JP4657657B2

JP4657657B2 - リーダライタ、及び無線タグシステム

Info

Publication number: JP4657657B2
Application number: JP2004257283A
Authority: JP
Inventors: 俊朗大谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: JP2006072826A

Description

本発明は、リーダライタが送信した電波から得られる電力を電力源として動作する無線タグ装置から、ＩＤコードを含む各種情報を読み出すリーダライタ、及び無線タグシステムに関する。

無線タグ装置として、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などが知られている。ＲＦＩＤを用いたシステムは、人や物品に割り当てられた個別情報を無線通信により自動認識することができる自動認識システムとして知られている。

従来、リーダライタ（質問器）が送信する送信電波を無線タグ装置に受信させ、この送信電波から得た電力を電力源として無線タグを動作可能にすることで、無線タグ装置へのデータの書き込みや無線タグ装置からのデータの読み出しを行う無線タグシステムが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

図６は、従来の無線タグシステムにおけるリーダライタおよび無線タグ装置間での電波によるデータの送受信状態を示す説明図である。従来の無線タグシステムによれば、初めに、リーダライタは、予め対象となる物品に付けられた無線タグ装置のＩＤコードに基づいて変調した変調波を無線を介して無線タグ装置へ送信するとともに、無変調搬送波を無線タグ装置へ送信する。

無線タグ装置は、リーダライタから受信した変調波を復調してＩＤコードを取り出し、ＩＤコードが予め当該無線タグ装置に記録されたものと一致する場合には無線タグ装置のＩＣチップのデータに基づいて変調した変調波を無線を介してリーダライタへ送信し、一方、一致しない場合には無変調搬送波をリーダライタに送信する。無線タグ装置は、リーダライタから送信される変調波または無変調搬送波を無線タグ装置内で電力に変換し、その変換した電力を電力源として無線タグ装置内の回路各部に供給することにより、上記の動作を実行する。また、無線タグ装置からリーダライタへ送信した無線タグ装置のＩＣチップのデータは、リーダライダで受信されて解析されることになる。

図７は、従来のリーダライタの構成図、図８は、従来の無線タグ装置の構成図を示すブロック図である。まず、図７のリーダライタＡの構成について説明する。リーダライタＡは、全体制御部１１と、通信制御部１２と、メモリ１３と、ベースバンド変調処理部１４と、搬送波発振器１５と、信号切替器１６と、サーキュレータ１７と、ベースバンド復調処理部１８とを備え、外部にアンテナ１９を備えている。

次に、前記各構成要素について説明する。全体制御部１１は、通信制御部１２に対して、無線タグ装置に対するデータの書き込み、読み出しの制御を命令するとともに、搬送波発振器１５が発生する搬送波の周波数の切替制御を行うものである。

通信制御部１２は、全体制御部１１の制御下で、対象とする無線タグＢのＩＤコードや無線タグＢに書き込むデータをメモリ１３から読み出して、ベースバンド変調処理部１４に渡すように機能する。

ベースバンド変調処理部１４は、メモリ１３から読み出した前記データにより、搬送波発振器１５が発生する、例えば９５０ＭＨｚの、無変調搬送波に対しＡＳＫ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調処理を行うように機能する。

信号切替器１６は、通信制御部１２からの切替制御信号を受けて、ベースバンド変調処理部１４で変調されたＡＳＫ変調信号をサーキュレータ１７に出力するか否か制御するように機能する。

サーキュレータ１７は、方向性を持った結合器であり、信号切替器１６を通して上述のように変調したＡＳＫ変調信号を、アンテナ１９を介して無線タグＢへ送信するとともに、無線タグＢからアンテナ１９を介して受信したＰＳＫ（ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調信号をベースバンド復調処理部１８へ供給するように機能する。従って、信号切替器１６から信号が直接ベースバンド復調処理部１８に送られることはない。

ベースバンド復調処理部１８は、搬送波発振器１５の無変調搬送波を用いてＰＳＫ変調データを復調し、全体制御部１１へ送出するように機能する。なお、全体制御部１１はその復調したデータにもとづいて、無線タグ装置のＩＤコードを認識する。

次に、無線タグＢの構成について説明する。図８に示すように、無線タグＢは、復調処理部２１と、全体制御部２２と、メモリ２３と、変調処理部２４と、電源生成部２５と、アンテナ２６とを備えている。

復調処理部２１は、リーダライタＡからアンテナ２６を通じて受信されたＡＳＫ変調信号を復調し、ベースバンド信号を取り出すように機能する。

全体制御部２２は、復調処理部２１からのベースバンド信号に自己のＩＤコードが含まれているか否かを判定するとともに、メモリ２３に対する読み込みまたは書き込みのアクセスを実行するように機能する。

変調処理部２４は、アンテナ２６を介して受信した無変調搬送波を、メモリ２３から全体制御部２２を通して読み出されたデータに基づいてＰＳＫ変調し、アンテナ２６を介してリーダライタＡへ送出するように機能する。

次に、無線タグシステムの動作について説明する。
まず、通信制御部１２は対象となる無線タグＢのＩＤデータをメモリ１３から読み出し、ベースバンド変調処理部１４で、このＩＤデータに基づいて搬送波発振器１５が発生する無変調搬送波をＡＳＫ変調する。この変調した信号は通信制御部１２によってオン、オフ切り替えされる信号切替器１６、サーキュレータ１７を介してアンテナ１９から無線タグＢへ送信される。このとき無線タグＢ内の電源生成部２５は、リーダライタＡから受けた変調波を受けて電源電圧を生成し、ブロック各部に供給する。

また、無線タグＢでは、アンテナ２６を介して受信されたＡＳＫ変調信号が復調処理部２１で復調されてベースバンド化され、復調されて得られるＩＤデータとメモリ２３に予め記録された自分のＩＤとが一致するか否かを全体制御部２２によって調べる。各ＩＤが一致する場合には、全体制御部２２はメモリ２３にアクセスしてデータを読み出す。変調処理部２４は、アンテナ２６で受信した無変調搬送波を、メモリ２３から読み出したデータによりＰＳＫ変調し、アンテナ２６からリーダライタＡへ送信する。

リーダライタＡでは、ＰＳＫ変調信号をアンテナ１９およびサーキュレータ１７を介してベースバンド復調処理部１８で受信する。このベースバンド復調処理部１８では、そのＰＳＫ変調信号を搬送波発振器１５の搬送波を用いて復調し、全体制御部１１へ入力する。全体制御部１１はこの復調信号を受けて無線タグＢの情報として認識し、無線タグシステムの一連の動作を終了する。

図９は、従来のリーダライタＡと無線タグＢとの間で送受信される変調波の波形の変化を示す説明図である。図９（ａ）に、リーダライタＡから出力されるＡＳＫ変調波と、これに続いてリーダライタＡからの無変調搬送波を受けて無線タグＢから応答出力されるＰＳＫ変調波と、を示す。ここで、ＡＳＫ変調波は、ある周波数の正弦波を「１」、「０」のデジタル信号に対応させた波形であり、ＡＳＫ変調波出力に続く波形は、図９（ｂ）に示すリーダライタＡから出力される無変調搬送波と図９（ｃ）に示す無線タグＢから出力されるＰＳＫ変調波とが合成されたものとなる。

また、図９（ｄ）は図９（ａ）に示すＡＳＫ変調波を、図９(ｅ)は図９（ｆ）に示すリーダライタからの無変調搬送波と図９（ｇ）に示す無線タグＢからのＰＳＫ変調波が合成されたものを、それぞれ周波数軸上に表わした周波数特性を示す。図９（ｄ）のＡＳＫ変調波において、無変調搬送波（例えば、９５０ＭＨｚ帯の正弦波）をベースバンドのデジタル信号（「１」、「０」の２値の矩形波）でオン、オフするため、ＡＳＫ変調波の中心周波数に対する高調波成分が、図９（ｄ）の網目部分のように発生する。一方、図９（ｅ）のＰＳＫ変調波においても、ＰＳＫ変調波の中心周波数に対する高調波成分が、図９（ｅ）の網目部分のように発生する。
特開２０００−３３２６６４特開２０００−６１４２２０特開２００４− ５４５１５

しかしながら、従来の無線タグシステムにおいては、リーダライタＡと無線タグＢ間のデータの送受信時に発生する、変調波に含まれる中心周波数に対する高調波成分（図９（ｄ）、図９（ｅ）の網目部分）が、隣接周波数帯へ干渉、妨害してしまう。また、リーダライタＡと無線タグＢ間の通信距離が長くても無線タグＢを十分に動作可能にするためにリーダライタＡが出力する電波の送信電力を大きくすると、前記隣接周波数帯への干渉、妨害がさらに大きくなってしまう。

また、リーダライタＡから無線タグＢへのアクセス時に発生する隣接周波数帯域への干渉、妨害を抑制するため、バンドパスフィルタを用いてＡＳＫ変調波の中心周波数の高調波数帯域を制限する方法も考えられるが、バンドパスフィルタを用いるとＡＳＫ変調波の波形が崩れてしまい、その崩れた波形を補正する補正回路を無線タグＢに設ける必要があるため、無線タグ装置のコストが上がってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、リーダライタとリーダライタが送信した電波から得られる電力を電力源として動作する無線タグ装置との間でのデータの送受信を、隣接周波数帯域への干渉、妨害を抑制しながら実現することができるリーダライタ、及び無線タグシステムを提供することを目的とする。

本発明は、書き込み用または読み取り用のデータを持つ電波を無線タグ装置に送信し、送信する電波により前記無線タグ装置に電力を供給するリーダライタであって、無変調搬送波を出力する搬送波発振器と、前記搬送波発振器から出力された前記無変調搬送波を減衰させる信号減衰器と、前記信号減衰器により減衰された前記無変調搬送波により前記データの変調を行って変調波を生成するベースバンド変調処理部と、前記搬送波発振器から出力された前記無変調搬送波と前記ベースバンド変調処理部から出力された前記変調波とを切り替えて出力する信号切替器と、前記信号切替器の出力を前記無線タグ装置に送信するアンテナと、前記無変調搬送波と前記変調波との切り替えを前記信号切替器に指示する通信制御部と、を備えるものである。

本発明の無線タグシステム、リーダライタ、無線タグ装置およびデータの書き込み・読み出し方法によれば、リーダライタとリーダライタが送信した電波から得られる電力を電力源として動作する無線タグ装置との間でのデータの送受信を、隣接周波数帯域への干渉、妨害を抑制しながら実現することができ、かつ、無線タグ装置のコスト上昇を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態の無線タグシステムについて、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の無線タグシステムにおけるリーダライタの構成図、図２は、本発明の実施の形態の無線タグシステムにおける無線タグ装置の構成図である。まず、図１のリーダライタＡの構成について説明する。リーダライタＡは、全体制御部１１と、通信制御部１２Ａと、メモリ１３と、ベースバンド変調処理部１４と、搬送波発振器１５と、信号切替器１６Ａと、サーキュレータ１７と、ベースバンド復調処理部１８と、信号減衰器２０を備え、外部にアンテナ１９を備えている。

通信制御部１２Ａは、全体制御部１１の制御下で、対象とする無線タグＢのＩＤコードや無線タグＢに書き込むデータをメモリ１３から読み出して、ベースバンド変調処理部１４に渡すように機能するとともに、無線タグＢに対する無変調搬送波の出力とＡＳＫ変調波データの出力を時分割で実行させる制御信号（切替信号）を出力するように機能する。

信号切替器１６Ａは、前記制御信号を受けて無変調搬送波およびＡＳＫ変調波を交互に切り替えながらサーキュレータ１７およびアンテナ１９を介して無線タグＢへ送信するように機能する。この信号切替器１６Ａおよび通信制御部１２Ａは、本発明の時分割制御手段を構成する。

信号減衰器２０は、ＡＳＫ変調波を生成するために使用する無変調搬送波のレベルを減衰するように機能する。

図２は、図１に示す無線タグＢの詳細を示すブロック図であり、図８に示した無線タグＢの構成と異なるところは、全体制御部２２Ａおよび電源生成部２５Ａである。

次に、図２の無線タグＢの構成について説明する。無線タグＢは、復調処理部２１と、全体制御部２２Ａと、メモリ２３と、変調処理部２４と、電源生成部２５Ａと、アンテナ２６とを備えている。

全体制御部２２Ａは、復調処理部２１からのベースバンド信号に自己のＩＤコードが含まれているか否かを判定するとともに、メモリ２３に対する読み込みまたは書き込みのアクセスを実行するように機能する。さらに、正弦波の無変調搬送波を受けているときには電源供給の電力レベルを落とし、一方、ＡＳＫ変調波を受けているときには、回路各部に十分なレベルの電力を供給するための各制御信号を出力するように機能する。この全体制御部２２Ａは電力制御手段となる。

電源生成部２５Ａは、前記制御信号を受けて供給電力の大きさを切り替えるように機能する。

次に、この無線タグシステムの動作について説明する。図３はこの動作の流れを示すフローチャート、図４はリーダライタＡおよび無線タグＢ間でやりとりされるデータを示す説明図であり、以下、図３および図４を参照して説明する。

まず、リーダライタＡ側において、無線タグＢへのデータの書き込み・読み出しを開始する（ステップＳ１１）。全体制御部１１では、通信制御部１２Ａ、メモリ１３などのリーダライタＡの内部回路に動作の指示を行う（ステップＳ１２）。この指示を受け、通信制御部１２Ａは予め設定されたタイミング信号（切替信号）を信号切替器１６Ａへ送出する。このタイミング信号に従って、信号切替器１６Ａが切り替えられる。

この信号切替器１６Ａの切り替えにより、搬送波発振器１５からの無変調搬送波が、信号切替器１６Ａ、サーキュレータ１７およびアンテナ１９を通じて無線タグＢへ送信される（ステップＳ１３）。この無変調搬送波は図４（ａ）に示すように振幅が大きく、無線タグＢへの電源供給用として用いられ、周波数軸上の電力レベルは図４（ｂ）に示すように高く、高調波を殆ど発生しない。

一方、無線タグＢ側では、アンテナ２６を介してリーダライタＡから送信された電力レベルの高い無変調搬送波を受け、電源生成部２５Ａにおいてこれを電力変換して蓄積する。このとき、メモリ２３および変調処理部２４の電源供給を行わず、全体制御部２２ＡのみにＩＤ判定のための電源供給を行って、電力消費を抑える（ステップＳ１４）。

次に、リーダライタＡは、上述のような無変調搬送波の出力後の所定タイミングで、通信制御部１２Ａがメモリ１３、信号減衰器２０および信号切替器１６Ａを制御する。この場合には、メモリ１３から読み出した無線タグ装置のＩＤコードや無線タグ装置書き込み用のデータがベースバンド変調処理部１４へ出力される。

搬送波発振器１５からの無変調搬送波は、信号減衰器２０で減衰処理されてベースバンド変調処理部１４へ出力される。ベースバンド処理部１４では減衰された無変調搬送波を無線タグ装置のＩＤコードや無線タグ装置書き込み用のデータに基づいてＡＳＫ変調し、信号切替器１６Ａ、サーキュレータ１７およびアンテナ１９を介して無線タグＢへ無線送出する（ステップＳ１５）。図４（ｃ）に示すように、周波数軸上では中心周波数に対する高調波成分が発生するものの、ＡＳＫ変調の際に用いる搬送波の電力レベルが図４（ａ）の無変調搬送波に比べて低いため、高調波成分を抑制することができ、隣接周波数帯域に干渉・妨害を及ぼすことを抑えることができる。

無線タグＢ側では、アンテナ２６を介してリーダライタＡからＡＳＫ変調されたＡＳＫ変調波を受け、復調処理部２１で復調処理を行う（ステップＳ１６）。また、全体制御部２２Ａでは、復調データが自分のＩＤに一致するか否かを判別し（ステップＳ１７）、一致する場合には電源生成部２５Ａに対し電源供給を指示し、回路各部に対し電源供給を行わせる（ステップＳ１８）。不一致の場合には電源供給を行わない。

一方、リーダライタＡでは、ＩＤデータを持つＡＳＫ変調波の送出後、通信制御部１２Ａが信号切替供給１６Ａを切り替えて、搬送波発振器１５から無変調搬送波をサーキュレータ１７およびアンテナ１９を通して無線タグＢへ送信する（ステップＳ１９）。

無線タグＢ側では、ステップＳ１９で送信された無変調搬送波により電源生成部２５Ａが発生する電源電圧を使用して、メモリ２３にアクセスし、ＩＤデータに対応するデータの読み書きを行わせ（ステップＳ２０）、メモリ２３はそのデータの読み書きを行う（ステップＳ２１）。

メモリ２３からデータが読み出されると、変調処理部２４は、アンテナ２６を通じて受信した無変調搬送波を、読み出したデータに基づいてＰＳＫ変調し（ステップＳ２２）、これをアンテナ２６を通してリーダライタＡへ送信する。一般に、リーダライタＡから無線タグＢへ送信される無変調搬送波に対して、電源を持たない無線タグＢからリーダライタＡへ送信される変調波の電力レベルは低い。従って、このＰＳＫ変調波の中心周波数に対する高調波成分の電力レベルも低く、隣接周波数帯域への干渉・妨害を抑えることができる。

このとき、無線タグＢの電源生成部２５Ａが十分なレベルの電力の蓄積能力がある場合には、無線タグＢからリーダライタＡへのＰＳＫ変調波の出力前に、図４（ｄ）に示す、リーダライタＡから無線タグＢへの無変調搬送波の送出を行う必要はない。

また、図４(ｂ)や図４（ｄ）に示すように、リーダライタＡから無線タグ装置へ電源用の高電力レベルの無変調搬送波の送信後に、無線タグＢから図４(ｃ)や図４（ｅ）に示すように、ＰＳＫ変調したデータのみをリーダライタＡへ送信するようにすれば、この無線タグＢからのＰＳＫ変調波による隣接周波数帯域への干渉妨害を効果的に抑制することができる。

リーダライタＡでは、このＰＳＫ変調データをアンテナ１９およびサーキュレータ１７を介してベースバンド復調処理部１８に受けて、ＰＳＫ復調処理を行う（ステップＳ２３）。全体制御部１１ではこの復調処理結果から無線タグＢのデータを読み込んで、一連のデータの書き込みや読み出しを終了する（ステップＳ２４）。

なお、前記ＰＳＫ変調した変調波データは、リーダライタＡからの前記変調波データ送出後の無変調搬送波の無線タグＢへの送出中に、リーダライタＡへ送信するようにしてもよい。この期間では、図５（ａ）および図５(ｄ)に示すように、高レベルの無変調搬送波とＰＳＫ変調波とが時間軸で重なった状態となるが、このＰＳＫ変調波の電力レベルは低いため、このＰＳＫ変調波の中心周波数に対する高調波成分も図５（ｄ）に示すように低レベルとなり、隣接周波数帯域への干渉・妨害の度合いは小さくなる。

このように、リーダライタＡが無線タグＢへ送信する変調波の高調波成分の電力レベルは低く、この高調波成分が隣接周波数帯域へ干渉するのを防止しないため、図８に示す従来構成の無線タグＢからのデータの読み取り時にも、隣接周波数帯域へ妨害を与えることはなく、この無線タグＢの、図１に示す本発明のリーダライタＡへの適用が可能となる。

なお、このＲＦＩＤシステムでは搬送波の周波数を切り替えて送信を行う周波数ホッピング伝送方式を採用することができる。

上記したように、本発明は、書き込み用または読み取り用のデータを無線手段を介して送信するリーダライタＡと、リーダライタＡより受信した電波から電力を得て動作する無線タグＢとを備える無線タグシステムであって、リーダライタＡは、無変調搬送波を無線タグＢの動作電力として、また前記データを弱レベルの変調波として、前記無線タグに時分割で供給する時分割制御手段を持つことにより、隣接周波数帯域への干渉、妨害を抑制しながら、リーダライタＡと電源を持たないパッシブタイプの無線タグＢとの間で必要とする情報の通信を、リーダライタＡからの送信電力を大きくすることなく、比較的長い距離でも実現できる。

本発明のリーダライタ、及び無線タグシステムは、リーダライタとリーダライタが送信した電波から得られる電力を電力源として動作する無線タグ装置との間でのデータの送受信を、隣接周波数帯域への干渉、妨害を抑制しながら実現することができ、かつ、無線タグ装置のコスト上昇を抑えることができるという効果を奏し、リーダライタが送信した電波から得られる電力を電力源として動作する無線タグ装置から、ＩＤコードを含む各種情報を読み出す無線タグシステムの分野において有用である。

本発明の実施の形態の無線タグシステムにおけるリーダライタの構成図本発明の実施の形態の無線タグシステムにおける無線タグ装置の構成図本発明の実施の形態の無線タグシステムにおけるデータの書き込み、読み出し方法の実行手順を示すフローチャート本発明の実施の形態の無線タグシステムにおけるリーダライタおよび無線タグ装置間で送受信されるデータの第１説明図本発明の実施の形態の無線タグシステムにおけるリーダライタおよび無線タグ装置間で送受信されるデータの第２説明図従来の無線タグシステムにおけるリーダライタおよび無線タグ装置間での電波によるデータの送受信状態を示す説明図従来のリーダライタの構成図従来の無線タグ装置の構成図従来のリーダライタと無線タグ装置との間で送受信される変調波の波形の変化を示す説明図

符号の説明

１１全体制御部
１２通信制御部
１３メモリ
１４ベースバンド変調処理部
１５搬送波発信器
１６信号切替器
１７サーキュレータ
１８ベースバンド復調処理部
１９アンテナ
２０信号減衰器
２１復調処理部
２２Ａ全体制御部
２３メモリ
２４変調処理部
２５Ａ電源生成部

Claims

書き込み用または読み取り用のデータを持つ電波を無線タグ装置に送信し、送信する電波により前記無線タグ装置に電力を供給するリーダライタであって、
無変調搬送波を出力する搬送波発振器と、
前記搬送波発振器から出力された前記無変調搬送波を減衰させる信号減衰器と、
前記信号減衰器により減衰された前記無変調搬送波により前記データの変調を行って変調波を生成するベースバンド変調処理部と、
前記搬送波発振器から出力された前記無変調搬送波と前記ベースバンド変調処理部から出力された前記変調波とを切り替えて出力する信号切替器と、
前記信号切替器の出力を前記無線タグ装置に送信するアンテナと、
前記無変調搬送波と前記変調波との切り替えを前記信号切替器に指示する通信制御部と、を備えたリーダライタ。
前記通信制御部では、前記信号減衰器における前記無変調搬送波の減衰を制御することを特徴とする請求項１記載のリーダライタ。
請求項１または請求項２のいずれかに記載のリーダライタと、無線タグ装置とを備えた無線タグシステム。