JP2008236617A - Reader/writer for non-contact ic tag and its signal transmission method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、搬送波周波数を周波数切り替えパターン(ホッピングパターン)等に基づいて切り替えることでスペクトル拡散を行う周波数ホッピング送信を利用した非接触ICタグ用リーダライタおよびその信号送信方法に関し、特に、搬送波周波数の周波数切り替え(周波数ホッピング)に伴い発生するスペクトルの不要な広がりを軽減させる技術に関する。 The present invention relates to a non-contact IC tag reader / writer using frequency hopping transmission that performs spectrum spreading by switching a carrier frequency based on a frequency switching pattern (hopping pattern) and the like, and more particularly to a carrier frequency of the carrier frequency. The present invention relates to a technique for reducing an unnecessary spread of a spectrum generated due to frequency switching (frequency hopping).
近年、非接触でデータの書き込みおよび読み出しを行うデータキャリア、RFID(Radio Frequency Identification)、無線タグ、またはICタグと呼称される通信媒体が普及しつつあり、現在ではこれら通信媒体を用いて、様々な種類の通信方法が開発されている。 In recent years, communication media called non-contact data writing and reading data, RFID (Radio Frequency Identification), wireless tags, or IC tags are becoming widespread. Various types of communication methods have been developed.
この通信媒体であるICタグを読み取るための非接触ICタグ用リーダライタ(以下、リーダライタと称す)の中でも、2.45GHz帯のリーダライタにおける移動体識別用無線設備標準規格として、ARIB STD−T81がある。この規格では、電波法により、周波数ホッピング(Frequency Hopping Spectrum Spread)方式の使用が義務付けられており、広い周波数帯域を複数の周波数チャネルに分割し、その周波数チャネルを一定の規則に従いながらランダムに選択して使用している。 Among non-contact IC tag readers / writers (hereinafter referred to as reader / writers) for reading IC tags as communication media, ARIB STD- is used as a radio equipment standard for mobile object identification in 2.45 GHz reader / writers. There is T81. In this standard, the use of frequency hopping (Frequency Hopping Spectrum Spread) is obligated by the Radio Law, and a wide frequency band is divided into multiple frequency channels, and the frequency channels are randomly selected according to certain rules. Are used.
このため、特定の周波数チャネルで干渉(狭帯域干渉)が発生しても、別の周波数チャネルに切り替えることにより、狭帯域干渉を避けることができる利点がある。図4は、従来の周波数ホッピング時のノイズとスプリアスの説明図である。スプリアスとは、干渉によって生じる目的信号付近に発生する不要波である。周波数ホッピングの搬送波周波数の切り替え時は、一般的に、搬送波の立ち上がりや立ち下りに伴う波形変化や周波数変化中のオーバシュート、アンダーシュート、ノイズなどにより、図4のような不要な周波数やスペクトルの広がりが発生する。具体的には、搬送波の周波数f1がf2に移動(ホッピング)する際に、一時的にfnのようなノイズ周波数が発生する場合がある。また、f2のスプリアスが一時的に破線のように広がりを見せたりする。 For this reason, even if interference (narrowband interference) occurs in a specific frequency channel, there is an advantage that narrowband interference can be avoided by switching to another frequency channel. FIG. 4 is an explanatory diagram of noise and spurious during conventional frequency hopping. A spurious is an unnecessary wave generated in the vicinity of a target signal caused by interference. When switching the carrier frequency of frequency hopping, generally, an unnecessary frequency or spectrum such as that shown in FIG. 4 is generated due to a waveform change accompanying rising or falling of the carrier wave, overshoot, undershoot or noise during the frequency change. Spreading occurs. Specifically, when the carrier frequency f1 moves (hops) to f2, a noise frequency such as fn may be temporarily generated. In addition, the spurious of f2 temporarily spreads as shown by a broken line.
図5は、従来のリーダライタ送信部の回路構成ブロック図を表している。前記ノイズやスプリアスを低減するために、従来では例えば、図5に示すようなリーダライタ送信部が構成されている。この送信部は、搬送波発生器4、ASK(Amplitude shift keying:振幅偏移)変調器5、変調波整形器8、電力増幅器6、空中線7を備える。搬送波発生器4には、周波数設定信号1aと周波数切替信号1bが入力され、ここで搬送波4aを生成する。ASK変調器5では、送信信号2に基づいて前記搬送波4aをASK変調して変調波5aを生成する。変調波整形器8では、この変調波5aの波形を整形し、整形された変調波5aは電力増幅器6で増幅されて送信波6aとなる。この送信波6aは空中線7により空中へ送信される。なお、電力増幅器6をコントロールするためには、増幅器制御信号3が必要となる。
FIG. 5 is a block diagram of a circuit configuration of a conventional reader / writer transmission unit. In order to reduce the noise and spurious, for example, a reader / writer transmission unit as shown in FIG. The transmission unit includes a
図6は、増幅器制御信号3を使用した従来の周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図である。搬送波周波数の切り替え時のノイズやスプリアスの不要な広がりを抑えるため、増幅器制御信号3により送信波6aの出力を制御している。この周波数切り替えの期間、増幅器制御信号3をL(Low)状態に保ち、送信波のレベルを抑えている。また、図6は、図5のリーダライタ送信部による送信波6aの構成手順を示している。搬送波4aは、周波数設定信号1aによって変更する周波数が決定され、更に周波数切替信号1bによって切替タイミングが設定される。搬送波4aは、この周波数切替信号1bにより設定された切替タイミングによって、その周波数がf1、f2、f3の順に切り替えられる。
FIG. 6 is a schematic diagram of signal waveforms for explaining the conventional frequency hopping control using the amplifier control signal 3. The output of the
なお、搬送波発生器4は、一般的に無線用の安定した周波数信号を作り出す方法の1つとして、VCO(Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器)とPLL(Phase Locked Loop:位相周期回路)とを組み合わせた、もしくはDDS(Direct Digital Synthesizer:直接デジタル合成方式信号発生器)、もしくは上記2者とを組み合わせた回路で構成される。
The
特許文献1では、DDSにおいて、搬送波周波数の切り替え時に出力振幅を制限することにより、搬送波周波数の切り替えに伴い発生するノイズスペクトルの低減方法が記載されている。
また、特許文献2では、変調器と電力増幅器の間に波形整形回路を追加することにより送信波形の波形変化を滑らかにする手段などが記載されている。
しかしながら、従来の方法では、ノイズやスプリアスの低減を解決するのみで、データ通信の伝送効率は考慮されていなかった。送信信号を送信中に搬送波の出力を低下させることは、送信信号に自らノイズを加えることでもあり、データ通信の伝送効率の低下につながっていた。 However, the conventional method only solves the reduction of noise and spurious and does not consider the transmission efficiency of data communication. Decreasing the output of the carrier wave during transmission of the transmission signal also adds noise to the transmission signal itself, leading to a decrease in transmission efficiency of data communication.
特許文献1のような、増幅器制御信号によって、ノイズやスプリアスの低減を図る方法では、電力増幅器を入出力する際の速度変化が遅いため、送信信号に含まれる通信データを、周波数ホッピングで一旦途切れた送信信号を再び次への送信に移行するためには、途切れた間の間隔を広く確保する必要があり、これによっても通信速度が低下するという問題があった。また、特許文献2のような手段においては、波形を整形するための波形整形回路を追加する必要があるため、装置が大型化し、コストが増大するという問題があった。
In the method of reducing noise and spurious by the amplifier control signal as in
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、搬送波周波数の周波数切り替えに伴い発生するスペクトルの不要な広がりを低減し、かつ特別な回路の追加を行わずに、伝送効率の低下が抑制される非接触ICタグ用リーダライタおよびその信号送信方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the unnecessary spread of the spectrum caused by the frequency switching of the carrier frequency, and improves the transmission efficiency without adding a special circuit. It is an object of the present invention to provide a reader / writer for a non-contact IC tag and a signal transmission method thereof in which the decrease is suppressed.
上記目的を達成する本発明は、送信信号をASK変調および周波数ホッピング方式で送信する非接触ICタグ用リーダライタであって、搬送波周波数の周波数切り替えタイミングを含む所定時間にわたって、前記送信信号をOFF変調するOFF変調手段を有することを特徴とする非接触ICタグ用リーダライタである。 The present invention that achieves the above object is a non-contact IC tag reader / writer for transmitting a transmission signal by ASK modulation and frequency hopping, and the transmission signal is OFF-modulated over a predetermined time including a frequency switching timing of a carrier frequency. A non-contact IC tag reader / writer characterized by having an OFF modulation means.
上記目的を達成する本発明は、送信信号をASK変調および周波数ホッピング方式で送信し、前記ASK変調として、OFF変調手段を利用する非接触ICタグ用リーダライタであって、前記送信信号中に含まれるデータ通信中のOFF変調となるタイミングで、搬送波周波数を切り替える周波数切替手段を有することを特徴とする非接触ICタグ用リーダライタである。 The present invention for achieving the above object is a non-contact IC tag reader / writer that transmits a transmission signal by ASK modulation and frequency hopping, and uses an OFF modulation means as the ASK modulation, and is included in the transmission signal. A non-contact IC tag reader / writer comprising frequency switching means for switching a carrier wave frequency at a timing of OFF modulation during data communication.
また、上記目的を達成する本発明は、送信信号をASK変調および周波数ホッピング方式で送信する非接触ICタグ用リーダライタの信号送信方法であって、搬送波周波数の周波数切り替えタイミングを含む所定時間にわたって、前記送信信号をOFF変調することを特徴とする非接触ICタグ用リーダライタの信号送信方法である。 Further, the present invention that achieves the above object is a signal transmission method of a contactless IC tag reader / writer for transmitting a transmission signal by ASK modulation and frequency hopping, over a predetermined time including a frequency switching timing of a carrier frequency, A signal transmission method for a reader / writer for a non-contact IC tag, wherein the transmission signal is OFF-modulated.
更に、上記目的を達成する本発明は、送信信号をASK変調および周波数ホッピング方式で送信し、前記ASK変調として、OFF変調手段を利用する非接触ICタグ用リーダライタの信号送信方法であって、前記送信信号中に含まれるデータ通信中のOFF変調となるタイミングで、搬送波周波数を切り替えることを特徴とする非接触ICタグ用リーダライタの信号送信方法である。 Furthermore, the present invention for achieving the above object is a signal transmission method of a reader / writer for a non-contact IC tag that transmits a transmission signal by ASK modulation and frequency hopping, and uses an OFF modulation means as the ASK modulation, A signal transmission method for a reader / writer for a non-contact IC tag, wherein the carrier frequency is switched at a timing of OFF modulation during data communication included in the transmission signal.
本発明によれば、特殊な回路を追加することなく、ASK変調方式のリーダライタにおいて周波数ホッピング時に発生するスプリアスの不要な広がりを抑えることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress unnecessary spread of spurious generated during frequency hopping in an ASK modulation type reader / writer without adding a special circuit.
また、本発明の第2の発明によれば、周波数ホッピング期間中に送信を中断する必要がなくなり、通信データの送信途中で周波数ホッピングを行うので、通信データを、ノイズやスプリアスの低減を図るために一旦中断する必要がなくなり、通信データの伝送効率の低下を抑えることが可能となる。 Further, according to the second aspect of the present invention, it is not necessary to interrupt transmission during the frequency hopping period, and frequency hopping is performed in the middle of transmission of communication data, so that communication data can be reduced in noise and spurious. Therefore, it is not necessary to interrupt the communication data once, and it is possible to suppress a decrease in transmission efficiency of communication data.
以下、本発明を実施するための実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るICタグ用リーダライタの送信部のブロック図である。この送信部は、搬送波発生器4、ASK変調器5、電力増幅器6、空中線7を備える。搬送波発生器4には、周波数設定信号1aと周波数切替信号1bが入力され、ここで搬送波4aが生成される。ASK変調器5では、送信信号2に基づいて前記搬送波4aをASK変調して変調波5aを生成する。変調波5aは電力増幅器6で増幅されて送信波6aとなる。この送信波6aは空中線7により空中へ送信される。
FIG. 1 is a block diagram of a transmitter of an IC tag reader / writer according to the first embodiment of the present invention. The transmission unit includes a
ここで、ASK変調とは振幅に情報を持たせた変調方式のことで、送信したいデータが時刻tで変化する関数D(t)で表される場合、最も単純なASKの変調では、ASKの変調を施した波形Y(t)は次式(1)で表される。
Y(t)=D(t)×sin(2πft+θ)・・・・・(1)
D(t)は、最も単純な場合では、1か0の値をとる。図7は、ASK変調の説明図である。図7のように、D(t)=1のときは振幅1の正弦波になり、D(t)=0のときはY(t)=0で何もない状態になる。このY(t)=0の状態に変調するのがOFF変調となる。
Here, ASK modulation is a modulation method in which information is given to amplitude. When the data to be transmitted is represented by a function D (t) that changes at time t, in the simplest ASK modulation, the ASK modulation is used. The modulated waveform Y (t) is expressed by the following equation (1).
Y (t) = D (t) × sin (2πft + θ) (1)
D (t) takes a value of 1 or 0 in the simplest case. FIG. 7 is an explanatory diagram of ASK modulation. As shown in FIG. 7, when D (t) = 1, the amplitude is a sine wave of 1, and when D (t) = 0, Y (t) = 0 and there is nothing. The modulation to the state of Y (t) = 0 is OFF modulation.
ASK変調器5がOFF変調手段を備えている場合には、このOFF変調手段を利用すれば良い。本願発明では、ASK変調器5のOFF変調を利用する場合は、搬送波周波数の周波数切替タイミング(周波数をf1からf2へ、またf2からf3へ切り替えるタイミング)を含む所定時間にわたって、送信信号2をL状態に固定することでOFF変調するようにできる。また、別の方法としては、スイッチを用いてOFFにすることにより簡単にOFF変調することができる。具体的には、周波数切替信号1bにより設定される切替タイミングを基準に、数ミリから数十ミリ秒前から始まり、切替タイミングから数ミリから数十ミリ秒後に終了する期間、OFF変調を行う。この結果、変調波5aおよび送信波6aの出力を抑えることが可能になり、ホッピングによるノイズやスプリアスの広がりを低減することができる。つまり、波形整形回路等の特殊な回路に頼ることなく、送信信号2もしくはスイッチによって、変調波5aを制御することでスプリアスを抑えることができる。
If the
図2に、本発明の第1の実施の形態に係るICタグ用リーダライタによる周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図を示す。本実施の形態では、ASK変調器5がOFF変調手段を備えている場合である。周波数設定信号1aを送信した後、周波数切替信号1bをLにすると搬送波4aの周波数が切り替えられる。なお、図8は搬送波4aの波形を模式的に表した図である。その周波数範囲をf1、f2、f3で示している。
FIG. 2 is a schematic diagram of signal waveforms for explaining frequency hopping control by the IC tag reader / writer according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the
また、図2において、搬送波4aに対して送信信号2でASK変調をかけたものが変調波5aとなっている。変調波5aは電力増幅器6で増幅され、送信波6aとなる。このため、送信信号2でデータ通信をしている間は、その信号に対応して送信波6aの変調信号部が表れ、データ通信をH(High)状態に固定していると、対応する無変調信号が表れる。また、送信信号2をL状態に固定することで、OFF変調により送信波6aも振幅を小さくすることができる。
Further, in FIG. 2, a modulated
図3に、本発明の第2の実施の形態に係る周波数ホッピング制御を説明するための信号波形の模式図を示す。図3は、送信信号2のデータ通信時の通信信号12のみを表しており、図2,6よりも時間軸を拡大している。仮にここで、通信信号12は、一定時間内にL(Low)パルスが2回発生すると「1」、Lパルスが1回発生すると「0」を示すこととする。ここで、Lパルスの場合はOFF変調となっている。この通信信号12において、Lパルスの出力がなされる、つまり、Lowのパルスを発生させる瞬間というのは、ASK変調におけるOFF変調が行われているので、その間に、周波数切替信号1bから切り替え指示を出すようにし、搬送波4aが周波数f1から周波数f2に切り替えるようにする。
FIG. 3 shows a schematic diagram of signal waveforms for explaining the frequency hopping control according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 shows only the communication signal 12 at the time of data communication of the
この結果、通信信号12中に通信データの基本パルスとなっているLパルスを用い、この送信波6aの強度が低くなっている時間内に周波数ホッピングを行うので、ホッピング時に発生するノイズやスプリアスの広がりを抑えることが可能となる。また、通信信号12における通信データの送信途中でホッピングを行うため、データ通信を一時的に中断する必要も無くなる。
As a result, the L pulse that is the basic pulse of the communication data is used in the communication signal 12 and the frequency hopping is performed within the time when the intensity of the
この制御方法を実現するには、ICタグ用リーダライタにおける送信部に、搬送波発生器4とASK変調器5、電力増幅器6、空中線7、および、送信信号2のOFF変調タイミングに合わせて周波数ホッピングが行われるよう、周波数設定信号1aおよび周波数切替信号1bを発生して搬送波発生器4に入力する信号生成器とを備えるようにすれば良い。
In order to realize this control method, a frequency hopping is performed in accordance with the OFF modulation timing of the
1a 周波数設定信号
1b 周波数切替信号
2 送信信号
3 増幅器制御信号
4 搬送波発生器
4a 搬送波
5 ASK変調器
5a 変調波
6 電力増幅器
6a 送信波
7 空中線
8 変調波整形器
12 通信信号
1a Frequency setting signal 1b
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Legal Events
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