(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全二重無線通信システムにおいて、
ダウンリンクタグメッセージ信号を無線搬送信号の上に変調することにより第１変調信号を生成する手段（２０２）と、
前記第１変調信号を少なくとも１つのタグ（１０５）に送信する手段（２０３）と、
を具備する質問器（１０３）を有し、
前記少なくとも１つのタグ（１０５）は、
前記少なくとも１つのタグにより使用するための前記ダウンリンクタグメッセージ信号を復元するためにアンテナで受信した前記第１変調信号を受信および検出する受信および検出手段（４０１〜４０５）と、
アップリンク情報信号を用いて前記アンテナからの前記第１変調信号の反射を変調することにより、前記ダウンリンクタグメッセージ信号が前記第１変調信号上に存在する期間中に前記第１変調信号の反射を前記アップリンク情報信号によってさらに変調した信号である第２変調信号を形成するバックスキャッタ変調手段（４０２，４０７）とを有し、
前記質問器（１０３）は、さらに、前記アップリンク情報信号を得るように、受信した第２変調信号を復調する復調手段（２１２）を有する
ことを特徴とする全二重無線通信システム。
【請求項２】
前記第１変調信号は、少なくとも、振幅変調、位相変調、周波数変調、時分割変調、符号分割変調を含む一群の変調タイプの中から選択される第１変調タイプを用いて生成される
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第２変調信号は、少なくとも、振幅変調、位相変調、周波数変調、時分割変調、符号分割変調を含む一群の変調タイプの中から選択される第２変調タイプを用いて生成される
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記質問器の復調手段は、前記第１変調信号を周波数源として使用するホモダイン検出器を含む
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記受信手段は、メッセージセグメントと制御セグメントとを含む少なくとも１つのメッセージスロットを得るために、受信した前記第１変調信号を復号化する手段（４０２）を含む
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項６】
少なくとも１つのメッセージセグメントが、前記少なくとも１つのタグを前記受信した第１変調信号に同期させるために使用される同期メッセージを含む
ことを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのメッセージセグメントは、さらに、データセグメントを含む
ことを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記同期メッセージは前記質問器において疑似ランダム生成器によって生成され、
前記受信手段は、
前記受信手段を前記受信した第１変調信号に同期させる同期手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記受信手段が、さらに、前記同期手段による同期が得られたことに応じて、次に受信されたメッセージスロットから第１メッセージを抽出する手段を有し、
前記第１メッセージは、
（１）前記受信手段を、前記次に受信されたメッセージスロットの開始に同期させる同期メッセージと、
（２）前記受信手段がリスンモードにあるべきかどうかを指示する制御メッセージと、
を含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記受信手段が、さらに、前記同期手段による同期が得られたことに応じて、次に受信されたメッセージスロットから第２メッセージを抽出する手段を有し、
前記第２メッセージは、
（１）前記受信手段を、前記次に受信されたメッセージスロットの開始に同期させる同期メッセージと、
（２）前記受信手段がリスンモードにあるべきかどうかを指示する制御メッセージと、
（３）前記タグのための情報を含むデータメッセージと、
を含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記制御メッセージが第１状態にあるときには、その時点のスロットの次に受信されるスロットの中の第１メッセージを聞くように前記タグに命じ、
前記制御メッセージが第２状態にあるときには、その時点のスロットの次に受信されるスロットの中の第２メッセージを聞くように前記タグに命じる
ことを特徴とする請求項９または１０記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記受信手段は、さらに、タイミング同期を獲得するとともに前記第１変調信号からのデータを復号する手段（４０２，４０４，４０５）を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記第１変調信号は、振幅変調信号であって、オン／オフ・キーイングを利用するものである
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのタグは、さらに、
前記オン／オフ・キーイングがオン状態にあるときに、バックスキャッタ変調を有効化し、オン／オフ・キーイングがオフ状態にあるときに、バックスキャッタ変調を無効化する手段を有する
ことを特徴とする請求項１３記載の無線通信システム。
【請求項１５】
前記オン／オフ・キーイングはマンチェスタ符号化を利用するものであることを特徴とする請求項１３記載の無線通信システム。
【請求項１６】
前記第１変調タイプは、振幅シフト・キーイング（ＡＳＫ）を利用する部分振幅変調であって、
前記タグは、
ＡＳＫ変調を検出する手段と、
前記バックスキャッタ変調を有効化し、第２変調信号を形成するために前記ＡＳＫ変調信号を変調する手段と
を有することを特徴とする請求項１３記載の無線通信システム。
【請求項１７】
前記アップリンク情報信号は、
論理０状態を第１疑似ランダムパタンのビットとして符号化し、
論理１状態を、前記第１疑似ランダムパタンとほぼ直交する、第１疑似ランダムパタンとは異なる第２疑似ランダムパタンのビットとして符号化したものであり、
前記受信手段は、前記第１変調信号の中で受信された前記第１および第２の疑似ランダムパタンのビットから、前記アップリンク信号を復元する手段（４０４，４０５）を含む
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項１８】
二重無線通信システムに使用されるタグにおいて、
前記タグによる使用のためのダウンリンクタグメッセージ信号を復元するためにアンテナで受信された第１変調信号を受信および検出する手段（４０１〜４０５）と、
前記アンテナからの前記第１変調信号の反射を、アップリンク情報信号を用いて変調することにより、前記ダウンリンクタグメッセージ信号が前記第１変調信号上に存在する期間中に前記第１変調信号の反射を前記アップリンク情報信号によってさらに変調した信号である第２変調信号を形成するバックスキャッタ変調手段（４０２，４０７）と、
を有することを特徴とする、二重無線通信システムに使用されるタグ。
【請求項１９】
二重無線通信システムの運用方法において、
（Ａ）質問器で、ダウンリンクタグメッセージ信号を無線搬送信号の上に変調することにより第１変調信号を生成するステップと、
（Ｂ）前記第１変調信号を少なくとも１つのタグに送信するステップと、
前記少なくとも１つのタグで、
（Ｃ）前記少なくとも１つのタグによる使用のためのダウンリンクタグメッセージ信号を復元するためにアンテナで受信された前記第１変調信号を受信および検出するステップと、
（Ｄ）バックスキャッタ変調器を用いて、アップリンク情報信号を用いて前記アンテナからの前記第１変調信号の反射を変調することにより、前記ダウンリンクタグメッセージ信号が前記第１変調信号上に存在する期間中に前記第１変調信号の反射を前記アップリンク情報信号によってさらに変調した信号である第２変調信号を形成するステップと、
（Ｅ）前記質問器で、受信した第２変調信号を復調して、前記アップリンク情報信号を得るステップと
を有することを特徴とする、二重無線通信システムの運用方法。
【請求項２０】
二重無線通信システムで使用されるタグの使用方法において、
（Ａ）タグによる使用のためのダウンリンクタグメッセージ信号を復元するためにアンテナで受信された第１変調信号を受信および検出するステップと、
（Ｂ）バックスキャッタ変調器を用いて、アップリンク情報信号を用いて前記アンテナからの前記第１変調信号の反射を変調することにより、前記ダウンリンクタグメッセージ信号が前記第１変調信号上に存在する期間中に前記第１変調信号の反射を前記アップリンク情報信号によってさらに変調した信号である第２変調信号を形成するステップと、
を有することを特徴とする、二重無線通信システムで使用されるタグの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムに関し、特に、変調バックスキャッタ技術を用いた無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械、在庫品または生き物を識別したりその動きをチェックする目的で、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムが利用されている。ＲＦＩＤシステムは、質問器と呼ばれる一つの無線送受信器と、タグと呼ばれる多数の安価な装置との間で通信する無線通信システムである。ＲＦＩＤシステムの目的は、システム性能要求を満たしつつ、信頼性のある安全な新しい構造を設計し、質問器およびタグの全体コストを極力低くすることにある。
【０００３】
ＲＦＩＤシステムでは、変調無線信号を使用して質問器からタグへ通信し、タグは変調無線信号で応答する。一般には、この通信には、時分割二重化（ＴＤＤ）または半二重化の技術が利用される。質問器は、タグにメッセージを送った後に、連続波（ＣＷ）無線信号をタグに送る。それからタグは、変調バックスキャッタリング（ＭＢＳ）を用いてそのＣＷを変調する。このＭＢＳでは、アンテナは、変調信号により、ＲＦ放射の吸収体の状態からＲＦ放射の反射体の状態に電子的にスイッチ操作される。
【０００４】
従来のＭＢＳ技術については、１９７８年２月２１日付けでＨ．Ａ．Ｂａｌｄｗｉｎ  らに発行された米国特許４，０７５，６３２号”Ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ，  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ”および１９８２年１１月２３日付けでＪ．Ａ．Ｌａｎｄｔに発行された米国特許４，３６０，８１０号”Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  Ｈｏｍｏｄｙｎｅ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ”に記載されている。典型的なＭＢＳシステムでは、質問器からタグへの通信には上述の振幅変調技術を利用し、タグから質問器への通信にはＭＢＳを利用する。
【０００５】
従来の技術では、ＭＢＳシステムの通信は、半二重または時分割二重（ＴＤＤ）を維持する。ここでいう半二重とは、質問器からタグへの通信（たとえば振幅変調を利用するもの）をある期間に行い、タグから質問器への通信をＭＢＳを用いて他の期間に行うものをいう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＢＳシステムは全二重（ＦＤ）で行うことが望まれる。ＦＤシステムでは、質問器とタグの両方が、同じ時間に連続的に通信することが可能である。ＦＤシステムによれば、たとえば、時間スロット同期を維持するのが容易になり、システムデータ全体のスループットが増大する。
【０００７】
ＲＦＩＤシステムの応用は、ダウンリンク方向（質問器からタグへ）とアップリンク方向（タグから質問器へ）の必要データレートが極端に異なる場合にある。そのような応用の例としては、容器またはパレットに取り付けたタグからの情報を読み取るのにＲＦＩＤ技術を利用するものがある。この応用例の場合、容器は、たとえば小型トラックに引っ張られて移動し、質問器の読み取り領域を通過する。読み取り領域は、充分な交信ができる空間として定義される。タグが読み取り領域にある間に、質問器からタグへの通信は完了しなければならない。タグは読み取り領域を移動しているので、ＲＦＩＤシステムが交信をうまく完了させるための時間は限られている。
【０００８】
このような応用で、タグは読み取り領域内をたとえば毎秒１０ｍで移動している。読み取り領域は、たとえば、質問器から５ｍ離れたところに広がるほぼ円錐形の空間であって、全広がり角が約６０度（質問器正面方向に対して両側に３０度ずつ）である。この場合、ＲＦＩＤは各タグとの通信を約０．２秒未満で完了しなければならない。
【０００９】
このため、有効なＲＦＩＤシステムは、ａ）タグが、質問器の存在をきわめて短い時間内に検出できるようにすること、ｂ）利用可能な時間内に通信が完了できるように、タグから質問器へのデータレートを充分に大きなものとすること、が必要である。さらに、その読み取り領域内に数個のタグが同時にある場合であっても動作できることが必要である。これらの制約条件から、アップリンク・データレートは５０Ｋｂｐｓ以上が望ましい。
【００１０】
このＲＦＩＤシステムの他の応用では、５ｍよりもはるかに離れた位置にあるタグに対して質問器から同じダウンリンク信号で質問する場合がある。このような広い領域をカバーするためには、信号対ノイズ比を許容範囲に維持するためにダウンリンク・データレートを制限しなければならない。
【００１１】
これらの両立しがたい応用については米国出願０８／２０６，０７５号”Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｈａｖｉｎｇ  Ａｎ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｒａｎｇｅ”に記載されている。そこでは、タグが、電子的な棚ラベルとしてスーパーマーケットの棚の上に正しい価格を表示するように使用されている。この応用例では、ダウンリンク・データレートは約１Ｋｂｐｓであり、さらに、アップリンクのビットレートは許容できる無線帯域を維持するように制限されなければならない。
【００１２】
したがって、この発明の目的の一つは、たとえ読み取り領域内に複数のタグが存在してる場合であっても、必要なタグデータをすばやく送れるように、比較的低速のダウンリンクでも比較的高速のアップリンクを有してすばやく同期をとれるＲＦＩＤを得ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、この発明のＲＦＩＤシステムは、全二重で動作する変調バックスキャッタ技術を利用する。
【００１４】
この発明によれば、二重無線通信システムは、第１の情報信号を無線搬送信号上に変調した第１変調信号を生成する質問器を有する。変調タイプは、振幅変調、位相変調、周波数変調、時分割変調、符号分割変調等から選択する。質問器は、第１変調信号を、そのシステムの少なくとも一つの遠隔タグに送信する。その遠隔タグはその第１変調信号を受信し、処理する。バックスキャッタ変調は、第１変調信号の反射である第２変調信号を変調するために第２情報信号を用いる。質問器は、第２変調信号を受信し復調して第２情報信号を得る。一実施例では、復調にはホモダイン検出器を使用し、その検出器の周波数源として第１変調信号を利用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明を適用を示すのに適したＲＦＩＤシステムの一実施例の全体ブロック図を示すものである。アプリケーションプロセッサ１０１は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０２を介して複数の質問器１０３、１０４に通信する。質問器それぞれはさらに、タグ１０５〜１０７のうちの一つまたは複数と通信する。たとえば、質問器１０３は、情報信号を、たとえばアプリケーションプロセッサ１０１から受信する。質問器１０３はこの情報信号を取り入れ、プロセッサ２００（図２参照）は、タグに送信するのに適した形式のダウンリンク・メッセージ（情報信号２００ａ）を生成する。
【００１６】
図１および図２において、無線信号源２０１は無線信号を合成し、変調器２０２はその無線信号に乗せて情報信号２００ａを変調し、送信器２０３はこの変調された信号をアンテナ２０４を通じてタグに送信する。変調には、たとえば振幅変調が使用される。振幅変調がよく使用される理由は、振幅変調にすると、タグが信号を復調する場合に一つの安価な非直線デバイス（たとえばダイオード）だけでできるからである。
【００１７】
図３は、広帯域ＲＦＩＤシステムの全体ブロック図である。変調器３０２は、無線信号源（ＲＦ源）３０１に乗せて情報信号を変調し、その変調された無線信号は、この例ではＰＮ符号スプレッダ３０２ａに送られる。このＰＮ符号スプレッダ３０２ａは変調帯域をＮ（Ｎはビットあたりのチップの数）倍に増大する。これにより、無線チャネルの複数経路によるフェージングの弊害を少なくすることができる。
【００１８】
ＰＮ符号スプレッダ３０２ａの出力は送信器３０３と受信器部の直交ミキサ３０８の両方に送られる。これはたとえば、直接シーケンス・スプレッド・スペクトル（ＤＳ／ＳＳ）システムである。この実施例の利点の一つは、受信器がＰＮシーケンスを完全に知っており、受信された信号帯域を変調のために狭帯域信号に戻すことができることである。図３の受信器部は図２の受信器部とほぼ同様であるが、図２のフィルタ／増幅器２１０の代わりに、増幅器３０９、バンドパス・フィルタ３１０、制限増幅器３１０ａがある。
【００１９】
タグ１０５（図４参照）では、アンテナ４０１（ふつう、ループアンテナまたはパッチアンテナ）が変調信号を受信する。この信号は、検出器／変調器４０２によって直接にベースバンドに復調される。検出器／変調器４０２は、たとえば一つのショットキー・ダイオードである。無線信号の損失を最低限に抑えるようにダイオードとアンテナ４０１のインピーダンスの整合をとるために、ダイオードは適切な電流レベルにバイアスさせる。ダイオード検出器の出力は入力信号の直接のベースバンドの復調にほぼなっている。
【００２０】
それから情報信号２００ａは増幅器４０３によって増幅され、クロック回復回路４０４で同期回復される。クロック回復回路４０４は、質問器に、マンチェスタ符号化を使用した振幅変調信号を送らせることによって、性能を高めることができる。出力はプロセッサ４０５に送られる。
【００２１】
プロセッサ４０５は典型的には安価な４ビットまたは８ビットのマイクロプロセッサであり、クロック回復回路４０４は、たとえばプロセッサ４０５と共同するＡＳＩＣ（特定応用集積回路）である。このタグが表示装置を要求する場合は、このプロセッサ４０５は表示ユニット４０９のドライバとして機能させることもできる。プロセッサ４０５は、タグ１０５から質問器（たとえば１０３）に返送すべき情報信号４０６を生成する。
【００２２】
情報信号４０６は変調器制御回路４０７に送られる。変調器制御回路４０７は、情報信号４０６をサブ搬送周波数源４０８で生成されたサブ搬送周波数に変調するのに使用する。サブ搬送周波数源４０８は、たとえばプロセッサ４０５とは別個の水晶発信器でもよく、また、プロセッサ４０５の内部にある信号から（たとえばプロセッサ４０５の基本クロックから）取り出される周波数源であってもよい。
【００２３】
変調サブ搬送信号４１１は、検出器／変調器４０２が、タグ１０５から受信した変調信号を変調して変調バックスキャッタ信号（たとえば反射信号）を生成するのに使用される。これは、変調サブ搬送信号４１１を使用してショットキー・ダイオードを入り切りすることによりアンテナ４０１の反射を変化させることによって実現される。電池４１０またはその他の電源は、タグ１０５の回路に電力を供給する。
【００２４】
変調バックスキャッタ（ＭＢＳ）を利用してタグから質問器に情報を送る技術には種々のものがある。ＭＢＳ技術の一つの例では、タグの変調器制御回路４０７が、情報信号４０６の周波数ｆ２で振幅変調された信号を生成する。無線信号源２０１がＣＷ周波数ｆ１を生成するならば、質問器は（ｆ１−ｆ２）と（ｆ１＋ｆ２）の間の領域の信号を受信し、その領域の外の信号を除去する。このアプローチは「ベースバンドでのＭＢＳ」手法と呼ぶことができる。
【００２５】
他の例では、図５に示すように、タグが、周波数源５０１および５０２によって生成された二つのサブ搬送周波数を生成する。情報は、二つの周波数の間のサブ搬送周波数遷移による周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）によって伝送される。単一のサブ搬送周波数による位相シフトキーイング（ＰＳＫ。たとえばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ）やその他の複合変調方式（たとえばＭＦＳＫ、ＭＡＳＫ）等の他の変調方式も可能である。
【００２６】
図２に戻って、質問器１０３は、反射され変調された信号を受信アンテナ２０６で受信し、その信号を低ノイズ増幅器２０７で増幅する。そして直交（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）ミキサ２０８内のホモダイン検出を用いてその単一サブ搬送波の中間周波数（ＩＦ）に復調する。（質問器の設計によっては、送信アンテナ２０４と受信アンテナ２０６とを兼ねた一つのアンテナが使用される。その場合は、受信器チェーンで受信された送信信号をキャンセルするための電子的方法が必要である。これはたとえばサーキュレータ等のデバイスによって実現できる。）
【００２７】
送信チェーン手段で使用した無線信号源２０１と同じものを使用して、ホモダイン検出を使用してＩＦへの復調がなされる。これは、受信回路の位相ノイズを減少させるという意味で有利である。それから、ミキサ２０８は復調信号２０９を適当にフィルタするためにその復調信号２０９を（直交ミキサを使用する場合は、Ｉ信号（同相）とＱ（直交相）信号の両方を）フィルタ／増幅器２１０に送る。
【００２８】
出力のフィルタされた信号は、（それから、典型的にはＩＦサブ搬送波上で搬送される情報信号２１１が、）サブ搬送復調器２１２でサブ搬送波から復調する。次にサブ搬送復調器２１２は、メッセージの内容を判定するために情報信号２１３をプロセッサ２００に送る。変調信号２０９のＩチャネルとＱチャネルは、フィルタ／増幅器２１０もしくはサブ搬送復調器２１２内で結合されるか、またはプロセッサ２００で結合されることも可能である。質問器１０３からタグ１０５へのリンクを経由したメッセージと、タグ１０５から質問器１０３へのリンクを経由したメッセージとの両方でエラー検出を行うのがふつうであろう。
【００２９】
上に例示した技術を使用して、安価な、短距離（ショートレンジ）、双方向ディジタル無線通信チャネルが実現される。これらの技術では、たとえば、ショットキー・ダイオード、信号強度を高めるための増幅器、ビット同期およびフレーム同期のための回路、安価な４ビットまたは８ビットのマイクロプロセッサ、サブ搬送波生成回路、および電池からなるので、安価である。これらの部品のほとんどは他の用途向けに大量に生産されているものであるから特に高価なことはない。
【００３０】
ビット同期およびフレーム同期のための、そしてサブ搬送波生成のための上述の回路は、マイクロプロセッサ・コアの周辺のカスタムロジックで実現できる。したがってチップの比較的小さな領域を除いては、これらの機能はほとんど「タダ」で提供される。このような回路については、前出の米国特許出願０８／２０６，０７５号および米国特許出願０８／４０９，７８２号”Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ａｎｄ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｆｏｒ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｌｉｎｋｓ”に記載されている。
【００３１】
［全二重］
従来のＲＦＩＤシステムでは、通常、ＭＢＳシステムがＣＷトーンの変調を必要とするので、ダウンリンク機能とアップリンク機能とをＴＤＤによって分離する。また、ダウンリンク信号とアップリンク信号との間の干渉がありうるので、ＲＦＩＤシステムは全二重モードで運用できなかった。本発明は、同期をとる方法を利用してＭＢＳシステムがいかにして全二重モードで使えるかを開示する。また、ＲＦＩＤシステムで全二重運用を実現する数種類の実施例を記述する。
【００３２】
（同期）
図６において、比較的少ないダウンリンク・ビットでダウンリンク・メッセージの同期をとる方法を記載する。ダウンリンク・メッセージは複数のフレーム６０１に分割され、各フレームは複数のスロットに分割される。以下に、タグ１０５がダウンリンク信号のスロットとフレームの同期をとる方法を概説する。
【００３３】
ダウンリンク・スロット６０２は１スロットあたりｎ個のビットを有し、これらのうちのｍ個のビットはフレーム／スロット同期６０５にとっておかれる。ｍビットは、Ｋの長さの符号長を有する疑似ランダムノイズ（ＰＮ）発生器（図７）から導き出される。フレーム内の各スロットはそれぞれが、長さＫのＰＮ符号から導き出される特有のｍビット同期ワードを有する。したがって、いったん、ＲＦＩＤタグ１０５がダウンリンクＰＮ符号に同期すると、スロットタイミングとフレームタイミングの両方が得られる。
【００３４】
タグ１０５がビット同期を得た後に、入力された連続ビットストリームのＭ個のシフトしたコピーが、Ｍ個のレジスタを用いてプロセッサ３０５内に蓄積される。ダウンリンク通信チャネルには、１フレームあたりＮ個のスロットがあり、１スロットあたりｎ個のビットがある（図６参照）。この内、１スロットあたりｍ個のビットはダウンリンク・フレーム同期のためにあらかじめ割り当てられる。したがって、一つのフレーム内に、長さＫの疑似ランダム（ＰＮ）発生器（図７参照）を必要とするＮ×Ｍ個の同期ビットがある。ただし、２Ｋ−１＝Ｎ×ｍとし、それぞれ１ビットのオフセットがあるとする（これは、約Ｋ＋Ｍミリ秒（ｍｓｅｃ）のサンプリングであり、ＳＲＡＭのＭバイトでできる）。
【００３５】
Ｍ個のレジスタは、質問器によるダウンリンク同期ビットを生成するのに使用した元のＰＮ発生器と同じフィードバック・タップを有する。Ｍ個のレジスタを満たすのに十分なチャネルビット（典型的にはＫビット）を抽出した後に、各レジスタは、ＰＮシーケンスにおける次のビットを計算し、その出力を抽出された次のチャネルビットと比較する。この過程を、一つのレジスタが最後に抽出されたＬ個のチャネルビットをうまく予測するまで繰り返す。ここに、Ｌは、偽の同期を検出するための同期時間との妥協をはかるための設計パラメータである。
【００３６】
これが得られると、タグは、その勝ったレジスタ内のＰＮシーケンスの値によって、スロット同期とフレーム同期の両方の知識を有する。ＲＦＩＤシステムの望ましいスループットと無線チャネルのビットエラーレート（ＢＥＲ）が与えられたときに、パラメータＮ、Ｍ、ｎ、ｍ、Ｌ、Ｋの値を決めるのはタグ設計者の仕事である。
【００３７】
プロセッサ４０５は、ビット同期を得るのに使用されるサンプルタイミング・ビットの起こる時刻を蓄積することによって、クロック回復回路４０４の動作能力をさらに高めることができる。回復回路およびプロセッサが、抽出した時刻ビットから、ダウンリンク・ビットストリームの適当なタイミングを決定した後に、プロセッサは、同じ抽出したタイミングビットから最初の変調ビットストリームを復調することができる。これにより、最初の変調ビットストリームを再度抽出する必要がなくなり、その結果、最初の変調信号の、より速くてより正確な復調が実現される。かりに再度抽出する場合は、ダウンリンクとタグクロックの間の追加の遅延および追加のオフセットが加わることになる。
【００３８】
実施例として、Ｎ＝２１スロットからなるダウンリンク・フレームを考える。各スロット（たとえば６０１）は、１Ｋｂ／ｓ（したがって１ビット＝１ミリ秒）におけるｎ＝７マンチェスタ符号化情報ユニット（ＩＵｓ）（たとえばビット数）を有している。ここでは、ダウンリンク・ビットストリーム内に同期ビットが割り当てられうる二つの方法について説明する。
【００３９】
まず、一つのビット（リスン（Ｌｉｓｔｅｎ）ＩＵ）を除くすべてのビット（ＩＵ１…ＩＵ６）はそれぞれが同期ビットとして使用され、ＰＮシーケンスシフトレジスタの出力から導出される。残りの一つのビットは「リスン」ビットとして使用される。そのような同期メッセージタイプは６０３に示されている。このような同期ビットは、スロットおよびフレームの高速配置を可能にする。（スロット同期が得られる前に、ビット同期が維持されていなければならない。）ビットエラーレート（ＢＥＲ）が１０ー１であっても、この同期処理にかかる時間は３０ミリ秒未満でなければならない。
【００４０】
しかし、メッセージタイプ６０３を使用することによっては、ダウンリンクにはいかなる情報も送信できない。一方、データメッセージタイプ６０４を使用するときは、同期信号６０５として（より一般的には制御信号として）２〜３ビット（たとえば、ｍ＝２）だけを割り当て、残り（たとえば４個）の信号６０６はデータメッセージとして割り当てられる。メッセージタイプ６０４を使用する場合は、既知の同期シーケンスに対比させるのに十分な同期ビットを集めるのに必要な期間が長くなるので、余分な同期時間が必要となる。
【００４１】
両方のメッセージタイプを同時に使用することもできる。通常は、ダウンリンク・メッセージはほとんどすべてのビット（リスンビットを除く）を同期ビットとして使用し、タグはこのモードの間に初期同期を得ることができるだけである。
【００４２】
質問器１０３がタグ１０５と通信する必要があるとき、質問器１０３は、最後の同期メッセージ６０３の中にリスンビットを立てることによってダウンリンク・メッセージがタグに行くということを、初めにタグに知らせる。次のメッセージ６０４で質問器１０３は初めの２ビットを同期に使用し、次の４ビットをメッセージに使用する。このモードにおける二つの同期ビットは、その質問器と通信しているタグ、または同期が取られていて要求されたアップリンク・メッセージまたは情報を送信する過程にあるタグが、同期を維持するのに使用される。
【００４３】
この同期方法により支払われる料金は、通信領域に入り込むタグが、同期を取るために必要な長い時間に対するものである。しかし、質問器が一つのタグと全二重通信をしているとき、他のタグはそのＲＦチャネルを使用できない。したがって、極端に速い同期時間を必要とする応用には、本発明は適していない。速い同期時間を必要としない環境においては、遅い（２ビットの）方法が常に使用できる。したがって、常に全二重を必要とする応用には、このエア・インタフェースプロトコルは適していない。
【００４４】
質問器１０３が特定のタグ１０５と通信したいとき、質問器１０３はリスンビットを設定し、次のスロット内の初めの２ビットを同期ビット（ＰＮレジスタのうちの二つの最重要ビット）で埋め、メッセージフィールドに所望のＲＦＩＤタグのアドレスを入れる。（４ビットメッセージフィールドにＮ／２バイトメッセージを入れるために、次のＮスロットを使用する。）
【００４５】
次に、質問器１０３はリスンビットをクリアし、次のスロットで高速同期フォーマットを再開する。すでに同期を得たタグ１０５は、二つの同期ビットを、ダウンリンクの全二重メッセージングモードの間、同期を維持するために使用することができる。これは、リスンビットを適当に復合化することによって達成できる。
【００４６】
（部分ＡＭ変調）
全二重化を達成するための第１の方法は、以下に説明する部分ＡＭ変調と呼ばれる方法である。図８において、従来技術では、ダウンリンク信号は、１００％の変調指数（８０１）で振幅変調を使用して送られた。すなわち、必要なデータレートおよび変調方式により、送信器は完全に「オフ」または完全に「オン」とされる。したがって、振幅変調された信号がマンチェスタ符号化を使用する場合を想定すると、質問器信号は、半分の時間は完全にオンであり、半分の時間は完全にオフである。したがって、全二重動作では、ＣＷトーンが送信されようとしてアップリンクビットのところに来たとき、複数のアップリンクビットのうちの一部分だけがＣＷトーンを持つことになる。
【００４７】
部分ＡＭ変調（８０２）では、ダウンリンク信号は、「オン」の時は１００％オン（たとえば質問器１０３が最大出力レベル）で、「オフ」の時は中間の値（ゼロ出力レベルでなく、たとえば５０％出力）で送信される。このようにして、ダウンリンク信号は振幅変調されるが、搬送波が常に（完全にまたは部分的に）存在する。上述の例では、ダウンリンク信号対ノイズ比は３ｄＢ低減する。「オフ」信号が５０％出力レベルで伝搬するからである。
【００４８】
上述のように同期が得られ、タグ１０５がそのデータをいつ返送すべきかを知った後は、タグは、受信したダウンリンク信号の振幅変動に直接影響を受けない変調方式（たとえば位相シフトキーイング（ＰＳＫ））を使用する。ＰＳＫ信号は、ダウンリンク信号が受信されつつあるときに送信することもできる。変調ダウンリンク搬送波８０３は、質問器１０３の直交ミキサ２０８に入力される「ローカル発振器」信号２１４として使用される。このように、ホモダイン検出によって得られる位相ノイズ除去が変調信号に適用される。
【００４９】
部分ＡＭ変調をうまく行うためには、アップリンク信号を送信するのに使用するサブ搬送周波数４０８の選択に注意しなければならない。このサブ搬送周波数４０８を選択する場合はダウンリンク信号およびアップリンク信号のデータレートを考慮する必要がある。アップリンク信号の周波数がダウンリンク信号から十分に離れていることが大切である。すなわち、タグ１０５からの反射ダウンリンク（たとえばＭＢＳ）信号が復調したアップリンク信号からフィルタで分離できる程度に周波数が離れているべきである。
【００５０】
反射されたダウンリンク信号は質問器に受信され、搬送周波数から数ＫＨｚ離れたベースバンド（に近い）ノイズとして現れる。この信号は、より高いサブ搬送周波数において、より弱いかもしれないアップリンク信号に打ち勝つだけの十分な振幅を有することがありうる。
【００５１】
ある適用例では、より弱いアップリンク信号が聞き取れるようにするために、ベースバンド近くの反射されたダウンリンク信号は、約１５０ｄＢ低下させなければならない。これだけの低下を実現するための一つの方法として、質問器１０３が送信アンテナ２０４と受信アンテナ２０６を別個に持ちこれらのアンテナの分離を約４０ｄＢとする方法がある。この分離は、二つのアンテナを物理的に離すことにより、またはそれらの間に何らかの障壁のようなものを置くことなどにより簡単に達成できる。
【００５２】
アンテナの分離のほか、フィルタ増幅器（図２の２１０参照）は、サブ搬送周波数からベースバンドまで少なくとも１１０ｄＢ（１５０マイナス４０）の除波（ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）を得られるように保証されなければならない。ある種の応用に対しては、約２５０ＫＨｚ以上のサブ搬送周波数が望ましいが、簡単な設計のフィルタ（３極フィルタで十分である）で、必要な除波を達成することができる。
【００５３】
（挿入（インタキャレーテド，Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅｄ）アップリンク）
本発明の他の態様では、挿入アップリンクと呼ばれる技術を使用して達成することができる。この場合、アップリンク・データレートに比べてダウンリンク・データレートが低いという事実を利用する。挿入アップリンク方法は、図９に模式的に示される。図９は、低ビットレート・ダウンリンク信号（すなわちメッセージ）９０１がマンチェスタ符号化を使用していると仮定している。しかし、それは挿入アップリンク方法にとって必須要件ではない。
【００５４】
この方法において、ダウンリンク・メッセージ信号９０１は従来の方式（すなわち、「オン」は１００％出力、「オフ」は０％出力）で振幅変調されるものと仮定する。質問器１０３は、ダウンリンク信号９０１がいつ「オン」になっているかと、またいつ「オフ」になっているかを知っている。ここではアップリンク変調方式はどうでもよく、たとえば従来の変調方式のいずれでもよい。さらに、一つのビット（たとえば９０５）のダウンリンクが「オン」の期間内に一つのアップリンク・メッセージ９０２全体が送信される必要はなく、そのアップリンク信号が数個のビット期間（９０５〜９０７）に分散していてもまったく問題ない。
【００５５】
タグ１０５は、必ずしも、ダウンリンク信号が「オン」の時（たとえば９０２〜９０４）にだけアップリンクデータを送信するというわけではない。図９において、上述のように、ダウンリンク信号は振幅変調され、マンチェスタ符号化されていると想定する。この場合、各ビット期間９０５〜９０７の間において、ダウンリンク信号は、ビット期間の半分では、「オン」であり、残りの半分では「オフ」である。従って、タグ１０５は、同じ一群のアップリンクビット（ビット期間の半分に入る数のビット）をビット期間内に２回送信することが可能である。
【００５６】
質問器１０３はいつダウンリンク信号が「オン」になったかを知るので、ダウンリンク信号が「オフ」の時、質問器は、有効なアップリンクビットをいつ聞くべきか、そして受信した信号をいつ廃棄すべきか（ダウンリンク送信器が「オフ」であるからノイズのはずである）を正確に知ることは簡単にできる。
【００５７】
図１０は、マンチェスタ符号化したダウンリンク・フレーム信号１００１の２個のビット（ビット１とビット２）を示す。ここに、マンチェスタ符号化したビットそれぞれは、高セグメントＨと低セグメントＬとを有する。図１０には、一つのアップリンクメッセージ信号１００２の複製され回転されたビットも示されている。図１０は、ダウンリンク１００１がいつ「オン」または「オフ」に変わるかを知らないで、タグがアップリンク・メッセージ信号１００２内で回転をなすことがあることを示している。アップリンク・メッセージ信号１００２は、質問器がアップリンク・メッセージを再組み立てするのを助ける同期ビット（たとえばよく知られたベーカーシーケンス）を含む。
【００５８】
（複合変調技術）
この発明の他の態様によれば、ダウンリンクおよびアップリンクにおいて全二重動作を達成するために異なる変調方式を組み合わせることも可能である。たとえば図２において、変調器２０２は位相変調を利用するものであってもよい。この場合はもちろん、タグ１０５でいくぶん複雑な受信器を必要とする（図４で、検出器／変調器４０２がより複雑となり、位相変調された信号を検出できる無線受信器を含むことになる）。アップリンクでは、タグ１０５は、位相変調された信号を、変調されバックスキャッタされるべき信号としてもつ、変調バックスキャッタ（ＭＢＳ）を利用することができる。
【００５９】
一つの実施例として、ダウンリンクにバイナリ位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）を利用し、ＭＢＳを使用するアップリンクに周波数シフトキーイング（図５参照）を利用することができる。他の実施例では、ダウンリンクにはＢＰＳＫを利用し、ＭＢＳを使用するアップリンクでは振幅変調（ＡＭ）を利用することもできる。
【００６０】
ダウンリンク・データレートがアップリンク・データレートに比べてはるかに小さい場合、上述の挿入アップリンク方法を使用して、ダウンリンクのＰＳＫ変調とアップリンクのＰＤＫ変調とを組み合わせることが可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、質問器とタグの両方が、同じ時間に連続的に通信することが可能である。また、時間スロット同期を維持するのが容易になり、システムデータ全体のスループットが増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムの実施例のブロック図。
【図２】図１のＲＦＩＤシステムで使用される質問器ユニットの実施例のブロック図。
【図３】図１のＲＦＩＤシステムで使用される広帯域（ＤＳ／ＳＳ）質問器ユニットの実施例のブロック図。
【図４】図１のＲＦＩＤシステムで使用されるタグユニットの実施例のブロック図。
【図５】図１のＲＦＩＤシステムで使用されるタグユニットの他の実施例のブロック図。
【図６】質問器ユニットからタグユニットに送信されるダウンリンク・フレーム信号の説明図。
【図７】疑似ランダムノイズ（ＰＮ）発生器の模式図。
【図８】ダウンリンク・フレーム信号の全変調および部分変調を示すチャート。
【図９】マンチェスタ符号化したダウンリンクフレーム信号と、アップリンクメッセージ信号とを示すチャート。
【図１０】マンチェスタ符号化したダウンリンク・フレーム信号と、複製され回転されたアップリンク・メッセージ信号とを示す説明図。
【符号の説明】
１０１                  アプリケーションプロセッサ
１０２                  ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）
１０３、１０４          質問器
１０５、１０６、１０７  タグ
２００、３００          プロセッサ
２００ａ、３００ａ      情報信号
２０１、３０１          無線信号源
２０２、３０２          変調器
２０３、３０３          送信器
２０４、３０４          送信アンテナ
２０６、３０６          受信アンテナ
２０７、３０７          低ノイズ増幅器
２０８、３０８          直交ミキサ
２０９                  変調信号
２１０                  フィルタ／増幅器
２１１、３１１          情報信号
２１２、３１２          サブ搬送復調器
２１３、３１３          情報信号
２１４、３１４          信号
３０２ａ                ＰＮ符号スプレッダ
３０９                  増幅器
３１０                  バンドパスフィルタ
３１０ａ                制限増幅器
４０１                  アンテナ
４０２                  検出器／変調器
４０３                  増幅器
４０４                  クロック回復回路
４０５                  プロセッサ
４０６                  情報信号
４０７                  変調器制御回路
４０８                  サブ搬送周波数源
４０９                  表示ユニット
４１０                  電池
４１１                  変調サブ搬送信号
５０１、５０２          周波数源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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