(57)【要約】【課題】  キャリア周波数の変更に対応でき、ボーレートを上げなくても通信時間を短縮させることができる、ＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式を得る。【解決手段】  応答器側の負荷変調方式として、“１”と“０”を表す各データの始めにパルスギャップ信号として負論理パルス信号をＴｇ時間出力し、“１”データの場合にはパルスギャップ信号の後にＨレベル信号をＴ１時間出力し、“０”データの場合にはパルスギャップ信号の後にＨレベル信号をＴ０時間出力するＶＰＭ符号化方式により負荷変調を行う。また、質問器側においては当該負荷変調波を復調してＶＰＭ符号を検出し、各ＶＰＭ符号のパルスギャップ信号の立下がりエッジ又は立上がりエッジをトリガーとしてパルスギャップ信号に続く信号を読み、基準時間とＴ１時間又はＴ０時間を比較することにより“１”データ又は“０”データを検出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおける質問器（１）及び応答器（５）間のデータ伝送を行うＲＦＩＤ通信において、応答器（５）側のアンテナ回路を短絡することにより質問器（１）側にデータ伝送を行う負荷変調方式として、“１”と“０”を表す各データの始めにパルスギャップ信号として負論理パルス信号をＴｇ時間出力し、“１”データの場合にはパルスギャップ信号の後にＨレベル信号をＴ１時間出力し、“０”データの場合にはパルスギャップ信号の後にＨレベル信号をＴ０時間出力するＶＰＭ符号化方式により負荷変調を行い、
また、質問器（１）側においては当該負荷変調波を復調してＶＰＭ符号を検出し、各ＶＰＭ符号のパルスギャップ信号の立下がりエッジ又は立上がりエッジをトリガーとしてパルスギャップ信号に続く信号を読み、基準時間とＴ１時間又はＴ０時間を比較することにより“１”データ又は“０”データを認識し、
基準時間をリモート操作等により変更することにより複数のキャリア周波数に追随してデータ伝送が行えキャリア周波数互換性のあるシステムとして使用できると共にボーレートを上げなくても通信時間を短縮することができる手段を有したことを特徴とした、ＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式。
【請求項２】
Ｔｇ時間はＴ１時間及びＴ０時間に比べ非常に短いものとし、且つＴ１時間はＴ０時間より長いものであり、更に、Ｔｇ，Ｔ１，Ｔ０時間は任意に設定可能とすることを特徴とした、請求項１に記載のＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおいて質問器と称されるリーダ及び応答器と称されるトランスポンダ間のデータ伝送を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）通信において、複数のキャリア周波数に追随してデータ伝送が行えキャリア周波数互換性のあるシステムとして使用できると共にボーレートを上げなくても通信時間を短縮することができる、ＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、個体のＩＤ識別による自動認識は、多くのサービス業，製造業，流通業，販売業及び物流などの分野で広範囲に普及している。該ＩＤ識別の手段として、従来からバーコードシステムが一般的であるが、情報の記憶容量が低いこと及び情報の書き換えができないという欠点を解決するため、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムが注目され、普及しつつある。
【０００３】
上記非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムは、データ伝送を磁界又は電磁界の誘導結合による非接触通信即ちＲＦＩＤ通信にて行い、通信距離が数ｍｍ程度の密着型（国際標準は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６）と、数ｃｍ〜１０ｃｍ程度の近接型（国際標準は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３）と、５０ｃｍ〜１ｍ程度の近傍型（国際標準は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３）がある。また、キャリア周波数は密着型で４．９１５ＭＨｚ、近接型及び近傍型で１３．５６ＭＨｚ等が一般的に使用されている。
【０００４】
図２はＲＦＩＤ通信における通信原理を説明するための構成ブロック図であり、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおける質問器１と応答器５は、マイクロ波より低い周波数では誘導結合によるデータ伝送が行われている。ここで、応答器５は受動素子として質問器１から電力供給を受け、ＲＦＩＤチップ６を動作させている。即ち４．９１５ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚ等のキャリア周波数を使用したＲＦＩＤ通信では、質問器１側のアンテナ４から送信された搬送波を応答器５側のアンテナ８で受信し、磁界又は電磁界９の誘導結合により当該アンテナ８に発生した起電力を整流及び平滑して回路電源とするため、応答器５はバッテリーを持たなくても動作可能となる。該図において、質問器１に接続されたアンテナ４から出力された磁界又は電磁界９が応答器５に接続されたアンテナ８のループを突き抜けると、誘導結合によりアンテナ８に起電力が発生する。この時、質問器１のアンテナ４には同調キャパシタ３が並列接続され、オシレータ２から出力されるキャリア周波数と一致する共振周波数の共振回路を構成している。また、応答器５のアンテナ８には同調キャパシタ７が並列接続され、質問器１から出力されたキャリア周波数に共振するように調整された共振回路を構成し、該条件の下で最大効率のＲＦＩＤ通信及び電力供給が行われる。即ち質問器１と応答器５による誘導結合は、空間を介したトランスを構成すると考えられる。
【０００５】
また、図３はＲＦＩＤ通信において質問器側から送信されるＰＰＭ（Pulse Position Modulation）変調波形例であり、（ａ）は１データ長の搬送波形を示し（ｂ）は１６進コードの“９”を送信する時の１データ長の変調波形を示している。該ＰＰＭ変調では、“０”〜“Ｆ”の１６進データをＬレベル信号の位置で表すため、質問器１から１６進コードの“９”を送信する場合、１データ長を１６個に区切った各データ領域において左から１０番目の“９”に相当するデータ領域を変調してＬレベルにすることにより、応答器５は当該Ｌレベル信号の位置を検出して“９”と識別することができる。該ＰＰＭ変調方式は、質問器１から応答器５にデータ伝送する変調手段として一般的に使用されている。
【０００６】
次に、図４はＲＦＩＤ通信においてマンチェスタ符号により応答器側から搬送波を負荷変調した変調波形例であり、（ａ）は質問器１から通常時即ちデータを送信していない時の搬送波形を示し（ｂ）はマンチェスタ符号による１６進コードの“９”即ち４ビットコードの“１００１”を示し（ｃ）は搬送波を前記マンチェスタ符号の“９”で負荷変調した時の変調波形を示している。該マンチェスタ符号による負荷変調では、“１”はビットの中央で負に反転（立下がり）させ“０”は正に反転（立上がり）させて表すため、１６進コードにおいてＬレベル信号とＨレベル信号の期間は１／２ずつとなる。該マンチェスタ符号による変調方式は、応答器５から質問器１にデータ伝送する際、アンテナ回路を短絡して同調を外すことにより搬送波のレベルを変化させる負荷変調方式として一般的に使用されている。
【非特許文献１】ＲＦＩＤハンドブック，Klaus Finkenzeller著、ソフト工学研究所訳、日刊工業新聞社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように応答器側のアンテナ回路を短絡して同調を外すことにより搬送波のレベルを変化させて質問器側にデータ伝送を行う負荷変調方式において、従来のマンチェスタ符号を始めＮＲＺ符号や単極ＲＺ符号及びミラー符号等の符号化方式は、“１”データと“０”データの信号時間が同じであるため、同期クロック方式又はフレーム同期方式によるデータの復調が容易であるという利点があった。該符号化方式による変調は、伝送路に分布容量を持つと共に外来ノイズが重畳し易い長距離データ通信には有効であるが、ＲＦＩＤ通信のように通信距離が短く分布容量や外来ノイズの影響が少ないデータ通信では必ずしも有効な符号化方式ではないといった問題点があった。また、キャリア周波数は当該システムで予め規定された周波数で運用され、他の異なる周波数のシステムで運用することができないといった問題点もあった。更に、従来の符号化変調方式では、通信時間を短縮させるためには“１”データと“０”データの信号時間の短縮即ちボーレートを上げる必要があったが、ボーレートを上げなくても通信時間を短縮させることができる新たな符号化変調方式が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記問題点及び必要性を解決するために成されたものであり、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおけるＲＦＩＤ通信において、複数のキャリア周波数に追随してデータ伝送が行えキャリア周波数互換性のあるシステムとして使用できると共にボーレートを上げなくても通信時間を短縮することができることにより高速でＲＦＩＤ通信を行うことができる、ＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式においては、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおける質問器及び応答器間のデータ伝送を行うＲＦＩＤ通信において、応答器側のアンテナ回路を短絡することにより質問器側にデータ伝送を行う負荷変調方式として、“１”と“０”を表す各データの始めにパルスギャップ信号として負論理パルス信号をＴｇ時間出力し、“１”データの場合にはパルスギャップ信号の後にＨレベル信号をＴ１時間出力し、“０”データの場合にはパルスギャップ信号の後にＨレベル信号をＴ０時間出力するＶＰＭ（Variable Phase Modulation）符号化方式により負荷変調を行う。また、質問器側においては当該負荷変調波を復調してＶＰＭ符号を検出し、各ＶＰＭ符号のパルスギャップ信号の立下がりエッジ又は立上がりエッジをトリガーとしてパルスギャップ信号に続く信号を読み、基準時間とＴ１時間又はＴ０時間を比較することにより“１”データ又は“０”データを検出する。ここで、Ｔｇ時間はＴ１時間及びＴ０時間に比べ非常に短いものとし、且つＴ１時間はＴ０時間より長いものであり、更に、Ｔｇ，Ｔ１，Ｔ０時間は任意に設定可能とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式によれば、Ｔ１時間又はＴ０時間と比較して“１”データ又は“０”データを検出するための基準時間をキャリア周波数に追随して変更することにより、異なるキャリア周波数のシステムでの運用が可能となるという効果を奏する。また、従来の符号化方式の１ビット長の時間とＶＰＭ符号化方式の“１”データの時間を同一としたボーレートにおいて“０”データの時間が“１”データの時間より短いため、ボーレートを上げなくても通信時間が短縮し、高速でＲＦＩＤ通信を行うことができるという効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。図１は本発明のＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式を実現するためＶＰＭ符号により応答器側から搬送波を負荷変調した変調波形例であり、（ａ）はＶＰＭ符号による１６進コードの“９”即ち４ビットコードの“１００１”を示し（ｂ）は搬送波を前記ＶＰＭ符号の“９”で負荷変調した時の変調波形を示している。該ＶＰＭ符号による負荷変調では、“１”データはパルスギャップ信号としてＴｇ時間の負論理パルス信号の後にＴ１時間のＨレベル信号を出力し“０”データはパルスギャップ信号としてＴｇ時間の負論理パルス信号の後にＴ０時間のＨレベル信号を出力することにより表したＶＰＭ符号により搬送波を負荷変調する。ここで、Ｔｇ時間はＴ１時間及びＴ０時間に比べ非常に短いものとし、且つＴ１時間はＴ０時間より長いものとする。質問器１側では、復調器により当該変調波のエンベロープ検出を行った後、パルスギャップ信号に続く信号時間を検出し、予め規定されている基準時間と当該パルスギャップ信号に続く信号時間を比較し、基準時間より長くＴ１時間と判断すれば“１”データとし、基準時間より短くＴ０時間と判断すれば“０”データとしてデータを読み取る。該通信方式は、通信の始まりを表すプリアンブルは必要であるが、その後のデータはパルスギャップ信号の立上がりエッジ又は立下がりエッジをトリガーとして読むエッジトリガー方式であるため非同期通信となる。
【実施例１】
【００１２】
図５は本発明のＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式を実施するための応答器側の回路ブロック図であり、ハードウェア手段によりＶＰＭ変調波を生成する方法を説明する。
【００１３】
図５及び図２に示すように、応答器５は質問器１側のアンテナ４から送信される磁界又は電磁界９による変調波を受信するためのアンテナ８と、該アンテナ８と共振して最大効率のＲＦＩＤ通信及び電力供給を行うための同調用キャパシタ７と、該共振回路に誘導された変調波より回路電源を得るための整流回路１０と、パワーオン電圧を検出するための電圧検出回路１１と、変調波のエンベロープを検出してデータ信号を取り出すための復調回路１２と、システムクロックを生成するためのクロック生成回路１３と、アンテナ８及び同調用キャパシタ７で構成された共振回路を負荷変調させるためのＶＰＭ変調回路１６及びスイッチング素子１７と、前記電圧検出回路１１と復調回路１２とクロック生成回路１３からの信号を入力して応答データの生成及び通信制御を行うためのロジック回路１４と、前記復調回路１２から得られた入力データを蓄積したりレジスタ機能を果たすためのメモリ回路１５等にて構成する。
【００１４】
上記各回路ブロックで構成した応答器５と質問器１との間でＲＦＩＤ通信を行う場合、質問器１はオシレータ２を制御し図３で説明したＰＰＭ変調によりデータを送信する。該データはアンテナ４より磁界又は電磁界９として応答器５側のアンテナ８を突き抜け、誘導結合により当該アンテナ８に起電力が発生する。応答器５のアンテナ８には同調キャパシタ７が並列接続され、質問器１から出力されたキャリア周波数に共振するように調整された共振回路を構成し、該条件の下で最大効率のＲＦＩＤ通信及び電力供給が行われる。
【００１５】
アンテナ８に誘起された変調波は、整流回路１０により整流され直流電力として平滑用キャパシタ（図示せず）に充電される。また、該変調波のエンベロープを復調回路１２により検出しＰＰＭ符号によるデータ信号としてロジック回路１４に入力し、変調波の搬送波成分を波形成形してクロック生成回路１３で分周しシステムクロックとしてロジック回路１４に入力する。更に、ロジック回路１４をリセットするためのパワーオン信号を電圧検出回路１１により検出して入力する。
【００１６】
上記動作により質問器１から送信されたコマンドを応答器５で解析し必要データを質問器１側に送信する場合、ＶＰＭ変調回路１６により図１の（ａ）に示すようなＶＰＭ符号に変換し、アンテナ８に並列接続されたスイッチング素子１７を駆動する。該スイッチング素子１７はＦＥＴが好適である。そして、パルスギャップ信号即ちＬレベル信号を出力する時にはスイッチング素子１７のゲートをＯＮにすることによりアンテナ回路が短絡され、Ｈレベル信号を出力する時にはスイッチング素子１７のゲートをＯＦＦにすることによりアンテナ回路が開放され、搬送波の負荷変調が行われる。なお、スイッチング素子１７の制御入力の論理が逆の場合には、図１の（ａ）に示すようなＶＰＭ符号の論理も逆にする必要がある。
【００１７】
上記ＶＰＭ符号による負荷変調では、“１”データはパルスギャップ信号としてＴｇ時間の負論理パルス信号の後にＴ１時間のＨレベル信号を出力し“０”データはパルスギャップ信号としてＴｇ時間の負論理パルス信号の後にＴ０時間のＨレベル信号を出力することにより表したＶＰＭ符号により搬送波を負荷変調する。ここで、Ｔｇ時間はＴ１時間及びＴ０時間に比べ非常に短いものとし、且つＴ１時間はＴ０時間より長いものとする。質問器１側では、復調器により当該変調波のエンベロープ検出を行った後、パルスギャップ信号に続く信号時間を検出し、予め規定されている基準時間と当該パルスギャップ信号に続く信号時間を比較し、基準時間より長くＴ１時間と判断すれば“１”データとし、基準時間より短くＴ０時間と判断すれば“０”データとしてデータを読み取る。ここで、他の異なるキャリア周波数のシステムで運用を行う場合、Ｔ１時間又はＴ０時間と比較して“１”データ又は“０”データを検出するための基準時間をリモート操作等により当該キャリア周波数に対応して変更すれば、キャリア周波数に対応して変化した“１”データ又は“０”データの時間と基準時間と比較するシーケンスは変わらないため、運用可能となる。
【００１８】
また、図６は従来のマンチェスタ符号と本発明で使用するＶＰＭ符号による伝送時間の違いを示した比較図であり、（ａ）はマンチェスタ符号，（ｂ）はＶＰＭ符号による１６進コードの“９”即ち４ビットコードの“１００１”を示している。ここで、マンチェスタ符号の１ビット長の時間とＶＰＭ符号化方式の“１”データの時間を同一としたボーレートにおいて、Ｔ１≒２＊Ｔ０とすれば、ＶＰＭ符号の方がＴｓ≒Ｔ１＋Ｔｇ時間分短くなっている。従って、ボーレートを上げなくても通信時間が短縮し、高速にＲＦＩＤ通信を行うことができる。また、従来のマンチェスタ符号等による変調方式のように１ビット長が一定な変調方式と比べ、ＶＰＭ変調方式ではデータの内容によりその都度長さが異なるため、一種の暗号化方式としても利用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式を実現するためＶＰＭ符号により応答器側から搬送波を負荷変調した変調波形例である。
【図２】ＲＦＩＤ通信における通信原理を説明するための構成ブロック図である。
【図３】ＲＦＩＤ通信において質問器側から送信されるＰＰＭ変調波形例である。
【図４】ＲＦＩＤ通信においてマンチェスタ符号により応答器側から搬送波を負荷変調した変調波形例である。
【図５】本発明のＲＦＩＤ通信におけるパルスギャップ信号による非同期通信方式を実施するための応答器側の回路ブロック図である。
【図６】従来のマンチェスタ符号と本発明で使用するＶＰＭ符号による伝送時間の違いを示した比較図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  質問器
２  オシレータ
３  同調キャパシタ
４  アンテナ
５  応答器
６  ＲＦＩＤチップ
７  同調キャパシタ
８  アンテナ
９  磁界又は電磁界
１０  整流回路
１１  電圧検出回路
１２  復調回路
１３  クロック生成回路
１４  ロジック回路
１５  メモリ回路
１６  ＶＰＭ変調回路
１７  スイッチング素子
【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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