(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した受信信号を同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とにより復調する復調装置であって、
受信信号の位相を９０度の位相にシフトする位相シフト手段と、
前記受信信号と９０度シフトされた位相の受信信号とをそれぞれ復調して第１復調信号と第２復調信号とを取得する復調手段と、
前記第１復調信号と前記第２復調信号とを合成して合成信号を取得する合成手段とを備え、
前記合成手段を、前記第１復調信号の位相と前記第２復調信号の位相とを加算して２で除算する構成にした
復調装置。
【請求項２】
受信した受信信号を同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とにより復調する復調装置であって、
受信信号の位相を９０度の位相にシフトする位相シフト手段と、
前記受信信号と９０度シフトされた位相の受信信号とをそれぞれ復調して第１復調信号と第２復調信号とを取得する復調手段と、
前記第１復調信号と前記第２復調信号とを合成して合成信号を取得する合成手段とを備え、
前記合成手段を、前記第１復調信号におけるＩ成分をＱ成分で除算した第１演算信号と、第２復調信号におけるＩ成分をＱ成分で除算した第２演算信号とを用いて、前記第１演算信号を前記第２演算信号で除算し−１を乗算して得た値の平方根を求める構成にした
復調装置。
【請求項３】
請求項１または２の何れか１つに記載の復調装置と、
応答要求信号を送信する信号送信手段と、
該応答要求信号に応答した非接触ＩＣタグの応答信号を受信してこの受信信号による前記合成信号の位相に基づいて前記非接触ＩＣタグまでの距離を推定する距離推定手段とを備えた
距離測定装置。
【請求項４】
請求項１または２の何れか１つに記載の復調装置と、
前記位相シフト手段でシフトした位相の角度の半分だけ前記合成信号の位相を０度の位相側へシフトして復元信号とする復元手段と、
該復元信号を多値デジタル復調してデータ化するデータ化手段とを備えた
データ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、Ｉ信号とＱ信号とによる復調により信号の位相を取得するような復調装置、距離測定装置、およびデータ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波や光などの電磁波を同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とにより復調し、復調後の振幅から位相を求める技術が提供されている。このように位相を求めることで、位相差を利用した距離測定や、位相の多値デジタル変換を利用したデータ通信等を行うことができる。
【０００３】
ここで、復調にＩ信号とＱ信号とを利用する場合、Ｉ信号とＱ信号との利得差が生じてしまう。このため、上記利得差に対して何らかの手当てをしないと正確な位相が求められないという問題がある。正確な位相が求められなければ、例えば、距離測定で測定誤差が大きくなり、また、データ通信で一度に通信できるデータ量が少なくなる。このため、Ｉ信号とＱ信号との利得差をなくすことが好ましかった。
【０００４】
一方、Ｉ信号とＱ信号との利得差による誤差を補正できるものとして、実データを座標毎にグループ化し、それぞれで楕円方程式の振幅と中心座標のパラメータを推定し、このパラメータに基づいて誤差の補正を自動的に行う移動通信端末機が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このような方法では、アルゴリズムが複雑になり、また温度変化や経時変化に対してパラメータの推定精度が低下する問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２７０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上述の問題に鑑み、Ｉ信号とＱ信号との利得差による精度低下を防止できる復調装置、距離測定装置、およびデータ受信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】
この発明は、受信した受信信号を同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とにより復調する復調装置であって、受信信号の位相を９０度の位相にシフトする位相シフト手段と、前記受信信号と９０度シフトされた位相の受信信号とをそれぞれ復調して第１復調信号と第２復調信号とを取得する復調手段と、前記第１復調信号と前記第２復調信号とを合成して合成信号を取得する合成手段とを備え、前記合成手段を、前記第１復調信号の位相と前記第２復調信号の位相とを加算して２で除算する構成にすることができる。
【０００９】
またこの発明は、受信した受信信号を同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とにより復調する復調装置であって、受信信号の位相を９０度の位相にシフトする位相シフト手段と、前記受信信号と９０度シフトされた位相の受信信号とをそれぞれ復調して第１復調信号と第２復調信号とを取得する復調手段と、前記第１復調信号と前記第２復調信号とを合成して合成信号を取得する合成手段とを備え、前記合成手段を、前記第１復調信号におけるＩ成分をＱ成分で除算した第１演算信号と、第２復調信号におけるＩ成分をＱ成分で除算した第２演算信号とを用いて、前記第１演算信号を前記第２演算信号で除算し−１を乗算して得た値の平方根を求める構成にすることができる。
【００１０】
またこの発明は、前記復調装置と、応答要求信号を送信する信号送信手段と、該応答要求信号に応答した非接触ＩＣタグの応答信号を受信してこの受信信号による前記合成信号の位相に基づいて前記非接触ＩＣタグまでの距離を位相差により推定する距離推定手段とを備えた距離測定装置とすることができる。
【００１１】
またこの発明は、前記復調装置と、前記位相シフト手段でシフトした位相の角度の半分だけ前記合成信号の位相を０度の位相側へシフトして復元信号とする復元手段と、該復元信号を多値デジタル復調してデータ化するデータ化手段とを備えたデータ受信装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明により、Ｉ信号とＱ信号との利得差による精度低下を防止できる復調装置、距離測定装置、およびデータ受信装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。  
図１は、距離測定装置１のブロック図を示す。  
距離測定装置１は、ＰＬＬ部３、発振器４、変調部５、電力増幅部６、送信アンテナ７、コントローラ部９、復調ユニット１０、受信アンテナ１１、距離推定部１２、および増幅器１３，１４で構成されている。
【００１４】
復調ユニット１０は、１つのＩＣチップとしてユニット化されており、位相シフト部２１、位相切替部２２、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）２３、および直交復調器２４，２５で構成されている。そして、位相シフト部２１の前段に基準信号入力端子１０ａが設けられ、位相切替部２２の前段に受信信号入力端子１０ｂが設けられ、直交復調器２４の後段にＩ信号出力端子１０ｄが設けられ、直交復調器２５の後段にＱ信号出力端子１０ｅが設けられている。また、位相切替部２２の前段には、切り替え制御用の制御信号を入力させる制御信号入力端子１０ｃが設けられている。
【００１５】
各構成について説明すると、コントローラ部９が通信制御も含めた各種制御を実行し、ＰＬＬ部３は発振する周波数の切り替えを行い、この切り替えられた周波数の基準信号を発振器４が変調部５、位相シフト部２１、および直交復調器２４，２５に入力する。
【００１６】
変調部５は、コントローラ部９から送信データを受け取り、この送信データを基準信号で変調して送信信号を作成し、この送信信号を電力増幅部６に入力する。  
電力増幅部６は、受け取った送信信号を増幅して送信アンテナ７に送り、この送信アンテナ７が送信信号を送信する。
【００１７】
受信アンテナ１１は、距離測定の対象物である非接触ＩＣタグが前記送信信号に応答した応答信号を受信信号として受信し、位相切替部２２に受信信号を入力する。  
位相切替部２２は、距離推定部１２の制御に従って、受信信号にディレイをかけて位相を９０°遅らす処理を行う。従って、前記受信信号をＢＰＦ２３に入力するに際して、そのままの位相である０°の位相で入力し、また、受信信号にディレイをかけて位相を９０°遅らせた９０°の位相で入力する。
【００１８】
ＢＰＦ２３は、入力された０°や９０°の位相の受信信号から不要帯域のノイズ成分を除去し、直交復調器２４，２５に入力する。
【００１９】
直交復調器２４は、発振器４から受け取った基準信号と、ＢＰＦ２３から受け取った受信信号とのＩ成分（同相成分：Ｉｎｐｈａｓｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の位相差を周波数変換して増幅器１３に入力する。
【００２０】
直交復調器２５は、位相シフト部２１を介して発振器４から受け取った９０°位相シフトされた基準信号と、ＢＰＦ２３から受け取った受信信号とのＱ成分（直交成分：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の位相差を周波数変換して増幅器１４に入力する。
【００２１】
位相シフト部２１は、発振器４から受けとった基準信号の位相を常に９０°シフトして直交復調器２５に入力する。
【００２２】
増幅器１３，１４は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）や高域通過フィルタ（ＨＰＦ：  Ｈｉｇｈ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）等のフィルタで構成されており、直交復調器２４，２５からそれぞれ入力されたＩ信号およびＱ信号を増幅して距離推定部１２に入力する。
【００２３】
距離推定部１２は、受信したＩ信号とＱ信号から位相を算出して比較し、距離を推定する。この距離の推定に際して、利得差αを低減する第１の方法として、０°の受信信号と、位相切替部２２でシフトされた９０°の受信信号とを加算して２で除算した平均信号を作成することでノイズを除去する処理も実行する。  
なお、上記第１の方法の代わりに、利得差αを消去する第２の方法として、０°の受信信号におけるＩ成分をＱ成分で除算した第１演算信号と、位相切替部２２でシフトされた９０°の受信信号におけるＩ成分をＱ成分で除算した第２演算信号とを用いて、前記第１演算信号を前記第２演算信号で除算し−１を乗算して得た値の平方根を求めることでノイズを除去する処理を実行する構成にしてもよい。
【００２４】
図２は、受信信号の位相と９０°位相シフトした信号の位相と平均位相との関係を示す説明図であり、図３は、Ｑ信号が大きい場合に平均位相を取ることでＩ信号とＱ信号との利得差による影響を防止することを説明する説明図である。
【００２５】
図２に示すように、受信アンテナ１１（図１参照）で受信した位相０°の受信信号の初期位相Ａ１が第１象限Ｅ１に位置していたとすると、位相切替部２２（図１参照）によって受信信号の位相を９０°シフトしたシフト信号のシフト位相Ｂ１は第２象限Ｅ２に位置する。初期位相Ａ１とシフト位相Ｂ１とを加算して２で除算することにより平均を取った平均位相Ｃ１は、初期位相Ａ１とシフト位相Ｂ１の中間に位置する。
【００２６】
図３に示すように、例えば、Ｑ信号がＩ信号より大きい場合を考えると、本来であれば、初期位相Ａ１となるべきものがＩ信号とＱ信号との利得差によって＋側に変化して初期位相Ａ２となる。一方、初期位相Ａ２の位相を９０°シフトしたシフト位相Ｂ２は、初期位相Ａ２とは逆の象限である第２象限Ｅ２に位置しているため、本来のシフト位相Ｂ１より−側に変化している。そうすると、初期位相Ａ２とシフト位相Ｂ２とを加算して２で除算した平均位相Ｃ２は、＋側の変化と−側の変化が相殺されて本来の平均位相Ｃ１とほぼ同一となり、Ｉ信号とＱ信号の利得差による影響を回避できる。
【００２７】
このように平均位相Ｃ２が平均位相Ｃ１とほぼ同一となってＩ信号とＱ信号の利得差をキャンセルできることについて説明する。  
まず、利得差αの影響を低減できる第１の方法について、以下に数式１から５を用いて説明する。
【００２８】
前記初期位相Ａ１の位相をφ0deg、前記初期位相Ａ２の位相をφ’0deg、前記シフト位相Ｂ１の位相をφ90deg、前記シフト位相Ｂ２の位相をφ’90degとすると、次に示す数式１〜４で求められる。
【００２９】
【数１】
0004821379.tif 000002
【００３０】
【数２】
0004821379.tif 000003
【００３１】
【数３】
0004821379.tif 000004
【００３２】
【数４】
0004821379.tif 000005
そうすると、平均位相Ｃ２の位相φAVEは、次に示す数式５で求められる。
【００３３】
【数５】
0004821379.tif 000006
【００３４】
次に、Ｉ信号とＱ信号の利得差であるαの影響を消去できる第２の方法を、以下に数式６から１１を用いて説明する。
まず、Ｑ／ＩをＩ信号系統とＱ信号系統に利得差がない場合のＩとＱの比の真値とすると、この比であるＲは、次の数式６に示すように定義できる。
【００３５】
【数６】
0004821379.tif 000007
Ｉ信号系統の利得に対するＱ信号系統の利得の割合をα（未知数）とし、位相切替部２２において受信信号に対する位相シフト量が０°である場合のＱ信号とＩ信号の振幅比の観測値をＲ0degとすると、次の数式７が得られる。
【００３６】
【数７】
0004821379.tif 000008
また、位相切替部２２において受信信号に対する位相シフト量が９０°である場合のＱ信号とＩ信号の振幅比の観測値をＲ90degとすると、次の数式８が得られる。
【００３７】
【数８】
0004821379.tif 000009
これらの数式に基づいて、Ｒ0deg，Ｒ90degからＲを得る式にαを含まない式が次のように求められる。  
まず、上述の数式７と数式８の両辺をそれぞれ割り算すると、次の数式９が得られる。
【００３８】
【数９】
0004821379.tif 000010
したがって、真の値であるＲは、次の数式１０で求められる。
【００３９】
【数１０】
0004821379.tif 000011
そうすると、真の位相であるθは次の数式１１で求められる。
【００４０】
【数１１】
0004821379.tif 000012
この方式でθを求めることで、Ｉ信号系統の利得に対するＱ信号系統の利得の割合の影響を受けず、位相が高精度に求められることになる。従って、距離測定装置１によってθをもとに算出される距離の精度が向上する。また、θに関する誤差が無くなるので、多値位相変調方式のデータ受信装置に応用した場合に、多値位相変調方式における信号点配置を位相平面上で高密度にすることができ、データ通信速度を向上させることができる。
【００４１】
図４は距離測定装置１の距離測定動作のフローチャートを示し、図５は非接触ＩＣタグ３０までの距離を測定する際の信号の流れを示すイメージ図であり、図６は信号を復調する際のイメージ図を示す。
【００４２】
距離測定装置１のコントローラ部９は、リーダライタ（Ｒ／Ｗ）として機能する距離測定装置１から非接触ＩＣタグ３０に対して応答を要求するＲ／Ｗ要求信号３３（図５参照）を出力する（ステップＳ１）。このとき、Ｒ／Ｗ要求信号３３の周波数ｆを第１周波数ｆ１（図６参照）に固定して送信する。
【００４３】
コントローラ部９は、第１周波数ｆ１にて非接触ＩＣタグ３０にＣＷ（コンティニュアスウェイブ）を送信する（ステップＳ２）。このＣＷは、信号の載ってない連続したサイン波である。このとき、このＣＷを受けた非接触ＩＣタグ３０は、第１周波数ｆ１でタグ応答信号３５を送信する。
【００４４】
距離測定装置１は、第１周波数ｆ１での非接触ＩＣタグ３０の応答信号を受信アンテナ１１で受信する(ステップＳ３)。そして、この第１周波数ｆ１での受信信号を第１周波数ｆ１での基準信号４１（図５参照）により復調し、データを取り込む（ステップＳ４）。
【００４５】
距離測定装置１は、距離推定部１２の制御によって位相切替部２２を０°から９０°に切り替え、切り替え後の第１周波数ｆ１’（図６参照）の受信信号を復調し、データを取り込む（ステップＳ５）。このとき、非接触ＩＣタグ３０が第１周波数ｆ１で信号送信を行うワンフレームの処理内で、距離測定装置１の位相切替部２２が位相の切り替えを行う。つまり、非接触ＩＣタグ３０から見て１つの信号を送信している間に、距離測定装置１は０°の位相でのデータ取り込みと９０°の位相でのデータ取り込みの２通りのデータ取り込みを行う。
【００４６】
距離測定装置１は、予め定められた一定時間が経過するまで待機し（ステップＳ６：ＮＯ）、一定時間が経過すると（ステップＳ６：ＹＥＳ）、全周波数について終了したか確認する（ステップＳ７）。
【００４７】
全周波数（本実施の形態では、第１周波数ｆ１から第３周波数ｆ３までの３つの周波数）について終了してなかった場合（ステップＳ７：ＮＯ）、周波数ｆを次の周波数（例えば、第２周波数ｆ２）に切り替え、ステップＳ１に処理を戻す。
【００４８】
全周波数について終了していた場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、距離推定部１２は、各周波数のＩ信号とＱ信号のデータより位相を算出する（ステップＳ９）。このとき、各周波数ｆについて、０°の位相で取得した周波数ｆを復調したデータと、９０°の位相で取得した周波数ｆ’を復調したデータを加算して２で除算した平均位相のデータをそれぞれ算出する。
【００４９】
そして、距離推定部１２は、求めた平均位相から距離を計算し（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【００５０】
以上の構成および動作により、Ｉ信号とＱ信号の利得差による影響を殆ど受けることのない距離測定を実現できる。従って、高精度の距離測定を実現することができる。
【００５１】
具体的には、従来であれば、図７（Ａ）に示すように、上下３°程度の位相誤差が出ていたため、数十ｃｍ以上（最大８０ｃｍ）程度の誤差が出ていたが、上述の距離測定装置１により、図７（Ｂ）に示すように、上下０．０４°程度の位相誤差となり、測定距離の誤差を数ｃｍ程度にまで激減させることができる。特に、従来最も誤差が大きかった±４５°、±１３５°の位相で誤差を最小にすることができる。
【００５２】
また、この距離測定装置１は、Ｉ信号とＱ信号との利得差を事前に測定する必要がなく、綿密な事前調査等を行うことなく容易に使用することができる。
【００５３】
また、９０°位相をシフトすることでＩ信号とＱ信号との利得差をその都度適切にキャンセルでき、温度変化や経時変化等による影響を受けることなく常時精度良く復調を行うことができ、常時精度良く距離測定を行える。
【００５４】
なお、上述した距離測定装置１は、図８に示すように、位相切替部２２を発振器４と位相シフト部２１の間に備える構成にしてもよい。この場合でも、上述した実施例と同一の効果を得ることができる。
【００５５】
また、距離推定部１２の代わりに、図９に示すようにデータ復号部２９を備えて受信データ復号装置２８を構成しても良い。この場合、データ復号部２９では、０°の受信信号と、位相切替部２２でシフトされた９０°の受信信号とを加算して２で除算した平均信号を作成し、この平均信号をさらに４５°Ｉ信号側へ戻すことでノイズを除去して信号を復元する処理も実行すると良い。そして、このノイズ除去を行った復元信号に対して多値位相変調方式の多値デジタル復調を実行しデータ化し、このデータを記憶部に一時記憶するとよい。これにより、Ｉ信号とＱ信号との利得差による影響の少ない受信データ復号装置２８を提供することができる。そして、上記利得差による影響が少ないことから、一信号に含まれるビット数の数を増やすことができ、かつビット数を増やしても精度良く復調することができる。従って、多量のデータを一括送信して通信速度を向上させることができる。
【００５６】
また、図８および図９に仮想線で示すように、距離推定部１２や受信データ復号装置２８の後段に表示部２７を備えても良い。この場合、利得差αをもとに距離測定装置１や受信データ復号装置２８の回路内部に発生したゲインのアンバランスを自己診断することができ、この自己診断の結果を表示部２７に表示することができる。
【００５７】
詳述すると、上述した数式７と数式８の両辺をそれぞれ掛け算して得られる方程式を解くと、未知数であるαが次のように求められる。
【００５８】
【数１２】
0004821379.tif 000013
このαの値を、本方式を用いた距離測定装置１または受信データ復号装置２８が検出できるので、これらの装置が内部回路に発生したゲインのアンバランスを自己診断することが可能となる。
【００５９】
また、距離測定装置１は、０°と９０°の受信信号の平均を取った平均信号のレベルが小さい場合に、図１０に示すように距離推定部１２で平均信号Ｋの位相をシフト信号Ｌとなるよう４５°シフトする構成にしてもよい。ここで、平均信号のレベルが小さい場合とは、整数を「ｎ」とすると平均信号の位相が「±ｎπ／２」の範囲に入る場合とすることができる。これにより、Ｉ信号およびＱ信号のレベルが大きくなり、量子化誤差やＳ／Ｎ比低下の影響を受けることでの位相精度の低下を改善することができる。特に、Ｉ信号とＱ信号との利得差αが１である場合に高い効果を得ることができる。
【００６０】
また、非接触ＩＣタグ３０が送信するワンフレームの信号で、位相が０°と９０°の受信信号を取得したが、これにこだわらず、例えば非接触ＩＣタグ３０が第１周波数ｆ１の信号を二回送信し、距離測定装置１が、一回目は０°の位相で処理し、二回目は位相を９０°シフトして処理する構成にしてもよい。
【００６１】
また、ＢＰＦ２３は、位相切替部２２の後段に設けたが、位相切替部２２の前段に設けても良い。
【００６２】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の復調装置は、実施形態の距離測定装置１および受信データ復号装置２８に対応し、
以下同様に、
信号送信手段は、送信アンテナ７に対応し、
合成手段および距離推定手段は、距離推定部１２に対応し、
位相シフト手段および位相切替手段は、位相切替部２２に対応し、
復調手段は、直交復調器２４，２５に対応し、
データ受信装置は、受信データ復号装置２８に対応し、
復元手段およびデータ化手段は、データ復号部２９に対応し、
応答要求信号は、Ｒ／Ｗ要求信号３３に対応し、
受信信号は、タグ応答信号３５に対応し、
第１位相は、０°の位相に対応し、
第２位相は、９０°の位相に対応し、
第１復調信号は、第１周波数ｆ１を復調して得たデータに対応し、
第２復調信号は、第１周波数ｆ１’を復調して得たデータに対応し、
合成信号は、平均位相のデータに対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】距離測定装置のブロック図。
【図２】位相の関係を示す説明図。
【図３】平均位相の効果を説明する説明図。
【図４】距離測定装置の距離測定動作を示すフローチャート。
【図５】距離を測定する際の信号の流れを示すイメージ図。
【図６】信号をＩ信号とＱ信号とにより復調する際のイメージ図。
【図７】位相誤差の説明図。
【図８】他の構成の距離測定装置のブロック図。
【図９】受信データ復号装置のブロック図。
【図１０】他の実施例の説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１…距離測定装置
７…送信アンテナ
１０…復調ユニット
１０ａ…基準信号入力端子
１０ｂ…受信信号入力端子
１０ｄ…Ｉ信号出力端子
１０ｅ…Ｑ信号出力端子
１２…距離推定部
２２…位相切替部
２４，２５…直交復調器
２８…受信データ復号装置
２９…データ復号部
３０…非接触ＩＣタグ
３３…Ｒ／Ｗ要求信号
３５…タグ応答信号
【図１】
0004821379.tif 000014
【図２】
0004821379.tif 000015
【図３】
0004821379.tif 000016
【図４】
0004821379.tif 000017
【図５】
0004821379.tif 000018
【図６】
0004821379.tif 000019
【図７】
0004821379.tif 000020
【図８】
0004821379.tif 000021
【図９】
0004821379.tif 000022
【図１０】
0004821379.tif 000023