小特集の発行にあたって

小特集

RFID

1兆を超えるRFIDタグが提供する未来社会
編集チームリーダ

庄木裕樹

RFID タグというと，皆さんは何を思い浮かべるでしょうか？ 身近にあるものとして，まずは，電車に乗るときに使う Suica ® や ICOCA®，PASMO ® でしょうか？

電子マネーとして使われるおサイフケータイ® や Edy ® を思い出す人も多いかと思います．日本国内で，既に，Edy
だけで 4,000 万枚，Suica も 2,000 万枚を超える数を発行していますので，RFID タグは，
かなり生活に浸透してきているといえます．
では，今後はどうなると思いますか？

一言で RFID タグといわれますが，13.56 MHz 帯の電波を使う近接通信以外に，950 MHz 帯や 2.45 GHz 帯を利用し数メートル程度の長距離通信のものなどオプションもあり，多様な場面で多様な仕様や機能のものを使うことができます．そこで，10 年後ぐらいの社会を想像してみて下さい．例えば，スーパーマーケットや
コンビニにある商品のバーコードがすべて RFID タグに置き換わっているでしょう．買い物カゴに入った商品に RFID タグリーダをかざすことで，一瞬で全体の金額が分かり，電子マネー
で支払いをするのが普通になるかもしれません．また，現在年間 200 億個を超える郵便物や宅急便のすべてに RFID を貼ることで，今どこまで配達されていて，いつ届いたかがインターネットで把握できるようになるかもしれません．更に，健康に留意する人たちのために，血圧計や血糖計などのセンサに RFID タグが付き，ネットワーク経由で病院に身体情報が送られモニタされ，必要に応じて薬が届けられ，その薬の素性も RFID タグにより分かるような時代になるかもしれません．忘れ物をしやすい人には，自分の持ち物に RFID タグを付けていれば，即座にどこにあるかリーダが教えてくれるかもしれません．1 人当り 100 個を超える

RFID タグが身の回りに存在し，様々な場面での利便性の向上や，安心や安全，健康といった新しい利益を皆さんに与えることになるでしょう．あっという間に，1 兆個を超える RFID タ
グが使われることになるかと思います．
この特集号では，このような RFID タグ及びリーダの概要と最新の技術動向について紹介
します．また，RFID タグを動作させるのに不可欠なタグ用アンテナ技術についても説明します．
この記事を読んで，RFID の仕組みを理解するだけでなく，RFID タグの新しい変わった使い道を考えたり，関連する新しい技術課題を見つけたりして頂くと面白く読んで頂けると思い
ます．

小特集

RFID
解説論文

ネットワーク型 RFID の最新技術と利用動向
Recent Advancements of Networked RFID Technology and Application

三次 仁

†

鈴木茂哉

†

羽田久一

†

稲葉達也

†

Jin Mitsugi†, Shigeya Suzuki†, Hisakazu Hada†, and Tatsuya Inaba†

Summary

して送信する機能を備えている受動型 RF タグ（パッシブタグ）」に分類されている．RFID は数ある自動認識技
術の中でも，様々なアプリケーションや情報システムとRFID に代表される自動認識技術を用いることで，これまで主にコンピュータ同士をつないでいたインターネッ
トで，モノや人，場所をつなぐことができるようになる．
この数年で急速な進展をとげてきたネットワーク型 RFIDの技術と利用について解説する．

オープンな無線アクセスシステムの融合，そして技術とビジネス，標準化が同時進行しているという点が特徴といえるだろう．
Zigbee［2］，UWB［3］などのアクティブタグに関しては既に本誌で紹介されているので，本論文では主として

Key words

パッシブ RFID，特にネットワークへの接続を原則とす

ネットワーク型 RFID，RF タグ，リーダライタ，ソフトウェア，

動向について解説する．

サプライチェーン，ライフサイクルマネジメント

るネットワーク型 RFID に関する新しい技術や標準化のRFID はレーダの応用技術として 1940 年代から提案され［4］，使われてきたが 1990 年代から 2000 年にかけ

1．ま え が きInternet of things（モノのインターネット）という言
葉が気に入っていて，よく使う．モノとモノが，つながりをもち，新しいアプリケーションや使い方をエンドユーザ（つまり自分たち）が主体となって作る新しい世界感を表しているように思うからである．RFID（Radio
Frequency Identification）はこうしたモノのインター
ネットにおいて，モノと情報システムをつなぐ一つの仕組みである．
JIS 規格［1］によると，RFID は「誘導電磁界又は電波によって，非接触で半導体メモリのデータを読み出し，
書込みのために近距離通信を行うものの総称」となっている．近距離通信の構成要素は RF タグとリーダライタ
である．RF タグは大きく分けて「自らデータを送信する機能を備えている能動型 RF タグ（アクティブタグ）」と「リーダライタから送られてきた搬送波の電力を利用†慶應義塾大学，藤沢市
Keio University, Fujisawa-shi, 252-8520 Japan

30て技術標準化や製品の開発，実用化が進み［5］，現在は交通システム，各種入退室管理，物流など日常生活に欠かせないものになっている．
現在，RFID の実用化の流れは大きく三つに分類できる．まずは IC カード乗車券やペイメントシステムに代表される非接触 IC カード利用システムである．二つ目
は安価な RF タグとネットワークを利用した情報システ
ムを組み合わせることで，多品種・多量の商品，特にFMCG（Fast Moving Consumer Goods）と呼ばれる日用
消費財の企業内，企業間サプライチェーンを可視化し，効率化する流れ［6］である．三つ目が比較的高機能・高性能な RF タグを用いて製品・部品のライフサイクルに渡った情報管理を実現する流れ［7］〜［9］である．
技術的には RF タグにセンサやセキュリティなどの付加機能を具備させることや低価格化，リーダライタの高機能化という方向で研究開発は進んでいる．また情報シ
ステムやシステム設計・システム評価の重要度も増している．
本論文では，2. で技術要素の最新動向を整理した後，3. で RFID の利用動向について紹介する．図 1 に本論

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

家電アプリケーション

航空アプリケーション
航空アプリケーション

医療アプリケーション

解説論文

図書アプリケーション

・製品ライフサイクルマネジメント
・安心・安全・効率化，顧客サービス向上

小売アプリケーション
API（アプリケーションインタフェース）

情報サービス
情報サービス発見

情報サービス
リーダライタリーダライタ・高速読取り・位置検出・ネットワークアーキテクチャ
・情報サービス発見

・干渉回避
・性能評価

RF タグ
・高機能タグ・位置検出
・データセキュリティ
・タグデータ仕様

図1

ネットワーク型 RFID の構成要素と技術要素文で解説するネットワーク型 RFID の構成要素と技術要
素をまとめる．

また特に FMCG では RF タグが低コストであることが重要である．RF タグのコストを大幅に低下させる方
法として有機トランジスタを利用した印刷プロセスを用

2．ネットワーク型 RFID の技術動向

いる RF タグの開発も HF 帯（13.56 MHz）まで可能となっている［19］，［20］．

2.1 RF タグ

2.2 リーダライタ

RF タグとリーダライタ間の無線プロトコルは ISO や

RF タグを高速に読み取ることは，大量の RF タグがEPCglobal において，様々な周波数で標準化されている

読めるというメリットもあるが，現実には，繰返しの読［10］〜［13］．このため最近では製品の差異化のために，取りによって読みもらしを防止するという効果の方が有RF タグには高機能化，高性能化，低コスト化が求めら用かもしれない．これは特に人が RF タグを保持しない

れる．

（つまり，リトライを前提とできない）RFID において重パッシブタグは通常，リーダライタとの電磁誘導や電要な性能である［21］．
読取りを高速化するために，リーダライタの読取り可力による通信の実現に加えて，最近はパッシブタグであ

能領域にある RF タグ数を推定し，読取り制御を行う研りながらセンサ機能［14］，［15］を付加することも提案さ究が盛んに行われている［22］〜［25］．屋内電波伝搬やれている．低消費電力のマイコンをパッシブ給電で駆動

RF タグの複数配置による RF タグ反射電力の差を利用

し，外付けアナログセンサによって温度を測定することして，読取りを高速化する手法も提案されている［26］．

も報告されている［16］．様々なセンサを付けられてプロ

更なる高速読取りを実現するために，複数のアンテナでグラム可能という点が興味深い技術である．筆者らは，受信した信号を分析することで，時間的に重複した RF電池で給電することで安定した動作をすることのできるタグからの応答を別々に取り出す方法［27］や，RF タグ

プログラマブル電池付きパッシブタグを開発しているからの返答の符号化を工夫することによって，時間的に［17］．RF タグの高感度化（小さい受信電力でも動作で重複した RF タグからの返答を分離する方法も提案されきること）や，書込み速度などの基本性能向上に加え，ている［28］．

UHF 帯電子タグでは耐電波干渉性も重要な性能になっている［18］．

解説論文：ネットワーク型 RFID の最新技術と利用動向

RFID によって数 m の距離で個体識別ができるようになった結果，大規模店舗のバックヤードや流通セン

31

小特集

波によって回路を駆動する電力を得る．この受動的な電2.4 ソフトウェア技術
ネットワーク型 RFID の一番の特色は，RF タグが貼161枚のRFタグ付されたモノに関する情報が情報インフラを通じ時間・空間を超えて共有され，価値を生み出すところにある．
アンテナ

リーダライタ

この節では，ネットワーク型 RFID のソフトウェア技術について概観する．
2.4.1 EPCglobal network アーキテクチャ
RFID は実空間の情報を，インターネットをはじめとする情報空間へと取り込む技術である．実空間の情報が取り込まれるようになると，情報空間で扱われる情報はそれまでに比べてけた違いの規模で増大すると考えられる．膨大な情報から，うまく必要な情報を選別して活用，

図2

RF タグの高速読取り実験の様子

ターでのオペレーションでは，ID だけでなくモノの位
置を知ることに関心が高まっている．複数アンテナを使って RF タグからの反射波の方向を推定する方法［29］や，位置が既知である RF タグからの反射波強度のデー
タをもとにして，RF タグ位置を推定する方法［30］が提案されている．RF タグの動いている方向を検知することや，RF タグとリーダライタからの距離測定については既に商用品レベルの機能として実現されつつある［31］〜［33］．フェイズドアレー技術を用いて，180 m 先の
RF タグの三次元の位置を特定する技術も発表されている［34］．
2.3 データセキュリティ
RFID が日常的に使われ，ID のみならずアプリケー
ションに応じたデータが RF タグに記録されるようになり，今まで以上にセキュリティへの関心が高まっている．
Juels［35］は脅威をプライバシーと認証に分類し，それぞれについて安価な RF タグと，対称鍵程度の演算が可能な RF タグでの対処法を整理している．
安価な RF タグでのプライバシー保護手法の基本は
RF タグデータを読めなくすることや，パスワードで保護することである．標準技術としても採用されている［13］．アプリケーションに応じたデータは，ユーザごとにアクセス権限を変えたい場合があるので，日立［36］ではアプリケーションが利用できるメモリを複数に分割してパスワードで保護する仕組みや，RF タグの機能として通信距離を短くする仕組みを提供している．RF タグに割り当てられる ID を巡回させたり，暗号化することも提案されているが，現実に ID として用いられる EPC［37］や u-code［38］は意味（セマンティック）を有しているので実用するためには工夫が必要である．Yamamoto［39］は RF タグのみが書き込める private memory を設けた安価な RF タグでデータ改ざんを防止する方法を提案している．

32

共有するためには，ネットワーク型 RFID のアーキテク
チャを定め，標準化を推進することが重要である．以下
では，既に導入が始まっているネットワーク型 RFID シ
ステムアーキテクチャである EPCglobal network について紹介する．
EPCglobal の提案している EPCglobal network アー
キテクチャ［40］では，RF タグに記録された ID（EPC=Electronic Product Code）から，情報を保持している
サーバを発見し，アクセスできる機構を用意している．
主に，以下の EPCglobal 標準から構成されている．
EPC は既に業界で使われている様々な ID 体系や，将来登場し得る体系へ対応できるように構造化されている．実際の RF タグメモリに ID を格納するための仕様とともに，ID をアプリケーションソフトウェアで扱う（注 1）
ための URI（Universal Resource Identifier）
表現も併せて Tag Data Standards（TDS）［37］で規定されている．これらの体系を用いることで，ソフトウェアで様々な体系の番号を統一的に扱うことができる．
Object Naming Service（ONS）［41］は，TDS で規定されている ID に対応する URI から，指定したサービスを提供する名称へと変換するサービスである．例えば，
指定した EPC に対応する情報サービスのネットワーク
上の場所をドメイン名で示すことができる．ONS 自体
は，Domain Name System（DNS）を利用した実装が仕 様 化 さ れ て い る．DNS 上 で の 実 装 は，Dynamic
Delegation Discovery Service［42］で定義されている，
NAPTR レコードと呼ばれる DNS レコードを用いている．ところが，ONS によって，発見できるのは，特定の「EPC」に関連づけられた特定の「タイプ」の「名前」である．一般には EPCIS［43］のサービスポイントを発見（指定）する．
EPCIS（EPC Information Service）は EPC に関する
（ 注 1）： こ こ で い う URI と は RF タ グ の ID や 番 号 体 系 を Universal
Resource Name（URN）を用いて統一的に表現することを意味している．
例えば会社コードを PPP , 商品コードを III , シリアル番号を AAA とした場合の URI 表現例は以下のようになる．
urn:epc:id:sgtin:PPP.III.AAA

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

解説論文

情報を収めるソフトウェアコンポーネントの総称である．特に，EPC に関連して発生したイベント情報などを保持・検索できるものを EPCIS Repository と呼んで
（注 2）いる．API（Application Interface）
としては，EPC

Query Interface，EPC Capture Interface の二つが現状定義されており，それらで扱うための情報のモデルも併せて定義されている．EPCIS の情報モデルは，基本的に，特定の EPC タグが，特定の場所で読まれる「イベント」
を中心に用意されており，それに加えて，各種ビジネス
ロジックとのやり取りなどを含めた形で，外部のソフト
ウェアと組み合わせて構築するようになっている．
ここまでの技術を組み合わせることで，RF タグから取り出した情報を TDS によるルールによって解釈した

図3

日本自動認識協会による RFID 干渉実験

のち，ONS で EPCIS を発見，アクセスすることで情報を得られるというわけである．

［45］．最も影響が甚大なのは与干渉（干渉を与える）リー

2.4.2 Discovery Service

ダライタの送信が，被干渉（干渉を受ける）リーダライタ

しかし実際の運用では，それほど単純ではないことがの受信に干渉する場合だが，この干渉は，リーダライタ

分かってきた．例えば，ある製品が特定の工場から小売の送信と受信を周波数で分離するサブキャリヤ法やリー店，そして消費者に渡る場面を考えたとき，上記のモデ

ダライタの時間同期を用いることで回避することができ

ルでは，製品の生産者が管理するサーバで統一的に情報る［46］，［47］．次の問題は，与干渉リーダライタが RF

管理することになる．RF タグの付いている商品が移動

タグ受信に与えるタグコンフュージョンと呼ばれる干渉

するに従って情報のありかへのポインタを書き換えていである．RF タグは基本的にはどの国でも，どのチャネ

く方法など，様々な手法が提案された中で Discovery

ルでも動作するように作られているので，希望波と干渉

Service が考案された．特定の RF タグについての情報

波を弁別し，RF タグ受信部で干渉波を抑圧することはは様々な場所の EPCIS が保持できるという前提で，情困難である．結果，近い位置で与干渉リーダライタが送報を保持している EPCIS が，Discovery Service に対し信すると RF タグの検波後の信号はひずんでしまう（図て情報のありかを登録し，特定の EPC についての情報

3）．これを回避するためには，与干渉リーダライタとを探したいユーザが，Discovery Service に問い合わせ

RF タグの間に十分な離隔距離を確保することや，電波れば，その EPC についての情報をもつサーバのリスト

吸収体や電波シールドで干渉波を遮断することが効果的を返すという仕掛けである．

である．またリーダライタの読取り制御によって，タグ

ソフトウェアアーキテクチャという視点で見ると，EPCからサーバを見出す ONS から，Discovery Service へ

コンフュージョンを検知する方法も提案されている［48］．
RFID の利用が拡大し，リーダライタや RF タグ製品

である．一方，決定的なデザインがない現状，様々な方が増えてくると，製品を選択するためや性能を向上させ式が提案され，試される時期だといえる．Discovery

るための評価が重要になってくる．UHF 帯 RFID の読

Service の 一 つ の 実 装 提 案 で あ る，Afilias Discovery

み書きの性能は，リーダライタや RF タグ単体の性能にServices［44］をもとにして，IETF のワーキンググルーも依存するが，RF タグと貼付する物質との相互関係，

プを立ち上げようという動きもある．Discovery Service

干渉や電波伝搬環境，RF タグの数や移動速度にも関係自体は，サービス提供者が十分な性能のサービスを提供するため詳細な検討・分析が必要である［49］．こうしたすることができれば，実用に堪えるように思えますが，性能評価のため，コンピュータシミュレーションで作り集中型のシステムといえる．一般的に世の中の趨勢は，出した通信回線上に実測を組み合わせて UHF 帯 RFID

より高度な分散アーキテクチャに向かっているので，まの受信性能や，読取り性能を検証する方法［50］や，リーた新たな方法が出現するかもしれない．

ダライタ出力を自動的に変更して読取りマージンを測定

2.5 RFID システム技術する方法［51］などが提案されている．計測器メーカから

UHF 帯 RFID は技術標準化や法令整備に一通りめど

は RFID の国際標準プロトコルの分析機能を有する計測がついたので，今後，急速に拡大する可能性がある．そ器も販売されている［52］〜［54］．

の際，大型流通センター，小売などで多数のリーダライタを配置する際には干渉問題に配慮する必要がある

解説論文：ネットワーク型 RFID の最新技術と利用動向（注 2）：アプリケーションからの呼出しインタフェース．

33

小特集

のモデルの変更というのは，極めて大きな舵の切り直しこのような考え方を発展させて，我々は製品に組み込

3．RFID の利用動向

むレコーダタグというものを開発している［55］．レコー
ダタグは無線と有線という二つのインタフェースをもっ

3.1 家電製品への適用た RFID のモジュールである（図 4）．

家電製品は自動車と並んで，日本の主力産業の一つでこのように RFID 技術は家電製品の流通や利用においあり現在でも，ハイエンド機器を中心に世界各国で人気て様々な変化をもたらすと考えられており，様々な実証を博している．これらの家電製品の流通管理においても実験も行われてきている（図 5）．

RFID は重要な位置を占めると考えられている．日本の将来的な課題としては製品に内蔵するためのタグアン

家電は現在では世界的に輸出される製品であり，その流テナの設計や，利用履歴情報のフォーマットや読出し方

通においてもグローバル化の波にさらされている．そこの統一的な手法の確立といったものが挙げられており，

で欧米の小売業が要求する高額商品への RFID の取付け今後も開発が進んでいくものと考えられる．

に関しても日本の家電メーカは対応せざるを得なくなっ

3.2 医療品への適用ている．

RFID の適用分野として，最も注目されている分野の

近年，ファンヒータやガス給湯器といった耐久消費財

一つが医療である．本節では，医療での RFID の応用分やパソコンのバッテリに大規模なリコールが発生してい野のうち注目を集めている病院内での利用と，偽造薬防る．特に家電製品は非常に長い期間利用されるため製品止における利用について解説する．

の最終的な行き先が分からなかったり利用者にとっても3.2.1 病院内における適用

自分がもっている機器がリコール対象に該当しているか

医療事故，過誤の問題は後を絶たない．2008 年に出がすぐには分からなかったりするため，大掛りな告知をされた（財）日本医療機能評価機構医療事故防止センター

行ったにもかかわらずその完全な回収は進んでいない．

の報告書によると，2007 年 1 年間のヒヤリハット事例

これらのことから，RFID を単なる流通の効率化のみの数は 1266 件で，中でも処方・与薬の場面での発生割に利用するのではなく，製品それぞれに貼付することに合が最も高く，また，発生要因としては，確認を怠った

より製品の長期的なマネジメントを行っていきたいといことによるものが，最も多かったという調査結果が出てう要求がメーカからも出されている．これは個品タグ

いる［57］．このような問題の発生を未然に防ぐために，（Item level tagging）と呼ばれている．具体的には販売店

人やモノを自動で認識する技術としての RFID に期待がにおいて製品に付けられた RF タグの ID と購入者が統集まっている．RFID を病院内で使用する試みは，国内一的に管理され，有事の場合にはリコール情報などを直外で行われているが，人（患者，医療従事者）とモノ（医接，所有者へと届けられる仕組みである．また，リサイ

薬品）を識別し，安心安全を高めるという点において，クルや廃棄のように製品が所有者の手元を離れてしまう

事例に大きな差異はないため，ここでは主として日本の場合には，それぞれ廃棄やリサイクルされたという情報

事例を中心に紹介をする．

をデータベースに記録しておき，リコール時に行方不明

RFID がもつ技術的な特徴のうち，病院での利用におではなく，正確に処分されていることを知ることができ

いて注目されている主な機能は，RFID のもつ個体識別

る［7］，
［8］
．また，リサイクル時においても，製品それ

機能と，遠隔読取りの機能である．医薬品は，通常，製ぞれについている RF タグを読み取ることにより，含ま造単位別に付与されるロット単位で識別されるが，病院れている有害物質や希少資源といった情報を得てリサイ

内では，医師の処方によって，医薬品が特定の患者の，クル事業に役立てることができると見込まれている．

特定の時間の与薬用に加工されるため，ロット単位の管USB connection to PC
Gen2 tag chip

Controller
図4

34

Patch antennaレコーダタグのプロトタイプと USB を通じた PC への接続

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

解説論文

図5

家電製品のライフサイクルにわたった情報管理をネットワーク型 RFID で行う［56］理では不十分である．RFID を用いることで，このようる．医薬品のトレーサビリティの向上を目指して行われに，病院内で加工されてしまった後の医薬品も個別に管たものとしては，2005 年の東京大学医学部附属病院の理することが可能になる．

実証実験［58］，2005 〜 2007 年度にかけて NTT 東日本
関東病院で行われた実験等がある［59］．後者については，

確実に認識することが必要である．しかも，手間のかか

実際の患者に投与する医薬品を対象に RFID を適用し，る確認方法では，医療過誤も発生しやすくなるために，

処方，監査を行い，RFID が患者の安全に資することがバーコードのような正対の必要な自動認識技術ではなできることを確認した．また，短期間で行う実証実験で

く，RFID のように，無線を使って遠隔に個体識別子なはなく，実運用で使用されたケースとしては，秋田大学

どの情報を読み取る技術が求められている．

医学部附属病院の事例がある（図 6）．この例では，患者病院における実際の応用事例としては，関連省庁が支及び，注射剤の識別に RFID を利用し，読み取った情報

援した実証実験を含めると数多くの取組みが行われていを電子カルテとのシームレスな連携に利用しているた

解説論文：ネットワーク型 RFID の最新技術と利用動向

35

小特集

また病院内では，医薬品や患者を治療の過程において

版に関連する業界ではその商品や流通経路の特殊性か
ら，商品の管理をより効率的に行う必要があるということが認知されているからである．
書籍は再販制度があるため，流通経路が双方向化している必要があることや，業界の慣習が複雑なことから流通経路の可視化が難しくなっている．一つの例としては書店が独自に追加発注した書籍に関しては買取りで返本
リストバンド埋込電子タグ

できないため，ベストセラーになりそうな本を何冊仕入れるかといった判断を独自に行う．しかしながら，現状

電子タグリーダ（PDA）

図6

院内で使用される RF タグとリーダライタ［57］

では返本可能な書籍と返本不可能な書籍には物理的な違いはないため，追加発注した書籍の一部が返本されるケースも多いといわれている．これらの再販制度に伴って生じる流通の可視化を行うということは，出版社と書店の間においては非常に重要な問題となっている．

め，リアルタイムのチェックや記録が可能となり，医療

また，書籍の販売を行う書店においては，店頭での万過誤防止や業務効率の点で大きな効果を上げている．そ引きによる被害が無視できないものとなっており，書店して結果として，患者への質の高いケアを実現している

経営における大きなリスクとなっている．2007 年の調［60］．

査によれば万引きによって生じたロスは売上げの 1.41%

3.2.2 偽造薬の防止での応用に達し，平均的な書店の利益率の 0.6% を大幅に上回っ

日本においては，あまり問題視されることはないが，ており，これを撲滅できれば書店の利益率を 3 倍に改善

国 際 的 に は， 医 薬 品 の 偽 造 が 社 会 問 題 化 し て い る．

することが可能になるといわれている．書籍の盗難が顕WHO によると，1999 年から 2000 年の間に報告された著になった理由として，書籍が新古書店によりすぐ換金

規格外も含めた偽造薬の数は，771 件に上っている［61］．

できることが挙げられている．そこで新古書店とも連携

また，偽造の問題は，政府の規制と監督が不十分な発展し，販売を確認された商品のみを買い取る仕組みを途上国で起こるという指摘もあるが，先進諸外国においRFID で構築することを目指している．

て も， 医 薬 品 の 偽 造 が 問 題 と な っ て い る．British

既に出版関連業界では日本出版インフラセンターが中Pharmaceutical Conference によると，インターネット

心となり，実証実験を何度も行うなどの取組みを行ってで販売されているバイアグラの半分は偽造であるようでいる．特徴的な活動としては，物流の効率化としての観ある［62］．このような偽造医薬品の流通を防ぐ技術とし点のみならず書籍の製造からマーケティングまでの幅広ても RFID が注目されている．RFID を利用することで，い分野における実証実験を行っていることが挙げられる

個別の商品にシリアル番号を付与することが可能となだろう．書店でのプロモーションや管理では一括読取りる．当然偽造薬には正規のシリアル番号が付与されないによる在庫管理のほかに，RF タグを利用してラッピン

ため，偽造を抑止することができるようになる．無論，グされたコミックの内容を確認する「立ち読み端末」の開

正規のシリアル番号をコピーしたりすることで偽造薬を発などの書店特有の事例に関する実験も行われた．

市場に流通することは可能だが，RF タグの付与が前提

更に，書籍に添付した RF タグの読取り性能に関するとなるために，偽造に対するハードルを上げる効果もあ

検討はもちろんのこと，現在の製本工程においてどのよる．また，アメリカにおいては，真正性を証明する手段

うに RF タグを貼付するプロセスを組み込むのか，ととして，ペディグリーと呼ばれるドキュメント（紙あるいったより具体的に実用化を目指した研究がなされていいは，電子ドキュメント）を医薬品単位に付与することる．また，書籍は最終的に廃棄される場合には古紙としを義務づける法律が検討されており（一部の州では施行て再利用されることが多いため，RFID の RF タグやアン済み），医薬品のパッケージを識別する技術として，テナを古紙として再生する場合に抜き取るための技術のRFID が前提となっている［63］
［64］
，
．

検証といったところまでの実証実験が行われている．本3.3 図書への適用

格的に RF タグの入った製品の製造プロセスや，廃棄の日本の出版関連業界は早くから RFID の重要性を認知プロセスにおける RF タグの取扱いに関してまで踏みしその実運用を目指して取り組んでいる業界の一つであ込んだ事例は世界の中でも類を見ない実証実験であると

る［65］
，
［66］
．世界的に見ても出版，製本から書店までいえるだろう．

のすべてのプレイヤーが一つに集まって実用への検討を

これらの実証実験と同様に出版業界が重視しているの行っている例は珍しいといえるだろう．これは日本の出が，コード体系やユーザメモリの取扱いについてである．

36

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

解説論文

コードに関しては，小売における世界標準でもある
EPC と出版業界における標準コードの ISBN の整合性に関する議論はもちろんのこと，返本可能かどうかといったフラグや取次ぎ業者の管理情報を RF タグに書き込み，流通経路の効率化を行うためのユーザメモリの利用の標準案を作り，まず業界内部での統一を図ろうとしている．
3.4 小売への適用
日本において，RFID の実運用が最も進んでいる領域の一つとして，小売業における RFID の利用がある．小
売業での RFID の適用は，店舗における適用と流通における適用の二つの領域に大別できる．

図7

3.4.1 小売店の店舗における適用

百貨店における RFID の応用

小売店の店舗において，二つの理由から，RFID の活
用への期待が高まっている．第 1 に，小売店の店舗では，情報を提供したり，商品に関する情報を提供したりして，ばく大な数の商品種を扱っているために，その管理に膨

売上の向上や顧客に対するサービスの向上を目指すもの

大な人手がかかっており，RFID のもつ遠隔読取りの機等が実現されている．この例として，実環境で運用され能を利用することで，店舗のオペレーションを効率化でている事例はまだ少ないが，海外では，ヨーロッパを拠きるためである．第 2 に，RFID の個体識別機能を利用点とする大手小売店である METRO グループが運営しを識別することで，効率ている Future Store や，国内では，2006 年に経済産業の良いマーケティングを実現することができると期待さ省が支援して行われた日本版 Future Store 実験においれているためである．前者の実用例として，日本の百貨て，数多くの取組みがなされた
［68］．

（注 3）

して顧客や買いまわり商品

店における婦人靴の在庫管理がある［67］．婦人靴は，多3.4.2 流通における利用

くのデザインがあるのみならず，複数のサイズが存在しここ数年の RFID への関心の高まりは，RFID が流通ているために，店舗において，すべての商品を展示するの効率化をもたらす技術として注目されたことに端を発ことは不可能であり，多くの場合に，代表的なサイズをしている．RFID，特に，UHF 帯の RFID を利用する

片側のみ展示し，顧客からの引合いがあった場合に，在ことで，RF タグが貼付された流通過程の商品を遠隔か庫の有無を店内の倉庫に確認するというプロセスが取ら

ら一括で把握することができると考えられ，検品プロセれていた．そのため，店員が在庫確認のために売場と倉スの効率化，正確化をもたらす技術として注目を集めた．

庫を何往復もすることが多く，顧客が長時間待たされる

しかしながら，実際には RF タグを貼りさえすれば，流というサービス上の問題を抱えていた．このような状況

通の省力化が実現できるという単純なものではなく，商を改善する手段として，現在，RFID が用いられ始めて品デザイン，流通設備，プロセスなどの変更も必要であっいる．店員は，展示されている靴に付与されている RF

た．

タグをリーダライタ付きの PDA や，店舗に据え置かれそれらの改善を経て，流通においても RFID が実運用たリーダライタで読み取ることで，同一の商品の他のサで活用されるようになってきている．流通におけるイズの在庫状況をリアルタイムに確認することができ

RFID の利用事例として，注目を集めている事例の一つ

る．同時に，検索に使った商品と似通った商品を表示すに，販売促進管理がある．これは主としてアメリカで利ることもできるために，顧客は，気に入った商品以外の用されている用途である．アメリカの小売店では，販売候補を含めて，商品の選択を行うことが可能となってい促進を実施するときに，商品をパレットに積んだままでる．このアプリケーションは，百貨店における標準的な

店頭に並べるという方法がある．RF タグをパレットにアプリケーションとなり，多くの百貨店で採用されてい貼付し，店舗の入り口と，店舗内の倉庫から店頭への入る（図 7）．

り口にリーダライタを設置し，パレットの移動状況を監視することで，そのパレットに載った商品が，店舗に届らず，マーケティングを効率良く行うためのツールとしいているか，倉庫にあるか，店頭に並べられているかをても利用されている．マーケティングの方法としては，確認することが可能となった．従来の方法では，メーカ

売れ筋の商品を見極めて，生産計画や調達計画に反映さは販売促進を実施しても，商品がきちんと店舗に並べらせるというものや，特定の顧客や，商品と顧客，ある商
品と商品を組合せで購入する予定の顧客に対して，販促解説論文：ネットワーク型 RFID の最新技術と利用動向（注 3）：複数の機種や店舗を見てから購入されることが多い商品．

37

小特集

店舗における RFID の利用は，在庫管理だけにとどまれているかを確認する方法がなかったが，このように商足を置きながらも，システム全体を見てみたいのであれ

品が店舗のどこにあるかを把握することによって，販促

ば，ネットワーク型 RFID の世界をのぞいてみてはどうまでに商品が店舗に届いているか，届いている場合に，だろうか．本論文が，少しでもその雰囲気を伝えられたその商品がきちんと店頭に並べられているかを確認することを期待する．

ことができるようになった［69］．これ以外にも，検品の効率化や棚卸の効率化などの用途で RFID が用いられている．
3.5 航空分野での適用
航空分野でも早くから RFID 利活用が有望視されていた［70］．ボーイングは，主にパーツコンポーネントの保守記録管理を目的とし MRO（Maintenance Repair andOverhaul）業界に対して 64 kByte もの高容量の RF タグの適用を求めており，それに合わせて製品を出荷している企業も出てきている［71］．
航空業界においては，安全性と運用上の効率を同時に高めることが特に着目されている．安全性を高める点では，高付加価値部品やコンポーネントの保守記録の保持などに重点が置かれている．部品番号，シリアル番号などという情報に加え，バージョン番号，メンテナンス状
況などを RF タグ上のメモリに記録することが検討されている段階である．ただし，FAA（アメリカ連邦航空局）
は，RF タグ上の情報をマスタデータとしては認めない（マスタ情報は，常に，オンラインのデータベースにおかなければならない）としているため，あくまで，主たる情報はオンラインデータベースに確認する必要がある．
運用上の効率を上げるという点でよく挙げられるのが，救命胴着の確認や，酸素ボンベの有効期限などである．救命胴着の確認を目視で行うには手間が掛かること，
酸素ボンベの有効期限はパネルを外して確認しなければいけないことといった問題があるが，これらはすべて
UHF タグによって解決され，それによって航空機が地上に置かれている時間を減らすことが可能になる．航空
機は地上にある限り利益を生まないから，このことはス
トレートに利益に結び付くことになる．
航空業界の場合，特に，安全基準への適合が条件となる．2004 年には，フェデラルエクスプレスによって，UHF パッシブタグを部品に貼り付けての飛行等の実験が行われ［72］，2005 年には，FAA が飛行中に読み書きしないことを条件に，適用を許可している
［73］
．

4．む

す

び

ネットワーク型 RFID は，無線技術，ソフトウェア，
ネットワーキング，ビジネスモデル，社会制度のすべての要素を包含し，どちらかというとビジネス先行で進んできたユニークな分野である．技術を少しでも進めるとビジネスからのフィードバックがすぐ得られるという点で，競争も激しいが，やりがいもある．個々の技術に軸

38

文

献

［1］ JIS X0500，データキャリア用語．
［2］ 福永 茂， パーソナルエリアネットワークを実現する技術
─ Zigbee， 信学通誌，no.2，pp.62 ─ 73，Sept. 2007.
［3］ 李 還幇，滝沢賢一，甄 斌，河野隆二， ウルトラワイド
バンド技術で加速する低速無線 PAN， 信学通誌，no.2,
pp.74 ─ 83, Sept. 2007.
［4］ H. Stockman, “Communication by means of reflected
power,” Proc. IRE, vol.36, no.10, pp.1196 ─ 1204, Oct.
1948.（available from IEEE Xplore）［5］ A I M , “ S h ro u d o f t i m e , A h i s t o r y o f R F I D , ” A I M

publication, 2001. http://www.transcore.com/［6］ R. Glidden, et al., “Design of ultra-low-cost UHF RFID
tags for supply chain applications, ” IEEE Commun.
Mag., vol.42, no.8, pp.140 ─ 151, 2004.
［7］ “One RFID tag from cradle to grave,” RFID J., pp.28 ─

34, March/April 2008.

［8］ T. Yoshimura, “RFID: Expectation and requirement fromconsumer electronics industry, ” Proc. APMC 2006

Workshop on Emerging Technologies and Applicationsof RFID, pp. 121 ─ 124, 2004.
［9］ Aerospace ID, http://www.aero-id.org［10］ ISO/IEC 15693 シリーズ Identification cards ─ Contactless integrated circuit（s）cards ─ Vicinity cards.
［11］ ISO/IEC 14443 シリーズ Identification cards ─ Contactless integrated circuit（s）cards ─ Proximity cards.
［12］ ISO/IEC 18092 Information technology ─ Telecommunications and information exchange between systems
─ Near Field Communication ─ Interface and Protocol（NFCIP-1）, 2004.
［13］ ISO/IEC 18000 シリーズ
［14］ K. Opasjumruskit, et al., “Self-powered wireless temperature sensors exploit RFID technology, ” IEEE
Pervasive Computing, vol.5, no.1 pp.54 ─ 61, Jan.-March
2006.
［15］ N. Cho, et al., “ A 8-/spl mu/W, 0.3-mm/sup 2/ RFpowered transponder with temperature sensor for
wireless environmental monitoring, ” IEEE Int. Symp.
Circuits and Systems, 2005（ ISCAS 2005 ）, vol. 5,
pp.4763 ─ 4766, May 2005.
［16］ P. Sample, et al., “ Design of a passively-powered,programmable sensing platform for UHF RFID systems,”
IEEE International Conference on RFID, pp.149 ─ 156,
March 2007.
［17］ J. Mitsugi and O. Tokumasu, “Practical method for UHF
RFID interrogation area measurement using battery
assisted passive tag,” IEICE Trans. Commun., vol.E91-B,
no.4, pp.1047 ─ 1105, April 2008.
［18］ “New RFID chip promises major performance gains,”
RFID update, Thursday March 2008.
http://www.rfidupdate.com［19］ L. Chang-Yu, “ Flexible wireless power-transmission
system fabricated by 13.56 MHz polymer rectifier, ”
Flexible Electronics and Displays Conference andExhibition, pp.1 ─ 4, 2008.
［20］ Y.J. Chan, “Printed RFID: Technology and application,”
IEEE International Workshop on Radio-Frequency
Integration Technology: Integrated Circuits for Wideband
Communication and Wireless Sensor Networks, pp.139 ─
141, 2005.
［21］ 御 手 洗 正 夫， RFID 応 用 シ ス テ ム の 現 状， 電 学 誌，
vol.126, no.8, pp.525 ─ 528, Aug. 2006.
［22］ T. Chen and G. Lin, “An efficient anti-collision method for

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

（平成 20 年 5 月 17 日受付，7 月 27 日再受付）

小特集

解説論文：ネットワーク型 RFID の最新技術と利用動向

Automation & Test in Europe Conference & Exhibition,
pp.1 ─ 6, 2007.
［51］ S. Hodges “Assessing and optimizing the range of UHF
RFID to enable real-world pervasive computing
applications,” Lect. Notes Comput. Sci., vol.4480/2007,
pp.280 ─ 297, 2007.
［52］ テクトロニクス社，ホームページ，
http://www.tek.com/products/spectrum_analyzers/［53］ アジレント社ホームページ，
http://www.home.agilent.com/［54］ ぺリテック社ホームページ，http://www.peritec.co.jp/［55］ 三次 仁，羽田久一，金田浩司， 消費生活用製品のライフ
サイクル情報記録装置としての RFID， 2007 信学ソ大（通信），BS-12-5, Sept. 2007.
［56］ 家電電子タグコンソーシアム，電子タグ運用標準化ガイド
ライン，June 2006.
［57］ 財団法人日本医療機能評価機構医療事故防止センター，医療事故情報収集等事業 第 12 回報告書，March 2008.
［58］ 社団法人日本病院薬剤師会，医薬品業界における電子タグ
実証実験報告書，March 2006.
［59］ 科学技術振興機構，医療分野における電子タグ利活用実証
実験，2008（予定）．
［60］ 秋田大学医学部付属病院，
http://www.hos.akita-u.ac.jp/topics/ujapan.html［61］ 世界保健機関，
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/2003/fs275/
en/［62］ British Pharmaceutical Conference, News from BPC:
Half of Internet Viagra could be Counterfeit New
Research Shows, Sept. 2004.
［63］ アメリカ食品医薬品局，“Combating Counterfeit Drugs aReport of the Food and Drug Administration,”Feb. 2004.
［64］ 稲葉達也， 米国州政府が偽造薬の防止対策を加速， 日経
RFID テクノロジ，2005 年 2 月号，日経 BP 社，2005．
［65］ 奥脇三雄， 出版業界への RFID 導入例・実証実験， 2006
RFID 技術ガイドブック，電子ジャーナル，pp.174 ─ 183,
2006.
［66］ 田代信光， 出版業界への RFID 導入例・実証実験， 2008
RFID 技術ガイドブック，電子ジャーナル，pp.158 ─ 163,
2008.
［67］ 百貨店・アパレル電子タグ導入推進委員会， 百貨店業界・アパレル業界における電子タグ実証実験報告書， March
2005.
［68］ 経済産業省， 未来型店舗サービス実現のための電子タグ実証実験事業，
http://www.meti.go.jp/policy/it_policy/tag/jisshou2005.
htm［69］ C. Swedberg, “ OATsystems launches solutions for
tracking in-store product promotions,” RFID J., March2007.
http://www.rfidjournal.com/article/articleview/3164/1/1/［70］ IC タグの導入で提携したエアバスとボーイング， 日経
RFID ジャーナル，pp.28 ─ 31, March 2005.
［71］ 富士通（株）， 報道発表 : 航空分野向け 64 キロバイトの大容
量 FRAM を搭載した RFID タグを開発， http://pr.fujitsu.
com/jp/news/2008/01/9.html［72］ FAA to Publish Passive RFID Policy
http://www.rfidjournal.com/article/view/1695/1/1［73］ Tests Show UHF Tags Safe for Planes
http://www.rfidjournal.com/article/articleview/1453/1/14

解説論文

tag identification in a RFID system, ” IEICE Trans.
Commun., vol.E89-B, no.12, pp.3386 ─ 3392, Dec. 2006.
［23］ B. Zhen, M. Kobayashi, and M. Shimizu, “ Framed
ALOHA for multiple RFID objects identification, IEICE
Trans. Commun., vol.E88-B, no.3, pp.991 ─ 999, March
2005.
［24］ H. Vogt, “Multiple object identification with passive RFID
tags, IEEE Inter. Conf. SMC’02, Oct. 2002.
［25］ 川 喜 田 佑 介， キ ャ プ チ ャ 効 果 を 利 用 す る UHF 帯 RFID
イ ン ベ ン ト リ の 高 速 化， 信 学 技 報，SIS2007-55, Dec.
2007.
［26］ 川喜田佑介，UHF 帯 RFID インベントリの高性能化，慶應
義塾大学大学院政策・メディア研究科 博士論文，2008.
［27］ 塩見英久， 独立成分分析による無線混信号のブラインド信号 分 離 と 無 線 タ グ へ の 応 用， 信 学 技 報，SIS2007-53，
Dec. 2007.
［28］ H.-C. Liu, “A passive UHF RFID system with Huffman
sequence spreading backscatter signals,” LNCS4952,
The Internet of Things, pp.184 ─ 195, 2008.
［29］ J.S. Wang, “An improved MUSIC TOA estimator for RFID
positioning,” IEEE RADAR 2002, pp.478 ─ 482, 2002.
［30］ A. Chattopadhyay, “Analysis of low range indoor location
tracking techniques using passive UHF RFID tag,” 2008
IEEE Radio and Wireless Symposium, pp.351 ─ 354,
2008.
［31］ “RFID interrogators grow up,” RFID J., Jan./Feb. 2008.
［32］ 安藤浩次， UHF 帯 RF タグ移動方向検知技術， 2006 信学
ソ大（基礎・境界），AS-3-10，Sept. 2006.
［33］ 中村英生， RFID タグの到来方向推定システムの試作，2008 信学総大，B-1-212，March 2008.
［34］ “Mojix takes passive UHF RFID to a new level,” RFID J.,
April 2008.
［35］ A. Juels, “RFID security and privacy: A research survey,”
IEEE J. Sel. Areas Commun., vol.24, no.2, pp.381 ─ 394,
2006.
［36］ 日立製作所， 平成 18 年度エネルギー使用合理化電子タグシステム開発調査事業， March, 2007.
［37］ EPCglobal, “Tag data standard v.1.3,” 2007.
［38］ 越 塚 登， ユ ビ キ タ ス ID セ ン タ ー と そ の 活 動， 2008
RFID 技術ガイドブック，pp.33 ─ 38, 2008.
［39］ A. Yamamoto and S. Suzuki, “ A tamper detection
method for RFID tag data,” IEEE RFID 2008, pp.51 ─ 57,
2008.
［40］ EPCglobal Architectural Framework
http://www.epcglobalinc.org/standards/architecture/［41］ Object Naming Service（ONS）Standard
http://www.epcglobalinc.org/standards/ons［42］ Dynamic Delegation Discovery System（DDDS）
RFC3401, RFC3402, RFC3403, RFC3404, RFC3405［43］ EPCIS ─ EPC Information Services Standard
http://www.epcglobalinc.org/standards/epcis［44］ Aflilias Discovery Services
http://www.afilias.info/ads/［45］ 三次 仁，基礎からわかる UHF 帯電子タグ・システムの仕組み，RF ワールド，pp.91 ─ 99，CQ 出版社，2008.
［46］ “ Improved spectrum efficiency for RFID in the UHF
Band,” Draft ETSI TS 102 562 v1.1.1, 2007.
［47］ “ Technical characteristics of RFID in the UHF band;
System reference document for radio frequency
identification（RFID）equipment; Part 1: RFID equipment
operating in the range from 865MHz to 868MHz,” ETSITR 102 649-1 v1.1.1 3.0.5, 2007.
［48］ Y. Tanaka and I. Sasase, “ Interference avoidancealgorithm for passive RFID systems using contenstionbased transmit abortion,” IEICE Trans. Commun., vol.
E90-B, no.11, pp.3170 ─ 3180, Nov. 2007.
［49］ J. Mitsugi, “Experimental study on UHF passive RFID
readability degradation,” IEEE SAINT 2006 Workshops,
pp.52 ─ 55, Jan. 2006［50］ V. Derbek, “Simulation platform for UHF RFID,” Design,

39

三次

仁（正員）

▶ 1985 名 大・ 工・ 航 空 卒．1987 東 大 大学院航空修士課程了．同年 NTT 入社，通信研究所で通信衛星及び衛星通信システムの研究開発に従事．2004 年 4 月より慶應
義塾大学政策・メディア研究科特別研究准教授．2008 年 4 月より慶應義塾大学環境情報学部准教授．無線通信応用システムの研究開発に従事．工博（1996）．IEEE，日
本機械学会，日本航空宇宙学会各会員．

稲葉 達也▶ 1991 東大・工・電気卒．同年 NTT 入社，
企業情報システムの開発に従事．2004 マ
サチューセッツ工科大エンジニアリングシ
ステム学科修士課程了（ロジスティクス専攻）．同年同大学研究員．2005 年 6 月より
慶應義塾大学政策・メディア研究科特別研
究助教．自動認識技術の社会応用についての研究に従事．日本経営工学会会員．

鈴木 茂哉▶ 1985 より（株）フォア・チューン代表取締役社長．1999 放送大学教養学部修了．
1999 〜 2004 まで（株）
オムニサイソフトウ
エア代表取締役．2004 より Auto-ID ラボ
ジャパン副所長．2004 〜 2005 慶大 SFC研究所研究員．2005 〜 2007 まで南カリ
フォルニア大 ISI 訪問研究員．2006 より
慶大 政策・メディア研究科 助教．RFID 活
用を中心としたソフトウェアシステムの研究開発に従事．2007 より慶大 政策・メディア研究科後期博士課程．ACM, IEEE, 情報処
理学会各会員．

羽田 久一▶ 1993 阪 大・ 工 卒．1998 奈 良 先 端 科 学
技術大学院大学情報科学研究科単位取得退学．1998 同附属図書館研究開発室助手．
2003 年 4 月より慶応義塾大学政策・メディ
ア研究科講師．IC タグを中心とした自動認
識技術，実空間・情報空間アーキテクチャなどの研究に従事．工博（2001）．情報処理学会会員．

40

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

小特集

RFID
解説論文

解説論文

RFID リーダの技術と課題
The Subject and Technology of Radio Frequency Identification (RFID)
Readers

荒井雅行†

Masayuki Arai†

Summaryて の Suica Ⓡ シ ス テ ム が 導 入 さ れ， 近 接 型 IC カ ー ド「Felica Ⓡ 」については NFC（Near Field Communication） 規 格 と し て ISO（International Standard Organi-

RFID の技術には，人や物に付けて利用する非接触 IC
カードや無線 IC タグと呼ばれる媒体と，それと電気的に無線通信を行い情報のやり取りを行うリーダユニットがある．また，周波数帯に関しては，RFID を運用するアプ
リケーションによって LF（Low Frequency）帯，HF（HighFrequency）帯，UHF（Ultra High Frequency）帯が用いら

zation）に提案され，現在では ISO/IEC-18092 として規格 化 さ れ て い る． こ の ほ か の 規 格 と し て，ISO/IEC14443 Type B 規格については，住民基本台帳カードやパスポート，免許証 IC カードなどに使用され，国内外の非接触 IC カードとして多く使用されている．一方，れている．ここでは，Suica ®，PASMO ® などで利用され物 品 に 貼 り 付 け 管 理 す る 無 線 IC タ グ と し て ISO/ている HF 帯 13.56 MHz と，今後普及が期待される UHF

IEC-18000-3 Mode1 と 同 規 格 の 近 傍 型 規 格 の ISO/

帯 950 MHz について，特にリーダ側の技術と課題についIEC-15693 があり，多くは物流・流通管理のタグとしてて解説する．

Key words
RFID，無線 IC タグ，非接触 IC カード，リーダライタ

使用されている．
UHF 帯については，パッシブ型（無電池）の 950 MHz
帯が，2005 年 4 月に電波法省令改正により 952 〜 954
MHz での高出力型の無線 IC タグの利用が可能になった．非営利法人の EPCglobal（RFID 国際標準化推進団
体）が ISO に提案した「EPCglobal C1G2」規格が ISO/

1．ま え が き
RFID 技術は，日本の過去 20 年を見ると，まず，周
波数 LF 帯による動物管理，FA（Factory Automation）
分野で応用されてきた．現在でも，パレット（Pallet）管理， 遊戯場関係ではスキー場のリフト券管理，ゲーム機器等に多く使用されている．
HF 帯 の 13.56 MHz に つ い て は，1999 年 に ISO/
IEC-14443 TypeA 規格対応のプリペイドカードとして
IC テレホンカードが登場し，国際的にも普及している．
カード等にも使用され，近年では成人識別としてタバコ自動販売機に導入された taspo カードに利用されていグ単価の低価格化と長距離一括読取り性能の向上により，UHF 帯 RFID の 普 及 が 期 待 さ れ て い る． 更 に，
2008 年 5 月 29 日の電波法省令改正により，低出力タイプの 950 MHz 帯アクティブ型も許可され，アクティブ型無線 IC タグやセミアクティブ（またはセミパッシブ）型として用途が広がっている．一方で，950 MHz 帯近傍磁界の磁界結合「Inductance coupling」で動作させる近磁界型商品タグ「Near Field Item Level Tag」も開発されており，その性能評価も今後期待される．
以上の RFID システムの概要について図 1 にまとめる．無線 IC タグには，磁界で動作するものと電界で動作するものに大別される．125 〜 135 kHz 帯や 13.56 MHzる．更に，2001 年には公共交通機関の自動改札機とし

帯はコイル同士の磁界結合で動作する電磁誘導方式であ†東京計器株式会社，東京都
Tokyo Keiki Inc., Tokyo, 144-8551 Japan

波を利用して通信動作する電波方式が主流である．

解説論文：RFID リーダの技術と課題

り，433 MHz，950 MHz，2.45 GHz 帯は電界による電磁

41

小特集

また，近接型 IC カード「Mifare Ⓡ」として非接触入退出

IEC-18000-6C［1］として国際標準化されたことと，タ電界

無線ＩＣタグ（EPC C1 G2）

アクティブ

433 MHz 帯
950 MHz 帯
2.45 GHz 帯

セミパッシブ

950 MHz 帯
2.45 GHz 帯
950 MHz 帯
2.45 GHz 帯

パッシブ

RFID

磁界

参考タグ・カード例

ISO/IEC-18000-7
ISO/IEC-18000-4 (M2)

ISO/IEC-18000-6(Type-A, B, C)
ISO/IEC-18000-4 (M1)

動物管理
タグ

< 135 kHz 帯

ISO/IEC-18000-2(Type-1, 2)

物流・流通
タグ

13.56 MHz 帯

ISO/IEC-18000-3(Mode-1, 2)
ISO/IEC-15693

Mifare カード
taspo カード

ISO/IEC-14443A
13.56 MHz

住基カード
免許証ＩＣ カード

ISO/IEC-14443B
13.56 MHzNFCIP-2

Felica カード

ISO/IEC-18092 準拠
13.56 MHzISO/IEC-21481

図1

RFID システム概要

以上述べたように，HF 帯 RFID の利用は，既に 10 年

磁誘導に関するファラデーの法則によって面積及び負荷

近く経ち，現在，専用端末からマルチリーダ端末として共振回路の Q，巻数 N に比例して二次電圧 V2 が発生の利用に移行している．本論文では，ISO/IEC の各種する．このため，リーダコイルと無線 IC タグコイルの規格に対応した HF 帯リーダのエアインタフェースの概

二つの磁気的結合による相互誘導作用により互いにコイ

要及び通信動作について解説する．また，今後利用拡大

ルに流れる電流が影響し合い，通信を行うことができる．

が期待される UHF 帯 RFID についても，その通信技術

電気回路のトランスコイルの等価回路に置き換えて算出と，リーダの送受信回路の概要，構成について解説する．

すると，一次側の相互インダクタンス式からも分かるよ

その中で，干渉等の技術的問題に対する改善が期待され

うに相互インダクタンス＝結合係数の変化と二次側の負る共用化技術も含めた技術的課題についても解説する．

荷変調 Z2 の変化で受信電圧が変化する［2］〜［4］．
この電磁誘導による方式は UHF 帯でも利用可能であ2．HF 帯と UHF 帯の無線通信比較る．その場合，周波数に比例して二次側の電圧が発生することから，UHF 帯の周波数 950 MHz だと 13.56 MHz

RFID では，HF 帯では電磁誘導によりタグとリーダに比較して，単純計算で約 70 倍の効率が良いことにな間の通信を行う磁界通信方式，UHF 帯ではリーダからる．しかし，950 MHz ではコイル（ループ）が波長に比電波を放射させ，電波を受信したタグからの再放射を較して長くなるため，リーダ送信ループアンテナにヌルリーダで受信するバックスキャッタ方式が一般的に用い点のない電流を均等に流すことが難しい［5］．以上の点られている．本章では，これらの無線通信方式の違いにから，リーダ回路構成やアンテナの容易性，コストの面ついて説明する．

から見ればはるかに HF 帯が勝る．が，一方で，UHF

図 2 に HF 帯磁界通信方式の動作原理を示す．HF 帯

帯電磁誘導型の無線 IC タグの場合，波長から 2 乗で減の波長から m/2r の距離を基点として近傍界と遠方界に衰する電界と 3 乗の磁界成分の両方の影響が，効果的に分類すると，周波数 13.56 MHz は近傍界の磁界として近傍で作用し，金属や液体の影響の少ない UHF 帯商品

使用するループコイルを磁気的微小ダイポールに近似すタグとして機能するという点では，メリットが得られる

るならば，理論式の球座標表示の径方向成分の磁界強度可能性もある．

HR が近傍で支配的になり，距離の 3 乗に反比例して減図 3 には UHF 帯バックスキャッタ方式の動作原理を衰する．この発生した磁界に真空中の透磁率 n 0 を掛け示す．長距離リードが可能な遠方界で使用する UHF 帯た磁束密度 B に鎖交する無線 IC タグ等のコイルに，電無線 IC タグは，距離の 1 乗で減衰する電界を利用する．

42

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

V1

C1

M

Z1 & I1

Z2 & V2

V1 Zin

D r2

D r1

L2 & N2 & r2

X

Reader(V r = Z1 +
M=

C2

L2
Z2

r1

R2
Vr

M
L1

Z1

解説論文

L1 & N1 & r1

I1

Zin = Z1 +V2r2(ωM )2Z2

S = D r22

Tag or Card(ω M )
Z2

2)

V2 = ω N2SQµ 0H cos α

I1µ 0 D r12

S N1N2 = K√L1L2
2√(D r 12+X 2)3

図2

Q=

1
(r2/ ωL2) + (ωL2 /R2)

HF 帯磁界通信の動作原理

GT x

S=

GR x
直線偏波

PT x

PT x GTx
4π R 2

Chip
PR x1
R

Reader
フリスの伝達公式から
PR x1 = PT x ( λ /4π R )4GT x2GRx2
PT x：リーダ送信電力
GT x：リーダアンテナ利得
PR x1：リーダ受信電力

図3

Ae =

λ2GRx
4π

Tag
PRx 2 = S・Ae
PR x2：タグ受信電力
GR x：タグアンテナ利得
S：電力密度［W/m2］
A e：アンテナ有効面積［m2］UHF 帯バックスキャッタ方式の動作原理

送信電力 PTX とアンテナゲイン GTX で送信した放射
電波は周辺の物体に反射しながら (m/4 rR)2 の伝搬損（フ3．HF 帯 RFID リーダの概要

リスの伝達公式）で減衰し，タグアンテナに受信される．
無線 IC タグアンテナでは，アンテナの有効面積 Ae と近 年， 非 接 触 IC カ ー ド に 代 表 さ れ る 自 動 改 札 機

到達した距離 R 点の電力密度 S の積で受信電力 PRX2

「Suica Ⓡ」「PASMO Ⓡ」や電子マネーなどで使用されるが決まる．この受信電力は，アンテナと負荷の整合条件「Edy Ⓡ」カードが一躍脚光を浴びてきた．その背景にはによって負荷側に供給され，マッチング状態によって受RFID の利便性が認識されたことがある．更に，同時に信電波が再反射する．この反射波の大きさは無線 IC タ

多種多様な非接触 IC カードが存在し，1 人数枚の非接グのアンテナと負荷のマッチングの善しあしで決まる．

触 IC カードをもつ時代にもなってきている．
こ れ ら の カ ー ド に は UID（Unique-Item Identifica-

信回路に受信電力 PRX1 として到達する［6］
，
［4］
．受信

tion）という固有の識別子が存在している．UID 利用に

電力 PRX1 には周辺の物体の静的反射や動的反射（移動はプライバシー問題やセキュリティの問題が発生する物体等）も含まれており，その中に無線 IC タグのアンテ（UHF 帯無線 IC タグも同様）．個人や物が知らないうち

ナと負荷のマッチング，またはミスマッチングの制御でに無線 IC タグなどをもたされ，個人情報と関連付けが

振幅変調された反射波と一緒に受信される．

行われたり，履歴情報として記録されることがあり，個解説論文：RFID リーダの技術と課題

43

小特集

タグからの反射波が再度伝搬損で減衰してリーダ側の受人のプライバシーの侵害が発生する可能性がある．した

ISO/IEC-18092 規格では，送信は 10％振幅変調で行がって，本人の意思確認と同意が必要である［7］．
セキュい，符号化はマンチェスタ符号が使われている．特徴的

リティ対策の方法としては，非接触 IC カードや無線 IC

なのは，アクティブ動作での機器間通信が可能になってタグのデータ暗号化として共通鍵暗号の DES（Data-

いる点である．

Encryption-Standard）， 公 開 鍵 暗 号 の RSA（Rivest-

ここで，変調方式と符号化方式について補足しておく．

Shamir-Adelman），擬似乱数系列と排他的論理和をとっ100％変調と 10％変調の違いに関しては，タイプ A の場

たストリーム暗号などが使用されている
［8］
［9］
，
．

合， 非 接 触 IC カ ー ド ま た は 無 線 IC タ グ チ ッ プ 内 でCPU（Central Processing Unit）を使用せず，ハードロ

4．HF 帯 RFID リーダの技術

ジックで回路が設計されているため，13.56 MHz の搬送
波の 100％変調落込みでも動作可能である．タイプ B の

この章では，一般的によく知られている，近接・近傍

場合，CPU 搭載で通信制御するため，CPU 用クロック

規格の物理レイヤであるエアインタフェース技術と送受の再生する 10％変調が有利であり，スペクトル帯域が信の復調について簡単に解説する。

広がらないなどの特長がある．符号化方式に関しては，

4.1 エアインタフェース

NRZ 符号の場合， 1 や 0 の連続が続いた場合には直流

表 1 に近接・近傍エアインタフェース規格を示す．大信号成分が多くなるため復調が難しい．それに比較して，別して，近接型（ISO/IEC-14443 規格），ISO/IEC-18092

マンチェスタ符号は直流成分がないが，スペクトル帯域

規格，近傍型（ISO/IEC-15693 規格）の 3 種類に分類さが広がってしまう．ミラー符号は両方の利点を持ち併せれる．

ており，スペクトル帯域が狭く電力伝送効率が良い．そ近接型の ISO/IEC-14443 にはタイプ A とタイプ B があり，物理的特性は ISO/IEC-14443-1，電力伝送及び信のミラー符号の立上りと立下りでパルス化した信号がモ
ディファイドミラー符号である［11］．

号インタフェースは ISO/IEC-14443-2，初期化及び衝突近傍型の ISO/IEC-15693 規格では，パルス位置変調

防 止 は ISO/IEC-14443-3， 伝 送 プ ロ ト コ ル は ISO/PPM（Pulse Position Moduration）符号が用いられていIEC-14443-4 で規格化がされている［10］．タイプ A とタる．低速の場合には通信速度が遅いため，13.56 MHz の

イプ B の大きな違いは，タイプ A の場合，リーダから± 7 kHz 帯域内に変調時の占有帯域幅が収まり，電波法の送信を 100％振幅変調「100 %ASK（Amplitude Shiftの技術基準である電界強度スペクトルマスクのサイドバ

Keying）」で行い，符号化はモディファイドミラー符号

ンドまで，ピークパワーを上げられる．これから，他の規を使用，返信は副搬送波を使用し，ASK 負荷変調され格に比較して無線 IC タグとの通信距離を伸ばせる［12］．

たマンチェスタ符号が使われている．一方，タイプ B

図 4 に送信・受信信号の復調の流れを示す．一例としは 10％振幅変調で行い，符号化は NRZ（Non Return toて，Felica カードで使用されている ISO/IEC-18092 準Zero）符号が使われ．返信は副搬送波を使用し，BPSK

拠のパッシブ通信を中心に説明する．

（Binary Phase Shift Keying）負荷変調された NRZ 符号が使われている．

なっており，通信速度も 212 kbit/s と同じである［13］．

表1

タイプ A

タイプ B

ISO/IEC-18092

ISO/IEC-15693 近傍
低速

高速

13.56 MHz13.56 MHz

搬送波周波数

13.56 MHz13.56 MHz13.56 MHz

必要帯域幅

± 339 kHz± 106 kHz± 424 kHz変 調 方 式ASK100％

ASK10％

ASK10％

ASK100％

ASK10％

変 調 符 号

モディファイドミラー

NRZ

マンチェスタPPM 1：256

PPM 1：4

通 信 速 度

106 kbit/s

106 kbit/s

212 kbit/s

1.65 kbit/s

26.4 kbit/s

変 調 方 式

負荷変調

負荷変調

負荷変調

負荷変調

負荷変調

通 信 速 度

106 kbit/s

106 kbit/s

212 kbit/s

6.62 kbit/s

26.4 kbit/s

周波数847.5kHz

847.5 kHz423.75 kHz
484.28 kHz

423 kHz

ディジタル変調方式

ASK

BPSK

ASK

FSK

ASK

符号化

マンチェスタNRZ

マンチェスタマンチェスタマンチェスタカード→リーダ
副搬送波

44

近接・近傍エアインタフェース規格
ISO/IEC-14443 近接

項 目

リーダ→カード

ISO/IEC-18092 は，双方向同じ通信フォーマットに

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

解説論文

電力

ISO/IEC18092

復号された NRZ 符号の
ベースバンド信号

13.56 MHz 搬送波

2 値化された副搬送波信号を
BPSK 復調・NRZ 復調・マンチェスタ復調

ISO/IEC14443A/B
ISO/IEC15693

カードから負荷変調されたサブキャリヤサイドバンド
14.407 MHz
13.772 MHz

増幅＆2 値化
包絡線検波
フィルタ

212 kHz423 kHz847.5 kHz423 kHz 212 kHz

周波数847.5 kHz

図4

送信・受信信号の復調概念図

他の規格では，カードからの返信に副搬送波の 423 kHz

は，一般的なスーパヘテロダイン方式の回路ではなく，や 847.5 kHz を使用し，振幅変調または位相変調を行い，中間周波数でのイメージ周波数除去回路を必要とせずにリーダ側で振幅変調または位相変調された信号を包落線

直接受信信号をベースバンド信号へ変換するダイレクト

検波後，フィルタで 13.56 MHz の搬送波を除去，増幅

コンバージョン受信回路構成とした．また，信号処理にし 2 値化する．2 値化された NRZ またはマンチェスタ

は，DSP（Digital Signal Processor），DAC（Digital to

符号の副搬送波信号からベースバンド信号の NRZ 符号

A n a l o g C o n v e r t e r ）， A D C （ A n a l o g t o D i g i t a lに復調する．

Converter）等を使用したソフトウェア無線回路もある

ISO/IEC-18092 の場合，カードからの返信に副搬送波を使用していないが，基本的には他規格と同じ方法でが，ここでは安価な CPU とハード的に自由度のある
FPGA の構成にした．
内部構成は 4 ブロックに分かれ，高周波送信部，高周付き振幅変調信号は包落線検波され，r 型フィルタ数段

波 受 信 部， 信 号 処 理 の FPGA 部， プ ロ ト コ ル 処 理 ので搬送波を除去後，増幅器で増幅してアナログからディ

CPU 部がある．高周波送信部は，周波数シンセサイザ，

ジタルに 2 値化変換される．その信号をディジタル処理

Driver 増 幅 器， 二 重 平 衡 変 調 器 の DBM（Double

回路に入力し，プリアンブル信号でクロック同期をとっBalanced Mixer）， 表 面 波 弾 性 素 子 の SAW（Surface

た後，212 kHz のクロックと排他的論理和をとりマン

Acoustic Wave）フィルタ，電力増幅器で構成される．

チェスタ符号から NRZ 符号に復号する．同時に，受信高 周 波 受 信 部 は， 低 雑 音 増 幅 器 LNA（low noise

デ ー タ を 巡 回 冗 長 検 査 の CRC（Cyclic Redundancy

amplifier），IQ（Inphase/Quadrature）
復調器，LPF（Low

Check）を行う．CRC データのエラーチェック検出の方

Pass Filter）低域フィルタ，低周波増幅器，コンパレー

法は，15 段のレジスタの初期値をゼロにして生成多項タによる 2 値化回路で構成される．LBT（Listen Before

式 G(x) = X16 + X12 + X5 + 1 のタップで排他的論

Talk）のキャリヤセンス機能も同じ受信回路で帯域フィ理和をとったシフトレジスタ回路のループに受信データ

ルタ帯域及びゲインを変えることで構成される．FPGA

を転送し，剰余がゼロになれば受信データは正常と判断

回路は送信信号の NRZ 符号から PIE（Pulse Interval

する．

Encoding）符号に変換する回路とプリアンブル信号の生成回路及び CRC 生成回路で構成され，また受信回路で5．UHF 帯 RFID リーダの概要

は 受 信 信 号 の FM0（bi-phase space） 符 号 や Millersubcarrier 符号の復調及び CRC チェック回路，送受信

図 5 に UHF 帯 RFID リーダの構成図を示す．ここで解説論文：RFID リーダの技術と課題

バッファ回路で構成される．CPU 回路はプロトコル制

45

小特集

復調できる．カードからの負荷変調されたプリアンブル

FPGA

周波数シンセサイザ

モジュレータDBM

VCO & PLL

電力増幅器 ・Monostatic Ant
・Bistatic Ant
・Circularly polarized Ant
AMP
SAW

LPF
CPU

CODEC

LBT

BPF &
AMP

キャリヤセンス

㻬I

AMP

Q
㻴

AMP

サーキュレータ

LPF

リーダ→タグタグ→リーダ

LNA

スイッチ
フィルタ

低周波
増幅器

項 目

SW

低雑音増幅器IQデモジュレータ

図5

UHF 帯 RFID リーダの構成図

表2

UHF 帯エアインタフェース規格

ISO/IEC-18000-6A

ISO/IEC-18000-6B

ISO/IEC-18000-6C

搬送波周波数860 〜 960 MHz

860 〜 960 MHz

860 〜 960 MHz

変27 〜 100％18％ or 100％

80 〜 100％

変 調 方 式DSB-ASK・SSB-ASK

DSB-ASK・SSB-ASK

DSB-ASK・SSB-ASK
or PR-ASK

変 調 符 号

PIE

マンチェスタPIE

通 信 速 度

33 kbit/s

10 or 40 kbit/s

26.7 〜 128 kbit/s

変 調 方 式ASK

ASK

ASK or PSK

通 信 速 度

40 kbit/s

40 kbit/s

40 〜 640 kbit/s（FM0）
5 〜 320 kbit/s（Msub）

衝突防止方式

Aloha

Binary Tree

Slotted Random

符

FM0

FM0

FM0 or Miller subcarrier

調

号

度

化

PIE（Pulse Interval Encoding）：パルス間隔エンコーダ，FM0（bi-phase space）：バイフェーズスペース符号，-ASK：両側波帯振幅変調，Miller subcarrier：ミラーサブキャリヤ符号，DSB（Double Side Band）-ASK：位相反転振幅変調
PR（Phase Reversed）

御と通信制御回路のソフトウェア処理を行う．
表 2 に，ISO/IEC-18000 規 格 の UHF 帯 エ ア イ ン タ
フ ェ ー ス 規 格 を 示 す． 次 に， 表 2 の 規 格（ISO/IEC-

図 7 に帯域内のチャネルスペクトルマスクと ISO/IEC18000-6C 規格の Dense Reader Mode（干渉抑圧リーダ
モード）
スペクトルマスクを示す．

18000-6C）において，日本の電波法に則した UHF 帯

干渉に強い Dense Reader Mode では，変調時に両側RFID リーダの具現化する上で必要なエアインタフェー

波帯スペクトルの広がりが応答信号に影響しないようにス技術に関して解説する．

スペクトル帯域をシンボル時間（Tari）によって制限し，

5.1

ハードウェア（送信回路）

ピーク搬送波から 30 dBc，60 dBc（搬送波を基準にし送信部では電波法で定めた技術基準である諸規定値をた dB）の減衰を規定している（赤線）．日本では，100

満足するように設計しなければならない．技術基準適合

kHz 帯域で，− 10 dBm/100 kHz，− 29 dBm/100 kHzの取得と高出力型の場合，構内無線局の免許登録が必要の減衰を規定している．日本の電波法では帯域外に携帯である．中でも帯域内及び帯域外のスプリアス発射の強電話の帯域があるため厳しい制限値であるが，干渉抑圧度の許容値が厳しい．

が必要な Dense Reader Mode では，更に厳しい帯域制

図 6 に日本の電波法の不要ふく射規定を示す．また，

46

限が必要とされる．帯域内でもう一つ厳しい制限として，

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

30 dBm

高出力型

送信電力＆利得

空中線電力：1 W 以下
空中線利得：6 dBi 以下

周波数952 〜 955 MHz

952 〜 954 MHz

チャネル数

14 チャネル（200 kHz）

9 チャネル（200 kHz）

LBT

10 〜 15 ms, ­64 dBm

5 〜 10 ms, ­74 dBm

送信時間

最大 1 s，休止 100 ms

最大 4 s，休止 50 ms

隣接チャネル漏えい電力­18 dBm 以下

0.5 dBm 以下

電波法

技術適合取得のみ技術適合と構内無線免許

解説論文

EIRP（実効放射電力）= 30 dBm

低出力型
空中線電力：10 mW 以下
空中線利得：3 dBi 以下* EIRP（Effective Isotropic Radiated Power）­36 dBm/100 kHz­39 dBm/100 kHz­40 dBm/100 kHz­61 dBm/100 kHz­71 dBm/100 kHz

715

945

950 952954 956

PDC/IMT-2000

960

1000

1884.5 1919.6

PDC

図6

[MHz]

PHS

電波法の不要ふく射規定

200 kHz200 kHz200 kHz

30 dBm­29 dBc

10 dBm/100 kHz

電波法マスク（黒線）­30 dBc
DENSE READER
マスク(Tari=25μS)赤線­59 dBc­29 dBm/100 kHz
隣接チャネル漏えい電力
0.5 dBm/200 kHz
f c ­ 200 kHz

下側隣接

図7

fc

f c + 200 kHz

上側隣接

Tari（TypeA Reference Interval) :ISO/IEC-18000-6Aからの引用で
時間間隔

チャネルスペクトルマスク

952 MHz の最初のチャネルのスペクトル帯域のすそが2 倍 の 高 調 波 の 1884.5 MHz 超 え 1919.6 MHz 以 下 で−39 dBm/200 kHz にかからないように帯域制限する必−61 dBm/1 MHz の減衰が必要なため，高次のフィル

要がある．よって，この帯域ではピークから 69 dBc のタが必要である．
規格上の転送速度は送信側で 40 kbit/s から 160 kbit/s

定もあり，規定値の 0.5 dBm/200 kHz（緑線）を超えなまで使用可能のため，それぞれの転送速度に対して帯域いようにしなければならない［14］．

制限フィルタが必要になる，ロールオフフィルタを用意

帯域外ではパワーアンプの手前には急しゅんな帯域する方法として，アナログで処理する場合，高次のフィフィルタ BPF（Band Pass Filter）の SAW フィルタをルタが必要になり，フィルタ段数を増やして組み合わせ

入れ，後段に誘電体フィルタで規定値まで減衰させる．

るか，または DSP 等でディジタルフィルタによるソフ

解説論文：RFID リーダの技術と課題

47

小特集

減衰が必要である．また，隣接チャネル漏えい電力の規ト処理で可変にする必要がある
［15］
［16］
，
．

スペクトルと衝突が起こらないようにする．チャネル 1

5.2 ハードウェア（受信回路）とチャネル 3 は応答チャネル専用とし，チャネル 2 はFM0 受信と Miller subcarrier 受信の基本的な通信動

LBT なしの送信チャネルとするなど，現状では使用で作を簡単に解説する．図 8 に FM0 受信動作のスペクト

きないが，今後，電波法が改正される予定がある．また，

ル概念図と図 9 に Miller subcarrier 受信動作のスペク

Miller subcarrier 受信では周辺の複数リーダが送信チャ

トル概念図を示す．

ネルとして応答専用チャネルを使用しないなどの工夫もFM0 受信では送信パワースペクトルの帯域内にかぶ必要である．

さるように無線 IC タグからの応答信号が各チャネルで受 信 し た Miller subcarrier 信 号 は 200 kHz の サ ブ

返信される．同じチャネルが重なると無線 IC タグからキャリヤ周波数に落とされ，低雑音増幅器で増幅後，IQの 信 号 が 妨 害 さ れ 受 信 で き な い た め，LBT（Listen（Inphase/Quadrature）復調器のミクサで同じ搬送波とBefore Talk）の機能により送信チャネルが別のリーダ掛け算され位相 90 度差の二つの微小 200 kHz 受信信号の送信チャネルと同じにならないようにする．具体的にに 復 調 さ れ る． 隣 接 チ ャ ネ ル の チ ャ ネ ル 4，5 の 400

は，送信前に，送信したいチャネルの電力を受信回路でkHz 以上のビート信号はフィルタで除去され，DC オフ−74 dBm 以下かをチェックし，以下であれば送信し，

セ ッ ト 除 去 後， 増 幅 さ れ 論 理 信 号 に 2 値 化 さ れ，50

使用中であれば別チャネルで送信するなどの衝突を避け

kbit/s の Miller subcarrier 信号から NRZ 符号に復調さるように制御する．

れる．I（同相成分）と Q（直交成分）の位相差 90 度の受

無線 IC タグから返信 FM0 信号（40 kbit/s）は低雑音

信信号が必要な理由は，電波伝搬では，マルチパスのよ増幅器で増幅後，IQ（Inphase/Quadrature）復調器のミ

うに大地に反射した信号と直接波の信号が受信端で 90

クサで同じ搬送波周波数と掛け算され，位相 90 度差の度の位相差で一致した場合，合成された受信信号はキャン

二つの微小ベースバンド信号が DC（Direct Current）近セルされ出力されない．同じように無線 IC タグの位置

傍で復調される．その直流 DC 近傍周波数に復調されたが 1/4 m の位相差で受信された場合，出力が現れないヌ

微小信号は帯域フィルタで隣接チャネルなどの 200 kHz

ル点（不感帯）となる．無線 IC タグを移動すると 1/8 m 距

及び 400 kHz 干渉ビート信号や DC オフセットなど除離ごとにヌル点を繰り返すため，I と Q の位相差信号の去され低周波増幅器で増幅後，論理信号に 2 値化されて絶対値をとりヌル点が発生しないように改善する．

受信 FM0 信号から NRZ 符号に復調される．

このようにすることで，FM0 受信の場合では送信待図 9 の Miller subcarrier 受信では，無線 IC タグの応ちなどでリアルタイム性の確保が難しかったが，Miller

答信号をサブキャリヤ周波数である LF 周波数（ここでsubcarrier 受信では LBT 不要送信チャネルにより改善

は 200 kHz）まで離調させ，送信スペクトルから隣接チャされ，また応答専用チャネルにより受信妨害を避けるこネルの帯域へ応答信号を周波数変位させることで，送信とができるため，効率良く，多くのタグを一括受信できる．

電力

DC オフセットベースバンド信号

バックスキャッタサイドバンド（40 kbit/s）
CH1 選択帯域フィルタ

CH2＆CH3 のビート IM2, IM3
FM0 復調LBT 及び送信制御
952.2 MHz（CH1） 952.6 MHz（CH3）
952.4 MHz（CH2）CH1 増幅＆2 値化

フィルタ
IQ 復調
40 kHz200 kHz400 kHz

40 kHz周波数

200 kHz

図8

48

FM0 受信動作のスペクトル概念図

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

解説論文

電力

バックスキャッタサイドバンド（50 kbit/s）

DC オフセットベースバンド信号

Miller subcarrier：200 kHz（M4）選択帯域フィルタ

MS 方式・CH2 のみ LBT なし

MS 復調

CH1 または CH3 増幅＆2 値化

952.2 MHz（CH2）
（CH5）
送信CH
952.8 MHz（CH4）

CH4＆CH5 のビート IM2, IM3

952.2 MHz（CH1）フィルタ

50 kHz

IQ 復調

200 kHz応答CH

400 kHz 600 kHz

サブキャリヤ

図9

フィルタによる帯域制限と電波法のスペクトルマスク遵守

952.6 MHz
（CH3）
応答CH

50 kHz周波数

200 kHz

Miller subcarrier 受信動作のスペクトル概念図

課題１ 送信系

課題 2 送信系

・帯域外スプリアス
・帯域内スプリアス
・技術基準適合・DSB-ASK
・PR-ASK・ロールオフフィルタ
・位相雑音

シンセサイザの位相雑音改善とDBM の変調波形の帯域制限

UHF 帯 RFIDリーダ

DCRのDCオフセット対策と高次フィルタ等による選択性改善

・送信パワーリーク
・サーキュレータ・DC オフセット・IIP2, IIP3

・べースバンド復調
・レスポンスタイム

課題 3 受信系

課題 4 受信系

図 10

送受信タイミングの過渡応答対策

UHF 帯 RFID リーダの技術的課題

受信回路の課題としては，復調時にダイレクトコン
バージョン受信回路特有の直流近傍の DC オフセットと6．RFID リーダの課題

増幅器のレスポンス特性で注意が必要であり，直流カッこれらの技術的事柄を踏まえて，RFID リーダの課題

DC オフセットのキャンセル回路を必要となる［17］．

について解説する．図 10 に，高周波回路設計で考慮す

ま た， 相 互 変 調 ひ ず み の IIP3（Input Third-order

べき UHF 帯 RFID リーダの技術的課題をまとめた．こIntercept point） と IIP2（Input Second-order Intercept

れらの送受信アナログ回路技術の課題も，アナログ・ディ

point）に注意が必要である．受信回路のトータルの IIP3

ジタル処理一体の半導体チップ化により性能向上が図ら

や IIP2 が低いと受信ベースバンド信号にひずみが発生れている．その他の技術的課題として，
HF 帯 RFID リー

し復調時のビットエラーを悪化させる原因になる．

ダでは，シングルリーダが一般的に使用されているが，解説論文：RFID リーダの技術と課題

49

小特集

トのコンデンサ挿入，フィードバック AGC 回路など

各種規格ごとに機器が違うなど煩雑であった．カード等であるエアインタフェースに関して解説した．また，Everett, CEO, Smart Card Group.
http://www.smartcard.co.uk/mifare.html［10］ ISO/IEC FCD 14443-3, Identification cards contactless
integrated circuit (s) cards proximity cards Part 3:
Initialization and anticollision, 1999.
［11］ M. Hecht and A. Guida, “Delay Modulation,” Proc. IEEE,
pp.1314 ─ 1316, July 1969.
［12］ ISO/IEC18000, Part3, Information Technology AIDC,
Techniques-RFID, for Item, Management-Air-Interface,
Part-3 Parameters for air interface communications at
13.56 MHz, 2002.
［13］ Standard, ECMA-340, Second Edition/Dec. 2004. Near
Field Communication Interface and Protocol (NFCIP-1).
［14］ テレコムエンジニアリングセンター， 950MHz 帯移動体識
別の特性試験方法， 2006.
［15］ 河合武宏， ソフトウエア無線による RFID リーダライタの開 発， OMRON TECHNICS，vol.47, no.2, pp. 75 ─ 79,
2006.
［16］ 三次 仁， 電子タグにおける電力と信号の伝送， 2006 信
学総大，CBS-1-1，March 2006．
［17］ 田中 聡， 半導体集積化受信機の基礎， 日立製作所中央研
究所，2005.
［18］ 総務省情報通信審議会， 情報通信技術分科小電力無線シス
テム委員会報告， Dec．2007．
［19］ 流通システム開発センター，RFID 技術動向運用環境調査報
告書， March 2008．

UHF 帯 RFID リーダの高周波回路の技術と課題につい（平成 20 年 5 月 7 日受付，8 月 18 日再受付）に依存しない共通端末としてマルチリーダ化が期待され，その一つに NFCIP-2（Near Field Communication）
規格対応がある．UHF 帯のリーダ間干渉やタグコン
フュージョンなどの問題は，LBT，Miller subcarrier
受信やリーダ送受信同期技術，送信パワー & 時間制御，
電波吸収体による遮へいなど対策が既に行われている．
また，社会的課題である電磁波防護の安全指針と植込み型医療機器へ及ぼす影響は，解決に時間がかかると思われる［18］，［19］．プライバシー問題やセキュリティの問
題もタグの普及により表面化してくる問題であり，時間のかかる課題である．

7．む

す

び

HF 帯 近 接・ 近 傍 型 の ISO/IEC-14443AB・ISO/
IEC-18092 及び ISO/IEC-15693 の各規格の物理レイヤても，多少詳細に解説し，現状の RFID リーダの技術を紹介した．今回，紹介できなかったが，RFID リーダ
アンテナ技術や RFID リーダ信号処理技術について，今
後，機会があれば紹介したい．干渉問題を含めた技術的条件等の規定改正はこれからであり，社会的課題の医療機器問題などシステム運用を含めた改善が総務省（電波法）
及び業界全体で行われていくと考える．
今後，無線 IC タグ・非接触 IC カードの利便性認知や荒井 雅行（正員）▶昭 53 電機大・工・電子卒．昭 46（株）東京計器入社．現在，LF 帯・HF 帯 RFID リー
ダ開発，UHF 帯 RFID 950 MHz リーダの研究開発を経て．陸上 1 級・2 級無線技術士・電気通信主任技術者・工事担任者として有線電気通信及び無線通信機器開発に従事．自動認識基本技術者（JAISA 会員）．

タグ単価の低価格化などにより，HF 帯・UHF 帯 RFID
全体の需要が，増加することを期待したい．
文

献［1］ EPCglobal, EPC Radio-Frequency Identity Protocols

Class-1 Generation-2 UHF RFID Protocol for
Communications at 860MHz-960MHz, Version 1.1.0,
2005.
［2］ 後藤憲一，山崎修一郎，電磁気学演習，共立出版，1994.
［3］ 古谷恒雄，空中線及び電波伝搬，啓学出版，1971．
［4］ T. A. Scharfeld, “ An analysis of the fundamental
constraints on low cost passive radio-frequency
identification system design,” Northwestern University at
the Massachusettts Institute of Technology, pp.22 ─ 36,
Aug. 2001.
［5］ D. M. Dobkin, S. M. Weigand, and N. Iye, “Segmented
magnetic antennas for near-field UHF RFID,” Microw. J.,
vol.50, no.6, June 2007.
h t t p : / / w w w. m w j o u r n a l . c o m / J o u r n a l / a r t i c l e . a s
p?HH_ID=AR_4597［6］ K. Finkenzeller, Fundamentals and Applications inContactless Smart Cards and Identification, Second ed.,RFID Handbook, 2006.
［7］ 高木浩光， RFID のプライバシー問題とその解決策， 産業
技術総合研究所，情報セキュリティ研究センター，2006．
［8］ American Public Transit Association, Universal Transit
Fare card Standards (UTFS), “Trendsin electronic faremedia technology,” Version 1.40, Dec. 2003.
［9］ Mifare（In）Security Update January 2008 By Dr David

50

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

小特集

RFID
解説論文

解説論文

RFID タグ用アンテナ技術
RFID Tag Antennas

高橋応明

†

Masaharu Takahashi†

Summary

しては（1）
課金，プリペイド，（2）
セキュリティ管理，（3）
物品・物流管理，トレーサビリティ等に大別される［4］．
RFID システムはカード形状などユーザがもつ RFID タ

近年の RFID（Radio Frequency Identiﬁcation）シス
テムの急速な普及には目覚ましいものがある．使用されてグと，その情報を読み書きする Reader/Writer（以下 R/W）から構成されている
［5］
［
，6］
．

いるアンテナは，システム全体の中で最も設計が難しい

まず，RFID タグには，電源や発振回路を内蔵したアといっても過言ではない．これはアンテナの設計パラメー

クティブ型（バッテリー搭載）と，電源を内蔵せず R/Wタが，形状，材質，IC とのインピーダンス整合，通信エリアや各種規制等の遵守等々と非常に多岐にわたるためである．RFID システム
（以下 RFID）には使用する周波数帯がいくつか用意されており，13.56 MHz 帯と UHF 帯（860 〜 960 MHz）
，2.45 GHz 帯等では，動作原理が異なるため，使用するアンテナの種類が異なる．また，RFID タグを貼り付ける物質（金属や高誘電体等）によっても， アンテナ 特 性 が大きく変 化 する． 本 論 文では，RFID タグ用アンテナの設計について述べる．

Key words
RFID，スパイラルアンテナ，ループアンテナ，ダイ
ポールアンテナ，パッチアンテナ

からの電磁波を駆動電源とするパッシブ型（バッテリー非搭載）が存在する［7］．更に，RFID タグは使用する用
途により，課金やセキュリティ管理では通信距離を短く，物流管理などでは長くと，必要とされる通信距離が異なっている．アクティブ型のものは電源と発振回路があるため通信距離を長くでき，物流などに使用されている．
このアクティブ型に使用されているアンテナは，パッシ
ブ型のアンテナとほぼ同じである．ここでは，アンテナの利得が重要なファクタとなるパッシブ型について述べる．パッシブ型 RFID タグは電源を搭載していないことから，通信と同時に駆動に必要な電力の伝送を行う必要がある．ほとんどの場合，
この電力伝送可能な距離によって通信距離が決定される．この電力は搬送波で送信されるため，電力伝送可能距離は，搬送波周波数，R/W 出力，
通信方式，変調方式，符号化方式，IC の消費電力に加え

1．ま え が き
1.1 RFID タグの種類と分類
東日本旅客鉄道（株）の「Suica Ⓡ」や（株）
日立製作所の「m-Chip Ⓡ 」に代表される RFID システムは急速に普及と複合されて，部屋の入退室管理など様々な用途に使用されるようになってきている［1］〜［3］．主な利用分野と†千葉大学フロンティアメディカル工学研究開発センター，千葉市
Research Center for Frontier Medical Engineering, Chiba University,
Chiba-shi, 263-8522 Japan

解説論文：RFID タグ用アンテナ技術

よって決定される．
1.1.1 周波 数

パッシブ型 RFID タグの搬送波として使用可能な周波数帯域は，ISM バンド（産業・科学・医学用帯域）を中心にいくつか決まっている．主なものとしては，135 kHz
帯（125 kHz［8］を含む），13.56 MHz 帯等を用いた電磁誘導方式と 2.45 GHz 帯または 900 MHz 帯の UHF 帯を用いた電波方式である（このほかにも 433 MHz 帯，5.8
GHz 帯がある）．ここで通信距離は R/W の出力に大きく左右されるため，現行の電波法規制（図 1）で定められ

51

小特集

し，今では社員証や学生証などの身分証明や電子マネーて，実装されるアンテナの利得及び周辺の電波環境に

10000

HF 帯

UHF 帯

950 〜 956 MHz JP
915 MHz US
Control value of weak electric field (JP: 3 m)
4W

1000

Frequency

EIRP [mW]

VHF 帯

f

322 MHz

322 MHz

100

f

10GHz

Electric Field

EIRP

500 mV/m

0.075 mW

35 mV/m

367.5 pW

869.5 MHz
820 mW EU
5.8 GHz
25 mW US433.92 MHz
16.5 mW EU

13.56 MHz7.51 mW (42 dBµA/m)

102.45 GHz
4W

1
1

10

100

1000

10000

周波数 f [MHz]図1

RFID 利用可能帯域と電波法規制値て い る 放 射 電 力（Equivalent Isotropically Radiated60

RFID システム利用分野のうち，鉄道や航空分野，電子マネーや個人認証などで利用されている，
（1）
課金，プリ
ペイド，
（2）
セキュリティ管理の分野は，その利用形態から通信可能なエリアを限定したいものであり，135 kHz
帯に比べ波長が短い 13.56 MHz 帯が一般的に広く用いられている．一方，135 kHz 帯の RFID タグは水や金属の影響を受けがたい特徴を生かして，家畜管理，スキー場のリフト乗り場，回転寿司の皿，クリーニングの管理
RFID タグ，カジノのチップなどの分野で利用されていRelative Amplitude [dB]

Power）
から，HF 帯では短く，UHF 帯では長くなる
［9］
．

40
20
0
1/k or­20­40

1/(kor )2
1/(kor )3
0

1

2

3

4

5

k or [λo]

る
［10］
〜
［12］
．

図2

一方，
（3）
物品・物流管理，トレーサビリティ等に関し放射界の距離特性ては，通信距離の延伸化要求が強く，2.45 GHz 帯と同じ
送信出力が可能で波長の長い 900 MHz 帯 RFID システ

とんど得られず，最大距離で動くように設計すると近接ムが注目されている．2.45 GHz 帯は，2005 年愛・地球したときの誘起電圧が IC の耐圧を超える可能性が出て博のチケットや，駐車場の入退場管理などに，900 MHz

くる．これに対し磁界は，同じ近傍界内でも距離の 2 乗

帯は，パレットに積んだ物流管理などに使用されているに反比例して減衰するので，距離に対する減衰が電界ほ

［12］
〜
［15］
．

ど急しゅんではなく，IC 駆動電力を伝送できる距離範囲

1.1.2 RFID タグで用いるアンテナの種類が広くなる．このため 13.56 MHz 帯ではコイル，スパイ

RFID タグに利用されている基本的なアンテナ形状は，ラルアンテナを用いた電磁誘導方式により電力伝送・通使用している搬送波周波数によって異なっている．

信を行う．

13.56 MHz 帯では，コイルやスパイラルアンテナを利一方 UHF 帯では通信距離範囲のほとんどが遠方界用する電磁誘導方式が主に用いられている．図 2 に距離（k 0r 2 1）となるため，コイルやスパイラルアンテナなど

r に対する放射界（準静電界，誘導電磁界，放射電磁界）の短絡型アンテナに比べインピーダンスが高く空間インの変化を示す．ここで k 0 は波数を表す．13.56 MHz 帯

ピーダンスとの整合性が良い，ダイポールアンテナやでは通信エリアが近傍界内（ k 0 r % 1）となるため，電界パッチアンテナ等の開放型アンテナを RFID タグ用アンを用いると距離 r の 3 乗に反比例して減衰し，最も近接テナとして用い，電波方式による電力伝送・通信を行う．

した場合に動作するように設計すると通信可能距離がほ

RFID タグの形状は，アクティブ型は電源を内蔵する

52

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

Back Scatter 方式により IC の動作を R/W 側から見た負については，これまでのクレジットカードの置換用途な荷の変動として読み取ることで行っている．符号化に関どもあり，サイズは横 85.6 mm×縦 54.0 mm，厚さ 0.76

し て は，Low の 時 間 が 長 い と 整 流 後 の DC（Direct

mm の「ID -1（ISO/IEC 7810）」に準拠しているものが多Current, 直流）動作電圧が低下し IC がリセットされるた

い．このカードに使用されているシートの材料は，ポリめ，安定した通信が困難となる．そのため，電力伝送のエチレン・テレフタレート（PET），ポリ塩化ビニル

観点から単純に High の時間が最も多い符号化方式が搬（PVC），アクリロニトル・ブタジエン・スチレン（ABS）

送波成分を最も多く送信できるため有利である．ここでといったものが使われており，後述するアンテナの設計

符号化の例を図 3 に示す．電力伝送の観点からのみを考では，これらシートの誘電率等を考慮して設計する必要

えると，拡張ミラー（Modified Miller）
符号化が最も良いがある．

ことになる．しかし，この変調方式は負のパルスが入る

1.2 RFID の通信方式

ため，非常に広い帯域を必要とする．そのため，実際には，変調方式及び符号化方式に関しても，各方式の信号がLow の時間が 1 bit 分以上続かず，帯域としても半 bit 分

もつ周波数帯域がアンテナに要求される帯域となることの信号を送受できればよいマンチェスタ（Manchester）符から，アンテナ設計に大きく関係してくる．また，電力号化がよく用いられる．これは DC 成分をもたないとい伝送の観点からは，搬送波成分を時間的な積分値としてう意味からも，R/W からの送信に有効である．また，最も多く含む方式が望ましい．しかし IC の小型化の観RFID タグからの返信は，ビットの区別が判別しやすい，

点から，RFID タグ側に複雑な復調回路をもつことは困送受の分離がしやすいなどから Bi-phase space（FM0）

難 で あ り， 変 調 方 式 と し て は 最 も 単 純 な ASK

やミラー（Miller）
符号化が用いられる
［15］
［
，16］
．

（Amplitude Shift Keying）変調が多く用いられる．表 1

次に，IC の消費電力は低いほどよいのは当然であるが，に 13.56 MHz 帯の RFID の種類を示す．一方，RFID タ

その動作に必要な電力を集められるか否かはアンテナのグからの返信は，IC 内部の RF（Radio Frequency）回路

面積に比例する．このため，同じ搬送波周波数の RFID

から発信した信号を電磁波として放射するのではなく，タグでは，広い実装面積が得られれば通信可能距離の延表113.56 MHz 帯 RFID の種類

Type A

Felica（Type C）

Type B

NFC

変調方式

100％ ASK

10％ ASK

10％ ASK

既存規格すべて

符号化方式

拡張ミラー

NRZ

マンチェスタ

既存規格すべて

規格

ISO/IEC 14443

ISO/IEC 14443

推進企業団体Philips

Motorola

Sony

Moversa（Sony +Philips）

実用例
［17］

IC テレホンカード
taspo

住民基本台帳カード
IC 運転免許証

Suica, Edy

携帯電話

符号化名称

１０１１００１０-

ISO/IEC 18092
ISO/IEC 21481

概 要
1=High, 0=Low

NRZ

1= bit 中央で H→L, 0= bit 中央で L→H

マンチェスタ
単極 RZ

1=bit スタートで H, bit 中央で H→L, 0=Low

ミラー

1=bit 中央で反転，0 の連続 =bit 開始時に反転

小特集

1=bit 中央で負のパルス，0= bit 開始時に負のパルス

拡張ミラー
Bi-phase space（FM0）

1=bit スタートで 0= bit スタート及び中央で反転

図3

解説論文：RFID タグ用アンテナ技術

解説論文

ことから BOX 形状をしているものが多い．パッシブ型

符号化例

53

伸化が可能である．実際には，RFID タグの大きさや貼付け領域から制限されることになる．よって IC の低消2．13.56 MHz 帯アンテナの設計

費電力化とアンテナの高効率化は重要な鍵となる．
1.3 RFID タグ用アンテナ設計の課題

2.1 アンテナの基本設計

通常のアンテナ設計では，アンテナは 50 Ω系の給電「Edy Ⓡ」に代表される金銭やセキュリティ等に関連し

線路につながるのが普通であるため，入力インピーダン

た非接触 IC カード等の利用分野では，通信可能距離を

スは 50 Ωになるように設計する．しかし，RFID タグ，

制限したシステムが必要となる．そのため，一般的に搬

特にパッシブ型の RFID タグはアンテナと IC が直結し送波として 13.56 MHz 帯を，アンテナとしては平面実装ているため，IC の出力インピーダンスの複素共役にアン可能なループアンテナやスパイラルアンテナ（図 4）が用

テナの入力インピーダンスを合わせる必要がある．した

いられている．大抵の RFID タグ用アンテナは，スパイ

がって，50 Ω系で構成されている測定系で測定する場合，ラルを同一平面上に形成し，巻き始めと巻き終りはブ

インピーダンスの不整合による漏れ電流の低減や，低リッジした構成で IC と接続されている．13.56 MHz 帯

インピーダンスに伴う測定精度の改善等，様々な工夫がの R/W も同様なスパイラルアンテナを用いている［19］必要となる．

〜［21］．

RFID タグに使用されている IC は，製造メーカによっ

ループアンテナの端子に誘起される電圧 V は，電磁て出力インピーダンスが異なっている．同じ型番でもば気学の知識として，ループ面積 S とループを鎖交する磁

らつきがあるため，アンテナに実装した場合，共振周波

界 H によって，V=~ nSH と表される．ここで，n は数がずれ通信距離が短くなるなど問題が生じることがあ

透磁率，~ は角周波数を示す．また，スパイラルアンテ

る．そのため，設計するアンテナの周波数特性に余裕をナの場合は，簡単にはその巻数 N 倍の誘起電圧が発生もたせる，調整機能をもたせるなどの対策を必要とする．

すると考えることができる（厳密には，各ターンによりアンテナ導体を構成する方法は，銅はくやアルミはく面積 S は異なる）．パッシブ型 RFID タグはこの誘起電をプレスで打ち抜く方法，エッチングやめっきで構成す圧によって IC を駆動するため，IC の動作電圧が得られる方法や，金属ペーストをシルクスクリーンにより印刷

る巻数が必要となる．クレジットカードの大きさだと，して構成する方法，金属線を巻く方法などがある［5］．

巻数 7 回のものが多い．また，共振周波数は，スパイラ

パッシブ型 RFID タグは，R/W からの電磁波エネルギー

ルのインダクタンス成分 L とその線間の結合容量，更ににより IC を駆動するため，アンテナを構成する導体が装荷するキャパシタンス C による，LC 共振により求ま低損失であることが重要となる．エッチングによってる．そのため，設計手順としては，以下のようになる．

アンテナ導体を構成する方法が材料的には低損失である① RFID タグの大きさから実現できるループ面積 S

が，コストが高くなる．また，廃液などの問題があり，の決定

環境への影響も懸念される．しかし，バーコードに代わっ② 動作電圧に必要な巻数決定て流通させるためにも，RFID タグの製造コストは非常③ スパイラルの配線決定（L 及び線間結合容量が求に重要なファクタとなっている．製造コストを下げるた

まる）

め，材料や製造方法の改善以外に，配線長を短くするな
どアンテナの設計でも工夫が必要となってくる．

Lx

乗車券など RFID タグを単独で使用する場合は大きな問題とはならないが，物流やトレーサビリティのように何かに貼付して用いる場合は，貼付するものによってRFID タグの特性が大きく変化してしまうことがある．
金属や液体，人体などに貼付する場合は，その影響が顕著であり，専用の設計が必要となる．特に，容量が変化

Ly
A

B

する液体や，身動きする人体などは電気特性の変化幅がIC

大きく設計が困難とある．
以上のように様々な用途，周波数が存在する RFID にw

ついて，本論文では 2. で 13.56 MHz 帯，3. で 900 MHz，
2.45 GHz 帯を利用する RFID タグのアンテナ設計に関し簡単に述べる［18］．

カード型タグ

t
B

A

図4

54

g

RFID タグに実装されたスパイラルアンテナ例

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

Tag

Rrw

R0

IC

Tag Ant.

R/W Ant.

C0

解説論文

Reader/Writer

Rcd

k
Lrw

Crw

RIC
Lcd

Ccd

CIC

V0

Spiral Antenna

Spiral Antenna

R0：RF 回路出力インピーダンス，V02/R0：RF 回路出力電力，C0：アンテナ共振容量，
CIC：IC 入力容量，RIC：IC 消費電力等価抵抗
図513.56 MHz 帯 RFID システムの等価回路④ 装荷するキャパシタンス C の決定

R/W 側のアンテナも同様のループアンテナを採用して2.2 等価回路モデル

おり，改札機や決済システムなど単体で使用されるもの

13.56 MHz 帯 RFID は，RFID タ グ も R/W も 同 じ よが多いが，用途によっては RFID タグの向きによる未検

うなスパイラルアンテナを用いるため，これらの系は図知を防ぐため，二つのアンテナを直交して配置する等，

5 に示すような疎結合のトランス回路として扱うことが対応がなされている．

できる．伝送される電力は，スパイラルの誘起電圧と13.56 MHz 帯の RFID は，携帯電話へ内蔵されて使用

アンテナ配線を流れる電流の積で得られる．電力伝送効されていたりするが，バッテリーなど金属への貼付は大率を向上させるためには，アンテナの配線抵抗を小さくきな課題がある．金属に直接貼付した場合，ループアン

し，インダクタンス L をある程度大きくすることが要求

テナを鎖交する磁界がないため，誘導起電力が発生せずされる．この「ある程度」とは，インダクタンスが大きけ動作しない．そのため，金属とアンテナ間にできるだければ受信電圧は増大するが，配線抵抗も増加するので電すき間を設け，鎖交する磁界を増やす必要がある．一方，流値が減少し，ある巻数より多く巻いても，電力伝送効

RFID タグの厚さはできるだけ薄くしたい要求があるた率の向上にはつながらないため，最適値が存在すること

め，一般的に磁性体のシートを金属と RFID タグの間にを意味する．実際には，IC の動作電圧が得られる最低限

挿入し，磁性体内に磁界を集中させる方法が用いられての巻数にすることで配線抵抗を軽減し電流値を増やしている［5］．厚さ 0.1 〜 0.2 mm 程度，比透磁率 50 〜 100いる．また，通信信号を受けるのに必要な帯域幅 BW か程度の磁性体シートで使用されている．

ら決まる Q 値（= fc /BW，fc：搬送波周波数）を RFID
タグの Q 値（= ~ L/R）が超えてはならない（ fc /BW >3．UHF，マイクロ波帯アンテナの設計~ L/R）ため，インダクタンス L に上限が生じる．更に巻数が多いと，R/W と RFID タグのアンテナ間の結合

3.1 アンテナの基本設計

係数 k が大きくなるため，通信距離範囲内での結合係数

物品・物流管理，トレーサビリティ等の用途に用いらk の変動幅が大きくなり，この変動幅全域で動作させるれる RFID タグは，UHF 帯（860 〜 960 MHz）やマイクことが必要となるため設計が困難となる［18］
［22］
， ．ここ

ロ波帯（2.45 GHz 帯）を用いる．また，アンテナは基本的で，結合係数 k は，Neumann の公式より二つのループ間にはダイポールアンテナを用いている．自由空間中でのの相互インダクタンス M を求め，各ループのインダク

ダイポールアンテナの長さは，900 MHz 帯の場合で約タンスより算出することができる［22］．

16 cm，2.45 GHz 帯の場合で約 6 cm となることから，
クレジットカード大で実装しようとすると，2.45 GHz 帯

RFID タグ側のアンテナは，ループアンテナが基本との場合は問題ないが，900 MHz 帯の場合は，ダイポールなっている．一度に複数の RFID タグを読み取れるアンアンテナを折り曲げたメアンダーラインを用いるなど細チコリジョンの対応，RFID タグを重ねたときのインピー工が必要となる
［20］
［23］
， 〜
［26］
．また，900 MHz 帯は使ダンス変化への対応などにより，様々な形状，意匠（例

用されている国によっても，日本：950 MHz，アメリカ：

えば木の葉型など）のアンテナが採用されている．また，915 MHz，ヨーロッパ：859.5 MHz と微妙に異なってい解説論文：RFID タグ用アンテナ技術

55

小特集

2.3 応 用 事 例

RFID タグ

IC

給電点

図6

900 MHz 帯 RFID タグの例

R/W

図7

アンテナ利得Gt
R/W アンテナ

UHF 帯 RFID タグのアンテナ系

タグ

アンテナ利得Gr
電力密度
Pd

タグアンテナ共役整合

50 Ω整合
RF 回路

IC

Pt
出力電力

Pr
受信電力

図8

R/W ─ RFID タグ間の電力流れ図る．そのため，航空貨物や物流などの用途において世界が支配的なので，IC の入力インピーダンス zIC は，式（1）

中で使用可能とするには，広帯域化が絶対に必要となる．

で表される．これより，アンテナに求められる入力イン

図 6 に 900 MHz 帯 RFID タグの例を示す．カード内でピーダンス zAnt は，式（2）のように定義される．更に，共振させるため，ダイポールアンテナを折り曲げて配置アンテナで受信した電力が熱損失として消費されるのをしてある．更に広帯域化のため，長さの異なる素子を付防ぐために，その抵抗分（R IC, R Ant）は極力小さいことが加したり，アンテナの配線幅を広くしたりしている．図望ましい．

では，卍型であるが，M 字型，父字型，r 字型，筆記体
型
［14］
［
，27］
［
，28］
などの意匠が存在する．

z IC = R IC - j

R/W 側のアンテナは，回路側に電磁波を放射し誤動作をさせないため，かつ，回路と同一平面上に作製するため，図 7 のように単向性のパッチアンテナがよく用いられている．また，RFID タグのアンテナの向きに対する任意性をもたせるために，円偏波放射素子を用いているものが多い．
3.2 受 信 電 力
RFID タ グ の ア ン テ ナ 設 計 の 上 で 最 も 重 要 な の は，RFID タグのアンテナの利得もさることながら，RFID
タグに取り付ける IC との整合性である．図 8 の模式図のように，電力の流れを示すことができる．アンテナ側
で共役整合をとることで，受信電力をもらさず IC に供給することが必須である．一般的に，IC は入力容量成分56

1~C IC （1）z Ant = R Ant + j~L Ant
R Ant = R IC

* ~L

（2）

1
Ant =
~C IC

R IC：IC の抵抗，C IC：IC のキャパシタンス，
R Ant：アンテナ導体の抵抗，
L Ant：アンテナ配線によるインダクタンス
ここで，IC の入力インピーダンスは各々の設計及び周
波数にもよるが，一般的に

5 # R IC # 50
1
# 2000
~C IC

* 5#

（3）

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008

Lp

図9

解説論文

パッチ

L
IC

引出し配線付 RFID タグ

程度の範囲にある．半波長ダイポールアンテナのイン

スルーホール

ピーダンスは，zDipole ≒ 73 + j 45［Ω］であり，IC と直図 10接共役整合をとることが難しいことが分かる．更に図 9

パッチアンテナに示すように，アンテナ長 L を若干短くすることで抵抗成分 R が下がり抵抗分の整合がとれやすくなる．リアク
タンス成分の不足は，IC を接続する引出し配線の線路長

H

折返しループアンテナ

Lp でインダクタンスを生成し補うことで共役整合を実現できる．
また，現実の RFID タグ用アンテナは単純な 2 導体のダイポールとはなっておらず，図 7 は，1 導体で IC 接続
部に L 字形のスリットが入った構造となっている［15］
，
［29］
［30］
， ．これは，ダイポールアンテナではすべての周

鏡像
導体

図 11

金属貼付 RFID タグ用折返しループアンテナ

波数成分に対し IC 端子が開放端になるため，アンテナの片側に静電気等の高電圧ノイズが印加されると IC 端
子に高電圧がかかり破損するからであり，DC 的に短絡した形状とすることでこれを防いでいる．
通信距離は，式（4）のフリスの伝達公式から容易に類推可能である．RFID タグからの返信が Back Scatter 方式
であり，RFID タグが動作可能な電力が送信できさえす
れば，その動作による返信信号は R/W から見たインピー
ダンス変動という形で検知されるためである．この結果，RFID タグのアンテナの利得がダイポール相当の場合，
IC 消費電力が 1 mW であれば最大通信距離は，搬送波が 2.45 GHz の場合で約 80 cm，950 MHz の場合で約 2 mとなり，波長換算分だけ通信距離が延伸化される．

m2
Pd = 2 2 , A = G， Pr = P d A r
4r
m r
Pt At
Pt Gt Gr
m
` r=
=
4r
Pr

m2 P d

特性変化により通信距離が短くなったり，または動作しなくなったりする．このため，このような使用環境ではそれに特化したアンテナが必要となる［5］．
水や人体のような高誘電体に貼付して用いる場合では，比誘電率 f r による波長短縮効果から，アンテナ長 Lを短くすればよい．また，これらの媒質に RFID タグ用アンテナを装着させて用いる場合，例えば図 10 に示す
パッチアンテナのような単向性の素子を用いることが最も簡単な方法である．この場合，R/W との通信は金属／
誘電体と反対側からに限定されるが，金属／誘電体側はGND によりシールドされた形となるため，その影響を無視することが可能となる．

Pt At

更に装着対象が金属の場合は，通常の RFID タグを貼
（4）

P t：R/W 側 RF 回路出力，G t：R/W アンテナ利得，
A t：R/W アンテナ実効面積，
Pr：RFID タグ IC 消費電力，
G r：RFID タグアンテナ利得，
A r：RFID タグアンテナ実効面積，
Pd：RFID タグ受信電力密度，r：通信距離

一般の RFID タグは自由空間中で用いるように設計されているため，衣料品などに貼り付けて使用する場合は，貼付物の電気的特性への影響はほとんど問題とはならな可能となるが，ループアンテナでは磁界が強め合うこと
からアンテナとして機能する．そこで，通常の RFID タ
グの両端を折り返し，ループ形状を作り出すことで金属に装着させても通信が可能となる（図 11）．このアンテナ
は，折返しによりできるループ面積を大きくすることで，アンテナ効率を上げることが可能である．しかし，実際には低姿勢化の要求から厚さを最小限に抑える必要があり，通信距離と厚さのトレードオフの問題となる．通常
インレット（チップにアンテナを取り付けた形態）を折り曲げて厚さ 1 mm のループを作成した場合，通信距離は
パッチアンテナの場合と比べ低下するが，R/W 出力に
よっては認証可能となる．

い．しかし，缶ジュースやペットボトル飲料といった金属や高誘電体に貼付して使用する場合には，アンテナの解説論文：RFID タグ用アンテナ技術

57

小特集

3.3 応 用 事 例付させるとその鏡像効果により電界が打ち消され通信不

4．む

す

び

13.56 MHz，900 MHz 帯，2.45 GHz 帯の RFID タグ用アンテナの課題と設計について概説してきた．このほか，
実際のモノづくりという観点でも，ここでは述べることができなかった困難や問題点も数多くあったが，それを乗り越えて実用化されている．普段持ち歩いているカードのように見える RFID タグには，様々な課題を克服した技術が詰め込まれているのである．実際の RFID タグ
用アンテナには，様々な意匠が施され登録されているので，そのデザインを見るだけでも，面白いものがある．
文献をもとに実際の製品のデザインを見てみることをお
勧めする．

用語解説
Back Scatter（後方散乱変調）

R/W から電波をタグに伝送し，タグに書き込まれている情報に応じた変調がかかってリーダに戻ってくる
こと．
アンチコリジョン

複数の無線 IC タグが存在しても，同時にデータの処理ができる機能．
インレット

IC チップとアンテナから構成された，IC カードやRF タグを作るための部品．ラミネート加工などされ
ている．
共役整合

負荷インピーダンスを電源の内部インピーダンスの共役複素数に等しくすること．電源から取り出し得る電力が最大になる．
ダイポールアンテナ

給電点に 2 本の直線状の素子を左右対称に付けた線状アンテナ．
非接触 IC カード

国際的には ISO/IEC 14443．リーダとライタの通信
距離に応じて「密着型」
「近接型」
「近傍型」
「遠隔型」の 4
種類に区別される．
フリスの伝達公式

送信電力とある距離離れた地点のアンテナ受信電力の関係．

業新聞社，2005.
［6］ 石井宏一，図解流通情報革命の切り札「IC タグ」がよくわかる，オーエス出版，2004.
［7］ 澤田喜久三， RFID システムの基礎と国際標準化の最新動向， RF ワールド，no.2, pp.81 ─ 90, June 2008.
［8］ Verichip Corporation, http://www.verichipcorp.com/［9］ ユビキタス社会の RFID タグ徹底解説， 電子ジャーナル，Dec. 2003.

［10］ 高部佳之，清水隆文，大和忠臣，後藤浩一，山口弘太郎，
伊 藤 公 一， ワ イ ヤ レ ス カ ー ド の 現 状 と 展 望， 信 学 誌，
vol.81, no.1, pp.41 ─ 50, Jan. 1998.
［11］ 寿司店から小学校まで広がる用途 街中の利用では悪用される心配も， 日経 NETWORK，June 2005.
［12］ 理想の全体最適を求めて， 日経コンピュータ，2007 年 3月 19 日号．
［13］ 日経 RFID テクノロジ，日経システム構築（共編），無線 IC
タグ活用のすべて 実証実験から本格導入へ！，日経 BP
社，2005.
［14］ 日経 RFID テクノロジ編集部（編），無線 IC タグ導入ガイド
先進ユーザーと実証実験に学ぶ！，日経 BP 社，2004.
［15］ 岸上順一，RFID 教科書 ユビキタス社会にむけた無線 IC
タグのすべて，アスキー，2005.
［16］ J. Cho, K.-W. Min, and S. Kim, “An ASK modulator andantenna driver for 13.56 MHz RFID readers and NFC
devices, ” IEICE Trans. Commun., vol.E89-B, no.2,
pp.598 ─ 600, Feb. 2006.
［17］ 岩田昭男，図解よくわかる IC カードビジネス，有楽出版社，
2003.
［18］ 上坂晃一，高橋応明， 無線 IC タグにおけるアンテナ技術，
信学論（B），vol.J89-B, no.9, pp.1548 ─ 1557, Sept. 2006.
［19］ 新井宏之，新アンテナ工学，総合電子出版，1996.
［20］ トッパンフォームズ，http://rfid.toppan-f.co.jp/［21］ オムロン，http://www.omronrfid.jp/［22］ 上坂晃一，幕内雅巳，須賀 卓， 非接触 IC カード・RFID
用 ス パ イ ラ ル ア ン テ ナ の 設 計 解 析 技 術， 信 学 技 報，
A・P2003-239, Jan. 2004.
［23］ K. V. S. Rao, P. V. Nikitin, and S. F. Lam, “Antenna design
for UHF RFID tags: A review and a practical application,”
IEEE Trans. Antennas Propag., vol.53, no.12, pp.3870 ─
3876, Dec. 2005.
［24］ 滝口將人，山田吉英， 0.1 波長以下の超小形メアンダライン
ア ン テ ナ の 電 気 特 性， 信 学 論（B），vol.J87-B, no.9,
pp.1336 ─ 1345, Sept. 2004.
［25］ G. Marrocco, “Gain-optimized self-resonant meanderline antennas for RFID applications, ” IEEE Antennas
Wireless Propag. Lett., vol.2, pp.302 ─ 305, 2003.
［26］ Alien Technology, http://www.alientechnology.com/tags/［27］ GAO Inc., http://www.gaorfid.com/［28］ M. Keskilammi and M. Kivikoski, “ Using text as ameander line for RFID transponder antennas, ” IEEE
Antennas Propag. Lett., vol.3, pp.372 ─ 374, 2004.
［29］ C. A. Balanis, Antenna Theory, Analysis and Design,
Second ed., John Wiley & Sons, 1997.
［30］ 日立製作所ミューチップ，http://www.hitachi.co.jp/Prod/
mu-chip/jp/（平成 20 年 4 月 30 日受付，6 月 17 日再受付）

ループアンテナ

素子を環状にしたアンテナ．
文
献［1］ 上坂晃一，非接触 IC カード／ RFID 用アンテナ設計技術，
トリケップス，2004.
［2］ K. Finkenzeller，RFID ハ ン ド ブ ッ ク， 日 刊 工 業 新 聞 社，
2001.
［3］ 日本電気（株），無線 IC タグの基本と仕組み，秀和システム，
2005.
［4］ 阪田史郎， パーソナルエリアネットワークとその動向， 信
学通誌，no.2, pp.44 ─ 54, Sept. 2007.
［5］ 伊賀 武，森勢 裕，よくわかる IC タグの使い方，日刊工58

高橋 応明（正員）▶平元東北大卒．平 6 東工大大学院博士課
程了．武蔵工大，東京農工大を経て，現，千葉大フロンティアメディカル工学研究開発センター准教授．平面アンテナ，小形
アンテナ，環境電磁工学，人体と電磁波の研究に従事．工博．IEEE シニア会員．現在，
青い海，白い砂浜に憧れ中．

通信ソサイエティマガジン NO. 7 冬号 2008