JPH1168627A

JPH1168627A - データキャリアシステム

Info

Publication number: JPH1168627A
Application number: JP9214719A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Ishii; 英一石井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】取り扱いの容易な論理回路を用いて、データ
キャリアから送られてきた搬送波の位相とディジタルデ
ータとの対応関係を調べるための回路を、論理回路のみ
で構成し、それによって、装置ごとの調整を省くことが
できるデータキャリアシステムを提供する。【解決手段】親機１０は、データキャリア３０から送
られてＰＳＫ変調された搬送波を受信アンテナ１４で受
け、アンプ１５で増幅し、フィルタ１６で信号周波数６
２．５ｋＨｚ以外の帯域を除去し、量子化器１７で量子
化してディジタルデータとする。このディジタルデータ
を用いて、ディジタルフィルタ１８において搬送波の初
期位相学習プロセスのための演算を行う。量子化された
ディジタルデータは、ディジタルフィルタ１８に供給さ
れ、ここで、予め用意されているウィンドウ関数と、デ
ィジタルデータとの間の積和演算を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリペイドカード
として用いられるＩＣカードや在庫商品の仕訳けなどに
用いられるタグのように、データキャリアが親機から送
られる搬送波を介して電源の供給を受け、データキャリ
アと親機が非接触でデータの授受を行うことができるデ
ータキャリアシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＳＫ変調を用いてディジタルデータ通
信を行う場合には、受信側は、搬送波の位相とデータの
対応関係を知っておく必要がある。親機とデータキャリ
アは非接触であり、両者間の距離も個々の通信ごとに異
なる。そのため、データキャリアが、親機から受けた信
号に同期してデータの送信動作を行ったとしても、それ
を受け取った親機側で見ると、親機がデータキャリアに
送った搬送波と、データキャリアから受け取った搬送波
の位相には、ずれが生じる場合がある。

【０００３】そこで、通信開始後の初期段階において、
親機はデータキャリアに対して、予め内容（「１」であ
るか「０」てあるか）が分かっているっているデータを
ＰＳＫ変調して送るよう指示し、親機は、その搬送波の
位相を見て、どの位相が「１」に対応し、どの位相が
「０」に対応するかを予め調べるというプロセスが必要
となる。本明細書では、これを初期位相学習プロセスと
いう。

【０００４】親機が、通信開始後の初期段階において、
搬送波の位相とデータの対応関係を知るために、ＰＳＫ
変調されたデータキャリアからの信号を検波する回路と
して、ＦＭ検波回路の出力を積分する方法や、コスタス
ループ方式、逆変調方式などが従来から知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各方式は、いずれもアナログ回路として実現されるもの
であり、したがって、そのための調整が個々の装置ごと
に必要となる。また、２相ＰＳＫ変調方式では、データ
の変調により位相が反転したあと暫くの間は信号振幅が
なくなり、このためＳＮ比が悪化し、従来の検波器では
大きな雑音が発生するという問題があった。

【０００６】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、取り扱いの容易な論理回路を用いて、データ
キャリアから送られてきた搬送波の位相とディジタルデ
ータとの対応関係を調べるための回路を、論理回路のみ
で構成し、それによって、装置ごとの調整を省くことが
できるデータキャリアシステムを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、データキャリアが、親機から受けた搬送
波に同期して、前記親機に対してＰＳＫ変調によるデー
タの送信動作を行うデータキャリアシステムにおいて、
前記親機からの指示に基づいて、予め定めた所定のディ
ジタルデータを、搬送波をＰＳＫ変調した信号として親
機へ送信するデータキャリア側の送信手段と、前記送信
手段から送られた搬送波を受信する受信手段と、前記受
信手段によって受信された搬送波をディジタル化する親
機側の量子化手段と、前記受信手段によって受信された
搬送波の位相ずれに対応して予め設定された複数のウィ
ンドウ関数を有し、各ウィンドウ関数と前記量子化手段
によってディジタル化された搬送波のディジタルデータ
との間で積和演算を行い、各ウィンドウ関数と前記ディ
ジタル化された搬送波との相関値を算出する積和演算手
段と、前記積和演算手段によって得られた相関値に基づ
いて、前記受信手段によって受信された搬送波の位相を
決定する位相判定手段と、を具備することを特徴とす
る。

【０００８】前記位相判定手段は、例えば、前記積和演
算手段の出力に基づいて、最も相関値の高い位相（中心
位相）、および当該中心位相と所定間隔だけ前後に異な
る二つの位相についての相関値を選択して出力し、これ
らの相関値について重み付け加算を行った結果に基づい
て前記受信手段によって受信された搬送波の位相を決定
するものである。

【０００９】前記受信手段によって受信された搬送波の
位相が前記位相判定手段により決定されたあとは、例え
ば、前記積和演算手段は、当該位相に対応する前記ウィ
ンドウ関数のみを用いて、その後に前記受信手段によっ
て受信された搬送波との間で積和演算を行い、その結果
に基づいて前記データキャリアが送ってきたデータのデ
ィジタル値を検出する。

【００１０】また、前記量子化手段は、例えば、前記受
信手段によって受信される搬送波の４分の１周期に対応
する時間間隔で前記受信手段によって受信される搬送波
のデータサンプリングを行うことを特徴とする。本発明
は、上記より、データキャリアから送られ、親機側の受
信手段で受信された搬送波は、親機側の量子化手段で量
子化され、ディジタルデータとされる。したがって、量
子化後の搬送波の位相判定の処理は、すべて論理回路に
よって行なわれる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本実施形態のデー
タキャリアシステムの、主として親機側を示したブロッ
ク図である。図１において、下側が親機１０、上側がデ
ータキャリア３０を示す。親機１０は、キャパシタとコ
イルからなる送信アンテナ１３と受信アンテナ１４を別
々に備えており、データキャリア３０は、受信用と送信
用を兼ねたアンテナ３１を備えている。但し、親機１０
についても、単一のアンテナで送信用と受信用を兼ねる
ようにしてもよい。データキャリア３０の回路部３２に
は、送信回路、受信回路、信号処理回路、過電圧防止回
路などが含まれているが、本発明の要部とは関係ないの
で、ここではその説明を省略する。

【００１２】本実施形態は、親機１０とデータキャリア
３０との間の通信方式に、二相ＰＳＫ（ＰｈａｓｅＳ
ｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調方式を用いる。但し、デ
ータキャリア３０から親機１０へデータを送るときにＰ
ＳＫ変調方式を採っているものであれば、親機１０から
データキャリア３０への送信に他の変調方式を採ってい
る場合であっても、本発明を適用することができる。ま
た、本実施形態では、データキャリア３０は、親機１０
から受け取った搬送波を分周して、データキャリアから
３０から親機１０へ返す信号の搬送波を生成している。
したがって、データキャリア３０が親機１０から受け取
った搬送波と、データキャリア３０が親機１０へ送信す
る搬送波は同期している。

【００１３】親機１０からデータキャリア３０へデータ
を送る場合の搬送波周波数は、一例として１２５ｋＨｚ
とする。データキャリア３０から親機１０へデータを返
す場合の搬送波周波数は、一例として、１２５ｋＨｚの
半分の６２．５ｋＨｚとする。尚、以下では、データキ
ャリア３０から親機１０へ送られる電磁波を「受信波」
という。受信波の変調方式は、前述のように、データの
１ビットの「１」と「０」を、位相がπだけ異なる二つ
の搬送波（周波数は共に６２．５ｋＨｚ）に対応させる
二相ＰＳＫ変調とし、１ビットのデータに対応する搬送
波の送信間隔は、一例として、搬送波の１６周期分に相
当する２５６μｓｅｃとする。図２の波形ａは、この受
信波を示している。尚、図２の波形ａは、理想的な波形
を示したものであり、実際には、位相の変わり目におい
て波形に大きな歪みが生じる。

【００１４】ＰＳＫ変調を用いてデータ通信を行う場合
には、受信側は、搬送波の位相とデータの対応関係を知
っておく必要がある。親機とデータキャリアは非接触で
あり、その間の距離も個々の通信によって異なる。ま
た、通信中にデータキャリアの位置が変わる場合もあ
る。そのため、データキャリアが、親機からの信号を受
け取って、これに同期して親機に信号を返したとして
も、親機側で見ると、データキャリアへ送った信号と、
データキャリアから受け取った信号には位相のずれが生
じうる。そこで、通信開始後の初期段階において、親機
はデータキャリアに対して、予め内容（「１」であるか
「０」てあるか）が分かっているっているデータをＰＳ
Ｋ変調して送るよう指示し、親機は、その搬送波の位相
を見て、どの位相が「１」に対応し、どの位相が「０」
に対応するかを予め調べる初期位相学習プロセスを行う
必要がある。この初期位相学習プロセスを、通信開始後
の初期段階において一度行っておけば、それ以降は、親
機は、受信した搬送波が「１」に対応する位相か、
「０」に対応する位相かだけを見ていればよい。たと
え、差分位相変調方式として位相の絶対値ではなく位相
変化にデータを対応させる場合であっても、初期段階で
初期位相学習プロセスを行う必要がある。

【００１５】以下で、通信開始後の初期段階において行
う初期位相学習プロセスについて説明する。親機１０が
データキャリア３０へ信号を送る場合は、送信系１１に
おいて、送信すべきデータを示す信号で搬送波をＰＳＫ
変調し、生成された変調信号をアンプ１２で増幅したあ
と、送信アンテナ１３からデータキャリア３０へ向けて
送信する。送信系１１は、タイミング基準回路２３から
送られる発振信号を基準として動作する。タイミング基
準回路２３は、水晶発振器からなり、この発振信号に基
づいて、送信系は、信号を乗せる搬送波を生成する。

【００１６】親機１０がデータキャリア３０から受信波
を受ける場合は、ＰＳＫ変調された搬送波を受信アンテ
ナ１４で受け、アンプ１５で増幅し、フィルタ１６で信
号周波数６２．５ｋＨｚ以外の帯域を除去したあと、量
子化器１７で量子化してディジタルデータとする。量子
化器１７は、ＰＳＫ変調された搬送波を、サンプリング
レート２５０ｋＨｚ（８μｓｅｃ間隔）、量子化ビット
数１ビットで量子化する。８μｓｅｃは、搬送波の４分
の１周期（位相角π／２）に相当する。この量子化器１
７のサンプリング動作も、タイミング基準回路２３から
送られてくる信号を基準とする。したがって、親機１０
からデータキャリア３０へ送信される搬送波と、量子化
器１７のサンプリング動作とは同期している。尚、原理
的には、量子化ビット数は２ビット以上であってもよ
い。但し、搬送波の位相を判定できればよいので、本実
施形態のように１ビットでも十分である。

【００１７】１ビットで量子化すると、量子化後におけ
るディジタルデータのビット列は、そのまま搬送波の波
形に対応する。図２の波形ｂは、このディジタルデータ
のビット列を「１」、「０」の波形として、元の搬送波
と対応させて示した波形である。図２の波形ｂで示した
ディジタルデータを用いて、ディジタルフィルタ１８に
おいて搬送波の初期位相学習プロセスのための演算を行
う。但し、本実施形態では、波形ｂで示したディジタル
データのすべてを用いるのではなく、後半の８周期分の
みを用いる。その理由は、ＰＳＫ変調の場合、位相が反
転した後しばらくは搬送波の波形が歪んで位相の揺らぎ
が生じ、位相が安定するまでにある程度の時間を要する
からである。このように、特定の期間の搬送波信号を取
り出すことができるのは、データキャリア３０が信号を
返す動作が、親機１０から受け取った信号に同期してい
るからである。

【００１８】量子化器１７において量子化された搬送波
のディジタルデータは、ディジタルフィルタ１８に供給
される。ディジタルフィルタ１８は、予め用意されてい
る６つのウィンドウ関数と、搬送波のディジタルデータ
との間の積和演算を行う。本実施形態においてウィンド
ウ関数とは、搬送波のディジタルデータをサンプリング
レートに対応する８μｓｅｃ（４分の１周期）間隔で区
切ったデータ列とし、データ列のそれぞれのデータと掛
け合わせるための係数の組をいう。ウィンドウ関数は、
予め用意しておく。本実施形態では、図３に示す（イ）
〜（ヘ）の６つのウィンドウ関数を用意する。但し、図
３では、各ウィンドウ関数のデータを、最初の８個だけ
示してあるが、実際には３２個（４×８周期分）ずつあ
る。このうち、（イ）のウィンドウ関数を位相角０とす
ると、（ロ）及び（ハ）のウィンドウ関数はπ／４、
（ニ）は位相角π／２、（ホ）及び（ヘ）のウィンドウ
関数は３π／４に対応する。

【００１９】図４は、ディジタルフィルタ１８を構成す
る積和演算器の一つを示したブロック図である。実際に
は、図４と同様の積和演算器が並列に６個配置され、そ
れぞれに図３に示す各ウィンドウ関数の係数が設定され
ている。図４の積和演算器は、図３の一番上に示したウ
ィンドウ関数（イ）に対応する。尚、図４も、図３に対
応して、ウィンドウ関数（イ）の最初の８個のデータの
みをセットした状態を示している。

【００２０】各積和演算器は、量子化器１７から前述の
搬送波８周期分のディジタルデータがセットされると、
８μｓｅｃごとに区切ったディジタル値を、ウィンドウ
関数の各係数と乗算し、更に、それらの結果を相互に加
算する。このとき、搬送波のディジタルデータが「１」
のときは「１」として、また、搬送波のディジタルデー
タが「０」のときは「−１」として、ウィンドウ関数と
の積和演算を行う。

【００２１】ところで、図３の（イ）及び（ニ）のウィ
ンドウ関数については、積和演算の結果が、そのまま対
応する位相と搬送波との相関を示す。これに対し、
（ロ）、（ハ）、（ホ）、（ヘ）のウィンドウ関数につ
いては、それぞれの積和演算の結果を、更に、（ロ）と
（ハ）で和をとったものが位相角π／４との相関を示す
値とし、（ホ）と（ヘ）で和をとったものが位相角３π
／４との相関を示す値とする。このようにすることによ
って、ウィンドウ関数の一つ一つの値（図３に示す
「１」又は「−１」）が搬送波の位相角π／２分（４分
の１周期分）に対応するものでありながら、π／４間隔
で、搬送波との相関を調べることができる。

【００２２】搬送波とウィンドウ関数との相関を示す値
（相関値）は、−３２から＋３２までの偶数の値をとり
うることになり、全部で３３通りである。相関値は、そ
の絶対値が大きいほど相関が大きく、絶対値がゼロに近
いほど相関が小さいことを表す。すなわち、搬送波の位
相は、もっとも相関値の大きいウィンドウ関数の位相に
最も近い。

【００２３】また、相関値が負のときは、その絶対値
は、そのウィンドウ関数を反転した（位相がπだけ異な
った）ウィンドウ関数との相関を示す値に対応する。例
えば、相関値が−３２であれば、それはそのウィンドウ
関数と搬送波の位相が、ちょうどπだけ異なることを意
味する。そこで、本実施形態では、相関値の正負を検出
し、それに基づいて、各ウィンドウ関数を反転したウィ
ンドウ関数と、搬送波との相関を示す値を求めている。
これにより、前述のように、位相角０用、π／４用、π
／２用、３π／４用の積和演算器を用意するだけで、等
価的にπ，５π／４，３π／２，７π／４の位相角との
相関値を求めることができ、結果として１周期分をカバ
ーできる。但し、π用、５π／４用、３π／２用、７π
／４用の積和演算器を別に設け、それぞれに対応するウ
ィンドウ関数を設定して、上と同様の演算を行って相関
値を求めてもよい。

【００２４】図１の同期判定回路２０は、ディジタルフ
ィルタ１８から相関値を示す信号を受け、相関値の最も
高いウィンドウ関数の位相を、搬送波の位相と判定す
る。同期判定回路２０も、タイミング基準回路２３から
の信号に基づいて動作する。更に、本実施形態では、最
も相関値の高い位相の他に、その位相と前後にπ／４隔
たった両隣の位相も、併せて選択する。したがって、４
つの位相のうちから３つが選ばれることになる。この選
択動作は、マルチプレクサ１９によって行う。すなわ
ち、ディジタルフィルタ１８からは、各位相の相関値が
出力され、マルチプレクサ１９は、同期判定回路２０か
らの制御信号に基づいて、４つのうちから、最も高い相
関値と、その相関値の位相の前後の位相の相関値を選択
する。但し、前述のように、相関値が負となる場合も含
めると、実質的には、８つの位相のうちから、最も相関
値の高い位相と、その両隣の位相を選んでいることに相
当する。

【００２５】選択された三つの位相の相関値は、受信デ
ータ判定回路２１へ供給される。ここでは、選択された
三つの位相（ウィンドウ関数）の各相関値について、重
み付けして加算する。受信データ判定回路２１も、タイ
ミング基準回路２３からの信号に基づいて動作する。受
信データ判定回路２１は、重み付け加算の結果が正であ
れば、搬送波のその位相は、ディジタル値「１」に対応
するものと判断し、重み付け加算の結果が負であれば、
搬送波のその位相はディジタル値「０」に対応するもの
と判断する。重み付けの係数は、重み付け回路２２から
与えられる。重み付けの係数としては、例えば、最も大
きかった相関値に対しては１、その両隣の位相の相関値
に対して０．５とする。重み付けをする理由は、位相判
定の正確を期すために相関値が最も大きい位相の両隣の
位相も考慮に入れるのであるが、それらのうち相関値が
一番大きかった位相を最も重視するためである。

【００２６】但し、重み付けの係数をすべて同じとする
ことも可能であり、その場合は、重み付け回路２２は不
要となる。重み付けをしない場合には、例えば、三つの
相関値のうちで、一つでも正のものがあれば、搬送波の
その位相をディジタル値「１」に対応するものと判断す
るようにすることもできる。以上によって、初期位相学
習プロセスは終了し、これ以降は、初期位相学習プロセ
スで確立された位相に基づいて、実際のデータの授受を
行う。具体的には、初期位相学習プロセスによって、π
／４間隔で予め用意されたウィンドウ関数のうちから最
も相関値の高いものを選択し、実際にデータキャリア３
０からのデータの送信が開始されたあとは、ディジタル
フィルター１８ではこの選択されたウィンドウ関数のみ
を用いて積和演算を行い、相関値が正であればディジタ
ル値「１」、相関値が負であればディジタル値「０」と
判断する。

【００２７】図１から分かるように、親機１０側は、搬
送波を量子化する量子化器１７以降は、マルチプレクサ
１９、同期判定回路２０、受信データ判定回路２１、重
み付け回路２２は、いずれも論理回路によって構成され
る。したがって、回路の調整が不要であり、コストの低
減も図ることができ、更に、回路部品の高集積化が進に
従って装置の小型化も図られる。

【００２８】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内で種々の変更が可能で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
親機側の量子化部でデータキャリアから送られてきた搬
送波を量子化した後は、積和演算部及び位相判定部によ
って、ディジタル的に搬送波の位相を決定するので、こ
れらのプロセスを、すべて論理回路によってディジタル
的に実行することが可能となる。また、受信部のアナロ
グ回路によって実現できる離調時の減衰特性と、論理回
路によって実現できる中心周波数付近の狭帯域特性との
組み合わせにより、不要信号を有効に除去できるので、
耐ノイズ特性が改善される。更に、本発明の主要部をな
す論理回路は、回路規模が大きくても高集積化が可能で
あること、消費電力を低く抑えられることから、システ
ムのコストを下げることができ、また、論理回路により
動作の安定性が向上し、無調整化を図ることもできる。
更に、論理回路化によって、データサンプリングの頻
度、量子化ビット数、用意するウィンドウ関数の数、ウ
ィンドウ関数を構成するデータのビット桁数などに関す
る設計の自由度が増し、本発明の適用対象に応じて柔軟
な設計が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のデータキャリアシステムの、主と
して親機側を示したブロック図である。

【図２】２相ＰＳＫ変調された搬送波の波形と、これを
量子化したディジタルデータの波形を並べて示した波形
図である。

【図３】ウィンドウ関数の一例を示した図である。

【図４】積和演算器の一つを示したブロック図である。

【符号の説明】

１０親機１１送信系１２，１５アンプ１３送信アンテナ１４受信アンテナ１６フィルタ１７量子化器１８ディジタルフィルタ１９マルチプレクサ２０同期判定回路２１受信データ判定回路２２重み付け回路３０データキャリア３１送受信アンテナ３２回路部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データキャリアが、親機から受けた搬送
波に同期して、前記親機に対してＰＳＫ変調によるデー
タの送信動作を行うデータキャリアシステムにおいて、前記親機からの指示に基づいて、予め定めた所定のディ
ジタルデータを、搬送波をＰＳＫ変調した信号として親
機へ送信するデータキャリア側の送信手段と、前記送信手段から送られた搬送波を受信する受信手段
と、前記受信手段によって受信された搬送波をディジタル化
する親機側の量子化手段と、前記受信手段によって受信された搬送波の位相ずれに対
応して予め設定された複数のウィンドウ関数を有し、各
ウィンドウ関数と前記量子化手段によってディジタル化
された搬送波のディジタルデータとの間で積和演算を行
い、各ウィンドウ関数と前記ディジタル化された搬送波
との相関値を算出する積和演算手段と、前記積和演算手段によって得られた相関値に基づいて、
前記受信手段によって受信された搬送波の位相を決定す
る位相判定手段と、を具備することを特徴とするデータキャリアシステム。
【請求項２】前記位相判定手段は、前記積和演算手段
の出力に基づいて、最も相関値の高い位相（中心位
相）、および当該中心位相と所定間隔だけ前後に異なる
二つの位相についての相関値を選択して出力し、これら
の相関値について重み付け加算を行った結果に基づいて
前記受信手段によって受信された搬送波の位相を決定す
るものである請求項１記載のデータキャリアシステム。
【請求項３】前記受信手段によって受信された搬送波
の位相が前記位相判定手段により決定されたあとは、前
記積和演算手段は、当該位相に対応する前記ウィンドウ
関数のみを用いて、その後に前記受信手段によって受信
された搬送波との間で積和演算を行い、その結果に基づ
いて前記データキャリアが送ってきたデータのディジタ
ル値を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の
データキャリアシステム。
【請求項４】前記量子化手段は、前記受信手段によっ
て受信される搬送波の４分の１周期に対応する時間間隔
で前記受信手段によって受信される搬送波のデータサン
プリングを行うことを特徴とする請求項１，２又は３記
載のデータキャリアシステム。