JPH10293825A

JPH10293825A - 通信システム

Info

Publication number: JPH10293825A
Application number: JP10012149A
Authority: JP
Inventors: R Anthony Shober; ショバーアール．アンソニー; Harry Smithgole David; ハリースミスゴールデビッド
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1998-01-05
Publication date: 1998-11-04
Also published as: KR19980064799A; CA2219075A1

Abstract

(57)【要約】【課題】変調バックスキャッタ技術を用いて、セキュ
リティを改善し、低コストのビル内又はキャンパスにお
ける位置決定及び通信サービスを提供する。【解決手段】本無線通信装置は、変調無線信号を受信
し、変調馬技術を用いて変調無線信号を送信することが
できる。本装置は変調バックスキャッタ技術を用いて１
以上のデータ速度で情報を送信することができる。プッ
シュボタンをサポートして本装置へデータを入力するこ
ともできる。電池、電荷蓄積装置、太陽電池、コイル等
のエネルギー変換装置によって本装置に電源を供給でき
る。電源が充電を必要なときには充電ステーションを用
いる。

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、建物内、キャンパスにおける変調バッ
クスキャッタ技術を用いた無線通信システムを用いた無
線通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】個人の自動識別をサポートするようにセ
キュリティアクセスシステムが開発されている。例え
ば、従業員がビルへ入ることを認証するシステムであ
る。本明細書では、「従業員」とは本発明の実施者がサ
ービスを提供する客体をいう。このような機能を有する
ものとして従業員識別バッジがある。これにより警備員
がチェックして認証する。磁気キーを有するカードもあ
る。

【０００３】機械、在庫品又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（ＲＦＩ
Ｄ）システムが利用されている。ＲＦＩＤシステムは、
質問器（インテロゲータ）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。

【０００４】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に
より応答する。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（ＭＢＳ）を用いてそのＣＷを変調する。このＭＢ
Ｓ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。

【０００５】従来のＭＢＳシステムは、（ａ）質問器の
領域へと通過する物体を識別するため、及び（ｂ）タグ
上にデータを記憶し後にそのタグからデータを取り出し
て、目録を管理したり他の有用なアプリケーションを行
う。

【０００６】キャンパスや建物の中で用いる場合を考え
る。そしてまず、ＲＦＩＤ技術を「セキュリティ」に用
いる場合を考える。ＲＦＩＤは今日セキュリティ業界に
て建物アクセスを容易にするように用いられている。例
えば、建物への入館を自動的に認証させて行ったり、特
定の位置を通過した個人を記録したりする。この動作は
質問モードと呼ばれる。即ち、質問器が読みとりフィー
ルド内の全てのタグへ信号を送信し、そのタグを識別さ
せるデータによってタグが応答することを要求する。次
にタグはＭＢＳを用いて質問器へこの情報を送り返す。

【０００７】加えて、「位置決定」アプリケーションが
建物等に存在する。（本明細書において、「建物」、
「建物内」は建物の中ないし建物をも含むようなキャン
パス環境等を意味する。）例えば、建物内の特定のタグ
の位置を知りたいことがある。このことは高度なセキュ
リティを要するような場合に求められる。建物内電話シ
ステムにおいて電話の呼をある個人が位置する場所に近
い電話機へルーティングするようなアプリケーションに
も用いることができる。原型のシステムとして赤外線送
信器を用いる例があるが、実際に市場化されておらず、
赤外線技術はとどく範囲が狭く、物体を透過する能力に
欠ける。従って、赤外線送信器がシャツのポケットの中
にあれば、通信パスがブロックされる。従って、位置決
定問題を解決する技術は今日ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】また、低速度データ
「通信」アプリケーションも存在する。低速度データ通
信を提供する現存するシステムとしては、ページング
（無線呼出し）技術がある。ページングシステムの中に
は建物内の無線カバレッジが悪い場合が多く、また、ト
ランザクション毎にサービスプロバイダに課金される場
合もある。また、無線データＬＡＮを建物内に用いる場
合があるが、高価である。更に、現在の低速度データ通
信技術は上のセキュリティ、位置決定問題を解決しな
い。本発明は、セキュリティ、位置決定、低速度データ
通信アプリケーションの各問題を解決するようなシステ
ムを提供することを目的とする。

【０００９】本明細書では、変調バックスキャッタを用
いた無線周波数識別システムがどのように単一のシステ
ムで単一のインフラでセキュリティ、位置決定、低速度
データ通信アプリケーションの各問題を解決するかを開
示する。本発明は、建物内又はキャンパス領域の位置や
通信サービスでの低コストなセキュリティを改善でき
る。生来的に低コスト技術であるＲＦＩＤ技術を振り返
ってみたが、特定の読みとり装置を通過する際のタグを
識別する目的でセキュリティ分野において実装すること
が有望である。建物内やキャンパス環境において、位置
決定情報、低速度無線データ通信情報を与える低コスト
技術はない。また、質問、位置決定、低速無線データ通
信（又はメッセージング）を１システムにて統合して提
供するシステムはない。本発明は、変調バックスキャッ
タを用いる低コストパーソナル通信装置の設計を開示す
る。本装置は、セキュリティ、位置決定、メッセージン
グの各機能を単一システムにて単一インフラにて統合し
て用いることができる。このように本装置は、セキュリ
ティを改善し、低コストのビル内又はキャンパスにおけ
る位置決定及び通信サービスを提供することを目的とし
ている。、

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の無線通信装置
は、変調無線信号を受信し、変調バックスキャッタ技術
を用いて変調無線信号を送信することができる。本装置
は、本装置から義務的データ群が送信される質問モード
と、本装置のおおよその位置を決めることができる位置
決定モードと、及び本装置とデータを双方向通信できる
メッセージングモードの３つのモードで動作することが
できる。本装置は変調バックスキャッタ技術を用いて１
以上のデータ速度で情報を送信することができる。本装
置は、送信されたデータを表示できる表示装置を有す
る。プッシュボタンをサポートして本装置へデータを入
力することもできる。電池、電荷蓄積装置、太陽電池、
コイル等のエネルギー変換装置によって本装置に電源を
供給できる。電源が充電を必要なときには充電ステーシ
ョンを用いる。

【００１１】本通信装置は、（Ａ）第１情報信号の回復
を行うことができる、受信変調無線信号の変調器と、
（Ｂ）前記第１情報信号に応じて、少なくとも２つの代
替動作（動作Ａ及び動作Ｂとする）の選択された１つを
指示する出力を供給する第１判断要素と、（Ｃ）前記第
１情報信号の少なくとも一部を表示する表示装置と、
（Ｄ）前記判断要素の出力に応じて、第２情報信号を生
成する信号生成装置とを有し、前記第２情報信号は、デ
ータ速度を有し、このデータ速度は、動作Ａが指示され
たときの方が動作Ｂが指示されたときよりも大きく、
（Ｅ）前記第２情報信号を用いて、受信変調無線信号の
反射を変調するバックスキャッタ変調器とを有する。

【００１２】

【発明の実施の形態】

ＭＢＳ動作図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（有線又は無線）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のうちの一つ又は複数
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２００ａ）を
生成する。図１、２において、２０１は無線信号を合成
し、変調器２０２はこの情報信号２００ａを無線信号上
へ変調し、２０３はこの変調信号を２０４を介してタグ
へと送る（ここでは振幅変調で）。振幅変調を用いるの
はタグが単一の廉価な非線形デバイス（ダイオード等）
によって復調できるからである。

【００１３】タグ１０５（図３参照）では、アンテナ３
０１（通常、ループアンテナ又はパッチアンテナ）が変
調信号を受信する。この信号は、検出器／変調器３０２
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。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。３０４は質問器
がマンチェスタ符号化を用いてＡＭ信号を送るようにす
ることにより拡張できる。

【００１４】得られる回復信号３０４ａはプロセッサ３
０５へ送信され、ここで回復信号３０４ａが解析され
る。即ち、プロセッサ３０５は情報信号２００ａの内容
を検査する。ここで、プロセッサ３０５はタイミング情
報を与える水晶発振器３１２を有する。一態様では、プ
ロセッサ３０５は通常、廉価な４ビット又は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、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実装さ
れ、これはプロセッサ３０５と協力して動作する。本明
細書では、「プロセッサ」は、プロセッサ、マイクロプ
ロセッサ、ＡＳＩＣ等を含む。

【００１５】情報信号２００ａの内容に依存して、プロ
セッサ３０５は別の情報信号３０６を生成し、これはタ
グ１０５から送信され、質問器１０３へと戻される。情
報信号３０６は変調器制御回路３０７への入力として供
給され、これは情報信号３０６を用いてサブ搬送周波数
源３０８が生成したサブ搬送信号３０８ａを変調する。
一態様において、サブ搬送周波数源３０８は水晶発振器
３１２により得られるか、又は、水晶発振器３１２はプ
ロセッサ３０５と分離している。別の態様では、周波数
源（プロセッサ３０５の主クロック周波数の分割器等）
がプロセッサ３０５内部に存在する信号から得られる。

【００１６】変調器制御回路３０７は、変調サブ搬送信
号３１１を出力し、これは検出器／変調器３０２により
用いられ、ダウンリンク信号２０２ａのＣＷ無線信号を
変調し、これにより変調バックスキャッタ（例えば、反
射された）信号３０１ａを作る。ここで、タグから質問
器への伝送をアップリンクとしている。このように、変
調バックスキャッタ信号はアップリンク信号を構成す
る。

【００１７】一態様では、変調サブ搬送信号３１１の存
在（欠如）は、検出器／変調器３０２（例、ショットキ
ーダイオード）がアンテナ３０１の反射（インピーダン
ス）を換えることになる。例えば、アンテナのインピー
ダンスは、０から無限へと変わる。

【００１８】電池３１０によりタグの回路へ電源を供給
する。本明細書では、「電源」は、電池、マイクロ波又
は電磁エネルギーを電気エネルギーへ変換することので
きるデバイス（例、整流器、誘導カップリング）等を含
む。

【００１９】単一の周波数サブキャリアを用いる変調バ
ックスキャッタ（ＭＢＳ）には数々の利点がある。例え
ば、サブ搬送の位相シフトキー（ＰＳＫ）（例えば、Ｂ
ＰＳＫ（バイナリＰＳＫ）、ＱＰＳＫ（直角位相ＰＳ
Ｋ）、より複雑な変調方法（例えば、ＭＳＫ（最小シフ
トキー）、ＧＭＳＫ（ガウス最小シフトキー）））があ
る。

【００２０】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
号を低ノイズアンプ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。）送信チェーン手段で使用した無線信号源２０１と
同じものを使用して、ホモダイン検出を使用してベース
バンド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／アンプ２１０に送る。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。サブ搬送復調器は、複雑な応用に
おいては単純なＡ／Ｄ変換器とディジタルシグナルプロ
セッサ（ＤＳＰ）を用いて実装される。例えば、振幅変
調サブ搬送に対してはダイオードが用いられ、ＰＳＫ変
調サブ搬送に対してはＤＳＰが用いられる。復調信号２
０９のＩチャネルとＱチャネルは、フィルタ／アンプ２
１０もしくはサブ搬送復調器２１２内で結合されるか、
又はプロセッサ２００で結合されることも可能である。
別の態様では、質問器は、無線信号を送受信するために
単一のアンテナを有する。この態様では、受信器連鎖に
より受信したものから送信信号を分離する電子的な方法
が必要である。このことは、サーキュレーターのような
デバイスにより実現できる。

【００２１】上の技術等を用いて、小範囲、双方向のデ
ィジタル無線通信チャネルを実装できる。ショットキー
ダイオード、信号強度ブースト用アンプ、ビットフレー
ム同期回路、４又は８ビットマイクロプロセッサ、サブ
搬送生成回路、電池等を用いて低コストなシステムを作
ることができる。ビットフレーム同期、サブ搬送におけ
る回路は、マイクロプロセッサコアの周辺のカスタムロ
ジックにより実装してもよい。従って、これらの機能は
かなり低コストで提供できる。

【００２２】狭帯域動作上の手順を用いて、双方向ディジタル無線通信チャネル
を作ることができる。このチャネルの範囲はなるべく拡
張できた方がよい。このことは、ダウンリンク、アップ
リンク双方の範囲を拡張することを伴う。

【００２３】ダウンリンクの範囲を拡張することは、幾
つかの因子を伴う。第１に、ダウンリンクの範囲は、信
号損失を最小化することにより拡張できる。上述のよう
に一態様においては、ダウンリンクは振幅変調信号であ
り、これは容易に単一非線形デバイスである検出器／変
調器（マイクロ波、ショットキーダイオード等）により
検出できる。アンテナ３０１から非線形検出変調器への
信号損失を最小化するために、アンテナからダイオード
へのインピーダンスを整合させることは重要である。第
２に、ダウンリンクのデータ速度は、ダウンリンク信号
の雑音バンド幅を減らすために制限することができる。

【００２４】第３に、タグのアンテナ３０１は、アンテ
ナバンド幅の外のＲＦ信号をフィルタリングして除くよ
うに用いることができる（ＲＦ信号の受信の他に）。例
えば、２．４５ＧＨｚでは、許容ＲＦ搬送周波数は、
２．４００〜２．４８５ＧＨｚである。パッチアンテナ
等のアンテナの設計は、この周波数バンドをカバーする
が、この範囲を超える周波数をフィルタリングして除
く。理想的な周波数応答は、許容周波数範囲をまたがる
３ｄＢの間のアンテナ感度で、この範囲を超えると急激
に落ちるものがよい。更に、アンプ３０３はアップは期
待ダウンリンクデータ速度（典型的には、数ｋｂｐｓ〜
数十ｋｂｐｓ）の周辺の特定のパスバンドの間の信号の
み通過するように設計されているという点で、フィルタ
としても機能する。上述のタグ設計は、変調スキームが
主に一定のエンベロープである、アンテナの周波数バン
ド内のＲＦ伝送にはあまり影響を与えない。このよう
に、このようなタグ設計は、多くの潜在的な干渉信号に
抵抗性のある堅牢なタグを可能にする。

【００２５】また、アップリンクの範囲を拡張すること
は、幾つかの因子を伴う。第１に、アップリンク信号の
雑音バンド幅は、可能な限りデータ速度を遅くすること
により減らすことができる。もしアップリンク信号のデ
ータ速度を数ｂｐｓに抑えれば、実装できる有用なアプ
リケーションの数を大きくできる。データ速度の制限
は、単一サブ搬送周波数上に変調データがないような極
限にする事ができる。このような場合、このサブ搬送周
波数にて受信した信号がごく少ないないし皆無なこと
は、前のメッセージに対し、「確認」又は「非確認」を
指示させる。

【００２６】サブ搬送信号は比較的正確に決定できる。
一態様において、サブ搬送周波数源３０８は比較的正確
な周波数のサブ搬送信号を生成する。例えば、サブ搬送
周波数源３０８は周波数３２ｋＨｚで精度±１００ｐｐ
ｍ（即ち、水晶発振器の周波数は±３．２Ｈｚの間）の
廉価な水晶発振器を用いることができる。

【００２７】一態様において、ＤＳＰ等のプロセッサ２
１０ａを用いる質問器において狭帯域フィルタリングが
実装され、フィルタ／アンプ２１０とサブ搬送復調器２
１７の機能を行う。この態様では、プロセッサ２１０ａ
は公知の狭帯域フィルタリングアルゴリズムを用い、１
０Ｈｚより小さいバンド幅の信号のディジタルフィルタ
リングを行い、第１サイドローブは、６０ｄＢへと抑え
られる。次に、このプロセッサ２１０ａが受信した信号
の信号強度が測定され、この強度は信号がない時のその
チャネルにおける平均雑音よりも十分に上の基準信号強
度と比較され、望まない信号が実際の信号と誤解されな
いようにする。この方法により、非常に弱いアップリン
ク信号も信頼性を持って検出できる。この技術を用い、
ダウンリンクとアップリンクにおいて大まかに同等な範
囲を達成できる。

【００２８】次に、サブ搬送周波数ｆsの位置を議論す
る。ＭＢＳシステムは任意の数の反射体からのＲＦ源の
反射によるアップリンク信号における雑音を示す。通
常、反射体には２種類ある。即ち、信号が送信された搬
送周波数と同じ搬送周波数で信号を反射する反射体、及
び信号が送信された搬送周波数とは異なる搬送周波数で
信号を反射する反射体である。前者の種類には、壁、金
属物体がある。これらの反射体から反射した信号は、搬
送信号に対して任意の位相関係を有する。反射を相殺す
るには、ホモダイン検出器として動作する直交ミキサ２
０８を用いる。後者の反射体の種類は、ドップラーシフ
ト（移動する金属物体により起こる）又はサブ搬送周波
数付近の周波数にて動作する電子機器からの反射により
生成される。難しい問題として、蛍光による光の雑音が
あり、基本波６０Ｈｚの周波数（米国で）だけではな
く、数千Ｈｚよりも大きい可聴音を超えた周波数の雑音
を作る。サブ搬送周波数ｆsが基本波６０Ｈｚの周波数
の倍数に落ちるように位置させることが解決法として知
られている。一態様にて、３２ｋＨｚの水晶発振器がこ
の要件を満足するサブ搬送周波数を生成するのに用いら
れる。

【００２９】多モード動作一態様にて、取扱システムは多モード動作が可能であ
る。この態様では、タグと質問器は高データ速度と低デ
ータ速度にてデータを送信できる。他のデータ速度も可
能である。一態様では、実際のデータメッセージ（例、
多ビット、高ビットメッセージ）が高データ速度モード
を用いて取扱システムにより送信、受信され、確認メッ
セージ（例、１ビット、低ビットメッセージ）が低デー
タ速度モードを用いて取扱システムにより送受信され
る。

【００３０】好都合なことに、低データ速度モードは、
拡張した範囲を本発明の取扱システムに与える。前述の
ように、通常１ビット又は低ビットの確認メッセージを
送信するのに低ビット速度モードが用いられる。このこ
とにより、確認メッセージが実際のデータメッセージよ
りも小さい周波数バンドで送信される。周波数バンドを
小さくすれば、周波数バンドの外の雑音の狭帯域フィル
タリングのアプリケーションを可能にし、このことによ
り、確認メッセージを送信できる範囲を拡張できる。

【００３１】前述のように、１ビットの情報を送るた
め、タグは、入信号（反射連続波無線信号）上へ変調バ
ックスキャッタを用いて変調できる非変調サブ搬送周波
数を生成することができる。そして、質問器は、単一周
波数音の反射信号を受信する。次に狭帯域フィルタリン
グ技術を用いて、雑音バンド幅を減らしこの信号の存否
を決定するのに用いることができる。

【００３２】動作に入ると、タグ１０５はダウンリンク
メッセージとして質問器１０３から送られた情報ビット
を検知し組み立てる。同期パターンビットをダウンリン
クメッセージの開始時に送信する。これらのビットはタ
グがビット及びメッセージ同期を獲得することを可能に
し、ダウンリンクメッセージの開始及び終了をタグが決
定することを可能にした。一態様では、ダウンリンクメ
ッセージは、アドレス、コマンド、また、データ及びエ
ラー検出、訂正等の情報を含む。ダウンリンクメッセー
ジのコマンド又はデータ部分は、タグ１０５が実データ
メッセージ（タグＩＤ他のアプリケーション依存データ
等）又は確認メッセージ（１ビット確認メッセージ等）
を返すべきかを指示すべきである。

【００３３】タグ１０５のプロセッサ３０５は、どの種
類のアップリンク信号を質問器へと送り返すべきかを決
める。タグ１０５が実データメッセージ又は確認メッセ
ージのいずれかを送信して質問器１０３がこれら２種類
のメッセージを受信し区別できるようにする方法には幾
つかある。図３に戻ると、一態様において情報信号３０
６はプロセッサ３０５からリード３０６ａを介して変調
器制御回路３０７へと送信される。タグ１０５のプロセ
ッサ３０５が１情報ビットからなる「単一音」メッセー
ジを送る場合、リード３０６ａは情報メッセージを送る
べきでないことを指示する第１論理状態に維持され、こ
れにより変調器制御回路３０７は非変調サブ搬送信号３
１１を出力させるようにする。プロセッサ３０５が実デ
ータメッセージを送る場合、リード３０６ａは変調器制
御回路３０７へと実データメッセージを運ぶ。この実デ
ータメッセージは次に、振幅変調、位相変調、周波数変
調、符号変調等の変調技術を用いてサブ搬送信号３０８
ａを変調するのに用いられる。

【００３４】図２に戻り、質問器１０３は受信アップリ
ンク信号から、変調（又は非変調）サブ搬送信号を受信
し復調し、そしてフィルタリングを課す。サブ搬送周波
数の詳細を与えると、適切なフィルタ／アンプ２１０が
雑音を除去する。次にサブ搬送復調器２１２はもしあれ
ば情報信号３０６を変調（又は非変調）サブ搬送信号か
ら復調する。次にプロセッサ２００は情報信号３０６を
復号するのに必要なディジタルシグナルプロセッシング
を行う。プロセッサ２００はＤＳＰを用いてもよいが従
来のマイクロプロセッサも用いてもよい。

【００３５】単一サブ搬送音を有する「単一音」確認メ
ッセージを回復するため、フィルタリングアンプは、狭
帯域フィルタとする。従来のフィルタ技術も用いること
ができるが、上のＤＳＰ２１０ａを狭帯域フィルタに用
いるとよい。この単一音のサブ搬送周波数は、タグ１０
５が周波数源として廉価な水晶を用いるので周知であ
る。水晶の精度が多少悪くても、サブ搬送周波数は数Ｈ
ｚの精度であり、非常に狭帯域なフィルタリングを可能
にする。タグ１０５からの確認メッセージ応答がＲＦＩ
Ｄシステムの範囲を拡張するのに用いられ、弱い信号で
ある可能性が高いので、フィルタ／アンプ２１０の狭帯
域フィルタには更なる任務を課した。

【００３６】ＤＳＰを用いる態様として、アップリンク
信号の周波数成分を動的にサーチすることがある。この
ことは図２のプロセッサ２００を用いて入データ流にフ
ーリエ変換を行うことにより行える。変調サブ搬送信号
を表す複数の信号を微分しても、知らないデータ速度の
単一サブ搬送信号をフーリエ変換して回復させて複数の
信号をサーチできる。

【００３７】このように、変調バックスキャッタ通信シ
ステムが２つのモードにて動作させる方法を示した。１
つはバックスキャッタ信号が高データ速度アップリンク
通信チャネルを提供するように変調されるモードであ
り、１つはバックスキャッタ信号が低データ速度アップ
リンク通信チャネルを提供して単一音等の確認信号を長
距離からでも検知できるように変調されるモードであ
る。

【００３８】多モードの実装取扱システムの多モード動作は３つのサービスにより実
装される。第１のサービスは、「質問」サービスであ
る。質問器がタグへダウンリンクにて「質問信号」を送
信することにより質問は始まる。タグは受信質問信号を
復号し、復号した質問信号に基づいて行動を決める。
「標準的な」質問の場合、タグは、ＭＢＳを用いて質問
器へ「義務的データ(mandatory)」を返すことを要求さ
れる。「標準的な」質問を受信する質問器の読みとりフ
ィールドにいるタグはそれぞれ、その義務的データによ
り後に説明するプロトコルを用いて応答する。「読みと
りフィールド」は、タグと質問器が通信できる空間領域
をいう。また質問器は、「標準的な」質問サービスの一
部として、タグそれぞれ全てのために意図されたデータ
を送信する。このようなデータの例としては、時間情
報、フレーミング情報他の同期情報等がある。義務的デ
ータは識別情報を有してもよい。、

【００３９】「標準的な」質問を超える他の質問も可能
である。例えば、質問器は、質問を用いて特定のタグを
識別した後、タグのメモリに記憶される更なるデータを
そのタグへと送信することができる。質問器はタグが他
のデータをその質問器へと送信し返すことを要求しても
よい。これらの更なるデータの通信には、「標準的な」
質問において用いたデータレートを用いることができ
る。従って、タグそれぞれ全てへとコマンド及びデータ
を送信するために質問器を用いて、読みとりフィールド
における特定のタグを識別し、そのタグと双方向で通信
できる。質問において、ダウンリンクに要するデータ速
度は通常大きくない。なぜなら、質問信号は読みとりフ
ィールドの全てのタグが応答することを要求するのに必
要なビットのみを持っていればよいからである。ダウン
リンクにおけるデータ量と比べてアップリンクのデータ
量は通常かなり大きい。義務的データは時間が重大（ク
リティカル）である送信においてしばしば送信されるの
で、アップリンクのデータ速度はダウンリンクのものよ
りもかなり大きい方がよい。即ち、ダウンリンクデータ
速度がアップリンクデータ速度より小さいような非対称
性がある。

【００４０】第２のサービスは、「位置（位置決定）」
サービスである。これはタグの位置を位置決定するのに
用いられる。位置決定において、質問器はダウンリンク
に「位置決定信号」をタグへと送る。これは位置決定信
号が向かう特定のタグのアドレスを有する。このサービ
スでは、タグは単純な確認メッセージ（一定音信号等）
により応答するように要求される。上の狭帯域技術を用
いて、質問サービスの範囲を遙かに超えた範囲にて質問
器によって一定音信号を受信できる。従って、ダウンリ
ンクがアップリンクよりも大きなデータ速度である非対
称通信サービスが存在する。

【００４１】位置決定サービスは以下のように特定のタ
グ１０５の位置を決める。取扱システムはタグの位置の
情報を持っていないとする。質問器は位置決定信号を送
信し、そして可能性のある応答（確認メッセージ）を聴
く。各質問器は受信応答（もしあれば）の信号強度を決
めることができ、ＬＡＮ１０２又はアプリケーションプ
ロセッサ１０１の位置決定プロセスへとそれらの決定を
報告する。ここで、位置決定プロセスは、質問器により
位置決定プロセスへと報告される確認メッセージの信号
強度に基づいてタグの位置を決めることができるソフト
ウェアプロセスである。位置決定プロセスは、タグの位
置が最強の確認メッセージ信号強度を受信する質問器の
位置と等しいものとして決める。ここで、タグの位置の
精度は質問器の有効範囲である。

【００４２】別の態様では、位置決定プロセスは、もし
２以上の質問器が確認メッセージを受信した場合はタグ
の位置を決定するのにより複雑な方法を用いる。タグの
位置は、確認メッセージを受信した質問器、及び各質問
器の空間位置に基づいて決められる。例えば、もし２つ
の質問器が等しい信号強度の確認メッセージを受信した
場合、タグの位置はこれら２つの質問器の２等分線上に
あると推定できる。もし３つの質問器が確認メッセージ
を受信した場合は、「三角位置決定」が可能となる。文
献、"The NLOS Problem in Mobile Location Estimatio
n Proceeding 1996 5th International Conference on
Universal personal Communic. oct 96"by Marilynn Wy
le and Jack Holtman、を参照するとよい。

【００４３】第３のサービスは、「メッセージング」サ
ービスである。「メッセージング信号」と呼ぶダウンリ
ンク信号は、１以上のタグのアドレス、及びこれらのタ
グのためのデータを有し、質問器により送信される。メ
ッセージング信号のタグアドレスと合致するタグはその
データをプロセッサ３０５に関連づけられたメモリ３０
５ａへと記憶するように、またそのデータを用いて他の
機能を行うように指示される。タグがメッセージング信
号に応答する方法には幾つかの方法がある。メッセージ
ング信号がタグにデータを記憶するように指示すれば、
タグは、質問器へと確認メッセージを送り返すことによ
りメッセージング信号の受領を確認させる。代わりに、
もしメッセージング信号がタグに判断をすることを指
示、又は質問器へ他のデータを送り返すように指示すれ
ば、数ビットのデータの確認メッセージにより応答す
る。従ってメッセージングにおいては、もしアップリン
クが確認メッセージであれば、ダウンリンクがアップリ
ンクよりも大きなデータ速度を有するような非対称通信
パスが存在することとなる。

【００４４】別の態様では、上述のサービスの１つで始
まり別のサービスへと換えることができる。以下にこの
ような通信を可能にする方法を説明する。タグとの通信
を望むとする。メッセージングサービスが質問器からタ
グへと送信され、質問器で受信される単純な確認により
タグが応答することを指示する。更に、質問器が受信し
た確認メッセージに基づいて、質問器は更なるデータを
その質問器へとタグが送り返すようにタグに指示したい
とする。例えば、質問器はもし信号強度がしきい値より
も低ければ確認メッセージの信号強度を決め、メッセー
ジングサービスのためにアップリンクにて通常用いるデ
ータ速度までにアップリンクデータ速度を制限する。信
号強度はしきい値よりも上である他の場合は、質問器は
質問サービスのためにアップリンクにて通常用いられる
データ速度までにアップリンクデータ速度を変える。こ
こで、２つのアップリンクデータ速度を用いて説明した
が、他のデータ速度も用いることができる。

【００４５】一態様にて、上の３つのサービス全ては、
同じシステムにおいて共存し、同時に動作させる。これ
らのサービスは、必要なデータ速度に基づいて、質問器
からタグへの異なる範囲をサポートするということを認
識することから始める。例えば、質問サービスには、タ
グが質問器のそばを通る時等に短時間において相当な量
のデータ伝送を伴う。ある時において読みとりフィール
ドにいくつもタグが存在するときには必要なデータ速度
は更に増える。データを同時に伝送する複数のタグが同
時に存在すれば、お互い干渉せずに複数のアップリンク
を可能にするためにはプロトコルが必要である。一態様
において、アロハ(Aloha)又はスロテッドアロハ(Slotte
d Aloha)のプロトコルを用いる。質問サービスの通常の
データレートは、５０〜３００ｋｂｐｓの範囲である。
ここで、他の因子がないことにより、範囲とデータ速度
は相反する関係で、トレードオフすべきことに留意す
る。文献、"Queuing Systems Vol. 2 Computer Applica
tions" by Leonard Kleinrock, published by John Wil
ey & Sons, NY in 1976、を見るとよい。

【００４６】まとめると、データ速度には２つの異なる
「非対称性」がある。即ち、質問サービスにおけるアッ
プリンクの方がダウンリンクよりも大きなデータ速度の
場合、及び位置決定及びメッセージングサービスにおけ
るダウンリンクの方がアップリンクよりも大きなデータ
速度の場合である。従って、質問サービスの有効範囲は
位置決定又はメッセージングサービスのものよりも小さ
い。なぜなら、質問サービスにおけるアップリンクのデ
ータ速度要件はより大きいからである。この範囲におけ
る差違を図４に示した。これらのデータ速度の間の関係
を観測することは重要である。上の「範囲拡張」の章で
は、狭帯域フィルタリングを用いて相当な範囲拡張を達
成できたことを示した。位置決定及びメッセージングサ
ービスはダウンリンクがおおまかに数ｋｂｐｓのデータ
速度であり、アップリンクは数ｂｐｓである。質問サー
ビスはダウンリンクがおおまかに数ｋｂｐｓのデータ速
度であり、アップリンクは５０〜３００ｋｂｐｓであ
る。

【００４７】これら３つのサービスは本装置の１つの有
用で廉価なエンドユーザーデバイスによりサポートされ
実装される。この装置をパーソナルページャー識別装置
（ＰＰＩＤ:personal pager and identifier）と呼ぶ。
図４にはＰＰＩＤのブロック図を示した。

【００４８】アンテナ４０１はパッチ又はループアンテ
ナである。パッチアンテナを用いると、ＰＰＩＤ装置の
基板へメッキでき、基板の背面を接地面として用いるこ
とができる。外側に向けられたアンテナパターンを作る
ようにするとよい。即ち、接地面から離れた方向へであ
る。ＰＰＩＤは小さいので、また無線周波数伝搬のた
め、マイクロ波周波数のＲＦ信号を用いるとよい。即
ち、２４５０ＭＨｚを用いるとかなり小さいパッチアン
テナを提供できる。

【００４９】従業員バッジとして装着されたＰＰＩＤ装
置は、従業員の前側の無線通信が最適になるようにす
る。これにより、質問器はＰＰＩＤと速やかに無線接触
できる。アンテナ４０１と検出変調器４０２、そしてア
ンプ４０３の設計は重要である。位置決定モード、メッ
セージングモードのために要求されたダウンリンク範囲
を提供するために、アンプ４０３は非常に弱い復調ＡＭ
信号をＣＭＯＳレベルまでブーストできなくてはなら
ず、これはとても大きなダイナミックレンジで動作し、
非常に小さな電流しか用いない。積分するとアンプ４０
３は多くても数μＡの電流分しか流さない。

【００５０】プロセッサ４０４は、電流消費がμＡ以下
であるスリープモードと、ｍＡを遙かに下回るアクティ
ブな電流消費状態のウェークモードを有する。プロセッ
サ４０４はＰＰＩＤの頭脳であり、ダウンリンク信号を
復号し、要求されるアップリンク応答の種類を決める。
プロセッサ４０４は水晶発振器４３０、又はプロセッサ
４０４内の発振器により同期される。

【００５１】ここで、図４のＰＰＩＤと市場で出回って
いるものとは類似点があることがわかる。四則演算計算
機を考える。廉価なクオーツ時計を考える。アンテナ４
０１、検出変調器４０２、アンプ４０３、サブ搬送変調
器４０５、サブ搬送周波数源４０６等は市場で出回って
いるものにはない。ページャーとＰＰＩＤは似ているよ
うに思える。しかしページャーはページングシステムの
範囲を得るための無線回路のおかげで高価であり、双方
向ページャーは更に高価である。本発明は、ページャー
等に機能を取り入れたのではなく、廉価な技術により創
造される。ＰＰＩＤが大きな表示装置を必要である場合
もあるがこの場合においても廉価である。

【００５２】ＰＰＩＤ物理的設計ＰＰＩＤ設計の例を図５に示した。

【００５３】パワー管理電池を減らさないようにパワー管理は重要である。

【００５４】認証及びセキュリティ高度のセキュリティ環境においては多くの認証及びセキ
ュリティ技術がある。

【００５５】ＰＰＩＤ動作能力従業員がビルに入ると、質問器１０３はこれをモニタリ
ングし、質問モードを用いてＰＰＩＤとの無線通信を確
立する。そして、時間や日付のようなデータをＰＰＩＤ
に送信し、ＰＰＩＤは無線通信システムと時間同期され
る。質問器はアプリケーションプロセッサ１０１に特定
のＰＰＩＤが質問を受けたこと、及び質問時間スタンプ
を報告される。ビル内の他の質問器も規則的に質問モー
ド信号を送信する。即ち、ＰＰＩＤが範囲内で信号を受
信すると上述の義務的データを含むアップリンク信号を
送信する。質問モードによりＰＰＩＤと通信できる他の
質問器１０３はそのことを質問時間スタンプと共に通信
する。従って、ＰＰＩＤの位置の時間履歴が位置データ
ベース１１０に構築される。質問モードの有効範囲は、
位置決定モードやメッセージングモードの範囲よりも小
さいので、特定のＰＰＩＤのデータベース履歴は、ＰＰ
ＩＤが質問モードの範囲外にある場合もあるという意味
で、連続的でない。従って、質問モードの通信は幾つか
の結果を生む。第１に、質問モードはビルへの最初の入
館を認証するのに用いられる。第２に、質問モードはビ
ル内の他のドアウェーの通過に際し認証するのに用いら
れる。第３に、質問器によってビル全体で質問モードモ
ードを用いて、連続的ではないがＰＰＩＤの大まかな位
置の時間履歴を作ることを可能にする。

【００５６】ＰＰＩＤ４００の位置を知りたいとする。
その要求はアプリケーションプロセッサ１０１へ通信リ
ンク１３０を介して送られる。アプリケーションプロセ
ッサ１０１はまず、位置データベース１１０を検査して
ＰＰＩＤ４００の位置を得た最新の時間を確認する。位
置決定が最近（時間を経たずに、の意）されていなけれ
ばアプリケーションプロセッサ１０１はこのＰＰＩＤの
位置は未知であることを決定し、位置決定モード信号が
全ての質問器により送信され、ＰＰＩＤの応答を要求す
る。もしＰＰＩＤの位置決定が最近なされていれば、前
に決定した位置の近くの質問器のみが位置決定モード信
号を送信する。次に質問器１０３はアプリケーションプ
ロセッサ１０１へ位置決定モード信号の結果、応答信号
を検出できたかを送信する。もし検出できたなら、その
信号の信号強度を送信する。次に、アプリケーションプ
ロセッサ１０１はＰＰＩＤの大まかな位置を決めること
ができ、その情報を通信リンク１３０を介して要求者へ
戻す。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように本発明により、セキュ
リティ、位置決定、メッセージングの各機能を単一シス
テムにて単一インフラにて統合して用いることができ
た。このように本装置は、セキュリティを改善し、低コ
ストのビル内又はキャンパスにおける位置決定及び通信
サービスを提供できた。

【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】ＰＰＩＤのブロック図。

【図５】ＰＰＩＤの物理的レイアウトの正面図。

【図６】ＰＰＩＤの物理的レイアウトの正面図。

【図７】ＰＰＩＤにおけるＲＦ検出器のブロック図。

【図８】ドッキングステーション、及びドッキングステ
ーションに対してどのようにＰＰＩＤが配向するかを示
す部分透視斜視図。

【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低ノイズアンプ２０８ミキサ２０９復調信号２１０フィルタ／アンプ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アンプ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３１０電池３１１変調サブ搬送信号３１２リード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 ＭｏｕｎｔａｉｎＡｖｅｎｕｅ, ＭｕｒｒａｙＨｉｌｌ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者デビッドハリースミスゴールアメリカ合衆国、08520 ニュージャージー、イーストウィンザー、オーククリークロード 185

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）第１情報信号の回復を行うことが
できる、受信変調無線信号の変調器と、（Ｂ）前記第１情報信号に応じて、少なくとも２つの代
替動作（動作Ａ及び動作Ｂとする）の選択された１つを
指示する出力を供給する第１判断要素と、（Ｃ）前記第１情報信号の少なくとも一部を表示する表
示装置と、（Ｄ）前記判断要素の出力に応じて、第２情報信号を生
成する信号生成装置とを有し、前記第２情報信号は、データ速度を有し、このデータ速
度は、動作Ａが指示されたときの方が動作Ｂが指示され
たときよりも大きく、（Ｅ）前記第２情報信号を用いて、受信変調無線信号の
反射を変調するバックスキャッタ変調器とを有すること
を特徴とする通信装置。
【請求項２】（Ｆ）サブキャリア信号の生成器と、（Ｇ）変調されたサブキャリアを形成するために、前記
サブキャリア信号を前記第２情報信号で変調する変調器
とを更に有し、前記バックスキャッタ変調器は、前記受信変調無線信号
の反射を前記変調サブキャリアで変調することを特徴と
する請求項１の通信装置。
【請求項３】前記変調器は前記第１判断要素に応じ、
動作Ｂに対する変調サブキャリアが前記サブキャリアの
周波数で純粋な非変調トーンであるようにされることを
特徴とする請求項２の通信装置。
【請求項４】（Ｆ）プッシュボダンを更に有し、前記信号生成装置は前記プッシュボタンに応じ、前記第
２情報信号の内容の少なくとも一部が前記プッシュボタ
ンの押下により決められることを特徴とする請求項１の
通信装置。
【請求項５】（Ｆ）プッシュボダンと、及び（Ｇ）前
記第２情報信号を送信すべきかを指示する出力を供給す
る第２判断要素とを更に有し、この第２判断要素は前記プッシュボタンに応じ、前記プ
ッシュボタンの押下によって前記第２情報信号を送信す
べきかが指示されることを特徴とする請求項１の通信装
置。
【請求項６】アラーム装置と、及び前記第１情報信号
の内容に基づいて前記アラーム装置をアクティベートす
る手段とを更に有することを特徴とする請求項１の通信
装置。
【請求項７】前記第１情報信号の少なくとも一部を記
憶する記憶媒体を更に有することを特徴とする請求項１
の通信装置。
【請求項８】前記通信装置内に記憶されたデータから
前記第２情報信号の少なくとも一部を生成する手段を更
に有することを特徴とする請求項１の通信装置。
【請求項９】前記通信装置のホルダーに関するバイオ
メトリックデータの記録を更に有し、前記信号生成装置は、前記第２情報信号におけるデータ
の少なくとも一部を扱うことを特徴とする請求項１の通
信装置。
【請求項１０】エネルギー転送要素と、及びこのエネ
ルギー転送要素を通して充電可能なエネルギー記憶要素
とを更に有することを特徴とする請求項１の通信装置。
【請求項１１】前記エネルギー転送要素は、コイルか
らなることを特徴とする請求項１０の通信装置。
【請求項１２】前記エネルギー転送要素は、キャパシ
タからなることを特徴とする請求項１０の通信装置。
【請求項１３】太陽電池と、及び前記太陽電池から充
電可能なエネルギー記憶装置とを更に有することを特徴
とする請求項１の通信装置。
【請求項１４】スリープモード及びウェークモードを
有するシグナルプロセッサと、前記スリープモードから前記プロセッサを規則的に起こ
して前記ウェークモードにする手段とを有することを特
徴とする請求項１の通信装置。
【請求項１５】スリープモード及びウェークモードを
有するシグナルプロセッサと、ＲＦ検出器とを有し、前記シグナルプロセッサは、前記ＲＦ検出器に応答し、
ＲＦ場の存在が検出されたときに前記プロセッサを起こ
して前記ウェークモードにすることを特徴とする請求項
１の通信装置。
【請求項１６】グラフィックスと、前記グラフィックスの下に少なくとも一部が位置するア
ンテナとを更に有することを特徴とする請求項１の通信
装置。
【請求項１７】グラフィックスと、前記グラフィックスの下に少なくとも一部が位置するエ
ネルギー変換デバイスとを更に有することを特徴とする
請求項１の通信装置。
【請求項１８】前記グラフィックスは、前記通信装置
のホルダーの絵であることを特徴とする請求項１６又は
１７の通信装置。
【請求項１９】前記グラフィックスは、団体のロゴで
あることを特徴とする請求項１６又は１７の通信装置。
【請求項２０】数字キーボードを構成する複数のプッ
シュボタンと、前記プッシュボタンにより入力されるマイクロプロセッ
サとを有し、このマイクロプロセッサは、前記プッシュボタンの操作
に応答して何らかの数学的演算を行い、そのような演算
の結果を表示装置へと表示することができることを特徴
とする請求項１の通信装置。
【請求項２１】緊急モードを指定するプッシュボタン
と、前記プッシュボタンの操作に応答して、緊急モードが指
定された後に次の第１情報信号を受け取って緊急モード
を実行する手段とを有し、前記信号生成装置は、前記緊急モードを実行する手段に
応答し、緊急モードが実行された後、緊急状態を表すデ
ータを有する第２情報信号を生成することを特徴とする
請求項１の通信装置。