タグ通信装置、タグ通信方法、およびタグ通信システム
【課題】 精度の高い出力制御が可能なタグ通信装置を実現する。
【解決手段】 送信処理部７は、タグ応答信号の送信を要求するＲ／Ｗ要求信号を互いに異なる搬送周波数でＲＦＩＤタグ１に対して２回送信する。位相情報取得部８Ａは、互いに異なる搬送周波数で送信されたタグ応答信号の位相をそれぞれ検出し、この位相差に基づいて距離算出部８Ｂが、リーダライタ２とＲＦＩＤタグ１との距離を算出する。出力制御部７Ｄは、距離算出部８Ｂで算出された距離に基づいて送信信号の出力レベルを制御する。
【解決手段】 送信処理部７は、タグ応答信号の送信を要求するＲ／Ｗ要求信号を互いに異なる搬送周波数でＲＦＩＤタグ１に対して２回送信する。位相情報取得部８Ａは、互いに異なる搬送周波数で送信されたタグ応答信号の位相をそれぞれ検出し、この位相差に基づいて距離算出部８Ｂが、リーダライタ２とＲＦＩＤタグ１との距離を算出する。出力制御部７Ｄは、距離算出部８Ｂで算出された距離に基づいて送信信号の出力レベルを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を介してＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信装置、タグ通信方法、およびタグ通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ（無線タグ）の利用が普及しつつある。ＲＦＩＤタグは、バーコードを代替するものとして特に物流の分野において期待を集めており、近い将来において広く普及することが予想されている。
【０００３】
別の無線通信システムである携帯電話システムでは、送信側と受信側との距離に応じた送信電力レベル（出力レベル）を制御している。例えば、受信レベルを測定し、その測定結果を利用して、送信側と受信側との距離に応じた出力レベルの制御が行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＲＦＩＤタグのリーダライタにおいても、上記の携帯電話システムと同様に、受信レベルに応じた出力レベル制御に関する技術がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５４９０５号公報（１９９９年６月８日公開）
【特許文献２】特表２００３−５３２２０３号公報（２００３年１０月２８日公表）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯電話端末における出力レベル制御は、例えば、２９〜９ｄＢｍの範囲で行われている。つまり、ダイナミックレンジが２０ｄＢである。
【０００６】
これに対して、パッシブタイプのＲＦＩＤタグとリーダライタの通信距離は、通常５ｍ以内である。そのため、リーダライタの出力レベルのダイナミックレンジは３ｄＢ以内である。
【０００７】
したがって、１ｄＢの出力レベル制御を行う場合、携帯電話端末では１／２０の影響度であるのに対し、ＲＦＩＤタグ用のリーダライタでは１／３の影響度となる。そのため、ＲＦＩＤタグと通信を行うリーダライタは、精度の高い出力レベル制御が要求される。
【０００８】
つまり、携帯電話システムや特許文献２のように受信レベルによる出力レベル制御を行う場合、ＲＦＩＤタグとリーダライタとの距離に応じた精度の高い出力レベル制御を行うことができない。そのため、リーダライタは、本来読み込まなくてもよい遠い領域に存在する不要なＲＦＩＤタグまで読み込んでしまうこととなる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度の高い出力制御が可能なタグ通信装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明のタグ通信装置は、ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信装置において、上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信部と、上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定部と、上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御部とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のタグ通信方法は、ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信方法において、上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信ステップと、上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定ステップと、上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御ステップとを含むことを特徴としている。
【００１２】
上記の構成および方法では、ＲＦＩＤタグから互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるタグ応答信号が受信されるようになっている。ここで、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるタグ応答信号において、各搬送周波数における信号の位相の状態は、該タグ応答信号を送信したＲＦＩＤタグとタグ通信装置との距離に応じて異なっている。この位相の状態は、距離に応じて極めて敏感に変化するものである。すなわち、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるタグ応答信号を解析することによって、ＲＦＩＤタグとタグ通信装置との距離をより精度よく算出することが可能となる。
【００１３】
そして、精度よく算出された距離に基づいて送信信号の出力レベルを制御するため、精度の高い出力制御が可能となる。そして、精度の高い距離測定結果に応じて出力レベルの制御を行うため、読み込むべきＲＦＩＤタグと通信可能な最小限の出力レベルにすることができる。その結果、省電力化を図ることができる。特に携帯型端末などに適用した場合に長時間のバッテリ運用が可能となる。さらに、必要最小限の出力レベルに抑えることができるため、他のシステムとの干渉を低減することができる。
【００１４】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記ＲＦＩＤタグが付けられた対象物を特定する対象物情報を取得する対象物情報取得部を備え、上記出力制御部は、さらに上記対象物情報取得部が取得した対象物情報に基づいて、上記出力レベルを制御する構成としてもよい。
【００１５】
ＲＦＩＤタグが付けられる対象物によっては、実際の物理的な距離よりも長い距離に応じた出力レベルを必要とする場合がある。例えば、誘電率の大きな対象物である。
【００１６】
しかしながら、上記の構成によれば、距離および対象物情報に基づいて出力レベルを制御するため、対象物に応じた適切な出力レベルの制御を行うことができる。これにより、読み込むべきＲＦＩＤタグと確実に通信を行うことができる。
【００１７】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御する構成としてもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、読み込むべきＲＦＩＤタグよりも遠い位置に存在するＲＦＩＤタグと通信しないため、省電力化を図ることができる。また、不要なＲＦＩＤタグを読み込む必要がないため、処理速度が高速化できる。また、タグ通信装置を設置する際、通信範囲にＲＦＩＤタグを配置するだけで、タグ通信装置の出力レベルの制御を簡単に行うことができる。
【００１９】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記タグ応答信号受信部が複数のＲＦＩＤタグからタグ応答信号を受信し、上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された上記複数のＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離の中から最長の距離を抽出し、抽出した距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御する構成としてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、複数のＲＦＩＤタグの中で最も遠い位置にあるＲＦＩＤタグと通信可能な必要最小限の出力レベルに制御される。これにより、読み込むべきＲＦＩＤタグと通信できなくなることがないとともに、省電力化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記出力制御部は、出力レベルの設定指示を取得したときに上記出力レベルの制御を行い、その後、設定した出力レベルを維持する構成としてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、一旦出力レベルの制御を行った後は、設定された最適な出力レベルが維持される。これにより、タグ通信装置を設置した際に設定指示を出すだけで出力レベルの制御を容易に行うことができる。
【００２３】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、ＲＦＩＤタグとの距離と、該距離に応じて予め定められた出力レベルとを対応付けた情報を記憶する出力情報記憶部を備える構成としてもよい。上記の構成によれば、距離に応じた出力レベルの算出処理を省略することができる。
【００２４】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、タグ応答信号の送信を要求する要求信号をＲＦＩＤタグに対して無線により送信する制御を行う送信制御部と、上記要求信号が互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるように制御する周波数制御部とを備える構成としてもよい。
【００２５】
上記の構成では、要求信号は、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信される。この場合、ＲＦＩＤタグは、要求信号を受信した時点で、該要求信号の搬送周波数に応じた搬送周波数からなるタグ応答信号を送信すればよいことになる。このようなＲＦＩＤタグは、例えば一般的に普及している安価なパッシブタイプのＲＦＩＤタグによって実現可能である。すなわち、上記の構成によれば、一般的に普及しているＲＦＩＤタグを用いて距離測定ならびに出力レベルを制御することが可能であり、特殊なＲＦＩＤタグを用いる必要がないことになる。よって、精度の高い出力レベルの制御が可能なシステムを容易かつ安価に構築することが可能となる。
【００２６】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記位置測定部が、互いに異なる複数の搬送周波数によって受信されたタグ応答信号の各搬送周波数における信号の位相情報を取得する位相情報取得部と、上記位相情報取得部によって取得された位相情報と搬送周波数とに基づいて上記距離を算出する距離算出部とを備えている構成としてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、タグ応答信号の各搬送周波数における信号の位相情報が取得され、この位相情報と搬送周波数とによって上記距離が算出される。ここで、詳細は後述するが、複数の搬送周波数による信号の位相情報と搬送周波数とが求められれば、距離を算出することが可能となる。すなわち、上記の構成によれば、上記距離の算出を的確に行うことができ、その結果一層精度の高い出力レベルの制御が可能なタグ通信装置を提供することができる。
【００２８】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記タグ応答信号受信部が、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信し、上記位相情報取得部が、各搬送周波数の信号のうち、信号の状態が距離を算出する上でより好ましい状態となっている２つの搬送周波数の信号を選択して、位相情報を取得する構成としてもよい。
【００２９】
上記の構成によれば、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によって要求信号が送信されることによって、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によるタグ応答信号が受信されることになる。ここで、タグ応答信号において、搬送周波数によっては、例えばマルチパスが発生することなどにより信号の状態が距離の算出に適していない状態となっていることも考えられる。これに対して、上記の構成によれば、互いに異なる３つ以上の搬送周波数のうち、信号の状態が距離を算出する上でより好ましい状態となっている２つの搬送周波数の信号が選択されて、これらに基づいて位相の検知が行われるので、位相の検知の精度を高めることが可能となる。よって、距離算出の精度が高まり、これに伴い、出力レベルの制御の精度を高めることが可能となる。
【００３０】
また、本発明のタグ通信システムは、上記本発明のタグ通信装置と、該タグ通信装置と無線通信を行う少なくとも１つのＲＦＩＤタグとを備えることを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、ＲＦＩＤタグとの通信を管理する上で、タグ通信装置の出力レベルの制御を精度よく行うシステムを容易に構築することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のタグ通信装置は、ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信部と、上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定部と、上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御部とを備える。これにより、精度の高い出力制御が可能となる。
【００３３】
また、本発明のタグ通信システムは、上記本発明のタグ通信装置と、該タグ通信装置と無線通信を行う少なくとも１つのＲＦＩＤタグとを備えることを特徴としている。
【００３４】
上記の構成によれば、ＲＦＩＤタグとの通信を管理する上で、タグ通信装置の出力レベルの制御を精度よく行うシステムを容易に構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図９に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３６】
（リーダライタの構成）
図２は、本実施形態に係るＲＦＩＤタグ通信システム（タグ通信システム）の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、ＲＦＩＤタグ通信システムは、１つ以上のＲＦＩＤタグ１…およびリーダライタ（タグ通信装置）２を備えた構成となっている。
【００３７】
ＲＦＩＤタグ１は、各種物品に取り付けられるものであり、取り付けられている物品あるいはそれに関連する物や人に関する情報を記憶するものである。このＲＦＩＤタグ１は、無線通信用ＩＣ（Integrated Circuit）、記憶部、およびアンテナなどを備えた構成となっている。本実施形態においては、ＲＦＩＤタグ１として、電池などの電源を有しておらず、リーダライタ２から電波で送電された電力によって回路が動作し、リーダライタ２と無線通信を行うパッシブタイプのＲＦＩＤタグを用いることが想定されている。なお、本実施形態において用いられるＲＦＩＤタグは、上記のようなパッシブタイプのＲＦＩＤタグに限定されるものではなく、電池などの電源を有するアクティブタイプのＲＦＩＤタグであっても構わない。
【００３８】
リーダライタ２は、各ＲＦＩＤタグ１との間で無線通信を行い、ＲＦＩＤタグ１に記憶されている情報の読み書きを行う装置である。なお、本実施形態では、リーダライタ２は、ＲＦＩＤタグ１に記憶されている情報の読み書きを行うものとしているが、これに限定されるものではなく、ＲＦＩＤタグ１に記憶されている情報の読み出しのみを行うＲＦＩＤリーダであってもよい。
【００３９】
本実施形態では、リーダライタ２が送受信する電波の周波数帯域は、８００ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ前後のいわゆるＵＨＦ帯としている。このような周波数帯域の電波を用いることにより、リーダライタ２は、数ｍ〜数１０ｍ程度の距離範囲内に位置するＲＦＩＤタグ１と通信可能となる。なお、本実施形態においては、ＵＨＦ帯を用いた通信を想定しているが、これに限定されるものではなく、ＲＦＩＤタグ向けの周波数帯域としての、１３．５６ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯などの周波数帯域を用いてもよく、さらには、無線による通信を行うことが可能なその他の周波数帯による通信が行われても構わない。
【００４０】
リーダライタ２は、送信アンテナ３、受信アンテナ（タグ応答信号受信部）４、送信処理部５、受信処理部（タグ応答信号受信部）６、通信制御部７、位置測定部８、および外部通信部９を備えた構成となっている。
【００４１】
送信アンテナ３は、ＲＦＩＤタグ１…に対して電波を送信するアンテナであり、受信アンテナ４は、ＲＦＩＤタグ１…から送られてきた電波を受信するアンテナである。この送信アンテナ３および受信アンテナ４は、例えばパッチアンテナやアレーアンテナなどによって構成される。なお、本構成例では、送信アンテナ３と受信アンテナ４とをそれぞれ別に設けているが、１つのアンテナを送信アンテナ３および受信アンテナ４の両方の機能を有するものとして用いる構成としてもよい。
【００４２】
受信処理部６は、受信アンテナ４において受信された受信信号の増幅、復調などの処理を行うブロックである。
【００４３】
位置測定部８は、ＲＦＩＤタグ１から受信した受信信号に基づいて、該ＲＦＩＤタグ１との距離を測定するブロックである。なお、リーダライタ２とＲＦＩＤタグ１との距離とは、厳密には、リーダライタ２における送信アンテナ３とＲＦＩＤタグ１との距離と、ＲＦＩＤタグ１と受信アンテナ４との距離の加算平均に相当する。また、ＲＦＩＤタグ１がアクティブタイプの場合には、受信アンテナ４とＲＦＩＤタグ１との距離に相当する。
【００４４】
通信制御部７は、通信対象となるＲＦＩＤタグ１に対して、送信アンテナ３および／または受信アンテナ４を介して情報の読み出しおよび／または書き込み制御、ならびに、位置測定部８によって測定された距離に応じて送信処理部５における送信信号の出力レベルの制御を行うブロックである。
【００４５】
送信処理部５は、送信アンテナ３から送信される送信信号の変調、増幅などの処理を行うブロックである。なお、送信処理部５は、通信制御部７によって、送信信号の搬送周波数および送信信号の出力レベルが制御される。
【００４６】
外部通信部９は、リーダライタ２において読み出されたＲＦＩＤタグ１の情報を外部装置に送信したり、外部装置からのＲＦＩＤタグ１に対する書き込み情報を受信したりするブロックである。外部装置と外部通信部９との間は、有線または無線によって通信接続されている。ここで、リーダライタ２によるＲＦＩＤタグ１に対する読み書き処理に基づいて動作する外部装置が、該リーダライタ２を内蔵する構成であっても構わない。
【００４７】
なお、上記リーダライタ２が備える通信制御部７、位置測定部８、および外部通信部９は、ハードウェアロジックによって構成されていてもよいし、ＣＰＵなどの演算手段が、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶手段に記憶されたプログラムを実行することにより実現する構成となっていてもよい。
【００４８】
ＣＰＵなどの演算手段および記憶手段によって上記の各構成を構成する場合、これらの手段を有するコンピュータが、上記プログラムを記録した記録媒体を読み取り、当該プログラムを実行することによって、通信制御部７、位置測定部８、および外部通信部９の各種機能および各種処理を実現することができる。また、上記プログラムをリムーバブルな記録媒体に記録することにより、任意のコンピュータ上で上記の各種機能および各種処理を実現することができる。
【００４９】
この記録媒体としては、コンピュータで処理を行うために図示しないメモリ、例えばＲＯＭのようなものがプログラムメディアであっても良いし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することにより読取り可能なプログラムメディアであっても良い。
【００５０】
また、何れの場合でも、格納されているプログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であることが好ましい。さらに、プログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であることが好ましい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。
【００５１】
また、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成であれば、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する記録媒体であることが好ましい。
【００５２】
さらに、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであることが好ましい。
【００５３】
（出力レベル制御に関する詳細構成）
次に、リーダライタ２における送信信号の出力レベル制御に関する詳細な構成について図１を参照しながら説明する。同図に示すように、送信処理部５は、周波数調整部としてのＰＬＬ（Phase Locked Loop）部５Ａ、変調部５Ｂ、および電力増幅部５Ｃを備えている。また、受信処理部６は、増幅部６Ａ、および周波数変換部６Ｂを備えている。また、位置測定部８は、位相情報取得部８Ａ、および距離算出部８Ｂを備えている。また、通信制御部７は、周波数制御部７Ａ、送信制御部７Ｂ、受信制御部７Ｃ、出力制御部７Ｄ、および出力テーブル記憶部（出力情報記憶部）７Ｅを備えている。
【００５４】
受信処理部６において、増幅部６Ａは、受信アンテナ４において受信された受信信号の増幅を行うブロックである。周波数変換部６Ｂは、増幅部６Ａにおいて増幅された受信信号の周波数を変換して、より低周波の信号に変換する処理を行うブロックである。
【００５５】
位置測定部８において、位相情報取得部８Ａは、周波数変換部６Ｂによって周波数変換された受信信号の位相を検出し、これを位相情報として取得するブロックである。距離算出部８Ｂは、位相情報取得部８Ａによって取得された位相情報に基づいて、該当ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離を算出するブロックである。この距離の算出方法の詳細については後述する。
【００５６】
通信制御部７において、周波数制御部７Ａは、ＰＬＬ部５Ａによって設定される搬送信号の周波数を制御するブロックである。送信制御部７Ｂは、変調部５Ｂに対して、送信信号を変調すべきデータを入力するブロックである。
【００５７】
また、通信制御部７の受信制御部７Ｃは、距離算出部８Ｂによって算出された距離情報を通信制御部７が受信する処理を行うブロックである。受信制御部７Ｃは、受信した距離情報を出力制御部７Ｄに出力する。
【００５８】
さらに、出力テーブル記憶部７Ｅは、ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離と、その距離を通信可能な最大限度距離とする送信信号の出力レベルとを対応付けたテーブルを記憶するものである。
【００５９】
図３は、出力テーブル記憶部７Ｅが記憶するテーブルの一例を示す図である。図示されるように、出力テーブル記憶部７Ｅは、例えば距離「１．０ｍ」と出力レベル「２１ｄＢｍ」とを対応付けて記憶している。この場合、出力レベル２１ｄＢｍで通信可能な最大距離が１．０ｍであることを示している。
【００６０】
また、通信制御部７の出力制御部７Ｄは、受信した各ＲＦＩＤタグ１の距離情報のうち最も長い距離に対応する出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅから読み出し、読み出した出力レベルになるように電力増幅部５Ｃの増幅率を制御するブロックである。出力制御部７Ｄは、図示しない入力部に入力された出力レベルの設定変更指示に応じて、送信信号の出力レベルの設定処理を行い、その後、次の設定変更指示を受けるまで、設定した出力レベルを維持する。
【００６１】
送信処理部５において、ＰＬＬ部５Ａは、送信アンテナ３から送信される送信信号の搬送周波数を設定するブロックであり、ＰＬＬ回路によって構成される。変調部５Ｂは、ＰＬＬ部５Ａによって生成された搬送信号に変調を加えて送信信号にデータを重畳させる処理を行う。本実施形態においては、変調部５Ｂは、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調によって送信信号を生成する。なお、送信信号の変調方式としては、上記のＡＳＫ変調に限定されるものではなく、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調など、その他のデジタル変調方式を採用してもよい。
【００６２】
また、送信処理部５の電力増幅部５Ｃは、送信信号の増幅を行うブロックである。電力増幅部５Ｃは、通信制御部７の出力制御部７Ｄによって設定された出力レベルになるように送信信号の増幅を行う。
【００６３】
（距離測定の方法）
次に、距離測定処理の詳細について説明する。本実施形態においては、リーダライタ２がＲＦＩＤタグ１に対してＲ／Ｗ要求信号（要求信号）を送信し、ＲＦＩＤタグ１がこれに応じてタグ応答信号を返信するようになっている。この様子を図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す。
【００６４】
リーダライタ２は、常に特定の信号を送信している一方、ＲＦＩＤタグ１に対してタグ応答信号を送信することを要求する時に、図４（ｂ）に示すように、タグ応答信号の返信を要求するＲ／Ｗ要求信号を送信する。すなわち、リーダライタ２における送信制御部７Ｂは、定常状態では定常状態を示すデータを送信するように変調部５Ｂを制御し、タグ応答信号を要求する際には、Ｒ／Ｗ要求信号を構成するデータを送信するように変調部５Ｂを制御する。ＲＦＩＤタグ１は、常にリーダライタ２から送られてくる信号を監視し、Ｒ／Ｗ要求信号を受信したことを検知すると、それに応答する形でタグ応答信号を送信する。
【００６５】
タグ応答信号は、図４（ｃ）に示すように、プリアンブル部とデータ部とによって構成されている。プリアンブル部は、タグ応答信号の始まりを示すデータを示しており、同一規格（例えばＥＰＣ（Electronic Product Code））内であれば、全てのＲＦＩＤタグ１に共通の所定のデータとなっている。データ部は、プリアンブル部に引き続いて送信されるものであり、ＲＦＩＤタグ１から送信される実質的な情報を示すデータを示している。このデータ部に含まれる情報としては、例えば各ＲＦＩＤタグ１に固有のＩＤ情報などが挙げられ、ＲＦＩＤタグ１が貼り付けられる対象物を特定する対象物情報が含まれる。他に、ＲＦＩＤタグ１から送信すべき情報、例えばＲＦＩＤタグ１内の記憶部に格納されている各種情報などを含んでいてもよい。
【００６６】
そして、リーダライタ２は、Ｒ／Ｗ要求信号を２回送信するとともに、各Ｒ／Ｗ要求信号の送信における搬送周波数を互いに異ならせている。すなわち、リーダライタ２における周波数制御部７Ａは、１回目のＲ／Ｗ要求信号の送信時には、第１の周波数ｆ１で搬送信号を出力するようにＰＬＬ部５Ａを制御し、２回目のＲ／Ｗ要求信号の送信時には、第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２で搬送信号を出力するようにＰＬＬ部５Ａを制御する。この状態を、図５に示す。
【００６７】
同図に示すように、第１の周波数ｆ１で送信されたＲ／Ｗ要求信号をＲＦＩＤタグ１が受信すると、同じく第１の周波数ｆ１でタグ応答信号が返信される。そして、リーダライタ２では、位相情報取得部８Ａが受信したタグ応答信号のプリアンブル部を解析することによって、タグ応答信号の位相の変化を示すφ１を検出する。同様に、第２の周波数ｆ２で送信されたＲ／Ｗ要求信号をＲＦＩＤタグ１が受信すると、同じく第２の周波数ｆ２でタグ応答信号が返信される。そして、リーダライタ２では、位相情報取得部８Ａが受信したタグ応答信号のプリアンブル部を解析することによって、タグ応答信号の位相の変化を示すφ２を検出する。
【００６８】
なお、上記の例では、タグ応答信号の位相の変化は、プリアンブル部を解析することによって検出するようになっているが、これに限定されるものではなく、データ部をも含めて位相の変化を検出してもよいし、データ部において位相の変化を検出してもよい。ただし、変調方式がＰＳＫである場合には、内容が変化しうるデータ部に基づいて、距離に伴う位相の変化を検出することは困難となるので、内容が固定であるプリアンブル部において位相の変化を検出することが好ましい。
【００６９】
以上のようにして、位相情報取得部８Ａが位相の変化φ１およびφ２を検出すると、この位相の変化の情報が距離算出部８Ｂに伝送される。距離算出部８Ｂは、φ１およびφ２に基づいて、ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離を以下のように算出する。
【００７０】
まず、送信アンテナ３からＲＦＩＤタグ１までの距離、および、受信アンテナ４からＲＦＩＤタグ１までの距離を等しいものと仮定し、これを距離ｒとする。第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２によって搬送される信号が往復２ｒの距離を伝搬することによって生じる位相の変化φ１およびφ２は、次の式で表される。
【００７１】
【数１】
【００７２】
上式において、ｃは光速を表している。上記の２つの式に基づいて、距離ｒは、次の式で求められる。
【００７３】
【数２】
【００７４】
以上のようにして、位相の変化φ１およびφ２に基づいて、送信アンテナ３からＲＦＩＤタグ１までの距離ｒを求めることができる。なお、ＲＦＩＤタグ１において、Ｒ／Ｗ要求信号を受信してからタグ応答信号を送信する間に、位相のずれが生じることが予想されるが、この位相のずれは、第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２によって搬送される信号のどちらにおいても同じ量となる。よって、ＲＦＩＤタグ１における信号の送受信時に生じる位相のずれは、上記の距離の算出に影響を与えることはない。
【００７５】
なお、数２において、Δφが２π以上となっている場合には、距離ｒを的確に算出することができない。すなわち、測定可能な距離ｒの最大値ｒｍａｘは、Δφ＝２πの時であり、次の式で表される。
【００７６】
【数３】
【００７７】
ここで、例えば第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差を５ＭＨｚとした場合、数３より最大距離ｒｍａｘは３０ｍとなる。また、同様に、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差を２ＭＨｚとした場合、数３より最大距離ｒｍａｘは７５ｍとなる。ＵＨＦ帯を利用したＲＦＩＤ通信システムにおいて、想定される最大通信距離は１０ｍ程度であるので、上記のような測定は実用上問題がないことがわかる。
【００７８】
なお、上記の最大距離ｒｍａｘ以上の測定が必要となる場合であっても、例えば受信信号の受信強度の測定を併用することによって、距離ｒの測定を行うことが可能である。具体的には、Δφが２π以上となる可能性がある場合、距離ｒの候補ｒ’は、ｒ’＝ｒ＋ｎ・ｒｍａｘ（ｎは０以上の整数）となる。よって、受信信号の受信強度は、距離ｒが長くなる程小さくなることを利用することによって、上記のｎの値を特定することが可能となる。
【００７９】
なお、アクティブタイプのＲＦＩＤタグを用いる場合には、リーダライタ２側からＲ／Ｗ要求信号を送信せずに、ＲＦＩＤタグ側から能動的に送られるタグ応答信号に基づいて、距離の測定を行うようになっていてもよい。
【００８０】
（出力レベルの設定処理の流れ）
次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、入力部にレベル設定変更指示が入力されたときの、リーダライタ２における送信信号出力レベルの設定処理の流れについて説明する。
【００８１】
出力レベルの設定変更指示が入力されると、出力制御部７Ｄは、電力増幅部５Ｃにおける出力レベルを初期値（通常、最大限の出力レベルとなっている）に設定する（Ｓ１）。
【００８２】
次に、周波数制御部７Ａが、Ｒ／Ｗ要求信号を送信する際の搬送信号の周波数を第１の周波数ｆ１となるようにＰＬＬ部５Ａを制御する（Ｓ２）。そして、送信制御部７Ｂが、Ｒ／Ｗ要求信号を示すデータを搬送信号に重畳させるように変調部５Ｂを制御する。
【００８３】
続いて、電力増幅部５Ｃは、変調部５Ｂによって変調された送信信号を、Ｓ１で設定された最大限の出力レベルになるように増幅する。その後、増幅された送信信号が送信アンテナ３から送信される（Ｓ３）。
【００８４】
次に、出力レベルの設定処理のために予め配置された複数の対象物の各々に付けられたＲＦＩＤタグ１がＲ／Ｗ要求信号を検出すると、タグ応答信号を返信する。このタグ応答信号を受信アンテナ４が受信し、受信処理部６が受信処理を行う（Ｓ４）。
【００８５】
その後、受信制御部７Ｃは、各ＲＦＩＤタグ１から受信すべき全ての周波数の受信信号を受信したか否かを判定し、全て受信していないと判定された場合（Ｓ５においてＮＯ）には、Ｓ２からの処理に戻る。ここで、上記の例では、受信信号の周波数としては、第１および第２の周波数が想定されているので、受信制御部７Ｃは、第１および第２の周波数の受信信号をともに受信したか否かを判定することになる。
【００８６】
この時点では、第１の周波数の受信信号のみを受信しているので、Ｓ２からの処理が行われることになる。そして、２回目のＳ２の処理において、周波数制御部７Ａが、Ｒ／Ｗ要求信号を送信する際の搬送信号の周波数を第２の周波数となるようにＰＬＬ部５Ａを制御する。その後、Ｓ３、Ｓ４の処理が行われ、受信すべき全ての周波数の受信信号を受信したと判定され（Ｓ５においてＹＥＳ）、Ｓ６の処理に移行する。
【００８７】
Ｓ６では、位相情報取得部８Ａが各ＲＦＩＤタグ１からの受信信号の位相情報を取得し、Ｓ７において、取得された位相情報に基づいて、距離算出部８Ｂが各ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離を上記した手法によって算出する。算出された各ＲＦＩＤタグ１の距離情報は、受信制御部７Ｃを介して、出力制御部７Ｄに伝送される。
【００８８】
次に、Ｓ８において、出力制御部７Ｄは、各ＲＦＩＤタグ１に対応する距離情報の中から、最長の距離を抽出する。つまり、出力制御部７Ｄは、配置された複数のＲＦＩＤタグ１の中で最も遠い位置にあるＲＦＩＤタグ１との距離を抽出する。
【００８９】
そして、Ｓ９において、出力制御部７Ｄは、抽出した最長距離に対応する出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅから読み出し、電力増幅部５Ｃにおける増幅後の送信信号の出力レベルが読み出した出力レベルになるように設定する。その後、次の設定変更指示を受けるまでの間、設定した出力レベルを維持する。すなわち、出力レベルの設定後、配置された複数のＲＦＩＤタグ１の中で最も遠い位置にあるＲＦＩＤタグ１との距離以下の範囲にあるＲＦＩＤタグ１のみと通信可能となる。以上により、出力レベルの設定処理を終了する。
【００９０】
（受信処理部の具体例）
次に、増幅率の制御の基となるＲＦＩＤタグ１との距離測定における受信信号の位相を検出する処理を行う受信処理部６の具体的な構成について、図７を参照しながら以下に説明する。この具体例では、受信処理部６は、受信信号をＩ信号とＱ信号とに分離して位置測定部８に入力することによって、位置測定部８における位相の検出処理を可能とさせるものとなっている。同図に示すように、受信処理部６は、増幅部６Ａとしての２つの増幅部６Ａ１・６Ａ２、周波数変換部６Ｂとしてのミキサ６Ｂ１・６Ｂ２および９０°移相部６Ｂ３を備えている。
【００９１】
受信アンテナ４で受信された受信信号は、２つの経路に分岐し、一方は増幅部６Ａ１に入力され、他方は増幅部６Ａ２に入力される。増幅部６Ａ１は、入力された受信信号を増幅してミキサ６Ｂ１に入力する。増幅部６Ａ２は、入力された受信信号を増幅してミキサ６Ｂ２に入力する。
【００９２】
ミキサ６Ｂ１は、増幅部６Ａ１から入力された受信信号と、ＰＬＬ部５Ａから出力された搬送信号とを足し合わせることによってＩ信号を出力し、このＩ信号を位相情報取得部８Ａに入力する。ミキサ６Ｂ２は、増幅部６Ａ２から入力された受信信号と、ＰＬＬ部５Ａから出力され、９０°移相部６Ｂ３を介して位相が９０°変化させられた搬送信号とを足し合わせることによってＱ信号を出力し、このＱ信号を位相情報取得部８Ａに入力する。
【００９３】
以上の構成において行われる受信処理および距離ｒの算出処理の詳細について以下に説明する。
【００９４】
往復２ｒの距離を伝搬してリーダライタ２において受信される信号は、搬送信号の周波数をｆ１とすると、次の式で表される。
【００９５】
【数４】
【００９６】
上式において、ｔは時間、ｓ１（ｔ）は周波数ｆ１の搬送信号によって伝送される信号の状態、Ｄ（ｔ）は変調部５ＢにおいてＡＳＫ変調が行われた場合のベースバンド信号、Ａは搬送信号自体の振幅、φ１は往復２ｒの距離を伝搬することによる位相の変化をそれぞれ示している。この場合、ミキサ６Ｂ１によって出力されるＩ信号の状態を示すＩ１（ｔ）、および、ミキサ６Ｂ２によって出力されるＱ信号の状態を示すＱ１（ｔ）は、次の式で表される。
【００９７】
【数５】
【００９８】
【数６】
【００９９】
以上より、Ｉ信号およびＱ信号に基づいて、周波数ｆ１の搬送信号による信号の位相の変化φ１は、次の式で求められる。
【０１００】
【数７】
【０１０１】
同様に、周波数ｆ２の搬送信号による信号の位相の変化φ２は、次の式で求められる。
【０１０２】
【数８】
【０１０３】
以上のようにして、位相情報取得部８Ａは、入力されたＩ信号およびＱ信号に基づいて、位相の変化φ１およびφ２を取得する。そして、距離算出部８Ｂは、距離ｒを次の式によって算出する。
【０１０４】
【数９】
【０１０５】
（ＲＦＩＤタグ通信システムの適用例）
次に、本実施形態に係るＲＦＩＤタグ通信システムの具体的な適用例について説明する。図８（ａ）（ｂ）は、物品の流通が行われるシステムにおいて、流通される物品の検査・確認などを行うシステムに本ＲＦＩＤタグ通信システムを適用した場合の例を示している。
【０１０６】
まず、リーダライタ２を設置する際には、図８（ａ）に示されるように、ＲＦＩＤタグ１が通過すると想定される領域（想定エリア）にのみ、１つ以上のＲＦＩＤタグ１を配置する。このとき、想定エリアにおいて、リーダライタ２から最も遠い位置にＲＦＩＤタグ１を配置することが好ましい。これにより、出力レベルを所望の値に設定できる。
【０１０７】
そして、リーダライタ２の位置測定部８は、互いに異なる２つの周波数の受信信号を用いて、各ＲＦＩＤタグ１との距離を測定する。これにより、従来の受信レベル強度を用いた距離測定に比べて、精度良く距離を測定することができる。なお、図８（ａ）では、位置測定部８は、想定エリアに予め配置された２つのＲＦＩＤタグ１との距離２ｍおよび３ｍを測定結果として得ている。
【０１０８】
そして、出力制御部７Ｄが、位置測定部８から出力された距離情報の中から最長距離（ここでは、３ｍ）を抽出し、抽出した最長距離が通信可能な最大限度距離となる出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅから読み出す。さらに、出力制御部７Ｄは、読み出した出力レベルになるように電力増幅部５Ｃにおける増幅率を設定する。
【０１０９】
これにより、図８（ｂ）に示されるように、上記出力レベルの設定処理後において、リーダライタ２は、送信信号の出力レベルの設定変更指示を受けたときの想定エリア内に位置するＲＦＩＤタグ１のみと通信し、想定エリア外に配置されたＲＦＩＤタグ１と通信することがなくなる。ここで、上述したように、位置測定部８が互いに異なる２つの周波数の受信信号を用いることで従来よりも精度良くＲＦＩＤタグ１との距離を測定しているため、リーダライタ２は、通信可能な想定エリアの範囲を精度良く設定することができる。
【０１１０】
また、リーダライタ２の通信可能な範囲を必要最小限に抑えることができるため、ＲＦＩＤタグ通信システムと他のシステムとの干渉が低減する。つまり、リーダライタ間の干渉が低減され、携帯電話システムなどへの影響が低減される。
【０１１１】
このように、本実施形態によれば、流通される物品の検査・確認などを行うシステムにおいて、リーダライタ２における送信信号の出力レベルの設定、つまり、リーダライタ２の通信可能な範囲の設定を簡単に行うことができる。これにより、リーダライタ２を様々なシステムに設置する際の初期設定処理を短時間で行うことができる。
【０１１２】
さらに、該出力レベルの設定が互いに異なる２つの周波数を用いて測定された距離に基づいて行われる。互いに異なる２つの周波数を用いる場合、従来の受信信号の強度を基に測定した距離と比べて精度が向上する。そのため、出力レベル設定においても精度が向上する。
【０１１３】
（変形例）
本実施形態では、出力制御部７Ｄが、複数のＲＦＩＤタグ１の中の最長距離を通信可能な最大限度距離とする出力レベルを、出力テーブル記憶部７Ｅから読み出すものとした。しかしながら、これに限らず、出力制御部７Ｄが、距離と該距離を通信可能な最大限度距離とする出力レベルとの関係式により、最長距離から出力レベルを算出してもよい。
【０１１４】
また、本実施形態では、送信信号の増幅率を設定する際、互いに異なる２つの周波数のタグ応答信号を基に距離を測定し、測定された距離を基に送信信号の出力レベルを設定するものとした。この互いに異なる２つの周波数のタグ応答信号を基に距離を測定する方法として、以下の方法も用いてもよい。
【０１１５】
≪多周波数を用いた距離測定≫
まず、リーダライタ２が、互いに異なる周波数からなる３つ以上のＲ／Ｗ要求信号を送信し、それぞれに対するタグ応答信号を受信する。そして、受信信号のうちで、Ｓ／Ｎがより高く、かつ、Ｉ信号・Ｑ信号のレベルがより高い受信信号を２つ選択し、この選択した２つの受信信号に基づいて位相検出および位置算出を行う。
【０１１６】
以上の処理によって、距離算出に用いられる２つの周波数の受信信号を、マルチパスによる影響を受けることによってＳ／Ｎが劣化している受信信号や、Ｉ信号およびＱ信号のいずれかが著しく小さくなっている受信信号を排除して選択することが可能となる。これにより、距離算出の精度をどのような状況でも高い状態に保つことが可能となる。
【０１１７】
≪ＭＵＳＩＣ法を応用した距離算出方法≫
上記の例では、２つの周波数における受信信号の位相を検出し、これらに基づいて上記数９の式によって距離ｒを算出している。これに対して、以下に示すように、高分解能スペクトラム解析法の１つであるＭＵＳＩＣ(MUltiple SIgnal Classification)法の考え方を応用することによって距離ｒを算出することが可能となる。
【０１１８】
ＭＵＳＩＣ法とは、従来、電波の到来方向を推定する手法として広く知られている。このＭＵＳＩＣ法では、複数のアンテナ素子によって受信された受信信号を解析することによって、電波の到来方向を推定するようになっている。これに対して、本発明者は、従来のＭＵＳＩＣ法による到来方向推定における各アンテナ素子からの受信信号を、上記の各周波数の受信信号に置き換え、ＭＵＳＩＣ法における適用モデル（モードベクトル）（以下の数１０）を以下の数１１のように変えることによって、距離ｒの推定を行うことが可能となることを見いだした。
【０１１９】
【数１０】
【０１２０】
【数１１】
【０１２１】
以下に、ＭＵＳＩＣ法を応用した距離測定処理の詳細について説明する。なお、以下で示す距離測定処理は、位置測定部８において行われる。
【０１２２】
周波数ｆ１の受信信号において、Ｉ信号の状態を示すＩ１（ｔ）、および、Ｑ信号の状態を示すＱ１（ｔ）は、前記した数５および数６のように表される。ここで、周波数ｆ１の受信信号を複素表現で表したｘ１（ｔ）は、次の式で表される。
【０１２３】
【数１２】
【０１２４】
同様に、周波数ｆｎの受信信号を複素表現で表したｘｎ（ｔ）は、次の式で表される。
【０１２５】
【数１３】
【０１２６】
ここで、受信信号をＮ通りの周波数で受信した場合を考えると、周波数ｆ１〜ｆＮの受信信号に基づいて、以下に示される相関行列Ｒｘｘが生成される。
【０１２７】
【数１４】
【０１２８】
上式において、Ｈは複素共役転置、Ｅ［］は時間平均を示している。次に、上記で求められた相関行列Ｒｘｘの固有値分解を次式のように行う。
【０１２９】
【数１５】
【０１３０】
上式において、ｅｉはＲｘｘの固有ベクトル、μｉは固有値、σ２は雑音電力を示している。これらより以下の関係が成り立つ。
【０１３１】
【数１６】
【０１３２】
【数１７】
【０１３３】
上記より、ＭＵＳＩＣ法におけるモードベクトルおよびＭＵＳＩＣ評価関数ＰＭＵＳＩＣは以下のように与えられる。
【０１３４】
【数１８】
【０１３５】
上式において、ｒを変化させることによって、図９（ｂ）に示すようなグラフが得られる。このグラフにおいて、横軸をｒ、縦軸をＰＭＵＳＩＣとしている。このグラフに示すように、評価関数ＰＭＵＳＩＣにはピークが生じており、このピークが生じているｒの値が、算出すべき距離ｒに相当することになる。
【０１３６】
なお、図９（ｂ）に示すグラフでは、評価関数ＰＭＵＳＩＣのピークは一箇所にのみ表れているが、他の箇所にもピークが表れることもある。これは、図９（ａ）に示すように、マルチパスの影響を受けた場合に、そのマルチパスに相当する距離の部分でピークが表れるからである。しかしながら、マルチパスに相当する距離は、算出すべき距離ｒよりも長くなるので、ピークが生じている距離のうち、最も小さいｒを算出すべき距離ｒとすることによって、マルチパスが生じていても、的確に距離ｒを算出することが可能となる。
【０１３７】
なお、他の高分解能スペクトラム解析法、例えば、Beamformer法、Capon法、ＬＰ(Linear Prediction)法、Min-Norm法、およびＥＳＰＲＩＴ法などを距離測定に応用してもよい。
【０１３８】
〔実施形態２〕
上記実施形態１では、出力制御部７Ｄが位置測定部８で測定された距離を基に、送信信号の出力レベルを制御するものとした。ただし、ＲＦＩＤタグ１が貼り付けられている対象物によって、適切な送信信号の出力レベルが異なる場合がある。例えば、実際の物理的距離が１ｍであったとしても、そのＲＦＩＤタグ１が誘電率の大きな対象物に貼り付けられている場合、３ｍの物理的距離に相当する出力レベルでないと正常通信できないことがある。
【０１３９】
本実施形態は、距離だけではなく、対象物によっても適切な出力レベルを制御できる形態である。図１０は、本実施形態に係るリーダライタ２ａの構成を示すブロック図である。
【０１４０】
図１０に示されるように、リーダライタ２ａは、上記リーダライタ２と比較して、受信制御部７Ｃの代わりに受信制御部（対象物情報取得部）７Ｃａを、出力制御部７Ｄの代わりに出力制御部７Ｄａを、出力テーブル記憶部７Ｅの代わりに出力テーブル記憶部（出力情報記憶部）７Ｅａを備え、さらに、受信処理部６がプリアンブル抽出部６Ｃを備える点で異なる。その他の構成については図１に示す構成と同様であるのでここではその説明を省略する。
【０１４１】
プリアンブル抽出部（対象物情報取得部）６Ｃは、ミキサ６Ｂから出力されるタグ応答信号におけるプリアンブル部を抽出してこれを位置測定部８に伝送するとともに、タグ応答信号におけるデータ部を受信フレームとして通信制御部７における受信制御部７Ｃａに伝送する。位置測定部８は、プリアンブル部を解析することによって上記のように距離を測定し、測定した情報を受信制御部７Ｃａに伝送する。
【０１４２】
受信制御部７Ｃａは、プリアンブル抽出部６Ｃから受信したデータ部を解析することによって、該タグ応答信号を送信したＲＦＩＤタグ１のＩＤ情報を認識する。なお、ＩＤ情報には、貼り付けられている対象物を特定する対象物情報が含まれている。また、受信制御部７Ｃａは、上記受信制御部７Ｃと同様に、位置測定部８から測定されたＲＦＩＤタグ１の距離情報を受ける。受信制御部７Ｃａは、上記距離情報と上記対象物情報とを出力制御部７Ｄａに出力する。
【０１４３】
出力テーブル記憶部７Ｅａは、対象物情報と、ＲＦＩＤタグ１との物理的な距離と、この対象物がこの距離に位置しているときの、ＲＦＩＤタグ１と正常に通信可能な送信信号の出力レベル（適切出力レベル）とを対応付けて記憶するメモリである。
【０１４４】
図１１は、出力テーブル記憶部７Ｅａが記憶するテーブルの一例を示す図である。図示されるように、出力テーブル記憶部７Ｅａは、例えば、対象物「空段ボール」と距離「１．５ｍ」と出力レベル「２５ｄＢｍ」とを対応付けて記憶している。この場合、リーダライタ２ａから１．５ｍだけ離れた位置にあり、空段ボールに貼り付けられたＲＦＩＤタグ１と通信可能な出力レベルが、２５ｄＢｍ以上であることを示している。
【０１４５】
出力制御部７Ｄａは、受信制御部７Ｃａから受けた対象物情報と距離情報とに対応する適切出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅａから読み出し、送信信号が読み出した適切出力レベルになるように電力増幅部を制御するブロックである。なお、出力制御部７Ｄａは、複数のＲＦＩＤタグ１に対応する距離情報を受信制御部７Ｃａから受けた場合、その中で最も長い距離と対象物情報とに対応する適切出力レベルを読み出す。
【０１４６】
次に、本実施形態における電力制御の処理手順の流れについて図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１４７】
まず、上記実施形態１におけるＳ１からＳ８と同様の処理Ｓ１１からＳ１８が行われる。
【０１４８】
その後、Ｓ１９において、受信制御部７Ｃａは、ＲＦＩＤタグ１のＩＤ情報に含まれる対象物情報を取得し、取得した対象物情報を出力制御部７Ｄａに出力する。
【０１４９】
続いて、Ｓ２０において、出力制御部７Ｄａは、Ｓ１５で測定された距離の中で最も長い距離と、Ｓ１９で受けた対象物情報とに対応する適切出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅａから読み出す。そして、出力制御部７Ｄａは、送信信号が読み出した適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御する。以上により、出力レベルの設定処理を終了する。
【０１５０】
なお、上記説明では、出力制御部７Ｄａは、受信信号のデータ部から抽出した対象物情報を基に、適切出力レベルを設定するものとした。しかしながら、出力制御部７Ｄａは、対象物情報を、図示しない入力部から取得していもよい。これにより、ＲＦＩＤタグ１に対象物情報が含まれていない場合であっても、利用者が入力部に対象物情報を入力することで、出力制御部７Ｄａは、対象物と距離に応じた適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御することができる。
【０１５１】
なお、上記実施形態２では、ＲＦＩＤタグ１から送信されるデータ部の対象物情報とＲＦＩＤタグ１との距離とに応じた適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御したが、距離に応じた制御が不要である場合、出力制御部７Ｄａは、データ部の対象物情報のみに応じた適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御してもよい。この場合、出力テーブル記憶部７Ｅａは、対象物情報と該対象物に適切な出力レベルとを対応付けて記憶していればよい。なお、対象物情報は、例えば、ＲＦＩＤタグ１が貼り付けられた対象物が液体なのか、金属体なのか、乾燥物なのか示す情報である。これにより、対象物に合せて出力レベルを制御することができる。
【０１５２】
なお、上記説明では、リーダライタ２ａが対象物情報とＲＦＩＤタグ１との距離と適切出力レベルとを対応付けたテーブルを記憶する出力テーブル記憶部７Ｅａを備える構成とした。しかしながら、これに限らず、ＲＦＩＤタグ１内に、対象物情報の他に、該対象物に応じた距離と適切出力レベルとを対応付けたテーブルが格納されていてもよい。この場合、リーダライタ２ａは、受信したデータ部から、対象物に応じた距離と適切出力レベルとを対応付けたテーブルを読み出し、該テーブルに応じて出力レベルの設定を行えばよい。
【０１５３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明に係るタグ通信装置およびこれを備えたタグ通信システムは、例えば上記した流通される物品の検査・確認などを行うシステム、店舗などにおいて、商品の盗難監視などを行うシステム、駅や映画館などの改札が必要となる場所に設置される改札システム、キーレスエントリシステムなどの用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】実施形態１に係るＲＦＩＤタグ通信システムが備えるリーダライタにおいて、送信信号の出力レベルを制御するための構成の概略を示すブロック図である。
【図２】上記ＲＦＩＤタグ通信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態１に係るリーダライタが備える出力テーブル記憶部の一記憶例を示す図である。
【図４】（ａ）は、リーダライタとＲＦＩＤタグとの間でＲ／Ｗ要求信号およびタグ応答信号の送受信が行われる状態を示す図であり、（ｂ）は、Ｒ／Ｗ要求信号の送信状態を示す図であり、（ｃ）は、タグ応答信号の送信状態を示す図である。
【図５】２つの異なる周波数によるＲ／Ｗ要求信号およびタグ応答信号の送受信が行われた際の位相の変化を示す図である。
【図６】実施形態１における出力レベルの設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】位相の検出を行うことを可能とする受信処理部の具体的な構成を含むリーダライタの概略構成を示すブロック図である。
【図８】流通される物品の検査・確認などを行うシステムに本ＲＦＩＤタグ通信システムを適用した場合の例を示す図であり、（ａ）は、出力レベルの設定時を示し、（ｂ）は、出力レベルの設定後を示している。
【図９】（ａ）は、リーダライタとＲＦＩＤタグとの通信においてマルチパスが生じている状態を示す図であり、（ｂ）は、距離に対するＭＵＳＩＣ評価関数の変化を示すグラフである。
【図１０】実施形態２に係るリーダライタにおける、送信信号の出力レベルを制御するための構成の概略を示すブロック図である。
【図１１】実施形態２に係るリーダライタが備える出力テーブル記憶部の一記憶例を示す図である。
【図１２】実施形態２における出力レベルの設定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１５６】
１ ＲＦＩＤタグ
２・２ａ リーダライタ（タグ通信装置）
３ 送信アンテナ
４ 受信アンテナ（タグ応答信号受信部）
４Ａ 第１アンテナ素子
４Ｂ 第２アンテナ素子
５ 送信処理部
５Ａ ＰＬＬ部
５Ｂ 変調部
５Ｃ 電力増幅部
６ 受信処理部（タグ応答信号受信部）
６Ａ・６Ａ１・６Ａ２ 増幅部
６Ｂ 周波数変換部
６Ｂ１・６Ｂ２ ミキサ
６Ｂ３ ９０°移相部
６Ｃ プリアンブル抽出部
７ 通信制御部
７Ａ 周波数制御部
７Ｂ 送信制御部
７Ｃ 受信制御部
７Ｃａ 受信制御部（対象物情報取得部）
７Ｄ・７Ｄａ 出力制御部
７Ｅ・７Ｅａ 出力テーブル記憶部（出力情報記憶部）
８ 位置測定部
８Ａ 位相情報取得部
８Ｂ 距離算出部
９ 外部通信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を介してＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信装置、タグ通信方法、およびタグ通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ（無線タグ）の利用が普及しつつある。ＲＦＩＤタグは、バーコードを代替するものとして特に物流の分野において期待を集めており、近い将来において広く普及することが予想されている。
【０００３】
別の無線通信システムである携帯電話システムでは、送信側と受信側との距離に応じた送信電力レベル（出力レベル）を制御している。例えば、受信レベルを測定し、その測定結果を利用して、送信側と受信側との距離に応じた出力レベルの制御が行われている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＲＦＩＤタグのリーダライタにおいても、上記の携帯電話システムと同様に、受信レベルに応じた出力レベル制御に関する技術がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５４９０５号公報（１９９９年６月８日公開）
【特許文献２】特表２００３−５３２２０３号公報（２００３年１０月２８日公表）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯電話端末における出力レベル制御は、例えば、２９〜９ｄＢｍの範囲で行われている。つまり、ダイナミックレンジが２０ｄＢである。
【０００６】
これに対して、パッシブタイプのＲＦＩＤタグとリーダライタの通信距離は、通常５ｍ以内である。そのため、リーダライタの出力レベルのダイナミックレンジは３ｄＢ以内である。
【０００７】
したがって、１ｄＢの出力レベル制御を行う場合、携帯電話端末では１／２０の影響度であるのに対し、ＲＦＩＤタグ用のリーダライタでは１／３の影響度となる。そのため、ＲＦＩＤタグと通信を行うリーダライタは、精度の高い出力レベル制御が要求される。
【０００８】
つまり、携帯電話システムや特許文献２のように受信レベルによる出力レベル制御を行う場合、ＲＦＩＤタグとリーダライタとの距離に応じた精度の高い出力レベル制御を行うことができない。そのため、リーダライタは、本来読み込まなくてもよい遠い領域に存在する不要なＲＦＩＤタグまで読み込んでしまうこととなる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、精度の高い出力制御が可能なタグ通信装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明のタグ通信装置は、ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信装置において、上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信部と、上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定部と、上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御部とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明のタグ通信方法は、ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信方法において、上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信ステップと、上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定ステップと、上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御ステップとを含むことを特徴としている。
【００１２】
上記の構成および方法では、ＲＦＩＤタグから互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるタグ応答信号が受信されるようになっている。ここで、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるタグ応答信号において、各搬送周波数における信号の位相の状態は、該タグ応答信号を送信したＲＦＩＤタグとタグ通信装置との距離に応じて異なっている。この位相の状態は、距離に応じて極めて敏感に変化するものである。すなわち、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるタグ応答信号を解析することによって、ＲＦＩＤタグとタグ通信装置との距離をより精度よく算出することが可能となる。
【００１３】
そして、精度よく算出された距離に基づいて送信信号の出力レベルを制御するため、精度の高い出力制御が可能となる。そして、精度の高い距離測定結果に応じて出力レベルの制御を行うため、読み込むべきＲＦＩＤタグと通信可能な最小限の出力レベルにすることができる。その結果、省電力化を図ることができる。特に携帯型端末などに適用した場合に長時間のバッテリ運用が可能となる。さらに、必要最小限の出力レベルに抑えることができるため、他のシステムとの干渉を低減することができる。
【００１４】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記ＲＦＩＤタグが付けられた対象物を特定する対象物情報を取得する対象物情報取得部を備え、上記出力制御部は、さらに上記対象物情報取得部が取得した対象物情報に基づいて、上記出力レベルを制御する構成としてもよい。
【００１５】
ＲＦＩＤタグが付けられる対象物によっては、実際の物理的な距離よりも長い距離に応じた出力レベルを必要とする場合がある。例えば、誘電率の大きな対象物である。
【００１６】
しかしながら、上記の構成によれば、距離および対象物情報に基づいて出力レベルを制御するため、対象物に応じた適切な出力レベルの制御を行うことができる。これにより、読み込むべきＲＦＩＤタグと確実に通信を行うことができる。
【００１７】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御する構成としてもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、読み込むべきＲＦＩＤタグよりも遠い位置に存在するＲＦＩＤタグと通信しないため、省電力化を図ることができる。また、不要なＲＦＩＤタグを読み込む必要がないため、処理速度が高速化できる。また、タグ通信装置を設置する際、通信範囲にＲＦＩＤタグを配置するだけで、タグ通信装置の出力レベルの制御を簡単に行うことができる。
【００１９】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記タグ応答信号受信部が複数のＲＦＩＤタグからタグ応答信号を受信し、上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された上記複数のＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離の中から最長の距離を抽出し、抽出した距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御する構成としてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、複数のＲＦＩＤタグの中で最も遠い位置にあるＲＦＩＤタグと通信可能な必要最小限の出力レベルに制御される。これにより、読み込むべきＲＦＩＤタグと通信できなくなることがないとともに、省電力化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記出力制御部は、出力レベルの設定指示を取得したときに上記出力レベルの制御を行い、その後、設定した出力レベルを維持する構成としてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、一旦出力レベルの制御を行った後は、設定された最適な出力レベルが維持される。これにより、タグ通信装置を設置した際に設定指示を出すだけで出力レベルの制御を容易に行うことができる。
【００２３】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、ＲＦＩＤタグとの距離と、該距離に応じて予め定められた出力レベルとを対応付けた情報を記憶する出力情報記憶部を備える構成としてもよい。上記の構成によれば、距離に応じた出力レベルの算出処理を省略することができる。
【００２４】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、タグ応答信号の送信を要求する要求信号をＲＦＩＤタグに対して無線により送信する制御を行う送信制御部と、上記要求信号が互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるように制御する周波数制御部とを備える構成としてもよい。
【００２５】
上記の構成では、要求信号は、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信される。この場合、ＲＦＩＤタグは、要求信号を受信した時点で、該要求信号の搬送周波数に応じた搬送周波数からなるタグ応答信号を送信すればよいことになる。このようなＲＦＩＤタグは、例えば一般的に普及している安価なパッシブタイプのＲＦＩＤタグによって実現可能である。すなわち、上記の構成によれば、一般的に普及しているＲＦＩＤタグを用いて距離測定ならびに出力レベルを制御することが可能であり、特殊なＲＦＩＤタグを用いる必要がないことになる。よって、精度の高い出力レベルの制御が可能なシステムを容易かつ安価に構築することが可能となる。
【００２６】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記位置測定部が、互いに異なる複数の搬送周波数によって受信されたタグ応答信号の各搬送周波数における信号の位相情報を取得する位相情報取得部と、上記位相情報取得部によって取得された位相情報と搬送周波数とに基づいて上記距離を算出する距離算出部とを備えている構成としてもよい。
【００２７】
上記の構成によれば、タグ応答信号の各搬送周波数における信号の位相情報が取得され、この位相情報と搬送周波数とによって上記距離が算出される。ここで、詳細は後述するが、複数の搬送周波数による信号の位相情報と搬送周波数とが求められれば、距離を算出することが可能となる。すなわち、上記の構成によれば、上記距離の算出を的確に行うことができ、その結果一層精度の高い出力レベルの制御が可能なタグ通信装置を提供することができる。
【００２８】
また、本発明のタグ通信装置は、上記の構成に加えて、上記タグ応答信号受信部が、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信し、上記位相情報取得部が、各搬送周波数の信号のうち、信号の状態が距離を算出する上でより好ましい状態となっている２つの搬送周波数の信号を選択して、位相情報を取得する構成としてもよい。
【００２９】
上記の構成によれば、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によって要求信号が送信されることによって、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によるタグ応答信号が受信されることになる。ここで、タグ応答信号において、搬送周波数によっては、例えばマルチパスが発生することなどにより信号の状態が距離の算出に適していない状態となっていることも考えられる。これに対して、上記の構成によれば、互いに異なる３つ以上の搬送周波数のうち、信号の状態が距離を算出する上でより好ましい状態となっている２つの搬送周波数の信号が選択されて、これらに基づいて位相の検知が行われるので、位相の検知の精度を高めることが可能となる。よって、距離算出の精度が高まり、これに伴い、出力レベルの制御の精度を高めることが可能となる。
【００３０】
また、本発明のタグ通信システムは、上記本発明のタグ通信装置と、該タグ通信装置と無線通信を行う少なくとも１つのＲＦＩＤタグとを備えることを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、ＲＦＩＤタグとの通信を管理する上で、タグ通信装置の出力レベルの制御を精度よく行うシステムを容易に構築することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のタグ通信装置は、ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信部と、上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定部と、上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御部とを備える。これにより、精度の高い出力制御が可能となる。
【００３３】
また、本発明のタグ通信システムは、上記本発明のタグ通信装置と、該タグ通信装置と無線通信を行う少なくとも１つのＲＦＩＤタグとを備えることを特徴としている。
【００３４】
上記の構成によれば、ＲＦＩＤタグとの通信を管理する上で、タグ通信装置の出力レベルの制御を精度よく行うシステムを容易に構築することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図９に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３６】
（リーダライタの構成）
図２は、本実施形態に係るＲＦＩＤタグ通信システム（タグ通信システム）の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、ＲＦＩＤタグ通信システムは、１つ以上のＲＦＩＤタグ１…およびリーダライタ（タグ通信装置）２を備えた構成となっている。
【００３７】
ＲＦＩＤタグ１は、各種物品に取り付けられるものであり、取り付けられている物品あるいはそれに関連する物や人に関する情報を記憶するものである。このＲＦＩＤタグ１は、無線通信用ＩＣ（Integrated Circuit）、記憶部、およびアンテナなどを備えた構成となっている。本実施形態においては、ＲＦＩＤタグ１として、電池などの電源を有しておらず、リーダライタ２から電波で送電された電力によって回路が動作し、リーダライタ２と無線通信を行うパッシブタイプのＲＦＩＤタグを用いることが想定されている。なお、本実施形態において用いられるＲＦＩＤタグは、上記のようなパッシブタイプのＲＦＩＤタグに限定されるものではなく、電池などの電源を有するアクティブタイプのＲＦＩＤタグであっても構わない。
【００３８】
リーダライタ２は、各ＲＦＩＤタグ１との間で無線通信を行い、ＲＦＩＤタグ１に記憶されている情報の読み書きを行う装置である。なお、本実施形態では、リーダライタ２は、ＲＦＩＤタグ１に記憶されている情報の読み書きを行うものとしているが、これに限定されるものではなく、ＲＦＩＤタグ１に記憶されている情報の読み出しのみを行うＲＦＩＤリーダであってもよい。
【００３９】
本実施形態では、リーダライタ２が送受信する電波の周波数帯域は、８００ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ前後のいわゆるＵＨＦ帯としている。このような周波数帯域の電波を用いることにより、リーダライタ２は、数ｍ〜数１０ｍ程度の距離範囲内に位置するＲＦＩＤタグ１と通信可能となる。なお、本実施形態においては、ＵＨＦ帯を用いた通信を想定しているが、これに限定されるものではなく、ＲＦＩＤタグ向けの周波数帯域としての、１３．５６ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯などの周波数帯域を用いてもよく、さらには、無線による通信を行うことが可能なその他の周波数帯による通信が行われても構わない。
【００４０】
リーダライタ２は、送信アンテナ３、受信アンテナ（タグ応答信号受信部）４、送信処理部５、受信処理部（タグ応答信号受信部）６、通信制御部７、位置測定部８、および外部通信部９を備えた構成となっている。
【００４１】
送信アンテナ３は、ＲＦＩＤタグ１…に対して電波を送信するアンテナであり、受信アンテナ４は、ＲＦＩＤタグ１…から送られてきた電波を受信するアンテナである。この送信アンテナ３および受信アンテナ４は、例えばパッチアンテナやアレーアンテナなどによって構成される。なお、本構成例では、送信アンテナ３と受信アンテナ４とをそれぞれ別に設けているが、１つのアンテナを送信アンテナ３および受信アンテナ４の両方の機能を有するものとして用いる構成としてもよい。
【００４２】
受信処理部６は、受信アンテナ４において受信された受信信号の増幅、復調などの処理を行うブロックである。
【００４３】
位置測定部８は、ＲＦＩＤタグ１から受信した受信信号に基づいて、該ＲＦＩＤタグ１との距離を測定するブロックである。なお、リーダライタ２とＲＦＩＤタグ１との距離とは、厳密には、リーダライタ２における送信アンテナ３とＲＦＩＤタグ１との距離と、ＲＦＩＤタグ１と受信アンテナ４との距離の加算平均に相当する。また、ＲＦＩＤタグ１がアクティブタイプの場合には、受信アンテナ４とＲＦＩＤタグ１との距離に相当する。
【００４４】
通信制御部７は、通信対象となるＲＦＩＤタグ１に対して、送信アンテナ３および／または受信アンテナ４を介して情報の読み出しおよび／または書き込み制御、ならびに、位置測定部８によって測定された距離に応じて送信処理部５における送信信号の出力レベルの制御を行うブロックである。
【００４５】
送信処理部５は、送信アンテナ３から送信される送信信号の変調、増幅などの処理を行うブロックである。なお、送信処理部５は、通信制御部７によって、送信信号の搬送周波数および送信信号の出力レベルが制御される。
【００４６】
外部通信部９は、リーダライタ２において読み出されたＲＦＩＤタグ１の情報を外部装置に送信したり、外部装置からのＲＦＩＤタグ１に対する書き込み情報を受信したりするブロックである。外部装置と外部通信部９との間は、有線または無線によって通信接続されている。ここで、リーダライタ２によるＲＦＩＤタグ１に対する読み書き処理に基づいて動作する外部装置が、該リーダライタ２を内蔵する構成であっても構わない。
【００４７】
なお、上記リーダライタ２が備える通信制御部７、位置測定部８、および外部通信部９は、ハードウェアロジックによって構成されていてもよいし、ＣＰＵなどの演算手段が、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶手段に記憶されたプログラムを実行することにより実現する構成となっていてもよい。
【００４８】
ＣＰＵなどの演算手段および記憶手段によって上記の各構成を構成する場合、これらの手段を有するコンピュータが、上記プログラムを記録した記録媒体を読み取り、当該プログラムを実行することによって、通信制御部７、位置測定部８、および外部通信部９の各種機能および各種処理を実現することができる。また、上記プログラムをリムーバブルな記録媒体に記録することにより、任意のコンピュータ上で上記の各種機能および各種処理を実現することができる。
【００４９】
この記録媒体としては、コンピュータで処理を行うために図示しないメモリ、例えばＲＯＭのようなものがプログラムメディアであっても良いし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することにより読取り可能なプログラムメディアであっても良い。
【００５０】
また、何れの場合でも、格納されているプログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であることが好ましい。さらに、プログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であることが好ましい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。
【００５１】
また、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成であれば、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する記録媒体であることが好ましい。
【００５２】
さらに、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであることが好ましい。
【００５３】
（出力レベル制御に関する詳細構成）
次に、リーダライタ２における送信信号の出力レベル制御に関する詳細な構成について図１を参照しながら説明する。同図に示すように、送信処理部５は、周波数調整部としてのＰＬＬ（Phase Locked Loop）部５Ａ、変調部５Ｂ、および電力増幅部５Ｃを備えている。また、受信処理部６は、増幅部６Ａ、および周波数変換部６Ｂを備えている。また、位置測定部８は、位相情報取得部８Ａ、および距離算出部８Ｂを備えている。また、通信制御部７は、周波数制御部７Ａ、送信制御部７Ｂ、受信制御部７Ｃ、出力制御部７Ｄ、および出力テーブル記憶部（出力情報記憶部）７Ｅを備えている。
【００５４】
受信処理部６において、増幅部６Ａは、受信アンテナ４において受信された受信信号の増幅を行うブロックである。周波数変換部６Ｂは、増幅部６Ａにおいて増幅された受信信号の周波数を変換して、より低周波の信号に変換する処理を行うブロックである。
【００５５】
位置測定部８において、位相情報取得部８Ａは、周波数変換部６Ｂによって周波数変換された受信信号の位相を検出し、これを位相情報として取得するブロックである。距離算出部８Ｂは、位相情報取得部８Ａによって取得された位相情報に基づいて、該当ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離を算出するブロックである。この距離の算出方法の詳細については後述する。
【００５６】
通信制御部７において、周波数制御部７Ａは、ＰＬＬ部５Ａによって設定される搬送信号の周波数を制御するブロックである。送信制御部７Ｂは、変調部５Ｂに対して、送信信号を変調すべきデータを入力するブロックである。
【００５７】
また、通信制御部７の受信制御部７Ｃは、距離算出部８Ｂによって算出された距離情報を通信制御部７が受信する処理を行うブロックである。受信制御部７Ｃは、受信した距離情報を出力制御部７Ｄに出力する。
【００５８】
さらに、出力テーブル記憶部７Ｅは、ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離と、その距離を通信可能な最大限度距離とする送信信号の出力レベルとを対応付けたテーブルを記憶するものである。
【００５９】
図３は、出力テーブル記憶部７Ｅが記憶するテーブルの一例を示す図である。図示されるように、出力テーブル記憶部７Ｅは、例えば距離「１．０ｍ」と出力レベル「２１ｄＢｍ」とを対応付けて記憶している。この場合、出力レベル２１ｄＢｍで通信可能な最大距離が１．０ｍであることを示している。
【００６０】
また、通信制御部７の出力制御部７Ｄは、受信した各ＲＦＩＤタグ１の距離情報のうち最も長い距離に対応する出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅから読み出し、読み出した出力レベルになるように電力増幅部５Ｃの増幅率を制御するブロックである。出力制御部７Ｄは、図示しない入力部に入力された出力レベルの設定変更指示に応じて、送信信号の出力レベルの設定処理を行い、その後、次の設定変更指示を受けるまで、設定した出力レベルを維持する。
【００６１】
送信処理部５において、ＰＬＬ部５Ａは、送信アンテナ３から送信される送信信号の搬送周波数を設定するブロックであり、ＰＬＬ回路によって構成される。変調部５Ｂは、ＰＬＬ部５Ａによって生成された搬送信号に変調を加えて送信信号にデータを重畳させる処理を行う。本実施形態においては、変調部５Ｂは、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調によって送信信号を生成する。なお、送信信号の変調方式としては、上記のＡＳＫ変調に限定されるものではなく、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調など、その他のデジタル変調方式を採用してもよい。
【００６２】
また、送信処理部５の電力増幅部５Ｃは、送信信号の増幅を行うブロックである。電力増幅部５Ｃは、通信制御部７の出力制御部７Ｄによって設定された出力レベルになるように送信信号の増幅を行う。
【００６３】
（距離測定の方法）
次に、距離測定処理の詳細について説明する。本実施形態においては、リーダライタ２がＲＦＩＤタグ１に対してＲ／Ｗ要求信号（要求信号）を送信し、ＲＦＩＤタグ１がこれに応じてタグ応答信号を返信するようになっている。この様子を図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す。
【００６４】
リーダライタ２は、常に特定の信号を送信している一方、ＲＦＩＤタグ１に対してタグ応答信号を送信することを要求する時に、図４（ｂ）に示すように、タグ応答信号の返信を要求するＲ／Ｗ要求信号を送信する。すなわち、リーダライタ２における送信制御部７Ｂは、定常状態では定常状態を示すデータを送信するように変調部５Ｂを制御し、タグ応答信号を要求する際には、Ｒ／Ｗ要求信号を構成するデータを送信するように変調部５Ｂを制御する。ＲＦＩＤタグ１は、常にリーダライタ２から送られてくる信号を監視し、Ｒ／Ｗ要求信号を受信したことを検知すると、それに応答する形でタグ応答信号を送信する。
【００６５】
タグ応答信号は、図４（ｃ）に示すように、プリアンブル部とデータ部とによって構成されている。プリアンブル部は、タグ応答信号の始まりを示すデータを示しており、同一規格（例えばＥＰＣ（Electronic Product Code））内であれば、全てのＲＦＩＤタグ１に共通の所定のデータとなっている。データ部は、プリアンブル部に引き続いて送信されるものであり、ＲＦＩＤタグ１から送信される実質的な情報を示すデータを示している。このデータ部に含まれる情報としては、例えば各ＲＦＩＤタグ１に固有のＩＤ情報などが挙げられ、ＲＦＩＤタグ１が貼り付けられる対象物を特定する対象物情報が含まれる。他に、ＲＦＩＤタグ１から送信すべき情報、例えばＲＦＩＤタグ１内の記憶部に格納されている各種情報などを含んでいてもよい。
【００６６】
そして、リーダライタ２は、Ｒ／Ｗ要求信号を２回送信するとともに、各Ｒ／Ｗ要求信号の送信における搬送周波数を互いに異ならせている。すなわち、リーダライタ２における周波数制御部７Ａは、１回目のＲ／Ｗ要求信号の送信時には、第１の周波数ｆ１で搬送信号を出力するようにＰＬＬ部５Ａを制御し、２回目のＲ／Ｗ要求信号の送信時には、第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２で搬送信号を出力するようにＰＬＬ部５Ａを制御する。この状態を、図５に示す。
【００６７】
同図に示すように、第１の周波数ｆ１で送信されたＲ／Ｗ要求信号をＲＦＩＤタグ１が受信すると、同じく第１の周波数ｆ１でタグ応答信号が返信される。そして、リーダライタ２では、位相情報取得部８Ａが受信したタグ応答信号のプリアンブル部を解析することによって、タグ応答信号の位相の変化を示すφ１を検出する。同様に、第２の周波数ｆ２で送信されたＲ／Ｗ要求信号をＲＦＩＤタグ１が受信すると、同じく第２の周波数ｆ２でタグ応答信号が返信される。そして、リーダライタ２では、位相情報取得部８Ａが受信したタグ応答信号のプリアンブル部を解析することによって、タグ応答信号の位相の変化を示すφ２を検出する。
【００６８】
なお、上記の例では、タグ応答信号の位相の変化は、プリアンブル部を解析することによって検出するようになっているが、これに限定されるものではなく、データ部をも含めて位相の変化を検出してもよいし、データ部において位相の変化を検出してもよい。ただし、変調方式がＰＳＫである場合には、内容が変化しうるデータ部に基づいて、距離に伴う位相の変化を検出することは困難となるので、内容が固定であるプリアンブル部において位相の変化を検出することが好ましい。
【００６９】
以上のようにして、位相情報取得部８Ａが位相の変化φ１およびφ２を検出すると、この位相の変化の情報が距離算出部８Ｂに伝送される。距離算出部８Ｂは、φ１およびφ２に基づいて、ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離を以下のように算出する。
【００７０】
まず、送信アンテナ３からＲＦＩＤタグ１までの距離、および、受信アンテナ４からＲＦＩＤタグ１までの距離を等しいものと仮定し、これを距離ｒとする。第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２によって搬送される信号が往復２ｒの距離を伝搬することによって生じる位相の変化φ１およびφ２は、次の式で表される。
【００７１】
【数１】
【００７２】
上式において、ｃは光速を表している。上記の２つの式に基づいて、距離ｒは、次の式で求められる。
【００７３】
【数２】
【００７４】
以上のようにして、位相の変化φ１およびφ２に基づいて、送信アンテナ３からＲＦＩＤタグ１までの距離ｒを求めることができる。なお、ＲＦＩＤタグ１において、Ｒ／Ｗ要求信号を受信してからタグ応答信号を送信する間に、位相のずれが生じることが予想されるが、この位相のずれは、第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２によって搬送される信号のどちらにおいても同じ量となる。よって、ＲＦＩＤタグ１における信号の送受信時に生じる位相のずれは、上記の距離の算出に影響を与えることはない。
【００７５】
なお、数２において、Δφが２π以上となっている場合には、距離ｒを的確に算出することができない。すなわち、測定可能な距離ｒの最大値ｒｍａｘは、Δφ＝２πの時であり、次の式で表される。
【００７６】
【数３】
【００７７】
ここで、例えば第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差を５ＭＨｚとした場合、数３より最大距離ｒｍａｘは３０ｍとなる。また、同様に、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差を２ＭＨｚとした場合、数３より最大距離ｒｍａｘは７５ｍとなる。ＵＨＦ帯を利用したＲＦＩＤ通信システムにおいて、想定される最大通信距離は１０ｍ程度であるので、上記のような測定は実用上問題がないことがわかる。
【００７８】
なお、上記の最大距離ｒｍａｘ以上の測定が必要となる場合であっても、例えば受信信号の受信強度の測定を併用することによって、距離ｒの測定を行うことが可能である。具体的には、Δφが２π以上となる可能性がある場合、距離ｒの候補ｒ’は、ｒ’＝ｒ＋ｎ・ｒｍａｘ（ｎは０以上の整数）となる。よって、受信信号の受信強度は、距離ｒが長くなる程小さくなることを利用することによって、上記のｎの値を特定することが可能となる。
【００７９】
なお、アクティブタイプのＲＦＩＤタグを用いる場合には、リーダライタ２側からＲ／Ｗ要求信号を送信せずに、ＲＦＩＤタグ側から能動的に送られるタグ応答信号に基づいて、距離の測定を行うようになっていてもよい。
【００８０】
（出力レベルの設定処理の流れ）
次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、入力部にレベル設定変更指示が入力されたときの、リーダライタ２における送信信号出力レベルの設定処理の流れについて説明する。
【００８１】
出力レベルの設定変更指示が入力されると、出力制御部７Ｄは、電力増幅部５Ｃにおける出力レベルを初期値（通常、最大限の出力レベルとなっている）に設定する（Ｓ１）。
【００８２】
次に、周波数制御部７Ａが、Ｒ／Ｗ要求信号を送信する際の搬送信号の周波数を第１の周波数ｆ１となるようにＰＬＬ部５Ａを制御する（Ｓ２）。そして、送信制御部７Ｂが、Ｒ／Ｗ要求信号を示すデータを搬送信号に重畳させるように変調部５Ｂを制御する。
【００８３】
続いて、電力増幅部５Ｃは、変調部５Ｂによって変調された送信信号を、Ｓ１で設定された最大限の出力レベルになるように増幅する。その後、増幅された送信信号が送信アンテナ３から送信される（Ｓ３）。
【００８４】
次に、出力レベルの設定処理のために予め配置された複数の対象物の各々に付けられたＲＦＩＤタグ１がＲ／Ｗ要求信号を検出すると、タグ応答信号を返信する。このタグ応答信号を受信アンテナ４が受信し、受信処理部６が受信処理を行う（Ｓ４）。
【００８５】
その後、受信制御部７Ｃは、各ＲＦＩＤタグ１から受信すべき全ての周波数の受信信号を受信したか否かを判定し、全て受信していないと判定された場合（Ｓ５においてＮＯ）には、Ｓ２からの処理に戻る。ここで、上記の例では、受信信号の周波数としては、第１および第２の周波数が想定されているので、受信制御部７Ｃは、第１および第２の周波数の受信信号をともに受信したか否かを判定することになる。
【００８６】
この時点では、第１の周波数の受信信号のみを受信しているので、Ｓ２からの処理が行われることになる。そして、２回目のＳ２の処理において、周波数制御部７Ａが、Ｒ／Ｗ要求信号を送信する際の搬送信号の周波数を第２の周波数となるようにＰＬＬ部５Ａを制御する。その後、Ｓ３、Ｓ４の処理が行われ、受信すべき全ての周波数の受信信号を受信したと判定され（Ｓ５においてＹＥＳ）、Ｓ６の処理に移行する。
【００８７】
Ｓ６では、位相情報取得部８Ａが各ＲＦＩＤタグ１からの受信信号の位相情報を取得し、Ｓ７において、取得された位相情報に基づいて、距離算出部８Ｂが各ＲＦＩＤタグ１とリーダライタ２との距離を上記した手法によって算出する。算出された各ＲＦＩＤタグ１の距離情報は、受信制御部７Ｃを介して、出力制御部７Ｄに伝送される。
【００８８】
次に、Ｓ８において、出力制御部７Ｄは、各ＲＦＩＤタグ１に対応する距離情報の中から、最長の距離を抽出する。つまり、出力制御部７Ｄは、配置された複数のＲＦＩＤタグ１の中で最も遠い位置にあるＲＦＩＤタグ１との距離を抽出する。
【００８９】
そして、Ｓ９において、出力制御部７Ｄは、抽出した最長距離に対応する出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅから読み出し、電力増幅部５Ｃにおける増幅後の送信信号の出力レベルが読み出した出力レベルになるように設定する。その後、次の設定変更指示を受けるまでの間、設定した出力レベルを維持する。すなわち、出力レベルの設定後、配置された複数のＲＦＩＤタグ１の中で最も遠い位置にあるＲＦＩＤタグ１との距離以下の範囲にあるＲＦＩＤタグ１のみと通信可能となる。以上により、出力レベルの設定処理を終了する。
【００９０】
（受信処理部の具体例）
次に、増幅率の制御の基となるＲＦＩＤタグ１との距離測定における受信信号の位相を検出する処理を行う受信処理部６の具体的な構成について、図７を参照しながら以下に説明する。この具体例では、受信処理部６は、受信信号をＩ信号とＱ信号とに分離して位置測定部８に入力することによって、位置測定部８における位相の検出処理を可能とさせるものとなっている。同図に示すように、受信処理部６は、増幅部６Ａとしての２つの増幅部６Ａ１・６Ａ２、周波数変換部６Ｂとしてのミキサ６Ｂ１・６Ｂ２および９０°移相部６Ｂ３を備えている。
【００９１】
受信アンテナ４で受信された受信信号は、２つの経路に分岐し、一方は増幅部６Ａ１に入力され、他方は増幅部６Ａ２に入力される。増幅部６Ａ１は、入力された受信信号を増幅してミキサ６Ｂ１に入力する。増幅部６Ａ２は、入力された受信信号を増幅してミキサ６Ｂ２に入力する。
【００９２】
ミキサ６Ｂ１は、増幅部６Ａ１から入力された受信信号と、ＰＬＬ部５Ａから出力された搬送信号とを足し合わせることによってＩ信号を出力し、このＩ信号を位相情報取得部８Ａに入力する。ミキサ６Ｂ２は、増幅部６Ａ２から入力された受信信号と、ＰＬＬ部５Ａから出力され、９０°移相部６Ｂ３を介して位相が９０°変化させられた搬送信号とを足し合わせることによってＱ信号を出力し、このＱ信号を位相情報取得部８Ａに入力する。
【００９３】
以上の構成において行われる受信処理および距離ｒの算出処理の詳細について以下に説明する。
【００９４】
往復２ｒの距離を伝搬してリーダライタ２において受信される信号は、搬送信号の周波数をｆ１とすると、次の式で表される。
【００９５】
【数４】
【００９６】
上式において、ｔは時間、ｓ１（ｔ）は周波数ｆ１の搬送信号によって伝送される信号の状態、Ｄ（ｔ）は変調部５ＢにおいてＡＳＫ変調が行われた場合のベースバンド信号、Ａは搬送信号自体の振幅、φ１は往復２ｒの距離を伝搬することによる位相の変化をそれぞれ示している。この場合、ミキサ６Ｂ１によって出力されるＩ信号の状態を示すＩ１（ｔ）、および、ミキサ６Ｂ２によって出力されるＱ信号の状態を示すＱ１（ｔ）は、次の式で表される。
【００９７】
【数５】
【００９８】
【数６】
【００９９】
以上より、Ｉ信号およびＱ信号に基づいて、周波数ｆ１の搬送信号による信号の位相の変化φ１は、次の式で求められる。
【０１００】
【数７】
【０１０１】
同様に、周波数ｆ２の搬送信号による信号の位相の変化φ２は、次の式で求められる。
【０１０２】
【数８】
【０１０３】
以上のようにして、位相情報取得部８Ａは、入力されたＩ信号およびＱ信号に基づいて、位相の変化φ１およびφ２を取得する。そして、距離算出部８Ｂは、距離ｒを次の式によって算出する。
【０１０４】
【数９】
【０１０５】
（ＲＦＩＤタグ通信システムの適用例）
次に、本実施形態に係るＲＦＩＤタグ通信システムの具体的な適用例について説明する。図８（ａ）（ｂ）は、物品の流通が行われるシステムにおいて、流通される物品の検査・確認などを行うシステムに本ＲＦＩＤタグ通信システムを適用した場合の例を示している。
【０１０６】
まず、リーダライタ２を設置する際には、図８（ａ）に示されるように、ＲＦＩＤタグ１が通過すると想定される領域（想定エリア）にのみ、１つ以上のＲＦＩＤタグ１を配置する。このとき、想定エリアにおいて、リーダライタ２から最も遠い位置にＲＦＩＤタグ１を配置することが好ましい。これにより、出力レベルを所望の値に設定できる。
【０１０７】
そして、リーダライタ２の位置測定部８は、互いに異なる２つの周波数の受信信号を用いて、各ＲＦＩＤタグ１との距離を測定する。これにより、従来の受信レベル強度を用いた距離測定に比べて、精度良く距離を測定することができる。なお、図８（ａ）では、位置測定部８は、想定エリアに予め配置された２つのＲＦＩＤタグ１との距離２ｍおよび３ｍを測定結果として得ている。
【０１０８】
そして、出力制御部７Ｄが、位置測定部８から出力された距離情報の中から最長距離（ここでは、３ｍ）を抽出し、抽出した最長距離が通信可能な最大限度距離となる出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅから読み出す。さらに、出力制御部７Ｄは、読み出した出力レベルになるように電力増幅部５Ｃにおける増幅率を設定する。
【０１０９】
これにより、図８（ｂ）に示されるように、上記出力レベルの設定処理後において、リーダライタ２は、送信信号の出力レベルの設定変更指示を受けたときの想定エリア内に位置するＲＦＩＤタグ１のみと通信し、想定エリア外に配置されたＲＦＩＤタグ１と通信することがなくなる。ここで、上述したように、位置測定部８が互いに異なる２つの周波数の受信信号を用いることで従来よりも精度良くＲＦＩＤタグ１との距離を測定しているため、リーダライタ２は、通信可能な想定エリアの範囲を精度良く設定することができる。
【０１１０】
また、リーダライタ２の通信可能な範囲を必要最小限に抑えることができるため、ＲＦＩＤタグ通信システムと他のシステムとの干渉が低減する。つまり、リーダライタ間の干渉が低減され、携帯電話システムなどへの影響が低減される。
【０１１１】
このように、本実施形態によれば、流通される物品の検査・確認などを行うシステムにおいて、リーダライタ２における送信信号の出力レベルの設定、つまり、リーダライタ２の通信可能な範囲の設定を簡単に行うことができる。これにより、リーダライタ２を様々なシステムに設置する際の初期設定処理を短時間で行うことができる。
【０１１２】
さらに、該出力レベルの設定が互いに異なる２つの周波数を用いて測定された距離に基づいて行われる。互いに異なる２つの周波数を用いる場合、従来の受信信号の強度を基に測定した距離と比べて精度が向上する。そのため、出力レベル設定においても精度が向上する。
【０１１３】
（変形例）
本実施形態では、出力制御部７Ｄが、複数のＲＦＩＤタグ１の中の最長距離を通信可能な最大限度距離とする出力レベルを、出力テーブル記憶部７Ｅから読み出すものとした。しかしながら、これに限らず、出力制御部７Ｄが、距離と該距離を通信可能な最大限度距離とする出力レベルとの関係式により、最長距離から出力レベルを算出してもよい。
【０１１４】
また、本実施形態では、送信信号の増幅率を設定する際、互いに異なる２つの周波数のタグ応答信号を基に距離を測定し、測定された距離を基に送信信号の出力レベルを設定するものとした。この互いに異なる２つの周波数のタグ応答信号を基に距離を測定する方法として、以下の方法も用いてもよい。
【０１１５】
≪多周波数を用いた距離測定≫
まず、リーダライタ２が、互いに異なる周波数からなる３つ以上のＲ／Ｗ要求信号を送信し、それぞれに対するタグ応答信号を受信する。そして、受信信号のうちで、Ｓ／Ｎがより高く、かつ、Ｉ信号・Ｑ信号のレベルがより高い受信信号を２つ選択し、この選択した２つの受信信号に基づいて位相検出および位置算出を行う。
【０１１６】
以上の処理によって、距離算出に用いられる２つの周波数の受信信号を、マルチパスによる影響を受けることによってＳ／Ｎが劣化している受信信号や、Ｉ信号およびＱ信号のいずれかが著しく小さくなっている受信信号を排除して選択することが可能となる。これにより、距離算出の精度をどのような状況でも高い状態に保つことが可能となる。
【０１１７】
≪ＭＵＳＩＣ法を応用した距離算出方法≫
上記の例では、２つの周波数における受信信号の位相を検出し、これらに基づいて上記数９の式によって距離ｒを算出している。これに対して、以下に示すように、高分解能スペクトラム解析法の１つであるＭＵＳＩＣ(MUltiple SIgnal Classification)法の考え方を応用することによって距離ｒを算出することが可能となる。
【０１１８】
ＭＵＳＩＣ法とは、従来、電波の到来方向を推定する手法として広く知られている。このＭＵＳＩＣ法では、複数のアンテナ素子によって受信された受信信号を解析することによって、電波の到来方向を推定するようになっている。これに対して、本発明者は、従来のＭＵＳＩＣ法による到来方向推定における各アンテナ素子からの受信信号を、上記の各周波数の受信信号に置き換え、ＭＵＳＩＣ法における適用モデル（モードベクトル）（以下の数１０）を以下の数１１のように変えることによって、距離ｒの推定を行うことが可能となることを見いだした。
【０１１９】
【数１０】
【０１２０】
【数１１】
【０１２１】
以下に、ＭＵＳＩＣ法を応用した距離測定処理の詳細について説明する。なお、以下で示す距離測定処理は、位置測定部８において行われる。
【０１２２】
周波数ｆ１の受信信号において、Ｉ信号の状態を示すＩ１（ｔ）、および、Ｑ信号の状態を示すＱ１（ｔ）は、前記した数５および数６のように表される。ここで、周波数ｆ１の受信信号を複素表現で表したｘ１（ｔ）は、次の式で表される。
【０１２３】
【数１２】
【０１２４】
同様に、周波数ｆｎの受信信号を複素表現で表したｘｎ（ｔ）は、次の式で表される。
【０１２５】
【数１３】
【０１２６】
ここで、受信信号をＮ通りの周波数で受信した場合を考えると、周波数ｆ１〜ｆＮの受信信号に基づいて、以下に示される相関行列Ｒｘｘが生成される。
【０１２７】
【数１４】
【０１２８】
上式において、Ｈは複素共役転置、Ｅ［］は時間平均を示している。次に、上記で求められた相関行列Ｒｘｘの固有値分解を次式のように行う。
【０１２９】
【数１５】
【０１３０】
上式において、ｅｉはＲｘｘの固有ベクトル、μｉは固有値、σ２は雑音電力を示している。これらより以下の関係が成り立つ。
【０１３１】
【数１６】
【０１３２】
【数１７】
【０１３３】
上記より、ＭＵＳＩＣ法におけるモードベクトルおよびＭＵＳＩＣ評価関数ＰＭＵＳＩＣは以下のように与えられる。
【０１３４】
【数１８】
【０１３５】
上式において、ｒを変化させることによって、図９（ｂ）に示すようなグラフが得られる。このグラフにおいて、横軸をｒ、縦軸をＰＭＵＳＩＣとしている。このグラフに示すように、評価関数ＰＭＵＳＩＣにはピークが生じており、このピークが生じているｒの値が、算出すべき距離ｒに相当することになる。
【０１３６】
なお、図９（ｂ）に示すグラフでは、評価関数ＰＭＵＳＩＣのピークは一箇所にのみ表れているが、他の箇所にもピークが表れることもある。これは、図９（ａ）に示すように、マルチパスの影響を受けた場合に、そのマルチパスに相当する距離の部分でピークが表れるからである。しかしながら、マルチパスに相当する距離は、算出すべき距離ｒよりも長くなるので、ピークが生じている距離のうち、最も小さいｒを算出すべき距離ｒとすることによって、マルチパスが生じていても、的確に距離ｒを算出することが可能となる。
【０１３７】
なお、他の高分解能スペクトラム解析法、例えば、Beamformer法、Capon法、ＬＰ(Linear Prediction)法、Min-Norm法、およびＥＳＰＲＩＴ法などを距離測定に応用してもよい。
【０１３８】
〔実施形態２〕
上記実施形態１では、出力制御部７Ｄが位置測定部８で測定された距離を基に、送信信号の出力レベルを制御するものとした。ただし、ＲＦＩＤタグ１が貼り付けられている対象物によって、適切な送信信号の出力レベルが異なる場合がある。例えば、実際の物理的距離が１ｍであったとしても、そのＲＦＩＤタグ１が誘電率の大きな対象物に貼り付けられている場合、３ｍの物理的距離に相当する出力レベルでないと正常通信できないことがある。
【０１３９】
本実施形態は、距離だけではなく、対象物によっても適切な出力レベルを制御できる形態である。図１０は、本実施形態に係るリーダライタ２ａの構成を示すブロック図である。
【０１４０】
図１０に示されるように、リーダライタ２ａは、上記リーダライタ２と比較して、受信制御部７Ｃの代わりに受信制御部（対象物情報取得部）７Ｃａを、出力制御部７Ｄの代わりに出力制御部７Ｄａを、出力テーブル記憶部７Ｅの代わりに出力テーブル記憶部（出力情報記憶部）７Ｅａを備え、さらに、受信処理部６がプリアンブル抽出部６Ｃを備える点で異なる。その他の構成については図１に示す構成と同様であるのでここではその説明を省略する。
【０１４１】
プリアンブル抽出部（対象物情報取得部）６Ｃは、ミキサ６Ｂから出力されるタグ応答信号におけるプリアンブル部を抽出してこれを位置測定部８に伝送するとともに、タグ応答信号におけるデータ部を受信フレームとして通信制御部７における受信制御部７Ｃａに伝送する。位置測定部８は、プリアンブル部を解析することによって上記のように距離を測定し、測定した情報を受信制御部７Ｃａに伝送する。
【０１４２】
受信制御部７Ｃａは、プリアンブル抽出部６Ｃから受信したデータ部を解析することによって、該タグ応答信号を送信したＲＦＩＤタグ１のＩＤ情報を認識する。なお、ＩＤ情報には、貼り付けられている対象物を特定する対象物情報が含まれている。また、受信制御部７Ｃａは、上記受信制御部７Ｃと同様に、位置測定部８から測定されたＲＦＩＤタグ１の距離情報を受ける。受信制御部７Ｃａは、上記距離情報と上記対象物情報とを出力制御部７Ｄａに出力する。
【０１４３】
出力テーブル記憶部７Ｅａは、対象物情報と、ＲＦＩＤタグ１との物理的な距離と、この対象物がこの距離に位置しているときの、ＲＦＩＤタグ１と正常に通信可能な送信信号の出力レベル（適切出力レベル）とを対応付けて記憶するメモリである。
【０１４４】
図１１は、出力テーブル記憶部７Ｅａが記憶するテーブルの一例を示す図である。図示されるように、出力テーブル記憶部７Ｅａは、例えば、対象物「空段ボール」と距離「１．５ｍ」と出力レベル「２５ｄＢｍ」とを対応付けて記憶している。この場合、リーダライタ２ａから１．５ｍだけ離れた位置にあり、空段ボールに貼り付けられたＲＦＩＤタグ１と通信可能な出力レベルが、２５ｄＢｍ以上であることを示している。
【０１４５】
出力制御部７Ｄａは、受信制御部７Ｃａから受けた対象物情報と距離情報とに対応する適切出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅａから読み出し、送信信号が読み出した適切出力レベルになるように電力増幅部を制御するブロックである。なお、出力制御部７Ｄａは、複数のＲＦＩＤタグ１に対応する距離情報を受信制御部７Ｃａから受けた場合、その中で最も長い距離と対象物情報とに対応する適切出力レベルを読み出す。
【０１４６】
次に、本実施形態における電力制御の処理手順の流れについて図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
【０１４７】
まず、上記実施形態１におけるＳ１からＳ８と同様の処理Ｓ１１からＳ１８が行われる。
【０１４８】
その後、Ｓ１９において、受信制御部７Ｃａは、ＲＦＩＤタグ１のＩＤ情報に含まれる対象物情報を取得し、取得した対象物情報を出力制御部７Ｄａに出力する。
【０１４９】
続いて、Ｓ２０において、出力制御部７Ｄａは、Ｓ１５で測定された距離の中で最も長い距離と、Ｓ１９で受けた対象物情報とに対応する適切出力レベルを出力テーブル記憶部７Ｅａから読み出す。そして、出力制御部７Ｄａは、送信信号が読み出した適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御する。以上により、出力レベルの設定処理を終了する。
【０１５０】
なお、上記説明では、出力制御部７Ｄａは、受信信号のデータ部から抽出した対象物情報を基に、適切出力レベルを設定するものとした。しかしながら、出力制御部７Ｄａは、対象物情報を、図示しない入力部から取得していもよい。これにより、ＲＦＩＤタグ１に対象物情報が含まれていない場合であっても、利用者が入力部に対象物情報を入力することで、出力制御部７Ｄａは、対象物と距離に応じた適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御することができる。
【０１５１】
なお、上記実施形態２では、ＲＦＩＤタグ１から送信されるデータ部の対象物情報とＲＦＩＤタグ１との距離とに応じた適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御したが、距離に応じた制御が不要である場合、出力制御部７Ｄａは、データ部の対象物情報のみに応じた適切出力レベルになるように電力増幅部５Ｃを制御してもよい。この場合、出力テーブル記憶部７Ｅａは、対象物情報と該対象物に適切な出力レベルとを対応付けて記憶していればよい。なお、対象物情報は、例えば、ＲＦＩＤタグ１が貼り付けられた対象物が液体なのか、金属体なのか、乾燥物なのか示す情報である。これにより、対象物に合せて出力レベルを制御することができる。
【０１５２】
なお、上記説明では、リーダライタ２ａが対象物情報とＲＦＩＤタグ１との距離と適切出力レベルとを対応付けたテーブルを記憶する出力テーブル記憶部７Ｅａを備える構成とした。しかしながら、これに限らず、ＲＦＩＤタグ１内に、対象物情報の他に、該対象物に応じた距離と適切出力レベルとを対応付けたテーブルが格納されていてもよい。この場合、リーダライタ２ａは、受信したデータ部から、対象物に応じた距離と適切出力レベルとを対応付けたテーブルを読み出し、該テーブルに応じて出力レベルの設定を行えばよい。
【０１５３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明に係るタグ通信装置およびこれを備えたタグ通信システムは、例えば上記した流通される物品の検査・確認などを行うシステム、店舗などにおいて、商品の盗難監視などを行うシステム、駅や映画館などの改札が必要となる場所に設置される改札システム、キーレスエントリシステムなどの用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】実施形態１に係るＲＦＩＤタグ通信システムが備えるリーダライタにおいて、送信信号の出力レベルを制御するための構成の概略を示すブロック図である。
【図２】上記ＲＦＩＤタグ通信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態１に係るリーダライタが備える出力テーブル記憶部の一記憶例を示す図である。
【図４】（ａ）は、リーダライタとＲＦＩＤタグとの間でＲ／Ｗ要求信号およびタグ応答信号の送受信が行われる状態を示す図であり、（ｂ）は、Ｒ／Ｗ要求信号の送信状態を示す図であり、（ｃ）は、タグ応答信号の送信状態を示す図である。
【図５】２つの異なる周波数によるＲ／Ｗ要求信号およびタグ応答信号の送受信が行われた際の位相の変化を示す図である。
【図６】実施形態１における出力レベルの設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】位相の検出を行うことを可能とする受信処理部の具体的な構成を含むリーダライタの概略構成を示すブロック図である。
【図８】流通される物品の検査・確認などを行うシステムに本ＲＦＩＤタグ通信システムを適用した場合の例を示す図であり、（ａ）は、出力レベルの設定時を示し、（ｂ）は、出力レベルの設定後を示している。
【図９】（ａ）は、リーダライタとＲＦＩＤタグとの通信においてマルチパスが生じている状態を示す図であり、（ｂ）は、距離に対するＭＵＳＩＣ評価関数の変化を示すグラフである。
【図１０】実施形態２に係るリーダライタにおける、送信信号の出力レベルを制御するための構成の概略を示すブロック図である。
【図１１】実施形態２に係るリーダライタが備える出力テーブル記憶部の一記憶例を示す図である。
【図１２】実施形態２における出力レベルの設定処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１５６】
１ ＲＦＩＤタグ
２・２ａ リーダライタ（タグ通信装置）
３ 送信アンテナ
４ 受信アンテナ（タグ応答信号受信部）
４Ａ 第１アンテナ素子
４Ｂ 第２アンテナ素子
５ 送信処理部
５Ａ ＰＬＬ部
５Ｂ 変調部
５Ｃ 電力増幅部
６ 受信処理部（タグ応答信号受信部）
６Ａ・６Ａ１・６Ａ２ 増幅部
６Ｂ 周波数変換部
６Ｂ１・６Ｂ２ ミキサ
６Ｂ３ ９０°移相部
６Ｃ プリアンブル抽出部
７ 通信制御部
７Ａ 周波数制御部
７Ｂ 送信制御部
７Ｃ 受信制御部
７Ｃａ 受信制御部（対象物情報取得部）
７Ｄ・７Ｄａ 出力制御部
７Ｅ・７Ｅａ 出力テーブル記憶部（出力情報記憶部）
８ 位置測定部
８Ａ 位相情報取得部
８Ｂ 距離算出部
９ 外部通信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信装置において、
上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信部と、
上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定部と、
上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御部とを備えることを特徴とするタグ通信装置。
【請求項２】
上記ＲＦＩＤタグが付けられた対象物を特定する対象物情報を取得する対象物情報取得部を備え、
上記出力制御部は、さらに上記対象物情報取得部が取得した対象物情報に基づいて、上記出力レベルを制御することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項３】
上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項４】
上記タグ応答信号受信部が複数のＲＦＩＤタグからタグ応答信号を受信し、
上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された上記複数のＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離の中から最長の距離を抽出し、抽出した距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項５】
上記出力制御部は、出力レベルの設定指示を取得したときに上記出力レベルの制御を行い、その後、設定した出力レベルを維持することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項６】
ＲＦＩＤタグとの距離と、該距離に応じて予め定められた出力レベルとを対応付けた情報を記憶する出力情報記憶部を備えることを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項７】
タグ応答信号の送信を要求する要求信号をＲＦＩＤタグに対して無線により送信する制御を行う送信制御部と、
上記要求信号が互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるように制御する周波数制御部とを備えることを特徴とする請求項１記載のタグ通信装置。
【請求項８】
上記位置測定部が、
互いに異なる複数の搬送周波数によって受信されたタグ応答信号の各搬送周波数における信号の位相情報を取得する位相情報取得部と、
上記位相情報取得部によって取得された位相情報と搬送周波数とに基づいて上記距離を算出する距離算出部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のタグ通信装置。
【請求項９】
上記タグ応答信号受信部が、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信し、
上記位相情報取得部が、各搬送周波数の信号のうち、信号の状態が距離を算出する上でより好ましい状態となっている２つの搬送周波数の信号を選択して、位相情報を取得することを特徴とする請求項５記載のタグ通信装置。
【請求項１０】
ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信方法において、
上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信ステップと、
上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定ステップと、
上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御ステップとを含むことを特徴とするタグ通信方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載のタグ通信装置と、
上記タグ通信装置と無線通信を行う少なくとも１つのＲＦＩＤタグとを備えることを特徴とするタグ通信システム。
【請求項１】
ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信装置において、
上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信部と、
上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定部と、
上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御部とを備えることを特徴とするタグ通信装置。
【請求項２】
上記ＲＦＩＤタグが付けられた対象物を特定する対象物情報を取得する対象物情報取得部を備え、
上記出力制御部は、さらに上記対象物情報取得部が取得した対象物情報に基づいて、上記出力レベルを制御することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項３】
上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項４】
上記タグ応答信号受信部が複数のＲＦＩＤタグからタグ応答信号を受信し、
上記出力制御部は、上記位置測定部によって算出された上記複数のＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離の中から最長の距離を抽出し、抽出した距離が通信可能な最大限度の距離となるように、上記出力レベルを制御することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項５】
上記出力制御部は、出力レベルの設定指示を取得したときに上記出力レベルの制御を行い、その後、設定した出力レベルを維持することを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項６】
ＲＦＩＤタグとの距離と、該距離に応じて予め定められた出力レベルとを対応付けた情報を記憶する出力情報記憶部を備えることを特徴とする請求項１に記載のタグ通信装置。
【請求項７】
タグ応答信号の送信を要求する要求信号をＲＦＩＤタグに対して無線により送信する制御を行う送信制御部と、
上記要求信号が互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されるように制御する周波数制御部とを備えることを特徴とする請求項１記載のタグ通信装置。
【請求項８】
上記位置測定部が、
互いに異なる複数の搬送周波数によって受信されたタグ応答信号の各搬送周波数における信号の位相情報を取得する位相情報取得部と、
上記位相情報取得部によって取得された位相情報と搬送周波数とに基づいて上記距離を算出する距離算出部とを備えていることを特徴とする請求項１記載のタグ通信装置。
【請求項９】
上記タグ応答信号受信部が、互いに異なる３つ以上の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信し、
上記位相情報取得部が、各搬送周波数の信号のうち、信号の状態が距離を算出する上でより好ましい状態となっている２つの搬送周波数の信号を選択して、位相情報を取得することを特徴とする請求項５記載のタグ通信装置。
【請求項１０】
ＲＦＩＤタグと無線通信を行うタグ通信方法において、
上記ＲＦＩＤタグから、互いに異なる複数の搬送周波数によって送信されたタグ応答信号を受信するタグ応答信号受信ステップと、
上記タグ応答信号を解析することによって、該ＲＦＩＤタグと当該タグ通信装置との距離を算出する位置測定ステップと、
上記位置測定部によって算出された距離に基づいて、送信信号の出力レベルを制御する出力制御ステップとを含むことを特徴とするタグ通信方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載のタグ通信装置と、
上記タグ通信装置と無線通信を行う少なくとも１つのＲＦＩＤタグとを備えることを特徴とするタグ通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１５３７１５（Ｐ２００８−１５３７１５Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８０５３７（Ｐ２００５−８０５３７）
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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