KR20070110064A - 거리 측정 장치, 거리 측정 방법, 반사체 및 통신 시스템 - Google Patents

거리 측정 장치, 거리 측정 방법, 반사체 및 통신 시스템 Download PDF

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KR20070110064A
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Abstract

송신 제어부(7B)는, 태그 응답 신호의 송신을 요구하는 R/W 요구 신호를 RFID 태그(1)에 대해 2회 송신하도록 제어한다. 이때에, 주파수 제어부(7A)는, 각 R/W 요구 신호를 서로 다른 반송 주파수로 송신하도록 PLL부(5A)를 제어한다. 위상 정보 취득부(8A)는, 서로 다른 반송 주파수로 송신된 태그 응답 신호의 위상의 변화량을 각각 검출하고, 이 위상의 변화량에 의거하여 거리 산출부(8B)가, 리더라이터(2)와 RFID 태그(1)의 거리를 산출한다.

Description

거리 측정 장치, 거리 측정 방법, 반사체 및 통신 시스템{DISTANCE MEASURING APPARATUS, DISTANCE MEASURING METHOD, REFLECTOR AND COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은, 전파를 통하여 반사체와 무선 통신을 행하는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법, 반사체 및 통신 시스템에 관한 것이다.
근래, RFID(Radio Frequency Identification) 태그(무선 태그)의 이용이 보급되어 오고 있다. RFID 태그는, 바코드를 대체하는 것으로서 특히 물류 분야에서 기대를 모으고 있고, 가까운 장래에 널리 보급될 것이 예상되고 있다.
현재, RFID 태그용의 주파수대역으로서는, 13.56MHz대, 800MHz 내지 950MHz 전후의 이른바 UHF대, 2.45GHz대 등이 있다. 이 중, UHF대나 2.45GHz대의 전파(radio Wave)는, 13.56MHz대의 전파에 비하여 통신 거리를 신장하기 쉽다는 이점이 있다. 또한, UHF대의 전파는, 2.4GHz대의 전파에 비하여, 물체그늘(物陰)로 돌아 들어가기 쉽다는 이점이 있다. 이 때문에, UHF대의 전파를 이용하는 RFID 태그 및 리더라이터의 개발이 진행되고 있다.
UHF대의 전파를 이용하는 경우, 현재 주류인 13.55MHz대의 전파를 이용하는 경우에 비하여, 리더라이터가 무선 태그와 통신 가능한 거리를 수 10㎝ 정도로부터 수m 정도로 신장할 수 있다. 따라서, UHF대의 전파를 이용하면, 리더라이터가 무선 태그와 통신 가능한 공간 영역인 통신 에어리어를 비교적 광범위하게 확대하는 것이 가능해진다.
한편, RFID 태그의 위치를 추정하기 위해, RFID 태그와 통신을 행하는 통신국과의 거리를 측정하는 기술이 제안되어 있다. 하나의 예로서는, RFID 태그로서의 액티브 IC 태그로부터의 신호를 다수의 기지국이 수신하고, 각각의 기지국에서의 그 액티브 IC 태그로부터의 수신 신호에 의거하여, 거리 및 위치를 추정한 기술이 있다. 이 예에서는, 각 기지국과 해당 액티브 IC 태그의 거리는, 액티브 IC 태그로부터의 수신 신호의 강도에 의거하여 추정된다. 즉, 수신 신호의 강도와 거리 사이에 상관이 있는 것을 이용하여 거리가 추정된다. 또한, 위치가 이미 알고 있는 액세스 포인트를 마련하고, 액티브 IC 태그와 해당 액세스 포인트로부터 동시에 신호를 송출시킴에 의해, 수신 타이밍의 지연량을 측정함에 의해 액티브 IC 태그의 거리를 추정하는 수법도 채용되고 있다.
또한, 일본 특표2004-507714호 공보(2004년 3월 11일 공개)(이하, 특허 문헌 1이라고 칭한다)에는, 도 26에 도시하는 바와 같이, RF 통신 시스템에 있어서, 리더로서의 인터로게이터(36)로부터 RF 태그(38)에 대해, 서로 다른 주파수의 신호(40·42)를 송신하고, 이 2개의 신호를 겹친 합성파의 널·포인트의 수를 카운트함에 의해, 인터로게이터(36)와 RF 태그(38) 사이의 거리를 추정하는 기술이 개시 되어 있다.
UHF대의 전파를 이용한 RFID 통신 시스템을 이용하는 경우, 장거리 통신이 가능해짐에 의해, 처리를 행할 필요가 없는 원방의 RFID 태그에 대해서도 통신이 가능해지고, 이와 같은 RFID 태그에 대한 불필요한 처리가 발생한다는 문제나, 멀티패스의 영향을 받음에 의한 응답성능의 열화 등의 문제가 생긴다. 이들의 문제를 해결하기 위해, 리더라이터가 각 RFID 태그까지의 거리를 구함에 의해, 데이터부의 해석/개서 등의 처리를 행하여야 할 대상이 되는 RFID 태그를 분별하는 수법이 고려된다. 여기서, 리더라이터와 RFID 태그의 거리를 구하는 수법으로서, 상기한 종래 기술을 이용하는 경우에는, 다음과 같은 문제가 있다.
우선, RFID 태그로부터의 신호의 수신 강도나, 지연 시간에 의거하여 거리를 추정하는 경우, 거리의 측정 정밀도가 낮다는 문제가 있다. 이와 같은 방식으로 거리를 추정하는 경우의 정밀도는, 실제로는 대략 1m 내지 수m 정도로 된다. 예를 들면 물류 관리 시스템 등에 적용한 경우에는, 이 정도의 정밀도로는 실용적이 아니라, 더 높은 거리 측정 정밀도가 필요하게 된다.
또한, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 기술에서는, 서로 다른 주파수의 2개의 신호를 겹친 합성파의 널·포인트의 수를 카운트함에 의해 거리를 추정하고 있기 때문에, 거리의 정밀도가 매우 나쁘다는 문제가 있다. 더욱 상세하게는, 특허 문헌 1의 단락 [0025]에 기재되어 있는 예에 의하면, 880MHz의 제 1 신호와 881MHz의 제 2 신호를 사용한 때, 인터로게이터(36)로부터 약 37.5m의 점에 널·포인트가 생기고, 그 후 약 75m마다 추가의 널·포인트가 생긴다. 예를 들면, 인터로게이터(36)와 RF 태그(38) 사이에 3개의 널이 카운트되었다고 하면, 추정되는 인터로게이터(36)와 RF 태그(38)의 거리는 187.5m 이상 262.5m 미만이라는 것으로 되고, 오차 범위는 75m로 된다. 멀티패스가 생기고 있으면, 무선 신호의 전파 거리가 길어지고, 실제의 RFID 태그의 거리와는 다른 거리가 산출된다는 문제가 있다.
또한, EP1239634A2(이하, 특허 문헌 2라고 칭한다)에는, 도 27에 도시하는 바와 같이, RFID 태그와 무선 통신을 행하는 통신 장치(138)에 있어서, RFID 태그로부터의 반사 신호를 안테나(140)를 통하여 수신하고, 서큘레이터(92)로부터 입력된 수신 신호와, 서큘레이터(90) 및 스플리터(98)로부터 입력된 반송 신호를 믹서(100, 102)에서 곱셈함에 의해 I신호 및 Q신호를 생성하고, 이 I신호 및 Q신호에 의거하여 RFID 태그로부터의 반사 신호의 진폭 및 위상을 산출한 기술이 개시되어 있다. 또한, 반송 신호와 RFID 태그의 반사 신호와의 위상차를 이용하여, RFID 태그까지의 거리를 구하는 것이 개시되어 있다.
본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, RFID 태그의 거리를 정밀도 좋게 측정하는 것을 가능하게 하는 거리 측정 장치, 거리 측정 방법 및 통신 시스템을 제공하는 데 있다. 또한, 다른 목적으로서, 특수한 RHD 태그를 이용하지 않고, RFID 태그의 거리를 측정하는 것을 가능하게 하는 거리 측정 장치, 거리 측정 방법, 이동체 및 통신 시스템을 제공하는 것을 들 수 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 다른 복수의 반송 주파수의 전파에 의해 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 요구 신호를 안테나로부터 외부에 송신하는 송신 수단과, 상기 송신 수단에서 송신된 상기 요구 신호가, 반사체에 의해 소정의 변조를 받으면서 반사되어 발생한, 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 반사 신호를 수신하는 수신 수단과, 상기 수신 수단이 수신한 반사 신호와 상기 요구 신호 사이의 위상의 변화량을, 상기 송신 수단이 송신한 반송 주파수마다 산출하는 위상 정보 취득부와, 상기 위상 정보 취득부에 의해 취득된 반송 주파수마다의 위상 변화량과 반송 주파수에 의거하여, 상기 안테나와 상기 반사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 반사체는, 예를 들면, 무선 통신용 IC(Integrated Circuit), 기억부 및 안테나 등을 구비한 RFID 태그이다. RFID 태그로서는, 전지 등의 전원을 갖지 않고, 리더라이터로부터 전파로 송전된 전력에 의해 회로가 동작하고, 리더라이터와 무선 통신을 행하는 패시브 타입의 RFID 태그나, 전지 등의 전원을 갖는 액티브 타입의 RFID 태그가 포함된다. 또한, 고유한 ID 정보를 갖고 있는 RFID 태그도 포함된다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 다른 복수의 반송 주파수의 전파에 의해 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 요구 신호를 안테나로부터 외부에 송신하는 송신 스텝과, 상기 송신 스텝에서 송신된 상기 요구 신호가, 반사체에 의해 소정의 변조를 받으면서 반사되어 발생한, 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 반사 신호를 수신하는 수신 스텝과, 상기 수신 스텝에서 수신한 반사 신호와 상기 요구 신호 사이의 위상의 변화량을, 상기 송신 스텝에서 송신한 반송 주파수마다 산출하는 위상 정보 취득 스텝과, 상기 위상 정보 취득 스텝에 의해 취득된 반송 주파수마다의 위상 변화량과 반송 주파수에 의거하여, 상기 안테나와 상기 반사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출 스텝을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성 및 방법에서는, 반사체로부터 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 송신되는 반사 신호가 수신되도록 되어 있다. 여기서, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 송신되는 반사 신호에 있어서, 각 반송 주파수에서의 신호의 위상의 상태는, 해당 반사 신호를 송신한 반사체와 거리 측정 장치의 거리에 따라 다르다.
또한, 상기한 구성 및 방법에 의하면, 반사 신호의 각 반송 주파수에서의 신호의 위상 변화량이 취득되고, 이 위상 변화량과 반송 주파수에 의해 상기 거리가 산출된다. 여기서, 상세는 후술하지만, 복수의 반송 주파수에 의한 신호의 위상 변화량과 반송 주파수가 구하여지면, 정밀도 좋게 거리를 산출하는 것이 가능해진다. 즉, 상기한 구성 및 방법에 의하면, 상기 거리의 산출을 정밀도 좋게 정확하게 행하는 것이 가능한 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 상기 송신 수단이, 하나의 요구 신호를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 상기 송신 스텝에서, 하나의 요구 신호를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하는 방법으로 하여도 좋다.
상기한 구성 및 방법에 의하면, 하나의 요구 신호가, 상기 분할 기간에 따라 서로 다른 반송 주파수에 의해 송신된다. 이 경우, 반사 신호도, 상기 분할 기간에 대응하여 서로 다른 반송 주파수에 의해 송신된다. 따라서, 거리 산출부는, 하나의 반사 신호에서의 각 분할 기간에서의 신호의 상태를 해석함에 의해 거리의 산출을 행하는 것이 가능해진다. 즉, 하나의 요구 신호 및 하나의 반사 신호의 송수신을 행하는 것 만에 의해 거리의 산출을 행할 수 있기 때문에, 거리의 산출을 행하기 위해 필요하게 되는 신호의 송수신을 저감하는 것이 가능하게 되고, 이로써 통신 효율을 떨어뜨리지 않고 거리 산출을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에서 상기 송신 수단이, 상기 요구 신호가 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 상기 송신 스텝에서, 상기 요구 신호가 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 방법으로 하여도 좋다.
상기한 구성 및 방법에 의하면, 하나의 요구 신호가, 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신된다. 이 경우, 반사 신호도, 상기 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신된다. 따라서, 거리 산출부는, 하나의 반사 신호에서의 각 주파수 성분에서의 신호의 상태를 해석함에 의해 거리의 산출을 행하는 것이 가능해진다. 즉, 하나의 요구 신호 및 하나의 반사 신호의 송수신을 행하는 것 만에 의해 거리의 산출을 행할 수 있기 때문에, 거리의 산출을 행하기 위해 필요하게 되는 신호의 송수신을 저감하는 것이 가능해지고, 이로써 통신 효율을 떨어뜨리지 않고 거리 산출을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 반사체로부터, 서로 다른 3개 이상의 반송 주파수에 의해 반사 신호를 수신함과 함께, 상기 위상 정보 취득부가, 각 반송 주파수의 신호중, 신호의 상태가 거리를 산출하는데 있어서 더욱더 소정의 기준을 충족시키는 2개의 반송 주파수의 신호를 선택하여, 위상 변화량을 취득하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 반사체로부터, 서로 다른 3개 이상의 반송 주파수에 의해 반사 신호가 송신됨과 함께, 상기 위상 정보 취득 스텝에서, 각 반송 주파수의 신호중, 신호의 상태가 거리를 산출하는데 있어서 소정의 기준을 충족시키는 2개의 반송 주파수의 신호를 선택하여, 위상 변화량을 취득하는 방법으로 하여도 좋다.
반사 신호에 있어서, 반송 주파수에 의해서는, 예를 들면 멀티패스가 발생하는 것 등에 의해 신호의 상태가 거리의 산출에 적합하지 않은 상태로 되어 있는 것도 고려된다. 이에 대해, 상기한 구성 및 방법에 의하면, 서로 다른 3개 이상의 반송 주파수중, 신호의 상태가 거리를 산출하는데 있어서 소정의 기준을 충족시키고 있는 2개의 반송 주파수의 신호가 선택되고, 이들에 의거하여 위상 변화량의 검지가 행하여지기 때문에, 위상 변화량의 검지의 정밀도를 높이는 것이 가능해진다. 따라서, 거리의 산출의 정밀도도 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 수신된 반사 신호의 주파수 변환 처리를 행하는 주파수 변환부를 구비하고, 상기 주파수 변환부가, 상기 태그 응답 신호를 I신호와 Q신호로 변환하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 수신된 반사 신호의 주파수 변환 처리를 행하는 주파수 변환 스텝을 구비하고, 상기 주파수 변환 스텝에서, 상기 태그 응답 신호를 I신호와 Q신호로 변환하는 방법으로 하여도 좋다.
상기한 구성 및 방법에 의하면, 수신된 반사 신호가 I신호와 Q신호로 변환됨에 의해 주파수 변환이 행하여진다. 이로써, 위상의 검출을 행하는 것이 용이하게 된다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 상기 거리 산출부가, 고분해능 스펙트럼 해석법을 이용하여 상기 거리를 산출하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 상기 거리 산출 스텝에서, 고분해능 스펙트럼 해석법을 이용하여 상기 거리를 산출하는 방법으로 하여도 좋다.
종래, 고분해능 스펙트럼 해석법은, 복수의 안테나 소자에 의해 수신된 수신 신호를 입력으로 함에 의해, 전파의 도래 방향을 추정하는 용도로 이용되고 있다. 이에 대해, 상기한 구성 및 방법에서는, 종래의 고분해능 스펙트럼 해석법에 의한 도래 방향 추정에 있어서의 각 안테나 소자로부터의 수신 신호를, 상기한 각 반송 주파수의 수신 신호로 치환하고, 고분해능 스펙트럼 해석법에서의 적용 모델을 바꿈에 의해, 상기 거리의 추정을 행하도록 되어 있다.
이와 같은 고분해능 스펙트럼 해석법에서는, 추정 대상의 값을 가장 확실한 값으로 산출하는 것이 가능하기 때문에, 예를 들어 멀티패스가 생기고 있다고 하여도, 이 멀티패스에 의한 거리를 제외하는 것이 가능해진다. 즉, 상기한 구성 및 방법에 의하면, 멀티패스가 생기고 있어도, 정확하게 거리를 산출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 상기 거리 산출부가, 상기 고분해능 스펙트럼 해석법으로서 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)법을 이용하고, 해당 MUSIC법의 입력으로서, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 수신된 반사 신호를 이용하고, 모드 벡터를 상기 거리의 함수로 하여 MUSIC 평가함수를 구하고, 해당 MUSIC 평가함수의 피크값을 구함에 의해 상기 거리를 산출하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 상기 거리 산출 스텝에서, 상기 고분해능 스펙트럼 해석법으로서 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)법을 이용하고, 해당 MUSIC법의 입력으로서, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 수신된 반사 신호를 이용하고, 모드 벡터를 상기 거리의 함수로 하여 MUSIC 평가함수를 구하고, 해당 MUSIC 평가함수의 피크값을 구함에 의해 상기 거리를 산출하는 방법으로 하여도 좋다.
여기서, MUSIC 평가함수의 피크값은 통상 1곳에만 나타나지만, 예를 들면 멀티패스가 생기고 있는 경우에는, 복수 개소에 피크값이 나타나는 경우도 있다. 이 경우에도, 멀티패스에 상당하는 거리는, 산출하여야 할 거리보다도 길어지기 때문에, 피크가 생기고 있는 거리중, 가장 작은 거리를 산출하여야 할 거리로 함에 의해, 멀티패스가 생기고 있어도, 정확하게 거리를 산출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 상기 거리 산출부가, 수신된 반사 신호의 수신 강도를 병용하여 상기 거리를 산출하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 상기 거리 산출 스텝에서, 수신된 반사 신호의 수신 강도를 병용하여 상기 거리를 산출하는 방법으로 하여도 좋다.
상기한 구성 및 방법에 의하면, 거리의 산출이, 반사 신호의 수신 강도에도 의거하여 행하여지기 때문에, 예를 들면 거리의 값의 후보가 복수 있는 경우에, 수신 강도를 고려함에 의해, 정확한 거리를 선택하는 것 등이 가능해져서, 보다 정확하게 거리를 산출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 상기 반사 신호에 포함되는 데이터부의 정보를 취득함과 함께, 상기 거리 산출부에 의해 산출된 상기 거리 정보와 상기 데이터부의 정보를 결부시켜 외부에 출력하는 수신 제어부를 구비하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에서, 상기 반사 신호에 포함되는 데이터부의 정보를 취득함과 함께, 상기 거리 산출 스텝에서 산출된 상기 거리 정보와 상기 데이터부의 정보를 결부시켜 외부에 출력하는 수신 제어 스텝을 갖는 방법으로 하여도 좋다.
상기한 구성 및 방법에 의하면, 상기 반사 신호에 포함되는 데이터부의 정보에 의해, 예를 들면 해당 반사 신호를 송신한 반사체를 식별하는 정보 등을 인식할 수 있다. 또한, 수신 제어부는, 거리 산출부에 의해 측정된 상기 거리의 정보와, 상기 데이터부의 정보를 결부시켜 이것을 인식한다. 이로써, 거리 측정 장치가 통신하는 반사체가 복수 존재하는 경우에도, 각 반사체의 거리를 구별하여 인식하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 상기 거리 산출부가, 상기 반사 신호에 의거하여, 해당 반사 신호를 송신한 반사체가 위치하는 방향을 측정하는 구성으로 하여도 좋다.
상기 거리 산출 스텝에서, 상기 반사 신호에 의거하여, 그 반사 신호를 송신한 반사체가 위치하는 방향을 측정하는 방법으로 하여도 좋다.
상기한 구성 및 방법에 의하면, 반사체의 거리와 함께, 그 존재 위치 방향도 인식하는 것이 가능해진다. 이로써, 해당 반사체의 존재 위치를 인식하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 상기한 구성에 있어서, 상기 거리 산출부가, 상기 반사체의 프리앰블부에서의 신호를 해석함에 의해 상기 거리를 산출하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 거리 측정 방법은, 상기한 방법에 있어서, 상기 거리 산출 스텝에서, 상기 반사 신호의 프리앰블부에서의 신호를 해석함에 의해 상기 거리를 산출하는 방법으로 하여도 좋다.
상기한 구성 및 방법에 의하면, 반사 신호의 프리앰블부에서의 신호가 해석됨에 의해 상기 거리가 산출된다. 여기서, 프리앰블부는, 반사 신호의 시작을 나타내는 데이터를 나타내고 있고, 동일 규격(예를 들면 EPC) 내라면, 모든 반사체에 공통의 소정의 데이터로 되어 있다. 따라서 프리앰블부의 길이는, 어느 반사체로부터의 신호라도 같아지기 때문에, 신호의 해석을 확실하게 행하는 것이 가능해진다. 또한, 프리앰블부에서의 신호는 모두 공통으로 되기 때문에, 예를 들면 PSK 변조가 행하여지는 경우에도 거리의 산출을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 태그 통신 장치가 구비하는 각 수단은, 컴퓨터에 의해 실현하여도 좋다. 이 경우에는, 컴퓨터를 상기 각 수단으로서 동작시키는 태그 통신 프로그램을 해당 컴퓨터에 실행시킴에 의해 실현시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 반사체는, 상기 본 발명에 관한 거리 측정 장치로부터 송신된 요구 신호에 대해, 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 반사 신호를 생성하는 신호 생성부와, 상기 신호 생성부에 의해 생성된 반사 신호를, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 주파수 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 바와 같은 구성의 반사체로부터 송신되는 반사 신호를, 상기 본 발명에 관한 거리 측정 장치가 수신함에 의해, 해당 거리 측정 장치는, 상기 거리의 산출을 정밀도 좋고 정확하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 반사체는, 상기한 구성에 있어서, 상기 주파수 제어부가, 하나의 반사 신호를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하는 구성으로 하여도 좋다.
상기한 구성에 의하면, 하나의 반사 신호의 송신을 행하는 것 만에 의해 거리의 산출을 행하는 것이 가능하기 때문에, 거리의 산출을 행하기 위해 필요하게 되는 신호의 송수신을 저감하는 것이 가능해지고, 이로써 통신 효율을 떨어뜨리지 않고 거리 산출을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 반사체는, 상기한 구성에 있어서, 상기 주파수 제어부가, 상기 반사 신호가 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 구성으로 하여도 좋다.
상기한 구성에 의하면, 하나의 반사 신호의 송신을 행하는 것 만에 의해 거리의 산출을 행할 수 있기 때문에, 거리의 산출을 행하기 위해 필요하게 되는 신호의 송수신을 저감하는 것이 가능해지고, 이로써 통신 효율을 떨어뜨리지 않고 거리 산출을 행할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 통신 시스템은, 상기 본 발명에 관한 거리 측정 장치와, 상기 거리 측정 장치와 무선 통신을 행하는 적어도 하나의 반사체를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 구성에 의하면, 반사체와의 통신을 관리하는 상태에서, 적어도 각 반사체의 거리에 관한 정보에 관해 인식하는 것이 가능한 시스템을 용이하게 구축하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 통신 시스템은, 상기 본 발명에 관한 거리 측정 장치와, 상기 거리 측정 장치에 의해 상기 반사체와 통신이 행하여진 결과에 의거하여, 해당 반사체와 연관되어 있는 물품, 사람 및 생물중 적어도 어느 하나를 관리하는 관리 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 반사체와 연관되어 있는 물품, 사람 및 생물을 관리하는 데다, 그 위치 정보에 관해서도 인식하는 것이 가능한 시스템을 용이하게 구축하는 것이 가능해진다.
(발명의 효과)
본 발명에 관한 거리 측정 장치는, 이상과 같이, 반사체로부터, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 송신된 반사 신호를 수신하는 처리를 행하는 거리 측정 장치에 있어서, 상기 반사체로부터 송신된 상기 반사 신호를 해석함에 의해, 해당 반사체와 해당 거리 측정 장치의 거리를 산출하는 거리 산출부를 구비하는 구성이다. 이로써, 반사체와 거리 측정 장치의 거리를 보다 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 관한 통신 시스템은, 상기 본 발명에 관한 거리 측정 장치와, 상기 거리 측정 장치와 무선 통신을 행하는 적어도 하나의 반사체를 구비하는 구성이다.
이로써, 반사체와의 통신을 관리하는 상태에서, 적어도 각 반사체의 거리에 관한 정보에 관해 인식하는 것이 가능한 시스템을 용이하게 구축하는 것이 가능해진다는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 관한 통신 시스템은, 상기 본 발명에 관한 거리 측정 장치와, 상기 거리 측정 장치에 의해 상기 반사체와 통신이 행하여진 결과에 의거하여, 해당 반사체와 연관되어 있는 물품, 사람 및 생물중 적어도 어느 하나를 관리하는 관리 장치를 구비하는 구성이다.
이로써, 반사체와 연관되어 있는 물품, 사람 및 생물을 관리하는 데다, 그 위치 정보에 관해서도 인식하는 것이 가능한 시스템을 용이하게 구축하는 것이 가능해진다는 효과를 갖는다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 RFID 태그를 이용한 통신 시스템이 구비하는 리더라이터에 있어서, RFID 태그와 해당 리더라이터의 거리를 측정하기 위한 구성의 개략을 도시하는 블록도.
도 2는 상기 RFID 태그를 이용한 통신 시스템의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 3(a)는 리더라이터와 RFID 태그 사이에서 R/W 요구 신호 및 태그 응답 신호의 송수신이 행하여지는 상태를 도시하는 도면.
도 3(b)는 리더라이터로부터 RFID 태그에 송신되는 신호 및 그 반송 주파수 를 시간축으로 도시한 도면.
도 3(c)는 RFID 태그로부터 리더라이터에 송신되는 신호 및 그 반송 주파수를 시간축으로 도시한 도면.
도 4는 위상의 검출을 행하는 것을 가능하게 하는 수신 처리부의 구체적인 구성을 포함하는 리더라이터의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 5는 거리 측정 처리의 흐름을 도시하는 플로우 차트.
도 6은 다주파를 이용한 거리 측정 처리의 흐름을 도시하는 플로우 차트.
도 7은 주파수 선택 처리 및 거리 산출 처리의 흐름을 도시하는 플로우 차트.
도 8은 주파수 선택 처리의 한 예를 모식적으로 도시하는 도면.
도 9(a)는 리더라이터와 RFID 태그와의 통신에 있어서 멀티패스가 생기고 있는 상태를 도시하는 도면.
도 9(b)는 거리에 대한 MUSIC 평가함수의 변화를 도시하는 그래프.
도 9(c)는 도래 방향 추정 처리를 설명하기 위한 도면.
도 10은 MUSIC법을 응용한 거리 측정 처리의 흐름의 전반을 도시하는 플로우 차트.
도 11은 MUSIC법을 응용한 거리 측정 처리의 흐름의 후반을 도시하는 플로우 차트.
도 12(a)는 1프레임 내에서의 주파수를 전환하는 경우에서의, 리더라이터로부터 RFID 태그에 송신되는 신호 및 그 반송 주파수를 시간축으로 도시한 도면.
도 12(b)는 1프레임 내에서의 주파수를 전환하는 경우에서의, RFID 태그로부터 리더라이터에 송신된 신호 및 그 반송 주파수를 시간축으로 도시한 도면.
도 13은 1프레임 내에서의 주파수 전환을 수반하는 거리 측정 처리의 흐름을 도시하는 플로우 차트.
도 14는 각 RFID 태그와 그 거리를 결부시켜 인식하는 것을 가능하게 하는 리더라이터의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 15는 각 RFID 태그를 식별한 거리 측정 처리의 흐름을 도시하는 플로우 차트.
도 16은 RFID 태그의 존재 위치 방향의 추정 처리를 모식적으로 도시하는 도면.
도 17은 방향 산출을 행하는 경우의 리더라이터의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 18은 위치 추정 처리의 흐름의 전반을 도시하는 플로우 차트.
도 19는 위치 추정 처리의 흐름의 후반을 도시하는 플로우 차트.
도 20(a)는 1프레임 내에서의 복수 주파수를 동시 송신하는 경우에서의, 리더라이터로부터 RFID 태그에 송신되는 신호 및 그 반송 주파수를 시간축으로 도시한 도면.
도 20(b)는 1프레임 내에서의 복수 주파수를 동시 송신하는 경우에서의, RFID 태그로부터 리더라이터에 송신되는 신호 및 그 반송 주파수를 시간축으로 도시한 도면.
도 21은 1프레임 내에서의 복수 주파수를 동시 송신하는 경우에서의, 리더라이터의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 22는 유통되는 물품의 검사·확인 등을 행하는 시스템에 본 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 도시하는 도면.
도 23(a)는 상품이나 재고물품 등의 도난 감시 등을 행하는 시스템에 본 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 도시하는 도면.
도 23(b)는 창이나 도어 등에 RFID 태그(1)를 부착하고, 이 RFID 태그(1)의 위치를 감시함에 의해, 해당 창이나 도어가 열린 것을 검지하는 방범 시스템의 적용예를 도시하는 도면.
도 24는 예를 들면 역이나 영화관 등의 개찰이 필요하게 되는 장소에 본 RFID 태그 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 도시하는 도면.
도 25는 자동차 등의 키레스 엔트리 시스템에, 본 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 도시하는 도면.
도 26은 종래 기술의 RF 통신 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 27은 종래 기술의 RFID 태그와 무선 통신을 행하는 통신 장치의 구성을 도시하는 블록도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : RHD 태그 2 : 리더라이터
3 : 송신 안테나 4 : 수신 안테나
4A : 제 1 안테나 소자 4B : 제 2 안테나 소자
5 : 송신 처리부 5A : PLL부
5B : 변조부 5c : 전력 증폭부
6 : 수신 처리부 6A·6A1·6A2 : 증폭부
6B : 주파수 변환부 6B1·6B2 : 믹서
6B3 : 90° 이상부 6C : 프리앰블 추출부
6D : 셀렉터 7 : 통신 제어부
7A : 주파수 제어부 7B : 송신 제어부
7C : 수신 제어부 8 : 위치 측정부
8A : 위상 정보 취득부 8B : 거리 산출부
8C : 방향 산출부 9 : 외부 통신부
10 : 에어리어 판정부
본 발명의 한 실시 형태에 관해 도 1 내지 도 25에 의거하여 설명하면 아래와 같다.
(리더라이터의 구성)
도 2는, 본 실시 형태에 관한 RFID 태그와 리더라이터로 이루어지는 통신 시스템의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 통신 시스템은, 하나 이상의 RFID 태그(반사체)(1 …) 및 리더라이터(거리 측정 장치)(2) 를 구비한 구성으로 되어 있다.
RFID 태그(1)는, 각종 물품에 부착되는 것이고, 부착되어 있는 물품 또는 그것에 관련되는 물건이나 사람에 관한 정보를 기억하는 것이다. 이 RFID 태그(1)는, 무선 통신용 IC(Integrated Circuit), 기억부 및 안테나 등을 구비한 구성으로 되어 있다.
본 실시 형태에서는, RFID 태그(1)로서, 전지 등의 전원을 갖고 있지 않고, 리더라이터(2)로부터 전파로 송전된 전력에 의해 회로가 동작하고, 리더라이터(2)와 무선 통신을 행하는 패시브 타입의 RFID 태그를 이용하는 것이 상정되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서 사용되는 RFID 태그는, 상기한 바와 같은 패시브 타입의 RFID 태그로 한정되는 것이 아니고, 전지 등의 전원을 갖는 액티브 타입의 RFID 태그라도 상관없다.
리더라이터(2)는, 각 RFID 태그(1)와의 사이에서 무선 통신을 행하고, RFID 태그(1)에 기억되어 있는 정보의 판독기록을 행하는 장치이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 리더라이터(2)는, RFID 태그(1)에 기억되어 있는 정보의 판독기록을 행하는 것으로 하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, RFID 태그(1)에 기억되어 있는 정보의 판독만을 행하는 RFID 리더라도 좋다.
본 실시 형태에서는, 리더라이터(2)가 송수신하는 전파의 주파수대역은, 800MHz 내지 960MHz 전후의 이른바 UHF대로 하고 있다. 이와 같은 주파수대역의 전파를 이용함에 의해, 리더라이터(2)는, 수m 내지 수10m 정도의 거리 범위 내에 위치하는 RFID 태그(1)와 통신 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에서는, UHF대를 이용 한 통신을 상정하고 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, RFID 태그용의 주파수대역으로서의, 13.56MHz대, 2.45GHz대 등의 주파수대역을 이용하여도 좋고, 나아가서는, 무선에 의한 통신을 행하는 것이 가능한 다른 주파수대에 의한 통신이 행하여져도 상관없다.
리더라이터(2)는, 송신 안테나(3), 수신 안테나(4), 송신 처리부(5), 수신 처리부(6), 통신 제어부(7), 위치 측정부(8), 외부 통신부(9), 에어리어 판정부(10) 및 에어리어 정보 기억부(11)를 구비하는 구성으로 되어 있다.
송신 안테나(3)는, RFID 태그(1 …)에 대해 전파를 송신하는 안테나이고, 수신 안테나(4)는, RFID 태그(1 …)로부터 보내져 온 전파를 수신하는 안테나이다. 이 송신 안테나(3) 및 수신 안테나(4)는, 예를 들면 배치 안테나나 어레이 안테나 등에 의해 구성된다. 또한, 본 구성예에서는, 송신 안테나(3)와 수신 안테나(4)를 각각 별도로 마련하고 있지만, 하나의 안테나를 송신 안테나(3) 및 수신 안테나(4)의 양쪽의 기능을 갖는 것으로서 이용하는 구성으로 하여도 좋다.
송신 처리부(5)는, 송신 안테나(3)로부터 송신되는 송신 신호의 변조, 증폭 등의 처리를 행하는 블록이다. 또한, 수신 처리부(C)는 수신 안테나(4)에서 수신된 수신 신호의 증폭, 복조 등의 처리를 행하는 블록이다.
통신 제어부(7)는, 통신 대상이 되는 RFID 태그(1)에 대해, 송신 안테나(3) 및/또는 수신 안테나(4)를 통하여 정보의 판독 및/또는 기록 제어를 행하는 블록이다.
위치 측정부(8)는, RFID 태그(1)로부터 수신한 수신 신호에 의거하여, 해당 RFID 태그(1)의 위치를 측정하는 블록이다. 상세는 후술하지만, RFID 태그(1)의 위치의 측정으로서는, 리더라이터(2)와 RFID 태그(1)의 거리의 측정, 리더라이터(2)에서 본 때의 RFID 태그(1)의 방향의 측정 및 RFID 태그(1)의 공간적인 위치의 측정 등을 들 수 있다. 또한, 리더라이터(2)와 RFID 태그(1)의 거리란, 엄밀하게는, 리더라이터(2)에서의 송신 안테나(3)와 RFID 태그(1)의 거리와, RFID 태그(1)와 수신 안테나(4)의 거리의 가산평균에 상당한다. 또한, RFID 태그(1)가 액티브 타입인 경우에는, 수신 안테나(4)와 RFID 태그(1)의 거리에 상당한다.
에어리어 판정부(10)는, 위치 측정부(8)에서 측정된 위치에 의거하여, 해당 RFID 태그(1)가 소정의 공간 영역(통신 에어리어) 내에 위치하고 있는지의 여부를 판정하는 블록이다. 통신 에어리어가 어떤 공간 영역인지에 관한 에어리어 정보는, 에어리어 정보 기억부(11)에 기억되어 있다. 에어리어 판정부(10)는, 위치 측정부(8)에서 측정된 위치가 상기 에어리어 정보에서 규정되는 통신 에어리어 내에 존재하는지의 여부를 판정함에 의해, 해당 RFID 태그(1)가 통신 에어리어 내에 존재하고 있는지를 판정한다.
외부 통신부(9)는, 리더라이터(2)에서 판독된 RFID 태그(1)의 정보를 외부 장치에 송신하거나, 외부 장치로부터의 RFID 태그(1)에 대한 기록 정보를 수신하거나 하는 블록이다. 외부 장치와 외부 통신부(9) 사이는, 유선 또는 무선에 의해 통신 접속되어 있다. 여기서, 리더라이터(2)에 의한 RFID 태그(1)에 대한 판독기록 처리에 의거하여 동작하는 외부 장치가, 해당 리더라이터(2)를 내장하는 구성이라도 상관없다.
또한, 에어리어 정보 기억부(11)에 기억되어 있는 에어리어 정보는, 리더라이터(2)가 설치되는 환경에 따라 설정되게 된다. 이 에어리어 정보의 설정은, 예를 들면 외부 통신부(9)를 통하여 외부 장치로부터 행하여지게 되어 있어도 좋고, 리더라이터(2)에 에어리어 정보를 입력하기 위한 유저 인터페이스가 구비되어 있어도 좋다.
또한, 상기 리더라이터(2)가 구비하는 통신 제어부(7), 위치 측정부(8), 에어리어 판정부(10) 및 외부 통신부(9)는, 하드웨어 로직에 의해 구성되어 있어도 좋고, CPU 등의 연산 수단이, R0M(Read Only Memory)이나 RAM 등의 기억 수단에 기억된 프로그램을 실행함에 의해 실현하는 구성으로 되어 있어도 좋다.
CPU 등의 연산 수단 및 기억 수단에 의해 상기한 각 구성을 구성하는 경우, 이들의 수단을 갖는 컴퓨터가, 상기 프로그램을 기록한 기록 매체를 판독하고, 해당 프로그램을 실행함에 의해, 통신 제어부(7), 위치 측정부(8), 에어리어 판정부(10) 및 외부 통신부(9)의 각종 기능 및 각종 처리를 실현할 수 있다. 또한, 상기 프로그램을 리무버블한 기록 매체에 기록함에 의해, 임의의 컴퓨터상에서 상기한 각종 기능 및 각종 처리를 실현할 수 있다.
이 기록 매체로서는, 컴퓨터에서 처리를 행하기 위해 도시되지 않는 메모리, 예를 들면 R0M과 같은 것이 프로그램 미디어라도 좋고, 또한, 도시하지 않지만 외부 기억 장치로서 프로그램 판독 장치가 마련되고, 그곳에 기록 매체를 삽입함에 의해 판독 가능한 프로그램 미디어라도 좋다.
또한, 어느 경우에도, 격납되어 있는 프로그램은, 마이크로 프로세서가 액세 스하여 실행되는 구성인 것이 바람직하다. 또한, 프로그램을 판독하고, 판독된 프로그램은, 마이크로 컴퓨터의 프로그램 기억 에어리어에 다운로드되고, 그 프로그램이 실행되는 방식인 것이 바람직하다. 또한, 이 다운로드용의 프로그램은 미리 본체 장치에 격납되어 있는 것으로 한다.
또한, 인터넷을 포함하는 통신 네트워크를 접속 가능한 시스템 구성이라면, 통신 네트워크로부터 프로그램을 다운로드하도록 유동적으로 프로그램을 담지하는 기록 매체인 것이 바람직하다.
또한, 이와 같이 통신 네트워크로부터 프로그램을 다운로드하는 경우에는, 그 다운로드용의 프로그램은 미리 본체 장치에 격납하여 두거나, 또는 다른 기록 매체로부터 인스톨되는 것이 바람직하다.
(거리 측정에 관한 구성)
다음에, 리더라이터(2)에서, RFID 태그(1)와 해당 리더라이터(2)의 거리를 측정하기 위한 구성에 관해 도 1을 참조하면서 설명한다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 송신 처리부(5)는, 주파수 조정부로서의 PLL(Phase Locked Loop)부(5A), 변조부(5B), 전력 증폭부(5C) 및 발신기(5D)를 구비하고 있다. 또한, 수신 처리부(6)는, 증폭부(6A) 및 주파수 변환부(6B)를 구비하고 있다. 또한, 위치 측정부(8)는, 위상 정보 취득부(8A) 및 거리 산출부(8B)를 구비하고 있다. 또한, 통신 제어부(7)는, 주파수 제어부(7A), 송신 제어부(7B) 및 수신 제어부(7C)를 구비하고 있다.
송신 처리부(5)에서, PLL부(5A)는, 송신 안테나(3)로부터 송신되는 송신 신호의 반송 주파수를 설정하는 블록이고, PLL 회로에 의해 구성된다. 변조부(5B)는, PLL부(5A) 및 발신기(5D)에 의해 생성된 반송 신호에 변조를 가하여 송신 신호에 데이터를 중첩시키는 처리를 행한다. 본 실시 형태에서는, 변조부(5B)는, ASK(Amplitude Shift Keying) 변조에 의해 송신 신호를 생성한다. 또한, 송신 신호의 변조 방식으로서는, 상기한 ASK 변조로 한정되는 것이 아니고, FSK(Frequency Shif Keying) 변조, PSK(Phase Shift Keying) 변조 등, 그 밖의 디지털 변조 방식을 채용하여도 좋다. 전력 증폭부(5C)는, 송신 신호의 증폭을 행하는 블록이다.
수신 처리부(6)에서, 증폭부(6A)는, 수신 안테나(4)에서 수신된 수신 신호의 증폭을 행하는 블록이다. 주파수 변환부(6B)는, 증폭부(6A)에서 증폭된 수신 신호의 주파수를 변환하여, 보다 저주파의 신호로 변환하는 처리를 행하는 블록이다.
위치 측정부(8)에서, 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수 변환부(6B)에 의해 주파수 변환된 수신 신호의 위상의 변화량을 검출하고, 이것을 위상 정보로서 취득하는 블록이다. 또한, 수신 신호의 위상의 변화량이란, 해당 수신 신호가 소정의 거리를 전파함에 의해 생기는 위상의 변화량을 나타내고 있다.
보다 상세하게는, PLL부(5A)로부터 출력되는 반송 신호를 sin2πf1t라고 하면, 주파수 변환부(6B)는 이 반송 신호(sin2πf1t)와 증폭부(6A)로부터 입력된 수신 신호(D(t)Asin(2πf1t+φ)를 곱셈하여 구한 값(D(tA)cosφ)을 위상 정보 취득부(8A)에 송출한다. 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수 변환부(6B)로부터 송출된 값에 의거하여 위상의 변화량(φ)을 산출한다. 여기서, t는 시간, D(t)는 변조부(5B)에서 ASK 변조가 행하여진 경우의 베이스밴드 신호, A는 반송 신호 자체의 진폭, φ는 왕복 2r의 거리를 전반함에 의한 위상의 변화량을 각각 나타내고 있다.
거리 산출부(8B)는, 위상 정보 취득부(8A)에 의해 취득된 위상의 변화량 정보에 의거하여, 해당 RFID 태그(1)와 리더라이터(2)의 거리를 산출하는 블록이다. 이 거리의 산출 방법의 상세에 관해서는 후술한다.
통신 제어부(7)에서, 주파수 제어부(7A)는, PLL부(5A)에 의해 설정되는 반송 신호의 주파수를 제어하는 블록이다. 송신 제어부(7B)는, 변조부(5B)에 대해, 송신 신호를 변조하여야 할 데이터를 입력하는 블록이다. 수신 제어부(7C)는, 거리 산출부(8B)에 의해 산출된 거리 정보를 통신 제어부(7)가 수신하는 처리를 행하는 블록이다.
(거리 측정의 상세)
다음에, 거리 측정 처리의 상세에 관해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 리더라이터(2)가 RFID 태그(1)에 대해 R/W 요구 신호(요구 신호)를 송신하고, RFID 태그(1)가 이에 응하여 응답 신호(반사 신호)를 회신하도록 되어 있다. 이 양상을 도 3(a) 내지 도 3(c)에 도시한다. 도 3(a)는, 리더라이터와 RFID 태그 사이에서 R/W 요구 신호 및 응답 신호의 송수신이 행하여지는 상태를 도시하는 도면이다. 도 3(b)는, 리더라이터로부터 RFID 태그에 송신되는 신호 및 그 반송 주파수를 시간축으로 도시한 도면이다. 도 3(c)는, RFID 태그로부터 리더라이터에 송신되는 신호 및 그 반송 주파수를 시간축으로 도시한 도면이다.
리더라이터(2)는, 항상 특정한 신호(RFID 태그(1)에의 전력 공급을 행하기 위한 신호)를 송신하고 있는 한편, RFID 태그(1)에 대해 응답 신호(이하, 태그 응 답 신호라고 한다)를 송신할 것을 요구한 때에, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 태그 응답 신호의 회신을 요구하는 R/W 요구 신호를 송신한다. 즉, 리더라이터(2)에서의 송신 제어부(7B)는, 정상 상태에서는 정상 상태를 나타내는 데이터를 송신하도록 변조부(5B)를 제어하고, 태그 응답 신호를 요구할 때에는, R/W 요구 신호를 구성하는 데이터를 송신하도록 변조부(5B)를 제어한다. RFID 태그(1)는, 항상 리더라이터(2)로부터 보내져 오는 신호를 감시하고, R/W 요구 신호를 수신한 것을 검지하면, 그것에 응답하는 형태로 태그 응답 신호를 송신한다.
보다 상세하게는, 리더라이터(2)는, R/W 요구 신호 및 CW(연속 반송파)로 이루어지는 1프레임의 신호를 송신한다. RFID 태그(1)는, 리더라이터(2)로부터 R/W 요구 신호 및 CW(연속 반송파)를 수취하면, CW(연속 반송파)의 주파수에 응한 반송 주파수(f1)로 이루어지는 태그 응답 신호를 리더라이터(2)에 송신한다. 도 3(b) 및 (c)에서는, R/W 요구 신호 및 CW(연속 반송파)는 반송 주파수(f1)에 의해 송신되고, 또한, 이에 응하여 태그 응답 신호는 반송 주파수(f1)에 의해 송신되고 있다.
태그 응답 신호는, 도 3(c)에 도시하는 바와 같이, 프리앰블부와 데이터부에 의해 구성되어 있다. 프리앰블부는, 태그 응답 신호의 시작을 나타내는 데이터를 나타내고 있고, 동일 규격(예를 들면 EPC) 내라면, 모든 RFID 태그(1)에 공통의 소정의 데이터로 되어 있다. 데이터부는, 프리앰블부에 계속해서 송신되는 것이고, RFID 태그(1)로부터 송신되는 실질적인 정보를 나타내는 데이터를 나타내고 있다. 이 데이터부에 포함되는 정보로서는, 예를 들면 각 RFID 태그(1)에 고유의 ID 정보 등을 들 수 있지만, RFID 태그(1)로부터 송신하여야 할 정보, 예를 들면 RFID 태그(1) 내의 기억부에 격납되어 있는 각종 정보 등을 포함하고 있어도 좋다.
그리고, 리더라이터(2)는, R/W 요구 신호를 2회 송신함과 함께, 각 R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))의 송신에서의 반송 주파수를 서로 다르게 하고 있다. 즉, 리더라이터(2)에서의 주파수 제어부(7A)는, 1회째의 R/W 요구 신호의 송신시에는, 제 1의 주파수(f1)로 반송 신호를 출력하도록 PLL부(5A)를 제어하고, 2회째의 R/W 요구·신호의 송신시에는, 제 1의 주파수(f1)와는 다른 제 2의 주파수(f2)로 반송 신호를 출력하도록 PLL부(5A)를 제어한다.
도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1의 주파수(f1)로 송신된 R/W 요구 신호를 RFIDi 태그(1)가 수신하면, 마찬가지로 제 1의 주파수(f1)로 태그 응답 신호가 회신된다. 그리고, 리더라이터(2)에서는, 위상 정보 취득부(8A)가 수신한 태그 응답 신호의 프리앰블부를 해석함에 의해, 태그 응답 신호의 위상의 변화량을 나타내는 φ1을 검출한다. 마찬가지로, 제 2의 주파수(f2)로 송신된 R/W 요구 신호를 RFID 태그(1)가 수신하면, 마찬가지로 제 2의 주파수(f2)로 태그 응답 신호가 회신된다. 그리고, 리더라이터(2)에서는, 위상 정보 취득부(8A)가 수신한 태그 응답 신호의 프리앰블부를 해석함에 의해, 태그 응답 신호의 위상의 변화량을 나타내는 φ2를 검출한다.
또한, 상기한 예에서는, 태그 응답 신호의 위상의 변화량은, 프리앰블부를 해석함에 의해 검출하독록 되어 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 데이터부를 포함하여 위상의 변화량을 검출하여도 좋고, 데이터부에서 위상의 변화량을 검출하여도 좋다. 단, 변조 방식이 PSK인 경우에는, 내용이 변화할 수 있는 데이터부에 의거하여, 거리에 수반하는 위상의 변화량을 검출하는 것은 곤란해지기 때문에, 내용이 고정인 프리앰블부에서 위상의 변화량을 검출하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 하여, 위상 정보 취득부(8A)가 위상의 변화량(φ1 및 φ2)을 검출하면, 이 위상의 변화량의 정보가 거리 산출부(8B)에 전송된다. 거리 산출부(8B)는, φ1 및 φ2에 의거하여, RFID 태그(1)와 리더라이터(2)의 거리를 이하와 같이 산출한다.
우선, 송신 안테나(3)로부터 RFID 태그까지의 거리 및 수신 안테나(4)로부터 RFID 태그(1)까지의 거리를 동등한 것이라고 가정하고, 이것을 거리(r)로 한다. 제 1의 주파수(f1) 및 제 2의 주파수(f2)에 의해 반송되는 신호가 왕복 2r의 거리를 전반함에 의해 생기는 위상의 변화량(φ1 및 φ2)은, 다음 식으로 표시된다.
[수식 1]
Figure 112007064550786-PCT00001
상기 식에 있어서, c는 광속을 나타내고 있다. 상기한 2개의 식에 의거하여, 거리(r)는, 다음 식에서 구하여진다.
[수식 2]
Figure 112007064550786-PCT00002
이상과 같이 하여, 위상의 변화량(φ1 및 φ2)에 의거하여, 송신 안테나(3)로부터 RFizID 태그(1)까지의 거리(r)를 구할 수 있다. 또한, RFID 태그(1)에서, R/W 요구 신호를 수신하고 나서 태그 응답 신호를 송신하는 동안에, 위상의 어긋남이 생기는 것이 예상되는데, 이 위상의 어긋남은, 제 1의 주파수(f1) 및 제 2의 주파수(f2)에 의해 반송되는 신호의 어디에서도 같은 양으로 된다. 따라서, RFID 태그(1)에서의 신호의 송수신시에 생기는 위상의 어긋남은, 상기한 거리의 산출에 영향을 주는 일은 없다.
또한, 수식 2에서, φ2가 2π 이상으로 되어 있는 경우에는, 거리(r)를 정확하게 산출할 수 없다. 즉, 측정 가능한 거리(r)의 최대치(rmax)는, △φ=2π일 때이고, 다음 식으로 표시된다.
[수식 3]
Figure 112007064550786-PCT00003
여기서, 예를 들면 제 1의 주파수(f1) 및 제 2의 주파수(f2)의 차를 5MHz로 한 경우, 수식 3으로부터 최대 거리(rmax)는 30m로 된다. 또한, 마찬가지로, 제 1의 주파수(f1) 및 제 2의 주파수(f2)의 차를 2MHz로 한 경우, 수식 3으로부터 최대 거리(rmax)는 75m로 된다. UHF대를 이용한 RFID 통신 시스템에서, 상정되는 최대 통신 거리는 10m 정도이기 때문에, 상기한 바와 같은 측정은 실용상 문제가 없음을 알 수 있다.
또한, 상기한 최대 거리(rmax) 이상의 측정이 필요하게 되는 경우라도, 예를 들면 수신 신호의 수신 강도의 측청을 병용함에 의해, 거리(r)의 측정을 행하는 것이 가능하다. 구체적으로는, Aφ가 2원(元) 이상으로 될 가능성이 있는 경우, 거리(r)의 후보(r')는, r'=r+n·rmax(n은 0 이상의 정수)로 된다. 따라서, 수신 신호의 수신 강도는, 거리(r)가 길수록 작아지는 것을 이용함에 의해, 상기한 n의 값을 특정하는 것이 가능해진다.
또한, 액티브 타입의 RFID 태그를 이용하는 경우에는, 리더라이터(2)측에서 R/W 요구 신호를 송신하지 않고, RFID 태그측에서 능동적으로 보내지는 태그 응답 신호에 의거하여, 거리의 측정을 행하도록 되어 있어도 좋다.
(수신 처리부의 구체예)
이상의 거리 측정에서는, 수신 신호의 위상의 변화량을 검출하는 처리가 행하여지고 있지만, 이 위상의 변화량의 검출을 행하는 것을 가능하게 하는 수신 처리부(6)의 구체적인 구성에 관해, 도 4를 참조하면서 이하에 설명한다. 이 구체예에서는, 수신 처리부(6)는, 수신 신호를 I신호와 Q신호로 분리하여 위치 측정부(8)에 입력함에 의해, 위치 측정부(8)에서의 위상의 변화량의 검출 처리를 가능하게 하는 것으로 되어 있다. 동 도면에 도시하는 바와 같이, 수신 처리부(6)는, 증폭부(6A)로서의 2개의 증폭부(6A1·6A2), 주파수 변환부(6B)로서의 믹서(6B1·6B2) 및 90° 이상부(移相部)(6B3)를 구비하고 있다.
수신 안테나(4)에서 수신된 수신 신호는, 2개의 경로로 분기되고, 한쪽은 증폭부(6A1)에 입력되고, 다른 쪽은 증폭부(6A2)에 입력된다. 증폭부(6A1)는, 입력된 수신 신호를 증폭하여 믹서(6B1)에 입력한다. 증폭부(6A2)는, 입력된 수신 신호를 증폭하여 믹서(6B2)에 입력한다.
믹서(6B1)는, 증폭부(6A1)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력된 반송 신호를 곱셈함에 의해 I신호를 출력하고, 이 I신호를 위상 정보 취득부(8A)에 입력한다. 믹서(6B2)는, 증폭부(CA2)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력되고, 90° 이상부(6B3)를 통하여 위상이 90° 변화시켜진 반송 신호를 곱셈함에 의해 Q신호를 출력하고, 이 Q신호를 위상 정보 취득부(8A)에 입력한다.
이상의 구성에서 행하여지는 수신 처리 및 거리(r)의 산출 처리의 상세에 관 해 이하에 설명한다.
왕복 2r의 거리를 전반하고 리더라이터(2)에서 수신되는 신호는, 반송 신호의 주파수를 f1라고 하면, 다음 식으로 표시된다.
[수식 4]
Figure 112007064550786-PCT00004
상기 식에 있어서, t는 시간, s1(t)는 주파수(f1)의 반송 신호에 의해 전송되는 신호의 상태, D(t)는 변조부(5B)에서 ASK 변조가 행하여진 경우의 베이스밴드 신호, A는 반송 신호 자체의 진폭, φ1은 왕복 2r의 거리를 전반함에 의한 위상의 변화량을 각각 나타내고 있다. 이 경우, 믹서(6B1)에 의해 출력되는 I신호의 상태를 나타내는 I1(t) 및 믹서(6B1)에 의해 출력되는 Q신호의 상태를 나타내는 Q1(t)은 다음 식으로 표시된다.
[수식 5]
Figure 112007064550786-PCT00005
[수식 6]
Figure 112007064550786-PCT00006
이상으로부터, I신호 및 Q신호에 의거하여, 주파수(f1)의 반송 신호에 의한 신호의 위상의 변화량(φ1)은, 다음 식에서 구하여진다.
[수식 7]
Figure 112007064550786-PCT00007
마찬가지로, 주파수(f2)의 반송 신호에 의한 신호의 위상의 변화량(φ2)은, 다음 식에서 구하여진다.
[수식 8]
Figure 112007064550786-PCT00008
이상과 같이 하여, 위상 정보 취득부(8A)는, 입력된 I신호 및 Q신호에 의거하여, 위상의 변화량(φ1 및 φ2)을 취득한다. 그리고, 거리 산출부(8B)는, 거리(r) 를 다음 식 12에 의해 산출한다.
[수식 9]
Figure 112007064550786-PCT00009
(거리 측정 처리의 흐름)
다음에, 도 5에 도시하는 플로우 차트를 참조하면서, 리더라이터(2)에서의 상기한 거리 측정 처리의 흐름에 관해 설명한다.
우선, 거리 측정 처리가 시작되면, 스텝 1(이후, S1과 같이 칭한다)에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호의 주파수를 제 1의 주파수(f1)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다.
다음에, 송신 제어부(7B)가, R/W 요구 신호를 나타내는 데이터를 반송 신호에 중첩시키도록. 변조부(5B)를 제어한다. 그리고, 변조부(5B)에 의해 변조된 송신 신호가, 전력 증폭부(5C)에 의해 증폭된 후에 송신 안테나(3)로부터 출력된다(S2). R/W 요구 신호가 송신되면 계속해서 CW(연속 반송파)가 제 1의 주파수(f)로 송신된다(S3).
RFID 태그(1)는 R/W 요구 신호를 검출하면, 계속해서 검출한 CW(연속 반송 파)의 제 1의 주파수(f1)에 따른 반송 주파수로 이루어지는 태그 응답 신호를 회신한다. 이 태그 응답 신호를 수신 안테나(4)가 수신하고, 수신 처리부(6)가 수신 처리를 행하고(S4), 그리고 위상 정보 취득부(8A)가 위상 정보 취득 처리를 행한다(S5).
즉, 수신 처리부(6)에서, 주파수 변환부(6B)는, 상술한 수식 4부터 6의 수식에 의거하여 증폭부(6A)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력된 반송 신호를 곱셈시킴에 의해 I신호 및 Q신호를 구한다. 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수 변환부(6B)로부터 I신호 및 Q신호를 수취하면, 상술한 수식 7부터 8의 수식에 의거하여, 제 1의 주파수(f1)의 위상의 변화량(φ1 및φ2)을 산출하고, 반송 신호로서 사용된 주파수(제 1의 주파수(f1))에 대응시켜서 테이블에 기억한다.
수신 처리부(6)에서 RFID 태그(1)로부터의 태그 응답 신호의 수신이 종료하면(S6), 위상 정보 취득부(8A)는 위상 정보 취득 처리를 종료한다(S7). 그 후, 송신 처리부(5)는 CW(연속 반송파)의 송신, 즉 1프레임으로 이루어지는 신호의 송신을 종료한다(S8). 수신 제어부(7C)는, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였는지의 여부를 판정하고, 전부 수신하지 않았다고 판정된 경우(S9에 있어서 N0)에는, S1로부터의 처리로 되돌아온다. 여기서, 상기한 예에서는, 수신 신호의 주파수로서는, 제 1의 주파수(f1) 및 제 2의 주파수(f2)가 상정되기 때문에, 수신 제어부(7C)는, 제 1의 주파수(f1) 및 제 2의 주파수(f2)의 수신 신호를 함께 수 신하였는지의 여부를 판정하게 된다.
이 시점에서는, 제 1의 주파수(f1)의 수신 신호만을 수신하고 있기 때문에, S1로부터의 처리가 행하여지게 된다. 그리고, 2회째의 S1의 처리에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호(및 CW(연속 반송파))의 주파수를 제 2의 주파수(f2)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다. 그 후, S2 내지 S8의 처리가 행하여지고, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였다고 판정되어(S9에서 YES), S10의 처리로 이행한다.
S10에서는, 취득된 위상 정보에 의거하여, 거리 산출부(8B)가 RFID 태그(1)와 리더라이터(2)의 거리를 상기한 수법에 의해 산출한다. 보다 상세하게는, 거리 산출부(8B)는, 상기 테이블로부터 주파수마다의 위상의 변화량을 취출하여, 상술한 수식 9의 수식에 의거하여 거리(r)를 산출한다. 산출된 거리 정보는, 수신 제어부(7C)에 전송된다. 이상에 의해 거리 측정 처리가 완료된다.
(다주파를 이용한 거리 측정)
상기한 예에서는, 서로 다른 2개의 주파수의 수신 신호를 수신함에 의해 거리를 측정하게 되어 있지만, 이하에 도시하는 바와 같이, 서로 다른 3개 이상의 주파수의 수신 신호를 수신하는 구성으로 하여도 좋다.
리더라이터(2)와 RFID 태그(1) 사이에서 신호가 송수신되는 경우, 기본적으로는, 리더라이터(2)로부터 송신된 신호가 직접 RFID 태그(1)에 도달하고, RFID 태그(1)로부터 송신된 신호가 직접 리더라이터(2)에 도달하게 된다. 그러나, 리더라 이터(2)와 RFID 태그(1)상의 사이에서 신호가 직접 도달하는 것은 아니고, 주위의 어떠한 물체에 반사한 다음 도달하는(멀티패스) 것이 고려된다. 이 경우, 리더라이터(2)에서 수신된 수신 신호는, 멀티패스에 의한 영향을 받음에 의해, 본래의 위상의 상태에 대해 노이즈가 섞이고, S/N가 열화되는 것이 고려된다. 즉, 위상에 의거하여 거리를 산출하는 방법에 있어서, 취득되는 위상 정보의 정밀도가 나빠짐에 의해, 산출되는 거리의 정밀도도 열화되게 된다.
또한, 상기한 예에서, 수신 신호를 I신호와 Q신호로 분리하고, 이들에 의거하여 위상의 변화량을 검출하는 수법을 나타냈지만, 위상의 상태에 의해서는, I신호 및 Q신호의 어느 한쪽이 현저하게 작아지는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 현저하게 작아져 있는 쪽의 신호의 측정 오차의 영향이, 위상의 산출에 큰 영향을 주게 된다. 즉, I신호 및 Q신호의 어느 한쪽이 현저하게 작아져 있는 경우에는, 측정되는 위상의 오차가 크게 되고, 산출되는 거리의 정밀도도 열화되게 된다.
그래서, 다음과 같은 처리를 행함에 의해, 상기한 문제를 해결하는 것이 가능하다. 즉, 우선, 리더라이터(2)가 서로 다른 주파수로 이루어지는 3개이상의 R/W 요구 신호를 송신하고, 각각에 대한 태그 응답 신호를 수신한다. 그리고, 수신 신호중에서 0u, S/N이 보다 높고, 또한, I신호·Q신호의 레벨이 보다 높은 수신 신호를 2개 선택하고, 이 선택한 2개의 수신 신호에 의거하여 위상의 변화량 검출 및 위치 산출을 행한다.
(다주파(多周波)를 이용한 거리 측정 처리의 흐름)
다음에, 도 6에 도시하는 플로우 차트를 참조하면서, 리더라이터(2)에서의 상기한 다주파를 이용한 거리 측정 처리의 흐름에 관해 설명한다.
우선, 거리 측청 처리가 시작되면, S11에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호의 주파수를 제 1의 주파수(f1)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다.
다음에, 송신 제어부(7B)가 R/W 요구 신호를 나타내는 데이터를 반송 신호에 중첩시키도록 변조부(5B)를 제어한다. 그리고, 변조부(5B)에 의해 변조된 송신 신호가, 전력 증폭부(5C)에 의해 증폭된 후에 송신 안테나(3)로부터 출력된다(S12). R/W 요구 신호가 송신되면 계속해서 CW(연속 반송파)가 제 1의 주파수(f1)로 송신된다(S13).
RFID 태그(1)가 R/W 요구 신호를 검출하면, 계속해서 검출한 CW(연속 반송파)의 제 1의 주파수(f1)에 따른 반송 주파수로 이루어지는 태그 응답 신호를 회신한다. 이 태그 응답 신호를 수신 안테나(4)가 수신하고, 수신 처리부(6)가 수신 처리를 행하고(S14), 그리고 위상 정보 취득부(8A)가 위상 정보 취득 처리를 행한다(S15).
즉, 수신 처리부(6)에서, 주파수 변환부(6B)는, 상술한 수식 4부터 6의 수식에 의거하여, 증폭부(6A)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력된 반송 신호를 곱셈시킴에 의해 I신호 및 Q신호를 구한다. 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수 변환부(6B)로부터 I신호 및 Q신호를 수취하면, 상술한 수식 7부터 8의 수식에 의거하여, 제 1의 주파수(f1)의 위상의 변화량(φ1 및 φ2)을 산출함과 함께, 하기 한 수식 10의 수식에 의거하여, 신호 레벨(s(t))을 구한다. 그리고, 위상 정보 취득부(8A)는 구한 위상의 변화량 및 신호 레벨을, 반송 신호로서 사용된 주파수(제 1의 주파수(f1))에 대응시켜서 테이블에 기억한다.
[수식 10]
Figure 112007064550786-PCT00010
수신 처리부(6)에서 RFID 태그(1)로부터의 태그 응답 신호의 수신이 종료되면(S16), 위상 정보 취득부(8A)는 위상 정보 취득 처리를 종료한다(S17). 그 후, 송신 처리부(5)는 CW(연속 반송파)의 송신, 즉, 1프레임으로 이루어지는 신호의 송신을 종료한다(S18). 그 후, 수신 제어부(7C)는, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였는지의 여부를 판정하고(S19), 전부 수신하지 않았다고 판정된 경우에는, S11로부터의 처리로 되돌아온다. 여기서, 수신 신호의 주파수로서는, 제 1 내지 제 4의 주파수를 설정하고 있는 것으로 하면, 수신 제어부(7C)는, 제 1 내지 제 4의 주파수의 수신 신호를 전부 수신하였는지의 여부를 판정하는 것이 된다.
이 시점에서는, 제 1의 주파수(f1)의 수신 신호만을 수신하고 있기 때문에, S11로부터의 처리가 행하여지게 된다. 그리고, 2회째의 S11의 처리에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호(및 CW(반송 주파수))의 주파수를 제 2의 주파수(f2)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다. 그 후, S12 내지 S18의 처 리가 행하여지고, 이것이 제 4의 주파수(f4)의 수신 신호의 수신이 전부 확인될 때까지 반복된다. 그리고, S19에서, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였다고 판정된 경우에는, S20의 처리로 이행한다.
S20에서는, 위상 정보 취득부(8A)에 의한 주파수 선택 처리 및 거리 산출부(8B)에 의한 거리 산출 처리가 행하여지고, 거리 측정 처리가 종료된다.
다음에, 도 7에 도시하는 플로우 차트를 참조하면서, 상기한 S20에서의 위상 정보 취득부(8A)에 의한 주파수 선택 처리 및 거리 산출부(8B)에 의한 거리 산출 처리의 흐름에 관해 설명한다.
우선, S21에서, 위상 정보 취득부(8A)는, 상기 테이블로부터 수신한 모든 주파수의 수신 신호의 신호 레벨을 취득한다.
다음에, S22에서, 위상 정보 취득부(8A)는, 각 주파수의 수신 신호의 신호 레벨이 소정의 임계치를 초과하고 있는지의 여부를 판정한다. 이 소정의 임계치는, 거리 산출에서 충분한 정밀도를 얻는 것이 가능한 최저한도의 값으로서 미리 설정된다. 그리고, 위상 정보 취득부(8A)는, 상기 소정의 임계치를 초과하고 있는 수신 신호의 주파수의 수가 2 미만인지, 2보다 큰지, 2인지를 판정한다.
소정의 임계치를 초과하고 있는 수신 신호의 주파수의 수가 2 미만이라고 판정된 경우, S23에서, 위상 정보 취득부(8A)는, 다른 주파수에 의한 수신 신호를 재취입하도록, 통신 제어부(7)에 대해 다른 주파수로 R/W 요구 신호를 송신할 것을 지시한다.
한편, 소정의 임계치를 초과하고 있는 수신 신호의 주파수의 수가 2보다 크다고 판정된 경우, 우선 S24에서, 위상 정보 취득부(8A)는, 소정의 임계치를 초과하지 않은 수신 신호의 주파수를 선택 후보로부터 삭제한다. 그리고, S25에서, 위상 정보 취득부(8A)는, 선택 후보로서 남은 수신 신호의 주파수의 각각에 관해, I신호 및 Q신호중, 신호 레벨이 작은 쪽의 성분을 최소 성분으로서 추출한다. 그 후, S25에서, 위상 정보 취득부(8A)는, 각 주파수의 최소 성분중, 신호 레벨이 큰 쪽부터 2개 선택한다. 선택된 2개의 최소 성분에 대응하는 주파수의 수신 신호에 관해, 위상 정보 취득부(8A)는, 상기 테이블로부터 위상 정보를 취득하고, 이것을 거리 산출부(8B)에 전송한다. 그리고, S27에서, 거리 산출부(8B)가, 수신한 위상 정보에 의거하여 거리 산출 처리를 행한다.
또한편, 소정의 임계치를 초과하고 있는 수신 신호의 수가 2라고 판정된 경우, 위상 정보 취득부(8A)는, 이 2개의 수신 신호에 관해 위상 정보를 취득하고, 이것을 거리 산출부(8B)에 전송한다. 그리고, S27에서, 거리 산출부(8B)가, 수신한 위상 정보에 의거하여 거리 산출 처리를 행한다.
도 8은, 상기한 주파수 선택 처리의 한 예를 모식적으로 도시하고 있다. 이 예에서는, f1 내지 f4의 주파수에 의한 수신 신호를 수신한 경우를 상정하고 있다. 주파수(f1)의 수신 신호에서의 I신호 성분을 I1, Q신호 성분을 Q1 및 수신 신호 레벨을 S1로 하고, 주파수(f2)의 수신 신호에서의 I신호 성분을 I2, Q신호 성분을 Q2 및 수신 신호 레벨을 S2로 하고, 주파수(f3)의 수신 신호에서의 I신호 성분을 I3, Q신 호 성분을 Q3 및 수신 신호 레벨을 S3로 하고, 주파수(f4)의 수신 신호에서의 I신호 성분을 I4, Q신호 성분을 Q4 및 수신 신호 레벨을 S4로 하고 있다.
우선, 상기한 S22에서, S1 내지 S4의 신호 레벨중, S2가 소정의 임계치 이하라고 판정되고, S24의 처리에 의해, 주파수(f2)의 수신 신호가 선택 후보로부터 삭제되어 있다. 다음에, S25의 처리에 의해 최소 성분으로서, 주파수(f1)는 Q1, 주파수(f3)는 I3, 주파수(f4)는 Q4가 선택되어 있다. 그리고, S25의 처리에 의해, Q1, I3, Q4중, 신호 레벨이 보다 큰 Q1, I3가 선택됨에 의해 주파수(f1) 및 주파수(f3)의 수신 신호가 선택되어 있다.
이상의 처리에 의해, 거리 산출에 이용되는 2개의 주파수의 수신 신호를, 멀티패스에 의한 영향을 받음에 의해 S/N비가 열화되어 있는 수신 신호나, I신호 및 Q신호의 어느 하나가 현저하게 작아져 있는 수신 신호를 배제하여 선택한 것이 가능해진다. 이로써, 거리 산출의 정밀도를 어떤 상황에서도 높은 상태로 유지하는 것이 가능해진다.
(MUSIC법을 응용한 거리 산출 방법)
다음에, 거리 산출 방법의 다른 예에 관해 설명한다. 상기한 예에서는, 2개의 주파수에서의 수신 신호의 위상의 변화량을 검출하고, 이들에 의거하여 상기 수식 9의 식에 의해 거리(r)를 산출하고 있다. 이에 대해, 이하에 도시하는 바와 같이, 고분해능 스펙트럼 해석법의 하나인 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)법 의 사고방식을 응용함에 의해 거리(r)를 산출하는 것이 가능해진다.
MUSIC법이란, 종래, 전파의 도래 방향을 추정하는 수법으로서 널리 알려져 있다. 이 MUSIC법에서는, 복수의 안테나 소자에 의해 수신된 수신 신호를 해석함에 의해, 전파의 도래 방향을 추정하도록 되어 있다. 이 MUSIC법에서, 도래 방향 추정에서의 각 안테나 소자로부터의 수신 신호를, 상기한 각 주파수의 수신 신호로 치환하고, MUSIC법에서 적용 모델(도래 방향 추정에서 이용되는 모드 벡터(a(θi))(이하의 수식 11)을 거리 추정에서 이용되는 모드 벡터(a(ri))(이하의 수식 12)로 바꿈에 의해, 거리(r)의 추정을 행하는 것이 가능해진다. 이와 같이 거리(r)의 추정에서 MUSIC법을 응용함에 의해, 이하에 도시하는 바와 같이, 멀티패스의 발생 등이 있는 실 환경하에서, 멀티패스의 영향을 더욱 저감하는 것이 가능해져서, 더욱 정밀도를 높일 수 있다.
즉, 어레이 안테나의 소자 수를 K, 도래파의 파장을 λ, 도래파 수를 L, 제 i 도래파의 도래각을 θi(i=1 … L)라고 한다면, 제 i 도래파에 대한 어레이 리스폰스·벡터(a(θi))는 a(θi)=[exp{jΦ1(θi)}, …, exp{jΦK(θi)}]T ; ΦN(θi)=-(2π/λ)dNsin(θi)(ΦN(θi)는 제 N번째의 안테나 소자에서의 제 i파의 수신 위상, T는 전치(轉置), dN은 N번째의 안테나 소자 위치)이 된다(수식 11).
그리고, 수식 11에서, K : 어레이 안테나의 소자 수를 사용하는 주파수의 수(f1, f2, f3 … fK)에 , 제 i 도래파의 도래각(θi)을 제 i 번째의 태그까지의 거리(ri)(r1 …rL)에, 제 i 도래파에 대한 어레이 리스폰스·벡터(a(θi))를 제 i 번째의 태그에 대한 어레이 리스폰스 벡터(a(ri))에 , 제 N 번째의 안테나 소자에서의 제 i 파의 수신 위상(ΦN(θi))을 제 N 번째의 주파수에서의 제 i 번째의 태그로부터의 신호의 수신 위상(ΦN(ri))(ΦN(ri)=-2πfN·2ri/c,(c : 광속(3x108)))에 각각 치환함에 의해, 모드 벡터(a(ri))(수식 12)가 도출된다(도 9(c) 참조).
[수식 11]
Figure 112007064550786-PCT00011
[수식 12]
Figure 112007064550786-PCT00012
이하에, MUSIC법을 응용한 거리 측정 처리(거리 추정 MUSIC법이라고 칭한다)의 상세에 관해 설명한다. 또한, 이하에서 나타내는 거리 측정 처리는, 위치 측정부(8)에서 행하여진다.
주파수(f1)의 수신 신호에서, I신호의 상태를 나타내는 I1(t) 및 Q신호의 상 태를 나타내는 Q1(t)는, 상기한 수식 5 및 수식 6과 같이 표시된다. 여기서, 주파수(f1)의 수신 신호를 복소(複素) 표현으로 나타낸 x1(t)는, 다음 식으로 표시된다.
[수식 13]
Figure 112007064550786-PCT00013
마찬가지로, 주파수(fN)의 수신 신호를 복소 표현으로 나타낸 xN(t)는, 다음 식으로 표시된다.
[수식 14]
Figure 112007064550786-PCT00014
여기서, 수신 신호를 K개의 주파수로 수신한 경우를 고려하면, 주파수(f1 내지 fK)의 수신 신호에 의거하여, 이하에 도시하는 상관행렬(RXX)이 생성된다.
[수식 15]
Figure 112007064550786-PCT00015
상기 식에 있어서, H는 복소 공역 전치, E[]는 시간평균을 나타내고 있다. 다음에, 상기에서 구하여진 상관행렬(RXX)의 고유치 분해를 다음 식과 같이 행한다.
[수식 16]
Figure 112007064550786-PCT00016
상기 식에서, ei는 RXX의 고유 벡터, μi는 고유치, σ2는 잡음 전력을 나타내고 있다. 이들로부터 이하의 관계가 성립한다,
[수식 17]
Figure 112007064550786-PCT00017
[수식 18]
Figure 112007064550786-PCT00018
상기로부터, 거리 추정 MUSIC법에서의 모드 벡터 및 MUSIC 평가함수(PMUSIC)는 이하와 같이 주어진다.
[수식 19]
Figure 112007064550786-PCT00019
상기 식에서, r을 변화시킴에 의해, 도 9(b)에 도시하는 바와 같은 그래프가 얻어진다. 이 그래프에서, 횡축을 r, 종축을 PMUSIC으로 하고 있다. 이 그래프에 도시하는 바와 같이, 평가함수(PMUSIC)에는 피크가 생기고 있고, 이 피크가 생기고 있는 r의 값이, 산출하여야 할 거리(r)에 상당하는 것으로 된다.
또한, 도 9(b)에 도시하는 그래프에서는, 평가함수(PMUSIC)의 피크는 1개소에만 나타나 있지만, 다른 개소에도 피크가 나타나는 것도 있다. 이것은, 도 9(a)에 도시하는 바와 같이, 멀티패스의 영향을 받은 경우에, 그 멀티패스에 상당하는 거리의 개소에서 피크가 나타나기 때문이다. 그러나, 멀티패스에 상당하는 거리는, 산출하여야 할 거리(r)보다도 길어지기 때문에, 피크가 생기고 있는 거리중, 가장 작은 r을 산출하여야 할 거리(r)로 함에 의해, 멀티패스가 생기고 있어도, 정확하게 거리(r)를 산출하는 것이 가능해진다.
또한, 상기한 예에서는, 고분해능 스펙트럼 해석법으로서의 MUSIC법을 거리 측정에 응용하고 있지만, 다른 고분해능 스펙트럼 해석법, 예를 들면, Beamformer법, Capon법, LP(Linear Prediction)법, Min-Norm법 및 ESPRIT법 등을 거리 측정에 응용하여도 좋다.
(MUSIC법을 응용한 거리 측정 처리의 흐름)
다음에, 도 10 및 도 11에 도시하는 플로우 차트를 참조하면서, 리더라이터(2)에서의 상기한 MUSIC법을 응용한 거리 측정 처리의 흐름에 관해 설명한다.
우선, 거리 측정 처리가 시작되면, S31에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호의 주파수를 제 1의 주파수(f1)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다.
다음에, 송신 제어부(7B)가, R/W 요구 신호를 나타내는 데이터를 반송 신호에 중첩시키도록 변조부(5B)를 제어한다. 그리고, 변조부(5B)에 의해 변조된 송신 신호가, 전력 증폭부(5C)에 의해 증폭된 후에 송신 안테나(3)로부터 출력된다(S32). R/W 요구 신호가 송신되면 계속해서 CW(연속 반송파)가 제 1의 주파수(f1)로 송신된다(S33).
RFID 태그(1)가 R/W 요구 신호를 검출하면, 계속해서 검출한 CW(연속 반송파)의 제 1의 주파수(f1)에 따른 반송 주파수로 이루어지는 태그 응답 신호를 회신한다. 이 태그 응답 신호를 수신 안테나(4)가 수신하고, 수신 처리부(6)가 수신 처리를 행하고(S34), 그리고 위상 정보 취득부(8A)가 위상 정보 취득 처리를 행한다(S35).
즉, 수신 처리부(6)에서, 주파수 변환부(6B)는, 상술한 수식 4부터 6의 수식에 의거하여, 증폭부(6A)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력된 반송 신호를 곱셈함에 의해 I신호 및 Q신호를 구한다. 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수 변환부(6B)로부터 I신호 및 Q신호를 수취하면, 상술한 수식 13부터 14의 수식에 의거하여, 제 1의 주파수(f1)의 수신 신호를 복소 표현으로 나타낸 x1(t)를 산출하고, 반송 신호로서 사용된 주파수 (제 1의 주파수(f1))에 대응시켜서 테이블에 기억한 다.
수신 처리부(6)에서 RFID 태그(1)로부터의 태그 응답 신호의 수신이 종료되면(S36), 위상 정보 취득부(8A)는 위상 정보 취득 처리를 종료한다(S37). 그 후, 송신 처리부(5)는 CW(연속 반송파)의 송신, 즉, 1프레임으로 이루어지는 신호의 송신을 종료한다(S38). 그 후, 수신 제어부(7C)는, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였는지의 여부를 판정하고, 전부 수신하지 않았다고 판정된 경우에는, S31로부터의 처리로 되돌아온다. 여기서, 수신 신호의 주파수로서는, 제 1 내지 N의 주파수를 설정하고 있는 것으로 하면, 수신 제어부(7C)는, 제 1 내지 제 N의 주파수의 수신 신호를 전부 수신하였는지의 여부를 판정하게 된다.
이 시점에서는, 제 1의 주파수(f1)의 수신 신호만을 수신하고 있기 때문에, S31부터의 처리가 행하여지게 된다. 그리고, 2회째의 S31의 처리에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호(및 CW(연속 반송파))의 주파수를 제 2의 주파수(f2)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다. 그 후, S32 내지 S38의 처리가 행하여지고, 이것이 제 N의 주파수의 수신 신호의 수신이 전부 확인될 때까지 반복된다. 그리고, S39에서, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였다고 판정된 경우에는, S40의 처리로 이행한다.
S40에서는, 위치 측정부(8)가, 상기 테이블로부터 각 주파수의 수신 신호(xn(t))를 판독하고, 각 주파수의 수신 신호에 의거하여 상관행렬(RXX)을 작성한다. 다음에, 위치 측정부(8)가, 상관행렬(RXX)의 고유치 분해를 행하고, 잡음 성분 을 분해하고(S41), MUSIC 평가함수(PMUSIC)의 스펙트럼을 작성함에 의해, 피크값의 탐색을 행한다(S42). 이로써, S43에서 거리(r)가 산출된다.
(1프레임 내에서의 주파수 전환)
상기에서는, 리더라이터(2)는, R/W 요구 신호를 복수 회수 송신하고, 각 송신에서 반송 주파수를 변화시킴에 의해, 각각 반송 신호의 주파수가 다른 태그 응답 신호를 수신하도록 되어 있다. 이에 대해, 1프레임으로 이루어지는 R/W 요구 신호 및 CW(연속 반송파)를 송신하는 도중에 반송 주파수를 1회 이상 변화시킴에 의해, 도중에 반송 주파수가 1회 이상 변화하는 1프레임으로 이루어지는 태그 응답 신호를 수신하고, 이에 의거하여 거리 측정을 행하는 구성으로 하는 것이 가능하다.
도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 리더라이터(2)는, 항상 특정한 신호를 송신하고 있는 한편, RFID 태그(1)에 대해 태그 응답 신호를 송신할 것을 요구할 때에, 태그 응답 신호의 회신을 요구하는 R/W 요구 신호를 송신한다. 여기서, 주파수 제어부(7A)는, R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록, PLL부(5A)를 제어한다. 도 12(a)에 도시하는 예에서는, 3개의 분할 기간을 설정하고, 제 1의 분할 기간에서 주파수(f1), 제 2의 분할 기간에서 주파수(f2), 제 3의 분할 기간에서 주파수(f3)가 되도록 제어가 행하여지고 있다.
RFID 태그(1)는, 항상 리더라이터(2)로부터 보내 오는 신호를 감시하고, R/W 요구 신호를 수신한 것을 검지하면, 그것에 응답하는 형태로 태그 응답 신호를 송신한다. 여기서, 태그 응답 신호는, R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))에서 반송 주파수의 시간 변화에 따라, 반송 주파수가 변화한다. 도 12(b)에 도시하는 예에서는, 태그 응답 신호에서 제 1의 기간에서는 주파수(f1), 제 2의 기간에서는 주파수(f2), 제 3의 기간에서는 주파수(f3)로 되어 있다.
이와 같은 태그 응답 신호를 수신함에 의해, 위치 측정부(8)는, 서로 다른 복수의 주파수에서의 수신 신호의 상태를 검지하는 것이 가능해진다. 또한, 수신 처리부(6)에서의 태그 응답 신호의 주파수 변환 처리의 타이밍은, R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파)) 송신시에 있어서의 주파수 전환 타이밍에 의거하여 설정된다.
여기서, 태그 응답 신호에 있어서, 반송 주파수가 전환되고 있는 기간은, 프리앰블부의 기간 내로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 태그 응답 신호에 있어서, 데이터부의 길이는 변동하는 한편, 프리앰블부의 길이는 고정이기 때문에, 반송 주파수가 전환되고 있는 기간을 확실하게 확보할 수 있기 때문이다.
(1프레임 내에서의 주파수 전환을 수반하는 거리 측정 처리의 흐름)
다음에, 도 13에 도시하는 플로우 차트를 참조하면서, 리더라이터(2)에서의 상기한 1프레임 내에서의 주파수 전환을 수반하는 거리 측정 처리의 흐름에 관해 설명한다.
우선, 거리 측정 처리가 시작되면, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))의 주파수를 상기 복수의 분할 기간마다 전환하도록 PLL부(5A)를 제어한다. 그리고, 송신 제어부(7B)가, R/W 요구 신호를 나타내는 데이터를 반송 신호에 중첩시키도록 변조부(5B)를 제어한다. 그리고, 변조부(5B)에 의해 변조된 송신 신호가, 전력 증폭부(5C)에 의해 증폭된 후에 송신 안테나(3)로부터 출력된다(S51). R/W 요구 신호가 송신되면 계속해서 CW(연속 반송파)가 상기 복수의 분할 기간마다 다른 주파수로 송신된다(S53, S55, S58). 이로써, 각 분할 기간마다 주파수가 전환된 R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))가 송신된다.
RFID 태그(1)가 R/W 요구 신호를 검출하면, 계속해서 검출한 CW(연속 반송파)의 반송 주파수(주파수(f1, f2, f3))의 시간 변화에 따라 변화한 반송 주파수(주파수(f1, f2, f3))로 이루어지는 태그 응답 신호를 회신한다. 이 태그 응답 신호를 수신 안테나(4)가 수신하고, 수신 처리부(6)가 수신 처리를 행하고(S53, S56, S59), 그리고 위상 정보 취득부(8A)가 위상 정보 취득 처리를 행한다(S54, S57, S60). 여기서 수신되는 태그 응답 신호는, R/W 요구 신호후의 CW(연속 반송파)에서의 반송 주파수의 시간 변화에 따라, 반송 주파수가 변화하고 있는 것으로 된다.
즉, 수신 처리부(6)에서, 주파수 변환부(6B)는, 태그 응답 신호에서의 프리 앰블부를 인식하고, 상술한 수식 4부터 6의 수식에 의거하여, 이 프리앰블부에서의 각 분할 기간의 주파수에 대한 I신호 및 Q신호를 구한다. 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수 변환부(6B)로부터 각 주파수의 I신호 및 Q신호를 수취하면, 상술한 수식 7부터 8의 수식에 의거하여, 각 주파수의 위상의 변화량(φ1 및 φ2)을 산출하고, 반송 신호로서 사용된 주파수에 대응시켜서 테이블에 기억한다. 여기서, 각 분할 기간의 교체 타이밍은, R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파)) 송신시에 있어서의 주파수 전환 타이밍에 의거하여 설정된다.
수신 처리부(6) 및 위상 정보 취득부(8A)에서의 태그 응답 신호의 프리앰블부에서의 각 분할 기간의 각 주파수(주파수(f1, f2, f3)에 대한 주파수 변환 및 위상 123 정보 취득 처리는, 송신 처리부(5)에서 대응하는 주파수의 CW(연속 반송파)가 송신되고 있는 동안에 행하여진다. 예를 들면, 송신 처리부(5)가 제 1의 주파수(f1)로 CW(연속 반송파)의 송신을 시작하면(S52), RFID 태그(1)는 태그 응답 신호의 프리앰블부에서의 최초의 분할 기간의 신호를 제 1의 주파수(f1)로 회신한다. 수신 처리부(6)는 해당 주파수(f1)의 태그 응답 신호를 수신하고(S53), 그리고 위상 정보 취득부(8A)는 주파수(f1)의 위상 정보를 취득한다(S54). 일정 시간이 경과하면, 송신 처리부(5)는 제 2의 주파수(f2)로 CW(연속 반송파)의 송신을 시작한다(S55). RFID 태그(1)는 이 제 2의 주파수(f2)의 CW(연속 반송파)를 수신하면, 태 그 응답 신호의 프리앰블부에서의 다음의 분할 기간의 신호를 제 2의 주파수(f2)로 송신한다. 수신 처리부(6)는, 해당 주파수(f2)의 태그 응답 신호를 수신하고(S56), 그리고 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수(f2)의 위상 정보를 취득한다(S57). 일정 시간이 경과하면, 다음에, 제 3의 주파수(f3)에 대해 송신 처리부(5), 수신 처리부(6) 및 위상 정보 취득부(8A)는 같은 동작을 반복한다(S58부터 S60).
수신 처리부(6)에서 RFID 태그(1)로부터의 태그 응답 신호의 수신이 종료되면(S61), 송신 처리부(5)는 CW(연속 반송파)의 송신, 즉, 1프레임으로 이루어지는 신호의 송신을 종료한다(62). 그 후, 상기 테이블에 기억된 서로에게 다른 복수의 주파수에서의 위상 정보에 의거하여, 거리 산출부(8B)가 거리(r)를 산출함에 의해 처리가 종료한다(S63).
또한, 상기한 예에서는, 위상에 의거하여 거리(r)를 산출하도록 되어 있지만, 상기한 MUSIC법을 응용한 거리 측정 처리라도, 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 또한, I신호·Q신호의 레벨이 보다 높은 수신 신호를 2개 선택하고, 이 선택한 2개의 수신 신호에 의거하여 위상의 변화량 검출 및 위치 산출을 행하는 것도 가능하다.
(각 RFID 태그의 거리의 인식)
상기한 바와 같이, 태그 응답 신호에는 데이터부가 포함되어 있다. 이 데이터부에 각 RFID 태그(1)에 고유한 ID 정보가 포함되어 있는 경우, 태그 응답 신호에 의해 상기한 바와 같이 측정한 거리를, 해당 태그 응답 신호를 송신한 RFID 태 그(1)와 결부시켜서 인식하는 것이 가능해진다. 이하에 이것을 실현하는 구성에 관해 도 14를 참조하면서 설명한다.
동 도면에 도시하는 구성은, 상기한 도 4에 도시하는 구성에 있어서, 수신 처리부(6)에 프리앰블 추출부(6C)가 마련되어 있는 점에서 다르다. 그 밖의 구성에 관해서는 도 4에 도시하는 구성과 같기 때문에 여기서는 그 설명을 생략한다.
프리앰블 추출부(6C)는, 믹서(6B1) 및 믹서(6B2)로부터 출력되는 I신호 및 Q신호를 입력하고, 태그 응답 신호에서의 프리앰블부를 추출하여 이것을 위치 측정부(8)에 전송함과 함께, 태그 응답 신호에서의 데이터부를 수신 프레임으로서 통신 제어부(7)에서의 수신 제어부(7C)에 전송한다. 위치 측정부(8)는, 프리앰블부를 해석함에 의해 상기한 바와 같이 거리를 측정하고, 측정한 정보를 상기 수신 제어부(7C)에 전송한다.
통신 제어부(7)에서의 수신 제어부(7C)는, 프리앰블 추출부(6C)로부터 수신한 데이터부를 해석함에 의해, 해당 태그 응답 신호를 송신한 RFID 태그(1)의 ID 정보를 인식한다. 또한, 수신 제어부(7C)는, 위치 측정부(8)에 의해 측정된 해당 RFID 태그(1)의 거리 측정 결과와, 상기 ID 정보를 결부시켜 이것을 인식한다. 이로써, RFID 태그 통신 시스템에서 복수의 RFID 태그(1)가 존재한 경우에도, 각 RFID 태그(1)의 거리를 구별하여 인식하는 것이 가능해진다.
또한, 상기한 거리의 정보와 결부시켜서 인식하는 정보로서는, 각 RFID 태그(1)에 고유의 ID 정보로 한정되는 것이 아니고, 태그 응답 신호에 포함되는 데이터부에 의해 나타나는 정보라면, 어떤 정보라도 좋다.
(각 RFID 태그를 식별한 거리 측정 처리의 흐름)
다음에, 도 15에 도시하는 플로우 차트를 참조하면서, 리더라이터(2)에서의 상기한 각 RFID 태그를 식별한 거리 측정 처리의 흐름에 관해 설명한다.
우선, 거리 측정 처리가 시작되면, S71에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호의 주파수를 제 1의 주파수(f1)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다.
다음에, 송신 제어부(7B)가, R/W 요구 신호를 나타내는 데이터를 반송 신호에 중첩시키도록 변조부(5B)를 제어한다. 그리고, 변조부(5B)에 의해 변조된 송신 신호가, 전력 증폭부(5C)에 의해 증폭된 후에 송신 안테나(3)로부터 출력된다(S72). R/W 요구 신호가 송신되면 계속해서 CW(연속 반송파)가 제 1의 주파수(f1)로 송신된다(S73).
RFID 태그(1)가 R/W 요구 신호를 검출하면, 계속해서 검출한 CW(연속 반송파)의 제 1의 주파수(f1)에 따른 반송 주파수로 이루어지는 태그 응답 신호를 회신한다. 이 태그 응답 신호를 수신 안테나(4)가 수신하고, 수신 처리부(6)가 수신 처리를 행하고(S74), 그리고 위상 정보 취득부(8A)가 위상 정보 취득 처리를 행한다(S75).
즉, 수신 처리부(6)에서, 주파수 변환부(6B)는, 상술한 수식 4부터 6의 수식에 의거하여, 증폭부(6A)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력된 반송 신호를 곱셈함에 의해 I신호 및 Q신호를 구한다. 프리앰블 추출부(6C)는, 수신한 태그 응답 신호(I신호 및 Q신호)에서의 프리앰블부를 추출하여 이것을 위치 측정부(8)에 전송함과 함께, 태그 응답 신호에서의 데이터부를 수신 제어부(7C)에 전송한다. 위치 측정부(8)는, 프리앰블 추출부(6C)로부터 프리앰블부를 수신하면, 상술한 수식 7부터 8의 수식에 의거하여, 제 1의 주파수(f1)의 위상의 변화량(φ1 및 φ2)을 산출하고, 반송 신호로서 사용된 주파수(제 1의 주파수(f1))에 대응시켜서 테이블에 기억한다(S75).
수신 처리부(6)에서 RFID 태그(1)로부터의 태그 응답 신호의 수신이 종료하면(S76), 위치 측정부(8)는 위상 정보 취득 처리를 종료한다(S77). 그 후, 송신 처리부(5)는 CW(연속 반송파)의 송신을 종료한다(S78). 수신 제어부(7C)는, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였는지의 여부를 판정하고, 전부 수신하지 않았다고 판정된 경우(S79에서 N0)에는, S71부터의 처리로 되돌아온다. 한편, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였다고 판정된 경우(S79에서 YES), S80의 처리로 이행한다.
S80에서는, 위치 측정부(8)는, 상기 테이블로부터 각 주파수마다의 위상 정보를 취출하고, 거리를 산출한다(S80). 또한, 위치 측정부(8)는, 거리의 산출을 위상 정보에 의거하여 행할 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 MUSIC법을 응용한 수법에 의해 거리를 산출하여도 좋다.
한편, 수신 제어부(7C)는, 프리앰블 추출부(6C)로부터 데이터부를 수신하면, 이에 의거하여 해당 태그 응답 신호를 송신한 RFID 태그(1)의 ID 정보를 확인한 다(S81). 그리고, 수신 제어부(7C)는, 위치 측정부(8)로부터 수신한 거리 정보와 RFID 태그(1)의 ID 정보를 결부시켜 등록한다(S82). 또한, RFID 태그(1)의 ID 정보와 거리를 조합시킨 정보는, 통신 제어부(7) 내에 마련된 도시하지 않은 기록부에 등록한 후에, 도 2에 도시하는 외부 통신부(9)를 통하여 외부 장치에 송신된다. 이상에 의해, 거리 측정 처리가 완료된다.
(위치 추정 처리)
상기에서는, 각 RFID 태그(1)의 거리를 측정하는 것에 관해 설명하였지만, 또한, 리더라이터(2)에서 본 때의 각 RFID 태그(1)의 존재 위치 방향도 측정하도록 하여도 좋다. 이것을 행함에 의해, 각 RFlD 태그(1)의 거리와 방향을 특정할 수 있기 때문에, 각 RHD 태그(1)의 존재 위치를 특정하는 것이 가능해진다. RFID 태그(1)의 존재 위치 방향을 추정하는 방법으로서는, 수신 안테나(4)의 안테나 소자를 복수 어레이 형상으로 나열하고, 각 안테나 소자에서 수신되는 신호의 위상의 차이를 검출하는 방법이 있다. 이하에, 이 RFID 태그(1)의 존재 위치 방향의 추정 처리에 관해 설명한다.
도 16은, RFID 태그(1)의 존재 위치 방향의 추정 처리를 모식적으로 도시하는 도면이다. 동 도면에서, 수신 안테나(4)는, 제 1 안테나 소자(4A) 및 제 2 안테나 소자(4B)의 2개의 안테나 소자에 의해 구성되어 있다. 또한, θ는, RFID 태그(1)의 존재 위치 방향을 나타내는 각도이다. 이 θ는, 제 1 안테나 소자(4A) 및 제 2 안테나 소자(4B)에서의 전파 수신 포인트를 함께 포함하는 평면의 법선 방향을 0°로 한 경우의 각도로 되어 있다.
제 1 안테나 소자(4A) 및 제 2 안테나 소자(4B)에서의 전파 수신 포인트끼리의 간격을 d라고 하면, 제 1 안테나 소자(4A) 및 제 2 안테나 소자(4B)에서 수신되는 신호의 위상차(△φ)는 다음 식으로 표시된다.
[수식 20]
Figure 112007064550786-PCT00020
여기서, d=λ/2라고 하면, 위상차(△φ)는 다음 식으로 표시된다.
[수식 21]
Figure 112007064550786-PCT00021
따라서, 위상차(△φ)에 의거하여, 존재 위치 방향(θ)은 다음 식으로 표시된다.
[수식 22]
Figure 112007064550786-PCT00022
즉, 위상차(△φ)를 구함에 의해, 존재 위치 방향(θ)을 구할 수 있다.
도 17은, 방향 산출을 행하는 경우의 리더라이터(2)의 구성을 도시하고 있다. 동 도면에 도시하는 구성은, 상기한 도 4에 도시하는 구성에서, 위치 측정 부(8)에 방향 산출부(8C)가 마련되어 있는 점 및 수신 처리부(5)에 셀렉터(6D)가 마련되어 있는 점에서 다르다. 그 밖의 구성에 관해서는 도 4에 도시하는 구성과 같기 때문에 여기서는 그 설명을 생략한다.
셀렉터(6D)는, 수신 안테나(4)에서의 제 1 안테나 소자(4A)에서 수신된 신호와 제 2 안테나 소자(4B)에서 수신된 신호를 선택적으로 전환하여 증폭부(6A1) 및 증폭부(6A2)에 전송한다. 이 셀렉터(6D)의 선택의 제어는, 수신 제어부(7C)에 의해 행하여진다.
방향 산출부(8C)는, 제 1 안테나 소자(4A)에서 수신된 신호와, 제 2 안테나 소자(4B)에서 수신된 신호의 위상차에 관한 정보를 위상 정보 취득부(8A)로부터 취득하고, 이에 의거하여 상기한 처리에 의해 RFID 태그(1)의 존재 위치 방향(θ)을 산출한다. 그리고, 수신 제어부(7C)는, 거리 산출부(8B)에 의해 산출된 거리 정보 및 방향 산출부(8C)에 의해 산출된 존재 위치 방향 정보를 취득하고, 이 정보를 도 2에 도시한 에어리어 판정부(10)에 전송한다.
에어리어 판정부(10)는, 위치 정보로서의 상기 거리 정보 및 존재 위치 방향 정보에 의거하여, 해당 RFID 태그(1)가 소정의 공간 영역(통신 에어리어) 내에 위치하고 있는지의 여부를 판정한다. 이때에, 에어리어 판정부(10)는, 에어리어 정보 기억부(11)에 기억되어 있는 에어리어 정보에 의거하여, RFID 태그(1)가 통신 에어리어 내에 존재하고 있는지를 판정한다.
또한, RFID 태그(1)의 존재 위치 방향(θ)을 구하는 수법으로서는, 상기한 수법으로 한정되는 것이 아니고, 공지의 다양한 수법을 이용할 수 있다. 예를 들 면, 전파의 도래 방향(D0A(Direction of Arrival)을 추정하는 기술로서는, Beamformer법, Capon법, LP(Linear Prediction)법, Min-Norm법, MUSIC법 및 ESPRIT법 등을 들 수 있다.
(위치 추정 처리의 흐름)
다음에, 도 18 및 도 19에 도시하는 플로우 차트를 참조하면서, 리더라이터(2)에서의 상기한 위치 추정 처리의 흐름에 관해 설명한다.
우선, 위치 추정 처리가 시작되면, S91에서, 주파수 제어부(7A)가, R/W 요구 신호를 송신할 때의 반송 신호의 주파수를 제 1의 주파수(f1)가 되도록 PLL부(5A)를 제어한다.
다음에, 송신 제어부(7B)가, R/W 요구 신호를 나타내는 데이터를 반송 신호에 중첩시키도록 변조부(5B)를 제어한다. 그리고, 변조부(5B)에 의해 변조된 송신 신호가, 전력 증폭부(5C)에 의해 증폭된 후에 송신 안테나(3)로부터 출력된다(S92). R/W 요구 신호가 송신되면 계속해서 CW(연속 반송파)가 제 1의 주파수(f1)로 송신된다(S93).
그 후, RFID 태그(1)가 R/W 요구 신호를 검출하면, 계속해서 검출한 CW(연속 반송파)의 제 1의 주파수(f1)에 따른 반송 주파수로 이루어지는 태그 응답 신호를 회신한다. 이 태그 응답 신호를 수신 안테나(4)가 수신한다. 이 시점에서는, 셀렉터(6D)는, 제 1 안테나 소자(4A)를 선택하고 있고, 제 1 안테나 소자(4A)에서 수신된 신호에 의거하여, 수신 처리부들이 수신 처리를 행하고(S94), 그리고 위상 정보 취득부(8A)는 위상 정보 취득 처리를 행한다(S95).
즉, 수신 처리부(6)에서, 주파수 변환부(6B)는, 상술한 수식 4부터 6의 수식에 의거하여, 증폭부(6A)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력된 반송 신호를 곱셈함에 의해 I신호 및 Q신호를 구한다. 위상 정보 취득부(8A)는, 주파수 변환부(6B)로부터 I신호 및 Q신호를 수취하면, 상술한 수식 7부터 8의 수식에 의거하여, 제 1의 주파수(f1)의 위상의 양(φ1 및 φ2)을 산출하고, 반송 신호로서 사용된 주파수(제 1의 주파수(f1))에 대응시켜서 테이블에 기억한다(S95).
수신 처리부(6)에서 RFID 태그(1)로부터의 태그 응답 신호의 수신이 종료되면(S96), 위상 정보 취득부(8A)는 위상 정보 취득 처리를 종료한다(S97). 그 후, 송신 처리부(5)는 CW(연속 반송파)의 송신, 즉, 1프레임으로 이루어지는 신호의 송신을 종료한다(S98). 수신 제어부(7C)는, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였는지의 여부를 판정하고, 전부 수신하지 않았다고 판정된 경우(S99에서 N0)에는, S91부터의 처리로 되돌아온다. 한편, 수신하여야 할 모든 주파수의 수신 신호를 수신하였다고 판정된 경우(S99에서 YES), 거리 산출부(8B)에서 거리 연산이 행하여지고(S100), S101의 처리로 이행한다. 또한, 위치 측정부(8)는, 거리의 산출을 위상 정보에 의거하여 행할 뿐만 아니라, 상기한 바와 같이 MUSIC법을 응용한 수법에 의해 거리를 산출하여도 좋다. 또한, 거리 연산은, 후술하는 S111, S112의 전후에 행하여져도 좋다.
S101에서는, 셀렉터(6D)가, 제 2 안테나 소자(4B)를 선택하도록 전환된다. 그리고, 송신 제어부(7B)의 제어에 의거하여 제 1의 주파수(f1)에 의해 R/W 요구 신호 및 CW(연속 반송파)가 송신된다(S102부터 S104). RFID 태그(1)가 R/W 요구 신호를 검출하면, 계속해서 검출한 CW(연속 반송파)의 제 1의 주파수(f1)에 따른 반송 주파수로 이루어지는 태그 응답 신호를 회신한다. 이 태그 응답 신호를 수신 안테나(4)가 수신한다. 이 시점에서는, 셀렉터(6D)는, 제 2 안테나 소자(4B)를 선택하고 있고, 제 2 안테나 소자(4B)에서 수신된 신호에 의거하여, 수신 처리부(6)가 수신 처리를 행한다(S105).
즉, 수신 처리부(6)에서, 주파수 변환부(6B)는, 상술한 수식 4부터 6의 수식에 의거하여, 증폭부(6A)로부터 입력된 수신 신호와, PLL부(5A)로부터 출력된 반송 신호를 곱셈함에 의해 I신호 및 Q신호를 구하여 위상 정보 취득부(8A)에 출력한다. 수신 처리부(6)에서 RFID 태그(1)로부터의 태그 응답 신호의 수신이 종료되면(S106), 송신 처리부(5)는 CW(연속 반송파)의 송신, 즉, 1프레임으로 이루어지는 신호의 송신을 종료한다(S107).
다음에, 방향 산출 처리에 관해 S108부터 S109의 처리가 행하여진다.
S108에서는, 위상 정보 취득부(8A)가, 제 1 안테나 소자(4A)에 의해 수신된 신호와, 제 2 안테나 소자(4B)에 의해 수신된 신호의 위상차를 검출하고, 이것에 의거하여 방향 산출부(8C)가 RFID 태그(1)의 존재 위치 방향(존재 방향)을 산출한다(S109). 또한, 상기한 바와 같이 안테나 소자 사이의 위상차에 의거하여 방향 추정을 행할 때에는, 어떤(동일한) 주파수에서의 위상차를 비교함이 필요하다.
그 후, 수신 제어부(7C)는, 거리 산출부(8B)에 의해 산출된 거리 정보 및 방향 산출부(8C)에 의해 산출된 존재 위치 방향 정보를 취득하고, 이 정보를 에어리어 판정부(10)에 전송한다. 에어리어 판정부(10)는, 상기 거리 정보 및 존재 위치 방향 정보에 의거하여, 해당 RFID 태그(1)의 위치를 산출한다(S110). 이상에 의해, 위치 측정 처리가 완료된다.
(1프레임 내에서의 복수 주파수 동시 송신)
상기에서는, 리더라이터(2)는, 1프레임으로 이루어지는 R/W 요구 신호 및 CW(연속 반송파)를 송신하는 도중에 반송 주파수를 1회 이상 변화시킴에 의해, 도중에 반송 주파수가 1회 이상 변화하는 1프레임으로 이루어지는 태그 응답 신호를 수신하고, 이것에 의거하여 거리 측정을 행하도록 되어 있다. 이에 대해, 1프레임으로 이루어지는 R/W 요구 신호 및 CW(연속 반송파)를 송신하는 반송 주파수를 복수의 주파수 성분으로부터 구성함에 의해, 복수의 주파수 성분을 갖는 반송 주파수의 1프레임으로 이루어지는 태그 응답 신호를 수신하고, 이에 의거하여 거리 측정을 행하는 구성으로 하는 것이 가능하다.
도 20(a)에 도시하는 바와 같이, 리더라이터(2)는, 항상 특정한 신호를 송신하고 있는 한편, RFID 태그(1)에 대해 태그 응답 신호를 송신할 것을 요구할때에, 태그 응답 신호의 회신을 요구하는 R/W 요구 신호를 송신한다. 여기서, 주파수 제어부(7A)는, R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))의 반송 주파수가, 복수의 주파수 성분으로 구성되도록 PLL부(5A)를 제어 한다. 도 20(a)에 도시하는 예에서는, 반송 주파수가 제 1의 주파수(f1), 제 2의 주파수(f2), 제 3의 주파수(f3)로 구성하도록 제어가 행하여지고 있다.
RFID 태그(1)는, 항상 리더라이터(2)로부터 보내 오는 신호를 감시하고, R/W 요구 신호를 수신한 것을 검지하면, 그것에 응답하는 형태로 태그 응답 신호를 송신한다. 여기서, 태그 응답 신호는, R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))에서 복수의 주파수 성분으로 이루어지는 반송 주파수에 따른 반송 주파수에 의해 송신된다. 도 20(b)에 도시하는 예에서는, 태그 응답 신호에서의 제 1의 기간에서는 주파수(f1), 제 2의 기간에서는 주파수(f2), 제 3의 기간에서는 주파수(f3)로 되어 있다.
이와 같은 태그 응답 신호를 수신함에 의해, 위치 측정부(8)는, 서로 다른 복수의 주파수에서의 수신 신호의 상태를 검지하는 것이 가능해진다.
이하에 이것을 실현하는 구성에 관해 도 21을 참조하면서 설명한다.
동 도면에 도시하는 구성은, 상기한 도 4에 도시하는 구성에서, 송신 처리부(5)에 각 주파수에 대응하는 발신기(5D1·5D2·5D3) 및 합성기(5E)가 마련되어 있음과 함께, 수신 처리부(6)에 대역 통과 필터(6C1·6C2·6C3) 및 주파수 변환부(6B)로서의 믹서(6B3·6B4·6B5)가 마련되어 있는 점에서 다르다. 그 밖의 구성에 관해서는 도 4에 도시하는 구성과 같기 때문에 여기서는 그 설명을 생략한다.
통신 제어부(7)에서, 주파수 제어부(7A)는, R/W 요구 신호(보다 상세하게는, R/W 요구 신호에 계속되는 CW(연속 반송파))의 반송 주파수가, 복수의 주파수 성분 으로부터 구성되도록 PLL부(5A)를 제어한다. PLL부(5A) 및 발신기(5D1·5D2·5D)에 의해 생성된 반송 신호는 합성기(5E)에서 합성된 후, 변조부(5B) 및 전력 증폭부(5C)를 통하여 송신된다.
수신 안테나(4)에서 수신된 수신 신호는, 증폭부(6A)를 경유하여, 3개의 경로로 분기되고, 대역 통과 필터(6C1·6C2·6C3)에 각각 입력된다. 각 대역 통과 필터(6C1·6C2·6C3)는 입력된 수신 신호로부터 특정한 주파수 성분의 신호를 취출하고, 믹서(6B3·6B4·6B5)에 입력한다.
믹서(6B3·6B4·6B5)에서 구하여진 각 주파수 성분의 I신호 및 Q신호는 위상 정보 취득부(8A)에 입력되어 각 주파수 성분의 위상의 변화량 및 그것에 의거한 거리 산출이 행하여진다.
상기 도 4 및 도 13의 실시 형태와 마찬가지로, 수신 처리부(6)는, 송신 처리부(5)가 CW(연속 반송파)를 송신하고 있는 동안에, 각 주파수 성분의 위상의 변화량의 산출을 행한다.
또한, 상기한 예에서는, 위상에 의거하여 거리(r)를 산출하도록 되어 있지만, 상기한 MUSIC법을 응용한 거리 측정 처리라도, 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 또한, I신호·Q신호의 레벨의 보다 높은 수신 신호를 2개 선택하고, 이 선택한 2개의 수신 신호에 의거하여 위상의 변화량 검출 및 위치 산출을 행하는 것도 가능하다.
(액티브 타입의 RFID 태그)
상기에서는, RFID 태그(1)가 패시브 타입인 구성에 관해 설명하였지만, 상기 한 바와 같이, RFID 태그(1)가 액티브 타입인 구성이라도 좋다. 이 경우, RFID 태그(1)는, 전원부를 구비함과 함께, 태그 응답 신호를 생성하는 신호 생성부와, 상기 신호 생성부에 의해 생성된 태그 응답 신호를, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 주파수 제어부를 구비한 구성으로 하는 것이 고려된다. 이 경우, 리더라이터(2)에서, R/W 요구 신호를 송신할 필요성을 없앨 수 있다.
또한, RFID 태그(1)에서의 상기 주파수 제어부가, 상기한 주파수 제어부(7A)와 마찬가지로, 하나의 태그 응답 신호를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하도록 하는 것도 가능하고, 상기 태그 응답 신호의 송신의 회수마다 각각 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하도록 하는 것도 가능하다. 또한, 반송 주파수가, 복수의 주파수 성분으로 구성되도록 제어하는 것도 가능하다.
(RFID 태그를 이용한 통신 시스템의 적용예)
다음에, 본 실시 형태에 관한 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 구체적인 시스템에 적용한 예에 관해서 설명한다. 도 22는, 물품의 유통이 행하여지는 시스템에서, 유통되는 물품의 검사 확인 등을 행하는 시스템에 본 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 도시하고 있다. 동 도면에 도시하는 예에서는, 복수의 벨트 컨베이어에 의해, RFID 태그(1)가 부착된 물품이 반송되고 있다. 또한, 벨트 컨베이어로부터 떨어진 장소에도, RFID 태그(1)가 부착된 물품이 쌓아 올려져 있다. 그리고, 벨트 컨베이어에 의해 반송된 물품을 검사하기 위해, 리더라이터(2)가 각 RFID 태그(1)와 통신을 행한다. 이로써, 각 물품의 유통을 관리하는 것 이 가능해진다.
또한, 이와 같은 RFID 태그를 이용한 통신 시스템에서는, 리더라이터(2)와 통신을 행하는 상기 외부 장치로서, 유통 물품의 관리를 행하는 관리 장치가 구비되게 된다.
이와 같은 시스템의 경우, 통신 에어리어가 명확하게 설정되지 않은 RFID 태그 통신 시스템이면, 통신을 행할 필요가 없는, 벨트 컨베이어로부터 떨어진 위치에 있는 RFID 태그(1)와도 통신을 행하여 버리게 된다. 이에 대해, 본 실시 형태에 관한 RFID 태그 통신 시스템에 의하면, 리더라이터(2)에서의 처리에 의해 각 RFID 태그(1)의 거리(또는 위치)를 검지할 수 있기 때문에, 통신하여야 할 RFID 태그(1)와만 통신을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 RFID 태그를 이용한 통신 시스템에 의하면, 비교적 고정밀도로 각 RFID 태그(1)의 거리(또는 위치)를 검지할 수 있기 때문에, 어느 벨트 컨베이어의 라인에 반송되고 있는 RFID 태그(1)인지에 관해서도, 리더라이터(2)측에서 인식하는 것이 가능해진다.
또한, 이와 같은 기능을 갖는 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 구축하기 위해서는, 리더라이터(2)를 1대 설치하는 것만으로 좋아진다. 즉, 예를 들면 전파가 도착하는 범위를 제한하기 위한 부재를 마련할 필요성이나, 리더라이터(2)를 복수대 설치할 필요성 등을 없앨 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 RFID 태그를 이용한 통신 시스템에 의하면, 설치 환경에 의하지 않고 용이하게 세팅을 행하는 것이 가능해진다.
도 23(a)는, 점포 등에서, 상품이나 재고물품 등의 도난 감시 등을 행하는 시스템에 본 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 도시하고 있다. 이 예에서는, 통신 에어리어를, 대상이 되는 RFID 태그(1)가 부착된 물품이 본래 존재할 수 있는 범위에 설정함과 함께, 이 통신 에어리어로부터 물품이 없어진 것을 검지함에 의해, 해당 물품의 도난이 행하여질 가능이 있다고 판정한다. 또한, 도 23(b)는, 창이나 도어 등에 RFID 태그(1)를 마련하고, 이 RFID 태그(1)의 위치를 감시함에 의해, 해당 창이나 도어가 열린 것을 검지하는 방범 시스템 적용예를 도시하고 있다. 이상과 같은 방범 시스템을 구축할 때에도, 대상물에 종래부터 사용되고 있는 RFID 태그(1)를 부착한다는 간단한 세팅을 행하는 것만으로 좋아진다. 또한, 다양한 환경에 있어서 유연하게 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 구축하는 것이 가능해진다.
또한, 이 예에서도, RFID 태그를 이용한 통신 시스템에, 리더라이터(2)와 통신을 행하는 상기 외부 장치로서, 방범 관리를 행하는 관리 장치가 구비되게 된다.
도 24는, 예를 들면 역이나 영화관 등의 개찰이 필요하게 되는 장소에 본 RFID 태그 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 나타내고 있다. 요즘에는, 예를 들면 역의 개찰에서, RFID 탠그를 이용한 개찰을 행하는 시스템이 보급되고 있지만, 이 시스템에서는, 게이트에 리더라이터를 마련함에 의해 개찰을 행하고 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 관한 RFID 태그 통신 시스템에 의하면, 개찰이 행하여지는 통로의 전체를 통신 에어리어로 설정함에 의해, 게이트를 마련하는 일 없이 개찰을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 이 경우에는, RFID 태그(1)를 이용자가 소지하는 휴대 전화기에 내장시킨 구성으로 하여도 좋다.
또한, 이 도 24에 도시하는 시스템 적용예에 있어서, RFID 태그(1)와의 통신 결과에 의해, 통과를 허가할 수 없는 이용자가 존재하는 경우, 그 불허가 이용자를 특정할 필요가 생기는 것이 고려된다. 이 경우, 리더라이터(2)에 의해 특정된 불허가 이용자의 위치를 향하여 감시 카메라에 의한 촬영을 행함에 의해, 불허가 이용자의 특정 및 그 증거를 남기는 것이 가능해진다.
또한, 이 예에서도, RFID 태그를 이용한 통신 시스템에, 리더라이터(2)와 통신을 행하는 상기 외부 장치로서, 통행 허가 관리를 행하는 관리 장치가 구비되게 된다. 그리고, 이 관리 장치가, 상기 감시 카메라의 촬영 제어를 행하게 된다.
도 25는, 자동차 등의 키레스 엔트리 시스템에, 본 RFID 태그를 이용한 통신 시스템을 적용한 경우의 예를 도시하고 있다. 자동차의 내부에 리더라이터(2)가 마련되어 있음과 함께, 이용자가 RFID 태그(1)를 내장한 키를 소지하고 있다. 리더라이터(2)는, 이용자에게 소지되어 있는 키에 내장되어 있는 RFID 태그(1)가 자동차 주위의 소정 범위에 들어간 것을 검지하면, 키의 로크를 해제하도록 지시를 행한다. 이로써, 이용자는, 키를 소지한 상태로 자동차에 근접하는 것 만에 의해 로크를 해제시키는 것이 가능해진다.
또한, 이 예에서도, RFID 태그를 이용한 통신 시스템에, 리더라이터(2)와 통신을 행하는 상기 외부 장치로서, 키의 시정(施錠) 상태를 제어 관리하는 관리 장치가 구비되게 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타낸 범위 에서 여러가지의 변경이 가능하다. 즉, 청구항에 나타낸 범위에서 적절히 변경한 기술적 수단을 조합시켜 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 출원은, 2005년 3월 9일 출원의 일본 특허출원(특원2005-066298)에 의거한 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 수용된다.
본 발명에 관한 태그 통신 장치 및 이것을 구비한 통신 시스템은, 예를 들면 상기한 유통되는 물품의 검사·확인 등을 행하는 시스템, 점포 등에 있어서, 상품의 도난 감시 등을 행하는 시스템, 역이나 영화관 등의 개찰이 필요하게 되는 장소에 설치된 개찰 시스템, 키레스 엔트리 시스템 등의 용도에 적용 가능하다.
본 발명을 상세히 또한 특정한 실시 양태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있음은 당업자에 있어서 분명하다.
본 출원은, 2005년 3월 9일 출원한 일본 특허출원(특원2005-066298)에 의거한 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 수용된다.

Claims (27)

  1. 다른 복수의 반송 주파수의 전파에 의해 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 요구 신호를 안테나로부터 외부에 송신하는 송신 수단과,
    상기 송신 수단에서 송신된 상기 요구 신호가, 반사체에 의해 소정의 변조를 받으면서 반사되어 발생한, 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 반사 신호를 수신하는 수신 수단과,
    상기 수신 수단이 수신한 반사 신호와 상기 요구 신호 사이의 위상의 변화량을, 상기 송신 수단이 송신한 반송 주파수마다 산출하는 위상 정보 취득부와,
    상기 위상 정보 취득부에 의해 취득된 반송 주파수마다의 위상 변화량과 반송 주파수에 의거하여, 상기 안테나와 상기 반사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 수단이, 하나의 요구 신호를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 수단이, 상기 요구 신호가 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루 어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반사체로부터, 서로 다른 3개 이상의 반송 주파수에 의해 반사 신호가 송신됨과 함께,
    상기 위상 정보 취득부가, 각 반송 주파수의 신호중, 신호의 상태가 거리를 산출하는데 있어서 소정의 기준을 충족시키고 있는 2개의 반송 주파수의 신호를 선택하여, 위상 변화량을 취득하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 수단은, 수신된 반사 신호의 주파수 변환 처리를 행하는 주파수 변환부를 구비하고,
    상기 주파수 변환부가, 상기 반사 신호를 I신호와 Q신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 거리 산출부가, 고분해능 스펙트럼 해석법을 이용하여 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 거리 산출부가, 상기 고분해능 스펙트럼 해석법으로서 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)법을 이용하고, 해당 MUSIC법의 입력으로서, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 수신된 반사 신호를 이용하고, 모드 벡터를 상기 거리의 함수로 하여 MUSIC 평가함수를 구하고, 해당 MUSIC 평가함수의 피크값을 구함에 의해 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 거리 산출부가, 수신된 반사 신호의 수신 강도를 병용하여 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 신호에 포함되는 데이터부의 정보를 취득함과 함께, 상기 거리 산출부에 의해 산출된 상기 거리 정보와 상기 데이터부의 정보를 결부시켜 외부에 출력하는 수신 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 거리 산출부가, 상기 반사 신호에 의거하여, 해당 반사 신호를 송신한 반사체가 위치하는 방향을 측정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 거리 산출부가, 상기 반사 신호의 프리앰블부에서의 신호를 해석함에 의해 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  12. 다른 복수의 반송 주파수의 전파에 의해 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 요구 신호를 안테나로부터 외부에 송신하는 송신 스텝과,
    상기 송신 스텝에서 송신된 상기 요구 신호가, 반사체에 의해 소정의 변조를 받으면서 반사되어 발생한, 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 반사 신호를 수신하는 수신 스텝과,
    상기 수신 스텝에서 수신한 반사 신호와 상기 요구 신호 사이의 위상의 변화량을, 상기 송신 스텝에서 송신한 반송 주파수마다 산출하는 위상 정보 취득 스텝과,
    상기 위상 정보 취득 스텝에 의해 취득된 반송 주파수마다의 위상 변화량과 반송 주파수에 의거하여, 상기 안테나와 상기 반사체 사이의 거리를 산출하는 거리 산출 스텝을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 송신 스텝에서, 하나의 요구 신호를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 송신 스텝에서, 상기 요구 신호가 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 반사체로부터, 서로 다른 3개 이상의 반송 주파수에 의해 반사 신호가 송신됨과 함께,
    상기 위상 정보 취득 스텝에서, 각 반송 주파수의 신호중, 신호의 상태가 거리를 산출하는데 있어서 소정의 기준을 충족시키고 있는 2개의 반송 주파수의 신호를 선택하여, 위상 변화량을 취득하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 수신 스텝은,
    수신된 반사 신호의 주파수 변환 처리를 행하는 주파수 변환 스텝을 구비하고,
    상기 주파수 변환 스텝에서, 상기 반사 신호를 I신호와 Q신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 거리 산출 스텝에서, 고분해능 스펙트럼 해석법을 이용하여 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 거리 산출 스텝에서, 상기 고분해능 스펙트럼 해석법으로서 MUSIC(MUltiples SIgnal Classification)법을 이용하고, 해당 MUSIC법의 입력으로서, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 수신된 반사 신호를 이용하고, 모드 벡터를 상기 거리의 함수로 하여 MUSIC 평가함수를 구하고, 해당 MUSIC 평가함수의 피크값을 구함에 의해 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 거리 산출 스텝에서, 수신된 반사 신호의 수신 강도를 병용하여 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 반사 신호에 포함되는 데이터부의 정보를 취득함과 함께, 상기 거리 산출 스텝에서 산출된 상기 거리 정보와 상기 데이터부의 정보를 결부시켜 외부에 출력하는 수신 제어 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  21. 제 12항에 있어서,
    상기 거리 산출 스텝에서, 상기 반사 신호에 의거하여, 해당 반사 신호를 송신한 반사체가 위치하는 방향을 측정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법..
  22. 제 12항에 있어서,
    상기 거리 산출 스텝에서, 상기 요구 신호의 프리앰블부에서의 신호를 해석함에 의해 상기 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  23. 제 1항에 기재된 거리 측정 장치로부터 송신된 요구 신호에 대해, 하나의 프레임으로 이루어지는 신호인 반사 신호를 생성하는 신호 생성부와,
    상기 신호 생성부에 의해 생성된 반사 신호를, 서로 다른 복수의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 주파수 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반사체.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 주파수 제어부가, 하나의 반사 신호를 송신하는 기간 내에 복수의 분할 기간을 설정하고, 각 분할 기간에서 서로 다른 반송 주파수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반사체.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 주파수 제어부가, 상기 반사 신호가 서로 다른 반송 주파수 성분으로 이루어지는 하나의 반송 주파수에 의해 송신되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반사체.
  26. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 거리 측정 장치와,
    상기 거리 측정 장치와 무선 통신을 행하는 적어도 하나의 반사체를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  27. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 거리 측정 장치와,
    상기 거리 측정 장치에 의해 상기 반사체와 통신이 행하여진 결과에 의거하여, 해당 반사체와 연관되어 있는 물품, 사람 및 생물중 적어도 어느 하나를 관리하는 관리 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
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