(57)【要約】【課題】高周波発振器を必要とせず、簡易な回路構成で消費電力が少ない無電源通信素子及びそのデータを読み出すデータ読出装置を提供すること。【解決手段】無電源通信素子２０の受信アンテナ２１は、リーダ１０の送信アンテナ１３からの電力供給用の信号を受信する。整流器２２は、受信アンテナ２１が受信した信号を整流して電源電圧を発生し無電源通信素子２０の各部に供給する。変調器２３は、整流器２２から電源の供給を受けて受信アンテナ２１からの搬送波をディジタル送信信号で変調する。スペクトラム拡散器２４は、変調器２３によって変調された信号をＨａｄａｍａｒｄ符号のうちで直流成分がないものなどでスペクトラム拡散する。送信アンテナ２５は、スペクトラム拡散器２４によってスペクトラム拡散された信号をリーダ１０の受信アンテナ１４に放射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を発振する発振器と、
該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、
該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、
該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、
該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、
該ミクサからの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器と、
該スペクトラム逆拡散器からの信号を復調する復調器と
を備えることを特徴とするデータ読出装置。
【請求項２】
高周波信号を発振する発振器と、
該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、
該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、
該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、
該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、
該ミクサからの信号を復調する復調器と、
該復調器からの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器と
を備えることを特徴とするデータ読出装置。
【請求項３】
前記スペクトラム逆拡散器は、直流成分がない符号によってスペクトラム逆拡散することを特徴とする請求項１又は２記載のデータ読出装置。
【請求項４】
前記送信アンテナ及び受信アンテナは１つのアンテナを兼用するものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のデータ読出装置。
【請求項５】
データ読出装置からの電波を受信する受信アンテナと、
該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、
該整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を送信信号で変調する変調器と、
該変調器からの信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、
該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナと
を備えることを特徴とする無電源通信素子。
【請求項６】
データ読出装置からの電波を受信する受信アンテナと、
該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、
送信信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、
前記整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を前記スペクトラム拡散器からの信号で変調する変調器と、
該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナと
を備えることを特徴とする無電源通信素子。
【請求項７】
前記スペクトラム拡散器は、直流成分がない符号によってスペクトラム拡散することを特徴とする請求項５又は６記載の無電源通信素子。
【請求項８】
前記送信アンテナ及び受信アンテナは１つのアンテナを兼用するものであることを特徴とする請求項５乃至７いずれかに記載の無電源通信素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型ＩＣ（Integrated Circuit）カードなどの無電源通信素子からデータを読み出すデータ読出装置及びその無電源通信素子に関し、特に、簡易な構成で高速通信を可能とするデータ読出装置及び無電源通信素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無電源通信素子として例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）では、電源供給を受ける周波数と情報伝送用の周波数を分けて混信しないようにしている。
【０００３】
また、ＳＮ比を向上させようとして、低周波で電力の供給を受けて、高周波搬送波をスペクトラム拡散して信号を送信するものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５は、従来のデータ読出装置及び無電源通信素子の構成を示す図である。データ読出装置であるリーダ３０は、低周波発振器３１、増幅器３２、送信アンテナ３３、受信アンテナ３４、フィルタ３５、線形増幅器（ＬＮＡ）３６、高周波発振器３７、ミクサ３８、スペクトラム逆拡散器３９、及び復調器４０から成る。無電源通信素子５０は、受信アンテナ５１、整流器５２、高周波発振器５３、変調器５４、スペクトラム拡散器５５、及び送信アンテナ５６から成る。リーダ３０の低周波発振器３１は、電力供給用の低周波信号を発振し、増幅器３２がそれを増幅して、コイルである送信アンテナ３３が無電源通信素子５０の受信アンテナ５１に放射する。受信アンテナ５１は、リーダ３０の送信アンテナ３３からの電力供給用の低周波信号を受信する。整流器５２は、受信アンテナ５１が受信した低周波信号を整流して電源電圧を発生し無電源通信素子５０の各部に供給する。高周波発振器５３は、整流器５２から電源の供給を受けて信号送信用の搬送波となる高周波信号を発生する。変調器５４は、やはり整流器５２から電源の供給を受けて高周波発振器５３からの搬送波をディジタル送信信号で変調する。変調方式にはＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式などを使用することができる。スペクトラム拡散器５５は、変調器５４によって変調された信号をＭ系列符号などでスペクトラム拡散する。送信アンテナ５６は、スペクトラム拡散器５５によってスペクトラム拡散された信号をリーダ３０の受信アンテナ３４に放射する。受信アンテナ３４は、無電源通信素子５０の送信アンテナ５６からの信号を受信する。フィルタ３５は、受信アンテナ３４で受信されたスペクトラム拡散された所定の帯域の信号を通過させる。線形増幅器３６は、信号を線形増幅する。高周波発振器３７は、無電源通信素子５０の高周波発振器５３と同一の周波数信号を発振する。ミクサ３８は、高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。スペクトラム逆拡散器３９は、符号化されることでスペクトラム拡散されている信号を復号化する。復調器４０は、復号化されたアナログ信号をディジタル信号に変換して無電源通信素子５０からのディジタル送信信号を復調する。
【０００５】
このように、リーダ３０は電力を供給すると同時に信号を受信するために、低周波で電力を供給し、高周波搬送波をスペクトラム拡散した信号を受信するようにしている。
【特許文献１】特許第２８７４３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の従来例のものは、信号を送信するための搬送波を発生する高周波発振器を必要とし、回路構成が複雑になるとともに、電力の供給を受ける無電源通信素子における消費電力が増加してしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、高周波発振器を必要とせず、簡易な回路構成で消費電力が少ない無電源通信素子及びそのデータを読み出すデータ読出装置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】
【０００８】
本発明のデータ読出装置は、高周波信号を発振する発振器と、該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、該ミクサからの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器と、該スペクトラム逆拡散器からの信号を復調する復調器とを備える。
【０００９】
また、本発明のデータ読出装置は、高周波信号を発振する発振器と、該発振器で発振された高周波信号を搬送波とする電波を無電源通信素子に放射する送信アンテナと、該無電源通信素子からの電波を受信する受信アンテナと、該受信アンテナで受信された電波の前記搬送波の周波数成分を減衰するフィルタと、該フィルタを通過した高周波信号に前記発振器からの高周波信号を混合してベースバンド信号に変換するミクサと、該ミクサからの信号を復調する復調器と、該復調器からの信号をスペクトラム逆拡散するスペクトラム逆拡散器とを備える。
【００１０】
また、前記スペクトラム逆拡散器は、直流成分がない符号によってスペクトラム逆拡散することで、逆拡散によってＤＣオフセット成分をキャンセルすることができる。
【００１１】
また、本発明の無電源通信素子は、データ読出装置からの電波を受信する受信アンテナと、該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、該整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を送信信号で変調する変調器と、該変調器からの信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナとを備える。
【００１２】
また、本発明の無電源通信素子は、データ読出装置からの電波を受信する受信アンテナと、該アンテナで受信された電波を整流して電源とする整流器と、送信信号をスペクトラム拡散するスペクトラム拡散器と、前記整流器の電源で動作し前記電波の搬送波を前記スペクトラム拡散器からの信号で変調する変調器と、該スペクトラム拡散器からの信号をデータ読出装置に放射する送信アンテナとを備える。
【００１３】
また、前記スペクトラム拡散器は、直流成分がない符号によってスペクトラム拡散することで、データ読出装置において逆拡散によってＤＣオフセット成分をキャンセルすることができる。
【００１４】
また、前記送信アンテナ及び受信アンテナは１つのアンテナを兼用するものであることで、回路規模を更に小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、無電源通信素子に高周波発振器を必要とせずに、データ読出装置から電源の供給を受けると同時に、データ読出装置にスペクトラム拡散信号を送信することができる。このため、簡易な回路構成で超高速のデータ伝送を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例によるデータ読出装置及び無電源通信素子の構成を示す図である。データ読出装置であるリーダ１０は、発振器１１、増幅器１２、送信アンテナ１３、受信アンテナ１４、フィルタ１５、線形増幅器（ＬＮＡ）１６、ミクサ１７、スペクトラム逆拡散器１８、及び復調器１９から成る。無電源通信素子２０は、受信アンテナ２１、整流器２２、変調器２３、スペクトラム拡散器２４、及び送信アンテナ２５から成る。リーダ１０の発振器１１は、無電源通信素子２０からの信号送信のための搬送波周波数であるとともに無電源通信素子２０への電力供給用となる信号を発振し、増幅器１２がそれを増幅して、コイルである送信アンテナ１３が無電源通信素子２０の受信アンテナ２１に放射する。受信アンテナ２１は、リーダ１０の送信アンテナ１３からの電力供給用の信号を受信する。整流器２２は、受信アンテナ２１が受信した信号を整流して電源電圧を発生し無電源通信素子２０の各部に供給する。変調器２３は、整流器２２から電源の供給を受けて受信アンテナ２１からの搬送波をディジタル送信信号で変調する。スペクトラム拡散器２４は、変調器２３によって変調された信号をＨａｄａｍａｒｄ符号のうちで直流成分がないものなどでスペクトラム拡散する。
【００１８】
Ｈａｄａｍａｒｄ符号は、直交符号のうちで次の方法で生成される行列の行又は列を符号としたものである。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
送信アンテナ２５は、スペクトラム拡散器２４によってスペクトラム拡散された信号をリーダ１０の受信アンテナ１４に放射する。受信アンテナ１４は、無電源通信素子２０の送信アンテナ２５からの信号を受信する。フィルタ１５は、受信アンテナ１４で受信されたスペクトラム拡散された所定の帯域の信号を通過させる帯域フィルタであるとともに、発振器１１の発振周波数成分であり、無電源通信素子２０からの送信信号の搬送波周波数成分を、線形増幅器１６が飽和しない程度に減衰するノッチフィルタである。線形増幅器１６は、信号を線形増幅する。ミクサ１７は、高周波信号をベースバンド信号に周波数変換する。スペクトラム逆拡散器１８は、符号化されることでスペクトラム拡散されている信号を復号化する。復調器１９は、復号化されたアナログ信号をディジタル信号に変換して無電源通信素子２０からのディジタル送信信号を復調する。
【００２１】
図２は、本実施例の復調の動作を説明する図である。図２(a)は、フィルタ１５に入力される信号の周波数特性を示すものであり、本実施例のリーダ１０は電力を送信すると同時に信号を受信するので、無電源通信素子２０からのスペクトラム拡散信号の広帯域の信号と送信した搬送波信号が受信側に回り込む大きい搬送波周波数成分が存在している。この搬送波周波数成分はスペクトラム拡散信号と比べて９０ｄＢ程度大きいと想定される。図２(b)は、フィルタ１５から出力される信号の周波数特性を示すものであり、搬送波信号とともにスペクトラム拡散信号も搬送波周波数成分が減衰したものとなる。しかし、スペクトラム拡散信号は広帯域であるためスペクトラム逆拡散に支障はない。図２(c)は、逆拡散後の信号の周波数特性を示すものであり、所定の周波数成分の信号となり、本実施例では、それはベースバンド信号となる。
【００２２】
符号にＭ系列符号｛−１  −１  −１  １  −１  １  １｝を用いた場合とＨａｄａｍａｒｄ符号｛−１  −１  １  １  −１  −１  １  １｝を用いた場合のそれぞれについて、ＤＣオフセットの影響を説明する。信号成分Ｓに干渉成分Ｉが加わったとして、逆拡散処理における干渉成分Ｉの影響を次のように示すことができる。ここで、雑音の影響は無視する。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
このように、符号自体がＤＣ成分を有するＭ系列符号を用いた場合には、逆拡散をしてもＤＣオフセット成分が残るが、符号自体にＤＣ成分がないＨａｄａｍａｒｄ符号を用いた場合には、逆拡散によってＤＣオフセット成分をキャンセルすることができる。したがって、送信した搬送波信号が受信側に回り込む大きい搬送波周波数成分がフィルタ１５をある程度通過したとしてもこれをキャンセルすることができる。このため、電力供給用信号と情報伝送用信号の搬送波を同じ周波数で取り扱うことができる。
【００２５】
図３は、通常のＲＦＩＤの無線規定を示す図である。中心周波数１３．５６ＭＨｚで距離１０ｍの位置で電界強度３１６μＶ／ｍをとれるのは帯域±４５０ｋＨｚと狭帯域であり、高速データ伝送には向かない。
【００２６】
図４は、微弱無線規定を示す図である。許容されている電界強度は距離３ｍの位置で電界強度５００μＶ／ｍ（一部の帯域では３５μＶ／ｍ）と微弱ではあるが帯域が広く高速データ伝送に向いており、本発明ではこの規定を有効に利用することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００２８】
上記実施例では、リーダ１０において、スペクトラム逆拡散してから復調し、無電源通信素子２０において、変調してからスペクトラム拡散しているが、一方又は両方を逆にしても構わない。すなわち、リーダ１０においては、復調、すなわち、アナログ・ディジタル変換してからスペクトラム逆拡散、すなわち、復号化し、無電源通信素子２０においては、スペクトラム拡散、すなわち、符号化してから変調、すなわち、ディジタル・アナログ変換してもよい。
【００２９】
上記実施例では信号の送信を無電源通信素子２０からリーダ１０への一方向としたが、リーダ１０から無電源通信素子２０へも信号を送信する双方向通信の構成とすることもできる。この場合にはリーダは、リーダ・ライタ、すなわち、データ読出書込装置となり、変調器及びスペクトラム拡散器を備え、無電源通信素子は、スペクトラム逆拡散器及び復調器を備えることになる。双方向通信の送受信を同時に行う構成とする場合には、例えば送受信で異なる符号を用いるなどすればよい。もちろん、送受信を時分割して行う構成とする場合には、送受信で同じ符号を用いることができる。
【００３０】
上記実施例では、リーダ１０及び無電源通信素子２０がいずれも送信アンテナ及び受信アンテナを備える構成としたが、一方又は両方が送信アンテナと受信アンテナを兼用した送受信アンテナを用いる構成とすることもできる。この場合には、サーキュレータなどを用いて送信側と受信側とをアイソレートする。
【００３１】
上記実施例の構成に加えて、又はノッチフィルタに代えて、送信側の搬送波周波数成分を反転し減衰させて受信側に加えて、受信側の搬送波周波数成分を減衰させる構成とすることもできる。
【００３２】
上記無電源通信素子は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を持つものでもよいし、持たないものでもよい。また、無電源通信素子の形態は、ラベル型、カード型、又は箱型などがありうる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例によるデータ読出装置及び無電源通信素子の構成を示す図である。
【図２】本実施例の復調の動作を説明する図である。
【図３】通常のＲＦＩＤの無線規定を示す図である。
【図４】微弱無線規定を示す図である。
【図５】従来のデータ読出装置及び無電源通信素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  リーダ
１１  発振器
１２  増幅器
１３  送信アンテナ
１４  受信アンテナ
１５  フィルタ
１６  線形増幅器
１７  ミクサ
１８  スペクトラム逆拡散器
１９  復調器
２０  無電源通信素子
２１  受信アンテナ
２２  整流器
２３  変調器
２４  スペクトラム拡散器
２５  送信アンテナ
３０  リーダ
３１  低周波発振器
３２  増幅器
３３  送信アンテナ
３４  受信アンテナ
３５  フィルタ
３６  線形増幅器
３７  高周波発振器
３８  ミクサ
３９  スペクトラム逆拡散器
４０  復調器
５０  無電源通信素子
５１  受信アンテナ
５２  整流器
５３  高周波発振器
５４  変調器
５５  スペクトラム拡散器
５６  送信アンテナ
【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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