データ通信システム
【課題】リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、エネルギー伝送効率を上げて、通信距離を延ばす。
【解決手段】リーダ装置１０のコイルアンテナ２６は搬送周波数ｆで送信を行い、タグ１２は、コイルアンテナ４０で送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調を行ってコイルアンテナ４０から返信を行い、リーダ装置１０は、コイルアンテナ２６で返信信号を受信後、返信信号の相関処理を行う。リーダ装置１０のコイルアンテナ２６は、送受信兼用となっており、搬送周波数ｆに同調したＬＣ共振回路を構成する。コイルアンテナ２６と４０との間には、共鳴コイル３８、５０を設ける。
【解決手段】リーダ装置１０のコイルアンテナ２６は搬送周波数ｆで送信を行い、タグ１２は、コイルアンテナ４０で送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調を行ってコイルアンテナ４０から返信を行い、リーダ装置１０は、コイルアンテナ２６で返信信号を受信後、返信信号の相関処理を行う。リーダ装置１０のコイルアンテナ２６は、送受信兼用となっており、搬送周波数ｆに同調したＬＣ共振回路を構成する。コイルアンテナ２６と４０との間には、共鳴コイル３８、５０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーダ装置とタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のデータ通信システムとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１においては、リーダ装置から不揮発性メモリを有するタグに非接触で電力を伝送すると共に両者間でデータ伝送を行うようになっており、タグにおいて、不揮発性メモリから読み出した「０」または「１」のデータに対応してスペクトラム拡散波発生器でスペクトラム拡散波を発生させてリーダ装置へ返信し、リーダ装置では、相関回路で受信信号の「０」または「１」のデータを識別するようにしている。
【０００３】
これによって、ノイズの影響を受けることなく、長距離伝送を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６１０９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のデータ通信システムに対して、リーダ装置とタグ間の通信距離に関し、さらなる改良が要望されている。例えば、このデータ通信システムを物流・輸送管理や鉄道保線用に使用した場合、物流・輸送速度、鉄道車両の速度の高速化は常に望まれていることであり、これらの高速化に伴いリーダ装置とタグの通信距離を延ばす必要がある。
【０００６】
また、従来のデータ通信システムでは、リーダ装置がタグからのスペクトル拡散波を受信できるように、リーダ装置のコイルアンテナは広帯域の動作帯域となっており、そのため、返信周波数の近傍付近の干渉の影響を受けてしまう、という問題がある。
【０００７】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、エネルギー伝送効率を上げることができ、さらなる長距離通信を行うことができると共に干渉の影響を受けにくいデータ通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置のコイルアンテナは搬送周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信を行い、リーダ装置は、コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置のコイルアンテナは、送受信兼用となっており、前記搬送周波数に同調したＬＣ共振回路を構成している、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のデータ通信システムにおいて、タグまたはリーダ装置は、コイルアンテナの他に磁気結合のための搬送周波数に同調した共鳴コイルを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のデータ通信システムにおいて、前記搬送周波数は、短波帯域にあることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のデータ通信システムにおいて、前記タグは、搬送周波数の５〜１５％の副搬送周波数で変調を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置は、別々の送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナとを備え、
リーダ装置の送信用コイルアンテナは送信周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信周波数で返信を行い、リーダ装置は、受信用コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置からの送信信号の送信周波数よりも、タグからの返信信号の返信周波数が高く、
送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナは、それぞれ送信周波数及び返信周波数に同調するＬＣ共振回路を構成していることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のデータ通信システムにおいて、タグは、コイルアンテナの他に磁気結合のための共鳴コイルを備え、該共鳴コイルは、リーダ装置送信時には送信周波数に同調し、タグ返信時には返信周波数に同調するように切替えられることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載のデータ通信システムにおいて、前記返信周波数は短波帯域にあることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のデータ通信システムにおいて、前記リーダ装置は、相関処理を行う相関処理手段を備え、該相関処理手段は、
入力データ列の離散フーリエ変換を行うフーリエ変換処理手段と、
離散フーリエ変換後の複素数と、拡散符号系列のフーリエ変換の複素数の共役とのクロスパワースペクトラムを求めるクロスパワースペクトラム計算手段と、
クロスパワースペクトラムデータを逆離散フーリエ変換する逆フーリエ変換処理手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、請求項８記載のデータ通信システムにおいて、前記返信データは前記拡散符号系列の前に既定のヘッダを含んでおり、
前記相関処理手段は、さらに、
入力データ列と既定のヘッダとの類似度を計算する類似度計算手段を備え、
類似度が所定値よりも高い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行い、類似度が所定値よりも低い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行わないことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のデータ通信システムにおいて、２ビットの返信データに対して１つの拡散符号系列を割り当てることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エネルギー伝送効率を上げることができ、リーダ装置とタグとの間の通信距離を延ばすことができると共に干渉の影響を受けにくいものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による第１実施形態によるデータ通信システムを表すブロック図である。
【図２】拡散符号発生回路の一例を表すブロック図である。
【図３】返信信号を表す波形図である。
【図４】相関計算器の詳細構造を表すブロック図である。
【図５】相関計算器の処理を表すフローチャートである。
【図６】別の返信信号を表す波形図である。
【図７】本発明による第２実施形態によるデータ通信システムを表すブロック図である。
【図８】共鳴コイルの効果を実証する実験条件を表す概略図である。
【図９】図８の実験による伝送効率を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるデータ通信システムを表す図である。
【００２２】
データ通信システムは、リーダ装置１０と、タグ１２とから構成される。タグ１２は、一般的にＩＣカード、ＩＣタグと呼ばれている情報媒体を含めることができ、データ通信システムは、所謂ＲＩＤ通信システムに適用することができる。リーダ装置１０とタグ１２とは互いに空間的に離れて、且つ、原則的には、相対的に移動可能である。
【００２３】
リーダ装置１０は、信号処理回路２０、発振器２１、Ｄ／Ａ変換器２２、増幅器２４、リーダ側コイルアンテナ２６、変調器２８、増幅器３０、フィルタ３２、Ａ／Ｄ変換器３４、相関計算器３６及び共鳴コイル３８を備える。
【００２４】
リーダ装置１０において、発振器２１からの発振信号を適宜分周して得られる周波数ｆのデジタル信号は、信号処理回路２０からＤ／Ａ変換器２２を経て、搬送周波数ｆの信号となり、また、信号処理回路２０から出力されるベースバンド信号によって、変調器２８によってＡＳＫ変調されて、コイルアンテナ２６から磁界が発生され、これが送信信号となる。変調方式は、ＡＳＫ変調には限定されないが、ＡＳＫ変調とすることによって、構成を簡単にすることができる。
【００２５】
ここで、リーダ側コイルアンテナ２６は、コンデンサＣと共にＬＣ並列共振回路を構成しており、搬送周波数ｆに同調されている。但しＬＣ並列共振回路の代わりにＬＣ直列共振回路を構成してもよい。
【００２６】
また、搬送周波数ｆとしては、従来（特許文献１の実施品の中波帯域）よりも高い１ＭＨｚ以上、好ましくは短波帯域の３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの帯域の波長を使用するとよい。
【００２７】
タグ１２は、タグ側コイルアンテナ４０、制御回路４２、不揮発性メモリ４４、拡散符号系列発生回路４６、負荷変調回路４８及び共鳴コイル５０を備える。制御回路４２はさらに、図示しないが内部に電源発生回路及び復調回路を備える。
【００２８】
リーダ側コイルアンテナ２６によって発生された磁界によりタグ側コイルアンテナ４０に誘導された電圧は、制御回路４２中の電源発生回路において、整流、平滑され直流電源となる。同時に、制御回路４２の復調回路によって復調が行われ、復調信号に含まれたコマンドに従ったデータが不揮発性メモリ４４から読み出される。そして、そのデータに応じて、拡散符号系列発生回路４６で発生する拡散符号系列が指定される。負荷変調回路４８において、搬送波を分周して搬送波の例えば１／１０の周波数の副搬送波を発生し、拡散符号系列発生回路４６で発生された拡散符号系列に応じて副搬送波で負荷を変動させて、タグ側コイルアンテナ４０によって発生させる磁界を変動させて、それを返信信号とする。副搬送周波数としては、搬送周波数の５％〜１５％のものとすることができる。
【００２９】
ここで、タグ側コイルアンテナ４０においても、コンデンサＣと共にＬＣ並列共振回路を構成しており、搬送周波数ｆに同調されている。
【００３０】
拡散符号系列発生回路４６で発生する拡散符号系列としては、Ｍ系列とすることもできるが、好ましくはＧＯＬＤ符号系列とする。このＧＯＬＤ符号系列を発生する拡散符号系列発生回路４６の一例を図２に示す。拡散符号系列発生回路４６は、２つのＭ系列発生器Ｍ１、Ｍ２を備え、該Ｍ系列発生器Ｍ１、Ｍ２の出力の排他的論理和ＥＸＯＲをとることで、ＧＯＬＤ符号系列を発生する。Ｍ系列発生器の組み合わせによって、単独のＭ系列発生器に比較して、多くの種類の符号列を発生させることができる。また、ＧＯＬＤ符号系列は、Ｍ系列に比較して、自己相関は悪いが相互相関が良いという性質を持つ。
【００３１】
この実施形態では、２ビット分のデータ「００」、「０１」、「１０」、「１１」に対して、種類の異なる４つのＧＯＬＤ符号１、２、３、４を割り当てることにし、２ビット分を１つの符号系列に対応させることで、伝送速度を上げるようにする。また、２ビットのデータに対して、それぞれヘッダ（Ｈ１）を付けて、Ｈ１＋割り当てられたＧＯＬＤ符号とする（図３参照）。ヘッダＨ１は、上記ＧＯＬＤ符号１〜４のいずれかとすることもでき、または別の任意のＧＯＬＤ符号系列または他の拡散符号系列とすることができる。
【００３２】
タグ側コイルアンテナ４０からの返信信号は、リーダ側コイルアンテナ２６で捉えられると、増幅器３０で増幅され、フィルタ３２によって搬送周波数と副搬送周波数との差周波数近傍の信号だけが取り出されて、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタル変換されて、相関計算器３６に入力される。
【００３３】
相関計算器３６は、ソフトウエアによって所定の拡散符号系列との相関計算を行い、その相関計算結果を信号処理回路２０へと送るものである。この相関計算器３６の詳細構造を図４に示す。
【００３４】
相関計算器３６は、ウインドウ処理部６０、フーリエ変換処理部６２、スペクトラム距離計算部６４、クロスパワースペクトラム処理部６８、逆フーリエ変換処理部７０及び相関判定部７２を備える。
【００３５】
ウインドウ処理部６０は、入力データに対してウインドウ関数を掛けるもので、これによって、そのリーケージであるサイドローブを減衰させるもので、時系列データＸ（ｎ）にウインドウ関数Ｗ（ｎ）を掛け算する。
【００３６】
【数１】
ここで、ウインドウ関数としては、例えばハミング関数とすることができ、
【００３７】
【数２】
とすることができる。
【００３８】
フーリエ変換処理部６２は、時系列データＸ（ｎ）に離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す。離散フーリエ変換は、高速フーリエ変換アルゴリズムにより、高速に行うことができる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
【数４】
【００４１】
スペクトラム距離計算部６４は、フーリエ変換処理部６２でフーリエ変換を行った時系列データと、ヘッダＨ１のデータとの類似度を計算する。類似度は、フーリエ変換したパワースペクトラムを使用して、次式で示されるユークリッド距離Ｄ（ｘ，ｙ）から求めることにし、距離Ｄが小さければ類似度が高く、距離Ｄが大きければ類似度が低いものとする。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、|Ｘi| はデータをフーリエ変換して得られた複素数の絶対値、|Ｙi| はヘッダ（Ｈ１）をフーリエ変換して得られた複素数の絶対値である。
【００４４】
クロスパワースペクトラム処理部６８は、次式のようにデータをフーリエ変換した得られた複素数と、比較するべきＧＯＬＤ系列をフーリエ変換して得られた複素数の共役との掛け算をする。
【００４５】
【数６】
【００４６】
逆フーリエ変換処理部７０は、クロスパワースペクトルを逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）アルゴリズムを用いて逆離散フーリエ変換し、次式で示される相互相関を求める。
【００４７】
【数７】
【００４８】
相関判定部７２は、逆フーリエ変換処理部７０で得られた相互相関から閾値を超える結果が得られたＧＯＬD系列に対応する２ビットのデータを判定するものである。
【００４９】
以上のように構成される相関計算器３６の処理を図５に示す。
【００５０】
ウインドウ処理部６０は、Ａ／Ｄ変換器３４からの入力データに対してウインドウ関数を順次掛けており(ステップＳ１０)、フーリエ変換処理部６２は、ウインドウ関数が順次掛けられた時系列データＸ（ｎ）に対して、離散フーリエ変換を行い（ステップＳ１２）、その結果、得られた複素数の絶対値と、予め決められたヘッダをフーリエ変換して得られた複素数の絶対値との距離Ｄ（ｘ，ｙ）を求める（ステップＳ１４）。距離Ｄが予め決められた閾値以下であるか否かを判定し（ステップＳ１６）、小さい場合、入力されたデータはヘッダであるとして、フーリエ変換処理部６２は、次の時系列データに対してフーリエ変換を行い（ステップＳ１８）、クロスパワースペクトラム処理部６８がフーリエ変換して得られた複素数と、ＧＯＬＤ系列１〜４をフーリエ変換して得られる複素数の共役とのクロスパワースペクトラムを計算する（ステップＳ２０）。そして、逆フーリエ変換を行って、相互相関値を求め（ステップＳ２２）、相関判定部７２は、その相関値からタグ１２から送られたデータを決定する（ステップＳ２４）。
【００５１】
これに対して、ステップＳ１６の判定により、距離Ｄが予め決められた閾値よりも大きい場合（ステップＳ１６の「大きい」）には、クロスパワースペクトラムの計算は行わずに、順次、１ビットずれた次の時系列データＸ（ｎ）に対して処理を繰り返す。
【００５２】
以上のように、相関計算を、フーリエ変換処理、クロスパワースペクトラム計算処理及び逆フーリエ変換処理によるソフトウエア処理とすることによって、相関処理の精度と自由度を上げることができる。また、ヘッダＨ１を設けてヘッダＨ１の類似度を判定して、類似しているデータ以外は、相関を求めないことで、相関処理を効率化することができる。
【００５３】
また、２ビットを１つの拡散符号系列に対応させているため、伝送効率を上げて伝送時間を短くすることができる。
【００５４】
リーダ側コイルアンテナ２６は送受信兼用となっていて、搬送周波数ｆに同調しているＬＣ共振回路を構成している。そのため、エネルギー伝送効率を上げて通信距離を延ばすことができ、狭帯域となっているために返信信号以外の干渉波を除去することができる。狭帯域となっている一方で、搬送周波数ｆが高く、且つ搬送周波数ｆの１０％程度の副搬送周波数による負荷変調によって変調しているため、フィルタ３２で選別することで返信信号だけを確実に受信することができる。これによって、拡散符号系列の返信であってもデータの通信が可能となる。
【００５５】
また、リーダ装置１０は、リーダ側コイルアンテナ２６の他に共鳴コイル３８を備える。共鳴コイル３８は、コイルアンテナ２６との磁界結合が可能な程度に近傍に距離をおいて配置される。共鳴コイル３８は、コイルとコンデンサまたはコイルとコイルの分布容量によってＬＣ共振回路を構成して、周波数ｆに同調されており、そのＱは１００〜２００程度の間に設定される。
【００５６】
同様に、タグ側コイルアンテナ４０は送受信兼用となっており、タグ１２は、タグ側コイルアンテナ４０の他に共鳴コイル５０を備える。共鳴コイル５０は、コイルアンテナ４０との磁界結合が可能な程度に近傍に距離をおいて配置される。但し、共鳴コイル５０は、必ずしもタグ１２に対して相対的に固定される必要はない。共鳴コイル５０は、コイルとコンデンサまたはコイルとコイルの分布容量によってＬＣ共振回路を構成して、周波数ｆに同調されており、そのＱは１００〜２００程度の間に設定される。
【００５７】
これらの共鳴コイル３８、５０によっても、エネルギー伝送効率を上げることができて、長距離の通信が可能となる。高い周波数にする程、共鳴コイルによる伝送効率が上がるため、従来（中波帯域）より高い周波数（短波帯域）によって、伝送効率を上げることができる。
【００５８】
尚、共鳴コイルとコイルアンテナとの磁界結合の結合係数は、互いの距離が近いときに、共振周波数がスプリットして上下に僅かにずれたところで結合係数が高くなる傾向がある。そして、共振周波数よりも僅かに小さいところでは、コイルアンテナと共鳴コイルの電流の向きが同相となり、共振周波数よりも僅かに大きいところでは、コイルアンテナと共鳴コイルの電流の向きが逆相となるため、共振周波数よりも僅かに小さい方が伝送効率がよい。そのため、ＬＣ共振回路を搬送周波数ｆに同調させるときに、共鳴コイルとコイルアンテナとの間の距離に応じて、その搬送周波数ｆが伝送効率のよい周波数に合致するように調整されるとよい。
【００５９】
また、共鳴コイル３８、５０間での電力伝送を検討した場合、一方の共鳴コイル３８のインダクタンスＬが高いと、他方の共鳴コイル５０に誘起される電圧が高く、電流が小さくなり、逆にインダクタンスＬが低いと、他方の共鳴コイル５０に誘起される電圧が低く、電流が大きくなる。その際に、近傍に発生する近磁界強度は変わらないのに対して、電界強度は、共鳴コイル３８のインダクタンスＬが小さい方がインダクタンスＬが大きい場合よりも、高くなる。そのため、近傍に及ぼす影響を考慮すると、各共鳴コイルのインダクタンスＬを大きく、キャパシタンスＣを小さく設定することが好ましい。
【００６０】
本実施形態においては、リーダ装置１０において送受信コイルアンテナを兼用としているため、リーダ装置１０の小型化を図ることができ、また、リーダ装置側から連続送信を行うことができ、タグ１２からの返信時に送信を停止する必要はない。
【００６１】
但し、実施形態の変形例として、タグ１２に発振器を設けることもできる。発振器を設けた場合、リーダ装置１０は、受信時には送信を停止する。タグ１２では、電源回路で蓄えた電力を用いて、発振器によって発振された信号をクロック信号として、搬送周波数及び副搬送周波数を生成して変調を行い、変調信号を生成することができる。
【００６２】
また、この実施形態の変形例として、タグ１２は、負荷変調を行う代わりに図６に示した副搬送周波数で位相変調することもでき、この場合でも、同様に、リーダ装置１０においてフィルタ３２で搬送周波数を除去し、返信信号を確実に受信することができる。また、リーダ装置１０にＰＬＬ回路を備えて位相復調することで、返信信号を復調することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
次に、図７は本発明の第２実施形態を表す。この図において、第１実施形態と同一の部材は、同一の符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００６４】
第２実施形態では、第１実施形態と比較して、リーダ装置１０において、送信用コイルアンテナ２６−１と、受信用コイルアンテナ２６−２を備えており、送信周波数ｆ1 と異なる受信周波数ｆ2 で返信が行われるようになっている。送信用コイルアンテナ２６−１と受信用コイルアンテナ２６−２は、それぞれ送信周波数ｆ1 と受信周波数ｆ2 に同調したＬＣ共振回路を構成している。
【００６５】
タグ１２は、発振器５６を備えている。また、共鳴コイル５０には、受信時と返信時とにおいて切り替えるスイッチ５２を介してコンデンサ５４が接続されている。スイッチ５２は、タグ１２の制御回路４２からの制御により切り替えられて、共鳴コイル５０を含むＬＣ共振回路が、受信時及び返信時において、送信周波数ｆ1 及び受信周波数ｆ2 にそれぞれ同調するようになっている。
【００６６】
この第２実施形態では、送信時は第１実施形態とほぼ同様に作用するが、返信時は、リーダ装置１０が送信を停止し、タグ１２では、発振器５６からのクロック信号に基づき生成した、送信周波数ｆ1 よりも高い受信周波数ｆ2 で返信を行う。その際に、受信周波数ｆ2 を分周して得られる副搬送波によって変調を行うことは第１実施形態と同じである。
【００６７】
送信周波数ｆ1 としては、例えば、中波帯域の周波数を用い、受信周波数ｆ2 としては、例えば短波帯域の周波数を用いて、ビット数の高い拡散符号系列の返信を可能とする。且つ、受信コイルアンテナ２６−２が狭帯域のＬＣ共振回路を構成することで、エネルギー伝送効率を上げて干渉波を排除する。
【００６８】
この第２実施形態では、リーダ装置１０が送信信号を送る送信コイルアンテナ２６−１と、タグ１２からの返信信号を受ける受信コイルアンテナ２６−２とに分かれているため、それぞれのコイルアンテナを送信、受信に適して調整することができるため、効率を上げることができる。
【００６９】
尚、図示した例では、タグ１２側のみに共鳴コイル５０を配置していたが、これに限るものではなく、リーダ装置１０の送信コイルアンテナ２６−１、受信コイルアンテナ２６−２に対応して、それぞれ磁気結合可能な共鳴コイルを配置することも可能である。
【００７０】
（実験例）
図８は、共鳴コイルの効果を実証するための実験例を表す図である。図において、リーダ側コイルアンテナ２６、共鳴コイル３８、共鳴コイル５０及びタグ側コイルアンテナ４０は、それぞれ以下の条件とした。
【００７１】
【表１】
【００７２】
リーダ側コイルアンテナ２６と共鳴コイル３８の距離を１５０ｍｍ、タグ側コイルアンテナ４０と共鳴コイル５０の距離を１００ｍｍとし、共鳴コイル３８と共鳴コイル５０の距離ｄと伝送効率との関係を求め、共鳴コイル３８、５０がない場合と比較したところ、図９に示す結果が得られた。
【００７３】
図９から共鳴コイルによって伝送効率が上がること、及び中波帯域よりも短波帯域の伝送効率の方が良いことが示された。
【符号の説明】
【００７４】
１０ リーダ装置
１２ タグ
２６ リーダ側コイルアンテナ
２６−１ 送信用コイルアンテナ
２６−２ 受信用コイルアンテナ
３６ 相関計算器
３８ 共鳴コイル
４０ タグ側コイルアンテナ
５０ 共鳴コイル
６２ フーリエ変換処理部（フーリエ変換処理手段）
６４ スペクトラム距離計算部（類似度計算手段）
６８ クロスパワースペクトラム処理部（クロスパワースペクトラム計算手段）
７０ 逆フーリエ変換処理部（逆フーリエ変換処理手段）
７２ 相関判定部（相関処理手段）
Ｈ１ ヘッダ
ｆ 搬送周波数
ｆ1 送信周波数
ｆ2 受信周波数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーダ装置とタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のデータ通信システムとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１においては、リーダ装置から不揮発性メモリを有するタグに非接触で電力を伝送すると共に両者間でデータ伝送を行うようになっており、タグにおいて、不揮発性メモリから読み出した「０」または「１」のデータに対応してスペクトラム拡散波発生器でスペクトラム拡散波を発生させてリーダ装置へ返信し、リーダ装置では、相関回路で受信信号の「０」または「１」のデータを識別するようにしている。
【０００３】
これによって、ノイズの影響を受けることなく、長距離伝送を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６１０９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のデータ通信システムに対して、リーダ装置とタグ間の通信距離に関し、さらなる改良が要望されている。例えば、このデータ通信システムを物流・輸送管理や鉄道保線用に使用した場合、物流・輸送速度、鉄道車両の速度の高速化は常に望まれていることであり、これらの高速化に伴いリーダ装置とタグの通信距離を延ばす必要がある。
【０００６】
また、従来のデータ通信システムでは、リーダ装置がタグからのスペクトル拡散波を受信できるように、リーダ装置のコイルアンテナは広帯域の動作帯域となっており、そのため、返信周波数の近傍付近の干渉の影響を受けてしまう、という問題がある。
【０００７】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、エネルギー伝送効率を上げることができ、さらなる長距離通信を行うことができると共に干渉の影響を受けにくいデータ通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置のコイルアンテナは搬送周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信を行い、リーダ装置は、コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置のコイルアンテナは、送受信兼用となっており、前記搬送周波数に同調したＬＣ共振回路を構成している、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のデータ通信システムにおいて、タグまたはリーダ装置は、コイルアンテナの他に磁気結合のための搬送周波数に同調した共鳴コイルを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のデータ通信システムにおいて、前記搬送周波数は、短波帯域にあることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のデータ通信システムにおいて、前記タグは、搬送周波数の５〜１５％の副搬送周波数で変調を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置は、別々の送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナとを備え、
リーダ装置の送信用コイルアンテナは送信周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信周波数で返信を行い、リーダ装置は、受信用コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置からの送信信号の送信周波数よりも、タグからの返信信号の返信周波数が高く、
送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナは、それぞれ送信周波数及び返信周波数に同調するＬＣ共振回路を構成していることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のデータ通信システムにおいて、タグは、コイルアンテナの他に磁気結合のための共鳴コイルを備え、該共鳴コイルは、リーダ装置送信時には送信周波数に同調し、タグ返信時には返信周波数に同調するように切替えられることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載のデータ通信システムにおいて、前記返信周波数は短波帯域にあることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のデータ通信システムにおいて、前記リーダ装置は、相関処理を行う相関処理手段を備え、該相関処理手段は、
入力データ列の離散フーリエ変換を行うフーリエ変換処理手段と、
離散フーリエ変換後の複素数と、拡散符号系列のフーリエ変換の複素数の共役とのクロスパワースペクトラムを求めるクロスパワースペクトラム計算手段と、
クロスパワースペクトラムデータを逆離散フーリエ変換する逆フーリエ変換処理手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、請求項８記載のデータ通信システムにおいて、前記返信データは前記拡散符号系列の前に既定のヘッダを含んでおり、
前記相関処理手段は、さらに、
入力データ列と既定のヘッダとの類似度を計算する類似度計算手段を備え、
類似度が所定値よりも高い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行い、類似度が所定値よりも低い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行わないことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のデータ通信システムにおいて、２ビットの返信データに対して１つの拡散符号系列を割り当てることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エネルギー伝送効率を上げることができ、リーダ装置とタグとの間の通信距離を延ばすことができると共に干渉の影響を受けにくいものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による第１実施形態によるデータ通信システムを表すブロック図である。
【図２】拡散符号発生回路の一例を表すブロック図である。
【図３】返信信号を表す波形図である。
【図４】相関計算器の詳細構造を表すブロック図である。
【図５】相関計算器の処理を表すフローチャートである。
【図６】別の返信信号を表す波形図である。
【図７】本発明による第２実施形態によるデータ通信システムを表すブロック図である。
【図８】共鳴コイルの効果を実証する実験条件を表す概略図である。
【図９】図８の実験による伝送効率を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるデータ通信システムを表す図である。
【００２２】
データ通信システムは、リーダ装置１０と、タグ１２とから構成される。タグ１２は、一般的にＩＣカード、ＩＣタグと呼ばれている情報媒体を含めることができ、データ通信システムは、所謂ＲＩＤ通信システムに適用することができる。リーダ装置１０とタグ１２とは互いに空間的に離れて、且つ、原則的には、相対的に移動可能である。
【００２３】
リーダ装置１０は、信号処理回路２０、発振器２１、Ｄ／Ａ変換器２２、増幅器２４、リーダ側コイルアンテナ２６、変調器２８、増幅器３０、フィルタ３２、Ａ／Ｄ変換器３４、相関計算器３６及び共鳴コイル３８を備える。
【００２４】
リーダ装置１０において、発振器２１からの発振信号を適宜分周して得られる周波数ｆのデジタル信号は、信号処理回路２０からＤ／Ａ変換器２２を経て、搬送周波数ｆの信号となり、また、信号処理回路２０から出力されるベースバンド信号によって、変調器２８によってＡＳＫ変調されて、コイルアンテナ２６から磁界が発生され、これが送信信号となる。変調方式は、ＡＳＫ変調には限定されないが、ＡＳＫ変調とすることによって、構成を簡単にすることができる。
【００２５】
ここで、リーダ側コイルアンテナ２６は、コンデンサＣと共にＬＣ並列共振回路を構成しており、搬送周波数ｆに同調されている。但しＬＣ並列共振回路の代わりにＬＣ直列共振回路を構成してもよい。
【００２６】
また、搬送周波数ｆとしては、従来（特許文献１の実施品の中波帯域）よりも高い１ＭＨｚ以上、好ましくは短波帯域の３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの帯域の波長を使用するとよい。
【００２７】
タグ１２は、タグ側コイルアンテナ４０、制御回路４２、不揮発性メモリ４４、拡散符号系列発生回路４６、負荷変調回路４８及び共鳴コイル５０を備える。制御回路４２はさらに、図示しないが内部に電源発生回路及び復調回路を備える。
【００２８】
リーダ側コイルアンテナ２６によって発生された磁界によりタグ側コイルアンテナ４０に誘導された電圧は、制御回路４２中の電源発生回路において、整流、平滑され直流電源となる。同時に、制御回路４２の復調回路によって復調が行われ、復調信号に含まれたコマンドに従ったデータが不揮発性メモリ４４から読み出される。そして、そのデータに応じて、拡散符号系列発生回路４６で発生する拡散符号系列が指定される。負荷変調回路４８において、搬送波を分周して搬送波の例えば１／１０の周波数の副搬送波を発生し、拡散符号系列発生回路４６で発生された拡散符号系列に応じて副搬送波で負荷を変動させて、タグ側コイルアンテナ４０によって発生させる磁界を変動させて、それを返信信号とする。副搬送周波数としては、搬送周波数の５％〜１５％のものとすることができる。
【００２９】
ここで、タグ側コイルアンテナ４０においても、コンデンサＣと共にＬＣ並列共振回路を構成しており、搬送周波数ｆに同調されている。
【００３０】
拡散符号系列発生回路４６で発生する拡散符号系列としては、Ｍ系列とすることもできるが、好ましくはＧＯＬＤ符号系列とする。このＧＯＬＤ符号系列を発生する拡散符号系列発生回路４６の一例を図２に示す。拡散符号系列発生回路４６は、２つのＭ系列発生器Ｍ１、Ｍ２を備え、該Ｍ系列発生器Ｍ１、Ｍ２の出力の排他的論理和ＥＸＯＲをとることで、ＧＯＬＤ符号系列を発生する。Ｍ系列発生器の組み合わせによって、単独のＭ系列発生器に比較して、多くの種類の符号列を発生させることができる。また、ＧＯＬＤ符号系列は、Ｍ系列に比較して、自己相関は悪いが相互相関が良いという性質を持つ。
【００３１】
この実施形態では、２ビット分のデータ「００」、「０１」、「１０」、「１１」に対して、種類の異なる４つのＧＯＬＤ符号１、２、３、４を割り当てることにし、２ビット分を１つの符号系列に対応させることで、伝送速度を上げるようにする。また、２ビットのデータに対して、それぞれヘッダ（Ｈ１）を付けて、Ｈ１＋割り当てられたＧＯＬＤ符号とする（図３参照）。ヘッダＨ１は、上記ＧＯＬＤ符号１〜４のいずれかとすることもでき、または別の任意のＧＯＬＤ符号系列または他の拡散符号系列とすることができる。
【００３２】
タグ側コイルアンテナ４０からの返信信号は、リーダ側コイルアンテナ２６で捉えられると、増幅器３０で増幅され、フィルタ３２によって搬送周波数と副搬送周波数との差周波数近傍の信号だけが取り出されて、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタル変換されて、相関計算器３６に入力される。
【００３３】
相関計算器３６は、ソフトウエアによって所定の拡散符号系列との相関計算を行い、その相関計算結果を信号処理回路２０へと送るものである。この相関計算器３６の詳細構造を図４に示す。
【００３４】
相関計算器３６は、ウインドウ処理部６０、フーリエ変換処理部６２、スペクトラム距離計算部６４、クロスパワースペクトラム処理部６８、逆フーリエ変換処理部７０及び相関判定部７２を備える。
【００３５】
ウインドウ処理部６０は、入力データに対してウインドウ関数を掛けるもので、これによって、そのリーケージであるサイドローブを減衰させるもので、時系列データＸ（ｎ）にウインドウ関数Ｗ（ｎ）を掛け算する。
【００３６】
【数１】
ここで、ウインドウ関数としては、例えばハミング関数とすることができ、
【００３７】
【数２】
とすることができる。
【００３８】
フーリエ変換処理部６２は、時系列データＸ（ｎ）に離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す。離散フーリエ変換は、高速フーリエ変換アルゴリズムにより、高速に行うことができる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
【数４】
【００４１】
スペクトラム距離計算部６４は、フーリエ変換処理部６２でフーリエ変換を行った時系列データと、ヘッダＨ１のデータとの類似度を計算する。類似度は、フーリエ変換したパワースペクトラムを使用して、次式で示されるユークリッド距離Ｄ（ｘ，ｙ）から求めることにし、距離Ｄが小さければ類似度が高く、距離Ｄが大きければ類似度が低いものとする。
【００４２】
【数５】
【００４３】
ここで、|Ｘi| はデータをフーリエ変換して得られた複素数の絶対値、|Ｙi| はヘッダ（Ｈ１）をフーリエ変換して得られた複素数の絶対値である。
【００４４】
クロスパワースペクトラム処理部６８は、次式のようにデータをフーリエ変換した得られた複素数と、比較するべきＧＯＬＤ系列をフーリエ変換して得られた複素数の共役との掛け算をする。
【００４５】
【数６】
【００４６】
逆フーリエ変換処理部７０は、クロスパワースペクトルを逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）アルゴリズムを用いて逆離散フーリエ変換し、次式で示される相互相関を求める。
【００４７】
【数７】
【００４８】
相関判定部７２は、逆フーリエ変換処理部７０で得られた相互相関から閾値を超える結果が得られたＧＯＬD系列に対応する２ビットのデータを判定するものである。
【００４９】
以上のように構成される相関計算器３６の処理を図５に示す。
【００５０】
ウインドウ処理部６０は、Ａ／Ｄ変換器３４からの入力データに対してウインドウ関数を順次掛けており(ステップＳ１０)、フーリエ変換処理部６２は、ウインドウ関数が順次掛けられた時系列データＸ（ｎ）に対して、離散フーリエ変換を行い（ステップＳ１２）、その結果、得られた複素数の絶対値と、予め決められたヘッダをフーリエ変換して得られた複素数の絶対値との距離Ｄ（ｘ，ｙ）を求める（ステップＳ１４）。距離Ｄが予め決められた閾値以下であるか否かを判定し（ステップＳ１６）、小さい場合、入力されたデータはヘッダであるとして、フーリエ変換処理部６２は、次の時系列データに対してフーリエ変換を行い（ステップＳ１８）、クロスパワースペクトラム処理部６８がフーリエ変換して得られた複素数と、ＧＯＬＤ系列１〜４をフーリエ変換して得られる複素数の共役とのクロスパワースペクトラムを計算する（ステップＳ２０）。そして、逆フーリエ変換を行って、相互相関値を求め（ステップＳ２２）、相関判定部７２は、その相関値からタグ１２から送られたデータを決定する（ステップＳ２４）。
【００５１】
これに対して、ステップＳ１６の判定により、距離Ｄが予め決められた閾値よりも大きい場合（ステップＳ１６の「大きい」）には、クロスパワースペクトラムの計算は行わずに、順次、１ビットずれた次の時系列データＸ（ｎ）に対して処理を繰り返す。
【００５２】
以上のように、相関計算を、フーリエ変換処理、クロスパワースペクトラム計算処理及び逆フーリエ変換処理によるソフトウエア処理とすることによって、相関処理の精度と自由度を上げることができる。また、ヘッダＨ１を設けてヘッダＨ１の類似度を判定して、類似しているデータ以外は、相関を求めないことで、相関処理を効率化することができる。
【００５３】
また、２ビットを１つの拡散符号系列に対応させているため、伝送効率を上げて伝送時間を短くすることができる。
【００５４】
リーダ側コイルアンテナ２６は送受信兼用となっていて、搬送周波数ｆに同調しているＬＣ共振回路を構成している。そのため、エネルギー伝送効率を上げて通信距離を延ばすことができ、狭帯域となっているために返信信号以外の干渉波を除去することができる。狭帯域となっている一方で、搬送周波数ｆが高く、且つ搬送周波数ｆの１０％程度の副搬送周波数による負荷変調によって変調しているため、フィルタ３２で選別することで返信信号だけを確実に受信することができる。これによって、拡散符号系列の返信であってもデータの通信が可能となる。
【００５５】
また、リーダ装置１０は、リーダ側コイルアンテナ２６の他に共鳴コイル３８を備える。共鳴コイル３８は、コイルアンテナ２６との磁界結合が可能な程度に近傍に距離をおいて配置される。共鳴コイル３８は、コイルとコンデンサまたはコイルとコイルの分布容量によってＬＣ共振回路を構成して、周波数ｆに同調されており、そのＱは１００〜２００程度の間に設定される。
【００５６】
同様に、タグ側コイルアンテナ４０は送受信兼用となっており、タグ１２は、タグ側コイルアンテナ４０の他に共鳴コイル５０を備える。共鳴コイル５０は、コイルアンテナ４０との磁界結合が可能な程度に近傍に距離をおいて配置される。但し、共鳴コイル５０は、必ずしもタグ１２に対して相対的に固定される必要はない。共鳴コイル５０は、コイルとコンデンサまたはコイルとコイルの分布容量によってＬＣ共振回路を構成して、周波数ｆに同調されており、そのＱは１００〜２００程度の間に設定される。
【００５７】
これらの共鳴コイル３８、５０によっても、エネルギー伝送効率を上げることができて、長距離の通信が可能となる。高い周波数にする程、共鳴コイルによる伝送効率が上がるため、従来（中波帯域）より高い周波数（短波帯域）によって、伝送効率を上げることができる。
【００５８】
尚、共鳴コイルとコイルアンテナとの磁界結合の結合係数は、互いの距離が近いときに、共振周波数がスプリットして上下に僅かにずれたところで結合係数が高くなる傾向がある。そして、共振周波数よりも僅かに小さいところでは、コイルアンテナと共鳴コイルの電流の向きが同相となり、共振周波数よりも僅かに大きいところでは、コイルアンテナと共鳴コイルの電流の向きが逆相となるため、共振周波数よりも僅かに小さい方が伝送効率がよい。そのため、ＬＣ共振回路を搬送周波数ｆに同調させるときに、共鳴コイルとコイルアンテナとの間の距離に応じて、その搬送周波数ｆが伝送効率のよい周波数に合致するように調整されるとよい。
【００５９】
また、共鳴コイル３８、５０間での電力伝送を検討した場合、一方の共鳴コイル３８のインダクタンスＬが高いと、他方の共鳴コイル５０に誘起される電圧が高く、電流が小さくなり、逆にインダクタンスＬが低いと、他方の共鳴コイル５０に誘起される電圧が低く、電流が大きくなる。その際に、近傍に発生する近磁界強度は変わらないのに対して、電界強度は、共鳴コイル３８のインダクタンスＬが小さい方がインダクタンスＬが大きい場合よりも、高くなる。そのため、近傍に及ぼす影響を考慮すると、各共鳴コイルのインダクタンスＬを大きく、キャパシタンスＣを小さく設定することが好ましい。
【００６０】
本実施形態においては、リーダ装置１０において送受信コイルアンテナを兼用としているため、リーダ装置１０の小型化を図ることができ、また、リーダ装置側から連続送信を行うことができ、タグ１２からの返信時に送信を停止する必要はない。
【００６１】
但し、実施形態の変形例として、タグ１２に発振器を設けることもできる。発振器を設けた場合、リーダ装置１０は、受信時には送信を停止する。タグ１２では、電源回路で蓄えた電力を用いて、発振器によって発振された信号をクロック信号として、搬送周波数及び副搬送周波数を生成して変調を行い、変調信号を生成することができる。
【００６２】
また、この実施形態の変形例として、タグ１２は、負荷変調を行う代わりに図６に示した副搬送周波数で位相変調することもでき、この場合でも、同様に、リーダ装置１０においてフィルタ３２で搬送周波数を除去し、返信信号を確実に受信することができる。また、リーダ装置１０にＰＬＬ回路を備えて位相復調することで、返信信号を復調することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
次に、図７は本発明の第２実施形態を表す。この図において、第１実施形態と同一の部材は、同一の符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００６４】
第２実施形態では、第１実施形態と比較して、リーダ装置１０において、送信用コイルアンテナ２６−１と、受信用コイルアンテナ２６−２を備えており、送信周波数ｆ1 と異なる受信周波数ｆ2 で返信が行われるようになっている。送信用コイルアンテナ２６−１と受信用コイルアンテナ２６−２は、それぞれ送信周波数ｆ1 と受信周波数ｆ2 に同調したＬＣ共振回路を構成している。
【００６５】
タグ１２は、発振器５６を備えている。また、共鳴コイル５０には、受信時と返信時とにおいて切り替えるスイッチ５２を介してコンデンサ５４が接続されている。スイッチ５２は、タグ１２の制御回路４２からの制御により切り替えられて、共鳴コイル５０を含むＬＣ共振回路が、受信時及び返信時において、送信周波数ｆ1 及び受信周波数ｆ2 にそれぞれ同調するようになっている。
【００６６】
この第２実施形態では、送信時は第１実施形態とほぼ同様に作用するが、返信時は、リーダ装置１０が送信を停止し、タグ１２では、発振器５６からのクロック信号に基づき生成した、送信周波数ｆ1 よりも高い受信周波数ｆ2 で返信を行う。その際に、受信周波数ｆ2 を分周して得られる副搬送波によって変調を行うことは第１実施形態と同じである。
【００６７】
送信周波数ｆ1 としては、例えば、中波帯域の周波数を用い、受信周波数ｆ2 としては、例えば短波帯域の周波数を用いて、ビット数の高い拡散符号系列の返信を可能とする。且つ、受信コイルアンテナ２６−２が狭帯域のＬＣ共振回路を構成することで、エネルギー伝送効率を上げて干渉波を排除する。
【００６８】
この第２実施形態では、リーダ装置１０が送信信号を送る送信コイルアンテナ２６−１と、タグ１２からの返信信号を受ける受信コイルアンテナ２６−２とに分かれているため、それぞれのコイルアンテナを送信、受信に適して調整することができるため、効率を上げることができる。
【００６９】
尚、図示した例では、タグ１２側のみに共鳴コイル５０を配置していたが、これに限るものではなく、リーダ装置１０の送信コイルアンテナ２６−１、受信コイルアンテナ２６−２に対応して、それぞれ磁気結合可能な共鳴コイルを配置することも可能である。
【００７０】
（実験例）
図８は、共鳴コイルの効果を実証するための実験例を表す図である。図において、リーダ側コイルアンテナ２６、共鳴コイル３８、共鳴コイル５０及びタグ側コイルアンテナ４０は、それぞれ以下の条件とした。
【００７１】
【表１】
【００７２】
リーダ側コイルアンテナ２６と共鳴コイル３８の距離を１５０ｍｍ、タグ側コイルアンテナ４０と共鳴コイル５０の距離を１００ｍｍとし、共鳴コイル３８と共鳴コイル５０の距離ｄと伝送効率との関係を求め、共鳴コイル３８、５０がない場合と比較したところ、図９に示す結果が得られた。
【００７３】
図９から共鳴コイルによって伝送効率が上がること、及び中波帯域よりも短波帯域の伝送効率の方が良いことが示された。
【符号の説明】
【００７４】
１０ リーダ装置
１２ タグ
２６ リーダ側コイルアンテナ
２６−１ 送信用コイルアンテナ
２６−２ 受信用コイルアンテナ
３６ 相関計算器
３８ 共鳴コイル
４０ タグ側コイルアンテナ
５０ 共鳴コイル
６２ フーリエ変換処理部（フーリエ変換処理手段）
６４ スペクトラム距離計算部（類似度計算手段）
６８ クロスパワースペクトラム処理部（クロスパワースペクトラム計算手段）
７０ 逆フーリエ変換処理部（逆フーリエ変換処理手段）
７２ 相関判定部（相関処理手段）
Ｈ１ ヘッダ
ｆ 搬送周波数
ｆ1 送信周波数
ｆ2 受信周波数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置のコイルアンテナは搬送周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信を行い、リーダ装置は、コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置のコイルアンテナは、送受信兼用となっており、前記搬送周波数に同調したＬＣ共振回路を構成している、ことを特徴とするデータ通信システム。
【請求項２】
タグまたはリーダ装置は、コイルアンテナの他に磁気結合のための搬送周波数に同調した共鳴コイルを備えることを特徴とする請求項１記載のデータ通信システム。
【請求項３】
前記搬送周波数は、短波帯域にあることを特徴とする請求項１または２記載のデータ通信システム。
【請求項４】
前記タグは、搬送周波数の５〜１５％の副搬送周波数で変調を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載のデータ通信システム。
【請求項５】
コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置は、別々の送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナとを備え、
リーダ装置の送信用コイルアンテナは送信周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信周波数で返信を行い、リーダ装置は、受信用コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置からの送信信号の送信周波数よりも、タグからの返信信号の返信周波数が高く、
送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナは、それぞれ送信周波数及び返信周波数に同調するＬＣ共振回路を構成していることを特徴とするデータ通信システム。
【請求項６】
タグは、コイルアンテナの他に磁気結合のための共鳴コイルを備え、該共鳴コイルは、リーダ装置送信時には送信周波数に同調し、タグ返信時には返信周波数に同調するように切替えられることを特徴とする請求項５記載のデータ通信システム。
【請求項７】
前記返信周波数は短波帯域にあることを特徴とする請求項５または６記載のデータ通信システム。
【請求項８】
前記リーダ装置は、相関処理を行う相関処理手段を備え、該相関処理手段は、
入力データ列の離散フーリエ変換を行うフーリエ変換処理手段と、
離散フーリエ変換後の複素数と、拡散符号系列のフーリエ変換の複素数の共役とのクロスパワースペクトラムを求めるクロスパワースペクトラム計算手段と、
クロスパワースペクトラムデータを逆離散フーリエ変換する逆フーリエ変換処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のデータ通信システム。
【請求項９】
前記返信データは前記拡散符号系列の前に既定のヘッダを含んでおり、
前記相関処理手段は、さらに、
入力データ列と既定のヘッダとの類似度を計算する類似度計算手段を備え、
類似度が所定値よりも高い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行い、類似度が所定値よりも低い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行わないことを特徴とする請求項８記載のデータ通信システム。
【請求項１０】
２ビットの返信データに対して１つの拡散符号系列を割り当てることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のデータ通信システム。
【請求項１】
コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置のコイルアンテナは搬送周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信を行い、リーダ装置は、コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置のコイルアンテナは、送受信兼用となっており、前記搬送周波数に同調したＬＣ共振回路を構成している、ことを特徴とするデータ通信システム。
【請求項２】
タグまたはリーダ装置は、コイルアンテナの他に磁気結合のための搬送周波数に同調した共鳴コイルを備えることを特徴とする請求項１記載のデータ通信システム。
【請求項３】
前記搬送周波数は、短波帯域にあることを特徴とする請求項１または２記載のデータ通信システム。
【請求項４】
前記タグは、搬送周波数の５〜１５％の副搬送周波数で変調を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載のデータ通信システム。
【請求項５】
コイルアンテナを備えたリーダ装置と、コイルアンテナを備えたタグとからなり、リーダ装置からタグに向けて非接触に電力を伝送すると共に、両者間でデータ伝送を行うデータ通信システムにおいて、
リーダ装置は、別々の送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナとを備え、
リーダ装置の送信用コイルアンテナは送信周波数で送信を行い、タグは、コイルアンテナで送信信号を受信して、送信信号に応答する返信データを拡散符号系列に対応させ、該拡散符号系列に応じて負荷変調または位相変調を行ってコイルアンテナから返信周波数で返信を行い、リーダ装置は、受信用コイルアンテナで返信信号を受信後、前記返信信号の相関処理を行うようになっており、
リーダ装置からの送信信号の送信周波数よりも、タグからの返信信号の返信周波数が高く、
送信用コイルアンテナと受信用コイルアンテナは、それぞれ送信周波数及び返信周波数に同調するＬＣ共振回路を構成していることを特徴とするデータ通信システム。
【請求項６】
タグは、コイルアンテナの他に磁気結合のための共鳴コイルを備え、該共鳴コイルは、リーダ装置送信時には送信周波数に同調し、タグ返信時には返信周波数に同調するように切替えられることを特徴とする請求項５記載のデータ通信システム。
【請求項７】
前記返信周波数は短波帯域にあることを特徴とする請求項５または６記載のデータ通信システム。
【請求項８】
前記リーダ装置は、相関処理を行う相関処理手段を備え、該相関処理手段は、
入力データ列の離散フーリエ変換を行うフーリエ変換処理手段と、
離散フーリエ変換後の複素数と、拡散符号系列のフーリエ変換の複素数の共役とのクロスパワースペクトラムを求めるクロスパワースペクトラム計算手段と、
クロスパワースペクトラムデータを逆離散フーリエ変換する逆フーリエ変換処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のデータ通信システム。
【請求項９】
前記返信データは前記拡散符号系列の前に既定のヘッダを含んでおり、
前記相関処理手段は、さらに、
入力データ列と既定のヘッダとの類似度を計算する類似度計算手段を備え、
類似度が所定値よりも高い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行い、類似度が所定値よりも低い場合にそれに続く入力データ列に関するクロスパワースペクトラム計算手段及び逆フーリエ変換処理手段による処理を行わないことを特徴とする請求項８記載のデータ通信システム。
【請求項１０】
２ビットの返信データに対して１つの拡散符号系列を割り当てることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のデータ通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５４８３７（Ｐ２０１２−５４８３７Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７００２（Ｐ２０１０−１９７００２）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３３８８）東京計器株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３３８８）東京計器株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
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