WO2005106525A1

WO2005106525A1 - 無線タグ通信装置

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Publication number: WO2005106525A1
Application number: PCT/JP2005/005513
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Ohashi
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2006-10-27
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Abstract

　無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置を提供する。　周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波Ｆｃを送信するための質問波送信部５０と、その質問波送信部５０から送信される複数種類の質問波Ｆｃに応じて無線タグ１４から返信される複数種類の応答波Ｆｒを受信してそれぞれ復調するＩ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０と、それらＩ相信号変換部２８及びＱ相信号変換部３０による複数種類の応答波Ｆｒの復調結果に基づいて前記無線タグ１４との間の距離ｄを算出する距離算出部５４とを、含むことから、前記無線タグ１４との間で通信を行うことによりその無線タグ１４との間の距離ｄを好適に求めることができる。

Description

明細書

無線タグ通信装置

技術分野

[0001] 本発明は、無線にて情報の書き込みや読み出しができる無線タグとの間で通信を行う無線タグ通信装置の改良に関する。

背景技術

[0002] 所定の情報が記憶された小型の無線タグ (応答器)から所定の無線タグ通信装置（質問器）により非接触にて情報の読み出しを行う RFID (Radio Frequency

Identification)システムが知られている。この RFIDシステムは、無線タグが汚れている場合や見えな、位置に配置されて、る場合であっても無線タグ通信装置との通信によりその無線タグに記憶された情報を読み出すことが可能であることから、商品管理ゃ検査工程等の様々な分野にぉ、て実用が期待されて!、る。

[0003] ところで、上記無線タグとの間で通信を行うことによりその無線タグの相対移動速度を検出する無線タグ通信装置が提案されている。例えば、特許文献 1に記載された変調バックスキヤッタシステムがそれである。この技術によれば、質問波に応じて無線タグ力も返信される応答波を受信して互いに直交する I相信号及び Q相信号に変換した後、ドップラーシフトの原理によりそれら I相信号及び Q相信号に基づ、て上記無線タグの運動の有無、延、ては無線タグ通信装置に対する移動速度を検出することができる。

[0004] 特許文献 1 :特開平 11 136161号公報

[0005] しかし、前記従来の技術では、前記無線タグとの間で通信を行うことによりその無線タグの前記無線タグ通信装置に対する移動速度は検出できるものの、その無線タグとの間の距離を検出することはできな力つた。特に、比較的近距離の RFID通信に関して斯カる距離を求める技術はな力つた。すなわち、無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置の開発が求められて!/、た。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0006] 本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、所定の情報が記憶された無線タグとの間で非接触にて情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波を送信するための質問波送信部と、その質問波送信部から送信される複数種類の質問波に応じて前記無線タグから返信される複数種類の応答波を受信してそれぞれ復調する受信復調部と、その受信復調部による複数種類の応答波の復調結果に基づいて前記無線タグとの間の距離を算出する距離算出部とを、含むことを特徴とするものである。

発明の効果

[0008] このようにすれば、周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波を送信するための質問波送信部と、その質問波送信部カゝら送信される複数種類の質問波に応じて前記無線タグから返信される複数種類の応答波を受信してそれぞれ復調する受信復調部と、その受信復調部による複数種類の応答波の復調結果に基づいて前記無線タグとの間の距離を算出する距離算出部とを、含むことから、前記無線タグとの間で通信を行うことによりその無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。すなわち、無線タグとの間の距離を検出し得る無線タグ通信装置を提供することができる。

[0009] ここで、好適には、前記受信復調部は、前記無線タグから返信される応答波を互ヽに直交する I相信号及び Q相信号に変換して直交復調するものである。このようにすれば、直交検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置にお!、て前記無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。

[0010] また、好適には、前記距離算出部は、前記無線タグ力も返信される応答波力も変換された I相信号と Q相信号との比に基づいてその無線タグとの間の距離を算出するものである。このようにすれば、直交検波形式の復調回路を備えた無線タグ通信装置において実用的な態様で前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

[0011] また、好適には、前記質問波の主搬送波を分配し且つ位相を制御して前記受信復調部に供給するための主搬送波位相制御部を含み、その受信復調部は、前記無線タグカゝら返信される応答波をその主搬送波位相制御部により供給される位相が制御された主搬送波に基づいてホモダイン復調するものである。このようにすれば、ホモダイン検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置において前記無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。

[0012] また、好適には、前記質問波送信部は、周波数のそれぞれ異なる第 1の質問波及び第 2の質問波を送信するものであり、前記受信復調部は、その質問波送信部から送信される第 1の質問波及び第 2の質問波に応じて前記無線タグ力返信される第 1 の応答波及び第 2の応答波を受信してそれぞれ復調するものである。このようにすれば、必要にして十分な質問波及び応答波により前記無線タグとの間の距離を好適に求めることができる。

[0013] また、好適には、前記第 1の質問波及び第 2の質問波の周波数は、互いに割り切れない値である。このようにすれば、前記無線タグとの間の距離を更に好適に求めることがでさる。

[0014] また、好適には、前記距離算出部は、前記受信復調部による前記第 1の応答波の復調結果に基づいて求められる第 1の距離候補群と、前記第 2の応答波の復調結果に基づいて求められる第 2の距離候補群とを比較して、前記第 1の距離候補群及び第 2の距離候補群に共通して含まれる値のうち最小のものを前記無線タグとの間の距離として算出するものである。このようにすれば、実用的な態様で前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

[0015] また、好適には、前記質問波送信部は、前記第 1の質問波及び第 2の質問波を交互に送信するものである。このようにすれば、必要にして十分な質問波を簡単な構成により送信することができる。

[0016] また、好適には、前記質問波送信部は、前記複数種類の質問波を同時に送信するものである。このようにすれば、可及的速やかに前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

[0017] また、好適には、前記距離算出部は、前記無線タグから返信される応答波の強度に基づいてその無線タグとの間の距離を算出するものである。このようにすれば、更に好適に前記無線タグとの間の距離を求めることができる。 [0018] また、好適には、前記距離算出部は、前記無線タグとの間の通信可能距離に基づいてその無線タグとの間の距離を算出するものである。このようにすれば、更に好適に前記無線タグとの間の距離を求めることができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明が好適に適用される通信システムの構成を説明する図である。

[図 2]本発明の一実施例である無線タグ通信装置の電気的構成を説明する図である

[図 3]図 1の無線タグに含まれる無線タグ回路を説明するブロック線図である。

[図 4]図 3の無線タグ回路に含まれる制御部による返信制御に用いられる副搬送波及びその副搬送波が所定の情報信号によって符号化された符号ィ匕信号を例示する図である。

[図 5]図 2の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御を説明するフローチヤートである。

[図 6]図 5の制御における候補列からのタグ位置決定制御を説明するフローチャートである。

[図 7]図 2の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御の原理を説明する図である。

[図 8]図 2の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御の他の一例を説明するフローチャートである。

[図 9]本発明の第 2実施例である無線タグ通信装置の電気的構成を説明する図である。

[図 10]図 9の無線タグ通信装置の制御部によるタグ位置検出制御を説明するフローチャートである。

[図 11]図 2に示す無線タグ通信装置 2台からそれぞれ異なる質問波を無線タグに向け同時に送信する様子を説明する図である。

符号の説明

[0020] 10 :通信システム、 12、 70 :無線タグ通信装置、 16 :主搬送波発生部、 18 : PLL、 20 ： VCO、 22 :主搬送波変調部、 24 :送信信号増幅部、 26 :アンテナ、 14 :無線タグ、 28 : 1相信号変換部 (受信復調部 )、 30 : Q相信号変換部 (受信復調部)、 32 :送受信分離部、 34 :I¾ff^-BPF, 36 :1相信号増幅部、 38 : Q相信号 BPF、 40 : Q相信号増幅部、 42 :RSSI回路、 44 :制御部、 50 :質問波送信部、 52 :信号処理部 (受信復調部）、 54 :距離算出部、 56 :無線タグ回路、 58 :アンテナ、 60 :クロック部、 62 :電源部、 64 :変 Z復調部、 66 :制御部、 68 :メモリ部、 72 :移相回路、 74 :受信復調部、 7 6 :復調信号 BPF、 78 :復調信号増幅部、 80 :搬送波位相制御部

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

実施例 1

[0022] 図 1は、本発明が好適に適用される通信システム 10の構成を説明する図である。この通信システム 10は、本発明の一実施例である無線タグ通信装置 12と、単数乃至は複数（図 1では単数）の無線タグ 14とから構成される所謂 RFID (Radio Frequency Identification)システムであり、上記無線タグ通信装置 12はその RFIDシステムの質問器として、上記無線タグ 14は応答器としてそれぞれ機能する。すなわち、上記無線タグ通信装置 12から質問波 F (送信信号)が上記無線タグ 14に向けて送信されると、その質問波 Fを受信した上記無線タグ 14において所定の情報信号 (データ）によりその質問波 Fが変調され、応答波 F (返信信号)として上記無線タグ通信装置 12 に向けて返信されることで、その無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間で情報の通信が行われる。なお、図 1における Dは、上記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の距離 (無線タグ通信装置 12のアンテナ 24と無線タグ 14のアンテナ 58との間の距離)を示している。

[0023] 図 2は、本実施例の無線タグ通信装置 12の電気的構成を説明する図である。この図 2に示すように、本実施例の無線タグ通信装置 12は、上記質問波 Fの主搬送波を発生させる基準周波数発生部 16と、その基準周波数発生部 16により発生させられる基準波と制御部 44からの制御信号とに基づいて主搬送波の周波数を設定する PLL (Phase Locked Loop) 18と、その主搬送波の周波数を PLL18からの制御電圧に応じて制御する VCO (Voltage Controlled Oscillator) 20と、その VCO20により制御された所定の周波数の主搬送波を所定の制御信号 TX-ASKに基づいて振幅変調して送信信号を生成する主搬送波変調部 22と、その主搬送波変調部 22から出力される送信信号を所定の制御信号 TX-PWRに基づいて増幅する送信信号増幅部 24と、その送信信号増幅部 24から出力される送信信号を質問波 Fとして通信対象である無線タグ 14に向けて送信すると共に、その質問波 Fに応じてその無線タグ 14力も返信される応答波 Fを受信する送受信共用のアンテナ 26と、そのアンテナ 26により受信された受信信号を π Ζ2ラジアンの位相差を持つ 2つの信号により互いに直交する I相信号及び Q相信号に変換する I相信号変換部 28及び Q相信号変換部 30と、上記送信信号増幅部 24から出力される送信信号を上記アンテナ 26に供給すると共に、そのアンテナ 26により受信された受信信号を上記 I相信号変換部 28及び Q相信号変換部 30に供給する送受信分離部 32と、その I相信号変換部 28から出力される I相信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを抽出する I相信号 BPF (Band Pass Filter ) 34と、その I相信号 BPF34から出力される I相信号を増幅する I相信号増幅部 36と、上記 Q相信号変換部 30から出力される Q相信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを抽出する Q相信号 BPF38と、その Q相信号 BPF38から出力される Q相信号を増幅する Q相信号増幅部 40と、上記 I相信号増幅部 36及び Q相信号増幅部 40から出力される I相信号及び Q相信号の強度を検出する RSSI (Redeved Signal Strength Indicator)回路 42と、上記無線タグ通信装置 12の動作を制御する制御部 44とを、備えて構成されている。ここで、上記 I相信号変換部 28、 Q相信号変換部 30、及び後述する信号処理部 54が受信復調部に対応する。また、上記送受信分離部 32としては、サーキユレータ若しくは方向性結合器等が好適に用いられる。

上記制御部 44は、 CPU, ROM,及び RAM等を含んで構成され、 RAMの一時記憶機能を利用しつつ ROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータであり、前記無線タグ 14への質問波 Fの送信処理動作及びその質問波 Fに応じてその無線タグ 14から返信される応答波 Fの受信処理動作等の基本的な制御にカ卩えて、図 1に示す通信対象である無線タグ 14との間の距離 dを検出する距離検出制御を実行する。斯カる制御を実行するため、上記 PLL18及び VCO20を制御すると共に、上記送信信号増幅部に制御信号 TX-PWRを供給することにより周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波 Fを前記アンテナ 26から前記無線タグ 14に向けて送信するための質問波送信部 50と、上記 I相信号増幅部 36及び Q相信号増幅部 40から出力される I相信号及び Q相信号に基づいて上記アンテナ 26により受信された受信信号を直交復調すると共に、上記主搬送波変調部 22に制御信号 TX-ASKを供給する等の信号処理を行う信号処理部 52と、その信号処理部 52による複数種類の応答波 Fの復調結果に基づいて前記無線タグ 14との間の距離 dを算出する距離算出部 54とを、機能的に含んでいる。

[0025] 図 3は、前記無線タグ 14に含まれる無線タグ回路 56を説明するブロック線図である。この図 3に示すように、前記無線タグ 14は、前記無線タグ通信装置 12からの質問波 Fを受信すると共に、その質問波 Fに応じてその無線タグ通信装置 12に向けて応答波 Fを送信するためのアンテナ 58と、そのアンテナ部 58により受信された質問波 F力クロック信号を抽出して副搬送波を発生させ制御部 66に供給するクロック部 60と、上記アンテナ 58により受信される質問波 Fの一部を整流してエネルギ源とする電源部 62と、上記アンテナ 58に接続されて信号の変調及び復調を行う変 Z復調部 64と、上記無線タグ回路 56の動作を制御する制御部 66と、所定の情報の記憶及び読み出しが可能なメモリ部 68とを、備えて構成されている。上記制御部 66は、前記無線タグ生成装置 12と通信を行うことにより上記メモリ部 68に上記所定の情報を記憶する制御や、上記アンテナ部 58により受信された質問波 Fを上記変 Z復調部 6 4にお、て上記メモリ部 68に記憶された情報信号に基づ、て変調したうえで応答波 Fとしてそのアンテナ部 58から反射返信する返信制御等の基本的な制御を実行する。

[0026] 図 4は、上記制御部 66による返信制御に用いられる副搬送波及びその副搬送波が所定の情報信号によって符号化された符号ィ匕信号を例示する図である。上記アンテナ 58により前記無線タグ通信装置 12からの質問波 Fが受信されると、上記電源部 6 2により整流されるその質問波 Fの一部をエネルギ源として上記クロック部 60により所定の副搬送波（サブキャリア）が発生させられる。次に、上記制御部 66によりコマンドフレームの解析が行われて上記副搬送波が上記メモリ部 68に記憶された情報信号に基づいて符号ィ匕（1次変調）されて上記変 Z復調部 64に入力される。例えば、図 4 に示すデータ 1では副搬送波を用いた符号ィヒが行われ、データ 0では副搬送波を用いない符号ィ匕が行われている。そして、その変 Z復調部 64においてその符号ィ匕信号に基づいて前記無線タグ通信装置 12から受信された質問波 Fが変調 (2次変調）されて、上記アンテナ 58から応答波 Fとして前記無線タグ通信装置 12に向けて送信される。なお、斯カる副搬送波の周波数は、前記 I相信号 BPF34、 Q相信号 BPF38 の通過帯域に含まれるように予め設定される。

[0027] 図 5は、前記無線タグ通信装置 12の制御部 44によるタグ位置検出制御を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。また、図 6は、図 5の SBにおける候補列力ものタグ位置決定制御を説明するフローチャートである。

[0028] 先ず、ステップ (以下、ステップを省略する） SA1において、前記 VCO20により発生させられる主搬送波の周波数 f が前記 PLL18により f に設定される。この周波数 f cは 2 π ωであり、 ω は主搬送波の角周波数である。次に、 SA2において、前記主搬送波が所定の制御信号 TX-ASKに基づいて前記主搬送波変調部 22により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号 TX-PWRに基づヽて前記送信信号増幅部 24により増幅されて前記アンテナ 26から質問波 Fとして前記無線タグ 14 に向けて送信される。この質問波 Fは、振幅を Αとして次の（1)式のように表される。

[0029] [数 1]

[0030] 次に、 SA3において、 SA2にて送信された質問波 Fに応じて前記無線タグ 14から返信される応答波 Fが前記アンテナ 26により受信される。この応答波 Fは、前述した図 4に示すデータ 1の部分では、次の（2)式のように表される。なお、この（2)式における ωは副搬送波の角周波数であり、その副搬送波 f は sinco tである。また、 Bは反射効率、 mは変調度を示しており、例えば、 m= lすなわち変調度 100%の変調が行われる。

[0031] [数 2] r=ABsin ωοΐ X (1 +msin 6L)S · · - (2)

[0032] 次に、 SA3' において、後述する SA9と同様に質問波 F_eの送信が停止される。

[0033] 次に、 SA4において、前記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の通信において電波の往復により発生する質問波 Fと応答波 Fの位相差 Θ が算出され、タグ位置候補列 dが決定される。前記アンテナ 26により受信される受信信号 Rは、電波の

1 s

往復による減衰率を Cとして次の（3)式のように表される。この受信信号 Rは、前記 I

s

相信号変換部 28及び Q相信号変換部 30により I相信号 R及び Q相信号 R に変換

si sq される。この I相信号 Rは、次の（4)式のように表され、前記 I相信号 BPF34を通過して前記制御部 44に入力される信号は、次の（5)式のように表される。また、 Q相信号 R は、次の（6)式のように表され、前記 Q相信号 BPF38を通過して前記制御部 44 sq

に入力される信号は、次の（7)式のように表される。前記制御部 44では、次の（8)式に従って I相信号 Rと Q相信号 R との比である tan 0 が算出され、それにより Q相信

si sq c

号 R 力 ^以上の場合には、次の（9)式のように 0 が算出され、 Q相信号 R 力^)未満 sq c sq の場合には、次の（10)式のように Θ が算出される。この（9)及び（10)式において、 nは 0と自然数であり、 η= 0, 1 , 2, 3,…である。また、 R /Rを Rで示している。前

sq si

記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の通信において電波が距離 dを往復することにより発生する位相差 Θ は、質問波 Fの波長をえ ( = 3 X 10⁸/f [m] )として、 2 π ηの項を省略すると次の（11)式のように表される。従って、斯カる通信において電波が往復する距離 Dの最小値は、次の（12)式のように表され、この（12)式の値に λ ηΖ2を加算した値力も無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との距離 Dの候補であるタグ位置候補列 dが決定される。

[0034] [数 3]

R_s=ABCsinC 6Uct+ 0 c) X (1 +msin 6L)st) · · ' (3) [6凝] [0濯]

(8)·

隨] [6S00]

( _)· · · (VV U|SUJ₊ t)x³0uis _L [8S00]

sp u!SLU+|_) x soo x (。0+:i。P9)u!sogv—=^bsid

[9凝] [ζεοο]

[S凝] [9S00]

( ） ... (^CO UjSLU-i- 1. ) X 0 SOO-(³fT5 Q +^( ) )S00} _; 2 ―

oav

[esoo] 0c二 arctanR+兀 n (Q≥0) · ' ·(9)

[0041] [数 10]

0 c二 arctanR+7T(n+1) (Q<0) · ' ·(10)

[0042] [数 11] θ,= ψ ···(")

Ac

[0043] [数 12] d=-¾^ · ' ·(12)

4兀

[0044] 次に、 SA5において、前記 VCO20により発生させられる主搬送波の周波数 f_eが前記 PLL18により f に設定される。好適には、この SA5にて設定される周波数 f と前記

2 2

SA1にて設定される周波数 f とは、互いに割り切れない値とされる。

[0045] 次に、 SA6において、前記基準周波数発生部 16により主搬送波が発生させられて SA5にて設定された周波数 f に制御され、所定の制御信号 TX- ASKに基づいて前

2

記主搬送波変調部 22により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号 T X-PWRに基づいて前記送信信号増幅部 24により増幅されて前記アンテナ 26から質問波 Fとして前記無線タグ 14に向けて送信される。

[0046] 次に、 SA8において、 SA6にて送信された質問波 Fに応じて前記無線タグ 14から返信される応答波^が前記アンテナ 26により受信される。次に、 SA8において、前述した SA4と同様の処理により前記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の通信において電波の往復により発生する位相差 0 が算出され、タグ位置候補列 dが決

2 2 定される。次に、 SA9において、前記 VCO20の発振が停止させられて前記アンテナ 26からの質問波 Fの送信が停止される。そして、図 6に示す候補列力ものタグ位置決定制御が行われた後、本ルーチンが終了させられる。

[0047] 図 6に示す候補列からのタグ位置決定制御では、先ず、 SB1にお、て、 n及び n (

1 2 f 、 f にそれぞれ対応する n)が共に 0とされる。次に、 SB2において、前述した（12)

1 2

式力 d及び dが算出される。次に、 SB3において、 I d — d Iが所定値 E未満である力否かが判断される。この SB3の判断が肯定される場合には、 SB4において、前記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の距離 (無線タグ通信装置 12のアンテナ 24と無線タグ 14のアンテナ 58との間の距離) Dが dであると決定された後、本ル一チンが終了させられるが、 SB3の判断が否定される場合には、 SB5において、 n 力 S3であるか否かが判断される。この SB5の判断が否定される場合には、 SB8において、 nに 1が加算された後、 SB2以下の処理が再び実行される力 SB5の判断が肯定される場合には、 SB6において、 n力^であるか否かが判断される。この SB6の判

2

断が肯定される場合には、 SB7において、エラーであるとされた後、本ルーチンが終了させられる力 SB6の判断が否定される場合には、 SB9において、 n力とされ、 S B10において、 nに 1が加算された後、 SB2以下の処理が再び実行される。以上の

2

制御において、 SA1、 SA2、 SA5、及び SA6が前記質問波送信部 50の動作に、 S A3及び SA7が信号処理部 52 (受信復調部）の動作に、 SA4、 SA8、及び SBが距離算出部 54の動作にそれぞれ対応する。なお、 SB3の判断では、 | d—d

1 2 Iが所定値 E未満であるか否かが判断されて、るが、これは予想される計測誤差を踏まえて解が定まらず前記無線タグ 14との間の距離が求まらなくなることを未然に防止するためであり、複数のタグ位置候補列 dl、 d2の精度や SB5、 SB6で判断される自然数の上限 (本実施例では 3)を勘案して決定される。

[0048] 図 7は、前記タグ位置検出制御の原理を説明する図である。前記距離算出部 54は、前記複数種類の質問波 Fに応じて前記無線タグ 14から返信される複数種類の応答波^の復調結果に基づいてその無線タグ 14との間の距離 Dを算出するものであり、本実施例では、その無線タグ 14から返信される応答波 Fカゝら変換された I相信号 R と Q相信号 R との比に基づいてその無線タグ 14との間の距離 Dを算出する態様に sq

ついて説明している。図 5のフローチャートに示すタグ位置検出制御では、前記質問波送信部 50により周波数 f である第 1の質問波及び周波数 f である第 2の質問波が

1 2

交互に送信され、それら第 1の質問波及び第 2の質問波に応じて前記無線タグ 14から返信される第 1の応答波及び第 2の応答波が受信されてそれぞれ復調される。そして、前記距離算出部 54により第 1の応答波の復調結果に基づいて求められる第 1の距離候補群 (候補列) dと、第 2の応答波の復調結果に基づいて求められる第 2の距離候補群 dとが比較されて、それら第 1の距離候補群 d及び第 2の距離候補群 dに

2 1 2 共通して含まれる値のうち最小のもの、すなわち n = 1、 n = 1に対応する値が前記

1 2

無線タグ 14との間の距離 Dとして算出される。なお、本実施例では nl = l、 n2= lのときとなる。

[0049] 図 8は、前記無線タグ通信装置 12の制御部 44によるタグ位置検出制御の他の一例を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。なお、この態様では、図 11に示すように、周波数 f の主搬送波を発生させるための第 1 の無線タグ通信装置 12aと、その周波数 f とは互いに割り切れない値である周波数 f

1 2 の主搬送波を発生させるための第 2の無線タグ通信装置 12bとがそれぞれ個別に設けられており、それら無線タグ通信装置 12a及び 12bと前記無線タグ 14との間でそれぞれ情報や制御の通信が行われることにより、その無線タグ 14との距離が算出される。また、無線タグ通信装置 12a及び 12bは、同一の無線タグ 14と通信を行うので時間的に異なるタイミングで通信を行うように制御される。或いはまた、同時に通信を行う場合には同一の無線タグ 14と通信を行うために周波数が異なるだけで内容、タイミングが同一の質問波を送信するように制御される。

[0050] 先ず、 SC1にお、て、前記 VCO20により発生させられる主搬送波の周波数 f が前記 PLL18により f 、 f に設定される。次に、 SC2において、上記第 1の無線タグ通信

1 2

装置 12aにおいて発生させられた周波数 f の主搬送波が所定の制御信号 TX-ASK に基づいて前記主搬送波変調部 22により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号 TX-PWRに基づいて前記送信信号増幅部 24により増幅されて前記アンテナ 26から質問波 F として前記無線タグ 14に向けて送信される。また、上記第 cl

2の無線タグ通信装置 12bでは、周波数 f の無変調の主搬送波が前記送信信号増

2

幅部 24により増幅されて前記アンテナ 26から質問波 F として前記無線タグ 14に向 c2

けて送信される。すなわち、周波数 f 1である第 1の質問波及び周波数 f 2である第 2の質問波が前記無線タグ 14に向けて同時に送信される。次に、前記信号処理部 52の動作に対応する SC3において、 SC2にて送信された第 1の質問波及び第 2の質問波に応じて前記無線タグ 14から返信される第 1の応答波及び第 2の応答波が前記ァンテナ 26により受信される。

[0051] 次に、 SC4において、前記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の通信において電波の往復により発生する位相差 0 、 Θ が算出され、タグ位置候補列 d、 dが決定される。位相差 0 は、周波数 f の第 1の質問波に対応する値であり、その位相差 Θ 及び質問波の波長えに基づいて次の（13)式に示すような第 1の距離候補群 d が求められる ( λ ηΖ2の項を省略)。また、位相差 Θ は、周波数

2 f の第

2 2の質問波に対応する値であり、その位相差 0 及び質問波の波長え 2に基づいて同様に次の（14

2

)式に示すような第 2の距離候補群 dが求められる ( λ

2 ηΖ2の項を省略)。

[0052] [数 13]

[0053] [数 14]

θ 2 λ

d₂ = '(14)

4π

次に、 SC5において、前記 RSSI回路 42により検出される受信信号強度が所定値 K1未満である力否か、すなわち受信信号強度が比較的小さ!、か否かが判断される。この SC5の判断が肯定される場合には、 SC6において、 n=0とされた後、 SC10以下の処理が実行される力 SC5の判断が否定される場合には、 SC7において、前記 RSSI回路 42により検出される受信信号強度が所定値 K2 (K1よりも大きい値)未満であるか否か、すなわち受信信号強度が中程度であるか否かが判断される。この SC 7の判断が肯定される場合には、 SC8において、 η= 1とされた後、 SC10以下の処理が実行されるが、 SC7の判断が否定される場合、すなわち受信信号強度が比較的大きいと判断される場合には、 SC9において、 η= 2とされた後、 SC10において、周波数 f 、 f の両方について nが決定されたか否かが判断される。この SC10の判断が

1 2

否定される場合には、 SC5以下の処理が再び実行される力 SC10の判断が肯定される場合には、 SC11において、前記アンテナ 26からの質問波 Fの送信が停止された後、本ルーチンが終了させられる。前記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の距離は一定であることから、このようにして d = dの関係を満たす n、 n (f 、 f にそ

1 2 1 2 1 2 れぞれ対応する n)が求められる。以上の制御において、 SC1及び SC2が前記質問波送信部 50の動作に、 SC4乃至 SC10が前記距離算出部 54の動作にそれぞれ対応する。なお、周波数 f 、 f

1 2は、それらの波長え 1、 λ 2に対して前記無線タグ 14との通信可能距離 Daに対して次の（15)式を満たすように選ばれるものである。また、図 7に例示した周波数 f 、 f の波長差は、位相計測誤差に相当する距離誤差よりも十分

1 2

に大きく設定されており、その計測誤差により nの選択を誤らないように好適に定められている。

[0055] [数 15]

Da≥ ^- · ' · (15)

[0056] このように、本実施例によれば、周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波 Fを送信するための質問波送信部 50 (SA1、 SA2、 SA5、 SA6、 SC1、及び SC2)と、その質問波送信部 50から送信される複数種類の質問波 F_eに応じて前記無線タグ 14 から返信される複数種類の応答波 Fを受信してそれぞれ復調する受信復調部すなわち I相信号変換部 28及び Q相信号変換部 30と、それら I相信号変換部 28及び Q 相信号変換部 30による複数種類の応答波 Fの復調結果に基づ!/、て前記無線タグ 1 4との間の距離 dを算出する距離算出部 54 (SA4、 SA8、 SB、 SC5乃至 SC10)とを、含むことから、前記無線タグ 14との間で通信を行うことによりその無線タグ 14との間の距離 dを好適に求めることができる。すなわち、無線タグ 14との間の距離を検出し得る無線タグ通信装置 12を提供することができる。

[0057] また、前記信号処理部 52 (SA3及び SA7)は、前記無線タグ 14力返信される応答波 Fを互いに直交する I相信号 R及び Q相信号 R に変換して直交復調するもの r si sq

であるため、直交検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置 12において前記無線タグ 14との間の距離を好適に求めることができる。

[0058] また、前記距離算出部 54は、前記無線タグ 14から返信される応答波 F力も変換された I相信号 Rと Q相信号 R との比に基づいてその無線タグ 14との間の距離 dを算

si sq

出するものであるため、直交検波形式の復調回路を備えた無線タグ通信装置 12において実用的な態様で前記無線タグ 14との間の距離を求めることができる。

[0059] また、前記質問波送信部 50は、周波数のそれぞれ異なる第 1の質問波及び第 2の質問波を送信するものであり、前記信号処理部 52は、その質問波送信部 50から送信される第 1の質問波及び第 2の質問波に応じて前記無線タグ 14から返信される第 1の応答波及び第 2の応答波を受信してそれぞれ復調するものであるため、必要にして十分な質問波 F及び応答波 Fにより前記無線タグ 14との間の距離を好適に求めることがでさる。

[0060] また、前記第 1の質問波及び第 2の質問波の周波数は、互いに割り切れない値であるため、前記無線タグ 14との間の距離を更に好適に求めることができる。

[0061] また、前記距離算出部 54は、前記第 1の応答波の復調結果に基づいて求められる第 1の距離候補群 dと、前記第 2の応答波の復調結果に基づいて求められる第 2の距離候補群 dとを比較して、前記第 1の距離候補群 d及び第 2の距離候補群 dに共

2 1 2 通して含まれる値のうち最小のものを前記無線タグ 14との間の距離 Dとして算出するものであるため、実用的な態様で前記無線タグ 14との間の距離を求めることができる [0062] また、前記質問波送信部 50は、前記第 1の質問波及び第 2の質問波を交互に送信するものであるため、必要にして十分な質問波 Fを簡単な構成により送信することができる。

[0063] また、前記質問波送信部 50は、前記複数種類の質問波 Fを同時に送信するものであるため、可及的速やかに前記無線タグ 14との間の距離 Dを求めることができる。

[0064] また、前記距離算出部 54は、前記無線タグ 14から返信される応答波 Fの強度に基づいてその無線タグ 14との間の距離 Dを算出するものであるため、更に好適にその無線タグ 14との間の距離 dを求めることができる。

[0065] また、前記距離算出部 54は、前記無線タグ 14との間の通信可能距離 Dに基づいてその無線タグ 14との間の距離を算出するものであるため、更に好適にその無線タグ 14との間の距離 Dを求めることができる。

実施例 2

[0066] 続いて、本発明の他の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、前述の第 1実施例と重複する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

[0067] 図 9は、本発明の第 2実施例である無線タグ通信装置 70の電気的構成を説明する図である。この図 2に示すように、本第 2実施例の無線タグ通信装置 70は、前記基準周波数発生部 16から出力される前記質問波 Fの主搬送波を分配し且つ所定の位相制御信号に基づいてその位相を制御する移相回路 72と、前記アンテナ 26により受信された受信信号をその移相回路 72から供給される位相制御された主搬送波に基づいてホモダイン復調する受信復調部 74と、その受信復調部 74から出力される復調信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを抽出する復調信号 BPF76と、その復調信号 BPF76から出力される復調信号を増幅する復調信号増幅部 78とを、備えて構成されている。この無線タグ通信装置 70における RSSI42は、上記復調信号増幅部 78から出力される復調信号の信号強度を検出する。また、本第 2実施例の無線タグ通信装置 70の制御部 44には、上記位相回路 72に所定の位相制御信号を供給するための搬送波位相制御部 80が機能的に備えられている。

[0068] 図 10は、上記無線タグ通信装置 70の制御部 44によるタグ位置検出制御を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。

[0069] 先ず、 SD1において、前記基準周波数発生部 16により発生させられる主搬送波の周波数 f が前記 PLL18により f に設定され、前記 VCO20によりその周波数 f に固定される。次に、 SD2において、前記基準周波数発生部 16により主搬送波が発生させられて SD1にて設定された周波数 f に制御され、所定の制御信号 TX- ASKに基づいて前記主搬送波変調部 22により振幅変調されて送信信号とされた後、所定の制御信号 TX-PWRに基づいて前記送信信号増幅部 24により増幅されて前記アンテナ 26から質問波 Fとして前記無線タグ 14に向けて送信される。

[0070] 次に、 SD3において、前記移相回路 72における位相制御量 φ及び RSSIの最大値である RSSI 力共に 0とされる。次に、 SD4において、 SD2にて送信された質問

max

波 Fに応じて前記無線タグ 14から返信される応答波 Fが前記アンテナ 26により受信され、前記受信復調部 74にお、て前記移相回路 72から供給される位相制御された主搬送波に基づいてホモダイン復調される。そして、前記 RSSI42によりその受信復調部 74から出力される復調信号の信号強度 RSSIが検出される。前記受信復調部 7 4から出力される復調信号は、 l +msin co tを Mとおいて、次の（16)式のように表さ

s

れる。

[0071] [数 16]

Asin( 6(J _ct+0_c) X sin( dt) c+0) X M

= -"— {cos( ω ct+ θ ο+ ω ct+ 0)-cos( ω _ct+ θ ο- ω _ct- φ)}Μ ニ- + {cos(2 ω ct+ Θ c+ 0)-cos( Θ c- 0)}M

[0072] 次に、 SD5において、 SD4にて検出された復調信号強度 RSSIが最大値 RSSI より大きいか否かが判断される。この SD5の判断が否定される場合には、 SD8以下の処理が実行される力 SD5の判断が肯定される場合には、 SD6において、 RSSI がその最大値 RSSI とされ、 SD7において、位相制御量 φがその最大値 φ とさ max max れた後、 SD8において、位相制御量 φが 2 π以上である力否かが判断される。この S D8の判断が肯定される場合には、 SD9において、前記アンテナ 26からの質問波 F の送信が停止された後、本ルーチンが終了させられる力 SD8の判断が否定される場合には、 SD10において、位相制御量 φに所定値 φ が加算された後、 SD4以 step

下の処理が再び実行される。以上のようにして復調信号強度 RSSIが最大となるように前記移相回路 72における位相制御量 φを設定することで、第 1の周波数 f について前記無線タグ通信装置 12と無線タグ 14との間の通信において電波の往復により発生する位相差の候補列 Θ が次の（17)式のように求められる。また、第 2の周波数 f についても同様に位相差の候補列 Θ が次の（18)式のように求められる。そして、

2 2

前述の第 1実施例と同様に n、 nが求められ、前記無線タグ 14との間の距離 Dが算

1 2

出される。以上の制御において、 SD1及び SD2が前記質問波送信部 50の動作に、 SD4が前記信号処理部 52の動作に、 SD5乃至 SD8、 SD10が前記距離算出部 54 及び搬送波位相制御部 80の動作にそれぞれ対応する。

[0073] [数 17]

0 ι= 0ι+2ηι 7Γ (ηι=0，1，2，· ") - - - (1 7)

[0074] [数 18] 0 2η₂7Γ (η₂=0，1，2，. · .） - - - (18)

[0075] このように、本第 2実施例によれば、前記質問波 Fの主搬送波を分配し且つ位相を制御して前記受信復調部 74に供給するための移相回路 72及び主搬送波位相制御部 80 (SD5乃至 SD8、 SD10)を含み、前記受信復調部 74は、前記無線タグ 14から返信される応答波 Fをその移相回路 72により供給される位相が制御された主搬送波に基づ!/、てホモダイン復調するものであるため、ホモダイン検波方式の復調回路を備えた無線タグ通信装置 70において前記無線タグ 14との間の距離 Dを好適に求めることがでさる。

[0076] また、前記距離算出部 54は、前記受信復調部 74により復調される復調信号の強度 RSSIに基づいてその無線タグ 14との間の距離 Dを算出するものであるため、更に好適にその無線タグ 14との間の距離 Dを求めることができる。

[0077] 以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明した力本発明はこれに限定されるものではなぐ更に別の態様においても実施される。

[0078] 例えば、前述の実施例にお!、て、前記質問波送信部 50、信号処理部 52、距離算出部 54、主搬送波位相制御部 80等は、何れも前記制御部 44の制御機能として備えられたものであった力それぞれ個別の制御装置として備えられたものであっても構わない。

[0079] また、前述の実施例において、前記距離算出部 54は、前記質問波送信部 50から送信される第 1の質問波及び第 2の質問波に応じて前記無線タグ 14から返信される第 1の応答波及び第 2の応答波に基づいてその無線タグ 14との距離 dDを検出するものであつたが、前記質問波送信部 50から送信されるそれぞれ周波数が異なる 3種類以上の質問波に応じて前記無線タグ 14から返信される同じく 3種類以上の応答波に基づ!/、てその無線タグ 14との距離 dを検出するものであってもよ、。このようにすれば、前記無線タグ 14との距離 Dを更に正確に求めることができる。

[0080] その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

Claims

請求の範囲

[1] 所定の情報が記憶された無線タグとの間で非接触にて情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、

周波数のそれぞれ異なる複数種類の質問波を送信するための質問波送信部と、該質問波送信部から送信される複数種類の質問波に応じて前記無線タグから返信される複数種類の応答波を受信してそれぞれ復調する受信復調部と、

該受信復調部による複数種類の応答波の復調結果に基づいて前記無線タグとの間の距離を算出する距離算出部と

を、含むことを特徴とする無線タグ通信装置。

[2] 前記受信復調部は、前記無線タグから返信される応答波を互いに直交する I相信号及び Q相信号に変換して直交復調するものである請求項 1の無線タグ通信装置。

[3] 前記距離算出部は、前記無線タグから返信される応答波から変換された I相信号と Q相信号との角度差に基づいて該無線タグとの間の距離を算出するものである請求項 2の無線タグ通信装置。

[4] 前記質問波の主搬送波を分配し且つ位相を制御して前記受信復調部に供給するための搬送波位相制御部を含み、該受信復調部は、前記無線タグから返信される応答波を該搬送波位相制御部により供給される位相が制御された搬送波に基づいてホモダイン復調するものである請求項 1の無線タグ通信装置。

[5] 前記質問波送信部は、周波数のそれぞれ異なる第 1の質問波及び第 2の質問波を送信するものであり、前記受信復調部は、該質問波送信部から送信される第 1の質問波及び第 2の質問波に応じて前記無線タグから返信される第 1の応答波及び第 2 の応答波を受信してそれぞれ復調するものである請求項 1から 4の何れかの無線タグ通信装置。

[6] 前記第 1の質問波及び第 2の質問波の周波数は、互いに割り切れない値である請求項 5の無線タグ通信装置。

[7] 前記距離算出部は、前記受信復調部による前記第 1の応答波の復調結果に基づいて求められる第 1の距離候補群と、前記第 2の応答波の復調結果に基づいて求められる第 2の距離候補群とを比較して、前記第 1の距離候補群及び第 2の距離候補群に共通して含まれる値のうち最小のものを前記無線タグとの間の距離として算出するものである請求項 5又は 6の無線タグ通信装置。

[8] 前記質問波送信部は、前記第 1の質問波及び第 2の質問波を交互に送信するものである請求項 5から 7の何れかの無線タグ通信装置。

[9] 前記質問波送信部は、前記複数種類の質問波を同時に送信するものである請求項 1から 7の何れかの無線タグ通信装置。

[10] 前記距離算出部は、前記無線タグから返信される応答波の強度に基づいて該無線タグとの間の距離を算出するものである請求項 1から 9の何れかの無線タグ通信装置

[11] 前記距離算出部は、前記無線タグとの間の通信可能距離に基づいて該無線タグとの間の距離を算出するものである請求項 1から 10の何れかの無線タグ通信装置。