(57)【要約】【課題】無線タグシステムや無線センサシステムにおいて伝送距離を長くしても確実に無線通信を実現する。【解決手段】制御対象となる無線通信装置に電磁波を送出して無線通信をすると共に、無線通信装置（センサやタグ）に電力供給をするに際して、ビーム制御部４５では、無線通信装置が存在する空間を区分し、区分した各空間の位置と電磁波の位相及び振幅値とを予め登録して重みデータベース部４６に記憶しておいた初期テーブルを参照して、アンテナ部４１から送出する送信波の位相及び振幅値を決定する。これにより、アンテナ部４１の送出範囲に存在する無線通信装置に応答コマンドを送出して当該応答コマンドに対する返信波を受信すると共に、無線通信装置に電力供給をする。【選択図】　　　図５
2004112646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象となる無線通信装置に電磁波を送出して無線通信をすると共に、上記無線通信装置に電力供給をする無線通信手段と、
上記無線通信装置が存在する空間を区分し、区分した各空間の位置と電磁波の位相及び振幅値とを登録した初期テーブルを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶された初期テーブルを参照して、上記各空間の何れかに存在する無線通信装置に応答コマンドを送出して当該応答コマンドに対する返信波を受信すると共に、上記無線通信装置に電力供給をするように上記無線通信手段を制御する通信制御手段と
を備えることを特徴とする無線通信制御装置。
【請求項２】
上記無線通信装置からのＩＤ情報を管理するＩＤ管理手段を更に備え、
上記通信制御手段は、上記初期テーブルを参照して上記応答コマンドを上記無線通信装置に送出して上記無線通信装置からの返信波を受信するように上記無線通信手段を制御し、
上記ＩＤ管理手段は、上記無線通信手段にて受信した返信波に含まれるＩＤ情報と、上記応答コマンドを送出したときの電磁波の位相及び振幅値とを対応づけて登録した重みテーブルを作成して上記記憶手段に記憶することにより、上記通信制御手段から参照可能とすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信制御装置。
【請求項３】
上記ＩＤ管理手段は、上記初期テーブルに登録された各空間の位置に対する電磁波の位相及び振幅値と、上記重みテーブルに登録された上記応答コマンドを送出したときの電磁波の位相及び振幅値とを比較して、上記無線通信装置の方向及び位置を特定して、上記重みテーブルに登録することを特徴とする請求項２に記載の無線通信制御装置。
【請求項４】
上記通信制御手段にて上記無線通信装置に電力供給するに際しての電力供給値を制御して、上記無線通信装置から送出する電磁波の電力密度を変化させる電力制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の無線通信制御装置。
【請求項５】
上記無線通信装置の電磁波送出範囲に存在する生体を検出する生体検出手段を更に備え、
上記通信制御手段は、上記生体検出手段により生体を検出した場合に、上記無線通信手段から送出する電磁波の電力密度の低減、又は上記無線通信手段からの電磁波送出の停止をする制御をすることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の無線通信制御装置。
【請求項６】
制御対象となる無線通信装置に電磁波を送出して無線通信をすると共に、上記無線通信装置に電力供給をするに際して、
上記無線通信装置が存在する空間を区分し、区分した各空間の位置と電磁波の位相及び振幅値とを予め登録した初期テーブルを参照し、
上記各空間の何れかに存在する無線通信装置に応答コマンドを送出して当該応答コマンドに対する返信波を受信すると共に、上記無線通信装置に電力供給をする処理をコンピュータに実行させることを特徴とする無線通信制御プログラム。
【請求項７】
上記無線通信装置から受信した返信波に含まれるＩＤ情報と、上記応答コマンドを送出したときの電磁波の位相及び振幅値とを対応づけて登録した重みテーブルを作成して、次に電磁波を送出するに際して参照可能とすることを特徴とする請求項６に記載の無線通信制御プログラム。
【請求項８】
上記初期テーブルに登録された各空間の位置に対する電磁波の位相及び振幅値と、上記重みテーブルに登録された上記応答コマンドを送出したときの電磁波の位相及び振幅値とを比較して、上記無線通信装置の方向及び位置を特定して、上記重みテーブルに登録することを特徴とする請求項７に記載の無線通信制御プログラム。
【請求項９】
上記無線通信装置に電力供給するに際しての電力供給値を制御して、上記無線通信装置から送出する電磁波の電力密度を変化させることを特徴とする請求項６〜請求項８の何れかに記載の無線通信制御プログラム。
【請求項１０】
上記無線通信装置の電磁波送出範囲に存在する生体を検出した場合に、上記無線通信装置に送出する電磁波の電力密度の低減、又は電磁波送出の停止をすることを特徴とする請求項６〜請求項９の何れかに記載の無線通信制御プログラム。
【請求項１１】
制御対象となる無線通信装置が存在する空間を区分し、区分した各空間の位置と電磁波の位相及び振幅値とを予め登録した初期テーブルを参照し、上記各空間の何れかに存在する無線通信装置に応答コマンドを送出して当該応答コマンドに対する返信波を受信すると共に、上記無線通信装置に電力供給をする無線通信制御装置を備え、
上記無線通信装置は、上記無線通信制御装置からの電磁波を受信するフィルムアンテナを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
上記フィルムアンテナは、複数のセルからなり、
上記無線通信手段は、上記各セルごとに上記無線通信制御装置からの電磁波を直流電力に変換する手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
上記無線通信装置は、上記無線通信制御装置からの電磁波を集積して上記フィルムアンテナに導く誘電体レンズを更に備えることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
上記無線通信制御装置から送出される電磁波を反射して上記無線通信装置に送ると共に、上記無線通信装置から送出された返信波を反射して上記無線通信制御装置に送る反射手段を更に備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１５】
上記無線通信装置は、設置位置近傍の各種物理量を検出するセンサ手段を備え、当該センサ手段にて検出した物理量を返信波として送出することを特徴とする請求項１１〜請求項１４の何れかに記載の無線通信システム。
【請求項１６】
上記無線通信装置は、自己のＩＤ情報を生成するＩＤ情報生成手段を備え、当該ＩＤ情報生成手段にて生成したＩＤ情報を返信波として送出することを特徴とする請求項１１〜請求項１４の何れかに記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波等の電磁波を用いて、トランスポンダからタグ情報やセンサ情報を取得する無線通信制御装置及び無線通信制御プログラム、無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、無線を使用したＩＤシステムであるＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムとして、無線タグを使用してタグ情報を無線によって伝達する無線タグシステムや、センサによって検出した物理量を無線によって伝達する無線センサシステムなどが知られている。
【０００３】
無線タグシステムにて使用される無線タグは、非接触ＩＣカードとしてＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）にて標準化されており、非接触型として近接型、近傍型、遠隔型と称されるものがある。
【０００４】
近接型は、無線伝送距離が約２０ｃｍ以内の１３．５６ＭＨｚの電磁波を用いた規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）１４４３）にて標準化されており、近傍型は、伝送距離が約１ｍ以内の１３５ｋＨｚ以下の電磁波を用いた規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３）にて標準化されており、更に遠隔型は、伝送距離が数ｍ以内のマイクロ波を用いた規格（ＩＳＯ審議中）となっている。
【０００５】
このような近接型や近傍型における無線通信システムでは、無線タグを制御する制御装置から電力供給をすることが可能となっており、無線タグ内に電池を搭載しなくても動作させることが可能となっている。
【０００６】
また、遠隔型であっても電池を搭載しない無線タグが、書籍等（日刊工業新聞社発行Ｋｌａｕｓ　Ｆｉｎｋｅｎｚｅ１１ｅｒ著“ＲＦＩＤハンドブック−非接触ＩＣカードの原理と応用−”）にて知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の近接型や近傍型における無線通信システムでは、伝送距離が１ｍ以内であり、伝送距離を伸ばすことが課題であった。
【０００８】
これに対し、遠隔型では、伝送距離を数ｍ以上実現するために、無線タグ内に電池を搭載する手法や無線制御装置側から電力供給をする手法がある。しかし、無線タグに電力供給するためには、伝送距離を約２ｍ以内とする必要があるというのが現状であって、無線タグ内に電池を搭載させずに伝送距離を伸ばすことは実現されていない。
【０００９】
また、無線センサシステムにおいては、センサによって検出した物理量を例えばＢ１ｕｅｔｏｏｔｈ等の一般的な無線送信装置によって無線制御装置へ伝送するが、センサ側の無線送信装置を動作させるために電池等が必要である。また、無線制御装置からセンサ側に電力供給する場合であっても無線タグシステムと同様に遠距離化ができないという問題があった。
【００１０】
更に、従来の無線タグシステム及び無線センサシステムでは、タグ及びセンサ側がどの位置にあるかを特定することができなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、伝送距離を長くしても確実に無線通信を実現し、タグ及びセンサ側の位置を特定することができる無線通信制御装置及び無線通信制御プログラム、無線通信システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するために、無線通信装置が存在する空間を区分し、区分した各空間の位置と電磁波の位相及び振幅値とを予め登録した初期テーブルを参照し、各空間の何れかに存在する無線通信装置に応答コマンドを送出して当該応答コマンドに対する返信波を受信すると共に、無線通信装置に電力供給をする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
［無線通信システムの構成］
本発明は、例えば図１又は図２に示すように構成された無線通信システムに適用される。なお、以下の説明では、無線タグシステム及び無線センサシステムの双方を総称して無線通信システムと呼ぶことにする。また、下記無線タグ及び無線センサを総称して単に「トランスポンダ部」と呼ぶことにする。
【００１５】
この無線通信システムは、図１に示すように、例えば室内に設けられた単一の無線通信制御装置１と、この無線通信制御装置１により通信制御される複数の無線タグ２Ａ〜２Ｄ（以下、総称する場合には単に「無線タグ２」と呼ぶ。）とが無線接続されて構成される無線タグシステムである。図１に示す無線タグシステムでは、各無線タグ２を動作させるための電力を無線通信制御装置１から供給すると共に、物理的に形成されたタグ情報を無線タグ２から無線通信制御装置１に送信する。
【００１６】
また、図２に示す無線通信システムは、単一の無線通信制御装置１と、この無線通信制御装置１により通信制御される複数の無線センサ３Ａ〜３Ｄ（以下、総称する場合には単に「無線センサ３」と呼ぶ。）とが無線接続されて構成される無線センサシステムである。図２に示す無線センサシステムでは、各無線センサ３を動作させるための電力を無線通信制御装置１から供給すると共に、各無線センサ３に搭載されたセンサによるセンサ情報を無線通信制御装置１に送信する。
【００１７】
「トランスポンダ部の構成」
前記”ＲＦＩＤハンドブック−非接触ＩＣカードの原理と応用−”によれば、このような無線通信システムにおいて、トランスポンダ部は、無線通信制御装置１からの電源供給により動作する。そして、無線タグシステムにおける無線タグ２は、タグ情報として自己ＩＤを生成して無線通信制御装置１に返信する。また、無線センサシステムにおける無線センサ３は、設置個所付近の物理量を示すセンサ情報を生成して無線通信制御装置１に返信する。
【００１８】
なお、このように内部に電源を搭載しないトランスポンダ部は、パッシブ型トランスポンダと呼ばれている。パッシブ型トランスポンダとしては、例えばＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ：弾性表面波）デバイスを用いるもの等がある。
【００１９】
無線タグ２は、その構成例を図３に示すように、受信アンテナ部１１により無線通信制御装置１から電磁波の送信波２１を受信し、受信アンテナ部１１により電気信号としてくし形変換器１２に送る。くし形変換器１２では、受信アンテナ部１１からの電気信号を表面弾性波に変換し、タグ情報となるコードビットに対応したアルミ電極形成部１３に表面弾性波を伝搬する。
【００２０】
アルミ電極形成部１３は、コードビットに対応したアルミ電極からなり、当該アルミ電極によりくし形変換器１２からの表面弾性波を反射してくし形変換器１２側に導く。このアルミ電極形成部１３は、無線通信制御装置１に返信するタグ情報に応じた任意のビット数にて形成されている。
【００２１】
そして、くし形変換器１２では、アルミ電極形成部１３からの表面弾性波を電気信号に変換して、送信アンテナ部１４に送り、送信アンテナ部１４では、電気信号を電磁波の返信波２２として無線通信制御装置１に送出する。これにより、無線通信制御装置１から送られた送信波２１を、アルミ電極形成部１３の形状に応じた返信波２２にする。
【００２２】
ここで、トランスポンダ部は、ＳＡＷデバイスで用いられるサブストレートが、ニオブ酸リチウム或いはタンタル酸リチウム等にて形成されてなり、表面波の伝搬スピードが３０００ｍ／ｓ〜４０００ｍ／ｓ程度となる。したがって、表面波は、送信波２１や返信波２２の電磁波に比較して伝達速度が遅くなり、アルミ電極形成部１３のアルミ電極間が短距離であっても、電磁波に遅延を与えることが可能となる。
【００２３】
したがって、コードビットに対応したアルミ電極形成部１３による反射波は、時間的遅延を受けた表面波の合成波となり、くし形変換器１２へと戻ってくる。くし形変換器１２は、可逆的であり、戻ってきた表面波を電磁波へと変換し、返答波として送信アンテナ部１４から放射する。
【００２４】
また、無線センサシステムの無線センサ３では、図４に示すように、くし形変換器１２からの表面弾性波が伝搬されるセンサ用くし形変換器３１を設け、センサ用くし形変換器３１にセンサ部３２を接続した点で、無線タグ２とは異なる。このセンサ部３２は、検出した物理量に応じてインピーダンスが変化するものからなり、センサ用くし形変換器３１に伝搬された表面弾性波に変調を与える。そして、センサ用くし形変換器３１及びセンサ部３２を介してアルミ電極形成部１３に表面弾性波が伝搬されたことによる返信波２２は、例えば送信波２１と比較してパルス幅が長くなる。
【００２５】
なお、無線タグシステムや無線センサシステムにおいて、トランスポンダ部に電池等を設けた場合は、ＳＡＷデバイスに代えて半導体素子を使用し、内部にメモリ等を備えた構成にする。このようなトランスポンダ部において、タグ情報を無線通信制御装置１に送信するには、送信波２１を電気信号として変調する変調回路を設け、この変調回路にて変調した電気信号を返信波２２として無線通信制御装置１に送信する。すなわち、無線タグ２及び無線センサ３を一般的な無線トランシーバとして構成する。
【００２６】
「無線通信制御装置１の構成」
つぎに、上述の無線通信システムにおける無線通信制御装置１の構成について説明する。なお、以下に説明する無線通信制御装置１は、図示しない記憶手段や演算手段を備え、記憶手段に記憶した通信制御プログラムを実行することで、各種機能を有するものであり、当該通信制御プログラムを実行することにより実現する機能をブロック図として図示して説明する。
【００２７】
この無線通信制御装置１は、図５に示すように、複数のトランスポンダ部との間で無線通信をするためのアンテナ部４１を備える。このアンテナ部４１は、切替部４２からの電気信号をアンテナ素子４１ａに伝達することにより、アンテナ素子４１ａにて電磁波を発生して各トランスポンダ部に送信波２１を送出する。また、アンテナ部４１は、トランスポンダ部からの返信波２２を受信すると、電気信号の返信情報に変換して切替部４２に送る。
【００２８】
切替部４２は、アンテナ部４１から送信波２１を送信するに際して、キャリア発生部４３にて発生したキャリア信号を電力増幅部４４にて増幅した送信情報が送られ、この送信情報をアンテナ部４１に出力する。これにより、アンテナ部４１では、送信情報をアンテナ素子４１ａに伝達して送信波２１を発生させる。
【００２９】
また、この無線通信制御装置１では、アンテナ部４１から送信波２１を送信するに際して、ビーム制御部４５により、重みデータベース部４６に記憶された初期テーブル又は重みテーブルを参照して重み制御信号をアンテナ部４１に出力して、アンテナ部４１の指向性を制御する。なお、この初期テーブル又は重みテーブルについては後述する。
【００３０】
また、切替部４２は、アンテナ部４１にて返信波２２を受信すると、返信波２２に基づく受信情報が入力される。切替部４２は、受信情報を入力すると、この受信情報を受信部４７に送り、受信部４７から復調部４８に受信情報を送る。これにより、受信情報は、復調部４８により復調されることになる。
【００３１】
アンテナ部４１は、具体的な構成を図６に示すように、アンテナ素子を２次元配列することで、アンテナ部４１をＭ次のアレイアンテナとして構成している。このアンテナ部４１では、切替部４２と接続された合波・分波部５１と、１〜Ｍ次に対応した重み制御部５２−１〜５２−Ｍと、重み制御部５２−１〜５２−Ｍに接続されたアンテナ素子５３−１〜５３−Ｍとから構成されている。なお、アンテナ素子５３−１〜５３−Ｍは、上述のアンテナ素子４１ａに相当するものである。
【００３２】
本例におけるアンテナ素子５３は、Ｍ次のアレイアンテナの例であり、次数を多くする程、各トランスポンダ部に送出する電磁波を絞ることが可能となる。また、無線通信制御装置１では、電磁波を２次元にスキャンするため、アンテナ素子５３−１〜５３−Ｍを２次元配列構造にする。このアンテナ素子５３としては、例えばパッチアンテナ等で構成される。
【００３３】
合波・分波部５１は、各アンテナ素子５３にて返信波２２を受信すると、各重み制御部５２からのＲＦ信号を合波して返信情報を生成し、切替部４２に送る。また、合波・分波部５１は、送信波２１を送信するときには、各重み制御部５２にＲＦ信号を分配し、各アンテナ素子５３に伝搬させる。このような合波・分波部５１は、例えば、ウィルキンソン型分配器をマイクロストリップ線路で構成する。
【００３４】
各重み制御部５２は、送信波２１を各トランスポンダ部に送出するに際して、合波・分波部５１からの送信情報を送信波２１として送信するときの位相を移相器により調整すると共に、送信波２１の振幅値を減衰器により調整する。重み制御部５２は、ビーム制御部４５からの重み制御信号が入力され、移相器の位相調整量を制御すると共に、減衰器の振幅調整量を制御する。
【００３５】
重みデータベース部４６に記憶されている初期テーブルは、図７に示すように、送信波２１の送出区分ごとに、位相調整量及び振幅調整量を含む重み係数が対応づけられている。この重み係数は、実数項が振幅調整量を示しており、虚数項が位相調整量を示している。なお、初期テーブルに示す各重み係数は、無線通信制御装置１及びトランスポンダ部の設置時などに、予めシミュレーションした実測値により設定される。
【００３６】
ここで、送信波２１の送出区分は、図８に示すように、送信波２１の送出範囲を所定の空間ごとに区分した領域からなる。本例では、送信波２１の送出範囲を送出区分「１」〜「２５」に区分した場合を示している。これにより、重み制御部５２は、ビーム制御部４５からの重み制御信号から振幅調整量及び位相調整量を認識して、送信波２１を送出することになる。なお、本例では、説明を簡単にするために５×５に送出区分をした場合について図示したが、実際には１００×１００に送出区分をしても良い。
【００３７】
このような無線通信制御装置１では、図７に示したような初期テーブルを参照して各アンテナ素子５３から送出する送信波２１の位相を変更することにより、各送出区分「１」〜「２５」に送信波２１をスキャンさせる。具体的には、アンテナ素子５３−１により送出区分「１」に送信波２１を送信する場合には、ビーム制御部４５により重み制御部５２−１に送出区分「１」に対応した重み係数Ｗ１〜ＷＭを送って、重み制御部５２−１により複素数に対応した位相とする。
【００３８】
また、無線通信制御装置１では、送信波２１の位相を調整して各送出区分に送信波２１を送出する場合のみならず、図９に示すように、アンテナ素子５３−１〜アンテナ素子５３−Ｍの輻射角を基にしてスキャンをしても良い。
【００３９】
各アンテナ素子５３では、図９（ａ）に示すようなＸＹ座標系において、図９（ｂ）に示すＸ軸角度θｘ及び図９（ｃ）に示すＹ軸角度θｙを調整することで、各送出区分に送信波２１を送出するための輻射角を設定する。すなわち、Ｘ軸角度θｘ及びＹ軸角度θｙとが共に９０°である場合には、９０°では各アンテナ素子５３から真下方向に送信波２１を送出する輻射角となる。なお、本実施例は、０°〜１８０°と角度を割り当てたが、真下を０°として、±９０°と割り当てても良い。
【００４０】
このようにアンテナ素子５３の輻射角を変更してスキャンをするときの送出区分を図１０に示す。この図１０によれば、Ｘ軸方向での送出区分を１〜ｍとし、Ｙ軸方向での送出区分を１〜ｎとする。そして、無線通信制御装置１では、Ｘ軸方向での送出区分１〜ｍとＹ軸方向の送出区分１〜ｎの組合せに対応した重み係数Ｗ１〜Ｗｋを設定する。
【００４１】
例えばＸ軸での送出区分ｍ及びＹ軸での送出区分ｎの場合（ＸＹ［ｍ］［ｎ］）、図１１に示すように、各重み係数Ｗ１〜Ｗ２によって重み制御部５２の振幅量と移相量とを設定する。
【００４２】
このような初期テーブルを設定し、送信波２１をスキャンする場合は、Ｘ軸方向の送出区分又はＹ軸方向の送出区分の何れかを固定し、他方向の送出区分をインクリメントしながら振幅量と移相量を設定するようにビーム制御部４５から重み制御信号を各重み制御部５２に送る。また、送信波２１をスキャンする場合には、各送出区分ごとに重み係数Ｗを順次変更して、返信波２２が得られた重み係数Ｗを次の通信時に使用する。
【００４３】
このように送信波２１をスキャンする無線通信制御装置１によれば、例えばオフィス等の室内をスキャンする場合、そのイメージを図１２に示すように、天井部分６１にアンテナ素子５３を配置して、壁部分６２及び床部分６３を送出区分として区分することで、床や壁にも送信波２１を送出する。これにより、図１２に示すスキャン方向６４にて送信波２１をスキャンすることができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態におけるスキャンとは、図１２や図８に示したように各送出区分に連続して送信波２１をスキャンさせる場合のみならず、各送出区分に離散的に送信波２１を順次送出してスキャンする場合を含むのは勿論である。
【００４５】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る無線通信システムによれば、送信波２１を送出する範囲を複数の送出区分に区分し、各送出区分ごとに送信波２１の振幅量及び移相量を調整する初期テーブルを参照して送信波２１を送出するようにしたので、各トランスポンダ部に効率的に電力供給をすると共に、各トランスポンダ部からの返信波２２を受信するに際してのアンテナゲインを確保することができる。すなわち、この無線通信システムによれば、例えば室内に設置されたトランスポンダ部に送信波２１を送信して電力供給及び通信をするときに、予め各送出区分の方向及びアンテナ素子５３からの距離に応じて各送出区分の重み係数を設定しておくことにより、確実な電力供給及び通信を実現することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る無線通信システムについて説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４７】
第２実施形態における無線通信制御装置１は、図１３に示すように、電力制御部７１及びコマンド送信部７２、並びにＩＤ管理部７３を有する点で第１実施形態における無線通信制御装置１とは異なる。この無線通信制御装置１では、電力制御部７１により電力増幅部４４での電力増幅量を調整して、コマンド送信部７２により作成したＩＤ応答コマンドを切替部４２に送る。これにより、無線通信制御装置１では、電力供給する電力増幅量を電力増幅部４４により調整して無線タグ２に送信波２１を送る。
【００４８】
そして、この無線通信制御装置１では、ＩＤ応答コマンドに対するタグ情報の返信波２２を受信した場合には、復調部４８にて復調されたタグ情報がＩＤ管理部７３に送られる。これに応じて、ＩＤ管理部７３では、入力したタグ情報をＩＤ番号とし、このＩＤ番号と重み係数とを対応づけた重みテーブルを作成して、重みデータベース部４６に登録する。
【００４９】
このような無線通信制御装置１に対し、トランスポンダ部は、その機能的な構成を図１４に示すように、アンテナ素子８１ａにて送信波２１を受信すると、その送信波２１をアンテナ部８１及び切替部８２を介して整流部８３及び受信部８４に送る。受信部８４では、ＩＤ応答コマンドをコマンド受信部８５に送り、コマンド受信部８５では、ＩＤ応答コマンドを受けたことに応じて、タグ情報を送信するように送信部８６を制御する。そして、送信部８６では、ＩＤ生成部８７にて生成したＩＤ番号をタグ情報として切替部８２に送る。これにより、アンテナ部８１及びアンテナ素子８１ａを介してＩＤ番号を返信波２２として送出することになる。
【００５０】
また、このトランスポンダ部では、電力を蓄電部８８に蓄積するために、アンテナ部８１にて受信した送信波２１を電気信号に変換して、切替部８２により電気信号を整流部８３に送る。そして、整流部８３では、電気信号を整流することで直流電力にして蓄電部８８に蓄積する。これにより、蓄電部８８では、トランスポンダ部が動作するための電力を各部に供給可能とする。
【００５１】
このような処理をする無線通信制御装置１では、例えば図１５（ｂ）に示すように時間的に振幅値が変化するＩＤ応答コマンドをコマンド送信部７２にて生成する。このとき、コマンド送信部７２では、図１５（ｃ）に示すコマンドビットとする場合、図１５（ｂ）のコマンド波形に合わせたＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）変調をする。これにより図１５（ａ）に示すような電力供給期間のコマンドを送信することができる。そして、このような送信波２１をトランスポンダ部にて受信すると、整流部８３により交流成分を整流することで直流電力にする。
【００５２】
また、コマンドビットが「０」である場合にも電力供給をする場合には、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）に示すように、電力制御部７１及び電力増幅部４４より、図１６（ａ）に示すように、送信波２１を送出する区間における電力供給量を調整する。これにより、トランスポンダ部にて必要な電力を調整することができる。
【００５３】
なお、コマンド送信部７２にてＡＳＫ変調して電力供給する場合のみならず、ＦＳＫ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）変調やＰＳＫ（ｐｈａｓｅ　ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）変調をしても良く、電力供給量を減らさなくてもコマンドを送信することができる。
【００５４】
このような無線通信制御装置１及びトランスポンダ部を備えた無線通信システムでは、図１７に示すように、アンテナ素子５３から送出する送信波２１の輻射角において、Ｘ軸方向におけるスキャン可能範囲の最小値Ｘ１及び最大値Ｘ２、Ｙ軸方向におけるスキャン可能範囲の最小値Ｙ１及び最大値Ｙ２を設定する。そして、この無線通信システムでは、図１８に示すフローチャートの処理を実行することにより、送信波２１のスキャンをする。
【００５５】
無線通信システムは、先ず、ステップＳ１において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において各アンテナ素子５３のスキャン方向の初期値を設定するために、ビーム制御部４５により、ループ初期値としてＹ軸スキャン位置ｉＹをＹ軸方向の最小値Ｙ１にすると共に、Ｘ軸スキャン位置ｉＸをＸ軸方向の最小値Ｘ１にして、ステップＳ２に処理を進める。なお、ｉＹは処理対象となるＹ軸方向のスキャン位置であり、ｉＸは処理対象となるＸ軸方向のスキャン位置である。
【００５６】
ステップＳ２においては、ビーム制御部４５により、重みデータベース部４６に格納された図１１に示すような初期テーブルを参照して、Ｘ軸スキャン位置ｉＸ及びＹ軸スキャン位置ｉＹに対応した重み係数Ｗｎを読み出して、ステップＳ３に処理を進める。
【００５７】
ステップＳ３においては、ビーム制御部４５によりステップＳ２にて読み出した重み係数Ｗｎを示す重み制御信号を各重み制御部５２に送り、重み制御部５２により各アンテナ素子５３から送信波２１を送出する。なお、本例では、トランスポンダ部が無線タグシステムにて使用される無線タグ２である場合について説明し、この場合には各無線タグ２のタグ情報を返信波２２として返信するＩＤ応答コマンドである送信波２１を送出するように合波・分波部５１により制御している。
【００５８】
次のステップＳ４においては、ビーム制御部４５により、ステップＳ３にて送信波２１を送出させた時刻から予め設定した規定時間の期間、返信波２２の待機状態になり、規定時間が経過したと判定した後にステップＳ５に処理を進める。
【００５９】
ステップＳ５においては、ビーム制御部４５により、ステップＳ４にて規定時間待機状態にした期間にステップＳ３にて送出した送信波２１に対する返信波２２を受信したか否かを判定することにより、ＩＤ応答コマンドに対するタグ情報の応答があったか否かを判定する。ＩＤ応答コマンドに対するタグ情報の応答があったと判定した場合にはステップＳ６に処理を進め、ＩＤ応答コマンドに対するタグ情報の応答がなかったと判定した場合にはステップＳ７に処理を進める。
【００６０】
ステップＳ６においては、ＩＤ応答コマンドに対するタグ情報の応答があったことにより、ステップＳ１又は後述のステップＳ８及びステップＳ１０にて設定した送出区分に無線タグ２が存在すると判定する。そして、ビーム制御部４５では、図１９に示すように、無線タグ２のタグ情報（ＩＤ番号）と、重み係数Ｗｎとを対応づけた重みテーブルを作成して、ステップＳ７に処理を進める。一方、ステップＳ５にてＩＤ応答コマンドに対するタグ情報の応答がなかったと判定した場合にはステップＳ１又は後述のステップＳ８及びステップＳ１０にて設定した送出区分に無線タグ２が存在しないと判定する。
【００６１】
ステップＳ７においては、ビーム制御部４５により、上述のステップＳ２〜ステップＳ６にて処理対象となっていたＸ軸方向の送出区分がＸ軸方向の最大値Ｘ２であるか否かを判定することにより、Ｘ軸方向のスキャンが終了したか否かを判定する。
【００６２】
Ｘ軸方向のスキャンが終了していないと判定した場合にはステップＳ８に処理を進め、Ｘ軸方向のスキャン位置をインクリメントしてステップＳ２に処理を戻す。一方、Ｘ軸方向のスキャンが終了したと判定した場合にはステップＳ９に処理を進め、ステップＳ７と同様にＹ軸方向のスキャンが終了したか否かを判定する。
【００６３】
ステップＳ９においてＹ軸方向のスキャンが終了していないと判定した場合にはステップＳ１０に処理を進め、Ｙ軸方向のスキャン位置をインクリメントしてステップＳ２に処理を戻す。一方、ステップＳ９においてＹ軸方向のスキャンが終了したと判定した場合には処理を終了することになる。
【００６４】
また、この無線通信制御装置１では、任意のトランスポンダ部にアクセスする場合に、図１９の重みテーブルを検索し、送信波２１を送信するトランスポンダ部が存在する場合は、重みテーブルからＩＤ番号に対応した重み係数を読み込んで、アンテナ部４１を制御することにより、直接トランスポシダ部にアクセスする。また、トランスポンダ部が移動する場合には、通常時、スキャンによってトランスポンダ部を自動検出しておけば良い。このとき、ビーム制御部４５では、ＩＤ番号に対応させて、トランスポンダ部が存在する送出区分及び重み係数を対応させた重みテーブルを作成して重みデータベース部４６に登録しておく。
【００６５】
［無線通信制御装置の他の実施形態］
つぎに、無線通信制御装置１の他の例について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００６６】
この無線通信制御装置１は、図２０に示すように、電力制御部７１により、電力増幅部４４を制御することで送信波２１の出力電力を調整し、トランスポンダ部に供給する電力供給量を調整する。
【００６７】
このように電力制御部７１により送信波２１の電力を制御するようにしたので、例えば人や動物等の生体に対して、電磁波による影響を少なくすることができる。また、この無線通信制御装置１によれば、他の無線システムの電磁波とで干渉を発生させる可能性を低減することができる。
【００６８】
また、他の無線通信制御装置１は、図２１に示すように、生体を検出するための赤外線センサ部９１と検出部９２とを備えた構成にする。
【００６９】
赤外線センサ部９１は、送信波２１のスキャン範囲の全体を検出可能なものを使用する。この赤外線センサ部９１は、出射した赤外線に対して入射した赤外線を検出部９２に送る。そして、検出部９２では、入射した赤外線からスキャン範囲に人や動物等の生体が存在すると判定した場合には、電力増幅部４４により電力増幅量を制御する。ここで、検出部９２は、例えば人や動物等に向かって送信波２１が放射されないように電力増幅部４４での電力増幅量を抑制する制御、送信波２１の送出を停止する制御をする。
【００７０】
また、この無線通信制御装置１では、入射した赤外線から人や動物等の存在位置を認識し、送信波２１の送出区分ごとに送信波２１の電力量の制御をしても良い。
【００７１】
このような無線通信制御装置１では、図２０に示した無線通信制御装置１と同様に、例えば人や動物等の生体に対して、電磁波による影響を確実に少なくすることができる。
【００７２】
［トランスポンダ部の他の実施形態］
つぎに、トランスポンダ部の他の例について説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００７３】
トランスポンダ部は、図２２に示すように、アンテナ素子８１ａとしてフィルムアンテナ１０１を用い、例えば窓ガラス１０２に接着した状態にする。フィルムアンテナ１０１は、複数の各アンテナ素子からなり、各アンテナ素子の位相が合うように接続されてなる。また、このトランスポンダ部では、センサ部１０３をも窓ガラス１０２に取り付けている。
【００７４】
このようなトランスポンダ部によれば、フィルムアンテナ１０１を窓や壁や天井等の平面な部位に配置することができ、電力供給能力を向上することができ、通信距離を遠距離化することが可能である。また、このトランスポンダ部によれば、複数のアンテナ素子を組み合わせたフィルムアンテナ１０１を使用することにより、高電力を得ることが可能で遠距離化が可能である。
【００７５】
また、他のトランスポンダ部は、図２３に示すように、所定のセルとなる各アンテナ素子８１ａ−１〜８１ａ−Ｎごとに整流部８３−１〜８３−Ｎを設け、各アンテナ素子８１ａ−１〜アンテナ素子８１ａ−Ｎによって送信波２１を受信すると、送信波２１を電気信号に変換して整流部８３−１〜８３−Ｎに送る。そして、整流部８３−１〜８３−Ｎでは、それぞれにて電気信号を整流して、直流電力に変換して蓄電部８８と接続した接続線に導く。これにより、各アンテナ素子８１ａにて受信した送信波２１による電力を蓄電部８８に蓄積する。
【００７６】
各アンテナ素子８１ａは、その具体的な構成を図２４に示すように、アンテナ素子８１ａとしてセルアンテナを用い、このセルアンテナと整流部８３とを接続し、複数の整流部８３を接続線と接続して、蓄電部８８に電力供給する。ここで、セルアンテナ、整流部８３及び接続線の組み合わせを複数設けて、蓄電部８８と接続させることにより、フィルムアンテナ１０１のようなアンテナ部８１を使用した場合に対応することができる。
【００７７】
このようなトランスポンダ部によれば、複数のアンテナ素子８１ａを有する場合であっても、各アンテナ素子８１ａにて受信した送信波２１について位相調整をする必要がなく、また、伝送線路での電力のロスを低減することができる。
【００７８】
更に他のトランスポンダ部は、図２５に示すように、アンテナ部８１に誘電体レンズ１１１を用いて、無線通信制御装置１からの送信波２１をアンテナ素子８１ａに集積して、センサ部３２に導く。このようなトランスポンダ部では、誘電体レンズ１１１によりアンテナ素子８１ａに送信波２１を集積することができるので、センサ部３２に供給する電力密度を向上させることができる。したがって、このトランスポンダ部によれば、無線通信制御装置１との距離を長くしても確実にトランスポンダ部を受信することができる。
【００７９】
更に他のトランスポンダ部は、図２６に示すように、センサ部３２からのセンサ信号を変調して送信部８６に送る変調部１２１を備える。このトランスポンダ部では、センサ部３２からの物理量を、変調部１２１にて変調し、送信部８６にて送信される。無線通信制御装置１からの送信波２１が届かない位置にセンサ部３２が設置されている場合であっても、物理量を示す返信波２２を無線通信制御装置１に送ることができる。
【００８０】
［無線通信システムの他の構成］
本発明を適用した他の無線通信システムについて説明する。この無線通信システムでは、図２７に示すように、無線通信制御装置１とトランスポンダ部との間に反射部１３１を設けたものである。
【００８１】
反射部１３１としては、送信波２１を反射可能なものを使用する。このような無線通信システムでは、無線通信制御装置１及びトランスポンダ部の位置関係から無線通信制御装置１からの送信波２１がトランスポンダ部に直接送出不能な場合であっても、送信波２１を反射部１３１により反射させてトランスポンダ部にて受信させる。なお、反射部１３１は、平面形状やパラボラ等の凹面形であっても良い。
【００８２】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明に係る無線通信制御装置及び無線通信制御プログラム、無線通信システムによれば、無線通信装置が存在する空間を区分し、区分した各空間の位置と電磁波の位相及び振幅値とを予め登録した初期テーブルを参照し、各空間の何れかに存在する無線通信装置に応答コマンドを送出して当該応答コマンドに対する返信波を受信すると共に、無線通信装置に電力供給をするので、無線通信装置からの返信波を受信するに際してのアンテナゲインを確保することができ、伝送距離を長くしても確実に無線通信を実現することができる。
【００８４】
また、無線タグシステム及び無線センサシステムの、タグ及びセンサ側がどの位置にあるかを特定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した無線タグシステムの構成を示す概念図である。
【図２】本発明を適用した無線センサシステムの構成を示す概念図である。
【図３】無線タグシステムにおけるトランスポンダ部の構成の一例を示す図である。
【図４】無線センサシステムにおけるトランスポンダ部の構成の一例を示す図である。
【図５】本発明を適用した無線通信制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図６】アンテナ部の構成を示すブロック図である。
【図７】無線通信制御装置に記憶しているテーブルについて説明するための図である。
【図８】無線通信制御装置の送信波のスキャン範囲における送出区分について説明するための図である。
【図９】アンテナ素子の輻射角を基にしてスキャンをすることを説明するための図である。
【図１０】アンテナ素子の輻射角を変更してスキャンをするときの送出区分のテーブル例を示す図である。
【図１１】送出区分ごとに重み係数によって振幅量と移相量とを設定することを説明するための図である。
【図１２】オフィス等の室内をスキャンする場合の無線通信システムの構成について説明するための図である。
【図１３】本発明を適用した無線通信制御装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１４】本発明を適用した無線通信システムにおけるトランスポンダ部の他の構成を示す図である。
【図１５】無線通信制御装置から送出する送信波のコマンドビット、コマンド波形及び電力供給期間について説明するための図である。
【図１６】無線通信制御装置から送出する送信波のコマンドビット、コマンド波形及び電力供給期間について説明するための図である。
【図１７】Ｘ軸方向におけるスキャン可能範囲の最小値Ｘ１及び最大値Ｘ２、Ｙ軸方向におけるスキャン可能範囲の最小値Ｙ１及び最大値Ｙ２を設定することを説明するための図である。
【図１８】送信波のスキャンをするときの無線通信制御装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】無線タグのタグ情報（ＩＤ番号）と、重み係数Ｗｎとを対応づけて重みデータベースに格納する重みテーブルを示す図である。
【図２０】本発明を適用した無線通信制御装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図２１】本発明を適用した無線通信制御装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図２２】本発明を適用した無線通信システムにおけるトランスポンダ部の他の構成例を示す図である。
【図２３】本発明を適用した無線通信システムにおけるトランスポンダ部の他の構成例を示すブロック図である。
【図２４】本発明を適用した無線通信システムにおけるトランスポンダ部の他の構成例を示すブロック図である。
【図２５】本発明を適用した無線通信システムにおけるトランスポンダ部の他の構成例を示す図である。
【図２６】本発明を適用した無線通信システムにおけるトランスポンダ部の他の構成例を示すブロック図である。
【図２７】本発明を適用した他の無線通信システム構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　無線通信制御装置
２　無線タグ
３　無線センサ
１１　受信アンテナ部
１２　くし形変換器
１３　アルミ電極形成部
１４　送信アンテナ部
２１　送信波
２２　返信波
３１　センサ用くし形変換器
３２　センサ部
４１　アンテナ部
４２　切替部
４３　キャリア発生部
４４　電力増幅部
４５　ビーム制御部
４６　重みデータベース部
４７　受信部
４８　復調部
５１　合波・分波部
５２　重み制御部
５３　アンテナ素子
６１　天井部分
６２　壁部分
６３　床部分
６４　スキャン方向
７１　電力制御部
７２　コマンド送信部
７３　ＩＤ管理部
８１　アンテナ部
８２　切替部
８３　整流部
８４　受信部
８５　コマンド受信部
８６　送信部
９１　赤外線センサ部
９２　検出部
１０１　フィルムアンテナ
１０２　窓ガラス
１０３　センサ部
１１１　誘電体レンズ
１２１　変調部
１３１　反射部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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