JP2008236617A

JP2008236617A - 非接触ｉｃタグ用リーダライタおよびその信号送信方法

Info

Publication number: JP2008236617A
Application number: JP2007076531A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Sakurai; 祐一櫻井
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】搬送波周波数の周波数切り替えに伴い発生するスペクトルの不要な広がりを低減し、かつ特別な回路の追加を行わずに、伝送効率の低下が抑制されるＩＣタグ用リーダライタを提供する。
【解決手段】送信信号２の送信中でかつＯＦＦ変調となるタイミングで周波数ホッピング処理を行うことで、通信データの伝送効率と速度を落とすことなく周波数ホッピング時のノイズや不要なスプリアスの送信を抑えることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、搬送波周波数を周波数切り替えパターン（ホッピングパターン）等に基づいて切り替えることでスペクトル拡散を行う周波数ホッピング送信を利用した非接触ＩＣタグ用リーダライタおよびその信号送信方法に関し、特に、搬送波周波数の周波数切り替え（周波数ホッピング）に伴い発生するスペクトルの不要な広がりを軽減させる技術に関する。

近年、非接触でデータの書き込みおよび読み出しを行うデータキャリア、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）、無線タグ、またはＩＣタグと呼称される通信媒体が普及しつつあり、現在ではこれら通信媒体を用いて、様々な種類の通信方法が開発されている。

この通信媒体であるＩＣタグを読み取るための非接触ＩＣタグ用リーダライタ（以下、リーダライタと称す）の中でも、２．４５ＧＨｚ帯のリーダライタにおける移動体識別用無線設備標準規格として、ＡＲＩＢＳＴＤ−Ｔ８１がある。この規格では、電波法により、周波数ホッピング（Frequency Hopping Spectrum Spread）方式の使用が義務付けられており、広い周波数帯域を複数の周波数チャネルに分割し、その周波数チャネルを一定の規則に従いながらランダムに選択して使用している。

このため、特定の周波数チャネルで干渉（狭帯域干渉）が発生しても、別の周波数チャネルに切り替えることにより、狭帯域干渉を避けることができる利点がある。図４は、従来の周波数ホッピング時のノイズとスプリアスの説明図である。スプリアスとは、干渉によって生じる目的信号付近に発生する不要波である。周波数ホッピングの搬送波周波数の切り替え時は、一般的に、搬送波の立ち上がりや立ち下りに伴う波形変化や周波数変化中のオーバシュート、アンダーシュート、ノイズなどにより、図４のような不要な周波数やスペクトルの広がりが発生する。具体的には、搬送波の周波数ｆ１がｆ２に移動（ホッピング）する際に、一時的にｆｎのようなノイズ周波数が発生する場合がある。また、ｆ２のスプリアスが一時的に破線のように広がりを見せたりする。

図５は、従来のリーダライタ送信部の回路構成ブロック図を表している。前記ノイズやスプリアスを低減するために、従来では例えば、図５に示すようなリーダライタ送信部が構成されている。この送信部は、搬送波発生器４、ＡＳＫ（Amplitude shift keying：振幅偏移）変調器５、変調波整形器８、電力増幅器６、空中線７を備える。搬送波発生器４には、周波数設定信号１ａと周波数切替信号１ｂが入力され、ここで搬送波４ａを生成する。ＡＳＫ変調器５では、送信信号２に基づいて前記搬送波４ａをＡＳＫ変調して変調波５ａを生成する。変調波整形器８では、この変調波５ａの波形を整形し、整形された変調波５ａは電力増幅器６で増幅されて送信波６ａとなる。この送信波６ａは空中線７により空中へ送信される。なお、電力増幅器６をコントロールするためには、増幅器制御信号３が必要となる。

図６は、増幅器制御信号３を使用した従来の周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図である。搬送波周波数の切り替え時のノイズやスプリアスの不要な広がりを抑えるため、増幅器制御信号３により送信波６ａの出力を制御している。この周波数切り替えの期間、増幅器制御信号３をＬ（Ｌｏｗ）状態に保ち、送信波のレベルを抑えている。また、図６は、図５のリーダライタ送信部による送信波６ａの構成手順を示している。搬送波４ａは、周波数設定信号１ａによって変更する周波数が決定され、更に周波数切替信号１ｂによって切替タイミングが設定される。搬送波４ａは、この周波数切替信号１ｂにより設定された切替タイミングによって、その周波数がｆ１、ｆ２、ｆ３の順に切り替えられる。

なお、搬送波発生器４は、一般的に無線用の安定した周波数信号を作り出す方法の１つとして、ＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）とＰＬＬ（Phase Locked Loop：位相周期回路）とを組み合わせた、もしくはＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer：直接デジタル合成方式信号発生器）、もしくは上記２者とを組み合わせた回路で構成される。

特許文献１では、ＤＤＳにおいて、搬送波周波数の切り替え時に出力振幅を制限することにより、搬送波周波数の切り替えに伴い発生するノイズスペクトルの低減方法が記載されている。

また、特許文献２では、変調器と電力増幅器の間に波形整形回路を追加することにより送信波形の波形変化を滑らかにする手段などが記載されている。

特開平８−６５０５４号公報特開平１１−２２０４２６号公報

しかしながら、従来の方法では、ノイズやスプリアスの低減を解決するのみで、データ通信の伝送効率は考慮されていなかった。送信信号を送信中に搬送波の出力を低下させることは、送信信号に自らノイズを加えることでもあり、データ通信の伝送効率の低下につながっていた。

特許文献１のような、増幅器制御信号によって、ノイズやスプリアスの低減を図る方法では、電力増幅器を入出力する際の速度変化が遅いため、送信信号に含まれる通信データを、周波数ホッピングで一旦途切れた送信信号を再び次への送信に移行するためには、途切れた間の間隔を広く確保する必要があり、これによっても通信速度が低下するという問題があった。また、特許文献２のような手段においては、波形を整形するための波形整形回路を追加する必要があるため、装置が大型化し、コストが増大するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、搬送波周波数の周波数切り替えに伴い発生するスペクトルの不要な広がりを低減し、かつ特別な回路の追加を行わずに、伝送効率の低下が抑制される非接触ＩＣタグ用リーダライタおよびその信号送信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信する非接触ＩＣタグ用リーダライタであって、搬送波周波数の周波数切り替えタイミングを含む所定時間にわたって、前記送信信号をＯＦＦ変調するＯＦＦ変調手段を有することを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダライタである。

上記目的を達成する本発明は、送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信し、前記ＡＳＫ変調として、ＯＦＦ変調手段を利用する非接触ＩＣタグ用リーダライタであって、前記送信信号中に含まれるデータ通信中のＯＦＦ変調となるタイミングで、搬送波周波数を切り替える周波数切替手段を有することを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダライタである。

また、上記目的を達成する本発明は、送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信する非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法であって、搬送波周波数の周波数切り替えタイミングを含む所定時間にわたって、前記送信信号をＯＦＦ変調することを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法である。

更に、上記目的を達成する本発明は、送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信し、前記ＡＳＫ変調として、ＯＦＦ変調手段を利用する非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法であって、前記送信信号中に含まれるデータ通信中のＯＦＦ変調となるタイミングで、搬送波周波数を切り替えることを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法である。

本発明によれば、特殊な回路を追加することなく、ＡＳＫ変調方式のリーダライタにおいて周波数ホッピング時に発生するスプリアスの不要な広がりを抑えることが可能となる。

また、本発明の第２の発明によれば、周波数ホッピング期間中に送信を中断する必要がなくなり、通信データの送信途中で周波数ホッピングを行うので、通信データを、ノイズやスプリアスの低減を図るために一旦中断する必要がなくなり、通信データの伝送効率の低下を抑えることが可能となる。

以下、本発明を実施するための実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＩＣタグ用リーダライタの送信部のブロック図である。この送信部は、搬送波発生器４、ＡＳＫ変調器５、電力増幅器６、空中線７を備える。搬送波発生器４には、周波数設定信号１ａと周波数切替信号１ｂが入力され、ここで搬送波４ａが生成される。ＡＳＫ変調器５では、送信信号２に基づいて前記搬送波４ａをＡＳＫ変調して変調波５ａを生成する。変調波５ａは電力増幅器６で増幅されて送信波６ａとなる。この送信波６ａは空中線７により空中へ送信される。

ここで、ＡＳＫ変調とは振幅に情報を持たせた変調方式のことで、送信したいデータが時刻ｔで変化する関数Ｄ（ｔ）で表される場合、最も単純なＡＳＫの変調では、ＡＳＫの変調を施した波形Ｙ（ｔ）は次式（１）で表される。
Ｙ（ｔ）＝Ｄ（ｔ）×ｓｉｎ（２πｆｔ＋θ）・・・・・（１）
Ｄ（ｔ）は、最も単純な場合では、１か０の値をとる。図７は、ＡＳＫ変調の説明図である。図７のように、Ｄ（ｔ）＝１のときは振幅１の正弦波になり、Ｄ（ｔ）＝０のときはＹ（ｔ）＝０で何もない状態になる。このＹ（ｔ）＝０の状態に変調するのがＯＦＦ変調となる。

ＡＳＫ変調器５がＯＦＦ変調手段を備えている場合には、このＯＦＦ変調手段を利用すれば良い。本願発明では、ＡＳＫ変調器５のＯＦＦ変調を利用する場合は、搬送波周波数の周波数切替タイミング（周波数をｆ１からｆ２へ、またｆ２からｆ３へ切り替えるタイミング）を含む所定時間にわたって、送信信号２をＬ状態に固定することでＯＦＦ変調するようにできる。また、別の方法としては、スイッチを用いてＯＦＦにすることにより簡単にＯＦＦ変調することができる。具体的には、周波数切替信号１ｂにより設定される切替タイミングを基準に、数ミリから数十ミリ秒前から始まり、切替タイミングから数ミリから数十ミリ秒後に終了する期間、ＯＦＦ変調を行う。この結果、変調波５ａおよび送信波６ａの出力を抑えることが可能になり、ホッピングによるノイズやスプリアスの広がりを低減することができる。つまり、波形整形回路等の特殊な回路に頼ることなく、送信信号２もしくはスイッチによって、変調波５ａを制御することでスプリアスを抑えることができる。

図２に、本発明の第１の実施の形態に係るＩＣタグ用リーダライタによる周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図を示す。本実施の形態では、ＡＳＫ変調器５がＯＦＦ変調手段を備えている場合である。周波数設定信号１ａを送信した後、周波数切替信号１ｂをＬにすると搬送波４ａの周波数が切り替えられる。なお、図８は搬送波４ａの波形を模式的に表した図である。その周波数範囲をｆ１、ｆ２、ｆ３で示している。

また、図２において、搬送波４ａに対して送信信号２でＡＳＫ変調をかけたものが変調波５ａとなっている。変調波５ａは電力増幅器６で増幅され、送信波６ａとなる。このため、送信信号２でデータ通信をしている間は、その信号に対応して送信波６ａの変調信号部が表れ、データ通信をＨ（Ｈｉｇｈ）状態に固定していると、対応する無変調信号が表れる。また、送信信号２をＬ状態に固定することで、ＯＦＦ変調により送信波６ａも振幅を小さくすることができる。

図３に、本発明の第２の実施の形態に係る周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図を示す。図３は、送信信号２のデータ通信時の通信信号１２のみを表しており、図２，６よりも時間軸を拡大している。仮にここで、通信信号１２は、一定時間内にＬ（Ｌｏｗ）パルスが２回発生すると「１」、Ｌパルスが１回発生すると「０」を示すこととする。ここで、Ｌパルスの場合はＯＦＦ変調となっている。この通信信号１２において、Ｌパルスの出力がなされる、つまり、Ｌｏｗのパルスを発生させる瞬間というのは、ＡＳＫ変調におけるＯＦＦ変調が行われているので、その間に、周波数切替信号１ｂから切り替え指示を出すようにし、搬送波４ａが周波数ｆ１から周波数ｆ２に切り替えるようにする。

この結果、通信信号１２中に通信データの基本パルスとなっているＬパルスを用い、この送信波６ａの強度が低くなっている時間内に周波数ホッピングを行うので、ホッピング時に発生するノイズやスプリアスの広がりを抑えることが可能となる。また、通信信号１２における通信データの送信途中でホッピングを行うため、データ通信を一時的に中断する必要も無くなる。

この制御方法を実現するには、ＩＣタグ用リーダライタにおける送信部に、搬送波発生器４とＡＳＫ変調器５、電力増幅器６、空中線７、および、送信信号２のＯＦＦ変調タイミングに合わせて周波数ホッピングが行われるよう、周波数設定信号１ａおよび周波数切替信号１ｂを発生して搬送波発生器４に入力する信号生成器とを備えるようにすれば良い。

本発明の第１の実施の形態に係るＩＣタグ用リーダライタにおける送信部のブロック図。本発明の第１の実施の形態に係るＩＣタグ用リーダライタによる周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図。本発明の第２の実施の形態に係る周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図。従来の周波数ホッピング時のノイズとスプリアスの説明図。従来のリーダライタ送信部の回路構成ブロック図。増幅器制御信号を使用した従来の周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図。ＡＳＫ変調の説明図。搬送波の波形を模式的に表した図。

符号の説明

１ａ周波数設定信号
１ｂ周波数切替信号
２送信信号
３増幅器制御信号
４搬送波発生器
４ａ搬送波
５ＡＳＫ変調器
５ａ変調波
６電力増幅器
６ａ送信波
７空中線
８変調波整形器
１２通信信号

Claims

送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信する非接触ＩＣタグ用リーダライタであって、搬送波周波数の周波数切り替えタイミングを含む所定時間にわたって、前記送信信号をＯＦＦ変調するＯＦＦ変調手段を有することを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダライタ。
送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信し、前記ＡＳＫ変調として、ＯＦＦ変調手段を利用する非接触ＩＣタグ用リーダライタであって、前記送信信号中に含まれるデータ通信中のＯＦＦ変調となるタイミングで、搬送波周波数を切り替える周波数切替手段を有することを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダ・ライタ。
送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信する非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法であって、搬送波周波数の周波数切り替えタイミングを含む所定時間にわたって、前記送信信号をＯＦＦ変調することを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法。
送信信号をＡＳＫ変調および周波数ホッピング方式で送信し、前記ＡＳＫ変調として、ＯＦＦ変調手段を利用する非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法であって、前記送信信号中に含まれるデータ通信中のＯＦＦ変調となるタイミングで、搬送波周波数を切り替えることを特徴とする非接触ＩＣタグ用リーダライタの信号送信方法。