JP3197966B2

JP3197966B2 - トランスポンダ

Info

Publication number: JP3197966B2
Application number: JP34528992A
Authority: JP
Inventors: 健二中田
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH06166374A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波を用いるトラ
ンスポンダに係り、特にスペクトラム拡散通信を適用し
て高品質の通信ができるようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のトランスポンダは、送信
機（インタロゲ−タ）側からの質問信号を受信機側（ト
ランスポンダ）が受信すると、質問信号の周波数と異な
った周波数の応答信号を発射して、送受信機間で通信が
行われるように構成されている。

【０００３】また、本出願人は、先に、特願平３−２１
２６４７号で、トランスポンダ方式の列車位置検出装置
を提案した。本提案装置は、列車に複数の受信機（以
下、タグという）を所定の間隔を保って設け、送信機が
いずれのタグと交信したかによって列車位置を検出する
ものである。したがって、タグの設置間隔で列車位置を
検出でき、例えば数ｍの精度で列車位置が検出できる特
長を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案装置においては、タグを金属からなる列車に取付ける
ために、車体からの反射波がノイズとなったり、あるい
は、列車検知精度を高めるために、タグの設置間隔を小
さくすると、送信機の通信エリア（反応エリア）内に複
数のタグが存在することがあり、複数のタグとの交信状
態で送信機側で受信された場合、搬送波レベルで干渉が
起こり受信不能となる欠点が生じる。

【０００５】また、送信機は、同一機器内にタグへ向け
て信号を送信する送信部と、タグからの信号を受信する
受信部とが一緒に設けられるために、送信部からの受信
部へのへの信号の漏れ込み、いわゆる遠近問題がどうし
ても避けられない問題として残っている。

【０００６】そこで、本発明は、上記欠点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、スペクトラム
拡散通信（以下、ＳＳ通信という）方式を採用してＳ／
Ｎ比を改善し、列車位置を数ｍの精度で、例えば２〜１
０ｍ精度で検知できる列車位置検知装置にも適用できる
ような、高性能のトランスポンダを提供することにあ
る。特に、本発明では、上記遠近問題を解決するため
に、受信機において受信した質問信号の位相を１８０°
位相変調すること、及び、この位相変調を採用したとき
に生ずる、いわゆる死区間の存在を解決するために、送
信機の受信部において、受信した応答信号を質問信号及
びその質問信号を９０°移相した２つの信号でそれぞれ
復調処理するようにしている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトランスポ
ンダは、上記目的を達成するために、送信機の送信部か
ら所定の周波数を有する質問信号をタグに向けて送出
し、そのタグがその質問信号を受信したときに、所定の
情報を含む応答信号をその送信機の受信部に向けて送出
するトランスポンダにおいて、前記タグは、互いに種類
の異なる第１のＰＮ符号及び第２のＰＮ符号を発生する
ＰＮ符号発生手段と、前記所定の情報を形成する論理値
“１”及び“０”とに対応させて前記第１のＰＮ符号及
び第２のＰＮ符号を選択し、その選択されたＰＮ符号で
その所定の情報をスペクトラム拡散変調処理する変調手
段と、その前記変調手段で変調された信号に基づいて、
受信した前記質問信号の位相を１８０°位相変調して前
記応答信号を生成する応答信号生成手段とを有し、前記
送信機の受信部は、受信した前記応答信号を前記質問信
号及びその質問信号の位相を９０°移相した２つの信号
でそれぞれ復調処理して前記第１のＰＮ符号及び第２の
ＰＮ符号をそれぞれ抽出するＰＮ符号抽出手段と、その
前記抽出手段で抽出された第１のＰＮ符号及び第２のＰ
Ｎ符号と予め用意された第１のＰＮ符号及び第２のＰＮ
符号とで両者の相関値を求め、その得られた相関値に基
づいて前記所定の情報を再生する再生手段とを有してい
る。

【０００８】

【作用】上記構成において、タグは送信機側から質問信
号を受けると、応答すべき情報（以下、デ−タという）
の“１”，“０”を第１，第２のＰＮ符号で変調した信
号で質問信号を１８０°位相変調して、送信機側へ応答
するための応答信号を生成する。その応答信号を受信し
た送信機の受信部では、質問信号を位相が９０°異なる
２つの信号を用いて復調処理して第１，第２のＰＮ符号
を抽出する。抽出されたＰＮ符号は、予め用意されたＰ
Ｎ符号との間で相関値が求められる。そして、その求め
られた相関値からデ−タが再現される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明にに係るトランスポンダを列車位
置検知に適用したときの平面図である。

【００１０】送信機Ａは、列車イが走行するレ−ルＲの
近傍の地上側に設置されているとともに、その列車イの
側面には、所定の間隔、例えば５ｍ間隔毎にタグＢ，Ｂ
…が設けられている。そして、各タグＢ，Ｂ…には、車
両番号，列車先端からの距離位置，タグ番号等がデ−タ
として予め記憶されている。

【００１１】したがって、送信機の設置位置が既知であ
るため、送信機ＡがどのタグＢと交信したかによって、
列車イの先頭位置と後尾位置とを正確かつ高精度に検知
することができる。図２は、送信機ＡとタグＢ（ここで
は１つのタグしか示されないが、各タグは内部に記憶さ
れているデ−タ以外は同じであるので他のタグは省略さ
れている。）の電気的構成を示すブロック図である。

【００１２】以下、図２を交信順に従って説明すると、
送信機Ａの送信部ａは、所定の周波数、例えば2.45ＧＨ
_zのマイクロ波の質問信号（ｆ）を発生する信号発生器
１を有していて、この質問信号（ｆ）は、増幅回路２で
増幅処理された後、タグＢからの応答信号とを分離する
サ−キュレ−タ３を介してタグＢ側に向けて発射され
る。

【００１３】アンテナ４から発射された質問信号は、タ
グＢ側のアンテナ５で受信される。そして、その受信し
た質問信号は、タグＢ内に予め記憶されているデータに
基づいて変調されて生成された応答信号により、変調回
路６で位相を１８０°（π）移相され、再びアンテナ５
から送信機Ａ側のアンテナ４に向けて送出される。

【００１４】上記応答信号は、タグＢ内に設けられた次
の構成要素により生成される。すなわち、タグＢ内に
は、所定のデ−タの格納されているＲＯＭを有するデー
タ発生回路７を有していて、このデータ発生回路７の出
力は一対のアンド回路８ａ，８ｂに入力されるように構
成されている。この入力のうちの一方は（図示の側では
アンド回路８ｂへの入力）、反転回路９を介して入力さ
れるように構成されている。

【００１５】したがって、データ発生回路７から出力さ
れるデ−タのうち、論理値“１”に対応する出力があっ
たときは、アンド回路８ａに出力され、他方、論理値
“０”に対応する出力があったときは、他方のアンド回
路８ｂに出力される。

【００１６】両アンド回路８ａ，８ｂのそれぞれの他方
の入力端には、第１，第２ＰＮ符号発生器１０ａ，１０
ｂの出力がそれぞれ入力されるように構成されている。
これらＰＮ符号発生器１０ａ，１０ｂは、互いに種類の
異なる第１，第２ＰＮ符号（ＰＮ₁，ＰＮ₂）をクロッ
クパルス発生器１１からのクロックパルスで同期がとら
れて出力するように構成されている。

【００１７】両アンド回路８ａ，８ｂの出力端は、オア
回路１２に入力されて、上記変調回路６に出力されるよ
うに構成されている。

【００１８】図３の〜は、上述のタグＢの各点（図
２の〜の箇所）の波形の例を示している。

【００１９】すなわち、図３のは、図２のの箇所に
おける出力波形で「１，０，０，１…」のデ−タを出力
している状態を示しており、また、図３のは、図２の
の箇所の出力波形、つまりデ−タをＰＮ符号（Ｐ
Ｎ₁、又はＰＮ₂）で変調した状態を示している。そし
て、図３のは、図２のの箇所の出力波形で、つまり
受信した質問信号を図３のに示される波形で、位相を
１８０°（π）移相して生成された応答信号を示してい
る。なお、図３のは、同の一部のみを拡大した図と
なっている。受信機Ｂにおいて受信した質問信号の位相
を１８０°位相変調する理由は以下のとおりである。す
なわち、上述のように、送信機Ａの質問信号を受信機Ｂ
で反射させて再び送信機Ａの受信部ａ2 で信号解読する
方式では、送信機Ａからの直接漏れ信号が大きな問題に
なる。すなわち、同一周波数で非常に大きな受信妨害信
号となる。これを解決する方法として、一般に受信機Ｂ
の反射波をデータで位相変調して送り返す方法が取られ
る。位相変調の大きさは０〜１８０°まで考えられる
が、データの「０」，「１」に対応して０°，１８０°
の値をとるのが一番簡単で、しかも変化量が大きいので
ベターである。送信機Ａの受信部ａ2 では、直接の漏れ
信号と、受信反射信号の合成信号が入力されてくる。こ
こで送信信号の一部を受信部ａ2 に導いて位相検波され
る。すなわち、位相差に応じて復調出力が抽出される。
このとき、送信漏れ信号は、伝送距離がほとんど無く、
直ぐに入力されるため、送信信号との位相差が０とな
り、位相検波の出力は直流分と２倍の周波数成分のみと
なる。一方、受信反射波は、データで変調されて、しか
も、送受信機Ａ，Ｂ間の距離により波長で割り算した値
で位相がずれて入力される。これを位相検波すると、デ
ータに対応した交流の出力（データが「０」，「１」で
変化しているから）が得られる。ここで出力信号を帯域
通過フィルタ（直流分カットと搬送波の２倍成分のカッ
ト）に通してやると、受信機Ｂからの信号のみが取り出
せる。これを符号解読すると情報が得られる。他の変調
方式、例えば振幅変調をして反射波を返す方式等では、
漏れ信号の大きな出力に非常に小さな変調信号が加算さ
れた状態で、送信機のレベル変動、雑音によるレベル変
動が直接復調出力に影響するので、上述の位相変調に比
べ性能が非常に劣ることになる。

【００２０】アンテナ４で受信された応答信号は、サ−
キュレ−タ３を介して送信器Ａの受信部ａ₂に設けられ
た一対の第１，第２復調回路１３ａ，１３ｂに入力され
る。これら復調回路１３ａ，１３ｂのうち、一方（ここ
では第１復調回路）の復調回路１３ａには上記質問信号
（ｆ）がそのまま入力され、他方（ここでは第２復調回
路）の復調回路１３ｂには元の質問信号（ｆ）よりも位
相が９０°（π／２）進んだ、又は遅れた質問信号
（ｆ）が入力されるように移相器１４を介して入力され
ている。

【００２１】両復調回路１３ａ，１３ｂで質問信号
（ｆ）で復調処理されると、少なくともいずれか一方の
復調回路１３ａ（１３ｂ）から上記ＰＮ符号（ＰＮ₁，
ＰＮ₂）を含む信号が出力される。この出力信号は、バ
ンドパスフィルタ１５ａ，１５ｂを介してそれぞれ第
１，第２相関器１６ａ，１６ｂに入力される。なお、復
調回路１３ａ，１３ｂで９０°移相の異なる質問信号で
復調させる理由は以下のとおりである。すなわち、受信
信号の位相が送受信機Ａ，Ｂ間の距離の２倍（これを送
受信機間の実質伝送距離と呼ぶと）の電波伝搬遅延時間
でずれてくることになる。このズレの値が「０」又は
「１」の位相と同一になると、送信信号の一部で復調し
たとき、出力が０となってしまう。位相検波において０
〜１８０°の信号の位相検波は、共に０出力（直流分し
か出ない）で、これが、いわゆる死区間の存在である。
この死区間は実質伝送距離が波長の倍数繰り返した点で
存在することになる。これを解決するために、送信機Ａ
の受信部ａ2 において受信した応答信号を質問信号及び
その質問信号の位相を９０°移相した２つの信号でそれ
ぞれ復調処理している。このような操作をすることによ
り、上述の死区間を無くすことができる。すなわち、９
０°送信信号の漏れ信号は、いずれの検波でも直流分と
搬送波の２倍の成分となる。これらは、帯域フィルター
１５ａ，１５ｂにより除去される。次に、受信機Ｂから
の反射信号であるが、この反射信号は、０°と１８０°
で位相変調されており実質伝送距離により中心の位相が
バイアス値として存在する。受信部ａ2 で９０°の位相
差を持った２つの回路（１３ａ，１３ｂ）で復調する
と、どちらかの出力で信号が出てくることになる。４５
°位相がずれた入力で入ると両方の検波回路から同一の
大きさで出力が得られる。これら出力の整理は、後述す
る図２の２０データ再生器で行われる。すなわち、第１
相関器１６ａの出力と第２相関器１６ｂの出力をそれぞ
れ２乗して加算し、平方根を取ると理想的な出力とな
る。

【００２２】第１，第２相関器１６ａ，１６ｂには、上
記第１ＰＮ符号（ＰＮ₁），第２ＰＮ符号（ＰＮ₂）と
同じＰＮ符号が、第３ＰＮ符号発生器１７ａ、第４ＰＮ
符号発生器１７ｂからそれぞれ入力されるように構成さ
れている。

【００２３】したがって、第１相関器１６ａからは、第
１ＰＮ符号ＰＮ₁と相関がとれたときに所定の相関値が
得られ、また、第２の相関器１６ｂからは第２ＰＮ符号
ＰＮ₂と相関が得られたときに所定の相関値が得られ
る。この状態は図３の，のピ−ク値によって示され
ている。

【００２４】なお、図３の，デ−タ「１，０，１，
０，１…」は、同図ののデ−タ「１，０，０，１…」
とは関係していない。また、この，において、鎖線
で示されているピ−ク値（相関値）は、他のタグから受
信された信号に基づくものであるが、これは次のゲ−テ
ィング回路によって除去される。

【００２５】複数のタグが存在するときは、通常は混信
して分離受信ができなくなる。本実施例装置では、各タ
グは、それぞれ非同期であり、発生ＰＮ符号の位相が異
なる確率が高いため、これを利用して分離受信すること
ができる。このため、一対のゲ−ティング回路１７ａ，
１７ｂは、両相関器１６ａ，１６ｂの出力側にそれぞれ
接続されていて、所定時間毎の相関値（ピ−ク値）のみ
を抽出できるように構成されている。この所定時間毎と
は、タグＢのデ−タ送出タイミングに合致することであ
り、この送出タイミングは既知であるので、両ゲ−ティ
ング回路１７ａ，１７ｂの動作は、この送出タイミング
に合致するように決められれている。例えば、１６ａの
相関出力パルスの中から、ＰＮ1 の周期時間の倍数に相
当するパルスの組をそれぞれ見つけ出すことである。こ
の組が、タグＢ，別のタグＢからの応答信号に対応する
ことになる。

【００２６】図３のは、，の信号のうち、実線で
示された一つのタグＢからの応答信号の組を見つけ出す
ゲート信号である。また、は同じく鎖線で示された別
のタグＢからの応答信号の組を見つけ出すゲート信号で
ある。実際の回路動作としては、，の両者の混在し
た信号パルス列の中から、論理判断で，のゲート信
号を作り出す。

【００２７】デ−タ再生器２０は、マイクロコンピュ−
タを中心に構成されていて、入力した両ゲ−テイング回
路１７ａ，１７ｂからの値を基に、タグＢ，別のタグＢ
ごとに分離してデ−タを再現し、そのデ−タから車両番
号，位置データ等を解析し、また、２つのタグからの受
信がある場合は、中間位置にいる等の論理判断をして列
車イの先頭部位置と後尾部位置を算出し、図示しない後
続の列車や管理センタへ送出するように構成されてい
る。また、送信機から、受信部への漏れ信号は、サーキ
ュレータ３の漏れとして入ってくる。これは、通信にお
ける遠近問題の一種になるが、この装置の場合は、送信
信号は線スペクトル信号であり、タグからの応答信号が
ＳＳ信号であるため、容易にＳ／Ｎ良くリジェクトする
ことができる。

【００２８】以上のように、本実施例に係るトランスポ
ンダを用いて列車位置検知を行うときは、送信機とタグ
との交信をＳＳ通信を採用しているので、遠近問題を回
避でき、またノイズを効果的に除去して高品質の通信状
態を維持でき、正確な列車位置検知とすることができ
る。

【００２９】また、受信機（タグ）側にはＳＳ通信を採
用したときのＰＮ符号の複雑な同期回路を必要としない
ので、簡単な構造となり低コストに実施することが可能
となる。

【００３０】

【発明の効果】本実施例に係るトランスポンダは、送信
機とタグとの交信にＳＳ通信を採用しているので、遠近
問題を回避できるとともに、ノイズを効果的に除去して
高品質の通信状態を維持することができる。また、複数
のタグからの応答信号を分離して受信することができ
る。さらに、タグにはＳＳ通信を採用したときのＰＮ符
号の複雑な同期回路を必要としないので、簡単な構造と
なり低コストに実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトランスポンダを列車検知に適用
したときの平面図である。

【図２】送信機及びタグの電気的構成を示すブロック図
である。

【図３】図２の〜の箇所における波形図である。

【符号の説明】

Ａ送信機Ｂ受信機（タグ）ａ1 送信部ａ2 受信部１信号発生器６変調回路７データ発生回路８ａ，８ｂアンド回路９反転回路１０ａ，１０ｂ第１，第２ＰＮ符号発生器１２オア回路１３ａ，１３ｂ第１，第２復調回路１４移相器１６ａ，１６ｂ第１，第２相関器１７ａ，１７ｂゲ−ティング回路２０デ−タ再生器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信機の送信部から所定の周波数を有す
る質問信号を受信機に向けて送出し、その受信機がその
質問信号を受信したときに、所定の情報を含む応答信号
をその送信機の受信部に向けて送出するトランスポンダ
において、前記受信機は、互いに種類の異なる第１のＰＮ符号及び第２のＰＮ符号
を発生するＰＮ符号発生手段と、前記所定の情報を形成する論理値“１”及び“０”とに
対応させて前記第１のＰＮ符号及び第２のＰＮ符号を選
択し、その選択されたＰＮ符号でその所定の情報をスペ
クトラム拡散変調処理する変調手段と、前記変調手段で変調された信号に基づいて、受信した前
記質問信号の位相を１８０°位相変調して前記応答信号
を生成する応答信号生成手段と、前記送信機の受信部は、受信した前記応答信号を前記質問信号及びその質問信号
の位相を９０°移相した２つの信号でそれぞれ復調処理
して前記第１のＰＮ符号及び第２のＰＮ符号をそれぞれ
抽出するＰＮ符号抽出手段と、前記抽出手段で抽出された第１のＰＮ符号及び第２のＰ
Ｎ符号と予め用意された第１のＰＮ符号及び第２のＰＮ
符号とで両者の相関値を求め、その得られた相関値に基
づいて前記所定の情報を再生する再生手段と、を有することを特徴とするトランスポンダ。