JP3905443B2 - 通信システムおよび質問器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムに関し、特に、建物内、キャンパスにおける変調バックスキャッタ技術を用いた無線通信システムを用いた無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械、在庫品又は生き物を識別したりその動きをチェックする目的で、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）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。
【０００３】
ＲＦＩＤシステムでは、変調無線信号を使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ＭＢＳ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。
【０００４】
従来のＭＢＳシステムは、（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。
【０００５】
キャンパスや建物の中で用いる場合を考える。そしてまず、ＲＦＩＤ技術を「セキュリティ」に用いる場合を考える。ＲＦＩＤは今日セキュリティ業界にて建物アクセスを容易にするように用いられている。例えば、建物への入館を自動的に認証させて行ったり、特定の位置を通過した個人を記録したりする。この動作は質問モードと呼ばれる。即ち、質問器が読みとりフィールド内の全てのタグへ信号を送信し、そのタグを識別させるデータによってタグが応答することを要求する。次にタグはＭＢＳを用いて質問器へこの情報を送り返す。
【０００６】
加えて、「位置決定」アプリケーションが建物等に存在する。（本明細書において、「建物」、「建物内」は建物の中ないし建物をも含むようなキャンパス環境等を意味する。）例えば、建物内の特定のタグの位置を知りたいことがある。このことは高度なセキュリティを要するような場合に求められる。建物内電話システムにおいて電話の呼をある個人が位置する場所に近い電話機へルーティングするようなアプリケーションにも用いることができる。原型のシステムとして赤外線送信器を用いる例があるが、実際に市場化されておらず、赤外線技術はとどく範囲が狭く、物体を透過する能力に欠ける。従って、赤外線送信器がシャツのポケットの中にあれば、通信パスがブロックされる。従って、位置決定問題を解決する技術は今日ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
また、低速度データ「通信」アプリケーションも存在する。低速度データ通信を提供する現存するシステムとしては、ページング（無線呼出し）技術がある。ページングシステムの中には建物内の無線カバレッジが悪い場合が多く、また、トランザクション毎にサービスプロバイダに課金される場合もある。また、無線データＬＡＮを建物内に用いる場合があるが、高価である。更に、現在の低速度データ通信技術は上のセキュリティ、位置決定問題を解決しない。本発明は、セキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションの各問題を解決するようなシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
本明細書では、変調バックスキャッタを用いた無線周波数識別システムがどのように単一のシステムで単一のインフラでセキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションの各問題を解決するかを開示する。本発明は、建物内又はキャンパス領域の位置や通信サービスでの低コストなセキュリティを改善できる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信システムは、建物内セキュリティ、位置決定、メッセージング、データ通信能力を統合する幾つかのモードの１つで動作することができる。本システムは、無線信号を生成し送信する１以上の質問器を有する。システムの１以上のタグはこの無線信号を受信する。バックスキャッタ変調器はサブ搬送信号を用いて無線信号の反射を変調し、反射変調信号を生成する。質問器は反射変調信号を受信し復調する。また質問器はどのタグがバックスキャッタ変調器手段を用いて応答するかを指定して１以上のタグへ第１情報信号を送信する。
【００１０】
質問モードでは、質問器は読みとりフィールド内のタグの識別を決定し、識別されたタグとデータを交換することができる。位置決定モードでは、本システムはタグが質問モードの無線範囲内にいるか否かを問わず、建物内のタグの位置を決めるように質問器へ指示する。メッセージングモード又は低速度データ通信モードにおいて、本システムはタグが何らかの行動を行うことを要求するコマンドを（タグが質問モードの読みとりフィールド内かを問わず）、質問器が特定のタグへ送信するように指示する。メッセージングモードの別態様では、質問器がタグへのコマンドに加えてデータを送信することができ、また、タグが質問器へ信号を送り返すことができる。本システムは電子メール、ボイスメール、位置決定、在庫管理等の他のシステムにも用いることができる。
より具体的には、複数の異なる動作モードにおいては、後述の第【００４４】段乃至第【００４６】段において述べられているように、異なる量のアップリンクデータが通常送信され、質問モードにおいては、位置決定モード又はメッセージングモードにおけるアップリンクデータの量よりも通常大きくなる。第４図及び第５図を参照すると、上記のように、位置決定モード及びメッセージングモードについての質問器からタグへの有効範囲は、質問モードについての有効範囲よりも大きくとることが可能である。このように、質問モードにおいて質問器と通信しているが質問器から遠く隔たった位置にあるタグは、位置決定モード及び／又はメッセージングモードにおいてなおも質問器と通信することが可能である。従って、請求項７及び１３に記載された発明の解決しようとする課題は、少なくとも２つの異なる動作モードを使用することを可能とすることにある。
さらに、第【００８１】段乃至第【００８５】段において述べられているように、複数のタグの各々は、少なくとも２つの異なるサブ搬送波周波数のうちのいずれか１つを使用して質問器にデータを送信することが可能であり、質問器は、少なくとも２つの異なるサブ搬送波周波数で送信する少なくとも２つの異なるタグからの複数の信号を同時に処理することが可能である。このことは、複数の異なるタグの各々が複数の異なる動作モードのおのおのについて異なるサブ搬送波周波数を用いている場合において、単一の質問器が少なくとも２つの異なる動作モードにおいて動作している少なくとも２つの異なるタグと同時に通信することを可能とする。従って、請求項４、７、及び１６乃至１８に記載された発明の解決しようとする課題は、少なくとも２つの異なるサブ搬送波周波数の使用を可能とすることにある。
また、第【００４０】段乃至第【００４４】段において述べられているように、１つ又は複数の質問器からの信号強度を表すデータは、タグの位置を決定するのに使用され、信号強度を表すデータは、２つの異なる動作モードの間での切換えの視点を決定するのに使用される。従って、請求項１２に記載された発明の解決しようとする課題は、信号強度を使用してタグの位置を決定するのを可能とすることにあり、請求項１３に記載された発明の解決しようとする課題は、信号強度を表すデータを使用して選択可能な複数の動作モードからタグの１つの動作モードを選択することを可能とすることにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ＭＢＳ動作
図１は、この発明を適用を示すのに適したＲＦＩＤシス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（有線又は無線）を介して複数の質問器１０３、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。図１、２において、２０１は無線信号を合成し、変調器２０２はこの情報信号２００ａを無線信号上へ変調し、２０３はこの変調信号を２０４を介してタグへと送る（ここでは振幅変調で）。振幅変調を用いるのはタグが単一の廉価な非線形デバイス（ダイオード等）によって復調できるからである。
【００１２】
タグ１０５（図３参照）では、アンテナ３０１（通常、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３０２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。３０４は質問器がマンチェスタ符号化を用いてＡＭ信号を送るようにすることにより拡張できる。
【００１３】
得られる回復信号３０４ａはプロセッサ３０５へ送信され、ここで回復信号３０４ａが解析される。即ち、プロセッサ３０５は情報信号２００ａの内容を検査する。ここで、プロセッサ３０５はタイミング情報を与える水晶発振器３１２を有する。一態様では、プロセッサ３０５は通常、廉価な４ビット又は８ビットのマイクロプロセッサであり、クロック回復回路３０４は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実装され、これはプロセッサ３０５と協力して動作する。本明細書では、「プロセッサ」は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ等を含む。
【００１４】
情報信号２００ａの内容に依存して、プロセッサ３０５は別の情報信号３０６を生成し、これはタグ１０５から送信され、質問器１０３へと戻される。情報信号３０６は変調器制御回路３０７への入力として供給され、これは情報信号３０６を用いてサブ搬送周波数源３０８が生成したサブ搬送信号３０８ａを変調する。一態様において、サブ搬送周波数源３０８は水晶発振器３１２により得られるか、又は、水晶発振器３１２はプロセッサ３０５と分離している。別の態様では、周波数源（プロセッサ３０５の主クロック周波数の分割器等）がプロセッサ３０５内部に存在する信号から得られる。
【００１５】
変調器制御回路３０７は、変調サブ搬送信号３１１を出力し、これは検出器／変調器３０２により用いられ、ダウンリンク信号２０２ａのＣＷ無線信号を変調し、これにより変調バックスキャッタ（例えば、反射された）信号３０１ａを作る。ここで、タグから質問器への伝送をアップリンクとしている。このように、変調バックスキャッタ信号はアップリンク信号を構成する。
【００１６】
一態様では、変調サブ搬送信号３１１の存在（欠如）は、検出器／変調器３０２（例、ショットキーダイオード）がアンテナ３０１の反射（インピーダンス）を換えることになる。例えば、アンテナのインピーダンスは、０から無限へと変わる。
【００１７】
電池３１０によりタグの回路へ電源を供給する。本明細書では、「電源」は、電池、マイクロ波又は電磁エネルギーを電気エネルギーへ変換することのできるデバイス（例、整流器、誘導カップリング）等を含む。
【００１８】
単一の周波数サブキャリアを用いる変調バックスキャッタ（ＭＢＳ）には数々の利点がある。
例えば、サブ搬送の位相シフトキー（ＰＳＫ）（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、ＭＳＫ（最小シフトキー）、ＧＭＳＫ（ガウス最小シフトキー）））がある。
【００１９】
図２に戻って、質問器１０３は、反射され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(quadrature)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。）送信チェーン手段で使用した無線信号源２０１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。出力のフィルタされた信号は、（それから、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（ＤＳＰ）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。復調信号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。別の態様では、質問器は、無線信号を送受信するために単一のアンテナを有する。この態様では、受信器連鎖により受信したものから送信信号を分離する電子的な方法が必要である。このことは、サーキュレーターのようなデバイスにより実現できる。
【００２０】
上の技術等を用いて、小範囲、双方向のディジタル無線通信チャネルを実装できる。ショットキーダイオード、信号強度ブースト用アンプ、ビットフレーム同期回路、４又は８ビットマイクロプロセッサ、サブ搬送生成回路、電池等を用いて低コストなシステムを作ることができる。ビットフレーム同期、サブ搬送における回路は、マイクロプロセッサコアの周辺のカスタムロジックにより実装してもよい。従って、これらの機能はかなり低コストで提供できる。
【００２１】
狭帯域動作
上の手順を用いて、双方向ディジタル無線通信チャネルを作ることができる。このチャネルの範囲はなるべく拡張できた方がよい。このことは、ダウンリンク、アップリンク双方の範囲を拡張することを伴う。
【００２２】
ダウンリンクの範囲を拡張することは、幾つかの因子を伴う。第１に、ダウンリンクの範囲は、信号損失を最小化することにより拡張できる。上述のように一態様においては、ダウンリンクは振幅変調信号であり、これは容易に単一非線形デバイスである検出器／変調器（マイクロ波、ショットキーダイオード等）により検出できる。アンテナ３０１から非線形検出変調器への信号損失を最小化するために、アンテナからダイオードへのインピーダンスを整合させることは重要である。第２に、ダウンリンクのデータ速度は、ダウンリンク信号の雑音バンド幅を減らすために制限することができる。
【００２３】
第３に、タグのアンテナ３０１は、アンテナバンド幅の外のＲＦ信号をフィルタリングして除くように用いることができる（ＲＦ信号の受信の他に）。例えば、２．４５ＧＨｚでは、許容ＲＦ搬送周波数は、２．４００〜２．４８５ＧＨｚである。パッチアンテナ等のアンテナの設計は、この周波数バンドをカバーするが、この範囲を超える周波数をフィルタリングして除く。理想的な周波数応答は、許容周波数範囲をまたがる３ｄＢの間のアンテナ感度で、この範囲を超えると急激に落ちるものがよい。更に、アンプ３０３はアップは期待ダウンリンクデータ速度（典型的には、数ｋｂｐｓ〜数十ｋｂｐｓ）の周辺の特定のパスバンドの間の信号のみ通過するように設計されているという点で、フィルタとしても機能する。上述のタグ設計は、変調スキームが主に一定のエンベロープである、アンテナの周波数バンド内のＲＦ伝送にはあまり影響を与えない。このように、このようなタグ設計は、多くの潜在的な干渉信号に抵抗性のある堅牢なタグを可能にする。
【００２４】
また、アップリンクの範囲を拡張することは、幾つかの因子を伴う。第１に、アップリンク信号の雑音バンド幅は、可能な限りデータ速度を遅くすることにより減らすことができる。もしアップリンク信号のデータ速度を数ｂｐｓに抑えれば、実装できる有用なアプリケーションの数を大きくできる。データ速度の制限は、単一サブ搬送周波数上に変調データがないような極限にする事ができる。このような場合、このサブ搬送周波数にて受信した信号がごく少ないないし皆無なことは、前のメッセージに対し、「確認」又は「非確認」を指示させる。
【００２５】
サブ搬送信号は比較的正確に決定できる。一態様において、サブ搬送周波数源３０８は比較的正確な周波数のサブ搬送信号を生成する。例えば、サブ搬送周波数源３０８は周波数３２ｋＨｚで精度±１００ｐｐｍ（即ち、水晶発振器の周波数は±３．２Ｈｚの間）の廉価な水晶発振器を用いることができる。
【００２６】
一態様において、ＤＳＰ等のプロセッサ２１０ａを用いる質問器において狭帯域フィルタリングが実装され、フィルタ／アンプ２１０とサブ搬送復調器２１２の機能を行う。この態様では、プロセッサ２１０ａは公知の狭帯域フィルタリングアルゴリズムを用い、１０Ｈｚより小さいバンド幅の信号のディジタルフィルタリングを行い、第１サイドローブは、６０ｄＢへと抑えられる。次に、このプロセッサ２１０ａが受信した信号の信号強度が測定され、この強度は信号がない時のそのチャネルにおける平均雑音よりも十分に上の基準信号強度と比較され、望まない信号が実際の信号と誤解されないようにする。この方法により、非常に弱いアップリンク信号も信頼性を持って検出できる。この技術を用い、ダウンリンクとアップリンクにおいて大まかに同等な範囲を達成できる。
【００２７】
次に、サブ搬送周波数ｆsの位置を議論する。ＭＢＳシステムは任意の数の反射体からのＲＦ源の反射によるアップリンク信号における雑音を示す。通常、反射体には２種類ある。即ち、信号が送信された搬送周波数と同じ搬送周波数で信号を反射する反射体、及び信号が送信された搬送周波数とは異なる搬送周波数で信号を反射する反射体である。前者の種類には、壁、金属物体がある。これらの反射体から反射した信号は、搬送信号に対して任意の位相関係を有する。反射を相殺するには、ホモダイン検出器として動作する直交ミキサ２０８を用いる。後者の反射体の種類は、ドップラーシフト（移動する金属物体により起こる）又はサブ搬送周波数付近の周波数にて動作する電子機器からの反射により生成される。難しい問題として、蛍光による光の雑音があり、基本波６０Ｈｚの周波数（米国で）だけではなく、数千Ｈｚよりも大きい可聴音を超えた周波数の雑音を作る。サブ搬送周波数ｆsが基本波６０Ｈｚの周波数の倍数に落ちるように位置させることが解決法として知られている。一態様にて、３２ｋＨｚの水晶発振器がこの要件を満足するサブ搬送周波数を生成するのに用いられる。
【００２８】
多モード動作
一態様にて、取扱システムは多モード動作が可能である。この態様では、タグと質問器は高データ速度と低データ速度にてデータを送信できる。他のデータ速度も可能である。一態様では、実際のデータメッセージ（例、多ビット、高ビットメッセージ）が高データ速度モードを用いて取扱システムにより送信、受信され、確認メッセージ（例、１ビット、低ビットメッセージ）が低データ速度モードを用いて取扱システムにより送受信される。
【００２９】
好都合なことに、低データ速度モードは、拡張した範囲を本発明の取扱システムに与える。前述のように、通常１ビット又は低ビットの確認メッセージを送信するのに低ビット速度モードが用いられる。このことにより、確認メッセージが実際のデータメッセージよりも小さい周波数バンドで送信される。周波数バンドを小さくすれば、周波数バンドの外の雑音の狭帯域フィルタリングのアプリケーションを可能にし、このことにより、確認メッセージを送信できる範囲を拡張できる。
【００３０】
前述のように、１ビットの情報を送るため、タグは、入信号（反射連続波無線信号）上へ変調バックスキャッタを用いて変調できる非変調サブ搬送周波数を生成することができる。そして、質問器は、単一周波数音の反射信号を受信する。次に狭帯域フィルタリング技術を用いて、雑音バンド幅を減らしこの信号の存否を決定するのに用いることができる。
【００３１】
動作に入ると、タグ１０５はダウンリンクメッセージとして質問器１０３から送られた情報ビットを検知し組み立てる。同期パターンビットをダウンリンクメッセージの開始時に送信する。これらのビットはタグがビット及びメッセージ同期を獲得することを可能にし、ダウンリンクメッセージの開始及び終了をタグが決定することを可能にした。一態様では、ダウンリンクメッセージは、アドレス、コマンド、また、データ及びエラー検出、訂正等の情報を含む。ダウンリンクメッセージのコマンド又はデータ部分は、タグ１０５が実データメッセージ（タグＩＤ他のアプリケーション依存データ等）又は確認メッセージ（１ビット確認メッセージ等）を返すべきかを指示すべきである。
【００３２】
タグ１０５のプロセッサ３０５は、どの種類のアップリンク信号を質問器へと送り返すべきかを決める。タグ１０５が実データメッセージ又は確認メッセージのいずれかを送信して質問器１０３がこれら２種類のメッセージを受信し区別できるようにする方法には幾つかある。図３に戻ると、一態様において情報信号３０６はプロセッサ３０５からリード３０６ａを介して変調器制御回路３０７へと送信される。タグ１０５のプロセッサ３０５が１情報ビットからなる「単一音」メッセージを送る場合、リード３０６ａは情報メッセージを送るべきでないことを指示する第１論理状態に維持され、これにより変調器制御回路３０７は非変調サブ搬送信号３１１を出力させるようにする。プロセッサ３０５が実データメッセージを送る場合、リード３０６ａは変調器制御回路３０７へと実データメッセージを運ぶ。この実データメッセージは次に、振幅変調、位相変調、周波数変調、符号変調等の変調技術を用いてサブ搬送信号３０８ａを変調するのに用いられる。
【００３３】
図２に戻り、質問器１０３は受信アップリンク信号から、変調（又は非変調）サブ搬送信号を受信し復調し、そしてフィルタリングを課す。サブ搬送周波数の詳細を与えると、適切なフィルタ／アンプ２１０が雑音を除去する。次にサブ搬送復調器２１２はもしあれば情報信号３０６を変調（又は非変調）サブ搬送信号から復調する。次にプロセッサ２００は情報信号３０６を復号するのに必要なディジタルシグナルプロセッシングを行う。プロセッサ２００はＤＳＰを用いてもよいが従来のマイクロプロセッサも用いてもよい。
【００３４】
単一サブ搬送音を有する「単一音」確認メッセージを回復するため、フィルタリングアンプは、狭帯域フィルタとする。従来のフィルタ技術も用いることができるが、上のＤＳＰ２１０ａを狭帯域フィルタに用いるとよい。この単一音のサブ搬送周波数は、タグ１０５が周波数源として廉価な水晶を用いるので周知である。水晶の精度が多少悪くても、サブ搬送周波数は数Ｈｚの精度であり、非常に狭帯域なフィルタリングを可能にする。タグ１０５からの確認メッセージ応答がＲＦＩＤシステムの範囲を拡張するのに用いられ、弱い信号である可能性が高いので、フィルタ／アンプ２１０の狭帯域フィルタには更なる任務を課した。
【００３５】
ＤＳＰを用いる態様として、アップリンク信号の周波数成分を動的にサーチすることがある。このことは図２のプロセッサ２００を用いて入データ流にフーリエ変換を行うことにより行える。変調サブ搬送信号を表す複数の信号を微分しても、知らないデータ速度の単一サブ搬送信号をフーリエ変換して回復させて複数の信号をサーチできる。
【００３６】
このように、変調バックスキャッタ通信システムが２つのモードにて動作させる方法を示した。１つはバックスキャッタ信号が高データ速度アップリンク通信チャネルを提供するように変調されるモードであり、１つはバックスキャッタ信号が低データ速度アップリンク通信チャネルを提供して単一音等の確認信号を長距離からでも検知できるように変調されるモードである。
【００３７】
多モードの実装
取扱システムの多モード動作は３つのサービスにより実装される。第１のサービスは、「質問」サービスである。質問器がタグへダウンリンクにて「質問信号」を送信することにより質問は始まる。タグは受信質問信号を復号し、復号した質問信号に基づいて行動を決める。「標準的な」質問の場合、タグは、ＭＢＳを用いて質問器へ「義務的データ(mandatory)」を返すことを要求される。「標準的な」質問を受信する質問器の読みとりフィールドにいるタグはそれぞれ、その義務的データにより後に説明するプロトコルを用いて応答する。「読みとりフィールド」は、タグと質問器が通信できる空間領域をいう。また質問器は、「標準的な」質問サービスの一部として、タグそれぞれ全てのために意図されたデータを送信する。このようなデータの例としては、時間情報、フレーミング情報他の同期情報等がある。義務的データは識別情報を有してもよい。、
【００３８】
「標準的な」質問を超える他の質問も可能である。例えば、質問器は、質問を用いて特定のタグを識別した後、タグのメモリに記憶される更なるデータをそのタグへと送信することができる。質問器はタグが他のデータをその質問器へと送信し返すことを要求してもよい。これらの更なるデータの通信には、「標準的な」質問において用いたデータレートを用いることができる。従って、タグそれぞれ全てへとコマンド及びデータを送信するために質問器を用いて、読みとりフィールドにおける特定のタグを識別し、そのタグと双方向で通信できる。質問において、ダウンリンクに要するデータ速度は通常大きくない。なぜなら、質問信号は読みとりフィールドの全てのタグが応答することを要求するのに必要なビットのみを持っていればよいからである。ダウンリンクにおけるデータ量と比べてアップリンクのデータ量は通常かなり大きい。義務的データは時間が重大（クリティカル）である送信においてしばしば送信されるので、アップリンクのデータ速度はダウンリンクのものよりもかなり大きい方がよい。即ち、ダウンリンクデータ速度がアップリンクデータ速度より小さいような非対称性がある。
【００３９】
第２のサービスは、「位置（位置決定）」サービスである。これはタグの位置を位置決定するのに用いられる。位置決定において、質問器はダウンリンクに「位置決定信号」をタグへと送る。これは位置決定信号が向かう特定のタグのアドレスを有する。このサービスでは、タグは単純な確認メッセージ（一定音信号等）により応答するように要求される。上の狭帯域技術を用いて、質問サービスの範囲を遙かに超えた範囲にて質問器によって一定音信号を受信できる。従って、ダウンリンクがアップリンクよりも大きなデータ速度である非対称通信サービスが存在する。
【００４０】
位置決定サービスは以下のように特定のタグ１０５の位置を決める。取扱システムはタグの位置の情報を持っていないとする。質問器は位置決定信号を送信し、そして可能性のある応答（確認メッセージ）を聴く。各質問器は受信応答（もしあれば）の信号強度を決めることができ、ＬＡＮ１０２又はアプリケーションプロセッサ１０１の位置決定プロセスへとそれらの決定を報告する。ここで、位置決定プロセスは、質問器により位置決定プロセスへと報告される確認メッセージの信号強度に基づいてタグの位置を決めることができるソフトウェアプロセスである。位置決定プロセスは、タグの位置が最強の確認メッセージ信号強度を受信する質問器の位置と等しいものとして決める。ここで、タグの位置の精度は質問器の有効範囲である。
【００４１】
別の態様では、位置決定プロセスは、もし２以上の質問器が確認メッセージを受信した場合はタグの位置を決定するのにより複雑な方法を用いる。タグの位置は、確認メッセージを受信した質問器、及び各質問器の空間位置に基づいて決められる。例えば、もし２つの質問器が等しい信号強度の確認メッセージを受信した場合、タグの位置はこれら２つの質問器の２等分線上にあると推定できる。もし３つの質問器が確認メッセージを受信した場合は、「三角位置決定」が可能となる。文献、"The NLOS Problem in Mobile Location Estimation Proceeding 1996 5th International Conference on Universal personal Communic. oct 96" by Marilynn Wyle and Jack Holtman、を参照するとよい。
【００４２】
第３のサービスは、「メッセージング」サービスである。「メッセージング信号」と呼ぶダウンリンク信号は、１以上のタグのアドレス、及びこれらのタグのためのデータを有し、質問器により送信される。メッセージング信号のタグアドレスと合致するタグはそのデータをプロセッサ３０５に関連づけられたメモリ３０５ａへと記憶するように、またそのデータを用いて他の機能を行うように指示される。タグがメッセージング信号に応答する方法には幾つかの方法がある。メッセージング信号がタグにデータを記憶するように指示すれば、タグは、質問器へと確認メッセージを送り返すことによりメッセージング信号の受領を確認させる。代わりに、もしメッセージング信号がタグに判断をすることを指示、又は質問器へ他のデータを送り返すように指示すれば、数ビットのデータの確認メッセージにより応答する。従ってメッセージングにおいては、もしアップリンクが確認メッセージであれば、ダウンリンクがアップリンクよりも大きなデータ速度を有するような非対称通信パスが存在することとなる。
【００４３】
別の態様では、上述のサービスの１つで始まり別のサービスへと換えることができる。以下にこのような通信を可能にする方法を説明する。タグとの通信を望むとする。メッセージングサービスが質問器からタグへと送信され、質問器で受信される単純な確認によりタグが応答することを指示する。更に、質問器が受信した確認メッセージに基づいて、質問器は更なるデータをその質問器へとタグが送り返すようにタグに指示したいとする。例えば、質問器はもし信号強度がしきい値よりも低ければ確認メッセージの信号強度を決め、メッセージングサービスのためにアップリンクにて通常用いるデータ速度までにアップリンクデータ速度を制限する。信号強度はしきい値よりも上である他の場合は、質問器は質問サービスのためにアップリンクにて通常用いられるデータ速度までにアップリンクデータ速度を変える。ここで、２つのアップリンクデータ速度を用いて説明したが、他のデータ速度も用いることができる。
【００４４】
一態様にて、上の３つのサービス全ては、同じシステムにおいて共存し、同時に動作させる。これらのサービスは、必要なデータ速度に基づいて、質問器からタグへの異なる範囲をサポートするということを認識することから始める。例えば、質問サービスには、タグが質問器のそばを通る時等に短時間において相当な量のデータ伝送を伴う。ある時において読みとりフィールドにいくつもタグが存在するときには必要なデータ速度は更に増える。データを同時に伝送する複数のタグが同時に存在すれば、お互い干渉せずに複数のアップリンクを可能にするためにはプロトコルが必要である。一態様において、アロハ(Aloha)又はスロテッドアロハ(Slotted Aloha)のプロトコルを用いる。質問サービスの通常のデータレートは、５０〜３００ｋｂｐｓの範囲である。ここで、他の因子がないことにより、範囲とデータ速度は相反する関係で、トレードオフすべきことに留意する。文献、"Queuing Systems Vol. 2 Computer Applications" by Leonard Kleinrock, published by John Wiley & Sons, NY in 1976、を見るとよい。
【００４５】
まとめると、データ速度には２つの異なる「非対称性」がある。即ち、質問サービスにおけるアップリンクの方がダウンリンクよりも大きなデータ速度の場合、及び位置決定及びメッセージングサービスにおけるダウンリンクの方がアップリンクよりも大きなデータ速度の場合である。従って、質問サービスの有効範囲は位置決定又はメッセージングサービスのものよりも小さい。なぜなら、質問サービスにおけるアップリンクのデータ速度要件はより大きいからである。この範囲における差違を図４に示した。これらのデータ速度の間の関係を観測することは重要である。上の「範囲拡張」の章では、狭帯域フィルタリングを用いて相当な範囲拡張を達成できたことを示した。位置決定及びメッセージングサービスはダウンリンクがおおまかに数ｋｂｐｓのデータ速度であり、アップリンクは数ｂｐｓである。質問サービスはダウンリンクがおおまかに数ｋｂｐｓのデータ速度であり、アップリンクは５０〜３００ｋｂｐｓである。
【００４６】
図５には、これら３つのサービスの間の範囲の関係を示す。３つのサービス全てにダウンリンク範囲５０３は等しい。位置決定サービスとメッセージングサービスのアップリンク範囲５０２はおおまかにダウンリンク範囲５０３のものと等しい。これに反し、質問サービスのアップリンク範囲５０１はアップリンク範囲５０２よりもかなり小さい。
【００４７】
上の説明では同じアンテナ技術を３つのサービスが用いるとして、指向性アンテナの効果に言及しなかったが、これを用いて有効範囲を増加させ、アプリケーションに最適化された「読みとりフィールド」を得ることができる。以下には異なるアンテナパターンの利用を説明する。
【００４８】
ＲＦＩＤシステムのアーキテクチャー
ここでは質問器の配置を議論する。図１に戻ると、アプリケーションプロセッサ１０１は乗客、荷物、カーゴに関する情報を記憶するデータベース１１０をサポートする。例えば、データベース１１０は航空機に搭乗中の乗客、乗客に対応する荷物、荷物の位置等の識別情報を有する。飛行場（飛行場コンプレックスをいう）全体に質問器を分布させることもできる。ここで、飛行場全体というカバレッジは質問サービスにとって完全ではない。即ち、質問サービスは飛行場の良好に区画された領域でのみ利用可能である。なぜなら、質問サービスは一般に、特定の位置（ドアウェー等）を通過する際にタグを識別するのに用いられるからである。また、位置決定及びメッセージングサービスにおいて飛行場のカバレッジは質問サービスのカバレッジよりも大きい。理想的には飛行場の誰にでも位置決定及びメッセージングサービスを提供することが望ましい。
【００４９】
位置決定サービス又はメッセージングサービスにおいて、飛行場におけて十分な数の質問器を配置し、飛行場におけるいずれの場所も３つの質問器の範囲内に入るものとする。これにより、受信アップリンク信号強度の三角位置決定を用いて位置決定サービスを実装することを可能にする。別の態様では、質問器は「部分的に重なり合う」方式で配置され、飛行場におけるいかなる場所も質問器の無線カバレッジ領域内にあるようにする。この構成により、単純な位置決定サービスを実装でき、この位置決定サービスの精度（誤差）は１つの質問器のカバレッジ領域に匹敵する。
【００５０】
別の態様では、質問器は「部分的に重なり合う」方式で配置され、飛行場におけるいかなる場所も少なくとも１つの質問器の無線カバレッジ領域内にあるようにする。この構成により、単純な位置決定サービスを実装でき、この位置決定サービスの精度（誤差）は１つの質問器のカバレッジ領域に匹敵する。
【００５１】
質問器が「部分的に重なり合う」方式で配置された場合の位置決定モードを議論する。位置決定したいタグがダウンリンク範囲内にあるとする。すると、タグはタグアドレスを含むダウンリンク信号を受信できる。ダウンリンクメッセージが自分へ向けられたものであるとタグが決めると、タグはアップリンク確認メッセージ（例、定トーン）を（特定のプロトコルで）送信する。このトーンの生成及び送信を下に説明する。このアップリンク信号は質問器により受信される。
【００５２】
上の方法をサポートする一般的なアンテナ構成は、ダウンリンク送信アンテナとアップリンク受信アンテナが両方全方向性アンテナである。例として、２．４５ＧＨｚ（このようなシステムの利用が想定される）ではアンテナは、丸い接地面から下にのびる１／４波長モノポール（例、金属）を用いることができ、アンテナは天井に取り付けられ、アンテナパターンは概して全方向性で接地面の下の空間がアンテナパターンのほとんどを占める。
【００５３】
図６にはこのような構成を示す。アンテナ６０５はレードーム６０６やプラスチックカバーの中に入れられてアンテナを外傷から守り美的に満足させる。
【００５４】
図７には別態様を示す。建物はドロップ天井７０２を有する。多くのドロップ天井はあまりＲＦ波を吸収しないので７０４をドロップ天井７０２の上に配置してレードーム７０６がドロップ天井７０２を突き出るようにすることができる。ここではアンテナの部分のうちレードームだけが可視であり、これは横幅５〜８ｃｍほどであり更に小さいものもある。この設計はこのようにアンテナをきわめて目立たなくすることができる。図６、７のアンテナは「全方向性アンテナ」を構成する。
【００５５】
このように概して、位置決定、メッセージングモードでは、全方向性アンテナパターンはダウンリンク、アップリンク両方のメッセージに有用である。質問モードでは方向性（指向性）アンテナを用いて、質問モードが利用可能な特定の空間量を規定する。図８には、異なるアンテナパターンが質問モードをサポートする方法の概念を示す。ダウンリンク（送信）アンテナ８０１は全方向性アンテナであり、アップリンク（受信）アンテナは指向性である。従っこの質問器からの８０１は全３モードのいずれのダウンリンク信号をも送信する。アップリンクアンテナ８０２（指向性）は質問モードのタグからアップリンク信号を受信する。
【００５６】
図９、１０は異なる受信アンテナを用いる２つの方法を示す。図９には、全方向性アンテナ９０２、方向性アンテナ９０３の出力は線形な方法により結合される。この技術により、システムが単純で低コストなものでもよく、いずれのアンテナからもアップリンク信号を受信できる。しかし、信号が一方のアンテナからのみ到来するのであれば３ｄＢ以上のロスを生じる。図５には、１００２が１００３から１００４へと切り替える単純なスイッチ機構を示している。このことにより前記３ｄＢのロスをなくすことができ（スイッチのロスが無視できるとして）、質問器を単純にできる。
【００５７】
モード遷移
上の議論では、送信に必要なデータの量及びアップリンク信号の受信信号強度に基づいて、タグとの通信があるモードで開始され、別のモードへ遷移するような通信を議論した。例えば、図２には、２１４信号（ここではサブ搬送復調器２１２の出力）は質問モードが要するより高いアップリンクデータ速度をサポートに適切なＳ／Ｎ比が存在するかを決めるためにプロセッサ２００が用いられる。２１４の指示情報は、フィルタ／アンプ２１０の出力であることができ、また、ミキサ２０８の復調信号２０９から取ることができる。
【００５８】
別の遷移に、位置決定モードから質問モードへの遷移がある。位置決定モード質問信号は質問器により送信され、２１４の指示信号を用いて、質問モードが要するより高いアップリンクデータ速度をサポートに適切なＳ／Ｎ比が存在するかを決める。別の遷移では、タグが質問モードを用いて識別され、そのタグとデータ通信が始まることを想定する。これらのデータ通信時には、アップリンクエラーレート（各アップリンクメッセージのエラー検出符号を計算するプロセッサ２００により決める）は、質問モードアップリンクデータ速度をサポートするのにＳＮＲが十分に大きくないことを指示する。そこで、メッセージングモードでアップリンクデータ速度をかなり減少させてデータ通信が継続できる。
【００５９】
ＲＦＩＤプロトコルのアーキテクチャ
上の動作モードをサポートする質問器１０３とタグ１０５の間の通信に用いるプロトコルを説明する。通常のＲＦＩＤ通信システムでは、質問器は「マスター」でありタグは「スレーブ」である。質問器が通信を要求したときのみタグは質問器と通信できる。従って、時間を論理的な「フレーム」に分割して考えてみる。１フレームは質問器からタグへの第１通信を有し、次に逆の通信を含んでいる。図１１はフレーム構造をおおまかに示してある。フレームＡ１１１０とフレームＢ（１１２０）の２つのフレームを有している。フレームＡ（１１１０）内では、質問器はダウンリンクＤＡ１１０１の間タグと通信する。ダウンリンクＤＡ１１０１が終わるとタグはアップリンクＵＡ１１０３の間質問器と通信する。タグはアップリンクＵＡ１１０３の間質問器と通信する。同様に、フレームＢ１１２０はダウンリンクＤＢ１１０２とその後のアップリンクＵＢ１１０４を含んでいる。
【００６０】
図１２はダウンリンクＤＡ１１０１の構造を示す。第１に、一連の同期１２１０ビットが送信される。このことによりタグが質問器のタイミングと同期できる。次に、コマンド１２２０ビットフィールドを送る。このコマンドはどの動作モードが要求されたかをタグに指示する。そして、データメッセージ１２４０が送られる。このデータメッセージはタグそれぞれ全てのデータ（クロックデータ、フレーム同期情報等）を有する。最後のフィールドはエラー検出訂正１２５０フィールドである。これはダウンリンクメッセージのエラー検出を可能にし、送信ビットによってはエラー訂正も行える。質問モードのこの例ではこれらが必要とされる。質問モードの別態様では、同期１２１０とコマンド１２２０フィールドを結合してもよく、エラー検出訂正１２５０フィールドを除去してもよい。
【００６１】
位置決定モードでは特定のタグがアドレス指定される。従って更なるフィールド、タグアドレス１２３０を設ける。メッセージングモードでは図１２の全てのフィールドを用いることができる。
【００６２】
図１３はアップリンクＵＡ１１０３の構造を示す。アップリンクＵＡ１１０３は８スロットに分割されている。３つの動作モードは８スロットを共有する。この共有は幾つかの方法により行えるが単純な方法は、純粋なＦＤＭである。この方法では、質問器１０３はまずダウンリンクＤＡ１１０１を送信する。このメッセージは標準的な質問モードに応答するようにタグ１０５に指示する。このモードでは、タグ１０５はそのアップリンク情報を乱選択された時間スロットにて複数回送信する。アップリンク情報が送信される時間スロットの数、全体のトランザクションの滞在時間の両方は、読みとりフィールドにてサポートするべきタグの数、トランザクションが要する時間等に基づいて確率問題により解決される。図１３には、スロット１３０２の間ＵＩ１（１３１１）、またスロット１３０６の間ＵＩ２（１３１２）のアップリンク情報をタグは送信している。この方法により複数のタグが同じフレームの間にそれらのアップリンク情報に応答することができる。
【００６３】
メッセージングモードでは、質問器１０３はダウンリンクＤＡ１１０１を送信する。このコマンド１２２０フィールドはタグ１０５にメッセージングモードが所望されていることを指示し、また、各々がタグアドレス１２３０フィールドに自分のアドレスと合致するものがあるか判断できるように全てのタグがダウンリンクＤＡ１１０１を取ることを継続することを指示する。タグアドレス１２３０フィールドにアドレスがあるタグは、アップリンクメッセージを送信して応答する。図１３では、メッセージＵＭ１１３１３が８スロットにおいて送信されている状態を示してある。８スロット全てを要するのは、メッセージングモードのアップリンク範囲がダウンリンク範囲と匹敵するようにこのアップリンク信号のＳＮＲを向上させるためである。
【００６４】
位置決定モードでは、質問器１０３はダウンリンクＤＡ１１０１を送信する。このコマンド１２２０フィールドはタグに位置決定モードが所望されていることを指示し、また、各々がタグアドレス１２３０フィールドに自分のアドレスと合致するものがあるか判断できるように全てのタグがダウンリンクＤＡ１１０１を取ることを継続することを指示する。タグアドレス１２３０フィールドにアドレスがあるタグは、アップリンクメッセージを送信して応答する。図１３では、メッセージＵＬ１１３１４が８スロットにおいて送信されている状態を示してある。８スロット全てを要するのは、メッセージングモードの理由と同じである。この技術を用いて、異なるスロットにて送信することにより質問モードメッセージ（ＵＩ１、ＵＩ２等）は、アップリンクＵＡ１１０３を共有できる。
【００６５】
上に示した標準的な質問モードの後、質問器１０３は質問モードアップリンクデータ速度で特定のタグからデータを受信することを望むとする。幾つかの方法により行えるが一態様では、質問器は「標準的な」質問モードで行われるように特定のタグアドレス１２３０を含む質問信号を全てのタグに送信する。この質問信号は、このタグがデータメッセージ１２４０フィールドにて指定して要求された特定のデータにて応答することを指示し、図１３のアップリンクスロット機構を用いることを指示する。即ち、可用スロットのサブセットのみにて要求データを送信する。質問モード信号の範囲内の他のタグは可用スロットの外にてそれらの義務的データによって応答するか、又は質問信号はそれら他のタグをサイレント状態にとどまらせる。別態様では、質問信号は特定のタグが図１３の全てのスロットにて要求データを送信することを指示し、また質問信号の範囲内の他のタグ全てには別の指示の質問信号を受信するまでサイレント状態であることを指示する。
【００６６】
次の問題は、同じ質問器１０３を用いて全３動作モードをシステムがどのようにサポートするかである。（ａ）時間分割多元接続（ＴＤＭＡ）、（ｂ）周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）の２態様があげられる。
【００６７】
ＴＤＭＡでは、アップリンク信号は時共有される。図１のように、各質問器１０３はアプリケーションプロセッサ１０１とＬＡＮ１０２を介して通信する。ＬＡＮ１０２はタイミング情報、質問器１０３とのデータ伝送を提供する。お互い「無線接触」している各質問器１０３を同じドメイン内にあるとする。「無線接触」とは、他の質問器の範囲と重ならない図５の１質問器の最大範囲のものである。このような質問器は他の質問器と別のドメインにある。ドメインの例としては、建物の１フロア、１フロアの部分があり、ＲＦに関して他のサブセットと絶縁されている。各ドメイン内では、全ての質問器が時間同期されている。
【００６８】
アップリンクに対して別態様がある。例えば、各ドメイン内の質問器全てはアップリンク信号（例、アップリンクＵＡ１１０３）それぞれに対して同じモードで動作する。これは３動作モードの間でアップリンクＵＡ１１０３時限を時分割するのでＴＤＭＡと呼ばれる。
【００６９】
別態様では、質問モードは他の２つのモードと同時に進行する。従って、位置決定モード、メッセージングモードはアップリンクＵＡ１１０３時限を共有するためにＦＤＭＡを用いる。全３モードはＦＤＭＡを用いてアップリンクＵＡ１１０３時限を共有できる。ＦＤＭＡを行うため、３０８の周波数源はプロセッサのクロックリファレンスとしてよく用いられる水晶を用いる。上の狭帯域動作の章では、３０８は３２ｋＨｚの水晶であり、サブ搬送周波数は３２ｋＨｚ信号から得られた。回路を多少拡張して３０７は２以上のサブ搬送周波数の生成をサポートできる。ダウンリンク信号のコマンド１２２０における情報に基づいてタグはどのサブ搬送周波数（複数かもしれない）をそれらのアップリンク信号を送信するのに用いるかを指示する。この方法により２以上のタグは同時にアップリンク信号を送信できる。なぜなら、質問器は同時間に複数のサブ搬送周波数上のアップリンク信号を復号できるからである（下を参照）。上のようにＦＤＭＡを用いると、あるタグが質問モード信号に応答しているのと同じ時間に別のタグが位置決定モード信号を別のサブ搬送周波数で応答することができる。低コストを実現するサブ搬送周波数の構成は下に述べる。
【００７０】
タグ設計
上にはＭＢＳ技術を用いたＲＦＩＤタグの基本的な運用を述べた。ここでは、上の３モードをサポートする具体的な技術を述べる。タグが位置決定モード信号に応答することを望めば３０７はサブ搬送周波数ｆｓを生成する。上の一態様では、サブ搬送周波数信号はデータで変調されず、その信号は３０２ダイオードへと交流状態のバイアス電流を共有するのに用いられる。従って、サブ搬送周波数ｆｓのアンテナとダイオードの間のインピーダンス合致を変えることとなる。
【００７１】
アップリンク信号の間、質問器が周波数ｆｃの純粋なＣＷ音を送信すると仮定する。３０２が交互に逆転し周波数ｆｓでバイアスされて進められると、反射信号は周波数（ｆｃ−ｆｓ）と（ｆｃ＋ｆｓ）にある（この混合プロセスのオーバートーンは無視する）。この信号を質問器が受信すると、サブ搬送復調器２１２は周波数ｆｓの単一音となる。このサブ搬送周波数の存否は、確認を受信したかを決めるのに用いられる。
【００７２】
別態様では、３０７はサブ搬送周波数ｆｓを生成し、そのサブ搬送上へ非常に低ビット速度でデータを変調する。得られる変調サブ搬送信号は、３０２ダイオードへ交流状態のバイアス電流を供給するのに用いられ、従って、データにより変調されたサブ搬送周波数ｆｓの反射信号を生成するように、アンテナとダイオードの間のインピーダンス合致を変えることとなる。この後者の態様は、一定音を単に送信することに加えて、タグはその状態を含む情報を送信するのに用いられる。両方の場合、受信信号の信号強度を用いてタグの位置が決められる。
【００７３】
タグが質問モード又はメッセージングモードに応答することを望む場合、情報信号３０６がサブ搬送周波数ｆｓ上へと変調される。ＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ変調を用いるとする。この信号を質問器１０３が受信すると、２１１の結果は周波数ｆｓの搬送波上へと変調されたＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ信号である。この信号はサブ搬送ｆｓから復調して２１１を回復する。質問モードでは２１１はビット速度５０〜３００ｋｂｐｓであり、メッセージングモードではかなり低いビットレートを用いる（下参照）。異なる情報信号のデータ速度をサブ搬送周波数ｆｓ上へと変調する能力の実装は設計的には単純である。
【００７４】
質問器設計
全３モードをサポートする質問器１０３の設計を議論する。反射信号は２０６により受信され、２０７により増幅される。ミキサ２０８はホモダイン検出を行う。ミキサ２０８は復調信号のＩ及びＱ両方の成分を作る。これらの信号はシステムの幾つかのところで再結合される。フィルタ／アンプ２１０はフィルタリングプロセスの前にこれらの信号を再結合することとする。
【００７５】
３モードをサポートする質問器１０３の実装において、受信信号のフィルタリング、サブ搬送周波数の選択、復調技術は重要である。第１に、サブ搬送周波数の選択を考える。ＭＢＳシステムは「反射雑音」に対処しなければならない。物体によっては蛍光のようにＡＣ線周波数のオーバートーンのＲＦ信号を変調・反射する。従って、このような反射雑音はなるべく避けたい。
【００７６】
実験により反射雑音はサブ搬送周波数が１００ｋＨｚよりも大きければ減ることがわかっている従って、サブ搬送周波数ｆｓは１００ｋＨｚ以上であると仮定する。。
【００７７】
第２に、タグにおけるサブ搬送周波数の生成のしやすさがある。水晶を１ＭＨｚの倍数のような周波数以外に３．５７９５ＭＨｚのような半端な周波数にも使える。８ＭＨｚを使うと、ｆｓの１又は２ＭＨｚへの計算が容易となるのでこれを想定する。
【００７８】
サブ搬送周波数は２つの理由により大きすぎてはならない。第１に、水晶が高価になるから、第２に、サブ搬送からの情報信号の復調が複雑になるからである。即ち、サブ搬送信号がサンプリングされると要求するサンプリングレートは比例して大きくなってしまう。従って、Ａ／Ｄ変換器、ＤＳＰもパワフルなものが必要となる。１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの間のサブ搬送周波数が適切であると考える。
【００７９】
ＴＤＭＡアップリンクを用いると、同じｆｓは全３動作モードで用いられる。図２のフィルタ／アンプ２１０はこれら全３モードにて同じ周波数を中心にすることができる。フィルタ／アンプ２１０のバンド幅は、質問モードからのアップリンク信号である最大バンド幅信号を通過するのに十分広くあるべきである。例えば、アップリンク信号１００ｋｂｐｓ、ＱＰＳＫ変調を想定すると、信号バンド幅は１００ｋＨｚである。フィルタリングアップリンク信号はサブ搬送復調器２１２に送られる。質問モードでは例えば、１００ｋｂｐｓのＱＰＳＫ情報信号が復調される。位置決定モード、メッセージングモードではサブ搬送復調器２１２の更なる処理を要する。質問モードにおける情報信号のバンド幅は、１００ｋＨｚである。これらモードのバンド幅を予測する。各フレームが継続時間であると仮定する。即ち、１２０３のようなフレームのアップリンク部分は継続時間約１００ｍｓである。更に、メッセージングモードでは全４ビットが送信されるとする。従ってＱＰＳＫ変調を用いると有効ビット速度は４０ｂｐｓとなり、信号バンド幅は４０Ｈｚとなる。従って、フィルタ／アンプ２１０の出力はメッセージングモードが必要なものよりも２５００倍である。即ち、メッセージングモードの入信号の雑音バンド幅（１００ｋＨｚ）は３４ｄＢここで必要な４０Ｈｚよりも大きく、メッセージングモードの有効範囲をかなり減少させる。これに対処するため上述の狭帯域技術を用いる。位置決定モードではアップリンク信号は一定音である。よってデータ速度は１０ｂｐｓとなり占有信号バンド幅は（ドップラーシフトなしで）１０Ｈｚである。よってフィルタ／アンプ２１０からの入信号の雑音バンド幅（１００ｋＨｚ）は４０ｄＢここで必要な１０Ｈｚよりも大きく、範囲は大いに減少する。同様に狭帯域路は技術を用いると、サブ搬送復調器２１２は１００ｋｂｐｓ信号を復調し、またもっと低いバンド幅信号をフィルタリング・復調するので、サブ搬送復調器２１２にはＤＳＰがよい。これは位置決定モードとメッセージングモードの両方の受信信号強度を要するからである。ＤＳＰを用いればＡ／Ｄ変換器も必要であるが図示していない。
【００８０】
これらは以下のように実装する。フィルタ／アンプ２１０は質問モード信号（１４０７、図１４参照）に必要なバンド幅（１００ｋＨｚ）の受信信号を最初にフィルタリングする。サブ搬送復調器はＤＳＰでもよく、ＡＳＩＣやＤＳＰの組合せでもよい。更なるフィルタリングは不要なのでこれは質問モード信号１４０７を復調するのに用いる。メッセージングモード、位置決定モード信号１４０６に対しては、雑音バンド幅を上述のように減らすために狭帯域フィルタリングを行うのでＤＳＰがよい。このサブ搬送信号からデータを復調すべき場合は、公知の技術によりＤＳＰを対応させる。代わりにＤＳＰを全ての機能を行うようにしてもよい。この場合同時間には１つずつである。また、更なるディジタルフィルタリングや復調を行わせてもよい。
【００８１】
ＦＤＭＡアップリンクを用いて、図１４に示すように、質問モードには１つのサブ搬送周波数ｆｓ１を用い、メッセージングモード、位置決定モードには別のｆｓ２を用いる。図２のフィルタ／アンプ２１０は図１４の両方の信号を通過させる。サブ搬送復調器２１２は両方のアップリンク信号を同時に処理できることを要する。上のように値を想定する。即ち、質問モードの信号バンド幅１４０３は１００ｋＨｚで、サブ搬送周波数ｆｓ１（１４０１）に位置し、また、メッセージングモードの信号バンド幅１４０４は４０Ｈｚでありサブ搬送周波数ｆｓ２（１４０２）を中心にするとする。
【００８２】
図１５は、ＦＤＭＡを用いるサブ搬送復調器の例である。フィルタｆｓ１１５０１は応答がサブ搬送周波数ｆｓ１の周辺にある。このフィルタｆｓ１１５０１を高データレート復調器１５０３と共に用い、高データレート信号１５０５を回復する。これは質問モードからのアップリンク信号１４０７である。同様に、フィルタｆｓ２１５０２はｆｓ２の周辺に応答があり、低データレート復調器１５０４と共に用い、低データレート信号１５０６を回復させる。これはメッセージングモード又は位置決定モードからのアップリンク信号（１４０６）である。メッセージングモードと位置決定モードのバンド幅は比較的類似しているので同じ低データレート復調器１５０４を用いて各信号を復調するとする。、
【００８３】
上に基づき、ｆｓ２の配置は以下のようにする。フィルタｆｓ１を合致(matched)フィルタ（sinｘ／ｘ）とする。ｆｓ２がこのフィルタの最初のゼロにて位置するとする（合致フィルタ応答１４０５を見よ）。ｆｓ２がこの位置なので、メッセージング又は位置決定アップリンク信号はフィルタｆｓ１（１５０１）により激しくフィルタリングされ、この信号は高データレート復調器１５０３とほとんど干渉しない。ｆｓ２を中心とする質問モードアップリンク信号は、フィルタｆｓ２１５０２が非常に狭帯域なのでメッセージング又は位置決定アップリンク信号とはほとんど干渉しない。
【００８４】
サブ搬送復調器２１２をＤＳＰにて実装できる。図１５の機能を全て速く処理できれば実時間で行える。ＤＳＰ海苔点は前に述べた。
【００８５】
別態様では、フィルタｆｓ２１５０２と低データレート復調器１５０４両方の実装にＤＳＰを用いることができる。前述のＴＤＭＡの議論における態様である。情報を中央制御要素へ供給できるように、低データレート復調器１５０４は受信信号の信号強度１５０７をも出力すべきで、タグの位置を決定できる。
【００８６】
プロトコルパラメータの選択
上のプロトコルの多くのパラメータを選択することを考える。以下の要素が重要となる。即ち、（１）質問モードが同時に読みとりフィールドにおいてサポートすべきタグはどのくらいの数か？（２）読みとりフィールドをどのくらいの速度でタグは移動するのか？（３）質問モードが動作すべき最大範囲はどのくらいか？である。上の全ての要素は、最も重要なファクターである１フレームの継続時間を決めるのに貢献させる。よって動作モード３つは空間時間において競合する。
【００８７】
アプリケーションプロセッサ１０１があるドメイン内の全ての質問器に以下の指示を送るとする。第１に、アップリンクアンテナパターン（図８の８０４参照）へ移動するタグのいずれも質問されるように、質問モードをサポートし続ける指示。第２に、タグ１２３４５の位置を決める指示。第２にタグ２３４５６へテキストメッセージを送る指示。タグがいつでも質問モードのアップリンクアンテナパターン８０４に入ることができるので、質問器は規則的に質問フレームを送信すべきである。即ち、ダウンリンク信号はアップリンクアンテナパターン８０４内のタグが質問モードで応答するように要求する。質問フレームの規則的送信の周波数は上の（１）〜（３）に基づく。質問モード応急を満足して他の全てのフレームが質問フレームであるように決めたとする。すると、最初の質問フレームの後、位置決定モードフレームがタグ１２３４５へ送信できる。更に、第２の質問モードフレームが送信される。また別の質問モードフレームが送信される。そしてもし適当な確認を受信できない場合は位置決定モード又はメッセージングモード指示が繰り返される。この方法により３動作モードが時共有される。
【００８８】
アプリケーションインタフェース
図１６は別の建物内通信システムと図１のＲＦＩＤシステムが相互接続する方法を示す。ボイスメールシステム１６１０はＬＡＮ１０２を介してアプリケーションプロセッサ１０１と通信する。電子メールシステム１６１０もＬＡＮ１０２を介してアプリケーションプロセッサ１０１と通信する。また、ボイスメールシステム１６１０や電子メールシステム１６１０もサポートでき、これらはＬＡＮ１０２を介してではなくアプリケーションプロセッサ１０１と直接接続してもよい。また、図１６ではアプリケーションプロセッサ１０１は独立のように示してあるが、１以上の質問器１０３として提供してもよい。
【００８９】
人１に向かうメッセージがボイスメールシステム１６１０により受信されるとする。またボイスメールシステム１６１０がこのメッセージを重要であると決め、人１が持っているタグへ送信すべきとする。ボイスメールシステム１６１０はいろいろな方法によりこの重要度を判断できる。例えば人に促す場合がある。またボイスメールシステム１６１０が入メッセージを所定の基準によりフィルタリングする方法がある。
【００９０】
人１が人２からの情報は常に促してほしいものとする。人１はボイスメールシステム１６１０に自動的に人２の電話番号から発呼された場合は知らせることを要求する。これは番号識別機能を用いる。ボイスメールシステム１６１０がメッセージを重要であると決めたとすると、図１のＲＦＩＤシステムのアプリケーションプロセッサ１０１へと信号１５２０が送られる。アプリケーションプロセッサ１０１は全ての（又は、あるドメイン内の全て）質問器１０３に重要なメッセージが到着したことを人１のタグ１０５に知らせ、人２の名前および／または人２の電話番号を含み、タグからの応答を要求するメッセージングモード信号を送信するように指示する。この応答がタグ１０５により受信されると、アプリケーションプロセッサ１０１、そしてボイスメールシステム１６１０へと渡され、メッセージの確認をする。タグが成功裏に受信したならばこのようなメッセージを人１が受信する方法は前記Shoberのページャー特許出願に記載されている。
【００９１】
電子メールシステム１６１０が電子メールを受信すると同様な手順が行われる。電子メールアドレスのリストをサポートして、そのリストに入っている多くの人にメッセージを送ることができる。
【００９２】
上述のようにＲＦＩＤシステムはタグのおおよその位置を決定できる。質問器１０３が建物全体に配置され、定期的に質問モードメッセージを送るとする。タグは義務的データにより応答するとする。従って、この時点において、（１）どの質問器義務的データを受信したか、（２）時間、にもとづいてそのタグの位置をわかる。従って、図１６において、成功した質問モードトランザクション毎に質問器１０３がアプリケーションプロセッサ１０１へタグの識別番号、タグとの通信が成功した質問器１０３の位置、時間の各情報を少なくとも有する。この情報は位置データベース１６５０に記憶される。
【００９３】
ボイスメールシステム１６１０、電子メールシステム１６１０又は他のシステム１６６０が人１の位置を知りたいとする。アプリケーションプロセッサ１０１はまず位置データベース１６５０を検査して人１の最新位置がファイル上にあるかを確かめる。その最新位置が十分に最新であれば、位置データベース１６５０の情報は適切となる。この情報により人１の位置を狭めることができる。アプリケーションプロセッサ１０１はドメインを限定することができる。
【００９４】
人以外の動物、物に上の位置決定システムを用いることができる。また、建物内のセキュリティ問題に用いるのではなく、物の管理システム等に用いることができる。
【００９５】
緊急モード
上記の例においては、いかにして複数のメッセージや問い合わせ等を第１図に示されている RFID システムの外部からタグ ( １０５ ) に送信しそしてタグ ( １０５ ) から RFID システムの外部へと返送するかを説明している。ここで、タグ ( １０５ ) が、最も近い質問器にデータを送信しなければならないということを決定した場合を考えてみることとする。上記で引用した Shober-Pager の出願においては、タグと人間との相互作用のメカニズムが議論されている。この例として、タグ１０５が緊急事態を知らされた場合が想定できる。
【００９６】
このような「緊急な（自発的又は非請求の）（ unsolicited ）」要求を送信する方法は幾つかある。請求に基づいて請求（ solicited ）データを送る場合と異なり、ここにいう、「緊急な（自発的又は非請求の）」とは、請求に基づかない自発的な又は非請求のデータを送る場合をいう。従って、「非請求（ unsolicited ）メッセージ」とは、請求に基づくデータのみを送信する通常の請求（ solicited ）メッセージに対応するもので、請求に基づかない自発的な又は非請求のデータを送るメッセージをいう。タグ１０５は常にダウンリンク範囲にいるので、メッセージングモードに対しては常にアップリンク範囲にいる。タグがメッセージングモード伝送を受信すると、特定のビットパターンのアップリンク信号で応答することができ、質問器１０３のサブ搬送復調器２１２により識別される。
【００９７】
代わりに、タグはメッセージングモード伝送に応答するが、通常用いるサブ搬送周波数とは異なるサブ搬送周波数ｆｓを用いて送信する。これは「緊急（ emergency ）チャネル」である。この信号を受信するためには、図１５に示されているサブ搬送復調器２１２にフィルタｆｓ３１７１０および緊急チャネル復調器１７２０の更なるデバイスを加える。図１７にはこの追加を示してある。フィルタｆｓ３１７１０と緊急チャネル復調器１７２０は「緊急チャネル」のサブ搬送周波数に常に同調されている。従って、タグ１０５は緊急事態であることをアプリケーションプロセッサ１０１へと常に知らせることができる。
【００９８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明により、セキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションの各問題を解決するようなシステムを提供でき、変調バックスキャッタを用いた無線周波数識別システムを単一のシステムで単一のインフラでセキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションにて提供できた。
【００９９】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参照番号がある場合は、発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムの実施例のブロック図。
【図２】図１のＲＦＩＤシステムで使用される質問器ユニットの実施例のブロック図。
【図３】図１のＲＦＩＤシステムで使用されるタグユニットの実施例のブロック図。
【図４】質問モード、ロケーションモード、メッセージングモードの各範囲の関係を表す図。
【図５】質問モード、ロケーションモード、メッセージングモードのアップリンク範囲、及びこれら全てのダウンリンク範囲の関係を表す図。
【図６】建物の天井における全方向性アンテナの取り付け構成を示す部分断面側方図。
【図７】建物の天井における全方向性アンテナの取り付け構成の別の態様を示す部分断面側方図。
【図８】アップリンクアンテナパターンとダウンリンクアンテナパターンの関係を示す上視図。
【図９】２つの受信アンテナからの入力を結合する構成を示すブロック図。
【図１０】２つの受信アンテナからの入力を切り替える構成を示すブロック図。
【図１１】ダウンリンク、アップリンク信号のフレーム構造を示す時間フレーム図。
【図１２】ダウンリンク信号がどのようにサブ分割されるのかを示すグラフ図。
【図１３】アップリンク信号がどのようにサブ分割されるのかを示すグラフ図。
【図１４】メッセージングモードのアップリンク応答の位置を示す帯域グラフ図。
【図１５】図２のサブ搬送復調器がどのように２つのサブ搬送チャネル上の復調をサポートするのかを示すブロック図。
【図１６】図１のＲＦＩＤシステムがどのように電子メール、ボイスメールシステム等に相互接続されるかを示すブロック図。
【図１７】図２のサブ搬送復調器がどのように緊急チャネル上の復調をサポートするのかを示すブロック図。
【符号の説明】
１０１ アプリケーションプロセッサ
１０２ ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）
１０３、１０４ 質問器
１０５、１０６、１０７ タグ
２００ プロセッサ
２００ａ 情報信号
２０１ 無線信号源
２０２ 変調器
２０３ 送信器
２０４ 送信アンテナ
２０６ 受信アンテナ
２０７ 低ノイズアンプ
２０８ ミキサ
２０９ 復調信号
２１０ フィルタ／アンプ
２１１ 情報信号
２１２ サブ搬送復調器
２１３ 情報信号
２１４ 信号
３０１ アンテナ
３０２ 検出器／変調器
３０３ アンプ
３０４ クロック回復回路
３０５ プロセッサ
３０６ 情報信号リード
３０７ 変調器制御回路
３０８ サブ搬送周波数源
３１０ 電池
３１１ 変調サブ搬送信号
３１２ リード
６０１ 床
６０２ 天井
６０３ アンテナケーブル
６０４ 接地面
６０５ アンテナ
６０６ レードーム
６０７ アンテナパターン
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムに関し、特に、建物内、キャンパスにおける変調バックスキャッタ技術を用いた無線通信システムを用いた無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械、在庫品又は生き物を識別したりその動きをチェックする目的で、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）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。
【０００３】
ＲＦＩＤシステムでは、変調無線信号を使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ＭＢＳ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。
【０００４】
従来のＭＢＳシステムは、（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。
【０００５】
キャンパスや建物の中で用いる場合を考える。そしてまず、ＲＦＩＤ技術を「セキュリティ」に用いる場合を考える。ＲＦＩＤは今日セキュリティ業界にて建物アクセスを容易にするように用いられている。例えば、建物への入館を自動的に認証させて行ったり、特定の位置を通過した個人を記録したりする。この動作は質問モードと呼ばれる。即ち、質問器が読みとりフィールド内の全てのタグへ信号を送信し、そのタグを識別させるデータによってタグが応答することを要求する。次にタグはＭＢＳを用いて質問器へこの情報を送り返す。
【０００６】
加えて、「位置決定」アプリケーションが建物等に存在する。（本明細書において、「建物」、「建物内」は建物の中ないし建物をも含むようなキャンパス環境等を意味する。）例えば、建物内の特定のタグの位置を知りたいことがある。このことは高度なセキュリティを要するような場合に求められる。建物内電話システムにおいて電話の呼をある個人が位置する場所に近い電話機へルーティングするようなアプリケーションにも用いることができる。原型のシステムとして赤外線送信器を用いる例があるが、実際に市場化されておらず、赤外線技術はとどく範囲が狭く、物体を透過する能力に欠ける。従って、赤外線送信器がシャツのポケットの中にあれば、通信パスがブロックされる。従って、位置決定問題を解決する技術は今日ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
また、低速度データ「通信」アプリケーションも存在する。低速度データ通信を提供する現存するシステムとしては、ページング（無線呼出し）技術がある。ページングシステムの中には建物内の無線カバレッジが悪い場合が多く、また、トランザクション毎にサービスプロバイダに課金される場合もある。また、無線データＬＡＮを建物内に用いる場合があるが、高価である。更に、現在の低速度データ通信技術は上のセキュリティ、位置決定問題を解決しない。本発明は、セキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションの各問題を解決するようなシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
本明細書では、変調バックスキャッタを用いた無線周波数識別システムがどのように単一のシステムで単一のインフラでセキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションの各問題を解決するかを開示する。本発明は、建物内又はキャンパス領域の位置や通信サービスでの低コストなセキュリティを改善できる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信システムは、建物内セキュリティ、位置決定、メッセージング、データ通信能力を統合する幾つかのモードの１つで動作することができる。本システムは、無線信号を生成し送信する１以上の質問器を有する。システムの１以上のタグはこの無線信号を受信する。バックスキャッタ変調器はサブ搬送信号を用いて無線信号の反射を変調し、反射変調信号を生成する。質問器は反射変調信号を受信し復調する。また質問器はどのタグがバックスキャッタ変調器手段を用いて応答するかを指定して１以上のタグへ第１情報信号を送信する。
【００１０】
質問モードでは、質問器は読みとりフィールド内のタグの識別を決定し、識別されたタグとデータを交換することができる。位置決定モードでは、本システムはタグが質問モードの無線範囲内にいるか否かを問わず、建物内のタグの位置を決めるように質問器へ指示する。メッセージングモード又は低速度データ通信モードにおいて、本システムはタグが何らかの行動を行うことを要求するコマンドを（タグが質問モードの読みとりフィールド内かを問わず）、質問器が特定のタグへ送信するように指示する。メッセージングモードの別態様では、質問器がタグへのコマンドに加えてデータを送信することができ、また、タグが質問器へ信号を送り返すことができる。本システムは電子メール、ボイスメール、位置決定、在庫管理等の他のシステムにも用いることができる。
より具体的には、複数の異なる動作モードにおいては、後述の第【００４４】段乃至第【００４６】段において述べられているように、異なる量のアップリンクデータが通常送信され、質問モードにおいては、位置決定モード又はメッセージングモードにおけるアップリンクデータの量よりも通常大きくなる。第４図及び第５図を参照すると、上記のように、位置決定モード及びメッセージングモードについての質問器からタグへの有効範囲は、質問モードについての有効範囲よりも大きくとることが可能である。このように、質問モードにおいて質問器と通信しているが質問器から遠く隔たった位置にあるタグは、位置決定モード及び／又はメッセージングモードにおいてなおも質問器と通信することが可能である。従って、請求項７及び１３に記載された発明の解決しようとする課題は、少なくとも２つの異なる動作モードを使用することを可能とすることにある。
さらに、第【００８１】段乃至第【００８５】段において述べられているように、複数のタグの各々は、少なくとも２つの異なるサブ搬送波周波数のうちのいずれか１つを使用して質問器にデータを送信することが可能であり、質問器は、少なくとも２つの異なるサブ搬送波周波数で送信する少なくとも２つの異なるタグからの複数の信号を同時に処理することが可能である。このことは、複数の異なるタグの各々が複数の異なる動作モードのおのおのについて異なるサブ搬送波周波数を用いている場合において、単一の質問器が少なくとも２つの異なる動作モードにおいて動作している少なくとも２つの異なるタグと同時に通信することを可能とする。従って、請求項４、７、及び１６乃至１８に記載された発明の解決しようとする課題は、少なくとも２つの異なるサブ搬送波周波数の使用を可能とすることにある。
また、第【００４０】段乃至第【００４４】段において述べられているように、１つ又は複数の質問器からの信号強度を表すデータは、タグの位置を決定するのに使用され、信号強度を表すデータは、２つの異なる動作モードの間での切換えの視点を決定するのに使用される。従って、請求項１２に記載された発明の解決しようとする課題は、信号強度を使用してタグの位置を決定するのを可能とすることにあり、請求項１３に記載された発明の解決しようとする課題は、信号強度を表すデータを使用して選択可能な複数の動作モードからタグの１つの動作モードを選択することを可能とすることにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ＭＢＳ動作
図１は、この発明を適用を示すのに適したＲＦＩＤシス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（有線又は無線）を介して複数の質問器１０３、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。図１、２において、２０１は無線信号を合成し、変調器２０２はこの情報信号２００ａを無線信号上へ変調し、２０３はこの変調信号を２０４を介してタグへと送る（ここでは振幅変調で）。振幅変調を用いるのはタグが単一の廉価な非線形デバイス（ダイオード等）によって復調できるからである。
【００１２】
タグ１０５（図３参照）では、アンテナ３０１（通常、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３０２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。３０４は質問器がマンチェスタ符号化を用いてＡＭ信号を送るようにすることにより拡張できる。
【００１３】
得られる回復信号３０４ａはプロセッサ３０５へ送信され、ここで回復信号３０４ａが解析される。即ち、プロセッサ３０５は情報信号２００ａの内容を検査する。ここで、プロセッサ３０５はタイミング情報を与える水晶発振器３１２を有する。一態様では、プロセッサ３０５は通常、廉価な４ビット又は８ビットのマイクロプロセッサであり、クロック回復回路３０４は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実装され、これはプロセッサ３０５と協力して動作する。本明細書では、「プロセッサ」は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ等を含む。
【００１４】
情報信号２００ａの内容に依存して、プロセッサ３０５は別の情報信号３０６を生成し、これはタグ１０５から送信され、質問器１０３へと戻される。情報信号３０６は変調器制御回路３０７への入力として供給され、これは情報信号３０６を用いてサブ搬送周波数源３０８が生成したサブ搬送信号３０８ａを変調する。一態様において、サブ搬送周波数源３０８は水晶発振器３１２により得られるか、又は、水晶発振器３１２はプロセッサ３０５と分離している。別の態様では、周波数源（プロセッサ３０５の主クロック周波数の分割器等）がプロセッサ３０５内部に存在する信号から得られる。
【００１５】
変調器制御回路３０７は、変調サブ搬送信号３１１を出力し、これは検出器／変調器３０２により用いられ、ダウンリンク信号２０２ａのＣＷ無線信号を変調し、これにより変調バックスキャッタ（例えば、反射された）信号３０１ａを作る。ここで、タグから質問器への伝送をアップリンクとしている。このように、変調バックスキャッタ信号はアップリンク信号を構成する。
【００１６】
一態様では、変調サブ搬送信号３１１の存在（欠如）は、検出器／変調器３０２（例、ショットキーダイオード）がアンテナ３０１の反射（インピーダンス）を換えることになる。例えば、アンテナのインピーダンスは、０から無限へと変わる。
【００１７】
電池３１０によりタグの回路へ電源を供給する。本明細書では、「電源」は、電池、マイクロ波又は電磁エネルギーを電気エネルギーへ変換することのできるデバイス（例、整流器、誘導カップリング）等を含む。
【００１８】
単一の周波数サブキャリアを用いる変調バックスキャッタ（ＭＢＳ）には数々の利点がある。
例えば、サブ搬送の位相シフトキー（ＰＳＫ）（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、ＭＳＫ（最小シフトキー）、ＧＭＳＫ（ガウス最小シフトキー）））がある。
【００１９】
図２に戻って、質問器１０３は、反射され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(quadrature)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。）送信チェーン手段で使用した無線信号源２０１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。出力のフィルタされた信号は、（それから、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（ＤＳＰ）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。復調信号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。別の態様では、質問器は、無線信号を送受信するために単一のアンテナを有する。この態様では、受信器連鎖により受信したものから送信信号を分離する電子的な方法が必要である。このことは、サーキュレーターのようなデバイスにより実現できる。
【００２０】
上の技術等を用いて、小範囲、双方向のディジタル無線通信チャネルを実装できる。ショットキーダイオード、信号強度ブースト用アンプ、ビットフレーム同期回路、４又は８ビットマイクロプロセッサ、サブ搬送生成回路、電池等を用いて低コストなシステムを作ることができる。ビットフレーム同期、サブ搬送における回路は、マイクロプロセッサコアの周辺のカスタムロジックにより実装してもよい。従って、これらの機能はかなり低コストで提供できる。
【００２１】
狭帯域動作
上の手順を用いて、双方向ディジタル無線通信チャネルを作ることができる。このチャネルの範囲はなるべく拡張できた方がよい。このことは、ダウンリンク、アップリンク双方の範囲を拡張することを伴う。
【００２２】
ダウンリンクの範囲を拡張することは、幾つかの因子を伴う。第１に、ダウンリンクの範囲は、信号損失を最小化することにより拡張できる。上述のように一態様においては、ダウンリンクは振幅変調信号であり、これは容易に単一非線形デバイスである検出器／変調器（マイクロ波、ショットキーダイオード等）により検出できる。アンテナ３０１から非線形検出変調器への信号損失を最小化するために、アンテナからダイオードへのインピーダンスを整合させることは重要である。第２に、ダウンリンクのデータ速度は、ダウンリンク信号の雑音バンド幅を減らすために制限することができる。
【００２３】
第３に、タグのアンテナ３０１は、アンテナバンド幅の外のＲＦ信号をフィルタリングして除くように用いることができる（ＲＦ信号の受信の他に）。例えば、２．４５ＧＨｚでは、許容ＲＦ搬送周波数は、２．４００〜２．４８５ＧＨｚである。パッチアンテナ等のアンテナの設計は、この周波数バンドをカバーするが、この範囲を超える周波数をフィルタリングして除く。理想的な周波数応答は、許容周波数範囲をまたがる３ｄＢの間のアンテナ感度で、この範囲を超えると急激に落ちるものがよい。更に、アンプ３０３はアップは期待ダウンリンクデータ速度（典型的には、数ｋｂｐｓ〜数十ｋｂｐｓ）の周辺の特定のパスバンドの間の信号のみ通過するように設計されているという点で、フィルタとしても機能する。上述のタグ設計は、変調スキームが主に一定のエンベロープである、アンテナの周波数バンド内のＲＦ伝送にはあまり影響を与えない。このように、このようなタグ設計は、多くの潜在的な干渉信号に抵抗性のある堅牢なタグを可能にする。
【００２４】
また、アップリンクの範囲を拡張することは、幾つかの因子を伴う。第１に、アップリンク信号の雑音バンド幅は、可能な限りデータ速度を遅くすることにより減らすことができる。もしアップリンク信号のデータ速度を数ｂｐｓに抑えれば、実装できる有用なアプリケーションの数を大きくできる。データ速度の制限は、単一サブ搬送周波数上に変調データがないような極限にする事ができる。このような場合、このサブ搬送周波数にて受信した信号がごく少ないないし皆無なことは、前のメッセージに対し、「確認」又は「非確認」を指示させる。
【００２５】
サブ搬送信号は比較的正確に決定できる。一態様において、サブ搬送周波数源３０８は比較的正確な周波数のサブ搬送信号を生成する。例えば、サブ搬送周波数源３０８は周波数３２ｋＨｚで精度±１００ｐｐｍ（即ち、水晶発振器の周波数は±３．２Ｈｚの間）の廉価な水晶発振器を用いることができる。
【００２６】
一態様において、ＤＳＰ等のプロセッサ２１０ａを用いる質問器において狭帯域フィルタリングが実装され、フィルタ／アンプ２１０とサブ搬送復調器２１２の機能を行う。この態様では、プロセッサ２１０ａは公知の狭帯域フィルタリングアルゴリズムを用い、１０Ｈｚより小さいバンド幅の信号のディジタルフィルタリングを行い、第１サイドローブは、６０ｄＢへと抑えられる。次に、このプロセッサ２１０ａが受信した信号の信号強度が測定され、この強度は信号がない時のそのチャネルにおける平均雑音よりも十分に上の基準信号強度と比較され、望まない信号が実際の信号と誤解されないようにする。この方法により、非常に弱いアップリンク信号も信頼性を持って検出できる。この技術を用い、ダウンリンクとアップリンクにおいて大まかに同等な範囲を達成できる。
【００２７】
次に、サブ搬送周波数ｆsの位置を議論する。ＭＢＳシステムは任意の数の反射体からのＲＦ源の反射によるアップリンク信号における雑音を示す。通常、反射体には２種類ある。即ち、信号が送信された搬送周波数と同じ搬送周波数で信号を反射する反射体、及び信号が送信された搬送周波数とは異なる搬送周波数で信号を反射する反射体である。前者の種類には、壁、金属物体がある。これらの反射体から反射した信号は、搬送信号に対して任意の位相関係を有する。反射を相殺するには、ホモダイン検出器として動作する直交ミキサ２０８を用いる。後者の反射体の種類は、ドップラーシフト（移動する金属物体により起こる）又はサブ搬送周波数付近の周波数にて動作する電子機器からの反射により生成される。難しい問題として、蛍光による光の雑音があり、基本波６０Ｈｚの周波数（米国で）だけではなく、数千Ｈｚよりも大きい可聴音を超えた周波数の雑音を作る。サブ搬送周波数ｆsが基本波６０Ｈｚの周波数の倍数に落ちるように位置させることが解決法として知られている。一態様にて、３２ｋＨｚの水晶発振器がこの要件を満足するサブ搬送周波数を生成するのに用いられる。
【００２８】
多モード動作
一態様にて、取扱システムは多モード動作が可能である。この態様では、タグと質問器は高データ速度と低データ速度にてデータを送信できる。他のデータ速度も可能である。一態様では、実際のデータメッセージ（例、多ビット、高ビットメッセージ）が高データ速度モードを用いて取扱システムにより送信、受信され、確認メッセージ（例、１ビット、低ビットメッセージ）が低データ速度モードを用いて取扱システムにより送受信される。
【００２９】
好都合なことに、低データ速度モードは、拡張した範囲を本発明の取扱システムに与える。前述のように、通常１ビット又は低ビットの確認メッセージを送信するのに低ビット速度モードが用いられる。このことにより、確認メッセージが実際のデータメッセージよりも小さい周波数バンドで送信される。周波数バンドを小さくすれば、周波数バンドの外の雑音の狭帯域フィルタリングのアプリケーションを可能にし、このことにより、確認メッセージを送信できる範囲を拡張できる。
【００３０】
前述のように、１ビットの情報を送るため、タグは、入信号（反射連続波無線信号）上へ変調バックスキャッタを用いて変調できる非変調サブ搬送周波数を生成することができる。そして、質問器は、単一周波数音の反射信号を受信する。次に狭帯域フィルタリング技術を用いて、雑音バンド幅を減らしこの信号の存否を決定するのに用いることができる。
【００３１】
動作に入ると、タグ１０５はダウンリンクメッセージとして質問器１０３から送られた情報ビットを検知し組み立てる。同期パターンビットをダウンリンクメッセージの開始時に送信する。これらのビットはタグがビット及びメッセージ同期を獲得することを可能にし、ダウンリンクメッセージの開始及び終了をタグが決定することを可能にした。一態様では、ダウンリンクメッセージは、アドレス、コマンド、また、データ及びエラー検出、訂正等の情報を含む。ダウンリンクメッセージのコマンド又はデータ部分は、タグ１０５が実データメッセージ（タグＩＤ他のアプリケーション依存データ等）又は確認メッセージ（１ビット確認メッセージ等）を返すべきかを指示すべきである。
【００３２】
タグ１０５のプロセッサ３０５は、どの種類のアップリンク信号を質問器へと送り返すべきかを決める。タグ１０５が実データメッセージ又は確認メッセージのいずれかを送信して質問器１０３がこれら２種類のメッセージを受信し区別できるようにする方法には幾つかある。図３に戻ると、一態様において情報信号３０６はプロセッサ３０５からリード３０６ａを介して変調器制御回路３０７へと送信される。タグ１０５のプロセッサ３０５が１情報ビットからなる「単一音」メッセージを送る場合、リード３０６ａは情報メッセージを送るべきでないことを指示する第１論理状態に維持され、これにより変調器制御回路３０７は非変調サブ搬送信号３１１を出力させるようにする。プロセッサ３０５が実データメッセージを送る場合、リード３０６ａは変調器制御回路３０７へと実データメッセージを運ぶ。この実データメッセージは次に、振幅変調、位相変調、周波数変調、符号変調等の変調技術を用いてサブ搬送信号３０８ａを変調するのに用いられる。
【００３３】
図２に戻り、質問器１０３は受信アップリンク信号から、変調（又は非変調）サブ搬送信号を受信し復調し、そしてフィルタリングを課す。サブ搬送周波数の詳細を与えると、適切なフィルタ／アンプ２１０が雑音を除去する。次にサブ搬送復調器２１２はもしあれば情報信号３０６を変調（又は非変調）サブ搬送信号から復調する。次にプロセッサ２００は情報信号３０６を復号するのに必要なディジタルシグナルプロセッシングを行う。プロセッサ２００はＤＳＰを用いてもよいが従来のマイクロプロセッサも用いてもよい。
【００３４】
単一サブ搬送音を有する「単一音」確認メッセージを回復するため、フィルタリングアンプは、狭帯域フィルタとする。従来のフィルタ技術も用いることができるが、上のＤＳＰ２１０ａを狭帯域フィルタに用いるとよい。この単一音のサブ搬送周波数は、タグ１０５が周波数源として廉価な水晶を用いるので周知である。水晶の精度が多少悪くても、サブ搬送周波数は数Ｈｚの精度であり、非常に狭帯域なフィルタリングを可能にする。タグ１０５からの確認メッセージ応答がＲＦＩＤシステムの範囲を拡張するのに用いられ、弱い信号である可能性が高いので、フィルタ／アンプ２１０の狭帯域フィルタには更なる任務を課した。
【００３５】
ＤＳＰを用いる態様として、アップリンク信号の周波数成分を動的にサーチすることがある。このことは図２のプロセッサ２００を用いて入データ流にフーリエ変換を行うことにより行える。変調サブ搬送信号を表す複数の信号を微分しても、知らないデータ速度の単一サブ搬送信号をフーリエ変換して回復させて複数の信号をサーチできる。
【００３６】
このように、変調バックスキャッタ通信システムが２つのモードにて動作させる方法を示した。１つはバックスキャッタ信号が高データ速度アップリンク通信チャネルを提供するように変調されるモードであり、１つはバックスキャッタ信号が低データ速度アップリンク通信チャネルを提供して単一音等の確認信号を長距離からでも検知できるように変調されるモードである。
【００３７】
多モードの実装
取扱システムの多モード動作は３つのサービスにより実装される。第１のサービスは、「質問」サービスである。質問器がタグへダウンリンクにて「質問信号」を送信することにより質問は始まる。タグは受信質問信号を復号し、復号した質問信号に基づいて行動を決める。「標準的な」質問の場合、タグは、ＭＢＳを用いて質問器へ「義務的データ(mandatory)」を返すことを要求される。「標準的な」質問を受信する質問器の読みとりフィールドにいるタグはそれぞれ、その義務的データにより後に説明するプロトコルを用いて応答する。「読みとりフィールド」は、タグと質問器が通信できる空間領域をいう。また質問器は、「標準的な」質問サービスの一部として、タグそれぞれ全てのために意図されたデータを送信する。このようなデータの例としては、時間情報、フレーミング情報他の同期情報等がある。義務的データは識別情報を有してもよい。、
【００３８】
「標準的な」質問を超える他の質問も可能である。例えば、質問器は、質問を用いて特定のタグを識別した後、タグのメモリに記憶される更なるデータをそのタグへと送信することができる。質問器はタグが他のデータをその質問器へと送信し返すことを要求してもよい。これらの更なるデータの通信には、「標準的な」質問において用いたデータレートを用いることができる。従って、タグそれぞれ全てへとコマンド及びデータを送信するために質問器を用いて、読みとりフィールドにおける特定のタグを識別し、そのタグと双方向で通信できる。質問において、ダウンリンクに要するデータ速度は通常大きくない。なぜなら、質問信号は読みとりフィールドの全てのタグが応答することを要求するのに必要なビットのみを持っていればよいからである。ダウンリンクにおけるデータ量と比べてアップリンクのデータ量は通常かなり大きい。義務的データは時間が重大（クリティカル）である送信においてしばしば送信されるので、アップリンクのデータ速度はダウンリンクのものよりもかなり大きい方がよい。即ち、ダウンリンクデータ速度がアップリンクデータ速度より小さいような非対称性がある。
【００３９】
第２のサービスは、「位置（位置決定）」サービスである。これはタグの位置を位置決定するのに用いられる。位置決定において、質問器はダウンリンクに「位置決定信号」をタグへと送る。これは位置決定信号が向かう特定のタグのアドレスを有する。このサービスでは、タグは単純な確認メッセージ（一定音信号等）により応答するように要求される。上の狭帯域技術を用いて、質問サービスの範囲を遙かに超えた範囲にて質問器によって一定音信号を受信できる。従って、ダウンリンクがアップリンクよりも大きなデータ速度である非対称通信サービスが存在する。
【００４０】
位置決定サービスは以下のように特定のタグ１０５の位置を決める。取扱システムはタグの位置の情報を持っていないとする。質問器は位置決定信号を送信し、そして可能性のある応答（確認メッセージ）を聴く。各質問器は受信応答（もしあれば）の信号強度を決めることができ、ＬＡＮ１０２又はアプリケーションプロセッサ１０１の位置決定プロセスへとそれらの決定を報告する。ここで、位置決定プロセスは、質問器により位置決定プロセスへと報告される確認メッセージの信号強度に基づいてタグの位置を決めることができるソフトウェアプロセスである。位置決定プロセスは、タグの位置が最強の確認メッセージ信号強度を受信する質問器の位置と等しいものとして決める。ここで、タグの位置の精度は質問器の有効範囲である。
【００４１】
別の態様では、位置決定プロセスは、もし２以上の質問器が確認メッセージを受信した場合はタグの位置を決定するのにより複雑な方法を用いる。タグの位置は、確認メッセージを受信した質問器、及び各質問器の空間位置に基づいて決められる。例えば、もし２つの質問器が等しい信号強度の確認メッセージを受信した場合、タグの位置はこれら２つの質問器の２等分線上にあると推定できる。もし３つの質問器が確認メッセージを受信した場合は、「三角位置決定」が可能となる。文献、"The NLOS Problem in Mobile Location Estimation Proceeding 1996 5th International Conference on Universal personal Communic. oct 96" by Marilynn Wyle and Jack Holtman、を参照するとよい。
【００４２】
第３のサービスは、「メッセージング」サービスである。「メッセージング信号」と呼ぶダウンリンク信号は、１以上のタグのアドレス、及びこれらのタグのためのデータを有し、質問器により送信される。メッセージング信号のタグアドレスと合致するタグはそのデータをプロセッサ３０５に関連づけられたメモリ３０５ａへと記憶するように、またそのデータを用いて他の機能を行うように指示される。タグがメッセージング信号に応答する方法には幾つかの方法がある。メッセージング信号がタグにデータを記憶するように指示すれば、タグは、質問器へと確認メッセージを送り返すことによりメッセージング信号の受領を確認させる。代わりに、もしメッセージング信号がタグに判断をすることを指示、又は質問器へ他のデータを送り返すように指示すれば、数ビットのデータの確認メッセージにより応答する。従ってメッセージングにおいては、もしアップリンクが確認メッセージであれば、ダウンリンクがアップリンクよりも大きなデータ速度を有するような非対称通信パスが存在することとなる。
【００４３】
別の態様では、上述のサービスの１つで始まり別のサービスへと換えることができる。以下にこのような通信を可能にする方法を説明する。タグとの通信を望むとする。メッセージングサービスが質問器からタグへと送信され、質問器で受信される単純な確認によりタグが応答することを指示する。更に、質問器が受信した確認メッセージに基づいて、質問器は更なるデータをその質問器へとタグが送り返すようにタグに指示したいとする。例えば、質問器はもし信号強度がしきい値よりも低ければ確認メッセージの信号強度を決め、メッセージングサービスのためにアップリンクにて通常用いるデータ速度までにアップリンクデータ速度を制限する。信号強度はしきい値よりも上である他の場合は、質問器は質問サービスのためにアップリンクにて通常用いられるデータ速度までにアップリンクデータ速度を変える。ここで、２つのアップリンクデータ速度を用いて説明したが、他のデータ速度も用いることができる。
【００４４】
一態様にて、上の３つのサービス全ては、同じシステムにおいて共存し、同時に動作させる。これらのサービスは、必要なデータ速度に基づいて、質問器からタグへの異なる範囲をサポートするということを認識することから始める。例えば、質問サービスには、タグが質問器のそばを通る時等に短時間において相当な量のデータ伝送を伴う。ある時において読みとりフィールドにいくつもタグが存在するときには必要なデータ速度は更に増える。データを同時に伝送する複数のタグが同時に存在すれば、お互い干渉せずに複数のアップリンクを可能にするためにはプロトコルが必要である。一態様において、アロハ(Aloha)又はスロテッドアロハ(Slotted Aloha)のプロトコルを用いる。質問サービスの通常のデータレートは、５０〜３００ｋｂｐｓの範囲である。ここで、他の因子がないことにより、範囲とデータ速度は相反する関係で、トレードオフすべきことに留意する。文献、"Queuing Systems Vol. 2 Computer Applications" by Leonard Kleinrock, published by John Wiley & Sons, NY in 1976、を見るとよい。
【００４５】
まとめると、データ速度には２つの異なる「非対称性」がある。即ち、質問サービスにおけるアップリンクの方がダウンリンクよりも大きなデータ速度の場合、及び位置決定及びメッセージングサービスにおけるダウンリンクの方がアップリンクよりも大きなデータ速度の場合である。従って、質問サービスの有効範囲は位置決定又はメッセージングサービスのものよりも小さい。なぜなら、質問サービスにおけるアップリンクのデータ速度要件はより大きいからである。この範囲における差違を図４に示した。これらのデータ速度の間の関係を観測することは重要である。上の「範囲拡張」の章では、狭帯域フィルタリングを用いて相当な範囲拡張を達成できたことを示した。位置決定及びメッセージングサービスはダウンリンクがおおまかに数ｋｂｐｓのデータ速度であり、アップリンクは数ｂｐｓである。質問サービスはダウンリンクがおおまかに数ｋｂｐｓのデータ速度であり、アップリンクは５０〜３００ｋｂｐｓである。
【００４６】
図５には、これら３つのサービスの間の範囲の関係を示す。３つのサービス全てにダウンリンク範囲５０３は等しい。位置決定サービスとメッセージングサービスのアップリンク範囲５０２はおおまかにダウンリンク範囲５０３のものと等しい。これに反し、質問サービスのアップリンク範囲５０１はアップリンク範囲５０２よりもかなり小さい。
【００４７】
上の説明では同じアンテナ技術を３つのサービスが用いるとして、指向性アンテナの効果に言及しなかったが、これを用いて有効範囲を増加させ、アプリケーションに最適化された「読みとりフィールド」を得ることができる。以下には異なるアンテナパターンの利用を説明する。
【００４８】
ＲＦＩＤシステムのアーキテクチャー
ここでは質問器の配置を議論する。図１に戻ると、アプリケーションプロセッサ１０１は乗客、荷物、カーゴに関する情報を記憶するデータベース１１０をサポートする。例えば、データベース１１０は航空機に搭乗中の乗客、乗客に対応する荷物、荷物の位置等の識別情報を有する。飛行場（飛行場コンプレックスをいう）全体に質問器を分布させることもできる。ここで、飛行場全体というカバレッジは質問サービスにとって完全ではない。即ち、質問サービスは飛行場の良好に区画された領域でのみ利用可能である。なぜなら、質問サービスは一般に、特定の位置（ドアウェー等）を通過する際にタグを識別するのに用いられるからである。また、位置決定及びメッセージングサービスにおいて飛行場のカバレッジは質問サービスのカバレッジよりも大きい。理想的には飛行場の誰にでも位置決定及びメッセージングサービスを提供することが望ましい。
【００４９】
位置決定サービス又はメッセージングサービスにおいて、飛行場におけて十分な数の質問器を配置し、飛行場におけるいずれの場所も３つの質問器の範囲内に入るものとする。これにより、受信アップリンク信号強度の三角位置決定を用いて位置決定サービスを実装することを可能にする。別の態様では、質問器は「部分的に重なり合う」方式で配置され、飛行場におけるいかなる場所も質問器の無線カバレッジ領域内にあるようにする。この構成により、単純な位置決定サービスを実装でき、この位置決定サービスの精度（誤差）は１つの質問器のカバレッジ領域に匹敵する。
【００５０】
別の態様では、質問器は「部分的に重なり合う」方式で配置され、飛行場におけるいかなる場所も少なくとも１つの質問器の無線カバレッジ領域内にあるようにする。この構成により、単純な位置決定サービスを実装でき、この位置決定サービスの精度（誤差）は１つの質問器のカバレッジ領域に匹敵する。
【００５１】
質問器が「部分的に重なり合う」方式で配置された場合の位置決定モードを議論する。位置決定したいタグがダウンリンク範囲内にあるとする。すると、タグはタグアドレスを含むダウンリンク信号を受信できる。ダウンリンクメッセージが自分へ向けられたものであるとタグが決めると、タグはアップリンク確認メッセージ（例、定トーン）を（特定のプロトコルで）送信する。このトーンの生成及び送信を下に説明する。このアップリンク信号は質問器により受信される。
【００５２】
上の方法をサポートする一般的なアンテナ構成は、ダウンリンク送信アンテナとアップリンク受信アンテナが両方全方向性アンテナである。例として、２．４５ＧＨｚ（このようなシステムの利用が想定される）ではアンテナは、丸い接地面から下にのびる１／４波長モノポール（例、金属）を用いることができ、アンテナは天井に取り付けられ、アンテナパターンは概して全方向性で接地面の下の空間がアンテナパターンのほとんどを占める。
【００５３】
図６にはこのような構成を示す。アンテナ６０５はレードーム６０６やプラスチックカバーの中に入れられてアンテナを外傷から守り美的に満足させる。
【００５４】
図７には別態様を示す。建物はドロップ天井７０２を有する。多くのドロップ天井はあまりＲＦ波を吸収しないので７０４をドロップ天井７０２の上に配置してレードーム７０６がドロップ天井７０２を突き出るようにすることができる。ここではアンテナの部分のうちレードームだけが可視であり、これは横幅５〜８ｃｍほどであり更に小さいものもある。この設計はこのようにアンテナをきわめて目立たなくすることができる。図６、７のアンテナは「全方向性アンテナ」を構成する。
【００５５】
このように概して、位置決定、メッセージングモードでは、全方向性アンテナパターンはダウンリンク、アップリンク両方のメッセージに有用である。質問モードでは方向性（指向性）アンテナを用いて、質問モードが利用可能な特定の空間量を規定する。図８には、異なるアンテナパターンが質問モードをサポートする方法の概念を示す。ダウンリンク（送信）アンテナ８０１は全方向性アンテナであり、アップリンク（受信）アンテナは指向性である。従っこの質問器からの８０１は全３モードのいずれのダウンリンク信号をも送信する。アップリンクアンテナ８０２（指向性）は質問モードのタグからアップリンク信号を受信する。
【００５６】
図９、１０は異なる受信アンテナを用いる２つの方法を示す。図９には、全方向性アンテナ９０２、方向性アンテナ９０３の出力は線形な方法により結合される。この技術により、システムが単純で低コストなものでもよく、いずれのアンテナからもアップリンク信号を受信できる。しかし、信号が一方のアンテナからのみ到来するのであれば３ｄＢ以上のロスを生じる。図５には、１００２が１００３から１００４へと切り替える単純なスイッチ機構を示している。このことにより前記３ｄＢのロスをなくすことができ（スイッチのロスが無視できるとして）、質問器を単純にできる。
【００５７】
モード遷移
上の議論では、送信に必要なデータの量及びアップリンク信号の受信信号強度に基づいて、タグとの通信があるモードで開始され、別のモードへ遷移するような通信を議論した。例えば、図２には、２１４信号（ここではサブ搬送復調器２１２の出力）は質問モードが要するより高いアップリンクデータ速度をサポートに適切なＳ／Ｎ比が存在するかを決めるためにプロセッサ２００が用いられる。２１４の指示情報は、フィルタ／アンプ２１０の出力であることができ、また、ミキサ２０８の復調信号２０９から取ることができる。
【００５８】
別の遷移に、位置決定モードから質問モードへの遷移がある。位置決定モード質問信号は質問器により送信され、２１４の指示信号を用いて、質問モードが要するより高いアップリンクデータ速度をサポートに適切なＳ／Ｎ比が存在するかを決める。別の遷移では、タグが質問モードを用いて識別され、そのタグとデータ通信が始まることを想定する。これらのデータ通信時には、アップリンクエラーレート（各アップリンクメッセージのエラー検出符号を計算するプロセッサ２００により決める）は、質問モードアップリンクデータ速度をサポートするのにＳＮＲが十分に大きくないことを指示する。そこで、メッセージングモードでアップリンクデータ速度をかなり減少させてデータ通信が継続できる。
【００５９】
ＲＦＩＤプロトコルのアーキテクチャ
上の動作モードをサポートする質問器１０３とタグ１０５の間の通信に用いるプロトコルを説明する。通常のＲＦＩＤ通信システムでは、質問器は「マスター」でありタグは「スレーブ」である。質問器が通信を要求したときのみタグは質問器と通信できる。従って、時間を論理的な「フレーム」に分割して考えてみる。１フレームは質問器からタグへの第１通信を有し、次に逆の通信を含んでいる。図１１はフレーム構造をおおまかに示してある。フレームＡ１１１０とフレームＢ（１１２０）の２つのフレームを有している。フレームＡ（１１１０）内では、質問器はダウンリンクＤＡ１１０１の間タグと通信する。ダウンリンクＤＡ１１０１が終わるとタグはアップリンクＵＡ１１０３の間質問器と通信する。タグはアップリンクＵＡ１１０３の間質問器と通信する。同様に、フレームＢ１１２０はダウンリンクＤＢ１１０２とその後のアップリンクＵＢ１１０４を含んでいる。
【００６０】
図１２はダウンリンクＤＡ１１０１の構造を示す。第１に、一連の同期１２１０ビットが送信される。このことによりタグが質問器のタイミングと同期できる。次に、コマンド１２２０ビットフィールドを送る。このコマンドはどの動作モードが要求されたかをタグに指示する。そして、データメッセージ１２４０が送られる。このデータメッセージはタグそれぞれ全てのデータ（クロックデータ、フレーム同期情報等）を有する。最後のフィールドはエラー検出訂正１２５０フィールドである。これはダウンリンクメッセージのエラー検出を可能にし、送信ビットによってはエラー訂正も行える。質問モードのこの例ではこれらが必要とされる。質問モードの別態様では、同期１２１０とコマンド１２２０フィールドを結合してもよく、エラー検出訂正１２５０フィールドを除去してもよい。
【００６１】
位置決定モードでは特定のタグがアドレス指定される。従って更なるフィールド、タグアドレス１２３０を設ける。メッセージングモードでは図１２の全てのフィールドを用いることができる。
【００６２】
図１３はアップリンクＵＡ１１０３の構造を示す。アップリンクＵＡ１１０３は８スロットに分割されている。３つの動作モードは８スロットを共有する。この共有は幾つかの方法により行えるが単純な方法は、純粋なＦＤＭである。この方法では、質問器１０３はまずダウンリンクＤＡ１１０１を送信する。このメッセージは標準的な質問モードに応答するようにタグ１０５に指示する。このモードでは、タグ１０５はそのアップリンク情報を乱選択された時間スロットにて複数回送信する。アップリンク情報が送信される時間スロットの数、全体のトランザクションの滞在時間の両方は、読みとりフィールドにてサポートするべきタグの数、トランザクションが要する時間等に基づいて確率問題により解決される。図１３には、スロット１３０２の間ＵＩ１（１３１１）、またスロット１３０６の間ＵＩ２（１３１２）のアップリンク情報をタグは送信している。この方法により複数のタグが同じフレームの間にそれらのアップリンク情報に応答することができる。
【００６３】
メッセージングモードでは、質問器１０３はダウンリンクＤＡ１１０１を送信する。このコマンド１２２０フィールドはタグ１０５にメッセージングモードが所望されていることを指示し、また、各々がタグアドレス１２３０フィールドに自分のアドレスと合致するものがあるか判断できるように全てのタグがダウンリンクＤＡ１１０１を取ることを継続することを指示する。タグアドレス１２３０フィールドにアドレスがあるタグは、アップリンクメッセージを送信して応答する。図１３では、メッセージＵＭ１１３１３が８スロットにおいて送信されている状態を示してある。８スロット全てを要するのは、メッセージングモードのアップリンク範囲がダウンリンク範囲と匹敵するようにこのアップリンク信号のＳＮＲを向上させるためである。
【００６４】
位置決定モードでは、質問器１０３はダウンリンクＤＡ１１０１を送信する。このコマンド１２２０フィールドはタグに位置決定モードが所望されていることを指示し、また、各々がタグアドレス１２３０フィールドに自分のアドレスと合致するものがあるか判断できるように全てのタグがダウンリンクＤＡ１１０１を取ることを継続することを指示する。タグアドレス１２３０フィールドにアドレスがあるタグは、アップリンクメッセージを送信して応答する。図１３では、メッセージＵＬ１１３１４が８スロットにおいて送信されている状態を示してある。８スロット全てを要するのは、メッセージングモードの理由と同じである。この技術を用いて、異なるスロットにて送信することにより質問モードメッセージ（ＵＩ１、ＵＩ２等）は、アップリンクＵＡ１１０３を共有できる。
【００６５】
上に示した標準的な質問モードの後、質問器１０３は質問モードアップリンクデータ速度で特定のタグからデータを受信することを望むとする。幾つかの方法により行えるが一態様では、質問器は「標準的な」質問モードで行われるように特定のタグアドレス１２３０を含む質問信号を全てのタグに送信する。この質問信号は、このタグがデータメッセージ１２４０フィールドにて指定して要求された特定のデータにて応答することを指示し、図１３のアップリンクスロット機構を用いることを指示する。即ち、可用スロットのサブセットのみにて要求データを送信する。質問モード信号の範囲内の他のタグは可用スロットの外にてそれらの義務的データによって応答するか、又は質問信号はそれら他のタグをサイレント状態にとどまらせる。別態様では、質問信号は特定のタグが図１３の全てのスロットにて要求データを送信することを指示し、また質問信号の範囲内の他のタグ全てには別の指示の質問信号を受信するまでサイレント状態であることを指示する。
【００６６】
次の問題は、同じ質問器１０３を用いて全３動作モードをシステムがどのようにサポートするかである。（ａ）時間分割多元接続（ＴＤＭＡ）、（ｂ）周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）の２態様があげられる。
【００６７】
ＴＤＭＡでは、アップリンク信号は時共有される。図１のように、各質問器１０３はアプリケーションプロセッサ１０１とＬＡＮ１０２を介して通信する。ＬＡＮ１０２はタイミング情報、質問器１０３とのデータ伝送を提供する。お互い「無線接触」している各質問器１０３を同じドメイン内にあるとする。「無線接触」とは、他の質問器の範囲と重ならない図５の１質問器の最大範囲のものである。このような質問器は他の質問器と別のドメインにある。ドメインの例としては、建物の１フロア、１フロアの部分があり、ＲＦに関して他のサブセットと絶縁されている。各ドメイン内では、全ての質問器が時間同期されている。
【００６８】
アップリンクに対して別態様がある。例えば、各ドメイン内の質問器全てはアップリンク信号（例、アップリンクＵＡ１１０３）それぞれに対して同じモードで動作する。これは３動作モードの間でアップリンクＵＡ１１０３時限を時分割するのでＴＤＭＡと呼ばれる。
【００６９】
別態様では、質問モードは他の２つのモードと同時に進行する。従って、位置決定モード、メッセージングモードはアップリンクＵＡ１１０３時限を共有するためにＦＤＭＡを用いる。全３モードはＦＤＭＡを用いてアップリンクＵＡ１１０３時限を共有できる。ＦＤＭＡを行うため、３０８の周波数源はプロセッサのクロックリファレンスとしてよく用いられる水晶を用いる。上の狭帯域動作の章では、３０８は３２ｋＨｚの水晶であり、サブ搬送周波数は３２ｋＨｚ信号から得られた。回路を多少拡張して３０７は２以上のサブ搬送周波数の生成をサポートできる。ダウンリンク信号のコマンド１２２０における情報に基づいてタグはどのサブ搬送周波数（複数かもしれない）をそれらのアップリンク信号を送信するのに用いるかを指示する。この方法により２以上のタグは同時にアップリンク信号を送信できる。なぜなら、質問器は同時間に複数のサブ搬送周波数上のアップリンク信号を復号できるからである（下を参照）。上のようにＦＤＭＡを用いると、あるタグが質問モード信号に応答しているのと同じ時間に別のタグが位置決定モード信号を別のサブ搬送周波数で応答することができる。低コストを実現するサブ搬送周波数の構成は下に述べる。
【００７０】
タグ設計
上にはＭＢＳ技術を用いたＲＦＩＤタグの基本的な運用を述べた。ここでは、上の３モードをサポートする具体的な技術を述べる。タグが位置決定モード信号に応答することを望めば３０７はサブ搬送周波数ｆｓを生成する。上の一態様では、サブ搬送周波数信号はデータで変調されず、その信号は３０２ダイオードへと交流状態のバイアス電流を共有するのに用いられる。従って、サブ搬送周波数ｆｓのアンテナとダイオードの間のインピーダンス合致を変えることとなる。
【００７１】
アップリンク信号の間、質問器が周波数ｆｃの純粋なＣＷ音を送信すると仮定する。３０２が交互に逆転し周波数ｆｓでバイアスされて進められると、反射信号は周波数（ｆｃ−ｆｓ）と（ｆｃ＋ｆｓ）にある（この混合プロセスのオーバートーンは無視する）。この信号を質問器が受信すると、サブ搬送復調器２１２は周波数ｆｓの単一音となる。このサブ搬送周波数の存否は、確認を受信したかを決めるのに用いられる。
【００７２】
別態様では、３０７はサブ搬送周波数ｆｓを生成し、そのサブ搬送上へ非常に低ビット速度でデータを変調する。得られる変調サブ搬送信号は、３０２ダイオードへ交流状態のバイアス電流を供給するのに用いられ、従って、データにより変調されたサブ搬送周波数ｆｓの反射信号を生成するように、アンテナとダイオードの間のインピーダンス合致を変えることとなる。この後者の態様は、一定音を単に送信することに加えて、タグはその状態を含む情報を送信するのに用いられる。両方の場合、受信信号の信号強度を用いてタグの位置が決められる。
【００７３】
タグが質問モード又はメッセージングモードに応答することを望む場合、情報信号３０６がサブ搬送周波数ｆｓ上へと変調される。ＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ変調を用いるとする。この信号を質問器１０３が受信すると、２１１の結果は周波数ｆｓの搬送波上へと変調されたＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ信号である。この信号はサブ搬送ｆｓから復調して２１１を回復する。質問モードでは２１１はビット速度５０〜３００ｋｂｐｓであり、メッセージングモードではかなり低いビットレートを用いる（下参照）。異なる情報信号のデータ速度をサブ搬送周波数ｆｓ上へと変調する能力の実装は設計的には単純である。
【００７４】
質問器設計
全３モードをサポートする質問器１０３の設計を議論する。反射信号は２０６により受信され、２０７により増幅される。ミキサ２０８はホモダイン検出を行う。ミキサ２０８は復調信号のＩ及びＱ両方の成分を作る。これらの信号はシステムの幾つかのところで再結合される。フィルタ／アンプ２１０はフィルタリングプロセスの前にこれらの信号を再結合することとする。
【００７５】
３モードをサポートする質問器１０３の実装において、受信信号のフィルタリング、サブ搬送周波数の選択、復調技術は重要である。第１に、サブ搬送周波数の選択を考える。ＭＢＳシステムは「反射雑音」に対処しなければならない。物体によっては蛍光のようにＡＣ線周波数のオーバートーンのＲＦ信号を変調・反射する。従って、このような反射雑音はなるべく避けたい。
【００７６】
実験により反射雑音はサブ搬送周波数が１００ｋＨｚよりも大きければ減ることがわかっている従って、サブ搬送周波数ｆｓは１００ｋＨｚ以上であると仮定する。。
【００７７】
第２に、タグにおけるサブ搬送周波数の生成のしやすさがある。水晶を１ＭＨｚの倍数のような周波数以外に３．５７９５ＭＨｚのような半端な周波数にも使える。８ＭＨｚを使うと、ｆｓの１又は２ＭＨｚへの計算が容易となるのでこれを想定する。
【００７８】
サブ搬送周波数は２つの理由により大きすぎてはならない。第１に、水晶が高価になるから、第２に、サブ搬送からの情報信号の復調が複雑になるからである。即ち、サブ搬送信号がサンプリングされると要求するサンプリングレートは比例して大きくなってしまう。従って、Ａ／Ｄ変換器、ＤＳＰもパワフルなものが必要となる。１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの間のサブ搬送周波数が適切であると考える。
【００７９】
ＴＤＭＡアップリンクを用いると、同じｆｓは全３動作モードで用いられる。図２のフィルタ／アンプ２１０はこれら全３モードにて同じ周波数を中心にすることができる。フィルタ／アンプ２１０のバンド幅は、質問モードからのアップリンク信号である最大バンド幅信号を通過するのに十分広くあるべきである。例えば、アップリンク信号１００ｋｂｐｓ、ＱＰＳＫ変調を想定すると、信号バンド幅は１００ｋＨｚである。フィルタリングアップリンク信号はサブ搬送復調器２１２に送られる。質問モードでは例えば、１００ｋｂｐｓのＱＰＳＫ情報信号が復調される。位置決定モード、メッセージングモードではサブ搬送復調器２１２の更なる処理を要する。質問モードにおける情報信号のバンド幅は、１００ｋＨｚである。これらモードのバンド幅を予測する。各フレームが継続時間であると仮定する。即ち、１２０３のようなフレームのアップリンク部分は継続時間約１００ｍｓである。更に、メッセージングモードでは全４ビットが送信されるとする。従ってＱＰＳＫ変調を用いると有効ビット速度は４０ｂｐｓとなり、信号バンド幅は４０Ｈｚとなる。従って、フィルタ／アンプ２１０の出力はメッセージングモードが必要なものよりも２５００倍である。即ち、メッセージングモードの入信号の雑音バンド幅（１００ｋＨｚ）は３４ｄＢここで必要な４０Ｈｚよりも大きく、メッセージングモードの有効範囲をかなり減少させる。これに対処するため上述の狭帯域技術を用いる。位置決定モードではアップリンク信号は一定音である。よってデータ速度は１０ｂｐｓとなり占有信号バンド幅は（ドップラーシフトなしで）１０Ｈｚである。よってフィルタ／アンプ２１０からの入信号の雑音バンド幅（１００ｋＨｚ）は４０ｄＢここで必要な１０Ｈｚよりも大きく、範囲は大いに減少する。同様に狭帯域路は技術を用いると、サブ搬送復調器２１２は１００ｋｂｐｓ信号を復調し、またもっと低いバンド幅信号をフィルタリング・復調するので、サブ搬送復調器２１２にはＤＳＰがよい。これは位置決定モードとメッセージングモードの両方の受信信号強度を要するからである。ＤＳＰを用いればＡ／Ｄ変換器も必要であるが図示していない。
【００８０】
これらは以下のように実装する。フィルタ／アンプ２１０は質問モード信号（１４０７、図１４参照）に必要なバンド幅（１００ｋＨｚ）の受信信号を最初にフィルタリングする。サブ搬送復調器はＤＳＰでもよく、ＡＳＩＣやＤＳＰの組合せでもよい。更なるフィルタリングは不要なのでこれは質問モード信号１４０７を復調するのに用いる。メッセージングモード、位置決定モード信号１４０６に対しては、雑音バンド幅を上述のように減らすために狭帯域フィルタリングを行うのでＤＳＰがよい。このサブ搬送信号からデータを復調すべき場合は、公知の技術によりＤＳＰを対応させる。代わりにＤＳＰを全ての機能を行うようにしてもよい。この場合同時間には１つずつである。また、更なるディジタルフィルタリングや復調を行わせてもよい。
【００８１】
ＦＤＭＡアップリンクを用いて、図１４に示すように、質問モードには１つのサブ搬送周波数ｆｓ１を用い、メッセージングモード、位置決定モードには別のｆｓ２を用いる。図２のフィルタ／アンプ２１０は図１４の両方の信号を通過させる。サブ搬送復調器２１２は両方のアップリンク信号を同時に処理できることを要する。上のように値を想定する。即ち、質問モードの信号バンド幅１４０３は１００ｋＨｚで、サブ搬送周波数ｆｓ１（１４０１）に位置し、また、メッセージングモードの信号バンド幅１４０４は４０Ｈｚでありサブ搬送周波数ｆｓ２（１４０２）を中心にするとする。
【００８２】
図１５は、ＦＤＭＡを用いるサブ搬送復調器の例である。フィルタｆｓ１１５０１は応答がサブ搬送周波数ｆｓ１の周辺にある。このフィルタｆｓ１１５０１を高データレート復調器１５０３と共に用い、高データレート信号１５０５を回復する。これは質問モードからのアップリンク信号１４０７である。同様に、フィルタｆｓ２１５０２はｆｓ２の周辺に応答があり、低データレート復調器１５０４と共に用い、低データレート信号１５０６を回復させる。これはメッセージングモード又は位置決定モードからのアップリンク信号（１４０６）である。メッセージングモードと位置決定モードのバンド幅は比較的類似しているので同じ低データレート復調器１５０４を用いて各信号を復調するとする。、
【００８３】
上に基づき、ｆｓ２の配置は以下のようにする。フィルタｆｓ１を合致(matched)フィルタ（sinｘ／ｘ）とする。ｆｓ２がこのフィルタの最初のゼロにて位置するとする（合致フィルタ応答１４０５を見よ）。ｆｓ２がこの位置なので、メッセージング又は位置決定アップリンク信号はフィルタｆｓ１（１５０１）により激しくフィルタリングされ、この信号は高データレート復調器１５０３とほとんど干渉しない。ｆｓ２を中心とする質問モードアップリンク信号は、フィルタｆｓ２１５０２が非常に狭帯域なのでメッセージング又は位置決定アップリンク信号とはほとんど干渉しない。
【００８４】
サブ搬送復調器２１２をＤＳＰにて実装できる。図１５の機能を全て速く処理できれば実時間で行える。ＤＳＰ海苔点は前に述べた。
【００８５】
別態様では、フィルタｆｓ２１５０２と低データレート復調器１５０４両方の実装にＤＳＰを用いることができる。前述のＴＤＭＡの議論における態様である。情報を中央制御要素へ供給できるように、低データレート復調器１５０４は受信信号の信号強度１５０７をも出力すべきで、タグの位置を決定できる。
【００８６】
プロトコルパラメータの選択
上のプロトコルの多くのパラメータを選択することを考える。以下の要素が重要となる。即ち、（１）質問モードが同時に読みとりフィールドにおいてサポートすべきタグはどのくらいの数か？（２）読みとりフィールドをどのくらいの速度でタグは移動するのか？（３）質問モードが動作すべき最大範囲はどのくらいか？である。上の全ての要素は、最も重要なファクターである１フレームの継続時間を決めるのに貢献させる。よって動作モード３つは空間時間において競合する。
【００８７】
アプリケーションプロセッサ１０１があるドメイン内の全ての質問器に以下の指示を送るとする。第１に、アップリンクアンテナパターン（図８の８０４参照）へ移動するタグのいずれも質問されるように、質問モードをサポートし続ける指示。第２に、タグ１２３４５の位置を決める指示。第２にタグ２３４５６へテキストメッセージを送る指示。タグがいつでも質問モードのアップリンクアンテナパターン８０４に入ることができるので、質問器は規則的に質問フレームを送信すべきである。即ち、ダウンリンク信号はアップリンクアンテナパターン８０４内のタグが質問モードで応答するように要求する。質問フレームの規則的送信の周波数は上の（１）〜（３）に基づく。質問モード応急を満足して他の全てのフレームが質問フレームであるように決めたとする。すると、最初の質問フレームの後、位置決定モードフレームがタグ１２３４５へ送信できる。更に、第２の質問モードフレームが送信される。また別の質問モードフレームが送信される。そしてもし適当な確認を受信できない場合は位置決定モード又はメッセージングモード指示が繰り返される。この方法により３動作モードが時共有される。
【００８８】
アプリケーションインタフェース
図１６は別の建物内通信システムと図１のＲＦＩＤシステムが相互接続する方法を示す。ボイスメールシステム１６１０はＬＡＮ１０２を介してアプリケーションプロセッサ１０１と通信する。電子メールシステム１６１０もＬＡＮ１０２を介してアプリケーションプロセッサ１０１と通信する。また、ボイスメールシステム１６１０や電子メールシステム１６１０もサポートでき、これらはＬＡＮ１０２を介してではなくアプリケーションプロセッサ１０１と直接接続してもよい。また、図１６ではアプリケーションプロセッサ１０１は独立のように示してあるが、１以上の質問器１０３として提供してもよい。
【００８９】
人１に向かうメッセージがボイスメールシステム１６１０により受信されるとする。またボイスメールシステム１６１０がこのメッセージを重要であると決め、人１が持っているタグへ送信すべきとする。ボイスメールシステム１６１０はいろいろな方法によりこの重要度を判断できる。例えば人に促す場合がある。またボイスメールシステム１６１０が入メッセージを所定の基準によりフィルタリングする方法がある。
【００９０】
人１が人２からの情報は常に促してほしいものとする。人１はボイスメールシステム１６１０に自動的に人２の電話番号から発呼された場合は知らせることを要求する。これは番号識別機能を用いる。ボイスメールシステム１６１０がメッセージを重要であると決めたとすると、図１のＲＦＩＤシステムのアプリケーションプロセッサ１０１へと信号１５２０が送られる。アプリケーションプロセッサ１０１は全ての（又は、あるドメイン内の全て）質問器１０３に重要なメッセージが到着したことを人１のタグ１０５に知らせ、人２の名前および／または人２の電話番号を含み、タグからの応答を要求するメッセージングモード信号を送信するように指示する。この応答がタグ１０５により受信されると、アプリケーションプロセッサ１０１、そしてボイスメールシステム１６１０へと渡され、メッセージの確認をする。タグが成功裏に受信したならばこのようなメッセージを人１が受信する方法は前記Shoberのページャー特許出願に記載されている。
【００９１】
電子メールシステム１６１０が電子メールを受信すると同様な手順が行われる。電子メールアドレスのリストをサポートして、そのリストに入っている多くの人にメッセージを送ることができる。
【００９２】
上述のようにＲＦＩＤシステムはタグのおおよその位置を決定できる。質問器１０３が建物全体に配置され、定期的に質問モードメッセージを送るとする。タグは義務的データにより応答するとする。従って、この時点において、（１）どの質問器義務的データを受信したか、（２）時間、にもとづいてそのタグの位置をわかる。従って、図１６において、成功した質問モードトランザクション毎に質問器１０３がアプリケーションプロセッサ１０１へタグの識別番号、タグとの通信が成功した質問器１０３の位置、時間の各情報を少なくとも有する。この情報は位置データベース１６５０に記憶される。
【００９３】
ボイスメールシステム１６１０、電子メールシステム１６１０又は他のシステム１６６０が人１の位置を知りたいとする。アプリケーションプロセッサ１０１はまず位置データベース１６５０を検査して人１の最新位置がファイル上にあるかを確かめる。その最新位置が十分に最新であれば、位置データベース１６５０の情報は適切となる。この情報により人１の位置を狭めることができる。アプリケーションプロセッサ１０１はドメインを限定することができる。
【００９４】
人以外の動物、物に上の位置決定システムを用いることができる。また、建物内のセキュリティ問題に用いるのではなく、物の管理システム等に用いることができる。
【００９５】
緊急モード
上記の例においては、いかにして複数のメッセージや問い合わせ等を第１図に示されている RFID システムの外部からタグ ( １０５ ) に送信しそしてタグ ( １０５ ) から RFID システムの外部へと返送するかを説明している。ここで、タグ ( １０５ ) が、最も近い質問器にデータを送信しなければならないということを決定した場合を考えてみることとする。上記で引用した Shober-Pager の出願においては、タグと人間との相互作用のメカニズムが議論されている。この例として、タグ１０５が緊急事態を知らされた場合が想定できる。
【００９６】
このような「緊急な（自発的又は非請求の）（ unsolicited ）」要求を送信する方法は幾つかある。請求に基づいて請求（ solicited ）データを送る場合と異なり、ここにいう、「緊急な（自発的又は非請求の）」とは、請求に基づかない自発的な又は非請求のデータを送る場合をいう。従って、「非請求（ unsolicited ）メッセージ」とは、請求に基づくデータのみを送信する通常の請求（ solicited ）メッセージに対応するもので、請求に基づかない自発的な又は非請求のデータを送るメッセージをいう。タグ１０５は常にダウンリンク範囲にいるので、メッセージングモードに対しては常にアップリンク範囲にいる。タグがメッセージングモード伝送を受信すると、特定のビットパターンのアップリンク信号で応答することができ、質問器１０３のサブ搬送復調器２１２により識別される。
【００９７】
代わりに、タグはメッセージングモード伝送に応答するが、通常用いるサブ搬送周波数とは異なるサブ搬送周波数ｆｓを用いて送信する。これは「緊急（ emergency ）チャネル」である。この信号を受信するためには、図１５に示されているサブ搬送復調器２１２にフィルタｆｓ３１７１０および緊急チャネル復調器１７２０の更なるデバイスを加える。図１７にはこの追加を示してある。フィルタｆｓ３１７１０と緊急チャネル復調器１７２０は「緊急チャネル」のサブ搬送周波数に常に同調されている。従って、タグ１０５は緊急事態であることをアプリケーションプロセッサ１０１へと常に知らせることができる。
【００９８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明により、セキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションの各問題を解決するようなシステムを提供でき、変調バックスキャッタを用いた無線周波数識別システムを単一のシステムで単一のインフラでセキュリティ、位置決定、低速度データ通信アプリケーションにて提供できた。
【００９９】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参照番号がある場合は、発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムの実施例のブロック図。
【図２】図１のＲＦＩＤシステムで使用される質問器ユニットの実施例のブロック図。
【図３】図１のＲＦＩＤシステムで使用されるタグユニットの実施例のブロック図。
【図４】質問モード、ロケーションモード、メッセージングモードの各範囲の関係を表す図。
【図５】質問モード、ロケーションモード、メッセージングモードのアップリンク範囲、及びこれら全てのダウンリンク範囲の関係を表す図。
【図６】建物の天井における全方向性アンテナの取り付け構成を示す部分断面側方図。
【図７】建物の天井における全方向性アンテナの取り付け構成の別の態様を示す部分断面側方図。
【図８】アップリンクアンテナパターンとダウンリンクアンテナパターンの関係を示す上視図。
【図９】２つの受信アンテナからの入力を結合する構成を示すブロック図。
【図１０】２つの受信アンテナからの入力を切り替える構成を示すブロック図。
【図１１】ダウンリンク、アップリンク信号のフレーム構造を示す時間フレーム図。
【図１２】ダウンリンク信号がどのようにサブ分割されるのかを示すグラフ図。
【図１３】アップリンク信号がどのようにサブ分割されるのかを示すグラフ図。
【図１４】メッセージングモードのアップリンク応答の位置を示す帯域グラフ図。
【図１５】図２のサブ搬送復調器がどのように２つのサブ搬送チャネル上の復調をサポートするのかを示すブロック図。
【図１６】図１のＲＦＩＤシステムがどのように電子メール、ボイスメールシステム等に相互接続されるかを示すブロック図。
【図１７】図２のサブ搬送復調器がどのように緊急チャネル上の復調をサポートするのかを示すブロック図。
【符号の説明】
１０１ アプリケーションプロセッサ
１０２ ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）
１０３、１０４ 質問器
１０５、１０６、１０７ タグ
２００ プロセッサ
２００ａ 情報信号
２０１ 無線信号源
２０２ 変調器
２０３ 送信器
２０４ 送信アンテナ
２０６ 受信アンテナ
２０７ 低ノイズアンプ
２０８ ミキサ
２０９ 復調信号
２１０ フィルタ／アンプ
２１１ 情報信号
２１２ サブ搬送復調器
２１３ 情報信号
２１４ 信号
３０１ アンテナ
３０２ 検出器／変調器
３０３ アンプ
３０４ クロック回復回路
３０５ プロセッサ
３０６ 情報信号リード
３０７ 変調器制御回路
３０８ サブ搬送周波数源
３１０ 電池
３１１ 変調サブ搬送信号
３１２ リード
６０１ 床
６０２ 天井
６０３ アンテナケーブル
６０４ 接地面
６０５ アンテナ
６０６ レードーム
６０７ アンテナパターン
Claims (19)
- 少なくとも１つのタグを有する通信システムであって、
該タグは、
（Ａ）メッセージングモード伝送に対応する無線信号を受信する手段を含み、該タグは、該メッセージングモード伝送の受信に応答して通常の請求メッセージを送信するように適合されており、該タグは、さらに、
（Ｂ）非請求メッセージを送信するかどうかを決定する手段と、
（Ｃ）サブ搬送信号を生成する手段と、
（Ｄ）該非請求メッセージを送信するかどうかを決定する手段が非請求メッセージを質問器に送信するべきであると決定した場合に、該非請求メッセージに対応する情報信号を供給する手段と、
（Ｅ）該サブ搬送信号を該情報信号により変調することにより変調サブ搬送信号を生成する手段と、
（Ｆ）該変調サブ搬送信号を用いて該無線信号の反射を変調することにより反射変調信号を生成するバックスキャッタ変調手段とを含む通信システム。 - 請求項１に記載の通信システムにおいて、少なくとも１つの質問器を更に有し、
該少なくとも１つの質問器は、
（Ｇ）該反射変調信号を受信し復調することにより該情報信号を回復する手段と、
（Ｈ）該情報信号中に該非請求メッセージが含まれることを示す指標を検知する手段とを含む通信システム。 - 請求項２に記載の通信システムにおいて、少なくとも１つの制御要素を更に有し、
該少なくとも１つの制御要素は、
（Ｉ）該情報信号の内容を該質問器から受信する手段を有し、該内容は、該非請求メッセージを示す通信システム。 - 少なくとも１つのタグを有する通信システムであって、
該タグは、
（Ａ）サブ搬送波選択情報を含む無線信号を受信する手段と、
（Ｂ）少なくとも２つのサブ搬送信号を生成する手段と、
（Ｃ）送信されるメッセージに応答して該サブ搬送波選択情報を検知する手段と、
（Ｄ）該検出したサブ搬送波選択情報に基づいて該少なくとも２つのサブ搬送信号のうちの特定の１つ（以下、サブ搬送信号Ａ）を選択し、生成する手段と、
（Ｅ）１つの情報信号を使用してサブ搬送信号Ａを変調することにより、変調サブ搬送信号を生成する手段と、
（Ｆ）該変調サブ搬送信号を用いて該無線信号の反射を変調することにより、反射変調信号を生成するバックスキャッタ変調手段とを含む通信システム。 - 請求項４に記載の通信システムにおいて、少なくとも１つの質問器を更に有し、
該少なくとも１つの質問器は、
（Ｇ）該反射変調信号を受信する手段と、
（Ｈ）該反射変調信号を復調する手段と、
（Ｉ）サブ搬送信号Ａに信号が存在するかを決定する手段とを含む通信システム。 - 請求項５に記載の通信システムにおいて、該反射変調信号に変調されている該情報信号に関して少なくとも１つの質問器との関係を示す情報を受信する制御要素を更に含む通信システム。
- 質問器であって、
（Ａ）無線信号を少なくとも１つのタグへ送信する手段と、
（Ｂ）該少なくとも１つのタグから反射変調信号を受信する手段と、
（Ｃ）該反射変調信号を復調して変調サブ搬送信号を得る手段とを含み、
該（Ｃ）復調する手段は、少なくとも２つのサブ搬送周波数（以下、サブ搬送周波数Ａ、サブ搬送周波数Ｂ）のうちの１つで該反射変調信号を復調し、
該サブ搬送周波数Ａと該サブ搬送周波数Ｂは、該少なくとも１つのタグの複数の動作モードに対応しており、該複数の動作モードは、質問モード、メッセージングモード、及び位置決定モードからなる質問器。 - 請求項７に記載の質問器において、サブ搬送周波数Ｂは、サブ搬送周波数Ａの該変調サブ搬送信号に対する合致フィルタ応答の第１のゼロ点に位置する質問器。
- 請求項７に記載の質問器において、該（Ｃ）復調する手段は、サブ搬送周波数Ｂでの復調と同時にサブ搬送周波数Ａでの復調を行う質問器。
- 請求項７に記載の質問器において、該（Ｃ）復調する手段は、少なくとも３つのサブ搬送周波数（以下、サブ搬送周波数Ａ、サブ搬送周波数Ｂ、サブ搬送周波数Ｃ）で復調を行う質問器。
- 請求項１０に記載の質問器において、該（Ｃ）復調する手段は、サブ搬送周波数Ａ、Ｂ、Ｃでの復調を同時に行う質問器。
- 通信システムであって、
（Ａ）少なくとも１つの制御要素と、
（Ｂ）少なくとも１つのタグと、
（Ｃ）各々が該制御要素からダウンリンクデータを受信し、該少なくとも１つのタグへダウンリンクデータを送信する少なくとも２つの質問器と、
（Ｄ）該少なくとも１つの制御要素へダウンリンクデータを送信するメッセージングシステムとを含む通信システムにおいて、
該少なくとも１つのタグは、変調バックスキャッタ無線通信を用いて該少なくとも２つの質問器のうちの少なくとも１つにアップリンクデータを送信し、
該アップリンクデータを受信した該少なくとも１つの質問器は、該アップリンクデータを該メッセージングシステムへ送信し、
該制御要素は、該少なくとも１つのタグが送信した反射変調信号の受信に応答して、該少なくとも１つのタグが送信した反射変調信号の信号強度を表す情報に基づいて該少なくとも１つのタグの位置を決定する手段を有し、該信号強度を表す情報は、該少なくとも１つの質問器が生成し送信した信号によって該制御要素に搬送され、
該制御要素は、該少なくとも１つのタグにダウンリンクデータを送信するために選択された少なくとも１つの質問器に該ダウンリンクデータを送信する手段を更に含み、
該制御要素は、決定された該少なくとも１つのタグの位置に基づいて選択された該質問器を指定する手段を更に含む通信システム。 - 通信システムであって、
（Ａ）少なくとも１つの質問器にデータを送信する少なくとも１つの制御要素と、
（Ｂ）少なくとも１つのタグに変調無線信号を送信する少なくとも１つの質問器と、
（Ｃ）該少なくとも１つの質問器が受け取る反射変調信号を生成する少なくとも１つのタグとを含む通信システムにおいて、
該質問器は、第１情報信号を生成する生成器を含み、該第１情報信号は、該制御要素から受信したデータから少なくとも部分的に取得した内容を有し、
該質問器は、該第１情報信号を生成する生成器に応答して、無線信号を該第１情報信号で変調して変調無線信号を生成する変調器を更に含み、
該タグは、サブ搬送信号を生成する生成器と、第２情報信号を用いて該サブ搬送信号を変調して変調サブ搬送信号を生成する変調器を含み、
該タグは、該変調サブ搬送信号を用いて該変調無線信号の反射を変調して反射変調信号を生成するバックスキャッタ変調器を更に含み、
該質問器は、該反射変調信号を復調して該第２情報信号を回復する復調器を更に含み、
該質問器は、該反射変調信号に対応する信号強度を決定する手段を更に含み、
該質問器は、該反射変調信号に対応する信号強度のデータを該制御要素へ送信する手段を更に含み、
該制御要素は、特定の該タグの位置を該信号強度のデータに基づいて決定する手段と、サポートされた複数の動作モードから該タグの１つの動作モードを該信号強度のデータに基づいて選択する手段とを含み、
該質問器は、異なるアンテナパターンを有する少なくとも第１のアンテナと第２のアンテナとをさらに含み、該第１のアンテナは、第１の組の動作モードをサポートし、第２のアンテナは、第１の組とは異なる第２の組の動作モードをサポートし、該第１の組の動作モードは、質問モード、メッセージングモード、及び位置決定モードからなり、該第２の組の動作モードは、質問モードからなる通信システム。 - 請求項１３に記載の通信システムにおいて、該質問器は、少なくとも該第１のアンテナと該第２のアンテナからの信号を結合する手段を更に含む通信システム。
- 請求項１３に記載の通信システムにおいて、該質問器は、少なくとも該第１のアンテナと該第２のアンテナからの信号を切り替える手段を更に含む通信システム。
- 質問器であって、
（Ａ）少なくとも第１のタグと第２のタグに無線信号を送信する手段と、
（Ｂ）該第１のタグからサブ搬送波周波数Ａで第１の反射変調信号を受信し、該第２のタグからサブ搬送波周波数Ａとは異なるサブ搬送波周波数Ｂで第２の反射変調信号を受信する手段と、
（Ｃ）第１の反射変調信号と第２の反射変調信号とを復調して、第１の変調サブ搬送信号と第２の変調サブ搬送信号を得る手段とを含み、該（Ｃ）復調する手段は、サブ搬送波周波数Ａとサブ搬送波周波数Ｂとで復調を行い、サブ搬送波周波数Ｂは、サブ搬送波周波数Ａの該第１の変調サブ搬送信号に対する合致フィルタ応答の第１のゼロ点に位置する質問器。 - 質問器であって、
（Ａ）少なくとも第１のタグと第２のタグに無線信号を送信する手段と、
（Ｂ）該第１のタグからサブ搬送波周波数Ａで第１の反射変調信号を受信し、該第２のタグからサブ搬送波周波数Ａとは異なるサブ搬送波周波数Ｂで第２の反射変調信号を受信する手段と、
（Ｃ）該第１の反射変調信号と該第２の反射変調信号とを復調して、第１の変調サブ搬送信号と第２の変調サブ搬送信号とを得る手段とを含み、該（Ｃ）復調する手段は、サブ搬送周波数Ａとサブ搬送周波数Ｂとで復調を行い、該（Ｃ）復調する手段は、サブ搬送周波数Ｂでの復調と同時にサブ搬送周波数Ａでの復調を行う質問器。 - 質問器であって、
（Ａ）少なくとも１つのタグに無線信号を送信する手段と、
（Ｂ）該少なくとも１つのタグから反射変調信号を受信する手段と、
（Ｃ）該反射変調信号を復調して変調サブ搬送信号を得る手段とを含み、
該（Ｃ）復調する手段は、少なくとも２つのサブ搬送周波数（以下、サブ搬送周波数Ａ、サブ搬送周波数Ｂ）で復調を行い、
該（Ｃ）復調する手段は、サブ搬送周波数Ａ、サブ搬送周波数Ｂ、及びサブ搬送周波数Ａとサブ搬送周波数Ｂとは異なるサブ搬送周波数Ｃで復調を行い、
サブ搬送周波数Ｃは、該少なくとも１つのタグが該質問器に送信する非請求データを有する場合に、該すくなくとも１つのタグが使用する緊急チャネルに対応する質問器。 - 請求項１８に記載の質問器において、該（Ｃ）復調する手段は、サブ搬送周波数Ａ、Ｂ、Ｃでの復調を同時に行う質問器。
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