WO2012124151A1 - 交信処理装置および交信処理装置における距離計測方法 - Google Patents

交信処理装置および交信処理装置における距離計測方法 Download PDF

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intermediate frequency
carrier wave
distance
tag
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英克 野上
広和 笠井
修一 松井
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オムロン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/82—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted
    • G01S13/84—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein continuous-type signals are transmitted for distance determination by phase measurement

Definitions

  • the present invention relates to a communication processing apparatus that communicates with an RFID tag using a continuous carrier wave.
  • the present invention relates to an RFID tag that responds to a command from the communication processing apparatus (hereinafter sometimes simply referred to as a “tag”).
  • the present invention relates to a technique for measuring a distance to a communication processing device.
  • the process of sending a response from the tag and sending the response from the tag is performed alternately.
  • the tag receiving the command responds to the command by changing the impedance of its own circuit.
  • a signal (reflected wave) in which a response signal to a command is superimposed on an unmodulated carrier wave is returned to the communication processing device, and the response signal is decoded.
  • radio waves can reach far beyond the required distance. May arrive.
  • radio waves may be reflected on the floor or wall of the site and guided to far away tags. As a result, there is a possibility that a tag existing in a place where communication is not required responds to the command and a problem occurs in information processing.
  • FIG. 1 A specific example is shown in FIG.
  • the antennas A1 and A2 of the communication processing device are arranged on the side of the parallel routes B1 and B2, respectively, and the antennas A1 and A2 are attached to the vehicle C traveling on the routes B1 and B2.
  • Information is read from the tag T.
  • the radio wave from the antenna A2 of the adjacent route B2 also reaches the tag T.
  • the tag T responds to the command from the antenna A2, and there is a possibility that wrong information is read and written.
  • Patent Document 1 two types of carrier waves having different frequencies are sequentially transmitted, the amount of change in the phase of the reflected wave from the tag is detected for each frequency, and the tag and the tag are calculated by using the difference between the amounts of change. It is described that the distance is calculated.
  • Patent Document 2 communication using two antennas is performed on a tag attached to a moving body (train) passing through a predetermined route (track), and each antenna receives a response signal received from the tag. Is obtained, and the distance ⁇ L is obtained using the phase difference and the wavelength of the response signal. Further, Patent Document 2 uses the fact that this distance ⁇ L corresponds to the difference between the distance L1 from one antenna to the tag and the distance L2 from the other antenna to the tag, and thus the difference in distance from each antenna. It is described that a hyperbola formed by a point where ⁇ L becomes ⁇ L is set, and the position of the tag is specified using this hyperbola and the distance from the tag reader to the tag moving path (paragraph 0057 of Patent Document 1). ⁇ 0061, see FIG.
  • the phase shift amount of the reflected wave from the tag with respect to the carrier wave transmitted from the antenna is detected, and the detected shift amount and the wavelength of the carrier wave are used.
  • a method of measuring the distance to the tag can be considered. However, this method is premised on that the radio wave transmitted from the antenna returns to the antenna through a path that is reciprocated within a cycle. That is, the distance that can be measured by this method is up to the length of a half cycle of the carrier wave.
  • the wavelength of the carrier wave is about 30 cm.
  • This type of radio wave causes the tag to react even when it reaches a place about 10 meters away from the antenna. It has the strength that can be.
  • a communication distance in units of several meters is generally set. For such a specification, distance measurement using a phase difference of a signal having a wavelength of about 30 cm is not useful at all.
  • the present invention pays attention to the above-mentioned problem, actually transmits a carrier wave on which an intermediate frequency is superimposed during a period of receiving a reflected wave from the tag, and performs distance measurement using the phase shift of the intermediate frequency. It is an object to realize measurement that can correspond to the setting of the communication process.
  • the communication processing apparatus transmits a command to an RFID tag by modulating a carrier wave transmitted from an antenna, and transmits an unmodulated carrier wave (CW) from the antenna in response to the command transmission.
  • a reception process for receiving a reflected wave from the RFID tag with respect to the unmodulated carrier wave and a decoding process for decoding a response signal from the RFID tag from the received reflected wave are executed.
  • the communication processing device extracts carrier frequency processing means for superimposing the intermediate frequency signal on the carrier wave transmitted from the antenna, and extracts the intermediate frequency signal from the reflected wave in response to the start of reception of the reflected wave in the reception process.
  • a phase difference detecting means for detecting a phase difference of the extracted intermediate frequency signal with respect to an intermediate frequency signal in a carrier wave transmitted at a timing corresponding to the extraction, and the phase difference detected by the phase difference detecting means and the intermediate frequency Distance measuring means for measuring the distance to the RFID tag that returned the reflected wave using the wavelength of the signal.
  • the intermediate frequency signal is superimposed on an unmodulated carrier wave for receiving a response from the tag to the command, and the distance to the tag is measured using the phase difference generated in the intermediate frequency signal. It is possible to measure the distance that can be used for general applications that use the. For example, when a signal having a frequency of 15 MHz is used as the intermediate frequency signal, the wavelength is about 20 m, and thus the distance to 10 m, which is half of the wavelength, can be measured.
  • the phase difference detection means executes the extraction of the intermediate frequency signal and the detection of the phase difference in response to the detection of the preamble in the response information by the decoding process. Since the preamble in the response signal has a configuration in which bit signals of “1” and “0” are arranged in a fixed pattern, it is easily determined that reception of the reflected wave is started by detecting this pattern. Thus, it is possible to extract an intermediate frequency signal and detect a phase difference. Further, it is possible to prevent a noise reflected wave that has been reflected from the floor or wall and returned to the communication processing device from being erroneously recognized as a reflected wave from the tag.
  • the communication processing apparatus further includes a determination unit that determines whether or not an RFID tag that returns a reflected wave based on the distance measured by the distance measurement unit is appropriate as a communication target. In this way, it becomes easy to adopt only the response signal from the tag within the predetermined distance range, and it is possible to prevent erroneous information processing from being performed.
  • the preferred embodiment of the communication processing apparatus of the present invention is an RFID reader / writer that reads and writes information from and to an RFID tag, but is not limited thereto, and may be configured as an RFID reader that only reads information.
  • the distance measurement method includes a command transmission process for transmitting a command to an RFID tag by modulating a carrier wave transmitted from an antenna, and this non-modulation while transmitting an unmodulated carrier wave from the antenna in response to the command transmission.
  • the communication processing apparatus executes a reception process for receiving a reflected wave from the RFID tag with respect to the carrier wave and a decoding process for decoding a response signal from the RFID tag included in the received reflected wave.
  • the intermediate frequency signal is superimposed on the carrier wave transmitted from the antenna, and the intermediate frequency signal is extracted from the reflected wave in response to the start of reception of the reflected wave in the reception process, and this extraction is supported.
  • the phase difference of the extracted intermediate frequency signal with respect to the intermediate frequency signal in the carrier wave transmitted at the timing is detected. Then, the distance to the RFID tag that returns the reflected wave is measured using the detected phase difference and the wavelength of the intermediate frequency.
  • an intermediate frequency signal is superimposed on an unmodulated carrier wave transmitted from an antenna in order to receive a response from an RFID tag in response to a command, and an intermediate frequency signal included in a reflected wave from the RFID tag and a carrier wave being transmitted are superimposed. Since the distance to the tag is measured using the phase difference from the included intermediate frequency signal, it is possible to measure the distance of the length corresponding to the communication distance that can be set.
  • FIG. 1 shows a configuration of a reader / writer as an example of a communication processing apparatus to which the present invention is applied.
  • the reader / writer 1 of this embodiment communicates with a passive type or semi-passive type RFID tag 2 using radio waves in the UHF band, and reads information from the tag 2 or writes information into the tag 2.
  • the transmitter / receiver circuit 100 including the antenna 10 and the control unit 110 that controls the operation of the transmitter / receiver circuit are provided.
  • the radio wave to be used is not limited to the UHF band, and radio waves in other bands may be used.
  • the transmission / reception circuit 100 includes a circulator 101, a 90-degree phase shifter 102, two types of oscillators 11A and 11B, mixers 12A and 12B for transmission processing, mixers 13A, 13B, 16i, and 16q for reception processing,
  • the distributors 14 and 15, the amplifier 18, the A / D converters 17i, 17q, and 19 are included.
  • the substance of the control unit 110 is a program logic circuit (FPGA), and includes functions of a transmission control unit 111, a phase difference detection unit 112, a distance calculation unit 113, a decoding processing unit 114, and an output processing unit 115.
  • FPGA program logic circuit
  • the reader / writer 1 is provided with an interface circuit for a host device (not shown).
  • the control unit 110 performs a communication process with the tag 2 based on an instruction transmitted from the host device, and transmits the processing result to the host device.
  • An intermediate frequency signal (hereinafter referred to as “IF signal”) of about 15 MHz is output from the first oscillator 11A.
  • IF signal An intermediate frequency signal
  • RF signal a high frequency signal of about 1 GHz
  • the IF signal is supplied to the mixer 12A on the transmission side, and is also supplied to the mixer 13A on the reception side and the 90-degree phase shifter 102 via the distributor 14.
  • the RF signal is supplied to the mixer 12B on the transmission side and the mixer 13B on the reception side.
  • the mixer 12A inputs the data signal output from the transmission control unit 111 and the IF signal and mixes both signals, and the mixer 12B inputs the mixed signal and the RF signal from the mixer 13A. Mix.
  • the IF signal is superimposed on the carrier signal based on the RF signal, and the carrier signal modulated by the data signal is generated.
  • the generated signal is guided from the mixer 12B to the antenna 10 via the circulator 101 and sent out as an electromagnetic wave.
  • the transmission control unit 111 transmits a continuous wave after outputting the data signal constituting the command. Substantial modulation occurs on the carrier during the period in which the command is transmitted.
  • a signal obtained by superimposing the IF signal on the RF signal is transmitted as an unmodulated carrier wave CW (hereinafter referred to as “unmodulated wave”).
  • unmodulated wave an unmodulated carrier wave CW
  • the reflected wave received by the antenna 10 from the tag 2 is guided to the mixer 13B via the circulator 101.
  • the mixer 13B removes the RF component from the received signal by the mixing process with the RF signal, and outputs an IF signal on which the response signal from the tag 2 is superimposed.
  • the IF signal including the response signal (hereinafter referred to as “received IF signal”) is distributed by the distributor 15 to the mixers 13A, 16i, and 16q.
  • the mixer 13A demodulates the response signal by mixing the received IF signal with the IF signal (hereinafter referred to as “reference IF signal”) from the oscillator 11A.
  • the demodulated response signal is amplified by the amplifier 18 and then digitally converted by the A / D converter 19.
  • the response signal after the digital conversion is input to the decoding processing unit 114 of the control unit 110, and information (response information) indicating the response content is decoded.
  • the mixer 16i extracts the I signal included in the received IF signal by mixing the reference IF signal from the oscillator 12A and the received IF signal.
  • the mixer 16q extracts the Q signal included in the reception IF signal by mixing the reference IF signal whose phase is shifted by 90 degrees by the 90-degree phase converter 102 and the reception IF signal.
  • the I signal and the Q signal are digitally converted by the A / D conversion circuits 17i and 17q, respectively, and then input to the phase difference detection unit 112.
  • the phase difference detection unit 112 checks whether or not the decoding processing unit 114 has started decoding the response information, and the I signal I (t) and the Q signal Q (t at an arbitrary timing after the decoding is started. ) Is used to calculate the angle ⁇ > indicating the phase difference of the received IF signal with respect to the reference IF signal.
  • the distance calculation unit 113 calculates the distance R from the antenna 10 to the tag 2 by performing the calculation of ⁇ Equation 2> using the phase difference ⁇ obtained by the phase difference detection unit 112 and the frequency ⁇ of the IF signal. To do.
  • ⁇ tan ⁇ 1 (Q (t) / I (t))
  • R ( ⁇ / 2 ⁇ ) * ⁇ / 2
  • the output processing unit 115 compares the distance R calculated by the distance calculation unit 113 with the reference distance transmitted from the host device in advance, and sends the response signal from the tag whose distance within the reference distance is calculated to the host device. Send.
  • the decoding processing unit 114 determines that the tag being communicated is not appropriate as a communication target, and stops the decoding process.
  • FIG. 2 shows the flow of communication processing performed between the reader / writer 1 and the tag 2 along the time axis.
  • the reader / writer 1 alternates between a period for transmitting a carrier wave on which a command is superimposed and a period for receiving a response from the tag 2 while transmitting a non-modulated wave (CW). carry out. Processing for measuring the distance to the tag 2 is also performed during the transmission period of the unmodulated wave.
  • CW non-modulated wave
  • the reader / writer 1 transmits a detection command (query command) to all the tags 2 included in the communicable range ((a) of FIG. 2).
  • the tag 2 that has received this command generates a random number and transmits the random number to the reader / writer 1 ((b) of FIG. 2).
  • the reader / writer 1 that has received the random number recognizes the number of tags that can be communicated based on the received number, and then transmits a command (Ack command) for specifying a communication partner based on the received random number and requesting reading of information.
  • processing for receiving a response signal from the tag in response to the command is executed in order for each tag ((c) and (d) in FIG. 2).
  • reception of a response signal to the Ack command is started, the above-described processing for detecting the phase difference of the IF signal and measurement processing for the distance R are performed ((e) in FIG. 2). Note that reception of the response signal can be determined by detecting the leading preamble of the response signal by the decoding processing unit 114.
  • FIG. 3 shows a flow of a series of processes performed in the control unit 110 of the reader / writer 1 in order to realize the process shown in FIG.
  • step S1 transmission of a query command and processing for receiving and decoding a response from the tag 2 are performed, and a tag 2 that can be communicated is detected.
  • step S2 the processing from step S2 onward is executed for each detected tag 2.
  • step S2 an Ack command is transmitted, and in next step S3, transmission and decoding processing of an unmodulated wave on which an IF signal is superimposed are started. Thereafter, the process waits until decoding of the preamble of the response signal is started in the decoding process (step S4).
  • step S4 When decoding of the preamble is started (“YES” in step S4), the phase difference ⁇ of the received IF signal with respect to the reference IF signal is detected using the I signal and the Q signal that are input while the preamble continues (step S4). S5). Further, the distance R from the antenna 10 to the tag 2 is calculated using the detected phase difference ⁇ and the frequency ⁇ of the IF signal (step S6).
  • step S7 the calculated distance R is compared with the reference distance R0. If R ⁇ R0 (“YES” in step S7), the decoding process is continued to decode all response signals (step S8). Further, the decoded response signal is transmitted to the higher-level device together with the distance R (step S9). On the other hand, if R> R0 (step S8 is “NO”), the process proceeds to step S10 and the decoding process is stopped.
  • step S11 is “YES” with the processing for all tags being completed, the processing is terminated.
  • the wavelength is about 20 m, so that it is possible to measure the distance to the tag 2 that is within 10 m from the antenna 10. . Therefore, when it is assumed that the maximum distance that the radio wave of the intensity that can react the tag reaches is about 10 m, it is possible to measure the distance in the range corresponding to the condition.
  • the reader / writer 1 measures the distance R while performing the process of decoding the response signal from the tag 2, so that the distance measurement is completed in the normal communication processing cycle, and the information of the tag 2 is stored. Can be acquired. Therefore, there is no possibility that troubles occur in communication with the moving tag 2.
  • the decoding of the response signal is stopped for the tag 2 whose distance R exceeds the reference distance R0, the processing can be efficiently performed and unnecessary information can be prevented from being transmitted to the host device. it can.
  • the host device since the calculation result of the distance R is transmitted to the host device together with the decoded response signal, the host device can identify the information of the tag 2 and recognize the distance between the tag 2 and the antenna 10. .
  • the response signal from the tag 2 with the reader / writer 1 it is not essential to select the response signal from the tag 2 with the reader / writer 1. That is, regardless of the value of the distance R, the response signals from all the tags 2 to be communicated may be decoded, and each response signal may be transmitted together with the distance R to the host device. Alternatively, the process up to the comparison process between the distance R and the reference distance R0 may be performed, and the response signal from each tag associated with the data indicating the distance comparison result may be transmitted to the host device. In this way, the response signal can be easily selected in the host device.
  • the write command is transmitted after the reading of the information from the tag 2 is completed. Therefore, when a response from the tag 2 to the first command specifying the communication target is received. If the processing for the tag 2 determined to be in a place exceeding the reference distance R0 is stopped, it is possible to prevent erroneous information from being written to the tag 2.
  • 1 communication processing device reader / writer
  • 2 RFID tag 11A, 11B oscillator, 12A, 12B, 13A, 13B mixer, 16 adder, 100 transmission / reception circuit, 110 control unit, 112 phase difference detection unit, 113 distance calculation unit, 114 Decryption processing unit

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Abstract

　交信処理装置（１）に、高周波信号発振器（１１Ｂ）と中間周波発振器（１１Ａ）とを組み込み、これらの発振器（１１Ａ，１１Ｂ）を用いて中間周波信号が重畳された搬送波を生成し、アンテナ（１０）から送出する。またミキサ（１６ｉ，１６ｑ）により、アンテナ（１０）が受信した信号中の中間周波信号からＩ信号のＱ信号とを分離して抽出する。位相差検出部（１１２）は、タグ（２）からの反射波の受信が開始された後のＩ信号およびＱ信号を用いて、搬送波中の中間周波信号に対する反射波中の中間周波信号の位相差を検出する。距離算出部（１１３）は、位相差と中間周波信号の波長とを用いてアンテナ（１０）からタグ（２）までの距離を算出する。

Description

交信処理装置および交信処理装置における距離計測方法
　本発明は、連続搬送波を用いてＲＦＩＤタグとの交信を行う交信処理装置に関するもので、特に、交信処理装置からのコマンドに応答したＲＦＩＤタグ（以下、単に「タグ」という場合もある。）と交信処理装置との間の距離を計測する技術に関する。
　ＲＦＩＤ方式の交信処理装置では、交信処理装置において、一定の周波数による搬送波を連続的に送出しながらこの搬送波を変調することによりタグへのコマンドを送信する処理と、無変調の搬送波（Continuous　Wave；略してＣＷと呼ばれる。）を送出してタグからの応答を受け付ける処理とを交互に実施する。コマンドを受信したタグでは自回路のインピーダンスを変化させることによりコマンドに応答する。このタグの応答動作により、無変調搬送波にコマンドへの応答信号が重畳された信号（反射波）が交信処理装置に返送され、応答信号が復号される。
　生産現場や物流現場などでのＲＦＩＤシステムでは、あらかじめ定めた交信距離の範囲でタグとの交信を行う必要があるが、使用される電波の波長によっては、必要とする距離を上回る場所にまで電波が届くことがある。また現場の床や壁などに電波が反射して遠くのタグにまで導かれることもある。この結果、交信の必要がない場所に存在するタグがコマンドに応答して、情報処理に問題が生じるおそれがある。その具体例を図４に示す。
　図４の例は、並列する経路Ｂ１，Ｂ２の横手に、それぞれ交信処理装置のアンテナＡ１，Ａ２を配置して、これらのアンテナＡ１，Ａ２により経路Ｂ１，Ｂ２を走行する車両Ｃに取り付けられたタグＴから情報を読み取るものである。図示例の場合には、車両Ｃが位置する経路Ｂ１に対応するアンテナＡ１のみがタグＴと交信できるようにする必要があるが、隣の経路Ｂ２のアンテナＡ２からの電波もタグＴに届いて、アンテナＡ２からのコマンドにタグＴが応答し、誤った情報の読み書きが実施されるおそれがある。
　上記の問題点を解決するための方法として、アンテナからタグまでの距離を計測し、計測された距離が交信距離の範囲に含まれるか否かを判別する方法がある。またアンテナからタグまでの距離を計測する方法として、アンテナから送出される搬送波に対するタグからの反射波の位相のずれを利用した計測方法が提案されている。
　たとえば、特許文献１には、周波数が異なる２通りの搬送波を順に送出して、周波数毎にタグからの反射波の位相の変化量を検出し、各変化量の差を利用した演算によりタグとの距離を算出することが記載されている。
　また特許文献２には、定められた経路（線路）を通過する移動体（列車）に取り付けられたタグに対して２つのアンテナを用いた交信を行い、各アンテナがタグから受信した応答信号間の位相差を求め、この位相差と応答信号の波長とを用いて距離ΔＬを求めることが記載されている。また、特許文献２には、この距離ΔＬが一方のアンテナからタグまでの距離Ｌ１と他方のアンテナからタグまでの距離Ｌ２との差に相当することを利用して、各アンテナからの距離の差がΔＬになる点が構成する双曲線を設定して、この双曲線とタグリーダからタグの移動経路までの距離とを用いて、タグの位置を特定することが記載されている（特許文献１の段落００５７～００６１、図４を参照。）。
特許第４２６５６８６号公報 特開２０１１－３７３７１号公報
　上記特許文献１，２に記載された発明より簡単な方法として、アンテナから送信される搬送波に対するタグからの反射波の位相のずれ量を検出し、検出されたずれ量と搬送波の波長とを用いてタグまでの距離を計測する方法が考えられる。しかし、この方法では、アンテナから送出された電波が往復で一周期以内の長さとなる経路を経てアンテナに戻ることが前提となる。すなわちこの方法により計測できる距離は搬送波の半周期分の長さまでとなる。
　しかしながら、波長の短い搬送波が使用されるケースでこのような条件が満たされるとは考えにくく、実用化は困難である。
　たとえば、ＵＨＦ帯域にある１ＧＨｚの電波を利用する場合には、搬送波の波長は約３０ｃｍ程度となるが、この種の電波はアンテナから１０メートル程度離れた場所に到達しても、タグを反応させることができる強度を有する。またこの特性を生かして、一般に、数メートル単位の交信距離が設定される。このような仕様に対しては、３０ｃｍ程度の波長の信号の位相差を用いた距離計測は全く用をなさない。
　本発明は、上記の問題に着目し、タグからの反射波を受け付ける期間中に中間周波数が重畳された搬送波を送出し、この中間周波数の位相のずれを利用した距離計測を行うことによって、実際の交信処理の設定に対応可能な計測を実現することを課題とする。
　本発明による交信処理装置は、アンテナから送出される搬送波を変調することによってＲＦＩＤタグに対するコマンドを送信するコマンド送信処理と、コマンドの送信に応じてアンテナから無変調の搬送波（ＣＷ）を送出しながらこの無変調搬送波に対するＲＦＩＤタグからの反射波を受信する受信処理と、受信した反射波からＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する復号処理とを実行するものである。この交信処理装置は、アンテナから送出される搬送波に中間周波信号を重畳させる搬送波処理手段と、受信処理において反射波の受信が開始されたことに応じて当該反射波から中間周波信号を抽出すると共に、この抽出に対応するタイミングで送出される搬送波中の中間周波信号に対する前記抽出された中間周波信号の位相差を検出する位相差検出手段と、位相差検出手段により検出された位相差と中間周波信号の波長とを用いて反射波を返したＲＦＩＤタグまでの距離を測定する距離測定手段とを具備する。
　上記の構成によれば、コマンドに対するタグからの応答を受け付けるための無変調搬送波に中間周波信号を重畳し、この中間周波信号に生じる位相差を利用してタグまでの距離を計測するので、ＲＦＩＤを利用する一般的なアプリケーションに対応可能な距離を計測することが可能になる。たとえば、中間周波信号として１５ＭＨｚの周波数の信号を使用すると、その波長は約２０ｍとなるので、その半分の１０ｍまでの距離を計測することができる。
　上記交信処理装置における一実施形態では、位相差検出手段は、復号処理により応答情報中のプリアンブルが検出されたことに応じて中間周波信号の抽出および位相差の検出を実行する。応答信号中のプリアンブルは、「１」および「０」のビット信号が一定のパターンで配列された構成を有するから、このパターンを検出することによって反射波の受信が開始されたことを容易に判別して、中間周波信号の抽出や位相差の検出を行うことができる。また床や壁などで反射して交信処理装置に戻ったノイズ反射波がタグからの反射波として誤認識されるのを防ぐことができる。
　他の実施形態による交信処理装置は、距離計測手段により計測された距離に基づき反射波を返したＲＦＩＤタグが交信対象として適切であるか否かを判別する判別手段を、さらに具備する。このようにすれば、定められた距離の範囲内にあるタグからの応答信号のみを採用することが容易になり、誤った情報処理が実施されるのを防ぐことができる。
　本発明の交信処理装置の好ましい形態は、ＲＦＩＤタグに対する情報の読み出しおよび書き込みを行うＲＦＩＤリーダライタであるが、これに限らず、情報の読み出しのみを行うＲＦＩＤリーダとして構成してもよい。
　本発明による距離計測方法は、アンテナから送出される搬送波を変調することによってＲＦＩＤタグに対するコマンドを送信するコマンド送信処理と、コマンドの送信に応じてアンテナから無変調の搬送波を送出しながらこの無変調搬送波に対するＲＦＩＤタグからの反射波を受信する受信処理と、受信した反射波に含まれるＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する復号処理とを実行する交信処理装置において実施される。この方法では、アンテナから送出される搬送波に中間周波信号を重畳し、受信処理において反射波の受信が開始されたことに応じて当該反射波から中間周波信号を抽出すると共に、この抽出に対応するタイミングで送出される搬送波中の中間周波信号に対する前記抽出された中間周波信号の位相差を検出する。そして検出された位相差と中間周波数の波長とを用いて反射波を返したＲＦＩＤタグまでの距離を計測する。
　本発明によれば、コマンドに対するＲＦＩＤタグからの応答を受け付けるためにアンテナから送出する無変調搬送波に中間周波信号を重畳し、ＲＦＩＤタグからの反射波に含まれる中間周波信号と送信中の搬送波に含まれる中間周波信号との位相差とを用いてタグまでの距離を計測するので、設定され得る交信距離に対応する長さの距離を計測することが可能になる。
本発明が適用されるリーダライタの構成を示すブロック図である。 交信処理の流れを示すタイムチャートである。 交信処理装置の制御部における処理手順を示すフローチャートである。 誤った交信処理の例を示す説明図である。
　図１は、本発明が適用された交信処理装置の一例であるリーダライタの構成を示す。
　この実施例のリーダライタ１は、ＵＨＦ帯域の電波を用いてパッシブタイプまたはセミパッシブタイプのＲＦＩＤタグ２と交信をして、このタグ２から情報を読み出したり、タグ２に情報を書き込む処理を実施するもので、アンテナ１０を含む送受信回路１００と、この送受信回路の動作を制御する制御部１１０とを具備する。なお、使用する電波はＵＨＦ帯域に限らず、他の帯域の電波を使用してもよい。
　送受信回路１００には、アンテナ１０のほか、サーキュレータ１０１、９０度位相器１０２、２種類の発振器１１Ａ，１１Ｂ、送信処理用のミキサ１２Ａ，１２Ｂ、受信処理用のミキサ１３Ａ，１３Ｂ，１６ｉ，１６ｑ、分配器１４，１５、アンプ１８、Ａ／Ｄ変換器１７ｉ，１７ｑ，１９などが含まれる。制御部１１０の実体はプログラムロジック回路（ＦＰＧＡ）であって、送信制御部１１１、位相差検出部１１２、距離算出部１１３、復号処理部１１４、出力処理部１１５の各機能が設けられる。
　また図１には示していないが、このリーダライタ１には、図示しない上位機器に対するインタフェース回路が設けられる。制御部１１０は、上位機器から送信される指示に基づいてタグ２との交信処理を実施し、その処理結果を上位機器に送信する。
　第１の発振器１１Ａからは、約１５ＭＨｚの中間周波信号（以下「ＩＦ信号」という。）が出力される。第２の発振器１１Ｂからは、約１ＧＨｚの高周波信号（以下「ＲＦ信号」という。）が出力される。ＩＦ信号は送信側のミキサ１２Ａに供給されるほか、分配器１４を介して受信側のミキサ１３Ａおよび９０度位相器１０２に供給される。ＲＦ信号は送信側のミキサ１２Ｂと受信側のミキサ１３Ｂとに供給される。
　ミキサ１２Ａは、送信制御部１１１から出力されるデータ信号と上記のＩＦ信号とを入力して両信号を混合し、ミキサ１２Ｂは、ミキサ１３Ａからの混合信号とＲＦ信号とを入力して両信号を混合する。この２段階の混合処理により、ＲＦ信号による搬送波信号にＩＦ信号が重畳され、データ信号による変調が生じた搬送波信号が生成される。生成された信号は、ミキサ１２Ｂからサーキュレータ１０１を介してアンテナ１０に導かれ、電磁波として送出される。
　送信制御部１１１は、コマンドを構成するデータ信号を出力した後は、連続波を送信する。搬送波に実質的な変調が生じるのはコマンドが送信される期間である。データ信号が連続波になると、ＲＦ信号にＩＦ信号が重畳された信号が無変調搬送波ＣＷ（以下「無変調波」という。）として送出される。この無変調波が送出される期間にタグ２がコマンドに対する応答動作を行うと、その動作による反射波がアンテナ１０に到着する。
　アンテナ１０がタグ２から受信した反射波は、サーキュレータ１０１を介してミキサ１３Ｂへと導かれる。ミキサ１３Ｂでは、ＲＦ信号との混合処理により受信信号からＲＦ成分を取り除き、タグ２からの応答信号が重畳されたＩＦ信号を出力する。この応答信号を含むＩＦ信号（以下「受信ＩＦ信号」という。）は、分配器１５によりミキサ１３Ａ，１６ｉ，１６ｑに分配される。
　ミキサ１３Ａでは、受信ＩＦ信号を発振器１１ＡからのＩＦ信号（以下「基準ＩＦ信号」という。）と混合することによって、応答信号を復調する。復調された応答信号はアンプ１８で増幅された後にＡ／Ｄ変換器１９によりディジタル変換される。ディジタル変換後の応答信号は制御部１１０の復号処理部１１４に入力され、応答内容を示す情報（応答情報）が復号される。
　ミキサ１６ｉは、発振器１２Ａからの基準ＩＦ信号と受信ＩＦ信号とを混合することにより、受信ＩＦ信号に含まれるＩ信号を抽出する。ミキサ１６ｑは、９０度位相変換器１０２により位相が９０度ずらされた基準ＩＦ信号と受信ＩＦ信号とを混合することにより、受信ＩＦ信号に含まれるＱ信号を抽出する。Ｉ信号およびＱ信号は、それぞれＡ／Ｄ変換回路１７ｉ，１７ｑによりディジタル変換された後に、位相差検出部１１２に入力される。
　位相差検出部１１２では、復号処理部１１４が応答情報の復号を開始したか否かをチェックし、復号が開始された後の任意のタイミングでのＩ信号Ｉ（ｔ）およびＱ信号Ｑ（ｔ）を用いて以下の＜式１＞の演算を実施することにより、基準ＩＦ信号に対する受信ＩＦ信号の位相差を示す角度φを算出する。距離算出部１１３は、位相差検出部１１２が求めた位相差φとＩＦ信号の周波数λとを用いて＜式２＞の演算を実施することにより、アンテナ１０からタグ２までの距離Ｒを算出する。
　＜式１＞　φ＝ｔａｎ－１（Ｑ（ｔ）／Ｉ（ｔ））
　＜式２＞　Ｒ＝（φ／２π）＊λ／２
　出力処理部１１５は、距離算出部１１３により算出された距離Ｒをあらかじめ上位機器から送信された基準の距離と比較し、基準の距離以内の距離が算出されたタグからの応答信号を上位機器に送信する。距離算出部１１３により算出された距離が基準の距離を上回った場合には、復号処理部１１４は、交信中のタグは交信対象として適切ではないと判別して、復号処理を中止する。
　以下、アンテナ１０からタグ２までの距離を計測する方法を中心に、リーダライタ１において実施される交信処理を詳細に説明する。
　まず図２は、上記のリーダライタ１とタグ２との間で実施される交信処理の流れを、時間軸に沿って示したものである。この実施例では、EPCglobal　C1　Gen2仕様に基づき、リーダライタ１において、コマンドが重畳された搬送波を送出する期間と無変調波（ＣＷ）を送出しながらタグ２からの応答を受け付ける期間とを交互に実施する。タグ２までの距離を計測するための処理も無変調波の送出期間中に実施される。
　図２を参照して、交信処理の具体的な流れを説明する。まずリーダライタ１は、交信可能な範囲に含まれる全てのタグ２を対象に、検出用のコマンド（クエリーコマンド）を送信する（図２の（ａ））。このコマンドを受信したタグ２では乱数を生成し、この乱数をリーダライタ１に送信する（図２の（ｂ））。乱数を受信したリーダライタ１は、その受信数により交信可能なタグの数を認識し、以下、受信した乱数により交信相手を特定して情報の読み出しを求めるコマンド（Ａｃｋコマンド）を送信する処理と、当該コマンドに対するタグからの応答信号を受け付ける処理とを、タグ毎に順に実行する（図２の（ｃ）（ｄ））。
　さらに上記のＡｃｋコマンドに対する応答信号の受信が開始されると、上述したＩＦ信号の位相差を検出する処理および距離Ｒの計測処理が実施される（図２の（ｅ））。なお、応答信号の受信が開始されたことは、復号処理部１１４により応答信号の先頭のプリアンブルが検出されたことによって判別することができる。
　図３は、図２に示した処理を実現するためにリーダライタ１の制御部１１０において実施される一連の処理の流れを示す。
　まずステップＳ１では、クエリーコマンドの送信およびタグ２からの応答を受信して復号する処理を実施して、交信が可能なタグ２を検出する。
　この後は、検出されたタグ２毎にステップＳ２以下の処理を実行する。
　まず、ステップＳ２ではＡｃｋコマンドを送信し、つぎのステップＳ３ではＩＦ信号が重畳された無変調波の送信および復号処理を開始する。この後は、復号処理において応答信号のプリアンブルの復号が開始されるまで待機する（ステップＳ４）。
　プリアンブルの復号が開始されると（ステップＳ４が「ＹＥＳ」）、プリアンブルが続く間に入力されるＩ信号およびＱ信号を用いて、基準ＩＦ信号に対する受信ＩＦ信号の位相差φを検出する（ステップＳ５）。さらに検出された位相差φおよびＩＦ信号の周波数λを用いてアンテナ１０からタグ２までの距離Ｒを算出する（ステップＳ６）。
　つぎに算出された距離Ｒを基準の距離Ｒ０と比較する。Ｒ≦Ｒ０であれば（ステップＳ７が「ＹＥＳ」）、引き続き復号処理を続けて全ての応答信号を復号する（ステップＳ８）。さらに、復号された応答信号を距離Ｒと共に上位機器に送信する（ステップＳ９）。一方、Ｒ＞Ｒ０となった場合（ステップＳ８が「ＮＯ」）には、ステップＳ１０に進み、復号処理を中止する。
　以下、同様の処理を実施することにより、距離Ｒが基準の距離Ｒ０以内となったタグからの応答信号のみが復号され、距離Ｒと共に上位機器に送信される。全てのタグに対する処理が終了したことをもってステップＳ１１が「ＹＥＳ」となると、処理を終了する。
　上記のリーダライタ１で使用されるＩＦ信号の周波数（１５ＭＨｚ）によれば、その波長は約２０ｍとなるから、アンテナ１０から１０ｍ以内の距離にあるタグ２に対する距離計測を行うことが可能になる。よって、タグを反応させることができる強度の電波が届く最大の距離が約１０ｍになると想定される場合には、その条件に対応する範囲の距離を計測することが可能になる。
　また、このリーダライタ１では、タグ２からの応答信号を復号する処理を行いながら距離Ｒを計測するので、通常の交信処理のサイクルの中で距離の計測を完了すると共に、タグ２の情報を取得することができる。したがって、移動するタグ２との交信においても支障が生じるおそれがない。また、距離Ｒが基準の距離Ｒ０を上回るタグ２に対しては応答信号の復号を中止するので、効率良く処理を進めることができ、上位機器に不要な情報が送信されるのを防ぐことができる。また、復号された応答信号と共に距離Ｒの算出結果を上位機器に送信するので、上位機器では、タグ２の情報を識別すると共にこのタグ２とアンテナ１０との距離を認識することが可能になる。
　ただし、タグ２からの応答信号をリーダライタ１で選別することは必須ではない。すなわち距離Ｒの値に関わらず、交信対象の全てのタグ２からの応答信号を復号し、各応答信号を距離Ｒと共に上位機器に送信してもよい。または、距離Ｒと基準の距離Ｒ０との比較処理までを実施し、各タグからの応答信号に距離の比較結果を示すデータを紐付けたものを上位機器に送信してもよい。このようにすれば、上位機器において応答信号を容易に選別することができる。
　タグ２に情報の書き込みを行う場合にも、タグ２からの情報の読み取りが終了してから書き込みコマンドを送信するので、交信対象を特定した最初のコマンドに対するタグ２からの応答を受信したときに、基準の距離Ｒ０を上回る場所にあると判別したタグ２に対する処理を中止すれば、当該タグ２に誤った情報が書き込まれるのを防ぐことができる。
　１　交信処理装置（リーダライタ）、２　ＲＦＩＤタグ、１１Ａ，１１Ｂ　発振器、１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ　ミキサ、１６　加算器、１００　送受信回路、１１０　制御部、１１２　位相差検出部、１１３　距離算出部、１１４　復号処理部

Claims (4)

  1. 　アンテナから送出される搬送波を変調することによってＲＦＩＤタグに対するコマンドを送信するコマンド送信処理と、前記コマンドの送信に応じてアンテナから無変調の搬送波を送出しながらこの無変調搬送波に対するＲＦＩＤタグからの反射波を受信する受信処理と、受信した反射波からＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する復号処理とを実行する装置であって、
    　前記アンテナから送出される搬送波に中間周波信号を重畳させる搬送波処理手段と、
    　前記受信処理において反射波の受信が開始されたことに応じて当該反射波から中間周波信号を抽出すると共に、この抽出に対応するタイミングで送出される搬送波中の中間周波信号に対する前記抽出された中間周波信号の位相差を検出する位相差検出手段と、
    　位相差検出手段により検出された位相差と前記中間周波信号の波長とを用いて前記反射波を返したＲＦＩＤタグまでの距離を計測する距離計測手段とを具備する、交信処理装置。
  2. 　前記位相差検出手段は、前記復号処理により応答信号中のプリアンブルが検出されたことに応じて中間周波信号の抽出および位相差の検出を実行する請求項１に記載された交信処理装置。
  3. 　前記距離計測手段により計測された距離に基づき前記反射波を返したＲＦＩＤタグが交信対象として適切であるか否かを判別する判別手段を、さらに具備する請求項１に記載された交信処理装置。
  4. 　アンテナから送出される搬送波を変調することによってＲＦＩＤタグに対するコマンドを送信するコマンド送信処理と、前記コマンドの送信に応じて前記アンテナから無変調の搬送波を送出しながらこの無変調搬送波に対するＲＦＩＤタグからの反射波を受信する受信処理と、受信した反射波に含まれるＲＦＩＤタグからの応答信号を復号する復号処理とを実行する交信処理装置において実施される方法であって、
    　前記アンテナから送出される搬送波に中間周波信号を重畳し、前記受信処理において反射波の受信が開始されたことに応じて当該反射波から中間周波信号を抽出すると共に、この抽出に対応するタイミングで送出される搬送波中の中間周波信号に対する前記抽出された中間周波信号の位相差を検出し、検出された位相差と前記中間周波数の波長とを用いて前記反射波を返したＲＦＩＤタグまでの距離を計測する、
    ことを特徴とする交信処理装置における距離計測方法。
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