JP3965038B2

JP3965038B2 - 無線通信システム及び無線通信装置

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Publication number: JP3965038B2
Application number: JP2001315139A
Authority: JP
Inventors: 裕一岩方
Original assignee: Lintec Corp
Current assignee: Lintec Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003124841A

Description

【０００１】
【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

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。