JP2004535700A - 周波数ホッピングｒｆｉｄシステム - Google Patents

Abstract

第１のアンテナ（２８）への送信のための擬似乱数的に選択された無線周波数呼び掛け信号を発生し、データが取り出されるヘテロダイン受信器（３１）に結合される第２のアンテナ（３０）を通って連続波後方散乱を介してＲＦＩＤタグデバイスから反射された変調無線周波数信号を受信する、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）呼び掛け器（２３）が提供されている。ＲＦＩＤタグデバイスは、呼び掛け器からデータを書き、データを読み取らせるように構成され得る。ヘテロダイン受信との組み合わせにおける周波数ホッピング送信は、実質的には低減された干渉およびある周波数で跳ね返された信号とリンクする性能をより高い電力レベルに提供し、その結果、ＲＦＩＤシステムにおける通信レベルを向上させる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ識別（ＲＦＩＤ）システムに関し、より詳細には、周波数ホッピング送信技術およびヘテロダイン受信を用いて通信するＲＦＩＤ呼び掛け器およびＲＦＩＤタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線機器を利用する遠隔通信は、典型的に無線周波数（ＲＦ）技術に依存する。ＲＦ技術の１つの応用は、動物、在庫ならびに車両のような物体を位置付け、識別し、追跡することに用いられている。１つ以上の遠隔物体の監視を円滑にするＲＦ識別（ＲＦＩＤ）システムはこれまで開発されてきた。
【０００３】
図１に図示されてあるように、基礎的なＲＦＩＤシステム１０は２つのコンポーネント、読み取り装置または呼び掛け器１２、ならびにトランスポンダ（一般的にＲＦＩＤタグと呼ばれている）１４を含む。呼び掛け器１２およびＲＦＩＤタグ１４は、それぞれのアンテナ１６、１８を含む。動作時には、呼び掛け器１２はアンテナ回路１６を通って無線周波数呼び掛け信号２０をＲＦＩＤタグ１４のアンテナ回路１８に送信する。呼び掛け信号２０を受信するのに応答して、ＲＦＩＤタグ１４は、連続波後方散乱として公知である過程によって、タグアンテナ１８を通って呼び掛け器１２へと反射されて戻る変調された無線周波数信号２２を生成する。
【０００４】
ＲＦＩＤシステムの実質的な利点は、技術の非接触性ならびに非指向性である。呼び掛け器１２は、用いられる電力出力および無線周波数によって、１インチから１００フィート以上の範囲で呼び掛け信号２０を発する。タグは、匂い、霧、氷、ペンキ、泥のような様々な物質、ならびにバーコードまたは他の光学的な読み取り技術が役に立たない他の視覚的および環境的に困難な状況を通して読み取られ得る。ＲＦＩＤタグはまた、高速でも読み取られることができ、ほとんどの場合に１００ミリ秒未満で応答する。
【０００５】
典型的なＲＦＩＤシステム１０は、しばしば多くのＲＦＩＤタグ１４および呼び掛け器１２を含む。ＲＦＩＤタグは３つの主な分類に分けられる。これらの分類は、ビーム駆動受動タグ、バッテリー駆動半受動タグならびに能動タグである。それぞれは異なる様式で動作する。
【０００６】
ビーム駆動ＲＦＩＤタグは、動作に必要なエネルギーをタグに発せられた呼び掛け信号から得るので、しばしば受動デバイスとして呼ばれる。タグは、フィールドを調整し、そしてタグ自体の反射特性を変え、それが呼び掛け器で見られる反射率に変化を起こす。バッテリー駆動半受動ＲＦＩＤタグは、同様の形式で動作し、通信回線を確立するためにデルタを呼び掛け器に反射するようにＲＦ断面を変調する。ここでバッテリーは、任意の回路用についてのタグの動作電力源である。受動および半受動デバイス、または非能動デバイスは、呼び掛け信号からのエネルギーを反射する。対照的に、能動ＲＦＩＤタグにおいて送信器は、バッテリーによって電力供給された送信器自体の無線周波数エネルギーを発生させるために用いられる。
【０００７】
そのようなタグの通信範囲は、呼び掛け器１２およびＲＦＩＤタグ１４の送信電力に従って変化する。２，４５０ＭＨｚで動作しているバッテリー駆動タグは、従来１０メートル未満の範囲に限られてきた。しかしながら、十分な電力を有するデバイスは、周波数および環境的特性に依存して、２００メートルの範囲まで達することができる。
【０００８】
スペクトル拡散ＲＦＩＤシステムは、同時に周波数帯域を発生する周波数チッピング送信器を利用する。１つのそのようなシステムは、Ｔｕｔｔｌｅらによる米国特許第５，９７４，０７８号に開示されている。このシステムは周波数チッピングに依存するので、受動後方散乱ＲＦＩＤタグとともにインプリントすることは困難であり、代わりにシステム自体の無線周波数信号を発生する電動ＲＦＩＤタグの使用を必要とする。
【０００９】
Ｍａｙｓらに与えられた米国特許第５，８２８，６９３号において、反射された信号を受信するためにホモダイン受信器を用いる、スペクトル拡散システムが開示されている。ホモダイン受信器に特有の干渉を避けるために、Ｍａｙｓらは、干渉を検出するための複雑な検出回路、ならびに検出された干渉を避けるために呼び掛け信号の周波数を変えるように動作するコントローラの使用を必要とする。さらに、このシステムは、干渉に応答するためだけに周波数を動的に調節する。Ｍａｙｓらはまた、電力レベルを制限する連邦規制の準拠を保証するために、所定の周波数走査エンベロープの使用を必要とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の概要）
本発明の開示された実施形態は、ＲＦＩＤ通信における周波数ホッピング信号送信を利用する無線周波数識別システムおよび方法に向けられている。
【００１１】
本発明の方法に従って、擬似乱数的に選択された無線周波数信号は、呼び掛け器から発生および送信され、それから呼び掛け器は、ＲＦＩＤタグからの対応する反射された無線周波数信号からデータを受信ならびに抽出する。呼び掛け器は、反射された信号を受信および処理するために、ヘテロダイン受信技術を用いる。方法の１つの実施形態に従って、ヘテロダイン受信技術はスーパーヘテロダイン技術である。もう１つの実施形態に従って、呼び掛け器は擬似乱数的に選択された無線周波数信号を送信するために１つのアンテナを用い、反射された無線周波数信号を受信するために別のアンテナを用いる。
【００１２】
擬似乱数的に選択された周波数において呼び掛け信号を発生および送信するために周波数ホッピングソースを用いるＲＦ呼び掛け器を含み、ならびに非能動ＲＦＩＤタグによって反射された変調された無線周波数信号を受信し、そこからデータを取り出すためにへテロダイン受信器を含む本発明のシステムが提供されている。システムの１つの実施形態に従って、呼び掛け器は、無線周波数信号を送信および受信するために１つのアンテナを使用する。もう１つの実施形態に従って、呼び掛け器は、無線周波数信号を受信および送信するために別々のアンテナを使用する。
【００１３】
本発明の上述の特徴および利点は、添付の図面と関連して、特定の実施形態の下記の限定されない記述において詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（発明の詳細な記載）
図２を参照すると、本発明の周波数ホッピングＲＦＩＤ呼び掛け器２３の１つの実施形態が図示される。呼び掛け器２３は、擬似乱数的に選択された周波数信号を発生するように設計された周波数ホッピングソース２４を含む。１つの実施形態において、擬似乱数的に選択された無線周波数信号は呼び掛け信号である。
【００１５】
ＦＣＣ規制が、無作為に発生されたＲＦ信号の送信を禁止するので、周波数ホッピングソース２４は、擬似乱数的に選択されたＲＦ信号を発生させなければならない。現行のＦＣＣ規制は、９０２ＭＨｚから９２８ＭＨｚにおいて、ならびに２．４５ＧＨｚおよび５．８ＧＨｚにおいて周波数ホッピング送信を許可している。このようにして、周波数ホッピングソース２４は、擬似乱数的に選択された周波数を許容周波数帯域内で発生するように構成され得る。当業者であれば、法律および特定の実施の制約によって許可されるように、他の周波数が選ばれ得ることを理解する。１つの実施形態において、周波数ホッピングソース２４が、擬似乱数的に選択された周波数信号を規則的な時間間隔で発生するように構成されている。例えば、ＦＣＣは、Ｐａｒｔ１５未認可デバイスのように滞留時間が４００ミリ秒よりも長いものは許可しない。
【００１６】
周波数ホッピングソース２４は、市販されていて容易に入手でき、本明細書中で詳細に記載されない。当業者であれば、周波数ホッピングソース２４をインプリメントするための多くの方法あることを理解する。例えば、デジタルコントローラ（図示されていない）は、デジダル／アナログ変換器によってアナログ信号に変換される擬似ランダムコードを発生するように構成され得る。結果として生じるアナログ信号は、擬似乱数的に選択された無線周波数信号を発生する電圧制御発振器を制御するために用いられ得る。
【００１７】
図２に図示された実施形態において、周波数ホッピングソース２４は、送信器２６に電気的に結合され、次に第１のアンテナ２８に電気的に結合されている。送信器２６は、擬似乱数的に選択された無線周波数信号を周波数ホッピングソース２４から受信し、公知の様式において第１のアンテナ２８による送信のための信号を増幅する。送信器２６はまた、制御信号に応答して、その信号を変調し得る。図２は周波数変調の使用を考慮するが、当業者であれば、例えば増幅変調および移相変調のような様々な他の変調スキームが用いられ得るということを理解する。
【００１８】
送信された信号は、例えばＲＦＩＤタグ１４（図１を参照のこと）のアンテナ１８など、ＲＦＩＤタグによって受信される。ＲＦＩＤタグは、送信された信号を変調し、反射して呼び掛け器２３へと戻す。反射された信号は、呼び掛け器２３にあるヘテロダイン受信器３１と結合された第２のアンテナ３０によって受信される。
【００１９】
ヘテロダイン受信器３１は、第２のアンテナと結合された低ノイズ増幅器３２と、マイクロ波連結器３５を介して周波数ホッピングソース２４と送信器２６との間に接続された入力を有する第１の電力ディバイダと、低ノイズ増幅器３２に結合された入力を有する第２の電力ディバイダ４２と、それぞれ第１およびよび第２のブランチ４１、４３を形成するように、第１および第２ディバイダ３４、４２に結合された２つの入力をそれぞれ有する第１および第２のミキサー３６、４０とを含む。
【００２０】
例えば、それぞれ９０−１０分割（ｓｐｌｉｔ）のように、発生した信号のより高い割合を第１のアンテナ２８に送信し、より低い割合を受信器３１に転送するように、マイクロ波カプラ３５の代わりに信号分割器が用いられることが理解されるべきである。
【００２１】
第１のディバイダ３４は、カプラ３５を通って周波数ホッピングソース２４からの無線周波数信号を受信し、ディバイダを２つに分割する。第１のディバイダ３４の出力は、第１のミキサー３６の第１の入力ならびに移相器３８に結合されている。移相器３８の出力は、第２のミキサー４０の第１の入力に結合されている。移相器は、送らされた第２の分岐４３で第２の信号を提供するように、発生された信号を９０度または９０度の奇数倍シフトするように構成されている。これが、一般的に連続波後方散乱ＲＦＩＤシステムとともに起こる直交ヌル（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｎｕｌｌ）の読み取りをイネーブルにする。受信機は、おおよそ２つのチャネル（１つ、３つ、４つ、５つまたは６つ、あるいは所望されるならばそれ以上のチャネルを含む）を有して構成され得ることが当業者に理解される。上記の実施形態は、例示の目的のためだけに２つのチャネルを図示する。
【００２２】
低ノイズ増幅器３２は、増幅された反射された無線周波数信号を受信してその信号を２分割する第２のディバイダ４２の入力に電気的に結合されている。第２のディバイダ４２の出力は、第１のミキサー３６の第２の出力と第２のミキサー４０の第２の出力とに電気的に結合されている。第１のミキサー３６の出力は、第１の最後の周波数ダウン変換回路（ｆｉｎａｌ ｄｏｗｎ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）４７を通って第１の増幅器４４に結合されていて、第２のミキサー４０は、第２の最後の周波数ダウン変換回路４９を通って第２の増幅器４６に結合されている。ダウン変換回路４７、４９はさらに、当該分野の周知の様式においてヘテロダイン変換を達成するように信号を処理する。第１の増幅器４４は、第１の復調器４８に結合されていて、第２の増幅器４６は、第２の復調器５０に結合されている。本実施形態において、復調器は必要に応じて増幅器または移相器であり得ることは理解されるが、復調器４８、５０の両方はＦＭ復調器である。処理された無線周波数信号に含まれるデータは、第１の復調器４８および第２の復調器５０の出力において提供される。
【００２３】
図２は特定のスーパーヘテロダイン受信器の使用を図示するが、当業者であれば、ヘテロダイン受信器が使用され得ることを理解する。
【００２４】
図３は、本発明の１つの実施形態に従って形成されたＲＦＩＤタグ５３のダイアグラムである。本実施形態において、呼び掛け器２３は、ＲＦＩＤタグアンテナ５５によって受信された擬似乱数的に選択された無線周波数信号を送信する。ＲＦＩＤタグアンテナ５５は、アンテナ５５から送信された無線周波数信号を受信し、中に含まれるデータを抽出する受信器５２に結合されている。受信器５２は、無線周波数信号から取り出されるデータを分析するプロセッサ５４に結合されている。
【００２５】
１つの実施形態において、プロセッサ５４はメモリ６０に結合されていて、プロセッサ５４は、送信された無線周波数信号から抽出されたデータに基づいてメモリ６０の中にデータを格納するように制御信号を発生する。他方の実施形態において、プロセッサ５４は、変調器５６に結合されていて、反射された無線周波数信号の変調を変調器５６によって制御するように受信された無線周波数信号から抽出されたデータを用いて制御信号を発生する。変調器５６は、アンテナ５５に結合されていて、故に、変調器５６によって変調されるように、受信された無線周波数信号を反射する。例示的な実施形態において、プロセッサ５４は、メモリにデータを格納し、メモリ６０に格納されたデータ、送信された無線周波数信号から取り出されたデータ、またはそれらの何らかの組み合わせに基づいて変調器５６を制御するように制御信号を発生し得る。当業者であれば、ＲＦＩＤタグ５３がまた、受動的、半受動的、あるいは能動的であり得る電力回路網５８を含む他の回路網を含み得ることを理解する。
【００２６】
本発明の周波数ホッピングシステムは、２０００年６月６日に出願された「Ｍｕｌｔｉ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と名称が付けられた米国特許出願第０９／５８９，０００において開示されているように、出願者によって開発された多重周波数通信システムおよび方法とともに使用することに非常に適しており、これは本明細書中全体に参考として援用する。
（まとめ）
本発明の特定の実施形態が、例示の目的のために本明細書中に記載されてきたが、上述より、様々な変更が本発明の意図および範囲から逸脱することなくなされることが理解される。従って、添付の特許請求の範囲を除いて、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、現行のＲＦＩＤタグシステムのダイアグラムである。
【図２】図２は、本発明の１つの実施形態に従って形成された周波数ホッピングＲＦＩＤ呼び掛け器の概略図である。
【図３】図３は、本発明に従って形成されたＲＦＩＤタグのダイアグラムである。

Claims (24)

1. 受動無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグで用いるための無線周波数識別呼び掛け器であって、
   擬似乱数的に選択された周波数において連続して無線周波数信号を発生するように構成された周波数ホッピングソースと、
   該周波数ホッピングソースおよびアンテナ回路に結合され、アンテナ回路上に該発生された無線周波数信号を送信するように構成されている送信器と、
   該アンテナ回路に結合され、ＲＦＩＤタグから反射された無線周波数信号を該アンテナ回路において受信するように構成されているヘテロダイン受信器と、
   該アンテナ回路および該ヘテロダイン受信器に結合される信号プロセッサであって、該信号プロセッサは、該反射された無線周波数信号を受信し、該送信された該無線周波数信号の周波数に対応する該反射された無線周波数信号内に含まれるデータを取り出すように構成される、信号プロセッサと
   を含む、呼び掛け器。
2. 前記ヘテロダイン受信器はスーパーヘテロダイン受信器を含む、請求項１に記載の呼び掛け器。
3. 前記アンテナ回路は第１のアンテナおよび第２のアンテナを含み、前記送信器は前記第１のアンテナで前記無線周波数信号を送信するように構成され、前記受信器は前記第２のアンテナで前記反射された無線周波数信号を受信するように構成される、請求項１に記載の呼び掛け器。
4. 前記第２のアンテナおよび前記ヘテロダイン受信器に結合される低ノイズ増幅器をさらに含み、該低ノイズ増幅器は、前記受信された反射された無線周波数信号を増幅するように構成される、請求項３に記載の呼び掛け器。
5. 前記周波数ホッピングソースは、規則的な時間間隔で無線周波数信号を連続して発生するように構成される、請求項１に記載の呼び掛け器。
6. 前記送信器は、前記擬似乱数的に選択された無線周波数信号を変調するように構成される、請求項１に記載の呼び掛け器。
7. ＲＦＩＤ呼び掛け器および非能動ＲＦＩＤタグデバイスを有する無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムで用いるための遠隔通信方法であって、
   前記呼び掛け器における周波数ホッピングソースを用いて、擬似乱数的に選択された周波数で無線周波数信号を連続して発生する工程と、
   該無線周波数信号を該ＲＦＩＤ呼び掛け器から送信する工程と、
   該送信された無線周波数信号を該ＲＦＩＤタグデバイスにおいて反射する工程と、
   ヘテロダイン受信技術を用いて、反射された無線周波数信号を該ＲＦＩＤタグデバイスから受信する工程と、
   該送信された無線周波数信号の周波数に対応する該反射された無線周波数信号内に含まれるデータを取り出す工程と
   を包含する、方法。
8. 前記ヘテロダイン受信技術はスーパーヘテロダイン受信技術である、請求項７に記載の方法。
9. 前記ＲＦＩＤ呼び掛け器は、前記発生された無線周波数信号を第１のアンテナから送信し、第２のアンテナにおいて前記反射された無線周波数信号を受信する、請求項７に記載の方法。
10. 低ノイズ増幅器を用いて前記受信された反射された無線周波数信号を増幅する工程をさらに包含する、請求項９に記載の方法。
11. 前期連続して発生された無線周波数信号が、規則的な時間間隔において発生される、請求項７に記載の方法。
12. 前記擬似乱数的に選択された無線周波数信号を変調する工程と、
    前記ＲＦＩＤタグデバイスにおいて、前記変調された送信された無線周波数信号からデータを取り出す工程と、
    前記ＲＦＩＤタグデバイスにおいて取り出されたデータに基づいて、該ＲＦＩＤタグデバイス内にデータを格納する工程と
    をさらに包含する、請求項７に記載の方法。
13. 前記擬似乱数的に選択された送信された無線周波数信号を変調する工程と、
    前記ＲＦＩＤタグデバイスにおいて、前記変調された送信された無線周波数信号からデータを取り出す工程と、
    該ＲＦＩＤタグデバイスにおいて取り出された該データに基づいて、前記反射された無線周波数信号を変調する工程と
    をさらに包含する、請求項７に記載の方法。
14. 遠隔の非能動無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグで通信するためのデバイスであって、
    ＲＦＩＤ呼び掛け器の周波数ホッピングソースを用いて、擬似乱数的に選択された周波数において無線周波数信号を連続して発生する手段と、
    該ＲＦＩＤ呼び掛け器から該無線周波数信号を送信する手段と、
    該ＲＦＩＤから反射された該無線周波数信号を受信するように構成されるヘテロダイン受信器と、
    該反射された無線周波数信号内に含まれるデータを取り出すための手段であって、該取り出す手段は、該送信された無線周波数を受信し、該送信された無線周波数信号の周波数に対応する該反射された無線周波数信号からのデータを処理するように構成される、手段と
    を含む、デバイス。
15. 前記無線周波数信号を送信するためのデバイスは、第１のアンテナを含み、前記ヘテロダイン受信器は、第２のアンテナを含む、請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記受信された反射された無線周波数信号を増幅するための低ノイズ増幅器をさらに含む、請求項１５に記載のデバイス。
17. 送信前に前記擬似乱数的に選択された無線周波数信号を変調するための手段をさらに含む、請求項１４に記載のデバイス。
18. 無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムであって、
    連続波後方散乱を介して無線周波数信号を反射するように構成されるＲＦＩＤデバイスと、
    擬似乱数的に選択された無線周波数信号を長期間にわたって発生および送信し、ヘテロダイン受信技術を用いて、該ＲＦＩＤデバイスから反射された変調された無線周波数信号を受信するように構成されるＲＦＩＤ呼び掛け器と
    を含む、システム。
19. 前記呼び掛け器は、前記擬似乱数的に選択された無線周波数信号を発生するように構成される周波数ホッピングソースを含む、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記ＲＦＩＤデバイスは受動ＲＦＩＤタグデバイスを含む、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記呼び掛け器は、
    無線周波数信号を擬似乱数的に選択された周波数において連続して発生するように構成される周波数ホッピングソースと、
    第１のアンテナに結合され、該発生された無線周波数信号を該第１のアンテナで送信するように構成された送信器と、
    第２のアンテナに結合され、前記ＲＦＩＤデバイスから発生された無線周波数信号を該第２のアンテナにおいて受信するように構成されるヘテロダイン受信器と、
    前記送信された無線周波数信号を受信するように該第１のアンテナに結合され、該反射された無線周波数信号を受信するように該ヘテロダイン受信器に結合される信号プロセッサであって、該プロセッサは、該送信された無線周波数信号に対応する該反射された無線周波数信号からデータを取り出すように構成される、信号プロセッサと
    を含む、請求項１８に記載のシステム。
22. 前記呼び掛け器は、前記擬似乱数的に選択された送信された無線周波数信号を変調するように構成され、前記ＲＦＩＤデバイスは、該送信された信号からデータを取り出すようにさらに構成される、請求項１８に記載のシステム。
23. 前記ＲＦＩＤデバイスは、前記送信された無線周波数信号から取り出されたデータに基づいてデータを格納するようにさらに構成されている、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記ＲＦＩＤデバイスは、前記反射された無線周波数信号を変調するようにさらに構成され、該変調は前記取り出されたデータに基づく、請求項１８に記載のシステム。

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