換え可能な単安定型マルチバイブレー
タ603は、本発明の一つの実施例にすぎない。ノイズ
の多いバックグラウンドの中の弱いトーンを検出するた
めには、復調入力211に対して、もっと複雑な統計処
理を行うこともできる。一つの実施例として、ビットタ
イミング回復回路605および単安定型マルチバイブレ
ータ603を実現するために、質問器103のプロセッ
サ200を使用することもできる。
【0057】タグが二つの疑似ランダムシーケンスを送
信しているケースでは、図2の質問器103の受信回路
は図7に示すように変更される。図7で、変調された無
線周波数(RF)信号は、受信アンテナ206で受信さ
れ、低ノイズ増幅器207で増幅され、直交ミキサ(Q
IFM)701で復調される。
【0058】QIFM701から出力されるIおよびQ
チャネル信号702は、結合器703で結合され(2乗
の和の平方根)、その後フィルタ704でフィルタをか
けられ、その結果は二つの相関器705(パタンS
1用)、706(パタンS2用)に送り込まれる。相関器
705、706の出力は、結果が「0」か「1」かを判
定するために比較器707に送られる。アップリンク・
メッセージ同期を行うために、比較器707の出力は、
プロセッサ200に送られる。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、タグが、質問器の存在
をきわめて短い時間内に検出でき、しかも、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できる。
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。
【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タグユニ
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
ットの他の実施例のブロック図。
【図5】ダウンリンク・メッセージ・フォーマット。
【図6】差分符号化変調されたサブ搬送信号を復調する
ための質問器受信器回路。
【図7】変調されたサブ搬送信号内の疑似ランダム符号
化されたコードを復調するための質問器受信器回路。
【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 プロセッサ 200a 情報信号 201 無線信号源 202 変調器 203 送信器 204 送信アンテナ 206 受信アンテナ 207 低ノイズ増幅器 208 直交ミキサ 209 変調信号 210 フィルタ/増幅器 211 情報信号 212 サブ搬送復調器 213 情報信号 214 信号 301 アンテナ 302 検出器/変調器 303 増幅器 304 クロック回復回路 305 プロセッサ 306 情報信号リード 307 変調器制御回路 308 サブ搬送周波数源 309 表示ユニット 310 電池 311 変調サブ搬送信号 312 リード 401、402 周波数源 501 RFIDタグアドレス 502 コマンドデータ 503 データメッセージ・フィール
ド 504 エラー検出フィールド 601 差分復調器 602 ベースバンド・ストリーム 603 単安定型マルチバイブレータ 604 マルチバイブレータ出力 605 ビットタイミング回復回路 606 ベースバンドデータ出力信号 701 直交ミキサ(QIFM) 702 信号 703 結合器 704 フィルタ 705、706 相関器 707 比較器
───────────────────────────────────────────────────── 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 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(200〜212)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(10
    3)を有し、 前記第1情報信号は、受信するタグが、複数応答モード
    のうちのどのモードで応答すべきかを指示するものであ
    り、 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(301〜30
    5)と、 前記第1情報信号を得るために、前記第1変調信号を復
    調する手段(302、308、305)と、 第2情報信号を用いて前記第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(302、305、30
    7)と、を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断され、これにより反射
    された第2変調信号が形成されるものであり、 前記質問器(103)はさらに、 前記第2変調信号を受信する手段(206)と、 前記第2情報信号を得るように、受信された前記第2変
    調信号を復調する手段(208、210、212)と、
    を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断されたものであるこ
    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】 前記質問器復調手段は、ホモダイン検出
    器を含み、前記第1変調信号をその検出器の周波数源と
    して使用すること、を特徴とする請求項1の無線通信シ
    ステム。
  4. 【請求項4】 前記第1情報信号は、前記第2情報信号
    内のデータメッセージを含む第1モードと、前記第2情
    報信号内のデータ認識メッセージを含む第2モードとの
    うちどちらのモードで、前記少なくとも一つのタグが応
    答すべきかを示すものであること、を特徴とする請求項
    1の無線通信システム。
  5. 【請求項5】 前記第2情報信号は単一ビット情報から
    なること、を特徴とする請求項4の無線通信システム。
  6. 【請求項6】 前記単一ビット情報信号は、前記第1変
    調信号を変調する一つだけのサブ搬送トーン・バックス
    キャッタの存在または不存在によって伝えられること、
    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タグが前記第1モ
    ードにあるときに、 前記第2情報信号内に含まれる情報ビットが差分により
    符号化されており、 前記復調手段は、前記第2情報信号内のデータを回復す
    るべく、前記差分により符号化されたビットを復調する
    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。
  8. 【請求項8】 前記少なくとも一つのタグが前記第2モ
    ードにあるときに、 前記第2情報信号内に含まれる情報ビットが差分により
    符号化されており、 前記復調手段は、前記第2情報信号内のデータを回復す
    るべく、前記差分により符号化されたビットを復調する
    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。
  9. 【請求項9】 前記質問器は、前記認識メッセージを検
    出するための再切換え可能な単安定型マルチバイブレー
    タ機能を提供する手段を含むこと、を特徴とする請求項
    7または8の無線通信システム。
  10. 【請求項10】 前記質問器は、前記第2情報信号を得
    るためのフーリエ変換を行うプロセッサ手段を含むこ
    と、を特徴とする請求項1の無線通信システム。
  11. 【請求項11】 無線通信システムに使用されるタグに
    おいて、 第1変調信号を受信する手段(301〜305)と、 受信タグが複数の応答モードのうちのどのモードで応答
    すべきかを指示する第1情報信号を得るために、前記第
    1変調信号を復調する手段(302、304、305)
    と、 第2情報信号を用いて前記第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(302、305、30
    7)と、を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は前
    記第1情報信号の内容から判断され、これにより反射さ
    れた第2変調信号が形成されるものであること、 を特徴とするタグ。
  12. 【請求項12】 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(200〜202)と、 少なくとも一つのタグ(105)に対して、第1期間に
    前記第1変調信号を送信し、第2期間に前記無線搬送信
    号を送信する手段(203)と、を具備する質問器(1
    03)を有し、 前記第1情報信号は、受信するタグが、複数応答モード
    のうちのどのモードで応答すべきかを指示するものであ
    り、 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(301〜30
    5)と、 前記第1情報信号を得るために、前記第1変調信号を復
    調する手段(302、304、305)と、 前記第2期間に第2情報信号を用いて前記無線搬送信号
    の反射を変調するバックスキャッタ変調手段(302、
    305、307)と、を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断され、これにより反射
    された第2変調信号が形成されるものであり、 前記質問器(103)はさらに、 前記第2変調信号を受信する手段(206)と、 前記第2情報信号を得るように、受信された前記第2変
    調信号を復調する手段(208〜210、212)と、
    を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断されたものであるこ
    と、 を特徴とする無線通信システム。
  13. 【請求項13】 前記第1情報信号は、前記第2情報信
    号内のデータメッセージを含む第1モードと、前記第2
    情報信号内のデータ認識メッセージを含む第2モードと
    のうちどちらのモードで、前記少なくとも一つのタグが
    応答すべきかを示すものであること、を特徴とする請求
    項12の無線通信システム。
  14. 【請求項14】 前記第2情報信号は単一ビット情報か
    らなること、を特徴とする請求項13の無線通信システ
    ム。
  15. 【請求項15】 前記単一ビット情報信号は、前記第1
    変調信号を変調する一つだけのサブ搬送トーン・バック
    スキャッタの存在または不存在によって伝えられるこ
    と、を特徴とする請求項14の無線通信システム。
  16. 【請求項16】 前記少なくとも一つのタグが前記第1
    モードにあるときに、 前記第2情報信号内に含まれる情報ビットが差分により
    符号化されており、 前記復調手段は、前記第2情報信号内のデータを回復す
    るべく、前記差分により符号化されたビットを復調する
    ものであること、 を特徴とする請求項12の無線通信システム。
  17. 【請求項17】 前記少なくとも一つのタグが前記第2
    モードにあるときに、 前記第2情報信号内に含まれる情報ビットが差分により
    符号化されており、 前記復調手段は、前記第2情報信号内のデータを回復す
    るべく、前記差分により符号化されたビットを復調する
    ものであること、 を特徴とする請求項12の無線通信システム。
  18. 【請求項18】 前記質問器は、前記認識メッセージを
    検出するための再切換え可能な単安定型マルチバイブレ
    ータ機能を提供する手段を含むこと、を特徴とする請求
    項16または17の無線通信システム。
  19. 【請求項19】 前記質問器は、前記第2情報信号を得
    るためのフーリエ変換を行うプロセッサ手段を含むこ
    と、を特徴とする請求項12の無線通信システム。
  20. 【請求項20】 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、受信タグが複数の応答モードのうちのどのモードで
    応答すべきかを指示する第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、を有し、 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、 前記第1情報信号を得るために前記第1変調信号を復号
    化するステップと、 バックスキャッタ変調器を用いて、前記第1変調信号の
    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、を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断されるものであり、 前記質問器で、 第2変調信号を受信するステップと、 前記第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、を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断されたものであるこ
    と、 を特徴とする方法。
  21. 【請求項21】 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、 第1変調信号を受信するステップと、 前記第1変調信号を復号化して、受信タグが複数応答モ
    ードのうちのどのモードで応答すべきかを指示する第1
    情報信号を得るステップと、 バックスキャッタ変調器を用いて、前記第1変調信号の
    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、を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断されるものであるこ
    と、 を特徴とする方法。
  22. 【請求項22】 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、受信タグが複数の応答モードのうちのどのモードで
    応答すべきかを指示する第1変調信号を生成するステッ
    プと、 少なくとも一つのタグに対して、第1期間に前記第1変
    調信号を送信し、第2期間に前記無線搬送信号を送信す
    るステップと、を有し、 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、 前記第1情報信号を得るために前記第1変調信号を復号
    化するステップと、 前記第2期間に、バックスキャッタ変調器を用いて、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ステップと、
    を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断されるものであり、 前記質問器で、 第2変調信号を受信するステップと、 前記第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、を有し、 前記第2情報信号の内容、データレートまたは変調は、
    前記第1情報信号の内容から判断されたものであるこ
    と、 を特徴とする方法。
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