無線通信システム
【課題】 質問器の通信エリア内に存在する応答器と確実に、また、短時間で通信が開始できる無線通信システムを提供する。
【解決手段】 質問器１が、指向性が可変制御できる２つの送信アンテナ１１，１２を備え、質問器１の２つの送信アンテナ１１，１２から周波数の互いに異なる第１及び第２質問波を指向性を可変制御しながら送信し、第１質問波と第２質問波が重なる地点に存在する応答器２だけが、第１及び第２質問波を共に受信して応答波を返信する。
【解決手段】 質問器１が、指向性が可変制御できる２つの送信アンテナ１１，１２を備え、質問器１の２つの送信アンテナ１１，１２から周波数の互いに異なる第１及び第２質問波を指向性を可変制御しながら送信し、第１質問波と第２質問波が重なる地点に存在する応答器２だけが、第１及び第２質問波を共に受信して応答波を返信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質問器と応答器間で無線通信する無線通信システムに関し、特に、質問器が所望の応答器と確実に通信できるようにする無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、質問器から質問波を放射し、この質問波の通信エリア内に存在する応答器が質問波を受信して応答波を質問器に返信する、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム等で代表される質問器−応答器による無線通信システムが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平８−２４８１２７号公報
【特許文献２】特開平１０−２２４２５９号公報
【特許文献３】特開２００４−８８７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来のこの種の無線通信システムでは、質問器から予め定めた通信エリアに質問波を放射し、通信エリア内に応答器が存在すると、応答器は質問波を受信して電力供給を受け、十分な電力が得られると動作を開始して応答波を返信する。このため、例えば応答器が質問器の通信エリアを高速で通過するようなシステムの場合、十分な電力が得られる通信可能領域の滞在時間が限られるので、通信時間を確保するための対策として、無線出力を増大して質問波の送信エリアを広げることが考えられる。しかし、電波法により無線出力は制限されている。また、仮に質問波の送信エリアを広げた場合、所望の応答器以外の応答器が反応する虞れがあり、単に送信エリアを広げることは好ましくない。
【０００４】
また、質問波の通信エリアに複数の応答器が存在すると、通信エリア内の複数の応答器が質問波を受信して応答波を返信するが、応答波を返信した複数の応答器に中に、応答波がマスクされて質問器側で認識できない応答器が存在すると、質問器側で認識してないにも拘わらず応答器側では通信が完了したと判断し、システム上、不具合が発生する。
【０００５】
更に、例えばＲＦＩＤシステム等において、一定時間内に複数の応答器と通信を行う必要性がある場合、例えば、従来では各応答器と通信する場合、応答器に付されたＩＤ番号の上位のビットから１ビットづつ各応答器の応答波だけが受信されるまでＩＤ番号を絞って行くような通信プロトコルにより対応している。例えば、図１１に示すように質問器１００の通信エリア（図の斜線部分）内に、例えばＩＤ番号がそれぞれ「００１１」、「００１０」、「１１００」、「１１１１」の４つの応答器１０１が存在している場合、ＩＤ番号「００１０」の応答器を読み出す場合は図１２のフローチャートのようになり、ＩＤ番号「１１１１」の応答器を読み出す場合は図１３のフローチャートのようになる。図中、各応答器と通信を開始されるまでの経路を実線で示してある。図１２、１３から分かるように、ＩＤ番号「００１０」と「１１１１」の各応答器では、通信が開始されるまでの時間が異なる。このように、従来の無線通信システムでは、通信エリア内の複数の応答器と一定時間内に通信を行う必要性があるシステムの場合、各応答器と通信できるまでに時間がかかると共に、応答器によって通信開始までの時間が不規則であった。
【０００６】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、質問器が所望の応答器と確実に、また、短時間で通信が開始できる無線通信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】
【０００７】
このため、請求項１の発明では、質問器から質問波を送信し、該質問波を受信した応答器が応答波を返信することにより、質問器と応答器間で情報を交信する無線通信システムであって、前記質問器が、周波数の互いに異なる第１及び第２質問波を送信する２つの送信アンテナと、該２つの送信アンテナの少なくとも一方の指向性を可変制御する指向性制御部とを備え、前記第１及び第２質問波が重なった位置に存在する応答器とだけ交信する構成とした。
【０００８】
かかる構成では、質問器は、２つの送信アンテナから周波数の互いに異なる第１質問波と第２質問波を、指向性制御部により少なくとも一方の送信アンテナの指向性を可変制御して送信する。第１及び第２質問波が重なった位置に存在する応答器だけから応答波を受信し、その応答器と交信するようになる。
【０００９】
請求項２のように、前記応答器は、前記質問器の送信する前記第１及び第２質問波を共に受信したときに前記応答波の返信モードとなる構成とした。
かかる構成では、応答器は、質問器の送信する第１及び第２質問波を共に受信したときに応答するようになる。
【００１０】
請求項３のように、前記２つの送信アンテナが、前記指向性制御部により指向性を可変可能な構成とするとよい。
請求項４のように、前記第１質問波を送信する送信アンテナの指向性を固定して送信する一方、前記第１質問波より送信エリアの狭い第２質問波をその送信アンテナの指向性を可変制御して第１質問波の送信エリアを含んで走査可能とする構成とするとよい。
【００１１】
請求項５のように、前記質問器は、受信電波の強度を計測する電波強度計測手段と、該電波強度計測手段の計測値が所定値以上のときに前記受信電波が前記応答器の電波と判断し前記各送信アンテナの指向性情報に基づいて応答器の位置を推定する位置推定手段とを備える構成とするとよい。
かかる構成では、質問器は、電波強度計測手段により受信電波の強度を計測し、計測値が所定値以上のときは応答器からの電波と判断して位置推定手段により応答器の位置を推定する。
【００１２】
請求項６のように、指向性が可変可能な前記各送信アンテナの指向性を順次可変設定して当該送信アンテナからの質問波を走査し、前記電波強度計測手段の計測値が所定値以上になったときに応答器ありと判断する構成とするとよい。
請求項７のように、前記質問器に接続する管理装置から与えられた特定の応答器の位置情報に基づいて前記指向性制御部により前記各送信アンテナの指向性を制御する構成とするとよい。
請求項８のように、前記応答器は、前記第１及び第２質問波を用いて内蔵されるＣＰＵの動作クロックが生成される構成とするとよい。
【００１３】
請求項９のように、前記固定された第１質問波の送信エリアに進入したときに応答器が停止モードから待機モードに移行し、該待機モードにおいて応答器が前記２質問波を受信すると当該応答器が通信モードになる構成とするとよい。
かかる構成では、応答器が第１質問波の送信エリアに進入すると停止モードから待機モードに移行し、待機モードにおいて第２質問波を受信したときに応答器は通信モードに移行する。これにより、第１質問波の送信エリアを広く設定して通信時間を確保し、また、他の応答器と混信も防止できるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明の無線通信システムによれば、２つの質問波の少なくとも１つの質問波の指向性を可変制御し、２つの質問波が重なる位置に存在する応答器だけと交信する構成としたので、質問器の通信エリア内に多数の応答器が存在する場合でも、各応答器と確実に通信することができ、従来のような応答器が応答したにも拘わらず質問器が認識しないという問題は解消できる。また、質問波の走査速度を高速とすることで、多数の応答器と短時間で通信することが可能であり、質問器−応答器間の通信の高速化が可能である。更には、質問波の送信方向を任意の方向に可変できるので、マルチパスフェージングに起因する通信不能の問題が解消でき、応答器の存在場所に関係なく確実に応答器と通信できる。
【００１５】
また、第１質問波の指向性を固定して送信し第１質問波より送信エリアの狭い第２質問波の指向性を可変して第１質問波の送信エリアを走査する構成とし、応答器が、第１質問波の送信エリアに進入したときに停止モードから待機モードに移行し、第２質問波を受信すると通信モードになる構成すれば、質問器の通信エリアを応答器が高速で通過するようなシステムにおいて、第１質問波の送信エリアを広く設定することで、応答器に立上り速度の早い高価なＣＰＵ等を使用することなく、十分な通信時間の確保が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る無線通信システムの第１実施形態を示すシステム概略図である。
図１において、本実施形態の無線通信システムは、質問器１と、例えばタグ等の応答器２と、前記質問器１に接続されて情報を交信する管理装置３とを備えて構成される。
【００１７】
前記質問器１は、周波数が互いに異なる２つの質問波を送信アンテナ１１，１２の指向性を可変制御して送信すると共に応答器２からの応答波を受信して応答器２とデータを交信するものであり、図２に構成を示す。
図２において、質問器１は、質問波を送信するための２つの送信アンテナ１１，１２と、応答波を受信するための受信アンテナ１３と、互いに周波数の異なる質問波を送信アンテナ１１，１２にそれぞれ出力する各送信部１４，１５と、受信アンテナ１３から応答波を受信する受信部１６と、送信アンテナ１１，１２の指向性を制御する指向性制御部１７と、応答波が受信されたときに応答器２の位置を推定する位置情報検出部１８と、質問器１の各部の動作を制御すると共に、管理装置３との間で情報を交信する制御部１９とを備える。
【００１８】
前記送信アンテナ１１，１２は、複数のアンテナ素子がアレイ状に配置されて指向性が可変可能で質問波の送信方向が変えられる従来公知のアダプティブアレイアンテナで構成される。送信部１４は、例えば周波数ｆ１の搬送波を送信データで変調した質問波を第１質問波として送信アンテナ１１に出力する。送信部１５は、周波数ｆ２の無変調の搬送波を第２質問波として送信アンテナ１２に出力する。尚、本実施形態では、送信アンテナ１１，１２から送信する送信電波は、従来の送信アンテナに比べて指向性の高い送信エリアの狭いものとする。
【００１９】
前記指向性制御部１７は、制御部１９の指向性制御指令に基づいて送信部１４，１５をそれぞれ制御して送信アンテナ１１，１２の指向性、言い換えれば、質問波の放射方向を可変制御する。位置情報検出部１８は、受信部１６の受信状態に基づいて受信アンテナ１３を介して受信された電波の強度を計測する受信強度計測機能と、受信強度の計測値が所定値以上のときに送信アンテナ１１，１２の質問波放射方向情報と送信アンテナ１１，１２間の距離情報を用いて応答器２までの距離と応答器２の位置（例えば緯度経度等）を推定する距離計測機能及び位置推定機能とを備え、推定した応答器位置情報を制御部１９に送る。従って、位置情報検出部１８は、受信強度計測手段及び位置推定手段の機能を備えている。
【００２０】
前記応答器２は、質問器１から送信される互いに異なる周波数ｆ１、ｆ２の第１及び第２質問波を共に受信したときに応答波の返信モードとなるもので、図３に構成を示す。
図３において、応答器２は、質問波を受信する受信アンテナ２１と、質問波を受信すると共に受信した質問波を応答データで変調した応答波を返信する送受信アンテナ２２と、受信アンテナ２１の受信した第１質問波と第２質問波を例えばミキサによるミキシング処理等によりデータを抽出するデータ抽出部２３と、受信アンテナ２１の受信した質問波から電力を抽出供給する電力供給部２４と、電力供給部２４からの電力供給により動作しデータ抽出部２３で抽出されたデータに対応する応答データを出力するＣＰＵ２５と、送受信アンテナ２２が受信した第２質問波を前記ＣＰＵ２５の出力する応答データで変調した応答波を送受信アンテナ２２に出力する変調部２６とを備える。尚、応答器２のＣＰＵ２５等を動作させるためのクロックは、従来と同様にして質問波の搬送波成分や変調波成分を用いて生成すればよい。
【００２１】
次に、本実施形態の無線通信システムの動作を図４及び図５に示すフローチャートを参照して説明する。
図４は、管理装置３が特定した所望の応答器を指定して通信する場合の例である。
ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）では、管理装置３が所望の応答器２のＩＤを指定して質問器１の制御部１９に伝送する。
ステップ２では、制御部１９は、送信アンテナ１２の指向性、即ち、第２質問波の送信方向θ２を初期値に設定するよう指向性制御部１７に指令する。これにより、指向性制御部１７は、送信アンテナ１２の質問波送信方向が初期値θ２（０）となるよう送信部１５を制御する。
【００２２】
ステップ３では、ステップ２と同様にして、指向性制御部１７により送信アンテナ１１の質問波送信方向が初期値θ１（０）となるよう送信部１４を制御する。
ステップ４では、位置情報検出部１８が受信部１６の出力状態に基づいて受信電波の強度を計測し所定値以上か否かを判定し、所定値以上で判定がＹＥＳであれば受信電波は応答器２からの応答波と判断してステップ５に進み、所定値未満で判定がＮＯであればステップ５を飛び越して後述するステップ８に進む。
【００２３】
ステップ５では、受信した応答波から得られたＩＤ情報が管理装置３で指定されたＩＤと一致するか否かを判定し、一致すれば所望の応答器２であると判断してステップ６に進み、不一致であればステップ８に進む。
ステップ６では、位置情報検出部１８がその時の第１及び第２質問波の各送信方向情報と予め記憶された送信アンテナ１１，１２間の距離データに基づいて質問器１から応答器２までの距離計測と応答器の位置を推定し所望の応答器２の位置検出動作を実行する。
ステップ７では、応答器２と通信を開始する。
【００２４】
一方、ステップ４、５の各判定がＮＯとなりステップ８に進んだ場合、ステップ８で送信アンテナ１１の送信方向θ１が予め定めた最大値ＭＡＸか否かを判定し、ＭＡＸでなければステップ９に進み、送信アンテナ１１の送信方向θ１をΔθ１増加し、ステップ４に戻り受信強度の計測を実行する。また、ステップ８の判定がＹＥＳとなった場合は、ステップ１０に進み、送信アンテナ１２の送信方向θ２が予め定めた最大値ＭＡＸか否かを判定し、ＭＡＸでなければステップ１１に進み、送信アンテナ１２の送信方向θ２をΔθ２増加し、ステップ３に戻り、送信アンテナ１１の送信方向θ１を初期値θ１（０）に戻した後、送信アンテナ１１の送信方向θ１を初期値θ１（０）〜ＭＡＸまで再度可変する。ステップ１０の判定がＹＥＳのときはステップ１２で、所望の応答器は存在しないと判断する。
【００２５】
このようにして、送信アンテナ１２の各送信方向θ２（０）〜ＭＡＸについて送信アンテナ１１の送信方向θ１を順次可変させ、２つの質問波を走査して２つの質問波が重なる位置に応答器２が存在すれば、応答器２は２つの質問波を共に受信アンテナ２１で受信し、電力供給部２４からＣＰＵ２５に電力供給されてＣＰＵ２５が動作すると共に、データ抽出部２３でデータが抽出されてＣＰＵ２５に伝送される。ＣＰＵ２５は受信データに対応する応答データを変調部２６に伝送し、変調部２６で送受信アンテナ２２により受信した無変調の第２質問波を応答データで変調し、応答波として送受信アンテナ２２を介して返信する。質問器１は、受信した応答波のＩＤ情報が管理装置３で指定された所望の応答器２のＩＤと一致すれば通信を開始する。
【００２６】
図５は、管理装置３が所望の応答器の位置を指定して通信する場合の例である。
ステップ２１では、管理装置３が所望の応答器２の位置を指定して質問器１の制御部１９に伝送する。
ステップ２２では、制御部１９は入力した位置情報に基づいて、指定された地点で２つの質問波が重なるよう各送信アンテナ１１，１２の送信方向を計算し、得られた送信アンテナ１１の送信方向θ１の設定値θ１（ｍ）を指向性制御部１７に指令し、指向性制御部１７が送信アンテナ１１の指向性が設定値θ１（ｍ）となるよう送信部１４を制御する。
ステップ２３では、ステップ２２と同様にして、指向性制御部１７により送信アンテナ１２の送信方向θ２が設定値θ２（ｎ）となるよう送信部１５を制御する。
【００２７】
ステップ２４では、位置情報検出部１８が受信部１６の受信状態に基づいて受信電波の強度を計測し計測値が所定値以上か否かを判定する。所定値以上で判定がＹＥＳであれば、指定した位置に応答器が存在すると判断し、ステップ２５に進み、その応答器２と通信を開始する。一方、受信強度が所定値未満で判定がＮＯであれば、指定した位置には応答器が存在しないと判断する。応答器が存在しない場合、管理装置３から別の位置情報を指定するか、或いは、別の位置情報を指定せず動作を終了する。
【００２８】
以上のように本実施形態の無線通信システムは、２つの質問波が重なる位置に存在する応答器２だけと交信するので、質問器１の通信エリア内に多数の応答器が存在する場合でも、各応答器２と確実に通信することができる。従って、従来のような応答器２が応答したにも拘わらず質問器１が認識しないという問題は解消できる。また、質問波の走査速度はアダプティブアレイアンテナにより極めて高速でできるので、通信エリア内に存在する多数の応答器と短時間で通信することが可能であり、質問器−応答器間の通信の高速化が可能である。
【００２９】
また、従来の無線通信システムでは、応答器２の存在場所によってはマルチパスフェージングなどによって応答器２との通信が不能となる場合もあるが、本実施形態の無線通信システムでは第１及び第２質問波の送信方向をそれぞれ任意の方向に可変できるので、マルチパスフェージングに起因する通信不能の問題も解消でき、また、質問波が受信できない場所（ヌル点）を無くすことができるので、応答器の存在場所に関係なく確実に応答器２と通信できるようになる。
【００３０】
ここで、本実施形態の無線通信システムの応答器位置推定動作について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、応答器２が質問器１と同一平面にあるものとした２次元の場合の説明図である。
【００３１】
図６において、既知情報として、送信アンテナ１１，１２間の距離をＤ、送信アンテナ１１の質問波の送信方向をθ１、送信アンテナ１２の質問波の送信方向をθ２とする。
質問器１から応答器２までの距離をＬとし、各送信アンテナ１１，１２から見た応答器２のオフセット量をＹ１，Ｙ２とすると、
Ｙ１＝Ｌｔａｎθ１
Ｙ２＝Ｌｔａｎθ２
Ｄ＝Ｙ１＋Ｙ２
となる。
上記の３つの式から、Ｙ１，Ｙ２，Ｌが求まる。即ち、
Ｙ１＝Ｄｔａｎθ１／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
Ｙ２＝Ｄｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
Ｌ＝Ｄ／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
となる。
【００３２】
そして、例えば質問器１の送信アンテナ１１の位置を基準（例えば位置座標の原点）として、前述のＹ１，Ｙ２，Ｌの値を補正処理することにより、質問器１から応答器２までの距離と、質問器１に対する応答器２の位置を推定でき、応答器２の位置情報を得ることができる。
【００３３】
図７は、垂直方向も含めた３次元で応答器の位置情報を推定する場合の説明図である。
図７において、既知情報として、上述した既知情報に加えて各送信アンテナ１１，１２の垂直方向の送信方向角度をそれぞれφ１，φ２とする。
この場合、図６から得られた位置情報を例えば送信アンテナ１１を原点として補正処理した応答器の平面内位置を（ｘ１、ｙ１）とすると、この平面内位置から応答器までの垂直方向の距離を計算すればよい。この垂直方向の距離をｚ１とすると、
ｚ１＝（ｘ１2＋ｙ１2）1/2・ｔａｎφ１
として求めることができ、これにより、質問器１に対する応答器２の位置情報を得ることができる。質問器と応答器間の距離Ｌ′は、
Ｌ＝（ｘ１2＋ｙ１2＋ｚ2）1/2
となる。
【００３４】
このように、本実施形態の無線通信システムでは、送信アンテナ１１，１２の指向性情報、言い換えれば、質問波の送信方向情報に基づいて応答器の位置情報を知ることができる。
【００３５】
次に、図８に本発明の無線通信システムに適用する応答器の別の構成例を示す。
図８の応答器２′は、第１質問波と第２質問波を共に受信したときにＣＰＵの動作クロックを生成する構成であり、図３に示す応答器２と同様の受信アンテナ２１、送受信アンテナ２２、データ抽出部２３、電力供給部２４、ＣＰＵ２５及び変調部２６を備えると共に、受信アンテナ２１で受信された第１質問波と第２質問波を例えばミキサによりミキシング処理してＣＰＵ２５の動作クロックを生成するクロック生成部２７を備える。
【００３６】
かかる応答器２′は、第１質問波と第２質問波が共に受信できたときに、クロック生成部２７でクロックが生成され、ＣＰＵ２５が起動し、抽出されたデータに対応する応答データを変調部２６に出力して応答波を返信する。
【００３７】
従来、質問波搬送波成分を用いてクロック生成する構成では、クロック周波数が高くなり過ぎるために別途ＣＰＵ用の低速用クロック発生回路を応答器に内蔵する必要があり、また、変調波成分を用いる場合には変調波成分を得るために別途ローカル発振器が必要であった。図８の構成では、例えば第１質問波と第２質問波の周波数の差分が、ＣＰＵ用として適切なクロック周波数となるよう、第１質問波と第２質問波の各周波数を適切に設定するようにすれば、前記低速用クロック発生回路やローカル発振器を応答器に内蔵する必要がない。従って、応答器のコスト、重量、大きさ、厚み等を低減できる。
【００３８】
次に、図９及び図１０に本発明の無線通信システムの第２実施形態を示し説明する。
図９は、第２実施形態のシステム概略図を示し、図１０は、本実施形態の質問器１′の構成を示す。
本実施形態の質問器１′は、第１質問波を送信する送信アンテナ１１′が指向性の固定された通常のアンテナで構成され、送信部１４′が無変調波の質問波を出力し、送信部１５′が変調波を出力する構成であることを除いては、図１０に示すように第１実施形態の質問器１（図２に示す）と略同様の構成である。そして、送信アンテナ１１′から図９に斜線で示すような広い送信エリアの無変調の第１質問器を放射する。送信アンテナ１２は、指向性が可変制御されて第１質問波より送信エリアの極めて狭い変調された第２質問波を第１質問波の送信エリアを含んで走査する。
【００３９】
応答器２は、第１質問波の送信エリアに進入すると第１質問波の受信により電力供給部２４で電力が生成され、ＣＰＵ２５が無電力の停止モードから待機モードに移行し、微弱な電波或いは自身のＩＤ情報を返信する。また、第２質問波を受信するとデータ抽出部２３でデータが抽出されＣＰＵ２５から抽出データに対応した応答データを出力する通信モードに移行し、受信データに対応した応答データを含んだ応答波を返信する構成である。
【００４０】
次に、第２実施形態の無線通信システムの動作について図９を参照して説明する。
例えば、応答器２が第１質問波の送信エリアを図９中の矢印方向に高速で通過するようなシステムを考える。応答器２は、第１質問波の送信エリアに進入する前では無電力の停止モードである。この状態で、応答器２が第１質問波の送信エリアに進入すると、第１質問波を受信して待機モードとなり、電力が生成されＣＰＵ２５が動作可能な状態となり、微弱な電波或いは自身のＩＤ情報を返信する。質問器１′は、送信アンテナ１２の指向性を極めて高速で可変制御し、第２質問波を第１質問波の送信エリアを含んで高速走査している。これにより、第１質問波の送信エリア内に進入した応答器２が、高速走査されている第２質問波を受信すると、応答器２は通信モードになり、質問器１′からの質問波に含まれるデータがデータ抽出部２３で抽出されてＣＰＵ２５に入力し、ＣＰＵ２５は入力したデータに対応した応答データを出力して応答波を返信する。第２質問波の走査速度が極めて高速であるため、第１質問波の送信エリア内に応答器２が存在する間は、実質的に連続して応答器２で第２質問波が受信され、質問器１′と応答器２との間の通信は正常に維持されて情報の交信を行うことができる。応答器２が第１質問波の送信エリアを抜ければ応答器２は停止モードとなる。
【００４１】
かかる第２実施形態によれば、応答器２が高速で質問器の通信エリアを通過するシステムでも、立上り時間の早い高価なＣＰＵを使用したり、ＣＰＵ立上げ用のバッテリを内蔵したりしなくとも、第１質問波の送信エリアを広く設定することにより、情報を正常に交信するための通信時間を十分確保できる。また、第２質問波を受信した応答器２だけが応答波を返信するので、他の応答器との混信も防止できる。
【００４２】
尚、上述の第２実施形態において、質問器１′の受信アンテナ１３に、アダプティブアレイアンテナを使用し、例えばＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等の従来公知の到来角推定アルゴリズムを用いた到来角推定技術により、第１質問波の送信エリアに進入した応答器２からの電波の到来方向を推定し、推定した電波到来方向に向けて第２質問波を送信するようにすれば、第１質問波の送信エリアに進入した応答器２と直ちに情報を交信でき、より一層十分な通信時間を確保でき、更に質問器と応答器間の通信の高速化を図ることが可能となる。また、この場合、応答器２からの電波の到来方向を推定することで応答器２の位置が把握できるので、応答器２の移動に追従させて送信アンテナ１２の指向性を制御して第２質問波の送信方向を可変制御することが可能であり、所望の応答器２の移動動作をトラッキングすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る無線通信システムの第１実施形態を示す概略図
【図２】同上実施形態の質問器の構成図
【図３】応答器の構成図
【図４】第１実施形態の動作例を説明するフローチャート
【図５】第１実施形態の別の動作例を説明するフローチャート
【図６】応答器の位置を２次元で推定する場合の説明図
【図７】応答器の位置を３次元で推定する場合の説明図
【図８】応答器の別の構成例を示す構成図
【図９】本発明に係る無線通信システムの第２実施形態を示す概略図
【図１０】同上実施形態の質問器の構成図
【図１１】従来の無線通信システムの動作例の説明図
【図１２】図１１の無線通信システムでＩＤ番号「００１０」の応答器の読み出し動作を説明するフローチャート
【図１３】図１１の無線通信システムでＩＤ番号「１１１１」の応答器の読み出し動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
【００４４】
１，１′ 質問器
２，２′ 応答器
３ 管理装置
１１，１１′，１２ 送信アンテナ
１３ 受信アンテナ
１７ 指向性制御部
１８ 位置情報検出部
１９ 制御部
２１ 受信アンテナ
２２ 送受信アンテナ
２３ データ抽出部
２４ 電力供給部
２５ ＣＰＵ
２６ 変調部
２７ クロック生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質問器と応答器間で無線通信する無線通信システムに関し、特に、質問器が所望の応答器と確実に通信できるようにする無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、質問器から質問波を放射し、この質問波の通信エリア内に存在する応答器が質問波を受信して応答波を質問器に返信する、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム等で代表される質問器−応答器による無線通信システムが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平８−２４８１２７号公報
【特許文献２】特開平１０−２２４２５９号公報
【特許文献３】特開２００４−８８７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来のこの種の無線通信システムでは、質問器から予め定めた通信エリアに質問波を放射し、通信エリア内に応答器が存在すると、応答器は質問波を受信して電力供給を受け、十分な電力が得られると動作を開始して応答波を返信する。このため、例えば応答器が質問器の通信エリアを高速で通過するようなシステムの場合、十分な電力が得られる通信可能領域の滞在時間が限られるので、通信時間を確保するための対策として、無線出力を増大して質問波の送信エリアを広げることが考えられる。しかし、電波法により無線出力は制限されている。また、仮に質問波の送信エリアを広げた場合、所望の応答器以外の応答器が反応する虞れがあり、単に送信エリアを広げることは好ましくない。
【０００４】
また、質問波の通信エリアに複数の応答器が存在すると、通信エリア内の複数の応答器が質問波を受信して応答波を返信するが、応答波を返信した複数の応答器に中に、応答波がマスクされて質問器側で認識できない応答器が存在すると、質問器側で認識してないにも拘わらず応答器側では通信が完了したと判断し、システム上、不具合が発生する。
【０００５】
更に、例えばＲＦＩＤシステム等において、一定時間内に複数の応答器と通信を行う必要性がある場合、例えば、従来では各応答器と通信する場合、応答器に付されたＩＤ番号の上位のビットから１ビットづつ各応答器の応答波だけが受信されるまでＩＤ番号を絞って行くような通信プロトコルにより対応している。例えば、図１１に示すように質問器１００の通信エリア（図の斜線部分）内に、例えばＩＤ番号がそれぞれ「００１１」、「００１０」、「１１００」、「１１１１」の４つの応答器１０１が存在している場合、ＩＤ番号「００１０」の応答器を読み出す場合は図１２のフローチャートのようになり、ＩＤ番号「１１１１」の応答器を読み出す場合は図１３のフローチャートのようになる。図中、各応答器と通信を開始されるまでの経路を実線で示してある。図１２、１３から分かるように、ＩＤ番号「００１０」と「１１１１」の各応答器では、通信が開始されるまでの時間が異なる。このように、従来の無線通信システムでは、通信エリア内の複数の応答器と一定時間内に通信を行う必要性があるシステムの場合、各応答器と通信できるまでに時間がかかると共に、応答器によって通信開始までの時間が不規則であった。
【０００６】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、質問器が所望の応答器と確実に、また、短時間で通信が開始できる無線通信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】
【０００７】
このため、請求項１の発明では、質問器から質問波を送信し、該質問波を受信した応答器が応答波を返信することにより、質問器と応答器間で情報を交信する無線通信システムであって、前記質問器が、周波数の互いに異なる第１及び第２質問波を送信する２つの送信アンテナと、該２つの送信アンテナの少なくとも一方の指向性を可変制御する指向性制御部とを備え、前記第１及び第２質問波が重なった位置に存在する応答器とだけ交信する構成とした。
【０００８】
かかる構成では、質問器は、２つの送信アンテナから周波数の互いに異なる第１質問波と第２質問波を、指向性制御部により少なくとも一方の送信アンテナの指向性を可変制御して送信する。第１及び第２質問波が重なった位置に存在する応答器だけから応答波を受信し、その応答器と交信するようになる。
【０００９】
請求項２のように、前記応答器は、前記質問器の送信する前記第１及び第２質問波を共に受信したときに前記応答波の返信モードとなる構成とした。
かかる構成では、応答器は、質問器の送信する第１及び第２質問波を共に受信したときに応答するようになる。
【００１０】
請求項３のように、前記２つの送信アンテナが、前記指向性制御部により指向性を可変可能な構成とするとよい。
請求項４のように、前記第１質問波を送信する送信アンテナの指向性を固定して送信する一方、前記第１質問波より送信エリアの狭い第２質問波をその送信アンテナの指向性を可変制御して第１質問波の送信エリアを含んで走査可能とする構成とするとよい。
【００１１】
請求項５のように、前記質問器は、受信電波の強度を計測する電波強度計測手段と、該電波強度計測手段の計測値が所定値以上のときに前記受信電波が前記応答器の電波と判断し前記各送信アンテナの指向性情報に基づいて応答器の位置を推定する位置推定手段とを備える構成とするとよい。
かかる構成では、質問器は、電波強度計測手段により受信電波の強度を計測し、計測値が所定値以上のときは応答器からの電波と判断して位置推定手段により応答器の位置を推定する。
【００１２】
請求項６のように、指向性が可変可能な前記各送信アンテナの指向性を順次可変設定して当該送信アンテナからの質問波を走査し、前記電波強度計測手段の計測値が所定値以上になったときに応答器ありと判断する構成とするとよい。
請求項７のように、前記質問器に接続する管理装置から与えられた特定の応答器の位置情報に基づいて前記指向性制御部により前記各送信アンテナの指向性を制御する構成とするとよい。
請求項８のように、前記応答器は、前記第１及び第２質問波を用いて内蔵されるＣＰＵの動作クロックが生成される構成とするとよい。
【００１３】
請求項９のように、前記固定された第１質問波の送信エリアに進入したときに応答器が停止モードから待機モードに移行し、該待機モードにおいて応答器が前記２質問波を受信すると当該応答器が通信モードになる構成とするとよい。
かかる構成では、応答器が第１質問波の送信エリアに進入すると停止モードから待機モードに移行し、待機モードにおいて第２質問波を受信したときに応答器は通信モードに移行する。これにより、第１質問波の送信エリアを広く設定して通信時間を確保し、また、他の応答器と混信も防止できるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明の無線通信システムによれば、２つの質問波の少なくとも１つの質問波の指向性を可変制御し、２つの質問波が重なる位置に存在する応答器だけと交信する構成としたので、質問器の通信エリア内に多数の応答器が存在する場合でも、各応答器と確実に通信することができ、従来のような応答器が応答したにも拘わらず質問器が認識しないという問題は解消できる。また、質問波の走査速度を高速とすることで、多数の応答器と短時間で通信することが可能であり、質問器−応答器間の通信の高速化が可能である。更には、質問波の送信方向を任意の方向に可変できるので、マルチパスフェージングに起因する通信不能の問題が解消でき、応答器の存在場所に関係なく確実に応答器と通信できる。
【００１５】
また、第１質問波の指向性を固定して送信し第１質問波より送信エリアの狭い第２質問波の指向性を可変して第１質問波の送信エリアを走査する構成とし、応答器が、第１質問波の送信エリアに進入したときに停止モードから待機モードに移行し、第２質問波を受信すると通信モードになる構成すれば、質問器の通信エリアを応答器が高速で通過するようなシステムにおいて、第１質問波の送信エリアを広く設定することで、応答器に立上り速度の早い高価なＣＰＵ等を使用することなく、十分な通信時間の確保が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る無線通信システムの第１実施形態を示すシステム概略図である。
図１において、本実施形態の無線通信システムは、質問器１と、例えばタグ等の応答器２と、前記質問器１に接続されて情報を交信する管理装置３とを備えて構成される。
【００１７】
前記質問器１は、周波数が互いに異なる２つの質問波を送信アンテナ１１，１２の指向性を可変制御して送信すると共に応答器２からの応答波を受信して応答器２とデータを交信するものであり、図２に構成を示す。
図２において、質問器１は、質問波を送信するための２つの送信アンテナ１１，１２と、応答波を受信するための受信アンテナ１３と、互いに周波数の異なる質問波を送信アンテナ１１，１２にそれぞれ出力する各送信部１４，１５と、受信アンテナ１３から応答波を受信する受信部１６と、送信アンテナ１１，１２の指向性を制御する指向性制御部１７と、応答波が受信されたときに応答器２の位置を推定する位置情報検出部１８と、質問器１の各部の動作を制御すると共に、管理装置３との間で情報を交信する制御部１９とを備える。
【００１８】
前記送信アンテナ１１，１２は、複数のアンテナ素子がアレイ状に配置されて指向性が可変可能で質問波の送信方向が変えられる従来公知のアダプティブアレイアンテナで構成される。送信部１４は、例えば周波数ｆ１の搬送波を送信データで変調した質問波を第１質問波として送信アンテナ１１に出力する。送信部１５は、周波数ｆ２の無変調の搬送波を第２質問波として送信アンテナ１２に出力する。尚、本実施形態では、送信アンテナ１１，１２から送信する送信電波は、従来の送信アンテナに比べて指向性の高い送信エリアの狭いものとする。
【００１９】
前記指向性制御部１７は、制御部１９の指向性制御指令に基づいて送信部１４，１５をそれぞれ制御して送信アンテナ１１，１２の指向性、言い換えれば、質問波の放射方向を可変制御する。位置情報検出部１８は、受信部１６の受信状態に基づいて受信アンテナ１３を介して受信された電波の強度を計測する受信強度計測機能と、受信強度の計測値が所定値以上のときに送信アンテナ１１，１２の質問波放射方向情報と送信アンテナ１１，１２間の距離情報を用いて応答器２までの距離と応答器２の位置（例えば緯度経度等）を推定する距離計測機能及び位置推定機能とを備え、推定した応答器位置情報を制御部１９に送る。従って、位置情報検出部１８は、受信強度計測手段及び位置推定手段の機能を備えている。
【００２０】
前記応答器２は、質問器１から送信される互いに異なる周波数ｆ１、ｆ２の第１及び第２質問波を共に受信したときに応答波の返信モードとなるもので、図３に構成を示す。
図３において、応答器２は、質問波を受信する受信アンテナ２１と、質問波を受信すると共に受信した質問波を応答データで変調した応答波を返信する送受信アンテナ２２と、受信アンテナ２１の受信した第１質問波と第２質問波を例えばミキサによるミキシング処理等によりデータを抽出するデータ抽出部２３と、受信アンテナ２１の受信した質問波から電力を抽出供給する電力供給部２４と、電力供給部２４からの電力供給により動作しデータ抽出部２３で抽出されたデータに対応する応答データを出力するＣＰＵ２５と、送受信アンテナ２２が受信した第２質問波を前記ＣＰＵ２５の出力する応答データで変調した応答波を送受信アンテナ２２に出力する変調部２６とを備える。尚、応答器２のＣＰＵ２５等を動作させるためのクロックは、従来と同様にして質問波の搬送波成分や変調波成分を用いて生成すればよい。
【００２１】
次に、本実施形態の無線通信システムの動作を図４及び図５に示すフローチャートを参照して説明する。
図４は、管理装置３が特定した所望の応答器を指定して通信する場合の例である。
ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）では、管理装置３が所望の応答器２のＩＤを指定して質問器１の制御部１９に伝送する。
ステップ２では、制御部１９は、送信アンテナ１２の指向性、即ち、第２質問波の送信方向θ２を初期値に設定するよう指向性制御部１７に指令する。これにより、指向性制御部１７は、送信アンテナ１２の質問波送信方向が初期値θ２（０）となるよう送信部１５を制御する。
【００２２】
ステップ３では、ステップ２と同様にして、指向性制御部１７により送信アンテナ１１の質問波送信方向が初期値θ１（０）となるよう送信部１４を制御する。
ステップ４では、位置情報検出部１８が受信部１６の出力状態に基づいて受信電波の強度を計測し所定値以上か否かを判定し、所定値以上で判定がＹＥＳであれば受信電波は応答器２からの応答波と判断してステップ５に進み、所定値未満で判定がＮＯであればステップ５を飛び越して後述するステップ８に進む。
【００２３】
ステップ５では、受信した応答波から得られたＩＤ情報が管理装置３で指定されたＩＤと一致するか否かを判定し、一致すれば所望の応答器２であると判断してステップ６に進み、不一致であればステップ８に進む。
ステップ６では、位置情報検出部１８がその時の第１及び第２質問波の各送信方向情報と予め記憶された送信アンテナ１１，１２間の距離データに基づいて質問器１から応答器２までの距離計測と応答器の位置を推定し所望の応答器２の位置検出動作を実行する。
ステップ７では、応答器２と通信を開始する。
【００２４】
一方、ステップ４、５の各判定がＮＯとなりステップ８に進んだ場合、ステップ８で送信アンテナ１１の送信方向θ１が予め定めた最大値ＭＡＸか否かを判定し、ＭＡＸでなければステップ９に進み、送信アンテナ１１の送信方向θ１をΔθ１増加し、ステップ４に戻り受信強度の計測を実行する。また、ステップ８の判定がＹＥＳとなった場合は、ステップ１０に進み、送信アンテナ１２の送信方向θ２が予め定めた最大値ＭＡＸか否かを判定し、ＭＡＸでなければステップ１１に進み、送信アンテナ１２の送信方向θ２をΔθ２増加し、ステップ３に戻り、送信アンテナ１１の送信方向θ１を初期値θ１（０）に戻した後、送信アンテナ１１の送信方向θ１を初期値θ１（０）〜ＭＡＸまで再度可変する。ステップ１０の判定がＹＥＳのときはステップ１２で、所望の応答器は存在しないと判断する。
【００２５】
このようにして、送信アンテナ１２の各送信方向θ２（０）〜ＭＡＸについて送信アンテナ１１の送信方向θ１を順次可変させ、２つの質問波を走査して２つの質問波が重なる位置に応答器２が存在すれば、応答器２は２つの質問波を共に受信アンテナ２１で受信し、電力供給部２４からＣＰＵ２５に電力供給されてＣＰＵ２５が動作すると共に、データ抽出部２３でデータが抽出されてＣＰＵ２５に伝送される。ＣＰＵ２５は受信データに対応する応答データを変調部２６に伝送し、変調部２６で送受信アンテナ２２により受信した無変調の第２質問波を応答データで変調し、応答波として送受信アンテナ２２を介して返信する。質問器１は、受信した応答波のＩＤ情報が管理装置３で指定された所望の応答器２のＩＤと一致すれば通信を開始する。
【００２６】
図５は、管理装置３が所望の応答器の位置を指定して通信する場合の例である。
ステップ２１では、管理装置３が所望の応答器２の位置を指定して質問器１の制御部１９に伝送する。
ステップ２２では、制御部１９は入力した位置情報に基づいて、指定された地点で２つの質問波が重なるよう各送信アンテナ１１，１２の送信方向を計算し、得られた送信アンテナ１１の送信方向θ１の設定値θ１（ｍ）を指向性制御部１７に指令し、指向性制御部１７が送信アンテナ１１の指向性が設定値θ１（ｍ）となるよう送信部１４を制御する。
ステップ２３では、ステップ２２と同様にして、指向性制御部１７により送信アンテナ１２の送信方向θ２が設定値θ２（ｎ）となるよう送信部１５を制御する。
【００２７】
ステップ２４では、位置情報検出部１８が受信部１６の受信状態に基づいて受信電波の強度を計測し計測値が所定値以上か否かを判定する。所定値以上で判定がＹＥＳであれば、指定した位置に応答器が存在すると判断し、ステップ２５に進み、その応答器２と通信を開始する。一方、受信強度が所定値未満で判定がＮＯであれば、指定した位置には応答器が存在しないと判断する。応答器が存在しない場合、管理装置３から別の位置情報を指定するか、或いは、別の位置情報を指定せず動作を終了する。
【００２８】
以上のように本実施形態の無線通信システムは、２つの質問波が重なる位置に存在する応答器２だけと交信するので、質問器１の通信エリア内に多数の応答器が存在する場合でも、各応答器２と確実に通信することができる。従って、従来のような応答器２が応答したにも拘わらず質問器１が認識しないという問題は解消できる。また、質問波の走査速度はアダプティブアレイアンテナにより極めて高速でできるので、通信エリア内に存在する多数の応答器と短時間で通信することが可能であり、質問器−応答器間の通信の高速化が可能である。
【００２９】
また、従来の無線通信システムでは、応答器２の存在場所によってはマルチパスフェージングなどによって応答器２との通信が不能となる場合もあるが、本実施形態の無線通信システムでは第１及び第２質問波の送信方向をそれぞれ任意の方向に可変できるので、マルチパスフェージングに起因する通信不能の問題も解消でき、また、質問波が受信できない場所（ヌル点）を無くすことができるので、応答器の存在場所に関係なく確実に応答器２と通信できるようになる。
【００３０】
ここで、本実施形態の無線通信システムの応答器位置推定動作について図６及び図７を参照して説明する。
図６は、応答器２が質問器１と同一平面にあるものとした２次元の場合の説明図である。
【００３１】
図６において、既知情報として、送信アンテナ１１，１２間の距離をＤ、送信アンテナ１１の質問波の送信方向をθ１、送信アンテナ１２の質問波の送信方向をθ２とする。
質問器１から応答器２までの距離をＬとし、各送信アンテナ１１，１２から見た応答器２のオフセット量をＹ１，Ｙ２とすると、
Ｙ１＝Ｌｔａｎθ１
Ｙ２＝Ｌｔａｎθ２
Ｄ＝Ｙ１＋Ｙ２
となる。
上記の３つの式から、Ｙ１，Ｙ２，Ｌが求まる。即ち、
Ｙ１＝Ｄｔａｎθ１／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
Ｙ２＝Ｄｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
Ｌ＝Ｄ／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）
となる。
【００３２】
そして、例えば質問器１の送信アンテナ１１の位置を基準（例えば位置座標の原点）として、前述のＹ１，Ｙ２，Ｌの値を補正処理することにより、質問器１から応答器２までの距離と、質問器１に対する応答器２の位置を推定でき、応答器２の位置情報を得ることができる。
【００３３】
図７は、垂直方向も含めた３次元で応答器の位置情報を推定する場合の説明図である。
図７において、既知情報として、上述した既知情報に加えて各送信アンテナ１１，１２の垂直方向の送信方向角度をそれぞれφ１，φ２とする。
この場合、図６から得られた位置情報を例えば送信アンテナ１１を原点として補正処理した応答器の平面内位置を（ｘ１、ｙ１）とすると、この平面内位置から応答器までの垂直方向の距離を計算すればよい。この垂直方向の距離をｚ１とすると、
ｚ１＝（ｘ１2＋ｙ１2）1/2・ｔａｎφ１
として求めることができ、これにより、質問器１に対する応答器２の位置情報を得ることができる。質問器と応答器間の距離Ｌ′は、
Ｌ＝（ｘ１2＋ｙ１2＋ｚ2）1/2
となる。
【００３４】
このように、本実施形態の無線通信システムでは、送信アンテナ１１，１２の指向性情報、言い換えれば、質問波の送信方向情報に基づいて応答器の位置情報を知ることができる。
【００３５】
次に、図８に本発明の無線通信システムに適用する応答器の別の構成例を示す。
図８の応答器２′は、第１質問波と第２質問波を共に受信したときにＣＰＵの動作クロックを生成する構成であり、図３に示す応答器２と同様の受信アンテナ２１、送受信アンテナ２２、データ抽出部２３、電力供給部２４、ＣＰＵ２５及び変調部２６を備えると共に、受信アンテナ２１で受信された第１質問波と第２質問波を例えばミキサによりミキシング処理してＣＰＵ２５の動作クロックを生成するクロック生成部２７を備える。
【００３６】
かかる応答器２′は、第１質問波と第２質問波が共に受信できたときに、クロック生成部２７でクロックが生成され、ＣＰＵ２５が起動し、抽出されたデータに対応する応答データを変調部２６に出力して応答波を返信する。
【００３７】
従来、質問波搬送波成分を用いてクロック生成する構成では、クロック周波数が高くなり過ぎるために別途ＣＰＵ用の低速用クロック発生回路を応答器に内蔵する必要があり、また、変調波成分を用いる場合には変調波成分を得るために別途ローカル発振器が必要であった。図８の構成では、例えば第１質問波と第２質問波の周波数の差分が、ＣＰＵ用として適切なクロック周波数となるよう、第１質問波と第２質問波の各周波数を適切に設定するようにすれば、前記低速用クロック発生回路やローカル発振器を応答器に内蔵する必要がない。従って、応答器のコスト、重量、大きさ、厚み等を低減できる。
【００３８】
次に、図９及び図１０に本発明の無線通信システムの第２実施形態を示し説明する。
図９は、第２実施形態のシステム概略図を示し、図１０は、本実施形態の質問器１′の構成を示す。
本実施形態の質問器１′は、第１質問波を送信する送信アンテナ１１′が指向性の固定された通常のアンテナで構成され、送信部１４′が無変調波の質問波を出力し、送信部１５′が変調波を出力する構成であることを除いては、図１０に示すように第１実施形態の質問器１（図２に示す）と略同様の構成である。そして、送信アンテナ１１′から図９に斜線で示すような広い送信エリアの無変調の第１質問器を放射する。送信アンテナ１２は、指向性が可変制御されて第１質問波より送信エリアの極めて狭い変調された第２質問波を第１質問波の送信エリアを含んで走査する。
【００３９】
応答器２は、第１質問波の送信エリアに進入すると第１質問波の受信により電力供給部２４で電力が生成され、ＣＰＵ２５が無電力の停止モードから待機モードに移行し、微弱な電波或いは自身のＩＤ情報を返信する。また、第２質問波を受信するとデータ抽出部２３でデータが抽出されＣＰＵ２５から抽出データに対応した応答データを出力する通信モードに移行し、受信データに対応した応答データを含んだ応答波を返信する構成である。
【００４０】
次に、第２実施形態の無線通信システムの動作について図９を参照して説明する。
例えば、応答器２が第１質問波の送信エリアを図９中の矢印方向に高速で通過するようなシステムを考える。応答器２は、第１質問波の送信エリアに進入する前では無電力の停止モードである。この状態で、応答器２が第１質問波の送信エリアに進入すると、第１質問波を受信して待機モードとなり、電力が生成されＣＰＵ２５が動作可能な状態となり、微弱な電波或いは自身のＩＤ情報を返信する。質問器１′は、送信アンテナ１２の指向性を極めて高速で可変制御し、第２質問波を第１質問波の送信エリアを含んで高速走査している。これにより、第１質問波の送信エリア内に進入した応答器２が、高速走査されている第２質問波を受信すると、応答器２は通信モードになり、質問器１′からの質問波に含まれるデータがデータ抽出部２３で抽出されてＣＰＵ２５に入力し、ＣＰＵ２５は入力したデータに対応した応答データを出力して応答波を返信する。第２質問波の走査速度が極めて高速であるため、第１質問波の送信エリア内に応答器２が存在する間は、実質的に連続して応答器２で第２質問波が受信され、質問器１′と応答器２との間の通信は正常に維持されて情報の交信を行うことができる。応答器２が第１質問波の送信エリアを抜ければ応答器２は停止モードとなる。
【００４１】
かかる第２実施形態によれば、応答器２が高速で質問器の通信エリアを通過するシステムでも、立上り時間の早い高価なＣＰＵを使用したり、ＣＰＵ立上げ用のバッテリを内蔵したりしなくとも、第１質問波の送信エリアを広く設定することにより、情報を正常に交信するための通信時間を十分確保できる。また、第２質問波を受信した応答器２だけが応答波を返信するので、他の応答器との混信も防止できる。
【００４２】
尚、上述の第２実施形態において、質問器１′の受信アンテナ１３に、アダプティブアレイアンテナを使用し、例えばＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等の従来公知の到来角推定アルゴリズムを用いた到来角推定技術により、第１質問波の送信エリアに進入した応答器２からの電波の到来方向を推定し、推定した電波到来方向に向けて第２質問波を送信するようにすれば、第１質問波の送信エリアに進入した応答器２と直ちに情報を交信でき、より一層十分な通信時間を確保でき、更に質問器と応答器間の通信の高速化を図ることが可能となる。また、この場合、応答器２からの電波の到来方向を推定することで応答器２の位置が把握できるので、応答器２の移動に追従させて送信アンテナ１２の指向性を制御して第２質問波の送信方向を可変制御することが可能であり、所望の応答器２の移動動作をトラッキングすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る無線通信システムの第１実施形態を示す概略図
【図２】同上実施形態の質問器の構成図
【図３】応答器の構成図
【図４】第１実施形態の動作例を説明するフローチャート
【図５】第１実施形態の別の動作例を説明するフローチャート
【図６】応答器の位置を２次元で推定する場合の説明図
【図７】応答器の位置を３次元で推定する場合の説明図
【図８】応答器の別の構成例を示す構成図
【図９】本発明に係る無線通信システムの第２実施形態を示す概略図
【図１０】同上実施形態の質問器の構成図
【図１１】従来の無線通信システムの動作例の説明図
【図１２】図１１の無線通信システムでＩＤ番号「００１０」の応答器の読み出し動作を説明するフローチャート
【図１３】図１１の無線通信システムでＩＤ番号「１１１１」の応答器の読み出し動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
【００４４】
１，１′ 質問器
２，２′ 応答器
３ 管理装置
１１，１１′，１２ 送信アンテナ
１３ 受信アンテナ
１７ 指向性制御部
１８ 位置情報検出部
１９ 制御部
２１ 受信アンテナ
２２ 送受信アンテナ
２３ データ抽出部
２４ 電力供給部
２５ ＣＰＵ
２６ 変調部
２７ クロック生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質問器から質問波を送信し、該質問波を受信した応答器が応答波を返信することにより、質問器と応答器間で情報を交信する無線通信システムであって、
前記質問器が、周波数の互いに異なる第１及び第２質問波を送信する２つの送信アンテナと、該２つの送信アンテナの少なくとも一方の指向性を可変制御する指向性制御部とを備え、前記第１及び第２質問波が重なった位置に存在する応答器とだけ交信する構成としたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記応答器は、前記質問器の送信する前記第１及び第２質問波を共に受信したときに前記応答波の返信モードとなる構成とした請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記２つの送信アンテナが、前記指向性制御部により指向性を可変可能な構成である請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記第１質問波を送信する送信アンテナの指向性を固定して送信する一方、前記第１質問波より送信エリアの狭い第２質問波をその送信アンテナの指向性を可変制御して第１質問波の送信エリアを含んで走査可能とする構成とした請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記質問器は、受信電波の強度を計測する電波強度計測手段と、該電波強度計測手段の計測値が所定値以上のときに前記受信電波が前記応答器の電波と判断し前記各送信アンテナの指向性情報に基づいて応答器の位置を推定する位置推定手段とを備える構成とした請求項１〜４のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項６】
指向性が可変可能な前記送信アンテナの指向性を順次可変設定して当該送信アンテナからの質問波を走査し、前記電波強度計測手段の計測値が所定値以上になったときに応答器ありと判断する構成である請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記質問器に接続する管理装置から与えられた特定の応答器の位置情報に基づいて前記指向性制御部により前記送信アンテナの指向性を制御する構成である請求項１〜６のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記応答器は、前記第１及び第２質問波を用いて内蔵されるＣＰＵの動作クロックが生成される構成である請求項１〜７のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記固定された第１質問波の送信エリアに進入したときに応答器が停止モードから待機モードに移行し、該待機モードにおいて応答器が前記２質問波を受信すると当該応答器が通信モードになる請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項１】
質問器から質問波を送信し、該質問波を受信した応答器が応答波を返信することにより、質問器と応答器間で情報を交信する無線通信システムであって、
前記質問器が、周波数の互いに異なる第１及び第２質問波を送信する２つの送信アンテナと、該２つの送信アンテナの少なくとも一方の指向性を可変制御する指向性制御部とを備え、前記第１及び第２質問波が重なった位置に存在する応答器とだけ交信する構成としたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記応答器は、前記質問器の送信する前記第１及び第２質問波を共に受信したときに前記応答波の返信モードとなる構成とした請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記２つの送信アンテナが、前記指向性制御部により指向性を可変可能な構成である請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記第１質問波を送信する送信アンテナの指向性を固定して送信する一方、前記第１質問波より送信エリアの狭い第２質問波をその送信アンテナの指向性を可変制御して第１質問波の送信エリアを含んで走査可能とする構成とした請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記質問器は、受信電波の強度を計測する電波強度計測手段と、該電波強度計測手段の計測値が所定値以上のときに前記受信電波が前記応答器の電波と判断し前記各送信アンテナの指向性情報に基づいて応答器の位置を推定する位置推定手段とを備える構成とした請求項１〜４のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項６】
指向性が可変可能な前記送信アンテナの指向性を順次可変設定して当該送信アンテナからの質問波を走査し、前記電波強度計測手段の計測値が所定値以上になったときに応答器ありと判断する構成である請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記質問器に接続する管理装置から与えられた特定の応答器の位置情報に基づいて前記指向性制御部により前記送信アンテナの指向性を制御する構成である請求項１〜６のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記応答器は、前記第１及び第２質問波を用いて内蔵されるＣＰＵの動作クロックが生成される構成である請求項１〜７のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記固定された第１質問波の送信エリアに進入したときに応答器が停止モードから待機モードに移行し、該待機モードにおいて応答器が前記２質問波を受信すると当該応答器が通信モードになる請求項４に記載の無線通信システム。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１２１１５６（Ｐ２００６−１２１１５６Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０３９９７（Ｐ２００４−３０３９９７）
【出願日】平成１６年１０月１９日（２００４．１０．１９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１９日（２００４．１０．１９）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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