JP3803364B2 - 非接触rfidシステムの通信方法、非接触rfidシステム、送信機及び受信機 - Google Patents
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Description
非接触RF IDシステムは、リーダに密着させて使用する密着型、20cmくらい離して使用する近接形、約50cm以上離して使用する遠隔形に分類される。
密着形は、主にクレジットカード等に適用され、近接形は、定期券、IDカード等に適用される。遠隔形は、物流システムのタグ等に応用される。密着形、近接形は、主に磁界によって情報、電力の供給を受ける。遠隔形は、電波によってそれらの供給を受ける。これらの3種の非接触RF IDシステムのうち、特に遠隔形は、受信電力が微弱であり、特に、低消費電力動作と高効率電力供給とを開発課題としている。
図11に、従来の非接触RF IDシステムの構成を示す。非接触RF IDシステムは、リーダ1とトランスポンダ2とから構成されている。トランスポンダ2は、アンテナ2Aと、DC電力検出回路200と、信号検出回路201と、入力増幅器202と、位相同期ループ及びリファレンス回路を用いたクロック生成回路及び復調器203と、制御用論理回路204と、メモリ205とを有する。
DC電力検出回路200は、ダイオードD1と、電源用ダイオードD2及び電力蓄積用コンデンサC1とを有している。信号検出回路201は、ダイオードD1と、検波用ダイオードD3と、負荷キャパシタC2と、FETスイッチQ1とを有する。
上記構成において、リーダ1より、クロックとデータの情報を含む振幅変調信号がアンテナ1Aを介してトランスポンダ2に送信される。トランスポンダ2においてアンテナ2Aを介して信号が受信されると、電力蓄積用コンデンサC1に電荷が蓄積され、コンデンサC1の両端電圧を起電力としてトランスポンダ2が動作する。
信号検出回路201内の検波用ダイオードD3で検波された信号は、クロック生成回路及び復調回路203によりデータとクロックに分離され、制御論理回路204で処理される。トランスポンダ2がリーダ1に返信する場合は、FETスイッチQ1をオン/オフさせ、負荷キャパシタC2を用いてアンテナ2Aのインピーダンスを変調することで返信する。
従来の非接触RF IDシステムでは、例えば下記非特許文献1に述べられているように、トランスポンダとリーダの間でのデータの交信にマンチェスタ符号が適用されている。
アイ、イー、イー、イー、1997年度国際固体回路会議、論文番号、エス、エー、17.5(D.Friedman,et.al,A Low−Power CMOS Integrated Circuit for Field−Powered Radio Frequency Identification Tags,IEEE,ISSCC97 SA.17.5,1997)
ここで、ハイレベル、ロウレベルの時間が等しくない場合、つまりデューティが50%でない場合は、データによりDCオフセットが発生し、受信信号レベルが変動した場合における読み取り誤りの大きな原因となる。マンチェスタ符号は、ハイレベルとロウレベルの時間を等しく設定し、50%デューティの信号を実現し、DCオフセットが発生しない、通信に好適な符号を実現している。
しかし、上記従来例であるマンチェスタ符号を復調するには、ハイレベル、ロウレベルの状態の出現順序によって符号「0」、「1」が決定されるため、ハイレベル、ロウレベル各状態を検出する必要がある。
また、図12Bに示すように、データによって立ち下がり、立ち上がりの状態遷移時刻の間隔が変化するため、クロック信号の生成に位相同期ループと発振器が必要となり、クロックの収束に時間がかかる。位相同期ループの引き込み条件を満足するには、温度、電源電圧、デバイスのプロセス変動等をキャンセルする必要がある。したがって、複雑なリファレンス回路が必要になり、消費電流が増加する。電波状況などの影響で一時的に通信が途絶えた場合には、クロックの収束に時間がかかり、長い引き込み時間を要する問題点がある。
複雑な位相同期ループと発振器を用いることなく符号を再生し、トランスポンダ上の集積回路の基準クロックを生成し、且つ50%のデューティを満足する符号を用いた、その他の従来の非接触RF IDシステムが提案されている(特開平11−355365号公報参照)。
図13Aに、その他の従来の非接触RF IDシステムで通信に用いる波形及び符号を示す。図13Bに示すように、送受信される波形の立ち上がりの間隔は、等間隔である。
送受信される波形は、波形Aと波形Bを合成して得られる。波形Aは、立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をT/2(Tは1周期)、負の時間方向にロウレベル状態をT/2だけ伸ばした波形である。波形Bは、立ち上がり時点から正の時間方向に時間t1だけハイレベル状態を保持し、波形の終点に至るまでの時間t2をロウレベル状態に保持し、また立ち上がり時点から負の時間方向にt1だけロウレベル状態を保持し、波形の始点に至るまでの時間t2をハイレベル状態に保持した波形である。
t1+t2=T/2とする。波形A、Bとも、必ず、中心に立ち上がりの状態遷移が存在する。波形A、B単独のそれぞれに符号「0」、「1」を割り振ると、図14に示すように、波形Bが連続した場合、波形の接続部に立ち上がり状態遷移が発生し、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることが困難になる。波形Bが連続した場合、波形の接続部に立ち上がり状態遷移が発生するのは、波形Bがハイレベルで始まり、ロウレベルで終わるためである。
その他の従来例では、波形Aが連続して2回続いた場合に符号「0」を割り当て、波形Bの後に波形Aが続いた場合に符号「1」を割り当てる。この場合、符号「0」にあたる波形Aの2連続波形は、ロウレベルで始まりハイレベルで終わり、符号「1」に対応する波形B、Aの連続波形は、ハイレベルで始まりハイレベルで終了する。「00」、「01」、「10」、「11」の4つの取り得るすべての接続部の組み合わせを、図15A〜図15Dに示す。
符号「00」、「10」の場合は、2つの2連続波形の接続部に立ち下がり遷移が発生する。符号「01」、「11」の場合は、2つの2連続波形の接続部がハイレベルに保たれる。任意の符号「0」、「1」列に対応する波形を並べても、波形の接続部に立ち上がり遷移が発生することはない。したがって、立ち上がり遷移は、常に、各波形A,Bの中点でのみ発生する。立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、データと同期したクロック信号を容易に発生させることができる。
波形A、Bの組み合わせは、図16に示すように、波形A、Bを入れ替え、波形Aの後に波形Bが続いた場合に符号「1」を割り当てるなど、多くのバリエーションを持たせることができる。立ち上がりの間隔を一定にする組み合わせは、ロウレベルで始まってハイレベルで終わる波形パターンと、ロウレベルまたはハイレベルで始まって始めと同レベルで終わる波形パターンとの合成により実現される。立ち下がりの間隔を一定にするには、ハイレベルで始まってロウレベルで終わる波形パターンと、ロウレベルまたはハイレベルで始まって始めと同レベルで終わる波形パターンとを組み合わせる。
以上のように、その他の従来例によりデューティ50%の2種類の波形を組み合わせることで、立ち上がりまたは立ち下がり時間の間隔を等しくしながら、同時に符号「1」、「0」の情報を送ることが可能になる。等間隔に発生する状態遷移をトリガとして利用するならば、位相同期ループを使用せずとも容易にデータと同期したクロックを得ることもできる。
しかしながら、波形A、B単独に符号「0」、「1」を割り振ると、図14に示すように波形Bが連続した場合、2つの波形Bの接続部に立ち上がり状態遷移が発生し、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることが困難であり、符号化による伝送効率が低下する問題が有った。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、符号化による伝送効率の向上を図った非接触RF IDシステムの通信方法、非接触RF IDシステム、送信機及び受信機の提供を目的とする。
前記第1の波形及び第2の波形が、立ち上がり又は立ち下がりのうちいずれか一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ基本波形で形成され、前記第3の波形が、前記一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ複数の基本波形で形成され、前記第3の波形が、前記一方の状態遷移を前記複数の基本波形の概略波形の中央部のみで発生するようにしても良い。前記第1の波形と第2の波形を用いて通信し、前記一方の状態遷移が前記基本波形の概略波形の中央部以外で発生する場合、前記第1の波形及び第2の波形の代わりに、前記第3の波形を用いて通信してもよい。
前記第3の波形は、前記第1の波形または第2の波形のいずれかが連続する場合に波形の接続部にも概略波形の中央部と同じ立ち上がり、または立ち下がりの状態遷移が生じ、なおかつ前記状態遷移が生じる波形の接続部を含む第1の波形または第2の波形の組み合わせがm個の波形からなる場合に、前記m個の波形の代わりに使用される波形(ここで、mは2以上の自然数である。)としてもよい。
前記状態遷移が立ち上がりの場合、前記第1の波形が、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、前記中点より正の時間方向にT/2だけハイレベル状態を保持した波形であり、前記第2の波形が、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt1だけ保持し、前記波形の終点までの時間t2をロウレベル状態に保持し、前記波形の中点より負の時間方向にt1だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t2をハイレベル状態に保持した波形であり(ここでtは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t1+t2=T/2とする。)、前記第3の波形が、m=2nの場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、n番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をT/2だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+3}だけ保持し、負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、(n+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n)であり(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=T(n,k≧2の場合)とする。)、m=2n+1の場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+5}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+5}だけロウレベル状態を保持し、(n+1+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n+1)(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=Tとする。)としてもよい。
一方、前記状態遷移が立ち下がりの場合には、前記第1の波形が、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、前記中点より正の時間方向にT/2だけハイレベル状態を保持した波形を反転させた波形であり、前記第2の波形が、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt1だけ保持し、前記波形の終点までの時間t2をロウレベル状態に保持し、前記波形の中点より負の時間方向にt1だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t2をハイレベル状態に保持した波形を反転させた波形であり(ここでtは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t1+t2=T/2とする。)、前記第3の波形が、m=2nの場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、n番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をT/2だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+3}だけ保持し、負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、(n+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n)を反転させた波形であり(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=T(n,k≧2の場合)とする。)、m=2n+1の場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+5}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+5}だけロウレベル状態を保持し、(n+1+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n+1)を反転させた波形(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=Tとする。)としてもよい。
前記第1の波形、第2の波形に対して符号「1」または符号「0」を割り当て、前記第1の波形、または第2の波形の組み合わせの代わりに使用される第3の波形に対して、前記組み合わせに対応する符号「1」または符号「0」の組み合わせを割り当てて通信してもよい。
変調信号の立ち上がりのタイミングに同期して内部クロックの状態遷移が生じるように内部クロックを生成するクロック生成手段と、前記クロック生成手段により生成されたクロックの状態遷移に同期して動作する論理回路とを備えてもよい。
本発明の送信機は、第1の波形と第2の波形と第3の波形を形成し、前記第1の波形と第2の波形と第3の波形を送信する送信機であって、前記第1の波形と第2の波形が立ち上がり又は立ち下がりのうちいずれか一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ基本波形で形成され、前記第3の波形が前記一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ複数の基本波形で形成され、前記第3の波形が、前記一方の状態遷移が前記複数の基本波形の概略波形の中央部のみで発生し、前記第1の波形と第2の波形を用いて送信する場合でかつ、前記一方の状態遷移が前記基本波形の概略波形の中央部以外で発生した場合に、前記第3の波形を代わりに用いて送信する。
本発明の受信機は、第1の波形と第2の波形と第3の波形を受信する受信機であって、前記第1の波形と第2の波形が立ち上がり又は立ち下がりのうちいずれか一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ基本波形で形成され、前記第3の波形が前記一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ複数の基本波形で形成され、前記第3の波形が、前記一方の状態遷移が前記複数の基本波形の概略波形の中央部のみで発生し、前記第3の波形を受信した場合に、前記一方の状態遷移が前記基本波形の概略波形の中央部以外で発生した前記第1の波形または第2の波形の組み合わせを受信したものと認識する。
本発明によれば、第1の波形と第2の波形は、立ち上がり又は立ち下がりのうちいずれか一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ基本波形で形成され、第3の波形は、前記一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ複数の基本波形で形成され、前記第3の波形は、前記一方の状態遷移が前記複数の基本波形の概略波形の中央部のみで発生し、前記第1の波形と第2の波形を用いて通信をする場合に、前記一方の状態遷移が前記基本波形の概略波形の中央部以外で発生する場合、例えば、第2の波形が連続した場合に発生する場合に、波形の接続部に立ち上がり(あるいは立ち下がり)状態遷移が発生しない第3の波形を連続した第2の波形の代わりに送信側で割り当てて送信し、受信側では、第3の波形を受信した場合に連続した第2の波形を受信したものと認識して復調することで解決でき、実質的に第1の波形、第2の波形を単独に符号「0」、「1」に割り振ることができるため、立ち上がり(あるいは立ち下がり)タイミングを一つのデータに対応させることができる。そのため、立ち上がり(あるいは立ち下がり)遷移を検出する回路を用いることで容易にデータと同期したクロック信号を発生することができる。
図2A及び2Bは、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで用いる各種波形及び各波形に符号を割り当てて通信する際の符号列の一例を示す図である。
図3は、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで用いる波形C(3)の一例を示す図である。
図4は、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで用いる波形C(4)の一例を示す図である。
図5は、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで用いる波形C(5)の一例を示す図である。
図6は、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで用いる波形C(6)の一例を示す図である。
図7は、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで用いる波形C(2n+1)の一例を示す図(nは自然数)である。
図8は、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで用いる波形C(2n)の一例を示す図(nは自然数)である。
図9A及び9Bは、その他の従来例を用いた場合と本実施形態を用いた場合の符号の比較例を示す図である。
図10は、本発明の実施形態に係る非接触RF IDシステムで使用される符号の組み合わせ例を示す図である。
図11は、従来例の非接触RF IDシステムの構成を示すブロック図である。
図12A及び12Bは、従来例の非接触RF IDシステムで使用されるマンチェスタ符号波形を示す図である。
図13A及び13Bは、その他の従来例の非接触RF IDシステムで用いる波形及び符号を示す図である。
図14は、その他の従来例で波形Bが連続した場合の問題点を示す説明図である。
図15A〜15Dは、その他の従来例で使用される符号の接続部の状態を示す説明図である。
図16は、その他の従来例の符号リストを示す図である。
DC電力検出回路200は、ダイオードD1と、電源用ダイオードD2及び電力蓄積用コンデンサC1とを有している。信号検出回路201は、ダイオードD1と、検波用ダイオードD3と、負荷キャパシタC2と、FETスイッチQ1とを有している。
上記構成によれば、リーダ1より、クロックとデータの情報を含む振幅変調信号がアンテナ1Aを介してトランスポンダ2に送信される。トランスポンダ2は、アンテナ2Aを介して信号を受信すると、電力蓄積用コンデンサC1に電荷が蓄積され、コンデンサC1の両端電圧を起電力としてトランスポンダ2が動作する。
信号検出回路201内の検波用ダイオードD3にて検波された信号は、クロック生成回路及び復調回路300によりデータとクロックに分離され、制御論理回路204にて処理される。トランスポンダ2がリーダ1に返信する場合は、FET スイッチQ1をオン/オフさせ、負荷キャパシタC2を用いてアンテナ2Aのインピーダンスを変調することで行う。
本実施形態の非接触RF IDシステムが、図11に示した従来の非接触RF IDシステムと構成上、異なる点は、主に、位相同期ループ及びリファレンス回路を用いたクロック生成回路及び復調回路203の代わりに、位相同期ループ及びリファレンス回路が不要なクロック生成回路及び復調回路300を使用する点であり、他の構成は同様である。
本実施形態の非接触RF IDシステムに使用される波形及びこれらの波形に符号を割り当てて通信する符号列(データ)の波形を、図2A及び2Bに示す。本実施形態では、送受信される波形の立ち上がり間隔を等間隔にしている。送受信される波形は、図2Aに示す波形A及び波形Bを合成して得られる。
ここで、波形Aは、各立ち上がり時点より、それぞれ正の時間方向にハイレベル状態をT/2(Tは1周期時間)、負の時間方向にロウレベル状態をT/2だけ伸ばした波形である。
波形Bは、立ち上がり時点から正の時間方向に時間t1だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t2をロウレベル状態に保持し、かつ、立ち上がり時点から負の時間方向にt1だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t2をハイレベル状態に保持した波形である。
t1+t2=T/2とする。波形A、Bとも、必ず中心に立ち上がりの状態遷移が存在する。なお、波形A、B単独に符号「0」、「1」を割り振ると、図14に示したように波形Bが連続した場合、波形の接続部に立ち上がり状態遷移が発生し、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることが困難になる。
本実施形態では、波形Bが連続した場合、波形の接続部に立ち上がり状態遷移が発生しない新たな波形Cを連続した波形Bの代わりに送信側で割り当てて送信し、受信側では、波形Cを受信した場合に連続した波形Bを受信したものと認識して復調する。図2Bに示す符号列の例では、波形Aを符号「0」に割り当て、波形Bを符号「1」に割り当てる。
波形C(2)は、2連続した波形Bの代わりに使用される波形であり、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をT/2だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、かつ最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をT/2だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形である。
t3+t4=T/2とする。2連続した波形Bの代わりに波形C(2)を送信側で割り当てることで、波形の接続部に立ち上がり遷移が生じなくなるので、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることができる。そのため、立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、容易にデータと同期したクロック信号を発生させることができる。
同様に、3連続した波形Bの代わりに割り当てる波形C(3)の一例を、図3に示す。この波形C(3)は、3連続した波形Bの代わりに、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、二つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt5だけ保持し、正の時間方向に時間t5だけハイレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形である。
t3+t4=T/2、t5+t6=Tとする。3連続した波形Bの代わりに波形C(3)を送信側で割り当てることで、波形の接続部に立ち上がり遷移が生じなくなるため、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることができる。したがって、立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、容易にデータと同期したクロック信号を発生させることができる。
同様に、4連続した波形Bの代わりに割り当てる波形C(4)の一例を、図4に示す。波形C(4)は、4連続した波形Bの代わりに、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、二つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt5だけ保持し、正の時間方向に時間T/2だけハイレベル状態を保持し、三つ目の波形の立ち上がりタイミング時間より負の時間方向にロウレベル状態をT/2だけ保持し、正の時間方向に時間t5だけハイレベル状態を保持し、かつ、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形である。
t3+t4=T/2、t5+t6=Tとする。4連続した波形Bの代わりに波形C(4)を送信側で割り当てることで、波形の接続部に立ち上がり遷移が生じなくなるので、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることができる。そのため、立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、容易にデータと同期したクロック信号を発生することができる。
同様に、5連続した波形Bの代わりに割り当てる波形C(5)の一例を、図5に示す。波形C(5)は、5連続した波形Bの代わりに、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、二つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt5だけ保持し、正の時間方向に時間t8だけハイレベル状態を保持し、三つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt7だけ保持し、正の時間方向に時間t7だけハイレベル状態を保持し、四つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt8だけ保持し、正の時間方向に時間t5だけハイレベル状態を保持し、かつ最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形である。
t3+t4=T/2、t5+t6=T、t7+t8=Tとする。5連続した波形Bの代わりに波形C(5)を送信側で割り当てることで、波形の接続部に立ち上がり遷移が生じなくなるので、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることができる。そのため、立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、容易にデータと同期したクロック信号を発生することができる。
同様に、6連続した波形Bの代わりに割り当てる波形C(6)の一例を、図6に示す。波形C(6)は、6連続した波形Bの代わりに、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、二つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt5だけ保持し、正の時間方向に時間t8だけハイレベル状態を保持し、三つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt7だけ保持し、正の時間方向に時間T/2だけハイレベル状態を保持し、四つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をT/2だけ保持し、正の時間方向に時間t7だけハイレベル状態を保持し、五つ目の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt8だけ保持し、正の時間方向に時間t5だけハイレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形である。t3+t4=T/2、t5+t6=T、t7+t8=Tとする。
6連続した波形Bの代わりに波形C(6)を送信側で割り当てることで、波形の接続部に立ち上がり遷移が生じなくなるので、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることができる。そのため、立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、容易にデータと同期したクロック信号を発生させることができる。
さらに拡張して、(2n+1)個、連続した波形Bの代わりに割り当てる波形C(2n+1)の一例を、図7に示す(nは自然数)。
波形C(2n+1)は、(2n+1)個、連続した波形Bの代わりに、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+5}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+5}だけロウレベル状態を保持し、(n+1+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、かつ、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形である。
n≧k≧1、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=Tとする(但し、kは自然数)。(2n+1)個、連続した波形Bの代わりに波形C(2n+1)を送信側で割り当てることで、波形の接続部に立ち上がり遷移が生じなくなるので、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることができる。したがって、立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、容易にデータと同期したクロック信号を発生することができる。
次に、(2n)個、連続した波形Bの代わりに割り当てる波形C(2n)の一例を、図8に示す(nは自然数)。
波形C(2n)は、(2n)個、連続した波形Bの代わりに、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、n番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をT/2だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+3}だけ保持し、負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、(n+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形である。
n≧k≧1、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=T(n,k≧2の場合)とする(但し、kは自然数)。(2n)個、連続した波形Bの代わりに波形C(2n)を送信側で割り当てることで、波形の接続部に立ち上がり遷移が生じなくなるので、立ち上がりタイミングを一つのデータに対応させることができる。そのため、立ち上がり遷移を検出する回路を用いることで、容易にデータと同期したクロック信号を発生することができる。
次に、その他の従来例の通信方法を使用する非接触RF IDシステムにより通信した場合と本実施形態の非接触RF IDシステムを用いて通信した場合の符号長の比較例を、図9A及び9Bに示す。本実施形態を用いることにより、その他の従来例の通信方法を用いた場合よりも符号長を半分に低減することができ、符号化による伝送効率の向上が図れる。
波形A、Bの組み合わせは、図10に示すように、波形A、Bを入れ替えたものなど多くのバリエーションを持たせることができる。本実施形態によれば、立ち上がりまたは立ち下がり時点(タイミング)の間隔を等しくしながら、同時に符号「1」、「0」の情報を送ることが可能になる。等間隔に発生する状態遷移をトリガとして利用するならば、位相同期ループを使用せずとも容易にデータと同期したクロックを得ることができる。
本実施形態では、波形A、B、Cの各波形として、左右完全対称の波形を用いたが、実際の回路を構成する場合、変復調に用いる各種回路の遅延特性や時定数等の影響から、必ずしも、完全に左右対称の波形を扱う必要はない。立ち上がりあるいは立ち下がりのタイミングが概略一定でデューティが概略50%を保つ波形を扱えばよい。この場合、振幅変動に対する誤判定を最小にとどめることが可能である。
以上述べた実施形態は、本発明を例示的に示すものであって、限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。例えば、変調方式として振幅変調のみではなく、周波数変調や位相変調等を用いても構わない。また、振幅変調、周波数変調および位相変調等を組み合わせた変調方式を採用しても構わない。さらに、信号系列を暗号化することで、盗聴・なりすましに対する安全性を向上したり、誤り検出または誤り訂正を目的とした符号化を行ってもよい。
したがって、実質的に第1の波形、第2の波形を単独に符号「0」、「1」に割り振ることができるため、立ち上がり(あるいは立ち下がり)タイミングを一つのデータに対応させることができ、従来例の通信方法を用いた場合よりも符号長を半分に低減することができ、符号化による伝送効率の向上が図れる。
立ち上がり遷移あるいは立ち下がり遷移を検出する回路を用いる場合には、容易にデータと同期したクロック信号を発生することができる。したがって、等間隔に発生する状態遷移をトリガとして利用するならば位相同期ループを使用せずとも容易にデータと同期したクロックを得ることができる。
本発明によれば、複雑な位相同期ループとリファレンス回路を用いることなく、符号化による伝送効率の向上を図った、非接触RF IDシステムの通信方法、非接触RF IDシステム、送信機及び受信機を実現することができる。
Claims (9)
- 第1の波形と第2の波形と第3の波形を用いる非接触RF IDシステムの通信方法であって、
前記第1の波形、第2の波形及び第3の波形を用いて通信する際に出力される波形の立ち上がりタイミングまたは立ち下がりタイミングのいずれか一方が周期的になる非接触RF IDシステムの通信方法。 - 請求項1に記載の非接触RF IDシステムの通信方法であって、
前記第1の波形と第2の波形は、立ち上がり又は立ち下がりのうちいずれか一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ基本波形で形成され、
前記第3の波形は、前記一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ複数の基本波形で形成されるとともに、前記一方の状態遷移が前記複数の基本波形の概略波形の中央部のみで発生し、
前記第1の波形と第2の波形を用いて通信をする際に、前記一方の状態遷移が前記基本波形の概略波形の中央部以外で発生する場合、前記第1の波形と第2の波形の代わりに、前記第3の波形を用いて通信する。 - 請求項2に記載の非接触RF IDシステムの通信方法であって、
前記第3の波形は、前記第1の波形または第2の波形のいずれかが連続し、波形の接続部に概略波形の中央部と同じ立ち上がり、または立ち下がりの状態遷移が生じ、なおかつ前記状態遷移が生じる波形の接続部を含む第1の波形または第2の波形の組み合わせがm個の波形からなる場合に、前記m個の波形の代わりに使用される波形である(mは2以上の自然数である。)。 - 請求項3に記載の非接触RF IDシステムの通信方法であって、
前記状態遷移が立ち上がりの場合、前記第1の波形は、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、前記中点より正の時間方向にT/2だけハイレベル状態を保持した波形であり、
前記第2の波形は、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt1だけ保持し、前記波形の終点までの時間t2をロウレベル状態に保持し、前記波形の中点より負の時間方向にt1だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t2をハイレベル状態に保持した波形であり(ここでtは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t1+t2=T/2とする。)、
前記第3の波形は、m=2nの場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、n番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をT/2だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+3}だけ保持し、負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、(n+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n)であり(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=T(n,k≧2の場合)とする。)、
m=2n+1の場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+5}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+5}だけロウレベル状態を保持し、(n+1+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n+1)である(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=Tとする。)。 - 請求項3に記載の非接触RF IDシステムの通信方法であって、
前記状態遷移が立ち下がりの場合、前記第1の波形は、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、前記中点より正の時間方向にT/2だけハイレベル状態を保持した波形を反転させた波形であり、
前記第2の波形は、前記波形の中点である最初の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt1だけ保持し、前記波形の終点までの時間t2をロウレベル状態に保持し、前記波形の中点より負の時間方向にt1だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t2をハイレベル状態に保持した波形を反転させた波形であり(ここでtは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t1+t2=T/2とする。)、
前記第3の波形は、m=2nの場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、n番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をT/2だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+3}だけ保持し、負の時間方向にT/2だけロウレベル状態を保持し、(n+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n)を反転させた波形であり(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=T(n,k≧2の場合)とする。)、
m=2n+1の場合、最初の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt6だけ保持し、負の時間方向にt3だけロウレベル状態を保持し、波形の始点までの時間t4をハイレベル状態に保持し、(n+1−k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+6}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+3}だけロウレベル状態を保持し、(n+1)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−1)+5}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−1)+5}だけロウレベル状態を保持し、(n+1+k)番目の波形の立ち上がり時点より正の時間方向にハイレベル状態をt{2(n−k)+3}だけ保持し、負の時間方向にt{2(n−k)+6}だけロウレベル状態を保持し、最後の波形の立ち上がり時点より負の時間方向にロウレベル状態をt6だけ保持し、正の時間方向に時間t3だけハイレベル状態を保持し、波形の終点までの時間t4をロウレベル状態に保持した波形C(2n+1)を反転させた波形である(ここでn,kは自然数、n≧k≧1、tは時間、Tは第1、第2の波形の1周期、t3+t4=T/2、t{2(n−k)+5}+t{2(n−k)+6}=Tとする。)。 - 請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載の非接触RF IDシステムの通信方法であって、
前記第1の波形、第2の波形に対して符号「1」または符号「0」を割り当て、前記第1の波形、または第2の波形の組み合わせの代わりに使用される第3の波形に対して、前記組み合わせに対応する符号「1」または符号「0」の組み合わせを割り当てて通信を行う。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の通信方法を用いる非接触RF IDシステムであって、
変調信号の立ち上がりのタイミングに同期して内部クロックの状態遷移が生じるように内部クロックを生成するクロック生成手段と、
前記クロック生成手段により生成されたクロックの状態遷移に同期して動作する論理回路と、
を有する。 - 第1の波形と第2の波形と第3の波形を形成して送信する送信機であって、
前記第1の波形及び第2の波形が、立ち上がり又は立ち下がりのうちいずれか一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ基本波形で形成され、
前記第3の波形が、前記一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ複数の基本波形で形成されるとともに、前記一方の状態遷移が前記複数の基本波形の概略波形の中央部のみで発生し、
前記第1の波形と第2の波形を用いて送信する場合でかつ、前記一方の状態遷移が前記基本波形の概略波形の中央部以外で発生した場合に、前記第1の波形及び第2の波形の代わりに前記第3の波形を用いて送信する。 - 第1の波形と第2の波形と第3の波形を受信する受信機であって、
前記第1の波形及び第2の波形が、立ち上がり又は立ち下がりのうちいずれか一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ基本波形で形成され、
前記第3の波形が、前記一方の状態遷移を概略波形の中央部に持つ複数の基本波形で形成されるとともに、前記一方の状態遷移が前記複数の基本波形の概略波形の中央部のみで発生し、
前記第3の波形を受信した場合に、前記一方の状態遷移が前記基本波形の概略波形の中央部以外で発生した前記第1の波形または前記第2の波形の組み合わせを受信したものと認識する。
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