(57)【要約】      （修正有）【課題】悪環境に適用される磁場ベースの低周波帯の無線通信において、周辺環境によって可変的なデータ率やコーディング方式で無線通信を遂行することができるようにマスターとスレーブとの間の適したパケットフォーマット、コーディング及び変調方式などを支援する磁場ベースの低周波帯の無線通信を提供する。【解決手段】磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法において、マスターとスレーブとの間の要求フレーム及び応答フレームに含まれたペイロードフィールドのデータ率とコーディング方式を、予め決まった範囲内で周辺の通信環境に従って変更できるようにする。上述の構成で、要求フレームと応答フレームは、同一のフォーマットとからなることができるが、このような要求フレームと応答フレームは、各々プリアンブルフィールドと、ヘッダーフィールド及びペイロードフィールドを含んでなることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法において、
マスターとスレーブとの間の要求フレーム及び応答フレームに含まれたペイロードフィールドのデータ率とコーディング方式を、予め決まった範囲内で周辺の通信環境によって変更できるようにしたことを特徴とする磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項２】
前記要求フレームと前記応答フレームは、同一のフォーマットからなることを特徴とする請求項１に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項３】
前記要求フレームと前記応答フレームは、各々プリアンブルフィールド、ヘッダーフィールド及びペイロードフィールドを含んでなることを特徴とする請求項２に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項４】
前記プリアンブルフィールドは、１ｋｂｐｓのデータ率でマンチェスターコーディングされた後、ＢＰＳＫ変調されることを特徴とする請求項３に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項５】
前記ヘッダーフィールドは、前記ペイロードフィールドのデータ率とコーディング情報を示す領域と、前記ペイロードフィールドのデータ長さを示す領域及びヘッダーチェックシーケンスを含んでなることを特徴とする請求項４に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項６】
前記ヘッダーフィールドは、１ｋｂｐｓのデータ率でマンチェスターコーディングされた後、ＢＰＳＫ変調されることを特徴とする請求項５に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項７】
前記ペイロードフィールドは、０−２５５バイトのデータ領域と２バイトのフレームチェックシーケンスとを含んでなることを特徴とする請求項６に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項８】
前記ペイロードフィールドは１、２又は４ｋｂｐｓのデータ率のマンチェスターコーディング或いは２、４又は８ｋｂｐｓのデータ率のＮＲＺ−Ｌコーディングのうち選択的にコーディングされた後、ＢＰＳＫ変調されることを特徴とする請求項７に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項９】
前記ＮＲＺ−Ｌコーディングされた結果物は、スクランブリングされた後に前記ＢＰＳＫ変調されることを特徴とする請求項８に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法を実行するプログラムが記録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法及びこの方法を実行するプログラムが記録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体に関し、特に、悪環境に適用される磁場ベースの低周波帯の無線通信を効率的に支援できるようにした磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法及びこの方法を実行するプログラムが記録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification; 無線認識）は超小型半導体であるタグに識別情報を埋め込み、無線周波数を用いてこのようなタグを取り付けた物体や動物又は人などを判読、 追跡及び管理することができるユビキタスコンピューティング基盤技術の一つである。このようなＲＦＩＤ技術は、タグが自体の電源によって動作するか、或いは、呼びかけ機（Interrogator)で受信した電波からエネルギーを得て動作するかによって能動型（Active）、受動型（Passive）又は半能動型（Semi-Active）で分類される。また適用分野や認識距離によって１３５ｋＨｚ以下の帯域の低周波（ＬＦ）、１３.５６ＭＨｚ帯域の高周波（ＨＦ）、４３３.９２MHz又は８６０〜９６０ＭＨｚ帯域の極超短波（ＵＨＦ）及び２.４５ＧＨｚ帯域のマイクロ波の無線周波数を使用する。このうち、１３５ｋＨｚ以下の帯域の低周波(ＬＦ)を使用するＲＦＩＤ技術は、磁場ベースで動作するので周辺環境の影響に強く、これにより、土やコンクリートなどで覆われている送油管や上/下水道管のような地中埋設物又は水、金属や災難悪環境のような各種の悪環境で対象物を認識するのに効果的に使われることができるところ、その物理層（PHY layer）、即ちエアインターフェース規格がＩＳＯ/ＩＥＣ１８０００−２(以下、「従来技術」という)に詳細に規定されている。
【０００３】
図１は従来の低周波帯の無線通信におけるエアインターフェース方法において、マスターからスレーブへの一般要求フォーマットのフレーム構成図であり、図２は従来の低周波帯の無線通信におけるエアインターフェース方法において、スレーブからマスターへの一般応答フォーマットのフレーム構成図である。従来の低周波帯の無線通信におけるエアインターフェース方法によれば、マスターとスレーブのパケットフォーマット、コーディング（符号化）方法及びデータ率（data rate）が全て一致せず、受動型タグを使用する。
【０００４】
まず、マスター、例えばＲＦＩＤ呼びかけ機がスレーブのタグに命令語を送る時は、図１の一般要求フォーマット（general request format）を使用するが、この時のデータコーディング方法としてはＰＩＥ（Pulse Interval Encoding）を使用し、平均データ率は約５.１ｋｂｐｓである。一方、スレーブが図１の命令語に対して応答を送る時は、図２に示すように一般応答フォーマット（general response format）を使用する。また、呼びかけ機の命令語をインベントリ命令語（inventory command）と国際標準命令語（international standard command）とで区分して、インベントリ命令語に対する応答を送信する時は２ｋｂｐｓで二重パターンデータコーディング（dual pattern data coding）方式を使用する一方、その他の国際標準命令語に対する応答を送信する時は４ｋｂｐｓでマンチェスターコーディング（Manchester coding）方式を使用する。
【０００５】
さらに、従来技術はＡタイプ（ＦＤＸ）とＢタイプ（ＨＤＸ）など、二つのタイプのタグを規定するが、Ａタイプのタグはタグ−呼びかけ機間の送信中を含めて呼びかけ機によって永久的に電源が供給されるのに対し、Ｂタイプのタグはタグ−呼びかけ機間の送信中を除いたその他の時間に呼びかけ機によって電源が供給されるが、データコーディング及び変調方式としてＡタイプの場合はマンチェスターコーディング方式とＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式を使用するのに対し、Ｂタイプの場合はＮＲＺ（NonReturn-to-Zero）コーディング方式とＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調方式を使用する。
【０００６】
上述のように、従来技術によれば、マスターとスレーブとの間のデータ率が単一値で固定されており、データコーディング及び変調方式も選択の余地なく固定されているため、周辺の通信環境に能動的に適応して効率的な通信を遂行することができないという問題点があった。
【０００７】
さらに、従来技術によれば、スレーブ、例えばタグが受動型に規定されているため、その応答フレームの長さに限界があるだけでなく、マスター、例えば呼びかけ機への能動的な通信が不可能であるため、その適用分野に多くの制約を齎す問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の問題点を解決するために案出されたものであって、悪環境に適用される磁場ベースの低周波帯の無線通信において、周辺環境によって可変的なデータ率やコーディング方式で無線通信を遂行できるようにマスターとスレーブとの間の適したパケットフォーマット、コーディング及び変調方式などを支援する磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法及びこの方法を実行するプログラムが記録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するための本発明は、磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法において、マスターとスレーブとの間の要求フレーム及び応答フレームに含まれたペイロードフィールドのデータ率とコーディング方式を、予め決まった範囲内で周辺の通信環境に従って変更できるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
上述の構成において、前記要求フレームと前記応答フレームは同一のフォーマットからなることができるが、このような前記要求フレームと前記応答フレームは各々プリアンブルフィールドと、ヘッダーフィールド及びペイロードフィールドを含んでなることができる。一方、前記プリアンブルフィールドは１６ビットの固定シーケンスからなることができるが、このようなプリアンブルフィールドは１ｋｂｐｓのデータ率でマンチェスターコーディングされた後、ＢＰＳＫ変調されることができる。
【００１１】
一方、前記ヘッダーフィールドは、前記ペイロードフィールドのデータ率とコーディング情報を示す領域と、前記ペイロードフィールドのデータ長さを示す領域、及び、ヘッダーチェックシーケンスを含んでなることができるが、このような前記ヘッダーフィールドは１ｋｂｐｓのデータ率でマンチェスターコーディングされた後、ＢＰＳＫ変調されることができる。
【００１２】
一方、前記ペイロードフィールドは０−２５５バイトのデータ領域と２バイトのフレームチェックシーケンスとを含んでなることができるが、前記ペイロードフィールドは１、２又は４ｋｂｐｓのデータ率のマンチェスターコーディング或いは２、４又は８ｋｂｐｓのデータ率のＮＲＺ−Ｌコーディングのうち選択的にコーディングされた後、ＢＰＳＫ変調されることができる。
【００１３】
さらに、前記ＮＲＺ−Ｌコーディングされた結果物は、スクランブリングされた後、前記ＢＰＳＫ変調されることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法及びこの方法を実行するプログラムが記録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体によれば、悪環境に適用される磁場ベースの低周波帯の無線通信において、周辺環境によって可変的なデータ率やコーディング方式で無線通信を遂行することができるように、マスターとスレーブとの間の適したパケットフォーマットと、コーディング及び変調方式などを支援することで通信性能及び効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法において、マスターからスレーブへの一般要求フォーマットのフレーム構成図である。
【図２】従来の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法において、スレーブからマスターへの一般応答フォーマットのフレーム構成図である。
【図３】本発明の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法において、マスターとスレーブとの間の両方向通信フォーマットのフレーム構成図である。
【図４】図３のプリアンブルフィールドのフレーム構成図である。
【図５】図３のペイロードフィールドのフレーム構成図である。
【図６】本発明の方法に適用することができるマンチェスターコーディング及びＮＲＺ−Ｌコーディング方式を説明するための図である。
【図７】本発明に適用することができるスクランブラーのブロック構成図である。
【図８】本発明の方法においてプリアンブルのコーディング及び変調過程を説明するための図である。
【図９】本発明の方法においてヘッダーのコーディング及び変調過程を説明するための図である。
【図１０】本発明の方法においてペイロードデータのコーディング及び変調過程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して、本発明の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００１７】
図３は本発明の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法において、マスターとスレーブとの間の両方向通信フォーマットのフレーム構成図であり、図４は図３のプリアンブルフィールドのフレーム構成図であり、図５は図３のペイロードフィールドのフレーム構成図である。まず、図３に示すように、本発明の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法によれば、マスターとスレーブとの間の両方向通信フレームは同一のフォーマットで構成することが望ましいところ、マスターからスレーブへの通信フレームの長さが長いので、スレーブ、例えばタグも自体電源によって動作する能動型に具現することが望ましい。もちろん、スレーブを受動型やそのデータ長さによって受動型や能動型に可変動作する半能動型に具現することもできる。
【００１８】
また図３において、通信フレームは、大きくプリアンブル（Preamble）とヘッダー（Header）とペイロード（Payload）フィールド順からなることができるが、ここでプリアンブルフィールドは、従来の一般要求フォーマットや一般応答フォーマットのフレームスタート（Start Of Frame; ＳＯＦ）フィールドと同様の機能を遂行する。このようなプリアンブルフィールドは、さらに最下位ビット（Least Significant Bit: ＬＳＢ）から最上位ビット（Most Significant Bit: ＭＳＢ）の順からなるが、プリアンブルは１２ビットの「００００００００００００」シーケンスと４ビットの「１０１０」シーケンスとからなる。
【００１９】
次に、ヘッダーフィールドは図３に示すように、総３バイトからなることができるが、最下位ビットから最上位ビットの順で、例えば３ビットのデータ率及びコーディング情報領域、例えば８ビットのペイロードデータの長さ領域、例えば５ビットの予備（Reserved）領域及び８ビットのヘッダーチェックシーケンス（Header Check Sequence; ＨＣＳ）からなることができる。このようなヘッダーフィールドで８ビットのペイロードデータの長さ領域は、バイト単位でペイロードに含まれるデータの長さを示す。ヘッダーチェックシーケンスは、例えば８ビットの巡回冗長検査（Cyclic Redundancy Check; ＣＲＣ）からなることができる。
【００２０】
最後に、ペイロードフィールドは最大２５５バイトからなるデータ領域と、これを保護するための、例えば２バイトのフレームチェックシーケンスからなることができるが、データの長さが０の時は、当然にフレームチェックシーケンスも含まれない。前記のプリアンブルフィールド、 ヘッダーフィールド及びペイロードフィールドに対するデータ率及びコーディング方法は３ビットで表現されて、下記の表１のように総８種の方法を支援することができる。 
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記の表１に記載のように、本発明の方法によるコーディング方式としては、マンチェスターコーディング方式とＮＲＺ−Ｌ（NonReturn-to-Zero Level）コーディング方式のうち、一つを選択することができる。
【００２３】
図６は本発明の方法に適用することができるマンチェスターコーディング及びＮＲＺ−Ｌコーディング方式を説明するための図である。図６に示すように、マンチェスターコーディング方式はビット区間の中間で信号レベルが変わることになるが、データビットが 「０」の場合はレベル「１」からレベル「０」に変わる一方、データビットが「１」の場合はレベル「０」からレベル「１」に変わる。ＮＲＺ−Ｌコーディング方式は、データビットが「０」の場合はレベル「０」、データビットが「１」の場合はレベル「１」にマッチングされる。結果的に、マンチェスターコーディング方式はＮＲＺ−Ｌコーディング方式に比べてＤＣ成分が少ないので、その分有利である一方、２倍の周波数帯を使用する点では不利である。したがって、通信環境が相対的に良好な場合はＮＲＺ−Ｌコーディング方式を使用し、そうではない場合はマンチェスターコーディング方式を柔軟に変更して使用することができる。
【００２４】
図７は本発明に適用することができるスクランブラー（scrambler）のブロック構成図である。一方、上述のように、ＮＲＺ−Ｌコーディング方式はマンチェスターコーディング方式に比べてＤＣが多い短所があるため、これを克服するためにＮＲＺ−Ｌコーディングした結果物を図７に示すようにスクランブラーで処理してＤＣ成分を抑えることが望ましい。
【００２５】
ここで、「スクランブラー」とは、連続する入力データのうち、タイミング情報が遺失されることを防止し、周期的なデータパターンを繰り返すことで生ずる単一の周波数成分を抑えて伝送路区間での混/変調を防止するために入力データをランダム符号系列に変換する公知の回路であるところ、受信側、即ちマスター又はスレーブでは、これとは反対の計算機能を有するデ・スクランブラーによって元々のデータ信号を再生することができる。
【００２６】
図８は本発明の方法においてプリアンブルのコーディング及び変調過程を説明するための図であり、図９は本発明の方法においてヘッダーのコーディング及び変調過程を説明するための図であり、図１０は本発明の方法においてペイロードデータのコーディング及び変調過程を説明するための図である。
【００２７】
まず、図８に示すように、本発明の方法においてプリアンブルフィールドに対するコーディング及び変調過程は、生成されたプリアンブルシーケンスを上記の表１のタイプ０、即ち１ｋｂｐｓのデータ率を有するマンチェスターコーディング方式で符号化した後、さらにＢＰＳＫ変調することになる。これと同様に、ヘッダーフィールドに対するコーディング及び変調過程も、生成されたヘッダーシーケンスに、これを保護するためのヘッダーチェックシーケンスを追加した後、上記の表１でタイプ０、即ち１ｋｂｐｓのデータ率を有するマンチェスターコーディング方式で符号化して、さらにＢＰＳＫ変調することになる。
【００２８】
一方、ペイロードフィールドの場合は、データの上位段に、これを保護するためのペイロードチェックシーケンスを追加し、さらに上記の表１のタイプ０乃至７のうち適切なデータ率とコーディング方式を選択して符号化を遂行し、このように符号化された結果物をさらにＢＰＳＫ変調することになる。
【００２９】
このように、本発明の方法では、プリアンブルフィールドとヘッダーフィールドは周辺の通信環境にかかわらず、相対的に混変調干渉に安定的なマンチェスターコーディング方式で低いデータ率を有するように符号化する一方、ペイロードフィールドは通信環境によって適切なデータ率とコーディング方式を使用し、さらにＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調方式を使用することで通信性能をその分向上させることができるだけでなく、周辺の通信環境に適応的に対応することができる。
【００３０】
本発明の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法においてスレーブ、 例えばタグを能動型に構成することができるので、タグが呼びかけ機に命令を下すこともでき、 これによってペイロードフィールドの適切なデータ率とコーディング方式もマスターとスレーブの両方で能動的に遂行することができる。
【００３１】
本発明の磁場ベースの低周波帯の無線通信における物理層の構成方法及びこの方法を実行するプログラムが記録されてコンピューターで読み取り可能な記録媒体は、上述の実施例に限らず、本発明の技術思想が許容する範囲内で多様に変形して実施することができる。
【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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