JP3965038B2 - 無線通信システム及び無線通信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システム及び無線通信装置に関し、例えば、非接触式のICタグや共振タグを要素とする通信システムや、非接触式のICタグや共振タグに適用し得るものである。
【0002】
【従来の技術】
今日においては、ICタグや共振タグなどの非接触式のIDタグが、物品管理や個人識別や盗難防止などの種々の用途の無線通信システムで利用されている。
【0003】
例えば、電池を内蔵しないICタグでは、その基板上に形成されたコイルに対してタグリーダーが交流磁界をかけ、そのコイルに生じた起電力を利用して、タグ内のICチップに必要なエネルギーを得ている。ICタグでは、ここで得られたエネルギーを元に、自分自身の電源を作成し、ICチップ内に記録されているデータを無線でタグリーダーに返信する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ICタグや共振タグなどのIDタグとタグリーダーとの交信距離を延ばそうとすると、タグリーダーからIDタグに大きなエネルギーを与えなくてはならない。すなわち、タグリーダーからIDタグへは、電源を有するタグリーダーがIDタグへの送信動作を行うので、ある程度の交信距離を確保できる反面、IDタグからタグリーダーへは、IDタグがタグリーダーから得たエネルギーで送信動作するため、交信距離が短くなり易く、IDタグとタグリーダーとの交信距離を延ばそうとした場合には、IDタグからタグリーダーへの通信での交信距離が重要となり、その結果、タグリーダーからIDタグに大きなエネルギーを与えなくてはならない。
【0005】
しかしながら、無線通信装置は、法律により、使用周波数や出力レベルが規定されており、IDタグ及びタグリーダーについても、その規定条件を満たす必要があり、タグリーダーからIDタグに所定以上のエネルギーを供給することができない。
【0006】
例えば、利用者が免許を要しない無線通信装置は、3m距離における電界強度が500μV/m(322MHz以下)か、電力が10mW出力以下の装置である。電力的に見て大きい後者の許容条件でも、IDタグ側が受け取れるエネルギーは僅かであり、数cm離れただけでタグリーダーとの交信が不可能となる。
【0007】
大電力無線局の認可を受けることができれば、この問題を解決することができるが、電波の利用密度が高まっている現状では難しい。また、可能な場合でも、手続きなどの期間がかかるため、システム構築のチャンスを逃す可能性も高く、また、コストも大きくなる。
【0008】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、無線通信装置間の交信距離をより延ばすことができる無線通信システム及び無線通信装置を提供しようとしたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項1の本発明の無線通信システムは、第1の周波数を利用して対向する第2の無線通信装置と無線通信する第1の無線通信装置と、第2の周波数の無線電波を放射する無線電波放射装置とを備え、上記第1の無線通信装置が、第1の周波数での通信処理を行う通信手段と、第2の周波数の無線電波を同調捕捉する第2周波数同調手段と、上記第2周波数同調手段が捕捉した受信電気エネルギーを上記通信手段に供給するエネルギー供給手段とを有し、上記エネルギー供給手段が、上記第2周波数同調手段が捕捉した第2の周波数の電気信号を、第1の周波数の電気信号に変換して、上記通信手段に供給し、上記第1の無線通信装置が、上記第2の周波数の無線電波のエネルギーを、上記第2の無線通信装置との無線通信用のエネルギーに利用することを特徴とする。
【0013】
請求項2の本発明の無線通信システムは、請求項1の本発明において、上記第1の無線通信装置が、非接触式のICタグ又は共振タグであることを特徴とする。
【0014】
請求項3の本発明の無線通信装置は、第1の周波数を利用して対向する無線通信装置と無線通信するものであって、第1の周波数での通信処理を行う通信手段と、無線電波放射装置が放射した第2の周波数の無線電波を同調捕捉する第2周波数同調手段と、この第2周波数同調手段が捕捉した受信電気エネルギーを上記通信手段に導入するエネルギー導入手段とを有し、上記エネルギー供給手段が、上記第2周波数同調手段が捕捉した第2の周波数の電気信号を、第1の周波数の電気信号に変換して、上記通信手段に供給することを特徴とする。
【0017】
請求項4の本発明の無線通信装置は、請求項3の本発明において、当該無線通信装置が、非接触式のICタグ又は共振タグであることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
(A)第1の実施形態
以下、本発明による無線通信システム及び無線通信装置を、ICタグ通信システム及びICタグに適用した第1の実施形態を図面を参照しながら詳述する。
【0019】
図1は、第1の実施形態のICタグ通信システムの全体構成を示すブロック図である。
【0020】
図1において、第1の実施形態のICタグ通信システム1は、第1の無線通信装置であるICタグ2及び第2の無線通信装置であるタグリーダー3を備え、さらに、エネルギー送信装置4を備える。
【0021】
ICタグ2は、後述する図2に示す内部構成を有するものであり、タグリーダー3との間では、従来と同様に、第1の周波数f1の無線電波を介して、信号通信を行うものである。
【0022】
この第1の実施形態のICタグ2は、タグリーダー3との通信で必要となるエネルギーを主として、エネルギー送信装置4が放射している、第2の周波数f2を有する無線電波から得るものである。
【0023】
タグリーダー3は、従来のものと同様であり、例えば、ICタグ2に対し、第1の周波数f1を有する質問電波を送信してICタグ2に格納されているデータを含む、第1の周波数f1を有する応答電波を捕捉し、上記データを取り込むものである。
【0024】
エネルギー送信装置4は、上述したように、ICタグ2がタグリーダー3との通信で必要となるエネルギーを、第2の周波数f2を有する無線電波を介して、ICタグ2に供給するものである。
【0025】
ここで、エネルギー送信装置4は、当該システムの専用装置として構成されていても良く、第2の周波数f2を有する無線電波を放射する、他の通信システム用の無線通信装置を利用することができる。
【0026】
例えば、エヌティティドコモ株式会社が提供するDopaサービス用の無線機を、エネルギー送信装置4として利用できる。Dopaサービスは、携帯電話の電波帯を使い、送受したデータパケットに応じて課金するデータ通信システムである。Dopa無線機は、携帯電話と同じく0.8Wの送信出力を持っており、上述したような小電力無線での許容電力10mWと比べて、80倍のエネルギーで通信している。このため、地下や、ビルが乱立している中の奥部や、部屋という悪い条件でなければ、ほぼ全国のどの場所に位置するICタグ2に対してもエネルギーを供給することができる。
【0027】
図2は、第1の実施形態のICタグ2の内部構成例を示すブロック図である。
【0028】
図2において、第1の実施形態のICタグ2は、通信手段としてアンテナ部21、通信部22、制御部23、並びにメモリ24を、第2の周波数同調手段として同調捕捉部25及びエネルギー供給手段として周波数変換部26を有する。
【0029】
アンテナ部21は、コイルだけで形成されていたり、コイル及びコンデンサの共振回路構成で形成されていたりするものであり、タグリーダー3からの第1の周波数f1の質問電波を捕捉し、得られた質問電気信号を通信部22に与えたり、通信部22からの第1の周波数f1の応答電気信号を応答電波として放射したりするものである。
【0030】
通信部22は、アンテナ部21からの質問電気信号を復調処理して質問データを制御部23に与えたり、制御部23からの応答データを変調処理し、応答電気信号をアンテナ部21に与えたりするものである。
【0031】
制御部23は、通信部22からの質問データを解読し、該当する場合には、メモリ24に格納されているデータを読み出して、応答データとして、通信部22に与えるものである。
【0032】
メモリ24は、当該ICタグ2に固有なデータなどを格納しているものであり、上述のように、そのデータが制御部23によって、適宜、読み出されるものである。
【0033】
以上のようなICタグ2として、一般的な構成に加え、同調捕捉部25及び周波数変換部26を有する。
【0034】
同調捕捉部25は、例えば、コイル及びコンデンサの共振回路構成でなり、エネルギー送信装置4が放射した第2の周波数f2を有する無線電波を捕捉し、電気信号(正弦波電気信号)に変換して周波数変換部26に与えるものである。
【0035】
周波数変換部26は、第2の周波数f2を有する電気信号を、第1の周波数f1を有する電気信号に変換して通信部22に与えるものである。
【0036】
ここで、通信部22は、アンテナ部21からの第1の周波数f1を有する電気信号を、送信に利用できるように共振により保持しているが(アンテナ部21のコイルが共振のための機能要素となっていても良い)、周波数変換部26は、例えば、PLL機能などにより、その共振状態の第1の周波数f1の電気信号に位相を合わせて自己からの第1の周波数f1の電気信号を重畳させる。
【0037】
通信部22は、制御部23やメモリ24などの動作電源を供給する機能(例えば直流電力への変換機能)をも担っているが、上述した重畳された後の第1の周波数f1の電気信号から動作電源を供給する。
【0038】
なお、ICタグ2におけるICチップには、通信部22、制御部23及びメモリ24が搭載されていても良く、また、通信部22、制御部23、メモリ24及び周波数変換部26が搭載されていても良く、さらには、アンテナ部21のコンデンサ要素、通信部22、制御部23、メモリ24、同調捕捉部25のコンデンサ要素及び周波数変換部26が搭載されていても良い。
【0039】
また、ICチップ内部に設けられないアンテナ部21における要素(例えばコイル要素)や、ICチップ内部に設けられない同調捕捉部25における要素(例えばコイル要素)は、ICタグ2の基板の表裏面に別個に設けられていても良く、また、ICタグ2の基板の同一面に位置を変えて設けられていても良く、さらには、ICタグ2の基板の同一面に絶縁層を介して積層されて設けられていても良い。
【0040】
以上のような第1の実施形態のICタグ通信システム1においては、ICタグ2が、エネルギー送信装置4が放射した第2の周波数f2の電波を同調捕捉し、その第2の周波数f2を有する電気信号を第1の周波数f1を有する信号に変換し、タグリーダー3からの第1の周波数f1の電波を捕捉して得た電気信号に重畳させ、送信時に利用すると共に、内蔵する各部が必要とする動作電源を形成する。
【0041】
このようなエネルギー送信装置4が放射した第2の周波数f2の電波のエネルギーを利用して、ICタグ2は、タグリーダー3との通信を実行する。
【0042】
上記第1の実施形態のICタグ通信システム1及びICタグ2によれば、ICタグ2が、エネルギー送信装置4が放射した第2の周波数f2の電波のエネルギーを利用してタグリーダー3と通信するので、従来のものより交信距離を長くすることができる。
【0043】
因みに、タグリーダー3からICタグ2へは、電源を有するタグリーダー3が送信元であるので、逆方向への通信の交信距離より交信距離は長く、ICタグ2からタグリーダー3への交信距離が、双方向の交信を考慮した場合の交信距離となっており、ICタグ2からタグリーダー3への交信距離を長くできることは非常に有効である。
【0044】
また、上記説明で例示したように、エネルギー送信装置4として全国に存在する装置を利用した場合には、ICタグ2が全国の任意の位置にあっても、上記効果を享受することができる。
【0045】
(B)第2の実施形態
次に、本発明による無線通信システム及び無線通信装置を、ICタグ通信システム及びICタグに適用した第2の実施形態を図面を参照しながら詳述する。
【0046】
第2の実施形態のICタグ通信システムも、全体構成は、第1の実施形態に係る図1で表すことができる。
【0047】
しかし、第2の実施形態は、ICタグ(第2の実施形態については符号2Aを用いる)の内部構成が、第1の実施形態のものと異なっている。
【0048】
図3は、第2の実施形態のICタグ2Aの内部構成を示すブロック図であり、第1の実施形態に係る図2との同一、対応部分には、同一、対応符号を付して示している。
【0049】
第2の実施形態のICタグ2Aにおいては、タグリーダー3との通信を行う受信部22R及び送信部22Sが明確に切り分けられている。受信部22Rは、アンテナ部21からの質問電気信号を復調処理して質問データを制御部23に与えるものであり、送信部22Sは、制御部23からの応答データを変調処理し、応答電気信号をアンテナ部21に与えるものである。
【0050】
ここで、送信部22Sには、周波数変換部26からの第1の周波数f1を有する電気信号(例えば正弦波電気信号)が与えられており、送信部22Sは、この電気信号を搬送波として変調処理する。
【0051】
なお、受信部22R(又は制御部23)が、常時、質問電気信号の到来を監視し、その到来を検知し、送信動作が必要となったときにのみ、例えば、所定期間の間、自己の動作を停止し、送信部22Sを動作させるようにしても良い。
【0052】
また、制御部23やメモリ24の動作電源は、受信部22Rが、アンテナ部21からの質問電気信号の受信エネルギー(従って、タグリーダー3からの電波のエネルギー)から得るようにしても良く(図3はこの場合を示している)、周波数変換部26や送信部22Sが、同調捕捉部25からの電気信号の受信エネルギー(従って、エネルギー送信装置4からの電波のエネルギー)から得るようにしても良い。
【0053】
上記第2の実施形態のICタグ通信システム1及びICタグ2Aによっても、ICタグ2Aが、エネルギー送信装置4が放射した第2の周波数f2の電波のエネルギーを利用してタグリーダー3へ送信するので、従来のものより交信距離を長くすることができる。
【0054】
(C)第3の実施形態
次に、本発明による無線通信システム及び無線通信装置を、ICタグ通信システム及びICタグに適用した第3の実施形態を図面を参照しながら詳述する。
【0055】
第3の実施形態のICタグ通信システムも、全体構成は、第1の実施形態に係る図1で表すことができる。
【0056】
しかし、第3の実施形態は、ICタグ(第3の実施形態については符号2Bを用いる)の内部構成が、第1の実施形態のものと異なっている。
【0057】
図4は、第3の実施形態のICタグ2Bの内部構成を示すブロック図であり、第1の実施形態に係る図2との同一、対応部分には、同一、対応符号を付して示している。
【0058】
第3の実施形態のICタグ2Bは、エネルギー供給手段としての第1の実施形態の周波数変換部26に代え、整流蓄電部27が設けられている。
【0059】
整流蓄電部27は、同調捕捉部25からの第2の周波数f2の電気信号を整流蓄積し、蓄積した電気エネルギーを直流電力として、通信部22に供給するものである。なお、制御部23やメモリ24の動作用電源として供給しても良い。整流蓄電部27における蓄電機能部は2次電池などでも良いが、ICタグ2Bの小形化を考慮すると、コンデンサを利用したものが好ましい。
【0060】
第3の実施形態の通信部22も、第1の実施形態と同様に、受信した第1の周波数f1の電気信号を共振機能によりそれなり時間だけ保持して、送信動作の搬送波として利用するものである。第3の実施形態の通信部22は、整流蓄電部27からの直流電力を利用して、共振動作により保持されている第1の周波数f1の電気信号をパワーを増大させるものである。
【0061】
例えば、共振構成として、コイル及びコンデンサの受動素子だけによるものではなく、コイル及びコンデンサに加え、トランジスタなどの能動素子を有するものを適用し、この能動素子に対する電源として、整流蓄電部27からの直流電力を利用して、共振動作により保持されている第1の周波数f1の電気信号をパワーを増大させる。
【0062】
このようなパワーが増大された第1の周波数f1の電気信号が搬送波として変調されて、送信信号に変換される。
【0063】
上記第3の実施形態のICタグ通信システム及びICタグ2Bによっても、ICタグ2Bが、エネルギー送信装置4が放射した第2の周波数f2の電波のエネルギーを利用してタグリーダー3へ送信するので、従来のものより交信距離を長くすることができる。
【0064】
(D)第4の実施形態
次に、本発明による無線通信システム及び無線通信装置を、ICタグ通信システム及びICタグに適用した第4の実施形態を図面を参照しながら詳述する。
【0065】
第4の実施形態のICタグ通信システムも、全体構成は、第1の実施形態に係る図1で表すことができる。
【0066】
しかし、第4の実施形態は、ICタグ(第4の実施形態については符号2Cを用いる)の内部構成が、既述した実施形態のものと異なっている。
【0067】
図5は、第4の実施形態のICタグ2Cの内部構成を示すブロック図であり、既述した実施形態に係る図2〜図4との同一、対応部分には、同一、対応符号を付して示している。
【0068】
第4の実施形態のICタグ2Cは、第2の実施形態の周波数変換部26に代え、第3の実施形態で説明したと同様な整流蓄電部27が設けられている。整流蓄電部27は、同調捕捉部25からの第2の周波数f2の電気信号を整流蓄積して得た電気エネルギーを直流電力として送信部22に供給するものである。なお、制御部23やメモリ24の動作用電源として供給しても良い。
【0069】
送信部22は、この整流蓄電部27からの電気エネルギーを利用して送信動作し、送信パワーを従来のICタグより増大させるものである。
【0070】
送信部22が、例えば、トランジスタなどの能動素子を利用した第1の周波数f1の発振部を備え、その発振信号を搬送波として変調するものであれば、上記能動素子などに対する動作電源として整流蓄電部27からの直流電力を利用することにより、送信パワーを増大させることができる。また、整流蓄電部27からの電気エネルギーを利用して変調電気信号を増幅する増幅回路を設けることにより、送信パワーを増大させることができる。
【0071】
上記第4の実施形態のICタグ通信システム及びICタグ2Cによっても、ICタグ2Cが、エネルギー送信装置4が放射した第2の周波数f2の電波のエネルギーを利用してタグリーダー3へ送信するので、従来のものより交信距離を長くすることができる。
【0072】
(E)他の実施形態
なお、上記各実施形態においては、同調捕捉部25や周波数変換部26や整流蓄電部27が常時動作しているものを示したが、同調捕捉部25や周波数変換部26や整流蓄電部27などを、制御部23などが、タグリーダー3からの電波を受信したことを検知したときに、例えば所定時間だけ動作するように制御しても良い。
【0073】
また、上記各実施形態においては、ICタグの通信相手がタグリーダーであるものを示したが、メモリ24に格納するデータをICタグに送信するタグライターであっても良く、書込み読出し機能を有するタグリーダーライタであっても良い。
【0074】
さらに、上記各実施形態においては、ICタグがエネルギーを取り込むことができる、通信に供する第1の周波数f1以外の周波数を有する電波が1種類のものを示したが、2種類以上の電波から、ICタグがエネルギーを取り込むようにしても良い。
【0075】
さらにまた、上記各実施形態においては、本発明をICタグ通信システム及びICタグに適用したものを示したが、共振タグなどの他のIDタグに係る通信システムやそのIDタグに本発明を適用することができ、さらには、IDタグ以外に係る無線通信システムや無線通信装置に本発明を適用することができる。適用する無線通信システムによっては、受信動作にも、エネルギー送信装置からの電波エネルギーを利用することができる。
【0076】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、対向する無線通信装置と第1の周波数を利用して無線通信する無線通信装置が、無線電波放射装置が放射した第2の周波数の無線電波のエネルギーを、対向する無線通信装置との無線通信用のエネルギーに利用するようにしたので、従来よりも交信距離を増大させることができる無線通信システム及び無線通信装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態のICタグ通信システムの全体構成を示すブロック図である。
【図2】第1の実施形態のICタグの内部構成例を示すブロック図である。
【図3】第2の実施形態のICタグの内部構成例を示すブロック図である。
【図4】第3の実施形態のICタグの内部構成例を示すブロック図である。
【図5】第4の実施形態のICタグの内部構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…ICタグ通信システム(無線通信システム)
2、2A、2B、2C…ICタグ(第1の無線通信装置、無線通信装置)
3…タグリーダー(第2の無線通信装置、対向する無線通信装置)
4…エネルギー送信装置(無線電波放射装置)
Claims (4)
- 第1の周波数を利用して対向する第2の無線通信装置と無線通信する第1の無線通信装置と、第2の周波数の無線電波を放射する無線電波放射装置とを備え、
上記第1の無線通信装置が、
第1の周波数での通信処理を行う通信手段と、
第2の周波数の無線電波を同調捕捉する第2周波数同調手段と、
上記第2周波数同調手段が捕捉した受信電気エネルギーを上記通信手段に供給するエネルギー供給手段とを有し、
上記エネルギー供給手段が、上記第2周波数同調手段が捕捉した第2の周波数の電気信号を、第1の周波数の電気信号に変換して、上記通信手段に供給し、
上記第1の無線通信装置が、上記第2の周波数の無線電波のエネルギーを、上記第2の無線通信装置との無線通信用のエネルギーに利用することを特徴とする無線通信システム。 - 上記第1の無線通信装置が、非接触式のICタグ又は共振タグであることを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
- 第1の周波数を利用して対向する無線通信装置と無線通信する無線通信装置において、
第1の周波数での通信処理を行う通信手段と、
無線電波放射装置が放射した第2の周波数の無線電波を同調捕捉する第2周波数同調手段と、
この第2周波数同調手段が捕捉した受信電気エネルギーを上記通信手段に供給するエネルギー供給手段とを有し、
上記エネルギー供給手段が、上記第2周波数同調手段が捕捉した第2の周波数の電気信号を、第1の周波数の電気信号に変換して、上記通信手段に供給する
ことを特徴とする無線通信装置。 - 当該無線通信装置が、非接触式のICタグ又は共振タグであることを特徴とする請求項3に記載の無線通信装置。
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