JP3298820B2 - 変調バックスキャッタ位置決定システム - Google Patents
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Description
ムに関し、特に、変調バックスキャッタ技術を用いた無
線通信システムに関する。
の動きをチェックする目的で、無線周波数識別(RFI
D)システムが利用されている。RFIDシステムは、
質問器(インテロゲータ)と呼ばれる一つの無線送受信
器と、タグと呼ばれる多数の安価な装置との間で通信す
る無線通信システムである。
用して質問器からタグへ通信し、タグは変調無線信号に
より応答する。質問器は、タグにメッセージを送った
(ダウンリンクと呼ばれる)後に、連続波(CW)無線
信号をタグに送る。それからタグは、変調バックスキャ
ッタ(MBS)を用いてそのCWを変調する。このMB
Sでは、アンテナは、変調信号により、RF(無線周波
数)放射の吸収体の状態からRF放射の反射体の状態に
電子的にスイッチ操作される。この変調バックスキャッ
タにより、タグから質問器への通信(アップリンクと呼
ばれる)が可能になっている。
は、(a)質問器の領域へと通過する物体を識別するた
め、及び(b)タグ上にデータを記憶し後にそのタグか
らデータを取り出して、目録を管理したり他の有用なア
プリケーションを行う。
管理するためにRFIDタグを用いることができる。目
録のアプリケーションにおける問題として、アイテムを
識別するために、まずそのアイテムの位置を知らなけれ
ばならないということがある。例えば、光学的走査され
るバーコードを用いる場合、光学的バーコードスキャナ
ーはバーコードを走査するのにアイテムのごく近くにな
ければならない。
間の距離が大きい場合もサポートできるようになった。
しかし、RFID技術も領域の制限があり、大きな倉庫
の物理的大きさと比べて最良のRFID技術による有効
領域はいまだ小さい。
ID技術におけるRFIDタグの位置を決める。
プラープロセスを用いてタグの位置を決める方法を提供
できる。
ことができる無線通信システムを開示する。この無線通
信システムは、変調された無線信号を生成して1以上の
タグへ送信する1以上の質問器を有する。
タグと比べて移動している。システムの1以上のタグ
は、変調された無線信号を受信し復調する。この変調さ
れた無線信号は、どのタグがバックスキャッタ変調手段
を用いて応答すべきかを指定する第1情報信号を含有す
る。
送信号を用いて無線信号の反射をバックスキャッタ変調
し、これにより反射信号を形成する。
る。そして質問器は、その質問器の位置と速度、及びサ
ブ搬送信号のドップラーシフトからタグの相対的方向を
決める。
グの位置を決定することができる。
てRFIDタグの位置決めする方法を開示する。また、
RFIDタグの位置決めをするために従来のRFID機
能を支援することができるMBS RFID通信リンク
を用いる幾つかの方法を開示する。
テムの一実施例の全体ブロック図を示すものである。ア
プリケーションプロセッサ101は、ローカルエリアネ
ットワーク(LAN)102を介して複数の質問器10
3、104に通信する。質問器それぞれはさらに、タグ
105〜107のうちの一つ又は複数と通信する。たと
えば、質問器103は、情報信号を、たとえばアプリケ
ーションプロセッサ101から受信する。質問器103
はこの情報信号を取り入れ、プロセッサ200(図2参
照)は、タグに送信するのに適した形式のダウンリンク
・メッセージ(情報信号200a)を生成する。
は無線信号を合成し、変調器202はその無線信号に乗
せて情報信号200aを変調し、送信器203はこの変
調された信号をアンテナ204を通じてタグに送信す
る。変調には、たとえば振幅変調が使用される。振幅変
調がよく使用される理由は、振幅変調にすると、タグが
信号を復調する場合に一つの安価な非直線デバイス(た
とえばダイオード)だけでできるからである。
01(ふつう、ループアンテナ又はパッチアンテナ)が
変調信号を受信する。この信号は、検出器/変調器30
2によって直接にベースバンドに復調される。検出器/
変調器302は、たとえば一つのショットキー・ダイオ
ードである。ダイオード検出器の出力は入力信号の直接
のベースバンドの復調にほぼなっている。
によって増幅され、クロック回復回路304で同期回復
される。もし大量のデータがフレームで伝送されれば、
フレーム同期は例えば、フレームの開始を示す所定のビ
ットパターンを検出することにより行われる。このビッ
トパターンはクロック回復回路304やプロセッサ30
5により検出される。このようなビットパターン検出は
周知である。また、マンチェスタ符号化データからクロ
ックを回復する回路のようなクロック回復回路は周知で
ある。クロック回復回路304の出力情報はプロセッサ
305へと送られる。
ット又は8ビットのマイクロプロセッサ及びその関連づ
けられたメモリであり、これは、実行する特定のプログ
ラムに基づいて情報信号306を生成する。情報信号3
06は結局はタグ105から戻って質問器(例えば10
3)へと送られる。
送られる。変調器制御回路307は、情報信号306を
サブ搬送周波数源308で生成されたサブ搬送周波数に
変調して信号311を作るのに使用する。周波数源30
8は、たとえばプロセッサ305とは別個の水晶発振
器、又は水晶発振器の出力から得られた信号でもよく、
また、プロセッサ305の内部にある信号から得られた
周波数源(たとえばプロセッサ305の基本クロック周
波数の法から)であってもよい。
器302が、タグ105から受信したRF信号を変調し
て変調バックスキャッタ信号(たとえば反射信号)を生
成するのに使用される。これは例えば、変調サブ搬送信
号311を使用してショットキー・ダイオードを入り切
りすることによりアンテナ301の反射を変化させるこ
とによって実現される。電池310又はその他の電源
は、タグ105の回路に電力を供給する。また、電力は
誘電カップリング、マイクロ波を用いて受けることがで
きる。
ックスキャッタ(MBS)には数々の利点がある。
K)(例えば、BPSK(バイナリPSK)、QPSK
(直角位相PSK)、より複雑な変調方法(例えば、M
SK(最小シフトキー)、GMSK(ガウス最小シフト
キー)))がある。
変調された信号を受信アンテナ206で受信し、その信
号を低ノイズアンプ207で増幅する。そして直交(qua
drature)ミキサ208内のホモダイン検出を用いてその
単一サブ搬送波の中間周波数(IF)に復調する。(質
問器の設計によっては、送信アンテナ204と受信アン
テナ206とを兼ねた一つのアンテナが使用される。そ
の場合は、受信器チェーンで受信された送信信号をキャ
ンセルするための電子的方法が必要である。これはたと
えばサーキュレータ等のデバイスによって実現でき
る。)
01と同じものを使用して、ホモダイン検出を使用して
ベースバンドへの復調がなされる。これは、受信回路の
位相ノイズを減少させるという意味で有利である。それ
から、ミキサ208は復調信号209を適当にフィルタ
するためにその復調信号209を(直交ミキサを使用す
る場合は、I(同相)信号とQ(直交相)信号の両方
を)フィルタ/アンプ210に送る。
ら、典型的にはIFサブ搬送波上で搬送される情報信号
211が、)サブ搬送復調器212でサブ搬送波から復
調する。次にサブ搬送復調器212は、メッセージの内
容を判定するために情報信号213をプロセッサ200
に送る。サブ搬送復調器は、複雑な応用においては単純
なA/D変換器とディジタルシグナルプロセッサ(DS
P)を用いて実装される。例えば、振幅変調サブ搬送に
対してはダイオードが用いられ、PSK変調サブ搬送に
対してはDSPが用いられる。変調信号209のIチャ
ネルとQチャネルは、フィルタ/アンプ210もしくは
サブ搬送復調器212内で結合されるか、又はプロセッ
サ200で結合されることも可能である。
り物との間の相対的速度を決めているのかを説明する。
この例の場合、乗り物が測定時間の間、一定の方向、一
定の速度で移動しているものと仮定する。速度を決める
ため、CW警察用ドップラーレーダーシステムと同様の
MBSシステムを用いる。図4に示すような単純なドッ
プラーレーダーシステムは、質問器410から送信され
たCW信号420を用い、この信号は移動自動車440
により反射される。その反射信号430は、移動自動車
のドップラーシフトによって、RF搬送波(fc、42
0参照)から周波数シフトされる。レーダードップラー
シフト(Δf)を相対的速度(v)と関連づける式を以
下の数式1に示す。 v=Δf*λ/2 ・・・(1) ここで、λはRF波(fc)の波長である。数式1が2
の係数を持っている理由は、レーダードップラーシフト
においては2つ分のドップラーシフトがあるからであ
る。
以下のように検出される。この方法を用いる質問器の詳
細なブロック図を図5に示す。無線信号源501はCW
RF信号を生成し、これは送信アンテナ504を用いて
送信器503により送信される。この信号は、送信信号
510と呼ばれる。反射信号520は受信アンテナ50
5により受信され、低雑音アンプ506により増幅され
る。(ここで、レーダーシステムは単一の送信/受信ア
ンテナを用いてもよい。)ミキサ507は、無線信号ソ
ース501から来るRFソース(502)信号を混合
し、信号508を作る。(ミキサ507への入力と同じ
無線信号ソースを用いると、ホモダイン検出を構成する
ことになる。)周波数fcと、反射信号520の周波数
の差(ドップラーシフト)はΔfである。信号508の
周波数Δfは周波数検出器509により決められ、制御
プロセッサ510はΔfの値を用いて相対的速度を決
め、RF搬送波周波数fcは既知なので数式1を用いて
質問器と自動車との間の相対的速度へと数学的に変換で
きる。この時点においてあいまいさが存在することに留
意する、上の流れにおいてはドップラーシフトΔfの絶
対値を決めることができるが、他の情報が存在すれば、
上の流れではΔfの符号は決めることはできない。即
ち、質問器と自動車がお互い近づいているのか遠くなっ
ているのかがわからない。このあいまいさを解決するた
めには他のデータが必要である。
としては、ドップラーシフトΔfが小さくなることがあ
るということがある。例えば、RF搬送波2.45GH
z、速度10m/sの場合を考える。するとドップラー
シフトΔfは163Hzになる。ミキサ507の出力5
08の雑音スペクトルを観察すると、位相雑音がこのベ
ースバンド周波数において存在することが多く、特に、
送信アンテナ504と受信アンテナ505の間に不適切
な隔離があるときには顕著である。また、ほとんど全て
のものがマイクロ波放射をある程度反射するので、レー
ダーシステムにおいては大量の反射が受けられる。これ
は、「クラッター(clutter)」と呼ばれる。さらに、レ
ーダーの視野の機械的又は電子機器は、マイクロ波放射
を反射するだけではなく、その反射を変調する。例え
ば、ある速度で回転するモーターは、RF搬送波から周
波数Δf離れた周波数において変調された反射を発生さ
せる。これらの変調された反射は、速度が測定されてい
る物体のドップラーシフトされた反射と区別することは
難しくなる。
質問器が自身とこれに協力するタグの間の相対的速度を
決める方法を開示する。ここで、RFIDシステムは、
交流電源の電線の周波数と比べて、正確な周波数のサブ
搬送fs、ディジタル信号処理、及びサブ搬送の正確な
位置を用いることによって拡張された領域を達成するこ
とができる。一実施例においては、周波数fsにおける
狭帯域サブ搬送を用いる。この狭帯域サブ搬送は、小さ
なノイズ帯域幅と、及びサブ搬送がRF搬送周波数fc
からfs離れた周波数に位置してクラッターノイズが大
幅に減少することが原因で、より長い距離の範囲で検出
される。
テムのドップラー効果を考える。簡明さのため、RFI
Dタグが質問器に向かって移動しているものとする(R
FIDタグが質問器から離れる場合にも同様な解析が成
り立つ。)。Δfを2方向のドップラーシフトとして用
いる(数式1で用いたように)。質問器103は周波数
fcでRF信号をタグ105へ送信する。タグ105は
周波数源308の範囲でサブ搬送周波数fsを生成する
(図3参照)。一実施例において、変調器制御307が
更なる変調を行わないものと仮定する。周波数fsは検
出器/変調器302へと課され、この検出器/変調器3
02は、fcの入来CW周波数と混合する。この処理の
出力は質問器103により受けられる。即ち、周波数
(fc+Δf)のドップラーシフトされた非変調反射6
02と、周波数(fc−fs+Δf)のドップラーシフト
された変調反射604と、周波数(fc+fs+Δf)の
ドップラーシフトされた変調反射603である。(ここ
で、受信信号が複雑な形式であっても同じ結果を得
る。)図6には、これらの信号の相対的位置を示してあ
る。ミキサ507を通しての復調の後、図7のように信
号509は現れる。ドップラーシフトされた非変調反射
602は、典型的なレーダーシステムにおいて処理され
る上述の信号である。これは一般に数百Hzのオーダー
であり、従って低周波可聴音として検出できる。ドップ
ラーシフトされた非変調反射602は、RF場にある物
体の相対的速度を決めるのに用いることができるが、複
数のものはRF場において異なる速度で移動し得る。こ
の場合、Δfの値が異なる複数のドップラーシフトされ
た非変調反射602が存在し、どの反射がタグの移動を
表すかが明確でなくなる。このことは、どの信号が真の
ターゲットを表すか、及びどの信号が他の反射ソースか
らの「クラッター」であるかというレーダーにおける旧
来からの問題である。
測定するために、ドップラーシフトされたサブ搬送信号
を用い、従って、それぞれベースバンド周波数(fs−
Δf)と(fs+Δf)におけるドップラーシフトされ
た変調反射である信号702と703に関心がある。こ
れら2つの信号の「帯域幅」、即ち、これらの信号の中
央周波数の間の距離は、2Δfである。ここで、もし質
問器とタグの間の相対的速度が一定ならば、受信した信
号は周波数(fs−Δf)と(fs+Δf)における2つ
の音であり、これらの2音の間に信号はないことに留意
する。また上述のように、Δfの符号の決定において基
本的なあいまいさがあることに留意する。1つが(fs
−Δf)、他方が(fs+Δf)にある2つの同一の信
号があるので、更なる情報なしでは質問器とタグが近づ
いているのか遠ざかっているのかは決めることができな
い。
FID質問器の間の相対的速度を決めるために、フィル
ターアンプ210によって信号508をフィルタリング
し、増幅する。このフィルタは、サブ搬送周波数fsを
中心にして広がり、期待される最大の2Δf帯域幅信号
を通過するのに十分に広い帯域幅を有する。(実際に
は、旧来のRFID通信で同じシステムで相対的速度を
測定するとフィルタアンプ210の帯域は場タグから質
問器へのアップリンク信号を通過するのに十分に広い。
これらの信号は容易に帯域幅100kHz以上となり、
サブ搬送周波数fsを中心に広がる。)信号の帯域幅2
Δfを検出するため、サブ搬送復調器212(通常のR
FID通信のために復調及びフィルタリングされた信号
211から情報信号213を抽出するのに用いる。)
は、この場合、サブ搬送周波数fsにおいて存在する信
号の「帯域幅」を測定するのに用いられる。信号帯域幅
2Δfをわかると、数式1を用いて相対的速度vを求め
ることができる。
幅を測定するために、幾つかの方法を用いる。ここで、
周波数fsは一般に、信号帯域幅2Δfよりもかなり大
きいことに留意する。例えば、信号帯域幅2Δfが32
7Hzのときに(速度10m/s、RF搬送周波数2.
45GHzにおいて)、サブ搬送周波数fsは32kH
z〜1MHzの範囲に渡る。2Δfが実際はfsよりも
かなり小さいので、サブ搬送復調器212は信号を例え
ば1〜10kHzのサンプル速度で予めサンプル化し、
サブ搬送復調器212内のプロセッサ510又はDSP
はその予めサンプル化した信号のフーリエ解析を行い、
存在する周波数モードを決める。このフーリエ変換の結
果は、(fs−Δf)と(fs+Δf)にある信号g周波
数fsの信号と混合した周波数Δfの信号の結果を表す
ので、Δfの直接的な測定になる。
この値は周波数fsに依存しない。RFIDタグ105
は、高価ではない水晶を用いて周波数fsを生成する。
例えば、この高価でない水晶は通常(±100ppm)
の周波数の精度を有し、従って、32kHzの水晶は、
±3.2Hzの周波数精度を有する。上の測定において
は、どの周波数領域に信号が存在するかを正確に知らな
いが、代わりに、信号の位置が決まればΔfの値を正確
に決めることができる。
置を決める方法を開示する。まずここで論じる位置問題
は「合成アパーチャ」のレーダー問題と類似していて、
また掃引ソナーアレー問題(towed sonar array proble
m)と類似していることに留意する。この問題はこれらに
固有なものであるが、既知の周波数でサブ搬送信号を反
射することによりタグは位置決定に協力するので、質問
器が反射信号を検出して処理することを可能にする。図
8には、移動質問器810により質問されている固定R
Fタグ820からのドップラーシフトΔfは、以下の数
式2により与えられる。 Δf=(2v/λ)cosθ ・・・(2) ここで、λはRF搬送周波数の波長であり、vは質問器
の速さであり、θ(830)は質問器810の運動とタ
グ820の方向との間の角度である。λは既知なので、
Δfはサブ搬送周波数fsのドップラーシフトを用いて
上述のように測定できる。質問器の運動の速度vと方向
は別々に測定できる。即ち、質問器の運動は制御化にあ
ると仮定できる。従って、ドップラーシフトΔfが与え
られると質問器810の運動とタグ820の方向の間の
角度θを決めることができる。ここで用いた1つの鍵と
なる仮定は、下で効果を述べるが、測定時間の間質問器
が移動した距離が質問器からタグへの距離と比較して小
さくなければいけないということである。我々はこれを
「短距離」仮定と呼ぶ。
スキャッタ戻り信号が処理される方法によって決まる。
CW搬送のドップラー測定の分解能δfは処理されたパ
ルスの継続時間Tと逆の関係にある。即ち、 δf=1/T ・・・(3) タグ820が質問器810の運動の横(垂直)に位置す
ることを考えてみる。質問器810の運動に対するタグ
820の方向は、 θ=±90゜+(Δfλ)/(2v) ・・・(4) で与えられる。角度分解能は、ドップラー分解能により
決められる。即ち、 δθ=(δfλ)/(2v)=λ(1/(2vT)) ・・・(5) ここで、アパーチャ長さLが2vT(CWパルス送信の
時間の間質問器が移動する距離の2倍)であるアンテナ
の角度分解能にこれは等しいということに留意する。こ
のプロセッシングのアプローチは、非常に小さい物理的
大きさのアンテナを用いて、質問されるタグ820の方
向の非常に高い精度の決定を可能にする。例えば、4.
5m/s(10マイル/h)で動く質問器810を想定
する。この質問器810は継続時間1秒のCW搬送を用
いてタグ820を質問することができる。物理的に数c
mしかないアンテナサイズを用いて、有効アンテナサイ
ズは9メートル(横方向で)であり、1゜よりも小さい
角度分解能である。
のを用いる。ホモダイン復調の後に質問器により受信し
た信号は周波数(fs−Δf)と(fs+Δf)の2音で
ある。一実施例では、この信号は予めサンプル化され、
直接Δfを決めるためにフーリエ解析を行う。従って、
ドップラーシフトΔfを決めることができ、数式1を用
いることにより角度θを決めることができる。
考える。図9において、質問器は点I1(910)にて
始め、CW送信時間Tの間点I2(920)へと移動す
る。質問器の移動の方向からタグ930への角度は、時
限Tの始まりにおいてはθ1で時限Tの終わりにおいて
はθ2である。例として、質問器が上と同じく1.5m
/sで、T=1秒とする。すると、質問器はその1秒の
間に4.5m移動する。さらに、タグ930が点I1か
ら10mの位置にあり、角度θ1が45゜であると仮定
する。すると、角度θ2は70゜であると計算できる。
従ってこの例では、角度エラーは、25゜である。この
ように、「短距離」仮定の効果においての角度分解能を
考える必要がある。
ーを減らす方法を開示する。質問器103がタグ105
に対して動いている時に質問器103がタグ05から受
ける反射信号について深く考えてみる。この場合、ドッ
プラーシフトΔfは角度θが変化するので継続時間Tの
間変化する。この図9の場合、ドップラーシフトΔf
は、継続時間Tの始まりにおいて最大で(θ1<θ2なの
で)、継続時間Tの最後において最小である。Δfを決
めるために質問器が用いた方法が復調されたサブ搬送信
号をサンプリングし、そのサンプリングされた信号のフ
ーリエ解析を行って、存在する信号の周波数を決める。
継続時間Tの始まりにおいてΔf1がΔfの値だとし、
継続時間Tの終わりにおいてΔf2がΔfの値だとし、
ここで、Δf1>Δf2とする。すると、上の議論から続
き、復調の後に2つの信号が見つかることを観測する。
ある信号は、(fs−Δf1)から(fs−Δf2)への範
囲に広がり、別の信号は、(fs+Δf2)から(fs+
Δf1)への範囲に広がる。これらの信号スパンのそれ
ぞれの中には、信号の連続対が存在する。これは、質問
器810が一定の速度で移動しているものと仮定でき、
従って角度θ及びドップラーシフトΔfが滑らかに変化
するからである。上述のように、これらの信号は予めサ
ンプル化され、フーリエ変換が行うことができる。フー
リエ変換の結果は周波数Δf1からΔf2へと広がる信号
の連続体となる。
間点をΔfの近似として選択する方法がある。質問器の
位置は、角度θを測定する開始点となるが、図9の位置
I1(910)とI2(920)の間の中間点I3(94
0)として扱われる。従ってこの方法は、「短距離」問
題により生ずる角度分解能エラーを部分的に補償する。
具体的には、角度エラーを半分に減らすことができる。
ここで、時限Tにおいて質問器810がタグ820の
「垂線」を通過すると、角度分解能エラーは大きくなる
ことに留意する。これは、角度θ2の決定においてあい
まいさがあり、角度θ2が垂線のどの側にあるのか一般
には知らないからである。このあいまいさを解決するた
め、質問器が移動するにつれて行くかの測定を行うこと
ができる。ある測定がこのあいまいさを伴うのであれ
ば、この測定の結果は他の測定の結果と整合するように
は観測されず、この整合しない測定結果は捨てられるで
あろう。
決定は相対する基準を伴う最適化問題であることがいえ
る。上述のように、対応するアンテナアパーチャが大き
くなるので、継続時間Tが長いほど角度分解能は正確に
なる。時限Tを長くするのに貢献する他の因子として
は、質問器により長いCW信号がより容易に信頼性を有
して検出されるということがある。これは、質問器が
「聴く」継続時間を増やすと総受信信号エネルギーを増
やし、信号対雑音比を改善できることによる。しかし、
時限Tの間に質問器が移動する距離を増やすことは(v
Tを増やすこと)、「短距離」問題のおかげで角度エラ
ーを増加させる。質問器からタグへの距離は一般には未
知なので、Tとvの閉じた形の最適値は得られない。し
かし、MBSシステムによる経験は、数十秒のCW継続
時間が本発明のアプリケーションに有用な距離において
反射サブ搬送信号を受信するのに適切であることを示し
た。従って例えば、継続時間Tが0.2秒で質問器81
0の速度が1.5m/sであれば、質問器は時限Tの間
0.9m移動する。上の式を用いて角度分解能は、4゜
である。「近距離」近似から、質問器からタグへの距離
10mを用いて、最終角度θ2=49゜を得る。上の方
法を用いて、この角度エラー4゜は半分になる。従っ
て、角度分解能は4゜になり短距離仮定からの角度エラ
ーは2゜になる。このように、これらのパラメータは結
構な位置における性能を向上させる。
を用いることは一般に、上述のように多くの付随するあ
いまいさを伴うことに留意する。例えば、図11におい
て位置M1における測定からタグ1170から角度θ1の
方向は4つの方向のいずれにもあるかもしれない。この
ことは位置M2における測定についてもいえる。これら
のあいまいさは多くの方法によってなくすことができ
る。1つの方法は方向性アンテナを用いることである。
送信器と受信器のいずれかのビームを質問器810の運
動により分割された空間の一方の側(空間の半分)を制
限する方向性は、十分である。別の方法として、位置決
定のため三角法を用いるときに、同一直線上でない質問
器位置から行われた3つのタグ方法決定はあいまいさを
解決するのに十分であり、多方向アンテナを用いるとき
であっても十分である。さらに、受信信号の信号強度を
更なるデータとして用いる方法がある。
とタグ820の間には視線経路が存在することを想定し
ていた。しかし現実は、視線経路は存在せず、RF伝搬
パスは反射信号の加重合計となる。この場合、ドップラ
ー法を用いる結果は幾つかの異なるドップラー周波数シ
フトを経験して受信信号を「汚す」ことになる。これは
位置測定においてある程度不正確にしてしまう。各タグ
820から倉庫の廊下へと視線経路が存在しないが各タ
グ820から倉庫の天井へ橋や経路の線が存在するよう
な倉庫の場合、天井に質問器810を取り付けて、床で
なく天井を質問器が動くようにできる。
速度で特定の方向へと移動する(図8)。質問器が動く
時限の間、上述のMBS通信方法を用いて特定のタグ8
20へメッセージを送信し、サブ搬送信号を生成するよ
うにタグ820へ要求し、質問器810によりサブ搬送
信号と送信されたCW信号をバックスキャッタ変調す
る。ここで質問器は各々が継続時間Tの幾つかの測定を
行う。(各測定に対して継続時間Tは一定でなくてもよ
いがこの場合質問器のハードウェアやファームウェアを
単純化する。)質問器はこのバックスキャッタ変調信号
を受信し、ホモダイン検出を行ってI及びQ信号を作
る。このI及びQ信号は、結合され、増幅され、フィル
タリングされる。結果として、信号スパン{(fs−Δ
f1)〜(fs−Δf2)}と{(fs+Δf2)〜(fs+
Δf1)}を得る。この信号内に存在する周波数成分
は、その信号を予めサンプル化することにより決めるこ
とができ、フーリエ変換を用いて範囲Δf1〜Δf2の周
波数を測定できる。この信号の中間点を計算し、その中
間点をΔfの近似として用いる。Δfは既知となったの
で、質問器の速度vもまた既知であり、角度θ(83
0)は数式2から計算できる。この角度θが適用される
質問器位置は、中間点940である。何回化の測定の結
果は、一連のデータ(例えば、(I3,D,θ):質問
器が点I3に位置し、方向Dへ移動し、方向Dからタグ
への角度はθのとき)となる。
める2つの方法を開示する。位置モードAは単一の移動
質問器、又は複数の移動質問器から三角法を用いて所望
タグの絶対位置を決める。質問器は、無線LAN(ロー
カルエリアネットワーク)を用いて情報を交換する。ま
た、中央演算装置やサーバーとも情報を交換する。この
ことはタグや物体の位置を探し出すことが主な目的であ
るアプリケーションにおいては特に重要である。この基
本的アプローチは図10に示したように2以上の質問器
位置からタグへの方向を用いて同じ座標系でタグの位置
を決める。図10において、質問器1(1010)は行
A(廊下であってもよい)に沿って移動し、質問器2
(1020)は行Bに沿って移動し、質問器3(103
0)は列Bに沿って移動する。これらの質問器のそれぞ
れは上述のようにタグ1040を探索する。タグ940
の絶対位置を三角法を用いて求められる。代わりに、単
一の質問器を用いて、この質問器1010が行Aを下に
移動し、上で触れたように行Aを移動している時間の間
複数の測定を行う。同じ質問器1010は列Bを上に移
動し、別の測定を行う。
質問器の位置の決定を必要とする。質問器の位置を決め
るために多くの方法がある。即ち、(1)グローバルポ
ジショニングシステム(GPS);これは野原や砂漠の
ような広い空間において特に有用である、(2)無線グ
リッド;固定既知位置のベンチマークされたタグの同時
方向測定を伴う、(3)マークされた位置;質問器が既
知の固定点の上を移動したときに位置パルスがトリガー
される。これらの既知の固定ポイントは既知の一等にあ
るタグである、(4)他のナビゲーション/ガイダンス
システムの各方法である。
を決める。一実施例では質問器は1010は行Aに沿っ
て移動する。一実施例においては、質問器1010は行
Aに沿って移動する。質問器1010の近似位置は既知
であるが(例えば、移動している行と列)、特定の位置
は知らない。質問器1は次に、探索しているタグ104
0の無線通信範囲へ入り、タグ1040へCW音を送信
し、タグ1040からサブ搬送信号を受信する。その受
信信号を用いて、質問器1010の移動方向からタグ1
040への角度θを上述のように決める。システムは質
問器1010の特定の位置を決めることを望む。システ
ムは、グリッドタグ1050、1060のようなグリッ
ドタグの位置のデータベースを有するかあるいはアクセ
スできる。隣接するグリッドタグ(例えば1050と1
060)はアドレス付けされ、質問器1010の移動方
向とグリッドタグ1050への方向、またグリッドタグ
1060への方向との間の角度が決められる。グリッド
タグの正確な位置が既知だとすると、システムは質問器
1010の正確な位置を三角法により決めることができ
る。上述のような方法はグリッドタグへの角度の測定に
おいてあいまいさを除くために用いるべきである。
確な位置をグリッドタグ法を用いて定期的に決め、規則
的にその位置を更新する方法がある。次に、タグ104
0が範囲へと入れば質問器1010の位置は連続的に知
られる。
0の方向への角度θの少なくとも2回の測定を行うもの
と想定し、これらの角度の測定におけるあいまいさが除
かれ、さらに、質問器1(1010)の特定の位置を決
めたと想定する。これらの測定は図11に示してある。
例として上述の計算を用いて角度分解能4゜を得た。第
1の測定は、点M2においてタグ1170は角度θ1に位
置することを示した。第2の測定はタグ1170が位置
し得る不確定領域1130を形取る。M1とM2の両方か
らタグへの距離が10mとすると不確定領域1130の
各幅は0.7mであり、四角形であると仮定すると面積
は約0.5m2になる。ここで、この解析は「z」、即
ち高さ、方向の貢献を無視していることに留意する。異
なる高さに位置したり最上部に置かれたりする物体に固
定される状況において、不確定領域(あるいは不確定体
積)はより大きくなる。
る。この方法では探索者は反復的で相互作用するような
態様においてタグ1240の方向へ移動する(図1
2)。このことは特定のタグ1240とそのタグが付け
られる物体を探索したり位置決定するのに特に有用であ
る。探索者がタグに近づくと、タグの方向(1210,
1220,1230)はより頻繁に変化し、これにより
最新のタグ方向に方向を変えることにより最終的な位置
へ到達させることができる。上述のように、角度θにお
けるあいまいさは存在し、従ってそのあいまいさを除く
ために幾つかの測定が必要とされる。上述の方法と同様
な方法を用いることができる。
グの位置を決めることができる無線通信システムを開示
する。この無線通信システムは、変調された無線信号を
生成して1以上のタグへ送信する1以上の質問器を有す
る。質問器は既知の位置にあり、既知の速度のタグと比
べて移動している。タグはサブ搬送信号を生成し、その
サブ搬送信号を用いて無線信号の反射をバックスキャッ
タ変調し、これにより反射信号を形成する。質問器は、
その反射信号を受信して復調する。このようにして、ド
ップラープロセスを用いてRFID技術におけるRFI
Dタグの位置を決める。
のブロック図。
ニットの実施例のブロック図。
ットの実施例のブロック図。
図。
置を示すグラフ図。
置を示すグラフ図。
グの間の相対的位置を示す図。
を用いる方法を示す図。
する方法を示す図。
決めする方法を示す図。
た反射 440 自動車 501 無線信号源 502 RF信号 503 送信器 504 送信アンテナ 505 受信アンテナ 506 低ノイズアンプ 507 ミキサ 509 周波数検出器 510 プロセッサ 515 送信信号 520 反射信号 601 送信信号fc 602 ドップラーシフトされた非変調反射(fc+Δ
f) 603 ドップラーシフトされた変調反射(fc+fs+
Δf) 604 ドップラーシフトされた変調反射(fc−fs+
Δf) 701 ドップラーシフトされた非変調反射Δf 702、703 ドップラーシフトされた変調反射(f
s+Δf) 810 質問器 820 タグ 830 質問器とタグとの角度θ 910 CW信号の始まりにおける質問器の位置 920 CW信号の終わりにおける質問器の位置 930 タグ 940 中間点 1010、1020、1030 質問器 1040、1170、1240 タグ 1050、1060 グリッドタグ 1110 測定位置M1 1120 測定位置M2 1130 不確定領域 1140 d1 1150 d2 1160 列A 1180 角度分解能 1210、1220、1230 質問器運動
Claims (9)
- 【請求項1】 (A)第1送信信号を受信し、サブ搬送
信号を用いて反射第1送信信号を変調するトランスポン
ダーと、 (B)前記第1送信信号を送信する送信器及び前記反射
第1送信信号を受信する受信器を有する質問器と を有
し、 この質問器は、 前記反射第1送信信号から受信サブ搬送信号を獲得する
復調器と、 前記反射第1送信信号の到来角度を決めるために、前記
受信サブ搬送信号と前記サブ搬送信号の間の周波数差を
決めるプロセッサと を有することを特徴とする変調バ
ックスキャッタ位置決定システム。 - 【請求項2】 反射信号の到来角度をそれぞれが決め、
この到来角度を別の位置へと送信する複数の質問器を有
することを特徴とする請求項1のシステム。 - 【請求項3】 前記別の位置は、質問器であることを特
徴とする請求項1のシステム。 - 【請求項4】 前記別の位置は、サーバであることを特
徴とする請求項1のシステム。 - 【請求項5】 前記復調器は、前記受信サブ搬送信号を
得るために、前記反射第1送信信号を別の信号と混合す
るミキサを有することを特徴とする請求項1のシステ
ム。 - 【請求項6】 前記復調器は、ホモダイン復調器である
ことを特徴とする請求項1のシステム。 - 【請求項7】 位置が知られている複数の固定されたト
ランスポンダを有し、このトランスポンダそれぞれは、
前記サブ搬送を用いて反射受信信号を変調することによ
って受信信号に応答することを特徴とする請求項1のシ
ステム。 - 【請求項8】 前記プロセッサは、前記固定されたトラ
ンスポンダのそれぞれから反射送信信号の到来角度を決
め、この到来角度を用いて前記質問器の位置を決めるこ
とを特徴とする請求項1のシステム。 - 【請求項9】 (A)第1送信信号を送信する送信器
と、 (B)反射第1送信信号を受信する受信器と、 (C)前記反射第1送信信号から受信サブ搬送信号を獲
得する復調器と、 (D)前記反射第1送信信号の到来角度を決めるため
に、前記受信サブ搬送信号を解析するプロセッサとを有
し、前記プロセッサは、前記受信サブ搬送信号と前記サブ搬
送信号の間の周波数差を決める することを特徴とする変
調バックスキャッタ位置決定質問器。
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