無線測距装置、無線端末及び無線測距システム
【課題】折り返しパルスの受信レベルが高速に大きく変動する環境においても、適切な利得によって折り返しパルスを受信し、正確に測距する無線測距システムを提供する。
【解決手段】リーダ制御部２５は、タグ−リーダ間の距離を検出するために、送信電力、受信ゲインおよび自折り返しパルスの送信レベルの組合せを周期的に切り替える。第１の組合せでは、リーダ制御部２５は、送信電力、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「小」、「小」、「大」に設定する。この場合、タグＡとタグＢでは、リーダ５からの送信パルスの受信レベルが第１の閾値より小さいので、折り返し送信しない。タグＣでは、送信パルスの受信レベルが第１の閾値より大きいので、折り返し送信する。第２の組合せでは、リーダ制御部２５は、送信電力、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「中」、「中」、「中」に設定する。
【解決手段】リーダ制御部２５は、タグ−リーダ間の距離を検出するために、送信電力、受信ゲインおよび自折り返しパルスの送信レベルの組合せを周期的に切り替える。第１の組合せでは、リーダ制御部２５は、送信電力、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「小」、「小」、「大」に設定する。この場合、タグＡとタグＢでは、リーダ５からの送信パルスの受信レベルが第１の閾値より小さいので、折り返し送信しない。タグＣでは、送信パルスの受信レベルが第１の閾値より大きいので、折り返し送信する。第２の組合せでは、リーダ制御部２５は、送信電力、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「中」、「中」、「中」に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス信号を送信して距離を測定する無線測距装置、無線端末及び無線測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線測距システムでは、無線基地局装置であるリーダが無線端末装置であるタグに対してパルス信号を無線によって送信し、タグはパルス信号を受信した後にリーダへ折り返しパルス信号を送信する。リーダは、タグからの折り返しパルス信号を受信するまでの往復時間を基に、タグまでの距離を測定する。
【０００３】
この様な無線測距システムにおいて、例えば、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信方式は、パルス幅が１ナノ秒以下という短パルス信号を用いるため、マルチパス伝播環境においても高精度な測距を実現できる。
【０００４】
この種の先行技術として、多数存在するタグを１つずつ検出するシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。このシステムでは、呼掛け機（リーダ）は、先ず送信する信号のレベルを小さく設定し、Ｐｍ１の範囲において各トランスポンダ（タグ：１４．１〜１４．３）を測定する。各トランスポンダ１４．１〜１４．３の検出はシーケンシャルに実施される。その後、呼掛け機は、各トランスポンダからの信号の受信に応じて受信確認信号を各トランスポンダに送信し、各トランスポンダ１４．１〜１４．３をスリープモードに遷移させ、信号の反射を停止させる。次に、呼掛け機は、送信する信号のレベルを上げ、Ｐｍ２の範囲において各トランスポンダ（１４．４〜１４．８）を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述従来の無線測距システムにおいては、次の様な課題があり、課題の改善が要望された。
【０００７】
図２３は、リーダからの距離に応じて変化する折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図である。図２３に示す様に、リーダ−タグ間の距離に応じて、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の受信レベルが大きく異なる。図２３においては、自折り返しパルス信号を受信した時間ｔ０から、タグからの折り返しパルス信号を受信するまでの時間ｔ１、ｔ２、ｔ３が示されている。
【０００８】
距離１ｍのタグからの折り返しパルス信号を受信するまでの時間（受信時間）ｔ１における折り返しパルス信号の受信レベルが最も大きい。距離５ｍのタグからの折り返しパルス信号を受信するまでの受信時間ｔ２、距離１０ｍのタグからの折り返しパルス信号を受信するまでの受信時間ｔ３と距離が長くなるにつれて、タグからの折り返しパルス信号の受信レベルは小さくなっている。
【０００９】
図２４は、タグの遮蔽による折り返しパルス信号の受信レベルの変化を示す説明図である。図２４（Ａ）は、リーダとタグとの間に遮蔽物（例えば、人体）が存在する場合の説明図である。図２４（Ｂ）は、人物がリーダに対して前向きである場合と後向きである場合における各折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図である。
【００１０】
図２４（Ａ）に示す様に、リーダとタグとの間に遮蔽物（例えば、人体）が存在する場合がある。例えば、リーダ１０５に対し、タグ１０８を胸ポケットに入れて所持する人物１２０を想定する。人物１２０がリーダ１０５に対して前向きＦである場合、リーダ１０５とタグ１０８の間に人体である遮蔽物は存在せず、図２４（Ｂ）に示す様に、折り返しパルス信号の受信レベルＦは大きい。一方、人物１２０がリーダ１０５に対して後向きＢである場合、リーダ１０５とタグ１０８との間に人体である遮蔽物が存在し、折り返しパルス信号の受信レベルＢは小さい。この様に、リーダ−タグ間の距離とは無関係に、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の受信レベルが小さくなる場合もある。
【００１１】
図２５は、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の波形を示すグラフである。図２５に示す様に、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の波形は、例えば、フィルタの影響により裾の部分に広がりを持つ。このため、受信レベルの大きな折り返しパルス信号ａの裾に、受信レベルの小さな折り返しパルス信号ｂが埋もれてしまい、受信レベルの小さな折り返しパルス信号ｂの検出が困難となる。
【００１２】
以上のように、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の受信レベルは大きく変化するため、リーダは広いダイナミックレンジを持つ必要がある。
【００１３】
上述のような課題を解決するために、リーダは、折り返しパルス信号の受信レベルに応じて、適切に受信利得を調整しなければならない。しかし、ＵＷＢの様な短パルス信号を用いた場合、単一パルスを用いて受信信号強度であるＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を生成することは困難である。即ち、短パルス信号を用いない通常の無線機に使用される自動利得制御（AGC：Automatic Gain Control）の実現は困難となる。又、数ナノ秒という短い区間において、折り返しパルス信号毎に可変利得アンプ（VGA：Variable Gain Amp.）の利得を切り替えることは難しい。
【００１４】
又、特許文献１では、リーダの受信利得制御については記述されておらず、上述ＡＧＣの課題を解決することは困難である。又、範囲内のタグの検出はシーケンシャルに実施されるので、測定に時間がかかる。更に、受信確認信号を検出するために、復調処理を必要とすることは、タグの安価及び省電力の実現を難しくさせる。
【００１５】
そこで、本発明は、上述した従来の事情に鑑みてなされたもので、折り返しパルス信号の受信レベルが高速に大きく変動する環境においても、適切な利得によって折り返しパルス信号を受信し、正確に測距する無線測距装置、無線端末及び無線測距システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上述した無線測距装置であって、無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置であって、前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部と、前記検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって前記識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備える。
【００１７】
又、本発明は、上述した無線端末であって、無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末であって、前記受信された前記パルス信号を検波する検波部と、前記検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える。
【００１８】
又、本発明は、上述した無線測距システムであって、無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置と、前記無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末とを含む無線測距システムであって、前記無線測距装置は、前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する第１検波部と、前記第１検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備え、前記無線端末は、前記受信された前記パルス信号を検波する第２検波部と、前記第２検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、送信パルスの送信レベルと受信利得の組合せを切り替えるので、折り返しパルスの受信レベルが高速に大きく変動する環境においても、適切な利得により折り返しパルスを受信し、正確に測距できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態の無線測距システムにおける測距方法を説明する説明図、（Ａ）リーダから送信されるパルス、リーダにおいて受信される自折り返しパルス、及びタグから送信される折り返しパルスを説明する説明図、（Ｂ）リーダとタグとの間の距離の測定を説明する説明図
【図２】リーダとタグとの間において送受信されるパルスのフレームフォーマットの一例を示す説明図、（Ａ）リーダから周期的に送信されるパルスのフレームフォーマット、（Ｂ）タグから送信される折り返しパルスのフレームフォーマット
【図３】第１の実施形態におけるリーダの内部構成を示すブロック図
【図４】第１の実施形態におけるタグの内部構成を示すブロック図
【図５】リーダ及びタグの動作を説明する説明図、（Ａ）タグにより検出されるパルスの受信レベルに対して設定された第１の閾値及び第２の閾値を示すグラフ、（Ｂ）リーダと、リーダから異なる距離に位置する３つのタグとの位置関係を示す説明図、（Ｃ）タグでのパルスの受信レベルの組合せに応じて、利得制御を適切に行い正確な測距を実現するためのリーダにおける制御パターンの一例を示す説明図
【図６】タグの起動期間及びスリープ期間を示すタイミングチャート
【図７】第１の実施形態のリーダの動作手順を示すフローチャート
【図８】第１の実施形態のタグの動作手順を示すフローチャート
【図９】マルチパスによる干渉の低減を説明する説明図、（Ａ）障害物が存在する場合の説明図、（Ｂ）マルチパスによる干渉が発生している様子を示す説明図
【図１０】自折り返しバルスを検出しないで、パルス送信タイミングを決定する場合のリーダの構成を示す図
【図１１】第２の実施形態におけるリーダの内部構成を示すブロック図
【図１２】第２の実施形態におけるタグの内部構成を示すブロック図
【図１３】リーダ及びタグの送受信を示すタイミングチャート
【図１４】トレーニング期間において決定される送信待ち時間を説明する説明図、（Ａ）リーダとリーダから異なる距離に位置する３つのタグとの位置関係を示す説明図、（Ｂ）各タグにおいて受信されたパルスの受信レベルを示すグラフ、（Ｃ）送信再開時間テーブルの一例を示す説明図
【図１５】第２の実施形態のリーダの動作手順を示すフローチャート
【図１６】第２の実施形態のタグの動作手順を示すフローチャート
【図１７】第３の実施形態におけるリーダの内部構成を示すブロック図
【図１８】第３の実施形態におけるタグの内部構成を示すブロック図
【図１９】送信パルスのパルスパターンを示すタイミングチャート
【図２０】パルス受信レベル及びパルス受信間隔を基に折り返しパルスを返信するか否かの判定を示す説明図、（Ａ）判定テーブルの一例を示す説明図、（Ｂ）パルス受信間隔とパルスの受信レベル（電力）との関係の一例を示す説明図
【図２１】第３の実施形態のリーダの動作手順を示すフローチャート
【図２２】第３の実施形態のタグの動作手順を示すフローチャート
【図２３】リーダからの距離に応じて変化する折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図
【図２４】タグの遮蔽によるパルスの受信レベルの変化を示す説明図、（Ａ）リーダとタグとの間に遮蔽物（例えば、人体）が存在する場合の説明図、（Ｂ）人物がリーダに対して前向きである場合と後向きである場合における各折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図
【図２５】リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の波形を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る無線測距装置、無線端末及び無線測距システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明に係る無線測距システムは、無線測距装置である無線基地局（以下、「リーダ」という）、及び無線端末である携帯端末装置（以下、「タグ」という）を含む構成である。
【００２３】
図１は、第１の実施形態の無線測距システムにおける測距方法を説明する説明図である。図１（Ａ）は、リーダから送信されるパルス７ａ、リーダにおいて受信される自折り返しパルス７ｂ、及びタグから送信される折り返しパルス７ｃを説明する説明図である。図１（Ｂ）は、リーダとタグとの間の距離の測定を説明する説明図である。
【００２４】
図１（Ａ）に示す様に、リーダ５は、リーダＩＤを表すパルス信号（以下、単にパルスともいう）７ａをタグ８に送信する。この場合、送信されたパルスは、自装置（リーダ５）において自折り返しパルス７ｂとして受信される。一方、タグ８は、周期的に起き上がり（スリープ状態から起動状態になり）、リーダ５から送信されたパルスを受信して分析した後、リーダ５に折り返しパルス７ｃを返信する。リーダ５は、図１（Ｂ）に示す様に、自折り返しパルス７ｂを受信してから、折り返しパルス７ｃを受信するまでの時間差を計測し、測定した時間差を基に、リーダ５からタグ８までの距離を測定する。
【００２５】
図２は、リーダ５とタグ８との間において送受信されるパルスのフレームフォーマットの一例を示す説明図である。図２（Ａ）に示す様に、リーダ５から周期的に送信されるパルスのフレームフォーマットは、リーダＩＤを表し、パルス間隔Ｔごとに値１（パルス送信あり）と値０（パルス送信なし）とにより表される。本実施形態においては、パルス幅１ｎｓのパルスがパルス間隔１００ｎｓの周期により送信される。なお、本発明は上述のパルス幅およびパルス間隔に限定されるものではない。
【００２６】
又、図２（Ｂ）に示す様に、タグから送信される折り返しパルスのフレームフォーマットは、プリアンプル及びタグＩＤを含む構成であり、リーダ５の送信パルスと同様、値１と値０とにより表される。リーダ５から送信されたパルスに対し、タグ８から送信された折り返しパルスは、非同期にて返信される。なお、本発明は図２に示すフレームフォーマットに限定されるものではない。
【００２７】
図３は、第１の実施形態におけるリーダ５の内部構成を示すブロック図である。リーダ５は、図３に示す様に、受信アンテナ１１、検波器１２、可変利得増幅器（ＶＧＡ）１３、コンパレータ１５、フリップフロップ（ＦＦ）１７、タグＩＤ検出部１９、測距部２１、リーダ制御部２５、第１送信アンテナ２６、第２送信アンテナ２７、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１，３２、ＶＧＡ３５，３６、ＵＷＢパルス生成部３７及び送信パルスパターン生成部３９を含む構成である。
【００２８】
受信アンテナ１１は、タグ８から送信された折り返しパルス、及びリーダ５から送信されたパルスの自折り返しパルスを受信する。受信された折り返しパルス又は自折り返しパルスは検波器１２に入力される。
【００２９】
検波部としての検波器１２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２ａを有し、受信アンテナ１１において受信されたパルスを検波し、検波信号をＶＧＡ１３に出力する。なお、図３において、ローパスフィルタ１２ａは、検波器１２に含まれる構成であるが、検波器１２からの出力を入力可能に検波器１２とは別に構成されても良い。なお、ローパスフィルタが検波部に含まれている構成が検波部とは別に構成されても良いことは、後述の各実施形態においても同様である。
【００３０】
増幅部としての可変利得増幅器（ＶＧＡ）１３は、折り返しパルス及び自折り返しパルスを検出するために後述する受信ゲイン制御部４１によって調整されたゲインによって、検波器１２から出力された検波信号を増幅して出力する。
【００３１】
コンパレータ１５は、ＶＧＡ１３から出力された信号を２値信号に変換する。
【００３２】
フリップフロップ（ＦＦ）１７は、コンパレータ１５により変換された２値信号をサンプリングする。なお、フリップフロップ１７には、リーダ５に内蔵される基準信号発振器からのリファレンス信号が供給されている。フリップフロップ１７は、リファレンス信号を所定倍に逓倍した信号に基づいて、コンパレータ１５から出力された２値信号をサンプリングする。フリップフロップ１７に供給されているリファレンス信号については後述の各実施形態においても同様である。
【００３３】
タグＩＤ検出部１９は、フリップフロップ１７のサンプリングによって出力された２値信号を基に、タグ８の識別情報であるタグＩＤを判定する。更に、タグＩＤ検出部１９は、タグＩＤが検出された折り返しパルスの受信タイミングを測距部２１に出力する。タグＩＤ検出部１９は、例えば、複数の受信タイミングで受信されるパルス信号のそれぞれについて、既知であるプリアンブルパターンの検出処理を行い、プリアンブルパターンの検出を契機に引き続き受信されるタグＩＤの検出を行う。
【００３４】
測距部２１は、タグＩＤ検出部１９から出力された受信タイミングと自折り返しパルスの送信タイミングとの時間差を基に、タグＩＤが検出されたタグ８とリーダ５との距離を測定する。
【００３５】
リーダ制御部２５について説明する。
【００３６】
リーダ制御部２５は、受信ゲイン制御部４１、自折り返しパルスレベル制御部４２及び送信レベル制御部としての送信パワー制御部４３を含む構成である。本実施形態においては、リーダ制御部２５は、折り返しパルスの受信レベルが大きく異なるタグを区別して検出するために、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスの送信レベルを制御する。受信ゲインは、検波器１２から出力された検波信号を増幅するために用いられるゲインである。なお、リーダ制御部２５の各部の動作については後述する。
【００３７】
送信パルスパターン生成部３９は、リーダ５に固有の送信パターン信号（図２（Ａ）参照）を生成し、生成された送信パターン信号をＵＷＢパルス生成部３７に出力する。
【００３８】
ＵＷＢパルス生成部３７は、送信パルスパターン生成部３９から出力された送信パターン信号の立ち上がりに同期してＵＷＢパルス信号を生成する。ＵＷＢパルス生成部３７は、生成されたＵＷＢパルス信号をＶＧＡ３５，３６にそれぞれ出力する。
【００３９】
ＶＧＡ３５，３６は、自折り返しパルスレベル制御部４２，送信パワー制御部４３により調整されたゲインによって、ＵＷＢパルス生成部３７から出力されたＵＷＢパルス信号を増幅する。ＶＧＡ３５により増幅されたＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ３１によってＵＷＢパルス信号の帯域が制限された後、自折り返しパルスとして、指向性を有する第１送信アンテナ２６から受信アンテナ１１に向けて送信される。一方、ＶＧＡ３６により増幅されたＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ３２によってＵＷＢパルス信号の帯域が制限された後、送信パルスとして、第２送信アンテナ２７からタグ８に送信される。
【００４０】
図４は、第１の実施形態におけるタグ８の内部構成を示すブロック図である。タグ８は、図４に示す様に、受信アンテナ５１、検波器５３、タグＩＤ付加部５６、受信レベル判定部５７、折り返し制御部５９、送信アンテナ６１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６２、ＵＷＢパルス生成部６５、タイマ制御部６７及び電源６８を含む構成である。
【００４１】
受信アンテナ５１は、リーダ５から送信されたパルスを受信する。受信されたパルスは検波器５３に入力される。
【００４２】
検波器５３は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３ａを有し、受信アンテナ５１において受信されたパルスを検波し、検波信号をタグＩＤ付加部５６及び受信レベル判定部５７にそれぞれ出力する。なお、図４において、ローパスフィルタ５３ａは、検波器５３に含まれる構成であるが、検波器５３からの出力を入力可能に検波器５３とは別に構成されても良い。
【００４３】
受信レベル判定部５７は、後述する様に、２つの閾値を予め有しており、検波器５３により検波されたパルス信号の受信レベルを測定し、測定された受信レベルを基に、リーダ５に対して折り返しパルスを送信するか否かを判定する。受信レベル判定部５７は、判定結果を折り返し制御部５９に出力（通知）する。
【００４４】
折り返し制御部５９は、受信レベル判定部５７の判定結果を基に、リーダ５に対して折り返しパルスを送信する場合、タグＩＤ付加部５６及びＵＷＢパルス生成部６５を動作させる。
【００４５】
タグＩＤ付加部５６は、検波器５３により検波されたパルス信号に対し、自タグＩＤを表すパルスのＯＮ／ＯＦＦを制御し、その結果、値１と値０とにより表される自タグＩＤの信号をＵＷＢパルス生成部６５に出力する。
【００４６】
ＵＷＢパルス生成部６５は、タグＩＤ付加部５６から出力された信号を基に、タグＩＤ付加部５６から出力された信号の立ち上がりに同期するＵＷＢパルス信号を生成する。ＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ６２においてＵＷＢパルス信号の帯域が制限され、送信アンテナ６１から折り返しパルスとして送信される。
【００４７】
又、タグ８は、タイマ制御部６７の動作により、周期ごとに起動状態又はスリープ状態を繰り返す。起動時には電源６８によりタグ８の各部が通電され、スリープ時にはタグ８の各部への通電が遮断される。
【００４８】
次に、上述したリーダ５及びタグ８を含む無線測距システムの動作を示す。図５は、リーダ５及びタグ８の動作を説明する説明図である。図５（Ａ）は、タグ８により検出されるパルスの受信レベルに対して設定された第１の閾値及び第２の閾値を示すグラフである。上述した様に、タグ８の受信レベル判定部５７は、予め設定された第１の閾値及び第２の閾値を保持している。タグ８は、受信レベル判定部５７の判定結果に応じて、第１の閾値より受信レベルが小さいパルス、及び第２の閾値より受信レベルが大きいパルスに対し、折り返しパルスを送信しない。
【００４９】
図５（Ｂ）は、リーダと、リーダから異なる距離に位置する３つのタグとの位置関係を示す説明図である。３つのタグ８を、それぞれタグＡ、タグＢ、タグＣと表すとする。図５（Ｃ）は、タグ８（タグＡ、タグＢ、タグＣ）でのパルスの受信レベルとリーダ５での折り返しパルスの受信レベルの組合せに応じて、利得制御を適切に行い正確な測距を実現するためのリーダにおける制御パターンの一例を示す説明図を示す。
【００５０】
リーダ制御部２５は、受信ゲイン制御部４１、自折り返しパルスレベル制御部４２及び送信パワー制御部４３を用いて、タグとリーダ双方でのパルスの受信レベルに応じて適切な利得制御を実現するため、それぞれ送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスの送信レベルの組合せを周期的に切り替える。
【００５１】
第１の組合せにおいては、リーダ制御部２５は、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「小」、「小」、「大」に設定する。この場合、タグＡとタグＢにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より小さいため、折り返しパルスは送信されない。一方、タグＣにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信される。
【００５２】
この場合、リーダ５とタグＣとの間の距離は近く、リーダ５におけるタグＣからの折り返しパルスの受信レベルは大きいと想定されるため、自折り返しパルスのレベルも大きく設定し、受信ゲインを小さく設定する。
【００５３】
第２の組合せにおいては、リーダ制御部２５は、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「中」、「中」、「中」に設定する。この場合、タグＡにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信される。タグＢにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より小さいため、折り返しパルスは送信されない。タグＣにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第２の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信されない。
【００５４】
この場合、リーダ５におけるタグＡからの折り返しパルスの受信レベルは中程度と想定されるため、自折り返しパルスのレベルも中程度に設定し、受信ゲインも中程度に設定する。
【００５５】
第３の組合せにおいては、リーダ制御部２５は、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「大」、「大」、「小」に設定する。この場合、タグＡとタグＣとにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第２の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信されない。一方、タグＢにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第２の閾値より小さく第１の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信される。
【００５６】
この場合、リーダ５とタグＢとの間の距離は遠く、リーダ５におけるタグＢからの折り返しパルスの受信レベルは小さいと想定されるため、自折り返しパルスのレベルも小さく設定し、受信ゲインを大きく設定する。
【００５７】
この様に、リーダ５から送信されたパルスの送信レベルに合わせて受信ゲインを設定し、設定された受信ゲインに合わせて自折り返しパルスの送信レベルが設定された組合せに切り替えられる。
【００５８】
なお、本実施形態では、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスの送信レベルの組合せについて３通りの動作を周期的に切り替える場合を示したが、リーダ制御部２５は、３通りに限らず、任意の数の動作を切り替えても良い。
【００５９】
図６は、タグ８の起動期間及びスリープ期間を示すタイミングチャートである。タグ８は、図６の第１段に示す様に、起動している状態である起動期間と、例えば消費電力を低減するためのスリープ状態であるスリープ（Ｓｌｅｅｐ）期間とを交互に繰り返す。図６の第２段〜第５段においては、タグ８として、タグＡ〜Ｄがそれぞれ非同期に上述した２つの状態を繰り返す場合が示されている。又、タグ８が起動状態にある起動期間とスリープ状態にあるスリープ期間を合わせた期間をウェイクアップ（Ｗａｋｅ Ｕｐ）周期という。
【００６０】
次に、リーダ５の動作手順を、図７を参照して説明する。
【００６１】
図７は、第１の実施形態のリーダ５の動作手順を示すフローチャートである。図７の各動作のうち測距部２１及びリーダ制御部２５により実行される各動作のプログラムは、リーダ５に内蔵されるＲＯＭ（Read Only Memory）に格納され、測距部２１及びリーダ制御部２５をそれぞれ構成しリーダ５に内蔵されるＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行される。
【００６２】
リーダ５のリーダ制御部２５は、送信パワー制御部４３、受信ゲイン制御部４１及び自折り返しパルスレベル制御部４２を用いて、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「小」、「小」、「大」に設定する（Ｓ１１）。
【００６３】
リーダ５は、パルス及び自折り返しパルスを送信し、タグ８から送信された折り返しパルスを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を測定する（Ｓ１２）。ステップＳ１２の後、リーダ５は、ウェイクアップ周期の２倍以上に予め設定された周期Ｎが経過したか否かを判別する（Ｓ１３）。なお、リーダ５は、図３に図示していないタイマを含み、タイマからの出力に応じて、周期Ｎが経過したか否かを判別する。
【００６４】
周期Ｎが経過していない場合（Ｓ１３、ＮＯ）、リーダ５は、ステップＳ１２に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１３において周期Ｎが経過している場合（Ｓ１３、ＹＥＳ）、リーダ５のリーダ制御部２５は、送信パワー制御部４３、受信ゲイン制御部４１及び自折り返しパルスレベル制御部４２を用いて、送信電力（パワー）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「中」、「中」、「中」に設定する（Ｓ１４）。
【００６５】
リーダ５は、パルス及び自折り返しパルスを送信し、タグ８から送信された折り返しパルスを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を測定する（Ｓ１５）。ステップＳ１５の後、リーダ５は、ウェイクアップ周期の２倍以上に予め設定された周期Ｎが経過したか否かを判別する（Ｓ１６）。
【００６６】
周期Ｎが経過していない場合（Ｓ１６、ＮＯ）、リーダ５は、ステップＳ１５に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１６において周期Ｎが経過している場合（Ｓ１６、ＹＥＳ）、リーダ５のリーダ制御部２５は、送信パワー制御部４３、受信ゲイン制御部４１及び自折り返しパルスレベル制御部４２を用いて、送信電力（パワー）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「大」、「大」、「小」に設定する（Ｓ１７）。
【００６７】
リーダ５は、パルス及び自折り返しパルスを送信し、タグ８から送信された折り返しパルスを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を測定する（Ｓ１８）。ステップＳ１８の後、リーダ５は、ウェイクアップ周期の２倍以上に予め設定された周期Ｎが経過したか否かを判別する（Ｓ１９）。
【００６８】
周期Ｎが経過していない場合（Ｓ１９、ＮＯ）、リーダ５は、ステップＳ１８に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１９において周期Ｎが経過している場合（Ｓ１９、ＹＥＳ）、リーダ５は、ステップＳ１１の処理に戻る。
【００６９】
次に、タグ８の動作手順を、図８を参照して説明する。
【００７０】
図８は、第１の実施形態のタグ８の動作手順を示すフローチャートである。図８の各動作のうち受信レベル判定部５７及び折り返し制御部５９により実行される動作のプログラムは、タグ８に内蔵されるＲＯＭに格納され、電源オン時にタグ８に内蔵されるＣＰＵによって実行される。
【００７１】
先ず、タグ８は、ウェイクアップ周期の起動状態（起動期間）になる（Ｓ２１、図６の第１段参照）。タグ８の受信レベル判定部５７は、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルを測定する（Ｓ２２）。具体的には、受信レベル判定部５７は、一定の期間に複数のパルス信号を受信し、受信された複数のパルス信号を基に受信レベルを測定する。更に、タグ８の受信レベル判定部５７は、パルスの受信レベルが第１の閾値より小さいか又は第２の閾値より大きいかを判定する（Ｓ２３）。受信レベルが第１の閾値以上第２の閾値以下である場合に（Ｓ２３、ＮＯ）、タグ８は、折り返しパルスを送信する（Ｓ２４）。タグ８は、ステップＳ２１の起動期間が終了すると、スリープ（Ｓｌｅｅｐ）状態（スリープ期間）に入る（Ｓ２５、図６の第１段参照）。
【００７２】
一方、ステップＳ２３において受信レベルが第１の閾値より小さい又は第２の閾値より大きい場合には（Ｓ２３、ＹＥＳ）、タグ８は折り返しパルスを送信せず、タグ８の動作はステップＳ２５の処理に進む。
【００７３】
タグ８は、タイマ制御部６７からの出力を基に、スリープ期間が満了したか否かを判別する（Ｓ２６）。タグ８は、スリープ期間が満了していない場合に（Ｓ２６、ＮＯ）、ステップＳ２５の処理に戻ってスリープ状態を継続する。一方、スリープ期間が満了している場合には（Ｓ２６、ＹＥＳ）、タグ８の動作はステップＳ２１の処理に戻る。
【００７４】
この様に、第１の実施形態の無線測距システムによれば、タグ８から送信される折り返しパルスの受信レベルが高速に大きく変動する環境においても、適切な利得により折り返しパルスを受信し、リーダ５とタグ８との間において正確に測距できる。
【００７５】
即ち、リーダ５は、折り返しパルスを送信するタグ８を、パルスの送信レベルに応じて分けることができ、想定される折り返しパルスの受信レベルに応じてリーダ５における受信ゲインを適切に設定できる。
【００７６】
例えばリーダ５とタグ８との間の距離を例に考えた場合、送信レベルが小さければ、リーダ５からの距離が近いタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、距離減衰が小さいことを考慮し受信ゲインを小さく設定すればよい。
【００７７】
一方、送信レベルが大きければ、リーダ５からの距離が遠いタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、距離減衰が大きいことを考慮し受信ゲインを大きく設定すればよい。
【００７８】
また図２４に示すように、リーダ５とタグ８との間に障害物が存在する場合を考えると、送信レベルが小さければ、リーダ５との間に障害物が無いタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、障害物による減衰がないことを考慮し受信ゲインを小さく設定すればよい。
【００７９】
一方、送信レベルが大きければ、リーダ５との間に障害物があるタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、障害物による減衰があることを考慮し受信ゲインを大きく設定すればよい。
【００８０】
又、リーダ５は、折り返すタグを、タグにおけるパルスの受信レベルに応じて制限できるので、リーダ５において受信レベルの高いパルス波形（例えばリーダ５からの距離が近いタグ８による折り返しパルス）の裾に受信レベルの低いパルス（例えばリーダ５からの距離が遠いタグ８による折り返しパルス）が埋もれる様な（図２５参照）、複数のタグ８からの折り返しパルスの干渉を軽減し、タグを容易に検出できる。
【００８１】
同様に、図２４に示す状態において、前向きの場合Ｆのタグ１０８による折り返しパルスと、後向きの場合Ｂのタグ１０８による折り返しパルスの間の干渉も回避することができる。
【００８２】
更に、リーダ５は、折り返しパルスを送信するタグ８を制限することにより、マルチパス（反射波）による干渉も低減できる。
【００８３】
図９は、マルチパスによる干渉の低減を説明する説明図である。図９（Ａ）は、障害物が存在する場合の説明図である。図９（Ｂ）は、マルチパスによる干渉が発生している様子を示す説明図である。図９（Ａ）に示す様に、障害物が存在する場合、タグＡからの折り返しパルスが障害物により反射され、リーダに到達する距離と、タグＢからの折り返しパルスが直接リーダに到達する距離とがほぼ等しいとする。この場合、従来技術では、図９（Ｂ）に示す様なマルチパスによる干渉が生じる。しかしながら、本実施形態では、タグＡとタグＢとは、同時に折り返しパルスを送信しないため、各折り返しパルスの干渉は生じない。
【００８４】
なお、本実施形態においては、自折り返しパルスを検出することにより、基準時間となるパルス送信タイミングを決定しているが、自折り返しバルスを検出しないで、パルス送信タイミングを決定しても良い。
【００８５】
図１０は、自折り返しパルスを検出しないで、パルス送信タイミングを決定する場合のリーダ５Ａの構成を示すブロック図である。リーダ５Ａにおいては、図３の構成と比較すると、自折り返しパルスの送信に係る部分の構成、即ち、送信アンテナ２６、ＢＰＦ３１、ＶＧＡ３５、及び自折り返しパルスレベル制御部４２が省かれている。又、ＵＷＢパルス生成部３７から測距部２１にパルス送信タイミングの信号線３７ａが接続されている。その他の構成は図３の構成と同じである。
【００８６】
リーダ５Ａにおいて、タグＩＤ検出部１９は、検出されたタグＩＤと検出タイミングとを測距部２１に出力（通知）する。測距部２１は、タグＩＤ検出部１９から出力された検出タイミングと、ＵＷＢパルス生成部３７から信号線３７ａを介して取得したパルス送信タイミングとを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を求める。この様に、図３のリーダ５の構成に比べて、自折り返しパルスを送信しないことにより、リーダ５Ａの構成を簡易に実現できる。
【００８７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の無線測距システムは、上述した第１の実施形態と同一の構成を有する部分について同一の符号を付すことにより、説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成および動作について説明する。
【００８８】
図１１は、第２の実施形態におけるリーダ５Ｂの内部構成を示すブロック図である。リーダ５Ｂにおいては、図３の構成と比較すると、リーダ制御部２５、ＶＧＡ１３、コンパレータ１５、送信アンテナ２６、ＢＰＦ３１及びＶＧＡ３５，３６が省かれている。又、送信パルスパターン生成部３９から測距部２１にパルス送信タイミングの信号線３９ａが接続されている。その他の構成は図３のリーダ５の構成と同じである。
【００８９】
リーダ５Ｂは、受信アンテナ１１を介して、タグ８から送信された折り返しパルスを受信し、受信された折り返しパルスを検波器１２において検波し、検波信号をフリップフロップ１７に出力する。フリップフロップ１７は、検波部１２から出力された検波信号をサンプリングし、サンプリング結果をタグＩＤ検出部１９に出力する。
【００９０】
タグＩＤ検出部１９は、フリップフロップ１７から出力されたサンプリング結果を基に、第１の実施形態と同様にタグＩＤを判定し、タグＩＤ及び検出タイミングを測距部２１に出力（通知）する。
【００９１】
測距部２１は、タグＩＤ検出部１９から出力された検出タイミングと、送信パルスパターン生成部３９から信号線３９ａを介して取得したパルス送信タイミングとを基に、リーダ５Ｂとタグ８Ｂとの間の距離を求める。
【００９２】
送信パルスパターン生成部３９は、リーダ５Ｂに固有の送信パターン信号（図２（Ａ）参照）を生成し、生成された送信パターン信号をＵＷＢパルス生成部３７に出力する。送信パルスパターン生成部３９は、送信タイマ４６から出力される送信中断指示を基に、パルス送信を停止可能である。
【００９３】
ＵＷＢパルス生成部３７は、送信パルスパターン生成部３９から出力された送信パターン信号の立ち上がりに同期してＵＷＢパルス信号を生成する。
【００９４】
送信タイマ４６は、タグＩＤ検出部１９から出力されるフレーム異常通知を基に、又は送信タイマ４６に内蔵されている自走カウンタの制御により長時間（例えば数時間）に一度の割合にて、送信中断指示を送信パルスパターン生成部３９に送出する。
【００９５】
図１２は、第２の実施形態におけるタグ８Ｂの内部構成を示すブロック図である。タグ８Ｂは、図４のタグ８と比較すると、パルス放射テーブル部７２を更に含む構成である。その他の構成は図４のタグ８の構成と同じである。
【００９６】
タグ８Ｂは、受信アンテナ５１を介して、リーダ５Ｂから送信されたパルスを受信する。受信されたパルスは、検波器５３に入力される。検波器５３は、入力されたパルスを検波し、タグＩＤ付加部５６、受信レベル判定部５７及びパルス放射テーブル部７２にそれぞれ出力する。
【００９７】
受信レベル判定部５７は、検波器５３から出力された検波信号から得られる受信レベルを基に、リーダ５Ｂから送信されるパルスの有無を判定し、判定結果を折り返し制御部５９Ａに出力する。
【００９８】
パルス放射テーブル部７２は、送信再開時間テーブル７２ａを保持し、検波器５３から出力された検波信号の受信レベルを基に、リーダ５Ｂがパルスの送信を再開した後においてパルスの折り返し送信の待ち時間を決定する。パルス放射テーブル部７２は、決定された送信待ち時間を折り返し制御部５９Ａに出力（通知）する。
【００９９】
折り返し制御部５９Ａは、タイマ５９ａを有し、スリープ、トレーニング、パルス折り返しのタイミングを制御し、更に、リーダ５Ｂに対して折り返して送信するか否かをタグＩＤ付加部５６に指示する。トレーニングとは、リーダ５Ｂから送信されたパルスの受信レベルを測定するが、リーダ５Ｂに対して折り返して送信しない動作である。
【０１００】
タグＩＤ付加部５６は、検波器５３から出力された検波信号に対し、自タグＩＤを表すパルスのＯＮ／ＯＦＦを制御し、その結果、値１と値０とにより表される自タグＩＤの信号をＵＷＢパルス生成部６５に出力する。
【０１０１】
ＵＷＢパルス生成部６５は、タグＩＤ付加部５６から出力された信号を基に、タグＩＤ付加部５６から出力された信号の立ち上がりに同期するＵＷＢパルス信号を生成する。ＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ６２においてＵＷＢパルス信号の帯域が制限され、送信アンテナ６１から折り返しパルスとして送信される。
【０１０２】
次に、上述したリーダ５Ｂ及びタグ８Ｂを含む無線測距システムの動作を示す。図１３は、リーダ５Ｂ及びタグ８Ｂの送受信を示すタイミングチャートである。
【０１０３】
リーダ５Ｂは、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスのフレームに誤り（例えば、プリアンプルパターン異常、タグＩＤに対するＣＲＣエラー）がある状態が、一定期間継続した場合、各タグ８Ｂから送信された各折り返しパルスの間において干渉が発生しているとみなす。一定期間は、例えば図１３のタイミングｅにおいて、タグ８Ｂから送信された第３番目の折り返しパルスの受信タイミングである。
【０１０４】
図１３のタイミングｅにおいては、リーダ５Ｂは、タグ８Ｂを識別することが困難である。このため、リーダ５Ｂは、パルスの送信を一定期間（所定時間）中断し、その後、再度パルスの送信を開始する。中断する一定期間とは、例えばタグ８Ｂに送信するパルスのフレーム以上に相当する期間であり、より望ましくはタグ８Ｂのウェイクアップ周期以上である。
【０１０５】
タグ８Ｂは、リーダ５Ｂから送信されたパルスを受信するか否かを監視し、一定期間パルスを検出しない場合にリーダ５Ｂから送信されたパルスを再び検出すると、次の手順に従ってトレーニングする。
【０１０６】
具体的には、タグ８Ｂは、リーダ５Ｂから送信されたパルスの受信レベルを測定するが、折り返しパルスをリーダ５Ｂに対して返信しない。タグ８Ｂは、パルス放射テーブル部７２に保持されている送信再開時間テーブルを基に、測定されたパルスの受信レベルに応じた送信待ち時間を決定する。
【０１０７】
トレーニング期間満了後、タグ８Ｂは、決定された送信待ち時間が経過した後、折り返しパルスをリーダ５Ｂに対して返信する。なお、本実施形態においては、タグ８Ｂは、受信されたパルスのフレームに誤りがあった場合、トレーニングするが、フレームに誤りがない場合でも、所定時間が経過する度にトレーニングしても良い。
【０１０８】
図１４は、トレーニング期間において決定される送信待ち時間を説明する説明図である。図１４（Ａ）は、リーダ５Ｂとリーダ５Ｂから異なる距離に位置する３つのタグＡ、タグＢ、タグＣとの位置関係を示す説明図である。図１４（Ｂ）は、各タグにおいて受信されたパルスの受信レベルを示すグラフである。図１４（Ｃ）は、送信再開時間テーブル７２ａの一例を示す説明図である。
【０１０９】
図１４（Ａ）に示す様に、タグ８ＢとしてタグＡ、タグＢ、タグＣの３つに対し、リーダ５Ｂから送信されるパルスの受信レベルは、図１４（Ｂ）に示すとおりである。即ち、図１４（Ｂ）に示す様に、リーダ５Ｂに最も近いタグＡにおいて測定される受信レベルＬは、レベル２ｍ〜３ｍの範囲にある。タグＡより遠い位置にあるタグＢにおいて測定される受信レベルＬは、レベルｍ〜２ｍの範囲にある。リーダ５Ｂから最も遠い位置にあるタグＣにおいて測定される受信レベルＬは、レベルｍより小さい。
【０１１０】
図１４（Ｃ）の送信再開時間テーブル７２ａにおいては、送信待ち時間は、例えば受信レベルに応じて３つ設定されている。即ち、タグＣにおいて測定される受信レベルＬがレベルｍ未満では、送信待ち時間は、Ｔ〜２Ｔの範囲に設定される。タグＢにおいて測定される受信レベルＬがレベルｍ以上２ｍより小さい場合、送信待ち時間は、３Ｔ〜４Ｔの範囲に設定される。タグＡにおいて測定される受信レベルＬがレベル２ｍ以上では、送信待ち時間は、４Ｔ〜５Ｔの範囲に設定される。
【０１１１】
この様に、リーダ５Ｂにおいて、受信レベルの小さいタグＣから、折り返しパルスを検出するため、リーダ５Ｂから遠方にあるタグの検出率が向上する。又、距離の異なるタグから送信される折り返しパルスの干渉が軽減する。
【０１１２】
次に、リーダ５Ｂの動作手順を、図１５を参照して説明する。
【０１１３】
図１５は、第２の実施形態のリーダ５Ｂの動作手順を示すフローチャートである。図１５の各動作のうち測距部２１により実行される動作のプログラムは、リーダ５Ｂに内蔵されるＲＯＭに格納され、測距部２１を構成しリーダ５Ｂに内蔵されるＣＰＵによって実行される。
【０１１４】
リーダ５Ｂの検波部１２は、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスのフレームに誤りがある状態が一定期間継続したか、即ちｗ回連続して発生したか否かを判別する（Ｓ３１）。パラメータｗは自然数である。
【０１１５】
ｗ回連続して発生していない場合（Ｓ３１、ＮＯ）、リーダ５Ｂは、図７と同様にタグＩＤを検出し、測距する（Ｓ３５）。ステップＳ３５の後、リーダ５Ｂの動作はステップＳ３１の処理に戻る。なお、ステップＳ３５においては、リーダ５Ｂは、第１の実施形態において説明した様な、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替えても良いし、又は切り替えなくても良い。送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替える場合には、リーダ５Ｂは、図３のリーダ５のリーダ制御部２５を更に含む構成となる。
【０１１６】
一方、ステップＳ３１において、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスのフレームに誤りがｗ回連続して発生している場合（Ｓ３１、ＹＥＳ）、リーダ５Ｂの送信パルスパターン生成部３９は、各タグ５Ｂから送信された各折り返しパルス間において干渉が発生しているとして、送信タイマ４６から出力された送信中断指示に従ってリーダＩＤのパルス送信を停止する（Ｓ３２）。
【０１１７】
リーダ５Ｂは、送信タイマ４６（送信中断タイマ）が満了になるまで待つ（Ｓ３３）。送信タイマ４６が満了になると、リーダ５Ｂは、リーダＩＤのパルスの送信を再開する（Ｓ３４）。次に、リーダ５Ｂの動作は、ステップＳ３１の処理に戻る。
【０１１８】
図１６は、第２の実施形態のタグ８の動作手順を示すフローチャートである。図１６の各動作のうち受信レベル判定部５７、折り返し制御部５９Ａ及びパルス放射テーブル部７２により実行される動作のプログラムは、タグ８Ｂに内蔵されるＲＯＭに格納され、電源オン時にタグ８Ｂに内蔵されるＣＰＵによってスリープ中も実行される。
【０１１９】
先ず、タグ８Ｂは、スリープ状態（スリープ期間）に入り（Ｓ４１）、その後、スリーブ期間が満了するまで待つ（Ｓ４２）。
【０１２０】
スリープ期間が満了すると（Ｓ４２、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの検波器５３は、リーダ５Ｂから送信されたパルスを検出したか否かを判別する（Ｓ４３）。パルスを検出した場合（Ｓ４３、ＹＥＳ）、タグ８Ｂは、ｎ（例えばｎ＝３）回の折り返し送信パルスをリーダ５Ｂに返信する（Ｓ５０）。ステップＳ５０の後、タグ８Ｂは、ステップＳ４１の処理、即ちスリープ状態（スリープ期間）に戻る。
【０１２１】
一方、ステップＳ４３においてパルスを検出しない場合（Ｓ４３、ＮＯ）、タグ８Ｂは、リーダ５Ｂのパルス送信の中断期間として例えばウェイクアップ周期が経過するのを待ち（Ｓ４４）、パルスを検出したか否かを判別する（Ｓ４５）。パルスが検出されない場合（Ｓ４５、ＮＯ）、タグ８Ｂは、Ｓ（例えばＳ＝４）回目であるか否かを判別する（Ｓ４６）。Ｓ回目でない場合（Ｓ４６、ＮＯ）、タグ８Ｂの動作はステップＳ４５の処理に戻る。Ｓ回目である場合（Ｓ４６、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの動作はステップＳ４１の処理に戻る。
【０１２２】
又、一方、ステップＳ４５においてリーダ５Ｂから送信されたパルスが検出された場合（Ｓ４５、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの受信レベル判定部５７は、パルスの受信レベルを測定する（Ｓ４７）。タグ８Ｂのパルス放射テーブル部７２は、検波器５３から出力された検波信号を基に、送信再開時間テーブル７２ａを参照して送信待ち時間を決定する（Ｓ４８）。
【０１２３】
タグ８Ｂの折り返し制御部５９Ａは、タイマ５９ａからの出力を基に、ステップＳ４８において決定された送信待ち時間が満了するまで待つ（Ｓ４９）。送信待ち時間が満了すると（Ｓ４９、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの動作は、ステップＳ５０の処理に進む。
【０１２４】
この様に、第２の実施形態の無線測距システムによれば、リーダ５Ｂは、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスに応じて、タグ８Ｂに対するパルス送信を中断及び再開できる。又、タグ８Ｂは、リーダ５Ｂからのパルス送信の中断及び再開を検出でき、復調処理することなく、折り返しパルスの返信タイミングを制御できる。
【０１２５】
又、第２の実施形態の無線測距システムによれば、受信レベルの小さい、つまり、遠方にあるタグから、折り返しパルスが検出されるので、遠方にあるタグの検出率が向上し、距離の異なるタグからのパルスの干渉を軽減できる。
【０１２６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の無線測距システムは、上述した第１及び第２の実施形態と同一の構成を有する部分について同一の符号を付すことにより、説明を省略し、第１及び第２の実施形態と異なる構成および動作について説明する。
【０１２７】
図１７は、第３の実施形態におけるリーダ５Ｃの内部構成を示すブロック図である。リーダ５Ｃにおいては、送信パルスパターン生成部３９Ａは、送信タイマ４６からの指示を基に、送信パルス間隔を変更する。例えば、第３の実施形態において、送信パルス間隔は、Ｔ、２Ｔ、４Ｔ、８Ｔのうちいずれかに設定される。
【０１２８】
図１８は、第３の実施形態におけるタグ８Ｃの内部構成を示すブロック図である。タグ８Ｃにおいては、図１２のタグ８Ｂと比べ、パルス放射テーブル部７２が省かれている。受信レベル判定部５７Ａは、検波器５３から出力された検波信号から得られる受信レベル及び受信パルス間隔を基に、判定テーブル５７ｂを参照し、折り返しパルスを送信するか否かを判定する。
【０１２９】
図１９は、送信パルスのパルスパターンを示すタイミングチャートである。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離０〜Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔８Ｔによってパルスを送信する。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離Ｌ〜２Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔４Ｔによってパルスを送信する。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離２Ｌ〜３Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔２Ｔによってパルスを送信する。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離３Ｌ〜４Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔Ｔによってパルスを送信する。
【０１３０】
図２０は、パルス受信レベル及びパルス受信間隔を基に折り返しパルスを返信するか否かの判定を示す説明図である。図２０（Ａ）は、タグ８Ｃがリーダ５Ｃからパルスを受信した場合に、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信するか否かを判定するための判定テーブル５７ｂを示す。判定テーブル５７ｂには、パルスの受信間隔と受信レベルを基に、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会が示されている。なお、パルスの受信レベルは、例えば、予めトレーニングによりタグ８Ｃにおいて既知であるとする。
【０１３１】
図２０（Ａ）の判定テーブル５７ｂにおいて、○印は、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会であることを示す。同様に、×印は、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会ではないことを示す。
【０１３２】
具体的に、受信間隔がＴであり、かつ受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合には、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。又、受信間隔が２Ｔであり、受信レベルがＰ／８〜Ｐ／４である場合、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。又、受信間隔が４Ｔであり、受信レベルがＰ／４〜Ｐ／２である場合、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。又、受信間隔が８Ｔであり、受信レベルがＰ／２〜Ｐである場合、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。
【０１３３】
図２０（Ｂ）は、パルス受信間隔とパルスの受信レベル（電力）との関係の一例を示す説明図である。図２０（Ｂ）には、パルス受信間隔がＴであり、受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合に、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である送信パルスが示されている。
【０１３４】
図２１は、第３の実施形態のリーダ５Ｃの動作手順を示すフローチャートである。図２１の各動作のうち測距部２１により実行される動作のプログラムは、リーダ５Ｃに内蔵されるＲＯＭに格納され、測距部２１を構成しリーダ５Ｃに内蔵されるＣＰＵによって実行される。
【０１３５】
先ず、リーダ５Ｃは、パルスの送信間隔の設定を変更する（Ｓ７１）。パルスの送信間隔の設定の変更においては、送信パルス間隔がＴである場合、２倍の２Ｔに変更される。又、送信パルス間隔が２Ｔである場合、２倍の４Ｔに変更される。同様に、送信パルス間隔が４Ｔである場合、２倍の８Ｔに変更される。さらに、送信パルス間隔が８Ｔである場合、Ｔに変更される。以後、送信パルス間隔は、循環的に変更される。
【０１３６】
リーダ５Ｃは、変更されたパルスの送信間隔を用いてパルスを送信し、図７と同様にタグＩＤの検出及びリーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離を測定する（Ｓ７２）。ステップＳ７２の後、リーダ５Ｃの動作はステップＳ７１の処理に戻る。なお、ステップＳ７２においては、リーダ５Ｃは、第１の実施形態において説明した様な、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替えても良いし、又は切り替えなくても良い。送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替える場合には、リーダ５Ｃは、図３のリーダ５のリーダ制御部２５を更に含む構成となる。
【０１３７】
図２２は、第３の実施形態のタグ８Ｃの動作手順を示すフローチャートである。図２２の各動作のうち受信レベル判定部５７Ａ及び折り返し制御部５９Ａにより実行される動作のプログラムは、タグ８Ｃに内蔵されるＲＯＭに格納され、電源オン時にタグ８Ｃに内蔵されるＣＰＵによってスリープ中も実行される。
【０１３８】
先ず、タグ８Ｃは、スリープ状態（スリープ期間）に入り（Ｓ８１）、その後、スリープ期間が満了するまで待つ（Ｓ８２）。
【０１３９】
スリープ期間が満了すると（Ｓ８２、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの検波器５３は、リーダ５Ｃから送信されたパルスを検出したか否かを判別する（Ｓ８３）。パルスを検出していない場合（Ｓ８３、ＮＯ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８１の処理に戻る。
【０１４０】
一方、ステップＳ８３においてリーダ５Ｃから送信されたパルスを検出した場合（Ｓ８３、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、リーダ５Ｃから送信されたパルスの受信間隔及び受信レベルを判定する（Ｓ８４）。タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、ステップＳ８４において判定されたパルスの受信間隔及び受信レベルを基に、条件１が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／１６以上であってＰ／８未満であり、かつ、受信間隔がＴであるか否かを判別する（Ｓ８５）。
【０１４１】
条件１が満たされた場合（Ｓ８５、ＹＥＳ）、タグ８Ｃは、スリープ状態（スリープ期間）から起動（ウェイクアップ）し、ｎ（例えばｎ＝３）回の折り返し送信パルスをリーダ５Ｃに返信する（Ｓ８６）。ステップＳ８６の後、タグ８Ｃの動作はステップＳ８１の処理に戻る。
【０１４２】
一方、ステップＳ８５において条件１が満たされない場合（Ｓ８５、ＮＯ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、条件２が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／８以上であってＰ／４未満であり、かつ、受信間隔が２Ｔであるか否かを判別する（Ｓ８７）。条件２が満たされる場合（Ｓ８７、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８６の処理に進む。
【０１４３】
一方、ステップＳ８７において条件２が満たされない場合（Ｓ８７、ＮＯ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、条件３が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／４以上であってＰ／２未満であり、かつ、受信間隔が４Ｔであるか否かを判別する（Ｓ８８）。条件３が満たされる場合（Ｓ８８、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８６の処理に進む。
【０１４４】
一方、ステップＳ８８において条件３が満たされない場合（Ｓ８８、ＮＯ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、条件４が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／２以上であってＰ未満であり、かつ、受信間隔が８Ｔであるか否かを判別する（Ｓ８９）。条件４が満たされる場合（Ｓ８９、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８６の処理に進む。
【０１４５】
一方、ステップＳ８９において条件４が満たされない場合（Ｓ８９、ＮＯ）、タグ８Ｃの折り返し制御部５９Ａは、受信レベル判定部５７Ａからの出力、即ち、リーダ５Ｃからのパルスの受信間隔及び受信レベルを基に、タグ８Ｃのスリープ期間ｋを算出する（Ｓ９０）。ステップＳ９０において、タグ８Ｃのスリープ期間ｋは、折り返し制御部５９Ａにより数式（１）に従って算出される。
【０１４６】
【数１】
【０１４７】
スリープ期間ｋの算出について具体的に説明する。例えば、ステップＳ８４において判定されたパルスの受信間隔が８Ｔであって、受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合におけるスリープ期間ｋを算出する例を説明する。
【０１４８】
タグ８Ｃの折り返し制御部５９Ａは、ステップＳ８４において受信レベル判定部５７Ａにより判定されたパルスの受信間隔を基に、数式（１）の現在の送信期間が図１９における送信期間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうちいずれであるかを把握する。例えば、リーダ５Ｃから送信されるパルスの送信期間（送信間隔）が受信間隔８Ｔ（図１９参照）である場合、折り返し制御部５９Ａは、数式（１）における現在の送信期間を送信期間Ａであると判定する。
【０１４９】
更に、折り返し制御部５９Ａは、ステップＳ８４において判定された受信レベル及び判定テーブル５７ｂを基に、数式（１）におけるウェイクアップ時から自送信機会までの時間を算出する。例えば、リーダ５Ｃから送信されるパルスの受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合、折り返し制御部５９Ａは、現在の送信期間（送信期間Ａ）から次の自送信機会（送信期間Ｄ）までの時間を、図１９における時間ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣと判定する。
【０１５０】
ここで、上述した具体例において、受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８の場合にタグ８Ｃの次の自送信機会が送信期間Ｄとなるのは、次の理由による。即ち、受信レベルＰ／１６〜Ｐ／８であってパルスの受信間隔が受信間隔Ｔとなる場合に、タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会であることが図２０（Ａ）の判定テーブル５７ｂにおいて定められているためである（図２０（Ａ）の判定テーブル５７ｂの○印参照）。
【０１５１】
但し、タグ８Ｃのウェイクアップ時の送信期間Ａにおける詳細な時間は定かでないため、スリープ期間ｋの算出においては、スリープ期間ｋが送信期間Ｄを超過しないために、（現在の送信期間／２）が減算されている（数式（１）参照）。
【０１５２】
従って、折り返し制御部５９Ａは、ステップＳ８４において判定されたパルスの受信間隔が８Ｔであってパルスの受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合には、数式（１）に従って、スリープ期間ｋを、ｋ＝（ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣ）−ＴＡ／２と算出する。
【０１５３】
折り返し制御部５９Ａは、タグ８ＣがステップＳ９０において算出されたスリープ期間ｋの間スリープする旨を、図１８に不図示の電源制御部に指示する。これにより、タグ８Ｃは、ステップＳ９０において算出されたスリープ期間ｋの間スリープする（Ｓ９１）。上述した具体例においては、タグ８Ｃは、次の送信期間Ｄとなるまでスリープする。ｋ秒間のスリープ期間が満了すると（Ｓ８２、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８３に進み、以降は同様の動作が繰り返される。
【０１５４】
この様に、第３の実施形態の無線測距システムによれば、リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離に応じて、タグからの折り返しパルスの送信を制御できる。又、第３の実施形態においては、リーダ５Ｃからタグ８Ｃが遠いほど、受信パルス数が増えるので、リーダ５Ｃにおける相関利得を上げることができ、遠方にあるタグ８Ｃの検出率を高めることができる。更に、本実施形態の無線距離システムによれば、距離が異なる各タグ８Ｃから同時に各折り返しパルスを受信することがないため、マルチパスによる干渉を低減できる。
【０１５５】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又、は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１５６】
なお、第２の実施形態のリーダ５Ｂ（図１１参照）は、無線端末（タグ５Ｂ）にパルス信号を送信する無線測距装置であって、無線端末（タグ５Ｂ）から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部１２と、検波部１２により出力された検波信号を基に、無線端末（タグ８Ｂ）の識別情報を検出するタグＩＤ検出部１９と、タグＩＤ検出部１９が無線端末（タグ８Ｂ）の識別情報を検出しない場合、パルス信号の送信を中断する送信パルスパターン生成部３９と、を備える。また、送信パルスパターン生成部３９は、パルス信号の送信を所定時間中断した後、パルス信号の送信を再開する。
【０１５７】
なお、第３の実施形態のリーダ５Ｃ（図１７参照）は、無線端末（タグ５Ｃ）にパルス信号を送信する無線測距装置であって、無線端末（タグ５Ｃ）から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部１２と、検波部１２により出力された検波信号を基に、無線端末（タグ８Ｃ）の識別情報を検出するタグＩＤ検出部１９と、タグＩＤ検出部１９が無線端末（タグ８Ｃ）の識別情報を検出しない場合、パルス信号の送信を中断する送信パルスパターン生成部３９と、を備える。また、送信パルスパターン生成部３９は、パルス信号の送信間隔を、例えば複数の異なる所定の送信期間の中から周期的に切り替える。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明は、無線測距装置および無線端末間の距離を測定する場合、無線測距装置が適切な利得によって折り返しパルスを受信し、正確に測距でき、有用である。
【符号の説明】
【０１５９】
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ リーダ
８、８Ｂ、８Ｃ タグ
１１ 受信アンテナ
１２ 検波器
１３、３５、３６ 可変利得増幅器
１５ コンパレータ
１７ フリップフロップ
１９ タグＩＤ検出部
２１ 測距部
２５ リーダ制御部
２６、２７ 送信アンテナ
３７ ＵＷＢパルス生成部
３７ａ、３９ａ 信号線
３９、３９Ａ 送信パルスパターン生成部
４１ 受信ゲイン制御部
４２ 自折り返しパルスレベル制御部
４３ 送信パワー制御部
４６ 送信タイマ
５１ 受信アンテナ
５３ 検波器
５６ タグＩＤ付加部
５７、５７Ａ 受信レベル判定部
５９、５９Ａ 折り返し制御部
６１ 送信アンテナ
６７ タイマ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス信号を送信して距離を測定する無線測距装置、無線端末及び無線測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線測距システムでは、無線基地局装置であるリーダが無線端末装置であるタグに対してパルス信号を無線によって送信し、タグはパルス信号を受信した後にリーダへ折り返しパルス信号を送信する。リーダは、タグからの折り返しパルス信号を受信するまでの往復時間を基に、タグまでの距離を測定する。
【０００３】
この様な無線測距システムにおいて、例えば、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信方式は、パルス幅が１ナノ秒以下という短パルス信号を用いるため、マルチパス伝播環境においても高精度な測距を実現できる。
【０００４】
この種の先行技術として、多数存在するタグを１つずつ検出するシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。このシステムでは、呼掛け機（リーダ）は、先ず送信する信号のレベルを小さく設定し、Ｐｍ１の範囲において各トランスポンダ（タグ：１４．１〜１４．３）を測定する。各トランスポンダ１４．１〜１４．３の検出はシーケンシャルに実施される。その後、呼掛け機は、各トランスポンダからの信号の受信に応じて受信確認信号を各トランスポンダに送信し、各トランスポンダ１４．１〜１４．３をスリープモードに遷移させ、信号の反射を停止させる。次に、呼掛け機は、送信する信号のレベルを上げ、Ｐｍ２の範囲において各トランスポンダ（１４．４〜１４．８）を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述従来の無線測距システムにおいては、次の様な課題があり、課題の改善が要望された。
【０００７】
図２３は、リーダからの距離に応じて変化する折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図である。図２３に示す様に、リーダ−タグ間の距離に応じて、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の受信レベルが大きく異なる。図２３においては、自折り返しパルス信号を受信した時間ｔ０から、タグからの折り返しパルス信号を受信するまでの時間ｔ１、ｔ２、ｔ３が示されている。
【０００８】
距離１ｍのタグからの折り返しパルス信号を受信するまでの時間（受信時間）ｔ１における折り返しパルス信号の受信レベルが最も大きい。距離５ｍのタグからの折り返しパルス信号を受信するまでの受信時間ｔ２、距離１０ｍのタグからの折り返しパルス信号を受信するまでの受信時間ｔ３と距離が長くなるにつれて、タグからの折り返しパルス信号の受信レベルは小さくなっている。
【０００９】
図２４は、タグの遮蔽による折り返しパルス信号の受信レベルの変化を示す説明図である。図２４（Ａ）は、リーダとタグとの間に遮蔽物（例えば、人体）が存在する場合の説明図である。図２４（Ｂ）は、人物がリーダに対して前向きである場合と後向きである場合における各折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図である。
【００１０】
図２４（Ａ）に示す様に、リーダとタグとの間に遮蔽物（例えば、人体）が存在する場合がある。例えば、リーダ１０５に対し、タグ１０８を胸ポケットに入れて所持する人物１２０を想定する。人物１２０がリーダ１０５に対して前向きＦである場合、リーダ１０５とタグ１０８の間に人体である遮蔽物は存在せず、図２４（Ｂ）に示す様に、折り返しパルス信号の受信レベルＦは大きい。一方、人物１２０がリーダ１０５に対して後向きＢである場合、リーダ１０５とタグ１０８との間に人体である遮蔽物が存在し、折り返しパルス信号の受信レベルＢは小さい。この様に、リーダ−タグ間の距離とは無関係に、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の受信レベルが小さくなる場合もある。
【００１１】
図２５は、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の波形を示すグラフである。図２５に示す様に、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の波形は、例えば、フィルタの影響により裾の部分に広がりを持つ。このため、受信レベルの大きな折り返しパルス信号ａの裾に、受信レベルの小さな折り返しパルス信号ｂが埋もれてしまい、受信レベルの小さな折り返しパルス信号ｂの検出が困難となる。
【００１２】
以上のように、リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の受信レベルは大きく変化するため、リーダは広いダイナミックレンジを持つ必要がある。
【００１３】
上述のような課題を解決するために、リーダは、折り返しパルス信号の受信レベルに応じて、適切に受信利得を調整しなければならない。しかし、ＵＷＢの様な短パルス信号を用いた場合、単一パルスを用いて受信信号強度であるＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を生成することは困難である。即ち、短パルス信号を用いない通常の無線機に使用される自動利得制御（AGC：Automatic Gain Control）の実現は困難となる。又、数ナノ秒という短い区間において、折り返しパルス信号毎に可変利得アンプ（VGA：Variable Gain Amp.）の利得を切り替えることは難しい。
【００１４】
又、特許文献１では、リーダの受信利得制御については記述されておらず、上述ＡＧＣの課題を解決することは困難である。又、範囲内のタグの検出はシーケンシャルに実施されるので、測定に時間がかかる。更に、受信確認信号を検出するために、復調処理を必要とすることは、タグの安価及び省電力の実現を難しくさせる。
【００１５】
そこで、本発明は、上述した従来の事情に鑑みてなされたもので、折り返しパルス信号の受信レベルが高速に大きく変動する環境においても、適切な利得によって折り返しパルス信号を受信し、正確に測距する無線測距装置、無線端末及び無線測距システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上述した無線測距装置であって、無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置であって、前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部と、前記検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって前記識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備える。
【００１７】
又、本発明は、上述した無線端末であって、無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末であって、前記受信された前記パルス信号を検波する検波部と、前記検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える。
【００１８】
又、本発明は、上述した無線測距システムであって、無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置と、前記無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末とを含む無線測距システムであって、前記無線測距装置は、前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する第１検波部と、前記第１検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備え、前記無線端末は、前記受信された前記パルス信号を検波する第２検波部と、前記第２検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、送信パルスの送信レベルと受信利得の組合せを切り替えるので、折り返しパルスの受信レベルが高速に大きく変動する環境においても、適切な利得により折り返しパルスを受信し、正確に測距できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態の無線測距システムにおける測距方法を説明する説明図、（Ａ）リーダから送信されるパルス、リーダにおいて受信される自折り返しパルス、及びタグから送信される折り返しパルスを説明する説明図、（Ｂ）リーダとタグとの間の距離の測定を説明する説明図
【図２】リーダとタグとの間において送受信されるパルスのフレームフォーマットの一例を示す説明図、（Ａ）リーダから周期的に送信されるパルスのフレームフォーマット、（Ｂ）タグから送信される折り返しパルスのフレームフォーマット
【図３】第１の実施形態におけるリーダの内部構成を示すブロック図
【図４】第１の実施形態におけるタグの内部構成を示すブロック図
【図５】リーダ及びタグの動作を説明する説明図、（Ａ）タグにより検出されるパルスの受信レベルに対して設定された第１の閾値及び第２の閾値を示すグラフ、（Ｂ）リーダと、リーダから異なる距離に位置する３つのタグとの位置関係を示す説明図、（Ｃ）タグでのパルスの受信レベルの組合せに応じて、利得制御を適切に行い正確な測距を実現するためのリーダにおける制御パターンの一例を示す説明図
【図６】タグの起動期間及びスリープ期間を示すタイミングチャート
【図７】第１の実施形態のリーダの動作手順を示すフローチャート
【図８】第１の実施形態のタグの動作手順を示すフローチャート
【図９】マルチパスによる干渉の低減を説明する説明図、（Ａ）障害物が存在する場合の説明図、（Ｂ）マルチパスによる干渉が発生している様子を示す説明図
【図１０】自折り返しバルスを検出しないで、パルス送信タイミングを決定する場合のリーダの構成を示す図
【図１１】第２の実施形態におけるリーダの内部構成を示すブロック図
【図１２】第２の実施形態におけるタグの内部構成を示すブロック図
【図１３】リーダ及びタグの送受信を示すタイミングチャート
【図１４】トレーニング期間において決定される送信待ち時間を説明する説明図、（Ａ）リーダとリーダから異なる距離に位置する３つのタグとの位置関係を示す説明図、（Ｂ）各タグにおいて受信されたパルスの受信レベルを示すグラフ、（Ｃ）送信再開時間テーブルの一例を示す説明図
【図１５】第２の実施形態のリーダの動作手順を示すフローチャート
【図１６】第２の実施形態のタグの動作手順を示すフローチャート
【図１７】第３の実施形態におけるリーダの内部構成を示すブロック図
【図１８】第３の実施形態におけるタグの内部構成を示すブロック図
【図１９】送信パルスのパルスパターンを示すタイミングチャート
【図２０】パルス受信レベル及びパルス受信間隔を基に折り返しパルスを返信するか否かの判定を示す説明図、（Ａ）判定テーブルの一例を示す説明図、（Ｂ）パルス受信間隔とパルスの受信レベル（電力）との関係の一例を示す説明図
【図２１】第３の実施形態のリーダの動作手順を示すフローチャート
【図２２】第３の実施形態のタグの動作手順を示すフローチャート
【図２３】リーダからの距離に応じて変化する折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図
【図２４】タグの遮蔽によるパルスの受信レベルの変化を示す説明図、（Ａ）リーダとタグとの間に遮蔽物（例えば、人体）が存在する場合の説明図、（Ｂ）人物がリーダに対して前向きである場合と後向きである場合における各折り返しパルス信号の受信レベルを示す説明図
【図２５】リーダにおいて受信される折り返しパルス信号の波形を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る無線測距装置、無線端末及び無線測距システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明に係る無線測距システムは、無線測距装置である無線基地局（以下、「リーダ」という）、及び無線端末である携帯端末装置（以下、「タグ」という）を含む構成である。
【００２３】
図１は、第１の実施形態の無線測距システムにおける測距方法を説明する説明図である。図１（Ａ）は、リーダから送信されるパルス７ａ、リーダにおいて受信される自折り返しパルス７ｂ、及びタグから送信される折り返しパルス７ｃを説明する説明図である。図１（Ｂ）は、リーダとタグとの間の距離の測定を説明する説明図である。
【００２４】
図１（Ａ）に示す様に、リーダ５は、リーダＩＤを表すパルス信号（以下、単にパルスともいう）７ａをタグ８に送信する。この場合、送信されたパルスは、自装置（リーダ５）において自折り返しパルス７ｂとして受信される。一方、タグ８は、周期的に起き上がり（スリープ状態から起動状態になり）、リーダ５から送信されたパルスを受信して分析した後、リーダ５に折り返しパルス７ｃを返信する。リーダ５は、図１（Ｂ）に示す様に、自折り返しパルス７ｂを受信してから、折り返しパルス７ｃを受信するまでの時間差を計測し、測定した時間差を基に、リーダ５からタグ８までの距離を測定する。
【００２５】
図２は、リーダ５とタグ８との間において送受信されるパルスのフレームフォーマットの一例を示す説明図である。図２（Ａ）に示す様に、リーダ５から周期的に送信されるパルスのフレームフォーマットは、リーダＩＤを表し、パルス間隔Ｔごとに値１（パルス送信あり）と値０（パルス送信なし）とにより表される。本実施形態においては、パルス幅１ｎｓのパルスがパルス間隔１００ｎｓの周期により送信される。なお、本発明は上述のパルス幅およびパルス間隔に限定されるものではない。
【００２６】
又、図２（Ｂ）に示す様に、タグから送信される折り返しパルスのフレームフォーマットは、プリアンプル及びタグＩＤを含む構成であり、リーダ５の送信パルスと同様、値１と値０とにより表される。リーダ５から送信されたパルスに対し、タグ８から送信された折り返しパルスは、非同期にて返信される。なお、本発明は図２に示すフレームフォーマットに限定されるものではない。
【００２７】
図３は、第１の実施形態におけるリーダ５の内部構成を示すブロック図である。リーダ５は、図３に示す様に、受信アンテナ１１、検波器１２、可変利得増幅器（ＶＧＡ）１３、コンパレータ１５、フリップフロップ（ＦＦ）１７、タグＩＤ検出部１９、測距部２１、リーダ制御部２５、第１送信アンテナ２６、第２送信アンテナ２７、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１，３２、ＶＧＡ３５，３６、ＵＷＢパルス生成部３７及び送信パルスパターン生成部３９を含む構成である。
【００２８】
受信アンテナ１１は、タグ８から送信された折り返しパルス、及びリーダ５から送信されたパルスの自折り返しパルスを受信する。受信された折り返しパルス又は自折り返しパルスは検波器１２に入力される。
【００２９】
検波部としての検波器１２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２ａを有し、受信アンテナ１１において受信されたパルスを検波し、検波信号をＶＧＡ１３に出力する。なお、図３において、ローパスフィルタ１２ａは、検波器１２に含まれる構成であるが、検波器１２からの出力を入力可能に検波器１２とは別に構成されても良い。なお、ローパスフィルタが検波部に含まれている構成が検波部とは別に構成されても良いことは、後述の各実施形態においても同様である。
【００３０】
増幅部としての可変利得増幅器（ＶＧＡ）１３は、折り返しパルス及び自折り返しパルスを検出するために後述する受信ゲイン制御部４１によって調整されたゲインによって、検波器１２から出力された検波信号を増幅して出力する。
【００３１】
コンパレータ１５は、ＶＧＡ１３から出力された信号を２値信号に変換する。
【００３２】
フリップフロップ（ＦＦ）１７は、コンパレータ１５により変換された２値信号をサンプリングする。なお、フリップフロップ１７には、リーダ５に内蔵される基準信号発振器からのリファレンス信号が供給されている。フリップフロップ１７は、リファレンス信号を所定倍に逓倍した信号に基づいて、コンパレータ１５から出力された２値信号をサンプリングする。フリップフロップ１７に供給されているリファレンス信号については後述の各実施形態においても同様である。
【００３３】
タグＩＤ検出部１９は、フリップフロップ１７のサンプリングによって出力された２値信号を基に、タグ８の識別情報であるタグＩＤを判定する。更に、タグＩＤ検出部１９は、タグＩＤが検出された折り返しパルスの受信タイミングを測距部２１に出力する。タグＩＤ検出部１９は、例えば、複数の受信タイミングで受信されるパルス信号のそれぞれについて、既知であるプリアンブルパターンの検出処理を行い、プリアンブルパターンの検出を契機に引き続き受信されるタグＩＤの検出を行う。
【００３４】
測距部２１は、タグＩＤ検出部１９から出力された受信タイミングと自折り返しパルスの送信タイミングとの時間差を基に、タグＩＤが検出されたタグ８とリーダ５との距離を測定する。
【００３５】
リーダ制御部２５について説明する。
【００３６】
リーダ制御部２５は、受信ゲイン制御部４１、自折り返しパルスレベル制御部４２及び送信レベル制御部としての送信パワー制御部４３を含む構成である。本実施形態においては、リーダ制御部２５は、折り返しパルスの受信レベルが大きく異なるタグを区別して検出するために、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスの送信レベルを制御する。受信ゲインは、検波器１２から出力された検波信号を増幅するために用いられるゲインである。なお、リーダ制御部２５の各部の動作については後述する。
【００３７】
送信パルスパターン生成部３９は、リーダ５に固有の送信パターン信号（図２（Ａ）参照）を生成し、生成された送信パターン信号をＵＷＢパルス生成部３７に出力する。
【００３８】
ＵＷＢパルス生成部３７は、送信パルスパターン生成部３９から出力された送信パターン信号の立ち上がりに同期してＵＷＢパルス信号を生成する。ＵＷＢパルス生成部３７は、生成されたＵＷＢパルス信号をＶＧＡ３５，３６にそれぞれ出力する。
【００３９】
ＶＧＡ３５，３６は、自折り返しパルスレベル制御部４２，送信パワー制御部４３により調整されたゲインによって、ＵＷＢパルス生成部３７から出力されたＵＷＢパルス信号を増幅する。ＶＧＡ３５により増幅されたＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ３１によってＵＷＢパルス信号の帯域が制限された後、自折り返しパルスとして、指向性を有する第１送信アンテナ２６から受信アンテナ１１に向けて送信される。一方、ＶＧＡ３６により増幅されたＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ３２によってＵＷＢパルス信号の帯域が制限された後、送信パルスとして、第２送信アンテナ２７からタグ８に送信される。
【００４０】
図４は、第１の実施形態におけるタグ８の内部構成を示すブロック図である。タグ８は、図４に示す様に、受信アンテナ５１、検波器５３、タグＩＤ付加部５６、受信レベル判定部５７、折り返し制御部５９、送信アンテナ６１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６２、ＵＷＢパルス生成部６５、タイマ制御部６７及び電源６８を含む構成である。
【００４１】
受信アンテナ５１は、リーダ５から送信されたパルスを受信する。受信されたパルスは検波器５３に入力される。
【００４２】
検波器５３は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３ａを有し、受信アンテナ５１において受信されたパルスを検波し、検波信号をタグＩＤ付加部５６及び受信レベル判定部５７にそれぞれ出力する。なお、図４において、ローパスフィルタ５３ａは、検波器５３に含まれる構成であるが、検波器５３からの出力を入力可能に検波器５３とは別に構成されても良い。
【００４３】
受信レベル判定部５７は、後述する様に、２つの閾値を予め有しており、検波器５３により検波されたパルス信号の受信レベルを測定し、測定された受信レベルを基に、リーダ５に対して折り返しパルスを送信するか否かを判定する。受信レベル判定部５７は、判定結果を折り返し制御部５９に出力（通知）する。
【００４４】
折り返し制御部５９は、受信レベル判定部５７の判定結果を基に、リーダ５に対して折り返しパルスを送信する場合、タグＩＤ付加部５６及びＵＷＢパルス生成部６５を動作させる。
【００４５】
タグＩＤ付加部５６は、検波器５３により検波されたパルス信号に対し、自タグＩＤを表すパルスのＯＮ／ＯＦＦを制御し、その結果、値１と値０とにより表される自タグＩＤの信号をＵＷＢパルス生成部６５に出力する。
【００４６】
ＵＷＢパルス生成部６５は、タグＩＤ付加部５６から出力された信号を基に、タグＩＤ付加部５６から出力された信号の立ち上がりに同期するＵＷＢパルス信号を生成する。ＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ６２においてＵＷＢパルス信号の帯域が制限され、送信アンテナ６１から折り返しパルスとして送信される。
【００４７】
又、タグ８は、タイマ制御部６７の動作により、周期ごとに起動状態又はスリープ状態を繰り返す。起動時には電源６８によりタグ８の各部が通電され、スリープ時にはタグ８の各部への通電が遮断される。
【００４８】
次に、上述したリーダ５及びタグ８を含む無線測距システムの動作を示す。図５は、リーダ５及びタグ８の動作を説明する説明図である。図５（Ａ）は、タグ８により検出されるパルスの受信レベルに対して設定された第１の閾値及び第２の閾値を示すグラフである。上述した様に、タグ８の受信レベル判定部５７は、予め設定された第１の閾値及び第２の閾値を保持している。タグ８は、受信レベル判定部５７の判定結果に応じて、第１の閾値より受信レベルが小さいパルス、及び第２の閾値より受信レベルが大きいパルスに対し、折り返しパルスを送信しない。
【００４９】
図５（Ｂ）は、リーダと、リーダから異なる距離に位置する３つのタグとの位置関係を示す説明図である。３つのタグ８を、それぞれタグＡ、タグＢ、タグＣと表すとする。図５（Ｃ）は、タグ８（タグＡ、タグＢ、タグＣ）でのパルスの受信レベルとリーダ５での折り返しパルスの受信レベルの組合せに応じて、利得制御を適切に行い正確な測距を実現するためのリーダにおける制御パターンの一例を示す説明図を示す。
【００５０】
リーダ制御部２５は、受信ゲイン制御部４１、自折り返しパルスレベル制御部４２及び送信パワー制御部４３を用いて、タグとリーダ双方でのパルスの受信レベルに応じて適切な利得制御を実現するため、それぞれ送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスの送信レベルの組合せを周期的に切り替える。
【００５１】
第１の組合せにおいては、リーダ制御部２５は、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「小」、「小」、「大」に設定する。この場合、タグＡとタグＢにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より小さいため、折り返しパルスは送信されない。一方、タグＣにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信される。
【００５２】
この場合、リーダ５とタグＣとの間の距離は近く、リーダ５におけるタグＣからの折り返しパルスの受信レベルは大きいと想定されるため、自折り返しパルスのレベルも大きく設定し、受信ゲインを小さく設定する。
【００５３】
第２の組合せにおいては、リーダ制御部２５は、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「中」、「中」、「中」に設定する。この場合、タグＡにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信される。タグＢにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第１の閾値より小さいため、折り返しパルスは送信されない。タグＣにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第２の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信されない。
【００５４】
この場合、リーダ５におけるタグＡからの折り返しパルスの受信レベルは中程度と想定されるため、自折り返しパルスのレベルも中程度に設定し、受信ゲインも中程度に設定する。
【００５５】
第３の組合せにおいては、リーダ制御部２５は、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「大」、「大」、「小」に設定する。この場合、タグＡとタグＣとにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第２の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信されない。一方、タグＢにおいては、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルが第２の閾値より小さく第１の閾値より大きいため、折り返しパルスは送信される。
【００５６】
この場合、リーダ５とタグＢとの間の距離は遠く、リーダ５におけるタグＢからの折り返しパルスの受信レベルは小さいと想定されるため、自折り返しパルスのレベルも小さく設定し、受信ゲインを大きく設定する。
【００５７】
この様に、リーダ５から送信されたパルスの送信レベルに合わせて受信ゲインを設定し、設定された受信ゲインに合わせて自折り返しパルスの送信レベルが設定された組合せに切り替えられる。
【００５８】
なお、本実施形態では、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスの送信レベルの組合せについて３通りの動作を周期的に切り替える場合を示したが、リーダ制御部２５は、３通りに限らず、任意の数の動作を切り替えても良い。
【００５９】
図６は、タグ８の起動期間及びスリープ期間を示すタイミングチャートである。タグ８は、図６の第１段に示す様に、起動している状態である起動期間と、例えば消費電力を低減するためのスリープ状態であるスリープ（Ｓｌｅｅｐ）期間とを交互に繰り返す。図６の第２段〜第５段においては、タグ８として、タグＡ〜Ｄがそれぞれ非同期に上述した２つの状態を繰り返す場合が示されている。又、タグ８が起動状態にある起動期間とスリープ状態にあるスリープ期間を合わせた期間をウェイクアップ（Ｗａｋｅ Ｕｐ）周期という。
【００６０】
次に、リーダ５の動作手順を、図７を参照して説明する。
【００６１】
図７は、第１の実施形態のリーダ５の動作手順を示すフローチャートである。図７の各動作のうち測距部２１及びリーダ制御部２５により実行される各動作のプログラムは、リーダ５に内蔵されるＲＯＭ（Read Only Memory）に格納され、測距部２１及びリーダ制御部２５をそれぞれ構成しリーダ５に内蔵されるＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行される。
【００６２】
リーダ５のリーダ制御部２５は、送信パワー制御部４３、受信ゲイン制御部４１及び自折り返しパルスレベル制御部４２を用いて、送信電力（パワー：レベル）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「小」、「小」、「大」に設定する（Ｓ１１）。
【００６３】
リーダ５は、パルス及び自折り返しパルスを送信し、タグ８から送信された折り返しパルスを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を測定する（Ｓ１２）。ステップＳ１２の後、リーダ５は、ウェイクアップ周期の２倍以上に予め設定された周期Ｎが経過したか否かを判別する（Ｓ１３）。なお、リーダ５は、図３に図示していないタイマを含み、タイマからの出力に応じて、周期Ｎが経過したか否かを判別する。
【００６４】
周期Ｎが経過していない場合（Ｓ１３、ＮＯ）、リーダ５は、ステップＳ１２に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１３において周期Ｎが経過している場合（Ｓ１３、ＹＥＳ）、リーダ５のリーダ制御部２５は、送信パワー制御部４３、受信ゲイン制御部４１及び自折り返しパルスレベル制御部４２を用いて、送信電力（パワー）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「中」、「中」、「中」に設定する（Ｓ１４）。
【００６５】
リーダ５は、パルス及び自折り返しパルスを送信し、タグ８から送信された折り返しパルスを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を測定する（Ｓ１５）。ステップＳ１５の後、リーダ５は、ウェイクアップ周期の２倍以上に予め設定された周期Ｎが経過したか否かを判別する（Ｓ１６）。
【００６６】
周期Ｎが経過していない場合（Ｓ１６、ＮＯ）、リーダ５は、ステップＳ１５に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１６において周期Ｎが経過している場合（Ｓ１６、ＹＥＳ）、リーダ５のリーダ制御部２５は、送信パワー制御部４３、受信ゲイン制御部４１及び自折り返しパルスレベル制御部４２を用いて、送信電力（パワー）、受信ゲイン、自折り返しパルスの送信レベルをそれぞれ「大」、「大」、「小」に設定する（Ｓ１７）。
【００６７】
リーダ５は、パルス及び自折り返しパルスを送信し、タグ８から送信された折り返しパルスを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を測定する（Ｓ１８）。ステップＳ１８の後、リーダ５は、ウェイクアップ周期の２倍以上に予め設定された周期Ｎが経過したか否かを判別する（Ｓ１９）。
【００６８】
周期Ｎが経過していない場合（Ｓ１９、ＮＯ）、リーダ５は、ステップＳ１８に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１９において周期Ｎが経過している場合（Ｓ１９、ＹＥＳ）、リーダ５は、ステップＳ１１の処理に戻る。
【００６９】
次に、タグ８の動作手順を、図８を参照して説明する。
【００７０】
図８は、第１の実施形態のタグ８の動作手順を示すフローチャートである。図８の各動作のうち受信レベル判定部５７及び折り返し制御部５９により実行される動作のプログラムは、タグ８に内蔵されるＲＯＭに格納され、電源オン時にタグ８に内蔵されるＣＰＵによって実行される。
【００７１】
先ず、タグ８は、ウェイクアップ周期の起動状態（起動期間）になる（Ｓ２１、図６の第１段参照）。タグ８の受信レベル判定部５７は、リーダ５から送信されたパルスの受信レベルを測定する（Ｓ２２）。具体的には、受信レベル判定部５７は、一定の期間に複数のパルス信号を受信し、受信された複数のパルス信号を基に受信レベルを測定する。更に、タグ８の受信レベル判定部５７は、パルスの受信レベルが第１の閾値より小さいか又は第２の閾値より大きいかを判定する（Ｓ２３）。受信レベルが第１の閾値以上第２の閾値以下である場合に（Ｓ２３、ＮＯ）、タグ８は、折り返しパルスを送信する（Ｓ２４）。タグ８は、ステップＳ２１の起動期間が終了すると、スリープ（Ｓｌｅｅｐ）状態（スリープ期間）に入る（Ｓ２５、図６の第１段参照）。
【００７２】
一方、ステップＳ２３において受信レベルが第１の閾値より小さい又は第２の閾値より大きい場合には（Ｓ２３、ＹＥＳ）、タグ８は折り返しパルスを送信せず、タグ８の動作はステップＳ２５の処理に進む。
【００７３】
タグ８は、タイマ制御部６７からの出力を基に、スリープ期間が満了したか否かを判別する（Ｓ２６）。タグ８は、スリープ期間が満了していない場合に（Ｓ２６、ＮＯ）、ステップＳ２５の処理に戻ってスリープ状態を継続する。一方、スリープ期間が満了している場合には（Ｓ２６、ＹＥＳ）、タグ８の動作はステップＳ２１の処理に戻る。
【００７４】
この様に、第１の実施形態の無線測距システムによれば、タグ８から送信される折り返しパルスの受信レベルが高速に大きく変動する環境においても、適切な利得により折り返しパルスを受信し、リーダ５とタグ８との間において正確に測距できる。
【００７５】
即ち、リーダ５は、折り返しパルスを送信するタグ８を、パルスの送信レベルに応じて分けることができ、想定される折り返しパルスの受信レベルに応じてリーダ５における受信ゲインを適切に設定できる。
【００７６】
例えばリーダ５とタグ８との間の距離を例に考えた場合、送信レベルが小さければ、リーダ５からの距離が近いタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、距離減衰が小さいことを考慮し受信ゲインを小さく設定すればよい。
【００７７】
一方、送信レベルが大きければ、リーダ５からの距離が遠いタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、距離減衰が大きいことを考慮し受信ゲインを大きく設定すればよい。
【００７８】
また図２４に示すように、リーダ５とタグ８との間に障害物が存在する場合を考えると、送信レベルが小さければ、リーダ５との間に障害物が無いタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、障害物による減衰がないことを考慮し受信ゲインを小さく設定すればよい。
【００７９】
一方、送信レベルが大きければ、リーダ５との間に障害物があるタグ８からのみ折り返しパルスが送信されるため、障害物による減衰があることを考慮し受信ゲインを大きく設定すればよい。
【００８０】
又、リーダ５は、折り返すタグを、タグにおけるパルスの受信レベルに応じて制限できるので、リーダ５において受信レベルの高いパルス波形（例えばリーダ５からの距離が近いタグ８による折り返しパルス）の裾に受信レベルの低いパルス（例えばリーダ５からの距離が遠いタグ８による折り返しパルス）が埋もれる様な（図２５参照）、複数のタグ８からの折り返しパルスの干渉を軽減し、タグを容易に検出できる。
【００８１】
同様に、図２４に示す状態において、前向きの場合Ｆのタグ１０８による折り返しパルスと、後向きの場合Ｂのタグ１０８による折り返しパルスの間の干渉も回避することができる。
【００８２】
更に、リーダ５は、折り返しパルスを送信するタグ８を制限することにより、マルチパス（反射波）による干渉も低減できる。
【００８３】
図９は、マルチパスによる干渉の低減を説明する説明図である。図９（Ａ）は、障害物が存在する場合の説明図である。図９（Ｂ）は、マルチパスによる干渉が発生している様子を示す説明図である。図９（Ａ）に示す様に、障害物が存在する場合、タグＡからの折り返しパルスが障害物により反射され、リーダに到達する距離と、タグＢからの折り返しパルスが直接リーダに到達する距離とがほぼ等しいとする。この場合、従来技術では、図９（Ｂ）に示す様なマルチパスによる干渉が生じる。しかしながら、本実施形態では、タグＡとタグＢとは、同時に折り返しパルスを送信しないため、各折り返しパルスの干渉は生じない。
【００８４】
なお、本実施形態においては、自折り返しパルスを検出することにより、基準時間となるパルス送信タイミングを決定しているが、自折り返しバルスを検出しないで、パルス送信タイミングを決定しても良い。
【００８５】
図１０は、自折り返しパルスを検出しないで、パルス送信タイミングを決定する場合のリーダ５Ａの構成を示すブロック図である。リーダ５Ａにおいては、図３の構成と比較すると、自折り返しパルスの送信に係る部分の構成、即ち、送信アンテナ２６、ＢＰＦ３１、ＶＧＡ３５、及び自折り返しパルスレベル制御部４２が省かれている。又、ＵＷＢパルス生成部３７から測距部２１にパルス送信タイミングの信号線３７ａが接続されている。その他の構成は図３の構成と同じである。
【００８６】
リーダ５Ａにおいて、タグＩＤ検出部１９は、検出されたタグＩＤと検出タイミングとを測距部２１に出力（通知）する。測距部２１は、タグＩＤ検出部１９から出力された検出タイミングと、ＵＷＢパルス生成部３７から信号線３７ａを介して取得したパルス送信タイミングとを基に、リーダ５とタグ８との間の距離を求める。この様に、図３のリーダ５の構成に比べて、自折り返しパルスを送信しないことにより、リーダ５Ａの構成を簡易に実現できる。
【００８７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の無線測距システムは、上述した第１の実施形態と同一の構成を有する部分について同一の符号を付すことにより、説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成および動作について説明する。
【００８８】
図１１は、第２の実施形態におけるリーダ５Ｂの内部構成を示すブロック図である。リーダ５Ｂにおいては、図３の構成と比較すると、リーダ制御部２５、ＶＧＡ１３、コンパレータ１５、送信アンテナ２６、ＢＰＦ３１及びＶＧＡ３５，３６が省かれている。又、送信パルスパターン生成部３９から測距部２１にパルス送信タイミングの信号線３９ａが接続されている。その他の構成は図３のリーダ５の構成と同じである。
【００８９】
リーダ５Ｂは、受信アンテナ１１を介して、タグ８から送信された折り返しパルスを受信し、受信された折り返しパルスを検波器１２において検波し、検波信号をフリップフロップ１７に出力する。フリップフロップ１７は、検波部１２から出力された検波信号をサンプリングし、サンプリング結果をタグＩＤ検出部１９に出力する。
【００９０】
タグＩＤ検出部１９は、フリップフロップ１７から出力されたサンプリング結果を基に、第１の実施形態と同様にタグＩＤを判定し、タグＩＤ及び検出タイミングを測距部２１に出力（通知）する。
【００９１】
測距部２１は、タグＩＤ検出部１９から出力された検出タイミングと、送信パルスパターン生成部３９から信号線３９ａを介して取得したパルス送信タイミングとを基に、リーダ５Ｂとタグ８Ｂとの間の距離を求める。
【００９２】
送信パルスパターン生成部３９は、リーダ５Ｂに固有の送信パターン信号（図２（Ａ）参照）を生成し、生成された送信パターン信号をＵＷＢパルス生成部３７に出力する。送信パルスパターン生成部３９は、送信タイマ４６から出力される送信中断指示を基に、パルス送信を停止可能である。
【００９３】
ＵＷＢパルス生成部３７は、送信パルスパターン生成部３９から出力された送信パターン信号の立ち上がりに同期してＵＷＢパルス信号を生成する。
【００９４】
送信タイマ４６は、タグＩＤ検出部１９から出力されるフレーム異常通知を基に、又は送信タイマ４６に内蔵されている自走カウンタの制御により長時間（例えば数時間）に一度の割合にて、送信中断指示を送信パルスパターン生成部３９に送出する。
【００９５】
図１２は、第２の実施形態におけるタグ８Ｂの内部構成を示すブロック図である。タグ８Ｂは、図４のタグ８と比較すると、パルス放射テーブル部７２を更に含む構成である。その他の構成は図４のタグ８の構成と同じである。
【００９６】
タグ８Ｂは、受信アンテナ５１を介して、リーダ５Ｂから送信されたパルスを受信する。受信されたパルスは、検波器５３に入力される。検波器５３は、入力されたパルスを検波し、タグＩＤ付加部５６、受信レベル判定部５７及びパルス放射テーブル部７２にそれぞれ出力する。
【００９７】
受信レベル判定部５７は、検波器５３から出力された検波信号から得られる受信レベルを基に、リーダ５Ｂから送信されるパルスの有無を判定し、判定結果を折り返し制御部５９Ａに出力する。
【００９８】
パルス放射テーブル部７２は、送信再開時間テーブル７２ａを保持し、検波器５３から出力された検波信号の受信レベルを基に、リーダ５Ｂがパルスの送信を再開した後においてパルスの折り返し送信の待ち時間を決定する。パルス放射テーブル部７２は、決定された送信待ち時間を折り返し制御部５９Ａに出力（通知）する。
【００９９】
折り返し制御部５９Ａは、タイマ５９ａを有し、スリープ、トレーニング、パルス折り返しのタイミングを制御し、更に、リーダ５Ｂに対して折り返して送信するか否かをタグＩＤ付加部５６に指示する。トレーニングとは、リーダ５Ｂから送信されたパルスの受信レベルを測定するが、リーダ５Ｂに対して折り返して送信しない動作である。
【０１００】
タグＩＤ付加部５６は、検波器５３から出力された検波信号に対し、自タグＩＤを表すパルスのＯＮ／ＯＦＦを制御し、その結果、値１と値０とにより表される自タグＩＤの信号をＵＷＢパルス生成部６５に出力する。
【０１０１】
ＵＷＢパルス生成部６５は、タグＩＤ付加部５６から出力された信号を基に、タグＩＤ付加部５６から出力された信号の立ち上がりに同期するＵＷＢパルス信号を生成する。ＵＷＢパルス信号は、ＢＰＦ６２においてＵＷＢパルス信号の帯域が制限され、送信アンテナ６１から折り返しパルスとして送信される。
【０１０２】
次に、上述したリーダ５Ｂ及びタグ８Ｂを含む無線測距システムの動作を示す。図１３は、リーダ５Ｂ及びタグ８Ｂの送受信を示すタイミングチャートである。
【０１０３】
リーダ５Ｂは、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスのフレームに誤り（例えば、プリアンプルパターン異常、タグＩＤに対するＣＲＣエラー）がある状態が、一定期間継続した場合、各タグ８Ｂから送信された各折り返しパルスの間において干渉が発生しているとみなす。一定期間は、例えば図１３のタイミングｅにおいて、タグ８Ｂから送信された第３番目の折り返しパルスの受信タイミングである。
【０１０４】
図１３のタイミングｅにおいては、リーダ５Ｂは、タグ８Ｂを識別することが困難である。このため、リーダ５Ｂは、パルスの送信を一定期間（所定時間）中断し、その後、再度パルスの送信を開始する。中断する一定期間とは、例えばタグ８Ｂに送信するパルスのフレーム以上に相当する期間であり、より望ましくはタグ８Ｂのウェイクアップ周期以上である。
【０１０５】
タグ８Ｂは、リーダ５Ｂから送信されたパルスを受信するか否かを監視し、一定期間パルスを検出しない場合にリーダ５Ｂから送信されたパルスを再び検出すると、次の手順に従ってトレーニングする。
【０１０６】
具体的には、タグ８Ｂは、リーダ５Ｂから送信されたパルスの受信レベルを測定するが、折り返しパルスをリーダ５Ｂに対して返信しない。タグ８Ｂは、パルス放射テーブル部７２に保持されている送信再開時間テーブルを基に、測定されたパルスの受信レベルに応じた送信待ち時間を決定する。
【０１０７】
トレーニング期間満了後、タグ８Ｂは、決定された送信待ち時間が経過した後、折り返しパルスをリーダ５Ｂに対して返信する。なお、本実施形態においては、タグ８Ｂは、受信されたパルスのフレームに誤りがあった場合、トレーニングするが、フレームに誤りがない場合でも、所定時間が経過する度にトレーニングしても良い。
【０１０８】
図１４は、トレーニング期間において決定される送信待ち時間を説明する説明図である。図１４（Ａ）は、リーダ５Ｂとリーダ５Ｂから異なる距離に位置する３つのタグＡ、タグＢ、タグＣとの位置関係を示す説明図である。図１４（Ｂ）は、各タグにおいて受信されたパルスの受信レベルを示すグラフである。図１４（Ｃ）は、送信再開時間テーブル７２ａの一例を示す説明図である。
【０１０９】
図１４（Ａ）に示す様に、タグ８ＢとしてタグＡ、タグＢ、タグＣの３つに対し、リーダ５Ｂから送信されるパルスの受信レベルは、図１４（Ｂ）に示すとおりである。即ち、図１４（Ｂ）に示す様に、リーダ５Ｂに最も近いタグＡにおいて測定される受信レベルＬは、レベル２ｍ〜３ｍの範囲にある。タグＡより遠い位置にあるタグＢにおいて測定される受信レベルＬは、レベルｍ〜２ｍの範囲にある。リーダ５Ｂから最も遠い位置にあるタグＣにおいて測定される受信レベルＬは、レベルｍより小さい。
【０１１０】
図１４（Ｃ）の送信再開時間テーブル７２ａにおいては、送信待ち時間は、例えば受信レベルに応じて３つ設定されている。即ち、タグＣにおいて測定される受信レベルＬがレベルｍ未満では、送信待ち時間は、Ｔ〜２Ｔの範囲に設定される。タグＢにおいて測定される受信レベルＬがレベルｍ以上２ｍより小さい場合、送信待ち時間は、３Ｔ〜４Ｔの範囲に設定される。タグＡにおいて測定される受信レベルＬがレベル２ｍ以上では、送信待ち時間は、４Ｔ〜５Ｔの範囲に設定される。
【０１１１】
この様に、リーダ５Ｂにおいて、受信レベルの小さいタグＣから、折り返しパルスを検出するため、リーダ５Ｂから遠方にあるタグの検出率が向上する。又、距離の異なるタグから送信される折り返しパルスの干渉が軽減する。
【０１１２】
次に、リーダ５Ｂの動作手順を、図１５を参照して説明する。
【０１１３】
図１５は、第２の実施形態のリーダ５Ｂの動作手順を示すフローチャートである。図１５の各動作のうち測距部２１により実行される動作のプログラムは、リーダ５Ｂに内蔵されるＲＯＭに格納され、測距部２１を構成しリーダ５Ｂに内蔵されるＣＰＵによって実行される。
【０１１４】
リーダ５Ｂの検波部１２は、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスのフレームに誤りがある状態が一定期間継続したか、即ちｗ回連続して発生したか否かを判別する（Ｓ３１）。パラメータｗは自然数である。
【０１１５】
ｗ回連続して発生していない場合（Ｓ３１、ＮＯ）、リーダ５Ｂは、図７と同様にタグＩＤを検出し、測距する（Ｓ３５）。ステップＳ３５の後、リーダ５Ｂの動作はステップＳ３１の処理に戻る。なお、ステップＳ３５においては、リーダ５Ｂは、第１の実施形態において説明した様な、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替えても良いし、又は切り替えなくても良い。送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替える場合には、リーダ５Ｂは、図３のリーダ５のリーダ制御部２５を更に含む構成となる。
【０１１６】
一方、ステップＳ３１において、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスのフレームに誤りがｗ回連続して発生している場合（Ｓ３１、ＹＥＳ）、リーダ５Ｂの送信パルスパターン生成部３９は、各タグ５Ｂから送信された各折り返しパルス間において干渉が発生しているとして、送信タイマ４６から出力された送信中断指示に従ってリーダＩＤのパルス送信を停止する（Ｓ３２）。
【０１１７】
リーダ５Ｂは、送信タイマ４６（送信中断タイマ）が満了になるまで待つ（Ｓ３３）。送信タイマ４６が満了になると、リーダ５Ｂは、リーダＩＤのパルスの送信を再開する（Ｓ３４）。次に、リーダ５Ｂの動作は、ステップＳ３１の処理に戻る。
【０１１８】
図１６は、第２の実施形態のタグ８の動作手順を示すフローチャートである。図１６の各動作のうち受信レベル判定部５７、折り返し制御部５９Ａ及びパルス放射テーブル部７２により実行される動作のプログラムは、タグ８Ｂに内蔵されるＲＯＭに格納され、電源オン時にタグ８Ｂに内蔵されるＣＰＵによってスリープ中も実行される。
【０１１９】
先ず、タグ８Ｂは、スリープ状態（スリープ期間）に入り（Ｓ４１）、その後、スリーブ期間が満了するまで待つ（Ｓ４２）。
【０１２０】
スリープ期間が満了すると（Ｓ４２、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの検波器５３は、リーダ５Ｂから送信されたパルスを検出したか否かを判別する（Ｓ４３）。パルスを検出した場合（Ｓ４３、ＹＥＳ）、タグ８Ｂは、ｎ（例えばｎ＝３）回の折り返し送信パルスをリーダ５Ｂに返信する（Ｓ５０）。ステップＳ５０の後、タグ８Ｂは、ステップＳ４１の処理、即ちスリープ状態（スリープ期間）に戻る。
【０１２１】
一方、ステップＳ４３においてパルスを検出しない場合（Ｓ４３、ＮＯ）、タグ８Ｂは、リーダ５Ｂのパルス送信の中断期間として例えばウェイクアップ周期が経過するのを待ち（Ｓ４４）、パルスを検出したか否かを判別する（Ｓ４５）。パルスが検出されない場合（Ｓ４５、ＮＯ）、タグ８Ｂは、Ｓ（例えばＳ＝４）回目であるか否かを判別する（Ｓ４６）。Ｓ回目でない場合（Ｓ４６、ＮＯ）、タグ８Ｂの動作はステップＳ４５の処理に戻る。Ｓ回目である場合（Ｓ４６、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの動作はステップＳ４１の処理に戻る。
【０１２２】
又、一方、ステップＳ４５においてリーダ５Ｂから送信されたパルスが検出された場合（Ｓ４５、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの受信レベル判定部５７は、パルスの受信レベルを測定する（Ｓ４７）。タグ８Ｂのパルス放射テーブル部７２は、検波器５３から出力された検波信号を基に、送信再開時間テーブル７２ａを参照して送信待ち時間を決定する（Ｓ４８）。
【０１２３】
タグ８Ｂの折り返し制御部５９Ａは、タイマ５９ａからの出力を基に、ステップＳ４８において決定された送信待ち時間が満了するまで待つ（Ｓ４９）。送信待ち時間が満了すると（Ｓ４９、ＹＥＳ）、タグ８Ｂの動作は、ステップＳ５０の処理に進む。
【０１２４】
この様に、第２の実施形態の無線測距システムによれば、リーダ５Ｂは、タグ８Ｂから送信された折り返しパルスに応じて、タグ８Ｂに対するパルス送信を中断及び再開できる。又、タグ８Ｂは、リーダ５Ｂからのパルス送信の中断及び再開を検出でき、復調処理することなく、折り返しパルスの返信タイミングを制御できる。
【０１２５】
又、第２の実施形態の無線測距システムによれば、受信レベルの小さい、つまり、遠方にあるタグから、折り返しパルスが検出されるので、遠方にあるタグの検出率が向上し、距離の異なるタグからのパルスの干渉を軽減できる。
【０１２６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の無線測距システムは、上述した第１及び第２の実施形態と同一の構成を有する部分について同一の符号を付すことにより、説明を省略し、第１及び第２の実施形態と異なる構成および動作について説明する。
【０１２７】
図１７は、第３の実施形態におけるリーダ５Ｃの内部構成を示すブロック図である。リーダ５Ｃにおいては、送信パルスパターン生成部３９Ａは、送信タイマ４６からの指示を基に、送信パルス間隔を変更する。例えば、第３の実施形態において、送信パルス間隔は、Ｔ、２Ｔ、４Ｔ、８Ｔのうちいずれかに設定される。
【０１２８】
図１８は、第３の実施形態におけるタグ８Ｃの内部構成を示すブロック図である。タグ８Ｃにおいては、図１２のタグ８Ｂと比べ、パルス放射テーブル部７２が省かれている。受信レベル判定部５７Ａは、検波器５３から出力された検波信号から得られる受信レベル及び受信パルス間隔を基に、判定テーブル５７ｂを参照し、折り返しパルスを送信するか否かを判定する。
【０１２９】
図１９は、送信パルスのパルスパターンを示すタイミングチャートである。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離０〜Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔８Ｔによってパルスを送信する。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離Ｌ〜２Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔４Ｔによってパルスを送信する。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離２Ｌ〜３Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔２Ｔによってパルスを送信する。リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離が距離３Ｌ〜４Ｌである場合、リーダ５Ｃは、パルス間隔Ｔによってパルスを送信する。
【０１３０】
図２０は、パルス受信レベル及びパルス受信間隔を基に折り返しパルスを返信するか否かの判定を示す説明図である。図２０（Ａ）は、タグ８Ｃがリーダ５Ｃからパルスを受信した場合に、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信するか否かを判定するための判定テーブル５７ｂを示す。判定テーブル５７ｂには、パルスの受信間隔と受信レベルを基に、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会が示されている。なお、パルスの受信レベルは、例えば、予めトレーニングによりタグ８Ｃにおいて既知であるとする。
【０１３１】
図２０（Ａ）の判定テーブル５７ｂにおいて、○印は、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会であることを示す。同様に、×印は、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会ではないことを示す。
【０１３２】
具体的に、受信間隔がＴであり、かつ受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合には、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。又、受信間隔が２Ｔであり、受信レベルがＰ／８〜Ｐ／４である場合、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。又、受信間隔が４Ｔであり、受信レベルがＰ／４〜Ｐ／２である場合、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。又、受信間隔が８Ｔであり、受信レベルがＰ／２〜Ｐである場合、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である。
【０１３３】
図２０（Ｂ）は、パルス受信間隔とパルスの受信レベル（電力）との関係の一例を示す説明図である。図２０（Ｂ）には、パルス受信間隔がＴであり、受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合に、自タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会である送信パルスが示されている。
【０１３４】
図２１は、第３の実施形態のリーダ５Ｃの動作手順を示すフローチャートである。図２１の各動作のうち測距部２１により実行される動作のプログラムは、リーダ５Ｃに内蔵されるＲＯＭに格納され、測距部２１を構成しリーダ５Ｃに内蔵されるＣＰＵによって実行される。
【０１３５】
先ず、リーダ５Ｃは、パルスの送信間隔の設定を変更する（Ｓ７１）。パルスの送信間隔の設定の変更においては、送信パルス間隔がＴである場合、２倍の２Ｔに変更される。又、送信パルス間隔が２Ｔである場合、２倍の４Ｔに変更される。同様に、送信パルス間隔が４Ｔである場合、２倍の８Ｔに変更される。さらに、送信パルス間隔が８Ｔである場合、Ｔに変更される。以後、送信パルス間隔は、循環的に変更される。
【０１３６】
リーダ５Ｃは、変更されたパルスの送信間隔を用いてパルスを送信し、図７と同様にタグＩＤの検出及びリーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離を測定する（Ｓ７２）。ステップＳ７２の後、リーダ５Ｃの動作はステップＳ７１の処理に戻る。なお、ステップＳ７２においては、リーダ５Ｃは、第１の実施形態において説明した様な、送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替えても良いし、又は切り替えなくても良い。送信電力、受信ゲイン及び自折り返しパルスレベルを含む組合せを切り替える場合には、リーダ５Ｃは、図３のリーダ５のリーダ制御部２５を更に含む構成となる。
【０１３７】
図２２は、第３の実施形態のタグ８Ｃの動作手順を示すフローチャートである。図２２の各動作のうち受信レベル判定部５７Ａ及び折り返し制御部５９Ａにより実行される動作のプログラムは、タグ８Ｃに内蔵されるＲＯＭに格納され、電源オン時にタグ８Ｃに内蔵されるＣＰＵによってスリープ中も実行される。
【０１３８】
先ず、タグ８Ｃは、スリープ状態（スリープ期間）に入り（Ｓ８１）、その後、スリープ期間が満了するまで待つ（Ｓ８２）。
【０１３９】
スリープ期間が満了すると（Ｓ８２、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの検波器５３は、リーダ５Ｃから送信されたパルスを検出したか否かを判別する（Ｓ８３）。パルスを検出していない場合（Ｓ８３、ＮＯ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８１の処理に戻る。
【０１４０】
一方、ステップＳ８３においてリーダ５Ｃから送信されたパルスを検出した場合（Ｓ８３、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、リーダ５Ｃから送信されたパルスの受信間隔及び受信レベルを判定する（Ｓ８４）。タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、ステップＳ８４において判定されたパルスの受信間隔及び受信レベルを基に、条件１が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／１６以上であってＰ／８未満であり、かつ、受信間隔がＴであるか否かを判別する（Ｓ８５）。
【０１４１】
条件１が満たされた場合（Ｓ８５、ＹＥＳ）、タグ８Ｃは、スリープ状態（スリープ期間）から起動（ウェイクアップ）し、ｎ（例えばｎ＝３）回の折り返し送信パルスをリーダ５Ｃに返信する（Ｓ８６）。ステップＳ８６の後、タグ８Ｃの動作はステップＳ８１の処理に戻る。
【０１４２】
一方、ステップＳ８５において条件１が満たされない場合（Ｓ８５、ＮＯ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、条件２が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／８以上であってＰ／４未満であり、かつ、受信間隔が２Ｔであるか否かを判別する（Ｓ８７）。条件２が満たされる場合（Ｓ８７、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８６の処理に進む。
【０１４３】
一方、ステップＳ８７において条件２が満たされない場合（Ｓ８７、ＮＯ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、条件３が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／４以上であってＰ／２未満であり、かつ、受信間隔が４Ｔであるか否かを判別する（Ｓ８８）。条件３が満たされる場合（Ｓ８８、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８６の処理に進む。
【０１４４】
一方、ステップＳ８８において条件３が満たされない場合（Ｓ８８、ＮＯ）、タグ８Ｃの受信レベル判定部５７Ａは、条件４が満たされるか否か、即ち、送信パルスの受信レベルがＰ／２以上であってＰ未満であり、かつ、受信間隔が８Ｔであるか否かを判別する（Ｓ８９）。条件４が満たされる場合（Ｓ８９、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８６の処理に進む。
【０１４５】
一方、ステップＳ８９において条件４が満たされない場合（Ｓ８９、ＮＯ）、タグ８Ｃの折り返し制御部５９Ａは、受信レベル判定部５７Ａからの出力、即ち、リーダ５Ｃからのパルスの受信間隔及び受信レベルを基に、タグ８Ｃのスリープ期間ｋを算出する（Ｓ９０）。ステップＳ９０において、タグ８Ｃのスリープ期間ｋは、折り返し制御部５９Ａにより数式（１）に従って算出される。
【０１４６】
【数１】
【０１４７】
スリープ期間ｋの算出について具体的に説明する。例えば、ステップＳ８４において判定されたパルスの受信間隔が８Ｔであって、受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合におけるスリープ期間ｋを算出する例を説明する。
【０１４８】
タグ８Ｃの折り返し制御部５９Ａは、ステップＳ８４において受信レベル判定部５７Ａにより判定されたパルスの受信間隔を基に、数式（１）の現在の送信期間が図１９における送信期間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうちいずれであるかを把握する。例えば、リーダ５Ｃから送信されるパルスの送信期間（送信間隔）が受信間隔８Ｔ（図１９参照）である場合、折り返し制御部５９Ａは、数式（１）における現在の送信期間を送信期間Ａであると判定する。
【０１４９】
更に、折り返し制御部５９Ａは、ステップＳ８４において判定された受信レベル及び判定テーブル５７ｂを基に、数式（１）におけるウェイクアップ時から自送信機会までの時間を算出する。例えば、リーダ５Ｃから送信されるパルスの受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合、折り返し制御部５９Ａは、現在の送信期間（送信期間Ａ）から次の自送信機会（送信期間Ｄ）までの時間を、図１９における時間ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣと判定する。
【０１５０】
ここで、上述した具体例において、受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８の場合にタグ８Ｃの次の自送信機会が送信期間Ｄとなるのは、次の理由による。即ち、受信レベルＰ／１６〜Ｐ／８であってパルスの受信間隔が受信間隔Ｔとなる場合に、タグ８Ｃが折り返しパルスを送信する機会であることが図２０（Ａ）の判定テーブル５７ｂにおいて定められているためである（図２０（Ａ）の判定テーブル５７ｂの○印参照）。
【０１５１】
但し、タグ８Ｃのウェイクアップ時の送信期間Ａにおける詳細な時間は定かでないため、スリープ期間ｋの算出においては、スリープ期間ｋが送信期間Ｄを超過しないために、（現在の送信期間／２）が減算されている（数式（１）参照）。
【０１５２】
従って、折り返し制御部５９Ａは、ステップＳ８４において判定されたパルスの受信間隔が８Ｔであってパルスの受信レベルがＰ／１６〜Ｐ／８である場合には、数式（１）に従って、スリープ期間ｋを、ｋ＝（ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣ）−ＴＡ／２と算出する。
【０１５３】
折り返し制御部５９Ａは、タグ８ＣがステップＳ９０において算出されたスリープ期間ｋの間スリープする旨を、図１８に不図示の電源制御部に指示する。これにより、タグ８Ｃは、ステップＳ９０において算出されたスリープ期間ｋの間スリープする（Ｓ９１）。上述した具体例においては、タグ８Ｃは、次の送信期間Ｄとなるまでスリープする。ｋ秒間のスリープ期間が満了すると（Ｓ８２、ＹＥＳ）、タグ８Ｃの動作はステップＳ８３に進み、以降は同様の動作が繰り返される。
【０１５４】
この様に、第３の実施形態の無線測距システムによれば、リーダ５Ｃとタグ８Ｃとの間の距離に応じて、タグからの折り返しパルスの送信を制御できる。又、第３の実施形態においては、リーダ５Ｃからタグ８Ｃが遠いほど、受信パルス数が増えるので、リーダ５Ｃにおける相関利得を上げることができ、遠方にあるタグ８Ｃの検出率を高めることができる。更に、本実施形態の無線距離システムによれば、距離が異なる各タグ８Ｃから同時に各折り返しパルスを受信することがないため、マルチパスによる干渉を低減できる。
【０１５５】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又、は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１５６】
なお、第２の実施形態のリーダ５Ｂ（図１１参照）は、無線端末（タグ５Ｂ）にパルス信号を送信する無線測距装置であって、無線端末（タグ５Ｂ）から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部１２と、検波部１２により出力された検波信号を基に、無線端末（タグ８Ｂ）の識別情報を検出するタグＩＤ検出部１９と、タグＩＤ検出部１９が無線端末（タグ８Ｂ）の識別情報を検出しない場合、パルス信号の送信を中断する送信パルスパターン生成部３９と、を備える。また、送信パルスパターン生成部３９は、パルス信号の送信を所定時間中断した後、パルス信号の送信を再開する。
【０１５７】
なお、第３の実施形態のリーダ５Ｃ（図１７参照）は、無線端末（タグ５Ｃ）にパルス信号を送信する無線測距装置であって、無線端末（タグ５Ｃ）から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部１２と、検波部１２により出力された検波信号を基に、無線端末（タグ８Ｃ）の識別情報を検出するタグＩＤ検出部１９と、タグＩＤ検出部１９が無線端末（タグ８Ｃ）の識別情報を検出しない場合、パルス信号の送信を中断する送信パルスパターン生成部３９と、を備える。また、送信パルスパターン生成部３９は、パルス信号の送信間隔を、例えば複数の異なる所定の送信期間の中から周期的に切り替える。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明は、無線測距装置および無線端末間の距離を測定する場合、無線測距装置が適切な利得によって折り返しパルスを受信し、正確に測距でき、有用である。
【符号の説明】
【０１５９】
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ リーダ
８、８Ｂ、８Ｃ タグ
１１ 受信アンテナ
１２ 検波器
１３、３５、３６ 可変利得増幅器
１５ コンパレータ
１７ フリップフロップ
１９ タグＩＤ検出部
２１ 測距部
２５ リーダ制御部
２６、２７ 送信アンテナ
３７ ＵＷＢパルス生成部
３７ａ、３９ａ 信号線
３９、３９Ａ 送信パルスパターン生成部
４１ 受信ゲイン制御部
４２ 自折り返しパルスレベル制御部
４３ 送信パワー制御部
４６ 送信タイマ
５１ 受信アンテナ
５３ 検波器
５６ タグＩＤ付加部
５７、５７Ａ 受信レベル判定部
５９、５９Ａ 折り返し制御部
６１ 送信アンテナ
６７ タイマ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置であって、
前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部と、
前記検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、
前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、
前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、
前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって前記識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備える無線測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線測距装置であって、
前記無線測距装置に向けた自折り返しパルスの送信レベルを可変する自折り返しパルスレベル制御部と、を更に備え、
前記パルス信号と同時に送信される前記自折り返しパルス信号の受信タイミングを、前記パルス信号の送信タイミングとし、
前記リーダ制御部は、前記パルスの送信レベル、前記利得、及び前記自折り返しパルスの送信レベルの大きさの組合せを切り替える無線測距装置。
【請求項３】
無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末であって、
前記受信された前記パルス信号を検波する検波部と、
前記検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、
前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える無線端末。
【請求項４】
請求項３に記載の無線端末であって、
前記折り返し制御部は、前記受信レベル判定部により判定された前記検波信号のレベルを基に、前記無線測距装置からの前記パルス信号の送信の中断の再開後に、前記折り返しパルス信号を送信するための待ち時間を設定する無線端末。
【請求項５】
請求項３に記載の無線端末であって、
前記受信レベル判定部は、前記検波部から出力された検波信号のレベルと、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号の受信間隔とが所定の条件を満足するか否かを判定し、
前記折り返し制御部は、前記受信レベル判定部の判定結果を基に、前記折り返しパルス信号の送信を決定する無線端末。
【請求項６】
請求項５に記載の無線端末であって、
前記所定の条件は、前記受信レベルが低いほど前記パルス信号の送信周期が長く設定された前記受信レベルの範囲及び受信間隔である無線測距システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の無線端末であって、
前記折り返し制御部は、前記検波信号のレベルと前記パルス信号の受信間隔とが前記所定の条件を満足しないと判断される期間において、前記送信パルスを受信しない状態に移行する無線端末。
【請求項８】
無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置と、前記無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末とを含む無線測距システムであって、
前記無線測距装置は、
前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する第１検波部と、
前記第１検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、
前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、
前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、
前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備え、
前記無線端末は、
前記受信された前記パルス信号を検波する第２検波部と、
前記第２検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、
前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える無線測距システム。
【請求項１】
無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置であって、
前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する検波部と、
前記検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、
前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、
前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、
前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって前記識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備える無線測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線測距装置であって、
前記無線測距装置に向けた自折り返しパルスの送信レベルを可変する自折り返しパルスレベル制御部と、を更に備え、
前記パルス信号と同時に送信される前記自折り返しパルス信号の受信タイミングを、前記パルス信号の送信タイミングとし、
前記リーダ制御部は、前記パルスの送信レベル、前記利得、及び前記自折り返しパルスの送信レベルの大きさの組合せを切り替える無線測距装置。
【請求項３】
無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末であって、
前記受信された前記パルス信号を検波する検波部と、
前記検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、
前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える無線端末。
【請求項４】
請求項３に記載の無線端末であって、
前記折り返し制御部は、前記受信レベル判定部により判定された前記検波信号のレベルを基に、前記無線測距装置からの前記パルス信号の送信の中断の再開後に、前記折り返しパルス信号を送信するための待ち時間を設定する無線端末。
【請求項５】
請求項３に記載の無線端末であって、
前記受信レベル判定部は、前記検波部から出力された検波信号のレベルと、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号の受信間隔とが所定の条件を満足するか否かを判定し、
前記折り返し制御部は、前記受信レベル判定部の判定結果を基に、前記折り返しパルス信号の送信を決定する無線端末。
【請求項６】
請求項５に記載の無線端末であって、
前記所定の条件は、前記受信レベルが低いほど前記パルス信号の送信周期が長く設定された前記受信レベルの範囲及び受信間隔である無線測距システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の無線端末であって、
前記折り返し制御部は、前記検波信号のレベルと前記パルス信号の受信間隔とが前記所定の条件を満足しないと判断される期間において、前記送信パルスを受信しない状態に移行する無線端末。
【請求項８】
無線端末にパルス信号を送信する無線測距装置と、前記無線測距装置から送信されたパルス信号を受信する無線端末とを含む無線測距システムであって、
前記無線測距装置は、
前記無線端末から送信された折り返しパルス信号を検波する第１検波部と、
前記第１検波部から出力された検波信号を増幅する増幅部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベルを可変する送信レベル制御部と、
前記検波信号を増幅するための利得を可変する受信ゲイン制御部と、
前記送信されるパルス信号の送信レベル及び前記利得の大きさの組合せを周期的に切り替えるリーダ制御部と、
前記増幅されたパルス信号を基に、前記無線端末の識別情報を検出するタグＩＤ検出部と、
前記パルス信号の送信タイミングから、前記タグＩＤ検出部によって識別情報が検出されたパルス信号の受信タイミングまでの時間差を基に、前記無線端末との距離を測距する測距部と、を備え、
前記無線端末は、
前記受信された前記パルス信号を検波する第２検波部と、
前記第２検波部から出力された検波信号のレベルを判定する受信レベル判定部と、
前記検波信号のレベルが所定の範囲にある場合、前記無線測距装置から送信された前記パルス信号に対する折り返しパルス信号の送信を制御する折り返し制御部と、を備える無線測距システム。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−２４６５８（Ｐ２０１３−２４６５８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８２４８（Ｐ２０１１−１５８２４８）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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