(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成でその高周波周波数にかかわらず拡散周波数帯域を広くとることができ、高速通信に適するデータ読出装置及び無電源通信素子を提供すること。【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。スペクトル拡散器２４は、拡散対象周波数においてヌルがあり、拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって変調器２３によって変調された信号をスペクトル拡散する。送信アンテナ２５は、スペクトル拡散器２４によってスペクトル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
2007208851.tif 000002
【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、
拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって前記ミクサからの信号をスペクトル逆拡散するスペクトル逆拡散器と、
該スペクトル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、
拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって前記復調器からの信号をスペクトル逆拡散するスペクトル逆拡散器と
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又は２記載のデータ読出装置。
【請求項４】
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、
拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって前記変調器からの信号をスペクトル拡散するスペクトル拡散器と、
該スペクトル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、
拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって送信信号をスペクトル拡散するスペクトル拡散器と、
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ル拡散器からの信号で変調する変調器と、
該スペクトル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】
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４又は５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】
本発明者は、データ読出装置から無電源通信素子への電力供給用の高周波信号を、そのまま無電源通信素子からデータ読出装置への送信信号の搬送波としてスペクトル拡散する方式を提案している（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特願２００４−２７４０２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、電力供給用の高周波信号の周波数が低い場合（例えば１３．５６ＭＨｚ帯）、無電源通信素子においてスペクトル拡散によって帯域幅を広げようとしても直流（周波数＝０）にかかってしまい、この直流によって制限を受けて、最大でも高周波信号周波数×２以上に広帯域にすることはできない。このため、チップレートを高くすることができず、高速通信に限界がある。
【０００４】
図５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。
【０００５】
また、電力供給用の高周波信号の周波数が高い場合（例えば２．４５ＧＨｚ帯）であっても、使用できる帯域の中心周波数において大きな電力を使うことができない無線規定がある。
【０００６】
図６は、２．４５ＧＨｚ帯の無線規定を示す図である。なお、ここには本発明による信号が重ねて示されている。この２．４５ＧＨｚ帯の無線規定は、
(1).２４００−２４２７ＭＨｚにおいて、１０ｍＷ／ＭＨｚ以下で総電力は２６０ｍＷ以下、
(2).２４２７−２４７０．７５ＭＨｚにおいて、３ｍＷ／ＭＨｚ以下で総電力は２６０ｍＷ以下、
(3).２４７０．７５−２４８３．５ＭＨｚにおいて、１０ｍＷ／ＭＨｚ以下で総電力は２６０ｍＷ以下
となっている。この場合でも高周波信号の周波数をその使用可能な帯域幅の中心にすることができないので、端に設定することになり、やはり使用できる帯域を有効に使うように帯域幅を広くすることができない。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、データ読出装置からの電力供給用の高周波信号を無電源通信素子においてスペクトル拡散する場合に、簡単な構成でその高周波周波数にかかわらず拡散周波数帯域を広くとることができ、高速通信に適するデータ読出装置及び無電源通信素子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、拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって前記ミクサからの信号をスペクトル逆拡散するスペクトル逆拡散器と、該スペクトル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。
【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、拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって前記復調器からの信号をスペクトル逆拡散するスペクトル逆拡散器とを備えることを特徴とする。
【００１０】
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、拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって前記変調器からの信号をスペクトル拡散するスペクトル拡散器と、該スペクトル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。
【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、拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号によって送信信号をスペクトル拡散するスペクトル拡散器と、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ル拡散器からの信号で変調する変調器と、該スペクトル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。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明によれば、データ読出装置からの電力供給用の高周波信号を無電源通信素子においてスペクトル拡散する場合に、簡単な構成でその高周波周波数にかかわらず拡散周波数帯域を広くとることができ、高速通信に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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、スペクトル逆拡散器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、スペクトル拡散器２４、及び送信アンテナ２５から成る。スペクトル拡散器２４は、拡散符号発生器２６、及び乗算器２７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。スペクトル拡散器２４は、拡散符号発生器２６で発生する拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散する複素拡散符号と、変調器２３によって変調された信号とを乗算してスペクトル拡散する。この複素拡散符号については詳しく後述する。送信アンテナ２５は、スペクトル拡散器２４によってスペクトル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ル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。スペクトル逆拡散器１８は、符号化されることでスペクトル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。
【００１６】
図２は、複素拡散符号を発生する回路を説明する図である。この回路は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタの１種であり、係数１を乗じる乗算器３１、Ｄチップ（Ｄは自然数）遅延する遅延器３２、遅延器３２の出力に複素係数α（実数である場合を含む）を乗じる乗算器３３、及び乗算器３１の出力と乗算器３３の出力を乗算する乗算器３４から成る。
【００１７】
ここで、例えばＤ＝１、α＝ｉとして、拡散符号［ 1 1 1 1 1 1 1 1 ］をこのＦＩＲフィルタに通すと、［1 1+i 1+i 1+i 1+i 1+i 1+i 1+i i］という拡散符号を得ることができる。
【００１８】
図３は、拡散符号の周波数特性を説明する図である。図３(a)は、図２の回路において出力される拡散符号［1 1+i 1+i 1+i 1+i 1+i 1+i 1+i i］の大きさ（ｄＢ）の周波数特性を示し、図３(b)は、位相（度）の周波数特性を示す。横軸は、チップレート（＝サンプル周波数）＝１のスケールの正規化周波数（×πrad／サンプル）である。このようにスペクトル拡散するための拡散符号として、このような複素拡散符号を用いることで、スペクトル拡散後のスペクトル特性として、拡散対象周波数においてヌルがあり、拡散対象周波数に対して非対称にスペクトル拡散するものとすることができる。このため、そのヌルに電力供給用の高周波信号の周波数を設定することで、大きな電力を送信する周波数をスペクトル拡散の帯域の中央からずらすことができる。また実際には、このような複素拡散符号を記憶しておいて使うように構成することができるので、簡単な構成で実現することができ、これを、電池などの電力供給源を持たないために消費電力をできるだけ少なくしたい無電源通信素子に採用することで顕著な効果を奏する。
【００１９】
図４は、本実施例の復調の動作を説明する図である。図４(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からのスペクトル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。図４(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ル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、スペクトル拡散信号はその搬送波周波数にヌルがあるし、スペクトル拡散信号は広帯域であるためスペクトル逆拡散に支障はない。図４(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。
【００２０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００２１】
上記実施例では、リーダ１０において、スペクトル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ル拡散しているが、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ル逆拡散、すなわち、復号化し、無電源通信素子２０においては、スペクトル拡散、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。
【００２２】
また、上記実施例では、スペクトル拡散器は乗算器を用いてスペクトル拡散したが、伝送線路端の反射を制御することによってもスペクトル拡散することができる。伝送線路端は、整合負荷を接続すると無反射となるが、開放又は短絡すると全反射となり、線路長を変えることで反射波の位相を変えることができる。そこで、例えば伝送線路の終端に高周波スイッチを備え、伝送線路上に可変遅延回路を備えて、拡散符号によってその終端を全反射と無反射とに切換えたり、可変遅延回路の遅延量を切換えたりしても、スペクトル拡散することができる。
【００２３】
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ル拡散器を備え、無電源通信素子は、スペクトル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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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】
【００２７】
【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】複素拡散符号を発生する回路を説明する図である。
【図３】拡散符号の周波数特性を説明する図である。
【図４】本実施例の復調の動作を説明する図である。
【図５】通常のＲＦＩＤの無線規定を示す図である。
【図６】２．４５ＧＨｚ帯の無線規定を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
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  スペクトル逆拡散器
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  スペクトル拡散器
２５  送信アンテナ
２６  拡散符号発生器
３０  リーダ
２７、３１、３３、３４  乗算器
３２  遅延器
【図１】
2007208851.tif 000003
【図２】
2007208851.tif 000004
【図３】
2007208851.tif 000005
【図４】
2007208851.tif 000006
【図５】
2007208851.tif 000007
【図６】
2007208851.tif 000008