JP5608933B2 - 同期方法およびそのための装置 - Google Patents

Description

本発明は、送受信機を入来信号に同期させるための方法および装置に関する。具体的には、本発明は、第１の送受信機と第２の送受信機との間のパルス超広帯域（ＵＷＢ）無線周波数（ＲＦ）通信などのパルス無線通信を同期させるための方法および装置に関するが、これに限られるものではない。

無線自動識別（ＲＦＩＤ）の分野が徐々に進歩するにつれ、１０Ｍビット／秒以上の規模の高速のデータ転送速度を有するＲＦＩＤシステムに対する要求が増加している。高ビットレートのＲＦＩＤシステムに対する要求は、継続的に不揮発性メモリの電力消費が低くなってきておりかつ価格が安くなってきていることに基づいている。価格および電力消費を低下させることに関して新たな見解をもたらす、より新規のメモリ技術が次第に開発されてきている。メモリ技術の発展により、リーダまたは別の装置によって遠隔的に駆動されるパッシブＲＦＩＤタグにおいて、メガ〜ギガバイト規模のサイズの大容量メモリを使用することが可能となる。しかしながら、現在のＲＦＩＤのエア・インターフェースは、一般に数百キロビット／秒程度までのデータ転送速度を支援し、かつ主に連続波信号の後方散乱および変調に基づく。しかしながらそのような方法には、性能に関していくつか技術的に限界があり、特に、ＲＦＩＤリーダの機能が、物理的に寸法の小さい装置に組み込まれるときに、これらの限界があることを強く感じる。

インパルス無線ベースのＵＷＢは、広帯域幅が利用可能であるため高速データ転送速度通信アプリケーションに対して興味深い解決法を提供する。連続搬送周波数を変調するというよりは、パルスＵＷＢ通信は短パルス信号の伝送に基づいている。図１に示すように、変調は、パルス信号の有無（ＯＯＫ変調）、パルス信号位置（ＰＰＭ）またはパルス極性（Ｂ−ＰＳＫ）に基づいて行うことができる。短パルス信号の持続期間のために、周波数スペクトルの幅は広い。シャノン（Ｓｈａｎｎｏｎ）理論によれば、これにより、伝統的な狭帯域の解決法で達成できるものよりも高速のデータ転送速度を達成することが可能となる。

ＵＷＢは、利用可能な帯域幅が広いので、１パルスの持続期間がデータのシンボル持続期間よりも遙かに短い、非常に短いパルスを伝送し得る。これは、システムの低デューティサイクルをもたらす。例として、目標とするデータ転送速度が１０Ｍビット／秒である場合、最大シンボル間隔は１００ｎｓ／シンボルである。しかしながら、ＵＷＢパルス持続期間は、例えば１〜１０ｎｓと、それよりも遙かに短い場合がある。１０ｎｓのパルス持続期間を用いても、デューティサイクルは１０％にすぎない。より短いパルスの場合には、当然ながらデューティサイクルはさらに低くなる。エア・インターフェースにおける低デューティサイクルは、好都合にも、送受信機の電力消費に直接利用することができる。デューティサイクルに依存して、例えば時間の１０％、送受信機をアクティブにのみ保つことを必要とし得る。これを可能とするためには、送信装置と受信装置との間の周波数および位相同期が良好である必要がある。実際には、通常、受信機のタイミングを伝送に適合させることは、その逆を行うことよりも簡単であり、それゆえ、作業の大部分は一般に、受信側において、伝送されたパルス信号の受信機による受信を同期させることにある。通信を開始する装置、例えばＲＦＩＤリーダは、一般に連続ＲＦ波を伝送して、他方の側、例えばＲＦＩＤタグをパワーアップし、かつ両側に対して共通のクロック基準としての機能を果たして、両側が同じ周波数で確実に動作できるようにする。インパルスＵＷＢによるデータ通信が可能となる前に、協働する装置間の位相同期を達成する必要がある。

ＵＷＢ通信における周波数および位相同期は、多くの課題を示す。特に、伝送は連続的ではなくパルス的に行われるため、通信装置の送受信機が連続的にアクティブではない場合、すなわち受信機の検出が不連続である場合、受信装置のアクティブな受信期間のタイミングを何らかの方法で、送信装置から伝送された入来信号と同期させる必要がある。そうでなければ、受信装置は、送信装置によって伝送された入来信号を受信しそこなう可能性が高い。それゆえ、受信装置のアクティブな受信期間を、送信機からの信号の伝送に同期させる必要がある。

大容量メモリタグの遠隔的な駆動および最大通信距離を実現可能とするには、ＲＦＩＤタグの電力が極めて最適にされかつ可能な限り低く保たれていることを必要とする。結果として、ＰＬＬ（位相ロックループ）やＤＬＬ（遅延ロックループ）のような、電力を多く必要とする（ｐｏｗｅｒ ｈｕｎｇｒｙ）高周波数合成およびデジタルトラッキングシステムを、十分な周波数および位相同期のためにタグに実装すべきではない。なぜなら、そうでなければ、電力消費量が、遠隔的な駆動を実行不可能にするレベルまで容易に高くなり得るためである。

ＵＷＢインパルス無線の同期を妨害する別の要素は、ＵＷＢ透過スペクトルに対する規制である。ＵＷＢシステムでは、伝送信号に存在するパルスの繰り返しがもたらすスペクトル線を取り除くために、長い拡散シーケンス（時間ホッピング符号（ｔｉｍｅ−ｈｏｐｐｉｎｇ ｃｏｄｅ））が必要とされる。図２に、一例として、オンオフキーイング変調を使用する、時間区間における時間ホッピングの原理を示す。このオンオフキーイング変調は、ＵＷＢインパルス無線でよく使用される。符号シーケンスをまた、複数のユーザアクセスに効果的に使用することもできる。

時間ホッピングの利点は透過スペクトルの観点から明らかであるため、時間ホッピングをＵＷＢインパルス無線通信において使用することは興味深い。しかしながら、その使用は、より時間のかかる同期手順となる。なぜなら、信頼性のある通信リンクを築く前に、時間ホッピングスキームの位相についてシステムの送信機および受信機の双方が知っている必要があるためである。実際は、一定のパルス繰り返しにおいて、必要な反復ラウンド（ｒｏｕｎｄ）の最大数は、そのまま、１つのシンボル内で取り得るパルス位置の数であり、その数は図２の例では４である。しかしながら、時間ホッピングスキームを使用する場合、必要な反復ラウンドの最大数は、時間ホッピングスキームに使用されたシンボルの数に、シンボル毎の時間ホッピング位置の数を乗じた数にまで増大する。容易に理解できるように、時間ホッピングを使用することにより、位相同期手順は時間がかかるものとなるが、平滑な透過スペクトルを達成するためには必要である。

要するに、低出力のＵＷＢインパルス無線システムにおける位相同期を難しいものにする主な要因のいくつかは：
・平均電力消費を妥当な水準に保つために必要な低デューティサイクル；および
・透過スペクトルを平滑に保つために必要なＵＷＢパルスの時間ホッピング
である。

２つ以上のＵＷＢ装置間の位相同期を見つけるための従来技術の方法は、参照シーケンスのタイミングをずらしかつ微調整することによって、入来パルスシーケンスと公知の参照符号シーケンスとの間の相関関係を求めることを伴う。受信信号と参照符号との間の位相が正しいとすぐに、相関ピークが出現する。この方法は、直列検索と呼ばれている。並列検索は代替的な方法であり、同期プロセスを迅速化する。それにもかかわらず、並列検索は、各ブランチが重複しているため複雑な回路受信機を必要とする。

図３にそのような方法の図の例を示す。この例では、リーダは、時間ホッピング同期シーケンスを周期的に伝送する。相手方の装置、この場合はタグが、同期シーケンスを受け取り（ｌｉｓｔｅｎ）、かつ入力データを参照シーケンスに相関させる。各相関関係ラウンド後、入来シーケンスが最終的に参照シーケンスと合致するように、ポーズを入れてもよい。相関関係が十分高くなるとすぐに、タグ自体が、予め定められたタイムスロット中にリーダに情報を送信するための準備をし得る。しかしながら、平滑な透過スペクトルを達成するために時間ホッピングシーケンスは比較的長い必要があるため、特に、上述のように電力消費の最適化のためにシステムの両側において受信機のデューティサイクルが低い場合には、シーケンス間の正しい位相を見つけるのに時間がかかる。

従来技術の直列検索同期方法の別の弱点は、エミッタにおいてではなく受信機側において複雑さがあることである。このために、従来技術の方法を使用するには、パッシブメモリタグの場合に、タグが入来符号シーケンスと公知の参照シーケンスとの間の相関を行うことが可能であることが必要となる。他の代替的な方法は、当然ながら、タグが同期シーケンスのエミッタであり、それにより、タグの複雑さの低減を図れる。通信フィールドに入り込むと、タグは、調整器の時間基準で同期パルスを送信し、かつリーダはそれ自体をタグの同期パルスに同期する必要がある。この挙動は、「タグトークファースト（ｔａｇ ｔａｌｋ ｆｉｒｓｔ）」原理として周知である。しかしながら、そのような構造の欠点は衝突の管理であり、それは、このフィールドにあるまたは入る各タグがチャネルの飽和に寄与し得るためである。

拡散スペクトルシーケンスによる伝統的な直列検索方法に対するいくつかの改良方法が、上述の問題のいくつかに対処する試みにおいて、米国特許出願公開第２００６／００９３０７７号明細書に提案されている。この文献には、入力信号とテンプレートパルス列との間の相互相関に基づく同期方法が説明されている。しかしながら、システムは上述の問題の全てに対処しているわけではない。

直列検索同期手法の実施形態は、超再生アーキテクチャに基づく。このアーキテクチャは戦時中、レーダ識別用のパルス応答機に広く使用された。そのようなシステムでは、質問機が質問パルスを、識別されるべきトランスポンダに送信する。超再生の基本的な理論は、この間に確立された。最近では、超再生受信機の適用は、コスト削減および低電力消費が必要とされる狭帯域システムまで拡張されている。この技術は、ごく最近では、超再生アーキテクチャの最適化に関して新規な手法を含む超広帯域パルス通信まで拡張された。この技術では、送受信機間の双方向通信の同期に正確なタイミングが必要となる。それゆえ、超再生受信機に基づくＵＷＢ通信において同期問題に対処する電力効率方法が求められている。

超再生技術を使用することによって直面し得る問題は、例えば別の送受信機からの入来信号に応答してまたは雑音や他の干渉に起因して、協働する送受信機からの伝送パルスの入来がないときにも、送受信機における超再生機によって信号が発生することである。問題は、協働する送受信機からの意図的な入来パルスと、他の影響に起因する入来信号との区別が困難であることにある。
欧州特許出願ＥＰ第１ ５０３ ５１３Ａ１号明細書には、超広帯域パルスシーケンスの開始を認識する方法が開示されている。

本発明は、上述の問題を克服するまたは少なくとも改善するという一般的な目的によって、パルス無線通信における、具体的にはＵＷＢ通信における同期方法およびそのための装置を提供することを目指す。

大まかに言えば、本発明は、第１の送受信機において、伝送パルスに応答して第２の送受信機によって伝送された反射パルスを検出することによって、第２の送受信機のアクティブ受信および検出タイムスロットと、第１の送受信機の伝送パルスとを同期させる方法を提供する。反射パルス情報を使用して、２つの装置の最適な位相同期を見つける。本発明の文脈では、用語「反射信号」は、第１の送受信機から伝送されて第２の送受信機において受信された入来伝送信号に応答して、第２の送受信機によって伝送される信号を指すことを理解されたい。反射信号は、受信された入来信号と時間的に離れていてもいなくてもよいことを理解されたい。

本発明の第１の態様では、方法（特に、パルス無線通信のための、第１の送受信機と第２の送受信機との間の同期方法）を提供し、その方法は：第１の送受信機から第２の送受信機へ伝送パルス信号を伝送すること；第２の送受信機において第２の送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に伝送パルスが受信される場合、伝送パルス信号に応答して第２の送受信機から第１の送受信機へ反射信号を伝送すること；および反射信号を検出して、第１の送受信機と第２の送受信機との同期を判定することを含む。

本発明の第２の態様は、方法（特に、送受信機を、協働する送受信機と同期させる方法）を提供し、その方法は：協働する送受信機から伝送パルス信号を受信すること；伝送パルス信号に応答して反射信号を発生し、かつ伝送パルス信号が、送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信される場合、反射信号を前記協働する送受信機に伝送して、受信した伝送パルス信号との同期を判定できるようにすることを含む。

本発明の第３の態様は、方法（特に、送受信機を、協働する送受信機と同期させる方法）を提供し、その方法は、伝送パルス信号を伝送すること；伝送パルス信号が、協働する送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信された場合、伝送パルス信号に応答して前記協働する送受信機によって伝送された反射信号を受信すること；および反射信号を検出して、協働する送受信機との同期を判定することを含む。

これらの態様のいずれか１つによる方法は、送受信機の電力消費が低デューティサイクルを用いて最適にされる低電力システムにおいてとりわけ有用であり、信号の伝送は、ＵＷＢ規制に従って動作するインパルス無線の場合のように、擬似ランダム化時間ホッピングシーケンスを使用してまたは使用せずにパルス化される。そのような方法により、電力消費を最小限に保つことが可能になり、それにより、電力効率のよい同期方法を提供できる。

さらに、従来技術方法と比べると、本発明の態様のいずれか１つによる方法は、直ちに確認応答を提供して、ＵＷＢインパルス無線通信における同期を確認する。確認応答情報に基づいて、ＵＷＢ通信に伝統的に使用された方法と比べて同期処理を加速できる。なぜなら、本発明の一部の実施形態では、同期シーケンスの長さを単一の伝送パルスとし得るためである。

さらに、反射信号は、反射を開始する伝送パルスが受信側によって検出されたことを示すことができ、それにより、受信側の代わりに伝送側において同期アルゴリズムを実施することが可能となる。それゆえ、ＲＦＩＤリーダの場合、例えば、第１の送受信機をリーダとし、第２の送受信機を対応するタグとすることができる場合、同期アルゴリズムをタグにおいて実施する必要はなく、それにより、タグは電力消費が低くなり、かつより単純な回路アーキテクチャを有するようにできる。

高速データ転送速度のＲＦＩＤシステムにおいて本発明の実施形態による同期手順を用いることは、多くの利点を有し得る。同期アルゴリズムは、タグの観点からより単純であり、それにより、タグにおける電力消費を削減することが可能となる。大容量メモリでは、ＲＦＩＤの実装、例えば、アルゴリズムの複雑さは、主に、一般にタグよりも、システムに関する電力消費条件が厳しくないリーダにある。さらに、同期方法は、２つの送受信機間の双方向通信を支援するものであり、それゆえＲＦＩＤシステムを、例えば、リーダおよびタグに、類似のＲＦ送受信機構造を使用することにより、実装することができる。そのような同期方法はまた、多重アクセスに匹敵する。

反射信号を発振器によって第２のまたは協働する送受信機において発生してもよい。本発明の実施形態によれば、反射信号は超再生発振器によって発生する。

このように、従来技術方法とは異なり、超再生発振を好都合に利用して、検出可能な反射信号を提供できる。これに関連する利点は、回路アーキテクチャにおいて別個の増幅器を必要とすることなく信号が増幅され、電力消費を削減し、かつ回路アーキテクチャ全体を単純にすることである。

例えば、短通信距離では、いずれの余分なＬＮＡおよび／またはＰＡも受信または伝送パルスの増幅に使用する必要がなく、それにより、狭帯域応用において重要である全ての反射信号を、低雑音増幅器（ＬＮＡ）ステージを使用して排除する従来技術方法とは異なり、送受信機のアンテナと超再生発振器との間に単純な回路構造を有することを可能にする。

それゆえ、本発明の実施形態は、超再生受信機に基づいたＵＷＢ通信において同期問題に対処する電力効率方法を提供する。

超再生発振器はクエンチ信号を受信して、超再生発振器の自励発振を開始する（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）ことを可能にできる。それゆえ、第２の送受信機のアクティブな受信期間を、クエンチ信号波形によって制御する。例えば、パルス幅、期間、振幅、勾配などのパラメータを使用してパルス検出処理を制御する。これにより、システムの条件に従って、第２のまたは協働する送受信機の受信期間を調整することが可能となる。

例えば、第２のまたは協働する送受信機のアクティブな受信期間を、伝送パルス信号のピーク包絡線と、超再生発振器の減衰率が負になるときとの一致によって定義できる。これにより、クエンチ信号と入来伝送パルスとの間の最適な同期を可能にする。

クエンチ信号の持続時間を変更して、伝送パルス信号と反射信号との間の時間遅延を調整できる。これにより、リーダにおける反射信号の検出を最適にすることが可能となる。

クエンチ信号の振幅および期間の少なくとも一方を調整して、反射信号の振幅を変化させることができる。これは、特定の応用のニーズに対して調整できる柔軟なシステムをもたらす。

超再生による解決法の代わりに、反射信号をパルス発生モジュールによって発生し得る。

本発明の一部の実施形態では、第２のまたは協働する送受信機は、送信機によって伝送されたパルスがたどる信号経路と同じ信号経路に反射信号を伝送し得る。その信号経路は双方向である。

必要な場合には、反射信号を増幅できる。

反射信号の振幅を検出してもよい。第１の送受信機をこの測定に使用して、第１の送受信機と第２の送受信機との間の同期を検出してもよい。

反射信号を検出するために、検出信号を、反射パルス信号に応答して、第１の送受信機における発振器によって発生させ得る。検出信号を、反射信号に応答して、第１の送受信機における超再生発振器によって発生させ得る。

検出信号のピーク値を測定して、第１の送受信機の伝送信号のタイミングを調整して、同期を調整するようにし、かつ第２の送受信機のクエンチ信号に対する最適な整列を見つけるようにするようにできる。

検出信号を、第１の送受信機から第２の送受信機へ伝送し得る。これを使用して、第２の送受信機に、例えば、データがタグからリーダへ伝送されるときに、確認応答を提供し得る。

第１の送受信機は、伝送パルスを有するシーケンスからテストパルス信号を伝送してもよく、その場合、テストパルス信号に応答したテスト反射信号を検出することは第１の送受信機と第２の送受信機との間に干渉があることを示す。そのようなステップにより、伝搬環境および干渉反射パルスを生じ得る反射性構造の存在を測定することが可能になる。

本方法はさらに、予め定められたシーケンスに従って伝送パルス信号のシーケンスを第１の送受信機から第２の送受信機へ伝送すること；伝送パルス信号が第２の送受信機内のアクティブ受信期間内に受信される場合、伝送パルス信号の少なくとも１つに応じて反射パルス信号を第２の送受信機から第１の送受信機へ伝送すること；および少なくとも１つの反射信号を検出して、第１の送受信機と第２の送受信機との間の連続的な同期を判定することを含み得る。このステップによって、第１の送受信機と第２の送受信機との間の同期の検証が可能になる。例えば、第１の検出反射信号が、第２の送受信機からの代わりに干渉による場合、残りのシーケンスに対する反射パルスは、発生しそうになく、かつ同期のプロセスを再び開始することができる。このステップを用いて、相関関係が十分良好であるかどうかまたは送受信機間の同期が失われたかどうかを確認することもできる。

第１の送受信機と第２の送受信機との間の同期が一旦確立されると、第２の送受信機を起動停止し得る。これにより、第２の送受信機から干渉されずに、第１の送受信機と他の送受信機との同期を確立することが可能になる。

データは、伝送パルスまたは反射パルスに含まれ得る。

送受信機間の伝送パルスおよび／または反射信号の飛行時間を測定して、第２の送受信機と第１の送受信機との間の距離を推定し得る。

本発明の第４の態様によれば、第１の送受信機と第２の送受信機との間のデータ通信の方法が提供され、その方法は、上述の方法に従って第１の送受信機と第２の送受信機との間の位相を同期させること；および第１の送受信機と第２の送受信機との間でデータを伝送することを含む。本方法はさらに、第１の送受信機と第２の送受信機との周波数を同期させることを含み得る。

本発明の第５の態様は、第１の送受信機と第２の送受信機との間のパルス無線通信を同期させる同期システムを提供し、その装置は：パルス信号を第１の送受信機から第２の送受信機へ伝送するように動作可能な第１の送受信機；パルス信号を受信し、パルス信号に応答して反射信号を発生し、かつ、伝送パルスを第２の送受信機において第２の送受信機のアクティブな受信期間内に受信する場合、反射信号を第１の送受信機に伝送するように動作可能な第２の送受信機を含み、第１の送受信機は、反射信号を検出して、第１の送受信機と第２の送受信機との間の位相同期を判定するように動作可能である。

第２の送受信機は、第１の送受信機から受信したパルス信号に応答して反射信号を発生するように動作可能な発振器を含み得る。発振器を超再生発振器とし得る。さらに、超再生発振器を、クエンチ信号を受信して、超再生発振器を起動するように動作可能とし得る。

超再生発振器を第２の送受信機のアンテナに直接結合し得る。それゆえ、発生した発振パルスの反射を用いて、第２の送受信機から第１の送受信機へ反射信号を伝送することができる。

第１の送受信機は発振器を含んで、反射信号に応答して検出信号を発生し得る。

第１の送受信機は、検出信号のピーク値を測定するための測定手段を含み得る。第２の送受信機は、反射パルス信号の振幅が、予め定められた閾値を超えたかどうかを判定するための振幅検出器を含み得る。

第１の送受信機を、伝送パルス信号を有するシーケンスからテスト信号を伝送するように動作可能としうる。

システムはさらに、第１の送受信機と第２の送受信機との間の伝送パルスおよび／または反射信号の飛行時間を測定するための距離測定手段を含んで、第１の送受信機と第２の送受信機との間の距離を判断し得る。

あるいは、第２の送受信機は、反射パルス信号を発生するためのパルス発生モジュールを含み得る。システムはさらに、伝送パルス信号を検出するためのパルス復調器を含み得る。

第１の送受信機をＲＦＩＤリーダとし、かつ第２の送受信機をＲＦＩＤタグとするか、またはその逆にする。

本発明の第６の態様によれば、装置（特に、パルス無線通信のための送受信機）が提供され、その装置は：パルス信号を受信するための受信機；受信パルス信号が送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信される場合、パルス信号に応答して反射信号を発生するための信号発生器；受信パルス信号との同期を判定できるようにするために、反射信号を、協働する送受信機へ伝送するための送信機を含む。

信号発生器を装置のアンテナに直接結合して、反射信号をアンテナから放射できるようにし得る。信号発生器を超再生発振器とし得る。

本発明の第７の態様によれば、装置（特に、パルス無線通信のための送受信機）が提供され、その装置は、パルス信号を、協働する送受信機へ伝送するように動作可能な送信機；伝送パルス信号が、協働する送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信された場合、パルス信号に応答して、協働する送受信機から伝送された反射信号を受信するように動作可能な受信機；および反射信号を検出して、協働する送受信機との同期を判定するように動作可能な検出器を含む。

本発明の第８の態様は、プログラムプロダクトが、プロセッサベースの装置、端末装置、ネットワーク装置、携帯端末、家庭用電子機器、または無線通信を可能にする端末で、実行されるときに、上述の方法を実施するために機械可読媒体に記憶されたプログラムコードを含むコンピュータプログラムプロダクトを提供する。

本発明の第９の態様は、上述の方法を実行するように構成されたチップセットを提供する。チップセットは１つ以上のチップを含み得る。

本発明の第１０の態様は、パルス信号を受信するための受信手段；受信パルス信号が受信手段のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信される場合、受信パルス信号に応答して反射信号を発生するための信号発生手段；および反射信号を、協働する送受信機に伝送して、受信パルス信号との同期を判定できるようにする伝送手段を含む装置を提供する。

本発明の第１１の態様は、パルス信号を伝送するための伝送手段；伝送パルス信号が協働する送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信された場合、パルス信号に応答して、協働する送受信機によって伝送された反射信号を受信するための受信手段；および協働する送受信機との同期を判定するために反射信号を検出する検出手段を含む装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、第１の送受信機は、２つの伝送パルス信号を連続的に伝送し、ここで、第２の送受信機による２つの連続的な伝送パルス信号の検出は、第１の送受信機と第２の送受信機との同期を判定し得る。

そのような方法は、対応するリーダからの伝送信号の代わりにアンテナの入力側において雑音または干渉（ゼロ信号と称す）を受信するＲＦＩＤタグに起因し得るフォールスアラームを排除することを支援する。雑音信号の受信は、ゴースト信号として公知のタグからの反射信号の発生および伝送をもたらし得る。今度は、第１の送受信機は、第２の送受信機からのゴースト信号の受信に応答してゴースト信号を発生し得る。２つの連続的な伝送信号を伝送および検出することによって、雑音または干渉からのそのような伝送信号を容易に区別する。

第２の送受信機は、第１の検出期間中、第１の信号を検出し、および第１の検出期間に検出された第１の信号の振幅が第１の予め定められた閾値よりも大きい場合、第２の連続する検出期間、第２の信号を検出し、この場合、第２の信号の振幅が第２の予め定められた閾値を超える場合、第１の送受信機と第２の送受信機との同期を判定し得る。第１および第２の予め定められた閾値を同じ値とし得る。

第２の送受信機のアクティブな受信タイムスロットのタイミングを、第１の伝送パルス信号のパルス間隔に従って調整し得る。ゴーストパルスの公知の検出を、調整のための入力として使用し得る。従って、リーダからくる意図的な伝送パルスであって、ゴーストパルスではないというその後の合致の確率を、高めることができる。

別の実施形態によれば、第１の送受信機は、設定されたビットパターンに従ってパルスのシーケンスを伝送する。マルチビットパターンを使用することにより、位相同期の検出をより信頼性高いものとし、かつフォールスアラームの発生を低減させる助けをする。さらにタグから反射された信号パターンを使用して、リーダとタグとの間のＲＦリンクに関する追加的な情報を得ることができる。好ましくは、設定したビットパターンは少なくとも１つのゼロを含み、リーダからの不要な反射、いわゆるゴーストパルスに関する問題を回避する。

一部の実施形態では、第２の送受信機は、リーダから伝送パルスを受信し、かつ伝送パルスに応答して反射信号を発生した後、別の伝送パルスを第１の送受信機へ伝送し得る。次いで、第１の送受信機は、別の伝送パルスの受信に応答して別の反射信号を第２の送受信機に伝送し得る；および第２の送受信機は、別の反射信号を検出し得る。そのような方法は、位相同期の信頼性を改善する助けをする。別の伝送パルスを、反射信号後の遅延Ｔｖａｌ後に伝送し得る。

本発明の実施形態を以下、例示としてのみ、図面を参照して説明する。

ＵＷＢ通信に使用された変調の様々な形態の図である。 ＵＷＢ通信に使用された時間ホッピングの原理の図である。 ２つの送受信機間の位相同期の従来技術の方法の概略図である。 本発明の少なくとも一実施形態によるＲＦＩＤリーダおよびタグの概略図である。 本発明の実施形態による図４のＲＦＩＤタグの超再生回路の概略図である。 本発明の実施形態による図４のＲＦＩＤリーダおよびタグの概略図である。 本発明の少なくとも一実施形態によるＲＦＩＤタグとリーダとの間の位相同期の方法を示すフローチャートである。 本発明の少なくとも一実施形態による位相同期の方法を示す概略図である。 本発明の少なくとも一実施形態による位相同期の方法の図である。 全く時間ホッピングを用いずに、本発明の少なくとも一実施形態によるリーダおよびタグにおける信号のタイミングを示す図である。 本発明の少なくとも一実施形態のリーダとタグとの間の同期の全体的な方法を示すフローチャートである。 図１０の方法を示す時間軸である。 本発明の少なくとも一実施形態による位相同期の微調整の方法の図である。 リーダにおいて本発明の少なくとも一実施形態による方法のステップを示すフローチャートである。 タグにおける本発明の少なくとも一実施形態による方法のステップを示すフローチャートである。 本発明の少なくとも一実施形態によるＲＦＩＤリーダおよび２つのタグの概略図である。 本発明の少なくとも一実施形態による位相同期の方法を示す時間軸である。 本発明の代替的な実施形態によるタグおよび／またはリーダ回路の概略図である。 本発明の実施形態による不要な反射を低減する方法の図である。 本発明の実施形態による超再生受信機において入来伝送信号の検出と雑音の検出とを比較する図である。 周波数７．９ＧＨｚにおける送受信機間の距離に応じた経路損失の図である。 ゴーストパルスが正しい同期に影響を及ぼさない、本発明の実施形態による位相同期手順の概略図である。 タグおよびリーダにおける伝送信号および反射信号のタイミングを表示する図２１Ａの拡大図である。 リーダによって発生したゴーストパルスがタグ側においてフォールスアラームを引き起こす本発明の実施形態による位相同期手順の概略図である。 タグおよびリーダにおける伝送信号および反射信号タイミングを表示する図２２Ａの拡大図である。 タグ側における二重検出方法を強調する本発明の別の実施形態による位相同期手順の概略図である。 ゴーストパルスに起因するフォールスアラームが二重検出方法によって検出／回避されるときの、タグおよびリーダにおける伝送信号および反射信号のタイミングを表示する図２３Ａの拡大図である。 伝送パルスが二重検出方法によって検出されるときの、タグおよびリーダにおける伝送信号および反射信号のタイミングを示す図２３Ａの拡大図である。 「条件付きではない」二重検出によるゴーストパルスがタグによって発生され、かつリーダ側においてフォールスアラームを引き起こすときの、タグおよびリーダにおける伝送信号および反射信号のタイミングを表示する図２３Ａの拡大図である。 本発明の別の実施形態によるタグとリーダとの間の位相同期の方法を示すフローチャートである。 多重パルスシーケンスによる本発明のさらに別の実施形態による位相同期の方法の図である。 後方散乱を使用する相互検出方法に基づく、本発明のさらに別の実施形態による位相同期の方法の図である。 後方散乱を使用する相互検出方法における、（ｉ）タグおよび（ｉｉ）リーダでの位相同期の方法を示すフローチャートである。 フォールスアラームがないときの、相互検出方法の一般化に基づく位相同期の方法の図である。 システムによって検出できるフォールスアラームがあるときの相互検出方法の一般化に基づく位相同期の方法の図である。 システムによって検出できる代替的なフォールスアラームがあるときの、相互検出方法の一般化に基づく位相同期の方法の図である。

例示のために、本発明の実施形態を、リーダおよびタグを備えるＲＦＩＤ通信システムを参照して説明するが、本発明を、第１の送受信機が第２の送受信機と協働する他の無線通信システムにも適用し得ることを理解されたい。

図４に、本発明の第１の実施形態による、簡単にするためにＲＦＩＤリーダ１１として示すＲＦＩＤトランスポンダ用のＲＦＩＤリーダインターフェースと、ＲＦＩＤタグ１２として公知のＲＦＩＤトランスポンダとを含むＲＦＩＤシステムのブロック図を示す。ＲＦＩＤリーダ１１は、リーダ回路１１０と、無線周波数（ＲＦ）信号を送受信するためのアンテナ１１１とを含む。ＲＦＩＤタグ１２はパッシブＲＦＩＤタグであり、リーダ１１によって活性化されることができ、かつタグ回路１２０およびアンテナ１２１を含む。タグを、例えば、超高周波（ＵＨＦ）の工業、科学および医療（ＩＳＭ）帯域において連続波ＲＦ伝送を使用して、リーダによって遠隔的に駆動することができる。そのようなタグを、一般に小さな容器に収容することができ、および／または物体に組み込んだり、人や動物に装着したりしてもよい。リーダ１１を、携帯端末や固定端末などのホストシステムに結合できる。リーダ１１およびタグは双方ともモバイル機器としてもよい。本発明の実施形態のいくつかにおいて、リーダおよびタグの一方または双方を固定してもよいことを理解されたい。

図５Ａに、本発明の第１の実施形態のＲＦＩＤタグ１２の通信送受信機をより詳細に示す。この送受信機は、ＲＦ信号を送受信するためのアンテナ１２１と、超再生発振器１２３および信号処理モジュール１２４を含む超再生回路１２２とを備える。信号処理モジュールは、包絡線検波器を含み、それに続いて低域通過フィルタ、およびデジタル処理を含み得る復調器を含む。そのような超再生回路の動作は、発振器１２３における自励発振の開始および衰退の繰り返しに基づいている。発振器１２３を、周期的なクエンチ信号を受信して自励発振の開始および減衰を行うことができるように、配置する。この信号により、発振器１２３の減衰率を外部から制御することが可能となる。外部信号を全く用いずに、熱雑音から発振の開始が開始され、これは、比較的緩慢なプロセスとし得る。例えばリーダ１１から、十分なエネルギーの入来ＲＦ信号を適用することによって、発振の開始は、より迅速になる。超再生受信機に基づくタグを使用することの利点は、そのような受信機が単純な構造を有し、かつ低電力消費であることである。これらの特徴により、超再生受信機を無線短距離通信によく適したものにする。

図５Ｂに、図４のＲＦＩＤリーダおよびタグの通信送受信機をより詳細に示す。リーダ１２は、タグ１１と同様の構造を有し、かつＲＦ信号を送受信するためのアンテナ１１１と、超再生発振器１１３および信号処理モジュール１１４を含む超再生回路１１２とを含む。超再生発振器１１３は、タグ１２の超再生発振器と同様に動作する。２つの送受信機１１および１２のＲＦ前部は、互いに類似しており、かつ同じ信号経路を使用して送受信することができる。ＲＦＩＤ適用に必要な通信距離が短く、かつ超再生送受信機に固有のパルスの反射を可能とするため、発振器とアンテナとの間の増幅段が省略されている。

そのようなアーキテクチャでは、タグ１２の感度は、限られた時間だけ高いため、リーダ１１からの入来ＲＦパルス信号と、タグ１２に適用されたクエンチ信号との間の正確なタイミングが、タグ１２による入来信号の正確な検出を達成するために、非常に重要になる。これは、連続波信号ではなくＵＷＢ通信の場合のように、短パルス信号を使用するときに、より重要になる。ＵＷＢ適用では、入来パルスがタグ１２のアンテナ１２１で収集されるときに、クエンチ信号はトリガされる必要がある。パルス幅が短いほど、同期はより正確である必要がある。実際に、超再生アーキテクチャでは、正確にその瞬間を捉えないと、受信機の感度は低下する。本発明のこの実施形態による方法は、この条件を満たす解決法を提供する。

本発明の少なくとも一実施形態によるＲＦＩＤシステムのリーダ１１とタグ１２との間のパルスＵＷＢ ＲＦ通信のための位相同期方法を、図６〜図８を参照して以下説明する。この方法は、本方法を実施するためにプログラムされたコンピュータプログラムプロダクトによって、または本方法を実行するようにされた１つ以上のチップを含むチップセットによって実行し得る。

リーダ１１は、アンテナ１１１を介してタグ１２にＵＷＢパルス信号を伝送する（Ｓ１）。飛行時間（ＴＯＦ）期間後、伝搬損によって弱められたパルス信号は、タグ１２のアンテナ１２１に達する（Ｓ２）。伝送パルス信号が、タグの超再生発振器１２３へのクエンチ信号の供給に対応するタイムスロットに、すなわちタグ１２のアクティブな受信タイムスロット中に受信されると、超再生期間またはクエンチ期間Ｔｑ中、発振器１２３の発振が、タグ受信機によって検出可能なレベルまで増幅されるＳ３。超再生期間Ｔｑによって、超再生ゲインによって達成された経路損失補償により発振信号を再生することができる。クエンチ信号の供給と入来パルスの受信との間の最適な同期は、ｔ_ｓｙｎｃにおいて入来パルスのピーク包絡線が、クエンチ信号によって制御される、発振器の減衰率が図８（ｉｖ）に示すように負になるときに対応することを示す。タグ１２の入力部に入来パルス信号が受信されない場合、いずれにしても雑音により発振が開始される。しかしながら、結果として得られる、達成可能な発振の振幅は、クエンチ信号の初めに入来パルス信号がある場合よりも遙かに（少なくとも１桁）小さい。リーダ１１からの入来パルス信号と、タグ１２の超再生発振器１２３へのクエンチ信号の適用との間のタイミングが正しく同期されると、超再生発振器１２３において生じた発振は、図８（ｖ）に示すパルス信号に似た検出可能な振幅になる。

発振ピークのタイミングを、クエンチ信号のパラメータを調整することによって微調整することができる。クエンチ信号の振幅および持続期間の双方により、発振の振幅を微調整することができる。

図５Ａに示すＲＦＩＤタグ回路１２０のアーキテクチャでは、発振器１２３をアンテナ１２１に直接結合している。その結果、発振器１２３全体に生じた発振をアンテナ１２１によって直接再放射することができるＳ４。

発振パルスのリークまたは反射は、再生受信機の典型的な特徴であり、従来技術とは対照的に、本発明のこの実施形態の方法で効果的に使用される。この現象は、反射信号が入来信号自体に干渉するため、伝統的に超再生狭帯域システムにおける問題として見なされている。これは、狭帯域による解決法で使用される固有の連続波形によるものである。しかしながらこれは、ＵＷＢ通信においては当てはまらない。なぜなら、２つの信号は、時間的に離れており、かつパルス持続期間が短いことから、重なり合わないためである。これにより、従来技術の狭帯域超再生アーキテクチャに必要とされる、アンテナと発振器との間の、電力を多く必要とする低雑音増幅器（ＬＮＡ）ステージを排除することが可能となる。

入来ＲＦパルス信号と反射ＲＦ信号との間の時間遅延を、クエンチ信号の持続時間（Ｔｑ）を微調整することにより、延長することができる。従って、クエンチ信号の持続時間を、入来ＲＦパルス信号と、タグから伝送された反射信号との間の時間差が、リーダ側における反射信号の検出に好適となるように選択することができる。図８（ｖ）に示すように、アンテナ１２１と超再生発振器１２３との間を適切に絶縁分離することなく、発振器１２２によって生じたパルス信号を、アンテナ１２１によって放射して、クエンチ信号の持続時間である時間Ｔｑ後にピーク値が発生するようにする。本発明の一部の実施形態では、必要な場合には、反射信号を発生後に、好適な増幅器を用いて増幅してもよい。本実施形態のもののようなパッシブ大容量メモリタグでは、増幅に実現可能な値は、２デシベルの規模のものである。

飛行時間（ＴＯＦ）後、タグ１２からの反射パルス信号はリーダ１１のアンテナ１１１に達しＳ５、そこで、反射パルス信号はリーダによって検出される。反射信号に得られた振幅を検出することによって、リーダ１１は、タグ１２に関する情報を得ることができる。

この実施形態による方法の背後にある主な意図は、擬似ランダム化パルスシーケンスの位相同期における超再生受信機の固有の特性を利用することにある。この方法は、タグ装置１２からリーダ１１によって伝送されたパルスの反射に基づく。リーダの観点では、リーダからの初期伝送パルスの伝送と、反射信号のリーダにおける受信との間の時間差が妥当であるように、反射を好適に遅延させる。リーダからの伝送パルスのタイミングとタグにおける検出のタイミングとが正しく合致したときにのみ、反射は発生する。タグから得られる反射を、リーダによって検出することもできる。システムの両側で検出されたこの瞬間をさらに、装置間の同期通信にタイムスタンプとして使用することができる。当然ながら、場合によっては、リーダとタグとの間の第１の合致した反射に関して追加的な検証フェーズが必要になることもあるが、この方法は、いずれの場合も、インパルスＵＷＢ送受信機の同期に伝統的に使用された従来の同期方法よりも迅速であるおよび／または単純である。

本発明の本実施形態では、リーダ回路１１０はタグ１２のタグ回路１２０に類似した超再生発振器に基づいている。リーダにおける反射パルスの検出は、超再生受信機回路における検出パルスの発生によって達成される。しかしながら、本発明の一部の実施形態では、リーダは、リーダからタグへの反射を利用するように機能しなくてもよい。従って、そのような場合、不要な反射信号がリーダからタグへ伝送されるのを回避するために、アンテナとリーダの発振器との間がより良好に絶縁分離されていてもよい。加えて、リーダ１１の電力源はタグ１２の電力源ほど制限されていないため、本発明の別の実施形態では、リーダに、より良好な性能を有するより複雑な送受信機を実装することが可能である。

図９にリーダ１１とタグ１２との間の通信の全体的なタイミングを示し、ここで、破線で示す時間帯Ｔｘは、パルス信号の伝送時間を表し、かつ破線で示す時間帯Ｒｘは、信号の受信時間を表す。リーダからの伝送パルス信号の受信に応答して、タグ１２の超再生発振器１２３においてタグ反射パルス信号が発生し、かつタグ１２からの反射パルス信号の検出に応答して、リーダ１１の超再生発振器においてリーダ反射パルス信号が発生する。本発明のこの実施形態では、リーダでは伝送パルス信号を伝送用に発生させるため、リーダ１１のデューティサイクルはタグ１２のデューティサイクルよりも（２倍超）長い。本発明のこの実施形態では、リーダ１１において超再生受信機を使用して反射パルス信号を検出するため、入来反射パルス信号を増幅する必要があり、それは伝送と同程度長くなり得る。さらに、リーダは、リーダからタグへ、そしてリーダへの信号の双方向の飛行時間を考慮する必要がある。しかしながら、高速ＲＦＩＤシステムにありそうな短距離では、一方の送受信機から他方の送受信機への信号の飛行時間は、数百ピコ秒程度である。３０ｃｍの距離において、自由空間の飛行時間はほぼ１ｎｓである（双方向のＴＯＦは２ｎｓ）。しかしながら、本発明のこの実施形態による方法が、例えばＵＷＢポジショニングシステムなどの、送受信機間の距離がより長い低データ転送速度システムに適用される場合、伝搬に必要な時間は著しく長くなる。

ＲＦＩＤシステムのリーダとタグとの間の完全な同期手順における本発明の少なくとも一実施形態による位相同期方法の実装例を、図１０および図１１を参照して説明する。

完全な同期手順を、４つ以上のステップに分けることができる：周波数同期（Ｓ２１）、同期パルスの検索（Ｓ２２）および同期の検証（Ｓ２３）。検証フェーズ後、実データ転送または通信を実行することができる（Ｓ２４）。

同期手順または少なくとも検証フェーズを、通常一定期間後に繰り返して、同期が依然として正しいことを保証することができる。

周波数同期のステップ（Ｓ２１）に使用され得る方法の例は、相互クロック基準を引き出すために装置間で共有された共通の連続波長（ＣＷ）信号に基づく方法であるか、またはリーダおよびタグの双方ともが、十分正確でありかつ１通信パケットの通信中に周波数に著しいドリフトが生じない周波数合成器を有する代替的な方法である。高ビットレートＲＦＩＤは、第１の代替方法に基づいたものとすることができる。

周波数同期ステップ（Ｓ２１）後、リーダおよびタグのクロックは、同じ周波数で動く。しかしながら、このステージでは、リーダおよびタグは、それらの相手方の装置の位相は分かっていない状態にある。次いで、装置の一方、例えばリーダが、一連の伝送パルスＴｘを伝送することによって位相同期検索Ｓ２２の伝送を始める。短い周期のパルスシーケンスの伝送はＵＷＢ規制に従って実行可能ではないため、同期シーケンスを例えば、十分に平滑な透過スペクトルをもたらす時間ホッピングシーケンスとし得る。各伝送パルスＴｘ後に、上述のように反射パルス信号が存在することをリーダが検証できるように、リーダの送受信機を配置する。タグ側では、クエンチ信号によって、それ自体の予め定められた同期シーケンスに従って超再生受信機をアクティブにする。換言すれば、タグのクエンチ信号が超再生機発振器の減衰率を制御し、それにより、予め定められたシーケンスに従って発振器を不安定な性質にすることができる。符号シーケンスを、例えば電源の利用可能性、フィールド内でのタグの数、干渉の問題などの環境の状況に依存して最適にすることができる。

タグにおける受信機のデューティサイクルは短いが、受信シーケンスを最適にして、タグのアクティブな受信期間の少なくとも１つが、位相同期検索中に高確率でリーダからの入来伝送信号と合致するようにするＳ２２。タグ１２のクエンチ期間（Ｔｑ）間の分離を一定とすることができ、それは、リーダ１１による伝送とタグ１２による受信との間の合致を迅速化する助けとなり得る。最適化された擬似ランダム符号を、Ｓ２２中にタグ１２のクエンチシーケンスに使用してもよい。リーダは、１パルスに対するリーダとタグとの間の正確なタイミングを示すタグからの反射信号を検出するまで、または同期処理の状態機械が、予め定められた計数値の終りまでカウントするまで、パルス信号を伝送し続ける。リーダからの伝送パルス信号と、タグにおける受信機のクエンチ期間のタイミングとが合致する場合、入来伝送パルスが、反射信号の形態でタグ１２から反射されて戻り、リーダ１１によって検出される。クエンチ期間中、検出レベルを超えるために、入来伝送パルスに応答して、タグ１２において超再生発振器１２３によって発生された信号が十分に高い振幅に達するときにのみ、検出可能な反射パルス信号が発生する。伝送パルスＴｘとタグのクエンチ期間との間の正確なタイミングが、両装置によってすぐに検出されるため、第１の合致が位相同期検索Ｓ２２で発生した後、位相同期の検証Ｓ２３を開始できる。

位相同期検証フェーズＳ２３では、リーダ１１からの伝送パルス信号と、タグ発振器１２３のクエンチ信号との間のタイミングの微調整を実行することができ、同期シーケンスの相関関係を保証する。同期符号の時間ホッピングシーケンスは、リーダおよびタグの双方がシーケンスに従うことができるように予め定められている。上述のように、周波数同期を他の手段によって実施することもでき、そのため、シーケンスの開始が反射パルス信号の第１の検出によって確認された後に、両装置が、十分な正確さをもって時間ホッピングシーケンスに従うことができることを前提としている。第１の反射が意図されたものでない場合、例えば、干渉のためにリーダで反射信号が検出される場合、時間ホッピングシーケンスの残りの反射の発生はなさそうであり、リーダはステップＳ２２の同期検索に戻ってもよい。相関関係が十分に良好でない場合または検証フェーズＳ２３中に同期が失われる場合、両装置はステップＳ２２に戻って、もう一度やり直してもよい。

十分な期間後、すなわち十分に長い同期シーケンス後、フォールスアラームの可能性は十分に小さい。そこで、リーダとタグとの間の同期は、十分良好であると見なされ、通信を開始することができる。通信フェーズでは、反射パルス信号を検出する必要はない。しかしながら、本発明の一部の実施形態では、反射信号を使用して、誤り検査または誤り訂正のために確認応答情報を転送することができる。同期検証ステップＳ２２を一定期間後に繰り返して、同期が依然として十分良好であることを保証することができる。通信フェーズＳ２３中に接続が途切れる場合には、両装置は再び位相同期検索フェーズＳ２２から始めるか、または同様に周波数同期が失われる場合には周波数同期フェーズＳ２１から始めることができる。

図１２を参照すると、同期の微調整を、１つ以上の検出反射信号、および場合によっては各検出反射信号を使用して、リーダによって位相同期の検証ステージにおいて行うことができる。これは、リーダの超再生受信機において、得られる発振のピーク値を測定することにより行われる。位相同期検索期間Ｓ２２後、リーダおよび１つまたは複数のタグは位相同期検証期間Ｓ２３において同期手順を続けることができ、次いで、パルスがリーダから伝送されて、予め定められたシーケンスに従ってタグから反射される。リーダとタグとの間のタイミングが最適でない場合、タグ１２における内部発振のピーク値は、可能な最適なタイミングで達成される場合よりも低くなる。リーダ１１の反射パルスによってトリガされた内部発振のピーク値を測定することができ、それに応じて、同期パルスのタイミングを、タグのタイミングにより良好に合致するように微調整することができる。

図１３に、リーダの観点から本発明の一部の実施形態による同期手順全体をより詳細に示し、および図１４に、対応して、タグの観点から同じ手順を示す。

図１３を参照すると、リーダ１１は、同期コマンドを待ちのアイドル状態Ｓ３１から開始される。同期コマンドが、リーダが関連しているシステムの上位層によって与えられるとすぐにＳ３２、例えばＵＨＦ ＣＷ伝送を開始することによって、周波数同期から始まって同期処理が開始されるＳ３３。開始期間が満了すると、システムは位相同期検索ステージＳ３３を続けて、予め定められた時間ホッピングスケジュールに従って同期パルスを伝送し始めるＳ３３ａ。位相同期検索フェーズは、リーダが応答を検出するまでＳ３３ｂ、または特定のカウンタがゼロをカウントするまでＳ３３ｃ続く。このフェーズ中にカウンタがゼロをカウントする場合、タグが見つからなかったステータスがシステムの上位層に報告され、リーダはアイドル状態Ｓ３１に戻る。あるいは、リーダが反射信号を検出する場合、リーダは位相同期検証フェーズＳ３４を続け、反射間の相関関係、および実行される場合には、タイミング微調整手順Ｓ３５を開始する。このフェーズ中に反射信号が失われるかまたは検出されない場合、リーダは位相同期検索ステージＳ３３Ａに戻ってもよい。同期シーケンス全体が十分に高い相関関係で検出される場合、システムは同期通信フェーズに入って、「同期成立」フラグを有するステータスを上位層に戻しＳ３６、かつ対象のタグに対して実データのやりとりの転送を始めてもよいＳ３７。

図１４を参照すると、タグは、対応してアイドル状態Ｓ４１から開始される。タグの電力レベルが十分に高くなるとすぐにＳ４２、タグは周波数同期手順を実行しＳ４３、ＵＨＦ ＣＷ信号でロックし得る。次いでタグは位相同期検索フェーズに入り、予め定められたスケジュールに従って発振器の制御信号のクエンチを開始するＳ４４。タグは、パルスを検出するまでＳ４５、または時間ホッピングシーケンスの終了をカウントするまでＳ４６続く。第１のシーケンス後、タグは新しいシーケンスに入るか、または最初の１つの初めから継続する（クエンチシーケンスのパルス繰り返し率もまた一定とし得る）。位相同期検索フェーズ中にタグがパルスを検出すると、タグは検証フェーズに直接入るＳ４７。同期パルスのスケジュールに従って検証フェーズが実行され、およびまた、相関関係が十分に高い場合、システムは実際の同期データ転送状態に入ってもよいＳ４８。

従来技術の方法と比べると、本発明による方法は、ＵＷＢインパルス無線通信における同期を確認する即時確認応答を提供する。確認応答情報に基づいて、１つの同期シーケンスの長さを単一の伝送パルスともし得るために、ＵＷＢ通信において伝統的に使用された方法と比較して同期処理を加速させることができる。

本発明の一部の実施形態では、リーダの通信距離またはカバレージエリア内の複数のタグの存在を支援可能とするためにＲＦＩＤシステムが必要とされ得ることを理解されたい。そのような場合では、同期スキームは、多重アクセスをサポートすることができる必要がある。本発明の第１の実施形態による方法を、３つ以上のタグのアクセスをサポートするように簡単に拡張することができる。図１５および図１６に、２つのタグ１２および１３がリーダ１１の近傍にある場合の本発明の第２の実施形態による方法の使用を示す。タグ１３は、上述のようにタグ１２と同様に動作する。

位相同期検索ステップＳ５２では、タグ１２および１３の双方とも、リーダ１１によって伝送された伝送パルスの検索シーケンスを受け取る。タグ１２および１３の受け取り期間は位相同期されないであろう。タグの受け取り期間の位相差は、公知の方法を使用することによって達成されてもよい−受け取り期間の選択は、例えばある程度のランダム処理を含み、および一定期間後に期間もまた変化してもよい。タグ受信活動のデューティサイクルに依存して、複数のタグが、重なり合うことなく同時にアクティブになり得る。タグのうちの１つ、例えばタグ１３のアクティブな受信期間が、リーダ１１からの伝送と合致するとすぐに、リーダ１１およびタグ１３は位相同期の検証ステージＳ５３に入る。タグ１３とリーダ１１との間の位相同期の検証ステージＳ５３中、タグ１２が入来パルスを検出して反射パルスを伝送すると、タイミングが間違っていると推測される。なぜなら、タグ１３およびリーダ１１が既に、予め定められた時間ホッピングシーケンスに従って位相同期の検証ステージに進んでいるためである−すなわちリーダ１１は、タグ１２とは異なるアクティブな受信期間を有するタグ１３と順々に動く必要がある。タグ１２は、タグ１３またはリーダ１１によって伝送されたパルスを検出し得る。それらパルスを、図１６のタグ１２の時間軸で第１および第２の円印によって示す。しかしながら、タグ１２は、期間Ｔ１後、別のどのパルスも検出する必要がないため、誤った検出または意図的でない不一致後に位相同期検索ステージＳ５２に戻る。

本発明の一部の実施形態では、通信システムはまた、一定回数の散発性の誤った検出があった後にタグが反射メカニズムを止めるようにするいわゆるバックオフメカニズムを含み得る。これは、タグ１３とリーダ１１との間の通信における干渉を低減する役割を果たす。さらに、タグ１２は、リーダ１１がすでにタグ１２との位相同期を達成した場合にはバックオフステージに入ってもよいが、リーダ１１はスキャンモードを続けて、通信距離内の全てのタグを１つずつ検出しようとする。

本発明の一部の実施形態では、第１の同期処理後であってかつ第１のタグが認識された後、リーダは、タグを「応答しない」状態に設定する。これは、別のタグがリーダによって見つけられる可能性を高くするための一定期間中は、タグが同期パルスに応答しないことを意味する。

同期通信フェーズＳ５４中、タグ１２に起因する衝突の回数を、例えば、同期通信フェーズに新しい同期ワードを、位相同期検証フェーズに使用されたデフォルトのワードの代わりに選択することによって、最小限することができる。他の装置は、位相検証フェーズで使用されたシーケンスから開始してもよいが、タグ１３は、少なくとも一定期間、リーダ１１によって規定されたシーケンスから開始する。

ＵＷＢ通信に超再生アーキテクチャを使用することは、狭帯域解決法のパルス反射の弱点を同期に好都合に利用できるため、本発明の上述の実施形態では魅力がある。それにより、提案された方法は、そのような受信機をインパルスＵＷＢ通信に使用することを可能にし、かつそれを改善する。

しかしながら本発明による同期方法は、超再生送受信機に限定されず、代替的な回路アーキテクチャの別の実施形態を使用してもよいことを理解されたい。

図１７に、代替的な回路アーキテクチャをタグに使用する本発明の別の実施形態を示す。本発明の別の実施形態による回路２２０は、受信機アンテナ２２１に結合された低雑音増幅器ＬＮＡ２２２と、ＬＮＡ２２２に結合されたパルス復調器２２３と、制御論理２２４と、パルス整形モジュール２２５と、送信機アンテナ２２７に結合された増幅器２２６とを含む。装置のアクティブな受信期間を制御論理によって規定できる。

一定の時間間隔で、パルス復調器２２３はアンテナ２２１において入力パルスをチェックする。入力パルスが検出される場合、パルス整形モジュール２２５が制御論理２２４の制御下でパルスを発生して、パルス増幅器２２６および送信アンテナ２２７を介してパルスをリーダ装置に伝送する。次いで、パルスはリーダによって検出されて、リーダとタグのアクティブな受信期間との間の同期が正しいことを示す。

代替的な回路はまた、リーダにおいても実装される。

本発明の代替的な実施形態においては、例えばアンテナスイッチを有する単一のアンテナを、先の実施形態の２つのアンテナ２２１および２２７と好都合に置き換えることができることを理解されたい。

当業者であれば、例示のためにＲＦＩＤシステムを参照して位相同期の原理を説明したが、本方法を、ＵＷＢ通信システムにおける他のタイプの送受信機の同期に使用し得ることも理解するであろう。例えば、本発明による方法を用いて、ビーコンの電力消費を最小限に保つ必要のあるＵＷＢポジショニング装置間の同期を達成し得る。同期後、例えば、伝送信号および／または反射信号の飛行時間（ＴＯＦ）に基づいた距離推定を実行することができる。そのようなシステムでは、必要なデータ転送速度はより低速であり、かつ通信範囲はより広範である。

本発明の別の実施形態では、タグにおけるデータ内容の暗号化またはロッキングを、リーダとタグとの間の相互に合意した時間ホッピングシーケンスに基づいて行うことができる。次いで、通常の同期手順後にこの時間ホッピングシーケンスを用いて、プライベートデータの伝送中にセキュリティを提供することができる。リーダが時間ホッピングシーケンスを知らない場合には、つまり、リーダがタグのデータへのアクセス許可を有しない場合には、リーダは、シーケンスが十分に長いと非常に高い確率でタグとの同期を解く。

反射の原理を両方向に用いることができることを理解されたい。従って、タグはまた、データがタグからリーダに転送されるときにリーダからの反射を検出することも可能である。これは、データをタグからリーダに転送するときには、タグが自動的にリーダから確認応答情報を得るため、現実的である。類似の方法を適用することによって誤りを検出して訂正してもよい。

リーダによって伝送されたＲＦパルスもまた、カバレージエリア内で他のパッシブ構造によって反射されることがあるため、本発明の一部の実施形態では、シーケンス同期の検証期間中にテストパルスを使用することによって伝搬環境の測定を行うことが好都合であろう。従って、リーダが第１の反射パルスを検出して、予め定められた時間ホッピングスキームに従って同期シーケンスの伝送を開始した後、タグの検出シーケンスと同期している必要のないいくつかの追加的なパルスも伝送し得る。このことは有利なことであり、その理由は、追加的なパルスの一部またはすべてが反射してリーダに戻される場合、パルスが反射性材料などから意図せず反射されることを示しているからである。伝送されたテストパルスに対する反射／応答がない場合またはリーダによって検出することができる反射が非常に弱い場合、リーダは、実装置と同期していると結論付けてよい。図１８にその手順を示す。図１８では、追加的なテストパルスおよび対応する反射信号を破線で示し、および同期伝送パルスおよび関連の反射信号を実線で示す。追加的なテストパルスは、位相シーケンス同期の検証期間中に伝送される。原理上、位相同期検索フェーズにおいてもテスト測定は可能であるが、その場合、タグがパルスに応答しているかどうかを検証することは不可能であり得る。位相同期検証期間では、タグは、同期スキームに従って主伝送パルスに応答する必要がある。同期スキームによれば、タグは追加的なテストパルスに応答するべきではない。しかしながら、強すぎる反射が発生して、リーダに検出されると、リーダの近傍に反射層があり、通信が妨げられているという結論になり得る。他方で、一定期間後であってかつ双方向の飛行時間直後ではないときに正しい反射が発生するようにタグのクエンチ信号を規定してもよい。さらに、タグは上述のように反射を著しく増幅する必要があり、それゆえ、正しい反射は、パッシブ物体からのファントム反射よりもはるかに強力である必要がある。

本発明の別の実施形態では、反射パルスのタイミングに対する厳しい条件を使用して、通信距離を一定の限界よりも下にすることができる。これは、短距離通信における秘密性を高めるため、すなわち、規制限度を上回る高電力レベルを使用しかつ意図されたよりも長い通信距離を有する「スパイ」装置で遠隔点から大容量メモリタグを読み取られることを回避するために必要である。例えば、タグがリーダからの反射を検出する、またはその逆を行う期間を使用して、応答時間が十分に短いことを検出し、かつ例えば秘密性の保護限界よりも長距離離れた点からの反射の発生を回避することができる。さらに、反射パルス信号に基づいた距離測定を、接続セットアッププロトコルに有利に使用して、システムの論理的な有用性を改善することができる。２つ以上のタグがリーダの読み取り範囲内に存在する場合には、見つかったタグのリストのうち最も近いタグがまずアクセスされるかまたはまずリストされるように通信プロトコルを実施して、それがリーダのユーザインターフェースに示されるようにしてもよい。

本発明の一部の実施形態では、例えば、十分な電力源を有する装置において複数の並列超再生受信機を使用して、同期処理を加速することができることを理解されたい。検出間隔は超再生受信機間でインターリーブされ得る。

電力レベルがより高い電力消費を許す場合には、超再生受信機のデューティサイクルを同期フェーズにおいて増大させて同期を迅速化することができることにも理解されたい。

上述の実施形態では同期シーケンスはリーダで開始されるが、本発明の別の実施形態では同期シーケンスをリーダまたはタグのいずれによって開始してもよいことを理解されたい。

当業者はまた、位相同期に関して上述した方法と同じ反射方法を、装置間の実データ転送に利用することが可能であることを理解するであろう。情報を、例えば同期を確立した後にタグにおいて反射パルスを可能にしたり省略したりすることによって、反射パルスに含めることができる。しかしながら、同期が十分良好である場合には、データ転送中、反射は連続的である必要はない。不要な反射検出によってシステム全体の電力消費を増大させ、それゆえ、実データが転送されるときにデータを一方向のみに伝送するのにより効率的となり得る。さらに、この方法はまた確認応答キャラクタおよび誤り訂正に使用することもできる。

インパルスＵＷＢ ＲＦＩＤシステムにおいて超再生送受信機の使用に関連して起こりうる問題は、アンテナへの入力部における雑音の入力または干渉から生じたタグによる反射信号の伝送である−そのような場合を以下、ゼロの検出と呼ぶ（すなわち受信機のアンテナにおいて意図的な伝送信号の入来がない）。図１９に示すように、論理「０」の検出（すなわちタグのアンテナ入力部において雑音のみ）が、タグの超再生発振器に有意義なパルスを発生させる場合がある。好ましくは発振器とアンテナとの間に緩衝増幅器を使用しないため、反射信号はその後アンテナによって伝送され得る。

ピーク値「１」、すなわち意図的な入来伝送パルスが検出されていることと、ピーク値「０」、すなわち雑音のみが検出されていることとの間の推定比を、場合によっては約５〜１０とし得る。従って、発生したパルスのピーク値は、「１」のときには、「０」のときよりも５〜１０倍大きい必要がある。超再生受信機では、単純な包絡線検波器の出力部において結果的に生じる発振の振幅を観察することによって、受信した「１」と受信した「０」との間の差を得ることができる。上述のように、受信タイミングの最も重要なポイントは、クエンチ信号によって制御された発振器減衰率のゼロ交差である。ゼロ交差中に入来ＲＦパルスがある場合、検出結果は「１」となるはずである。それ以外は、検出した値は「０」となる。

タグからのパルスの反射を可能にしかつタグの電力消費を最小限にするために、発振器とアンテナとの間に緩衝増幅器を使用していないため、ゼロの検出は、発振器に、タグのアンテナから伝送されるパルスを発生させることができる。初期のゴーストパルスに応答してリーダからゴーストパルスが伝送されてもよい。入来「ゼロ」の検出の結果として伝送されたこれらの意図的でない信号を、以下ゴーストパルスと呼ぶ。

そのようなゴーストパルスに起こり得る問題は、タグが、リーダによって発せられたゴーストパルスを、リーダによって伝送された値「１」の意図的なパルスと区別することが困難であることである。この理由は、自由空間の経路損失のために、３０ｃｍの範囲内でさえ減衰が、図２０に示すように著しく変化することである（例えば、短距離ＲＦＩＤ通信において目標とされている７．９ＧＨｚにおいて２〜３０ｃｍの間で約３０ｄＢの減衰）。「０」の検出（雑音）と「１」の検出（意図的な伝送パルス）との間の推定振幅比は、信号対雑音および干渉比に強く依存し、これらは、場合によっては、経路損失が変化することによる振幅変動よりも小さくなり得る。その結果、タグによって受信された２つの異なるパルスの振幅は、その目的が全く異なっても、同じとなり得る：例えば１パルスをリーダからの意図的な伝送パルスとして伝送し（装置間の距離が長い、例えば３０ｃｍのとき）、かつ別のパルスを、リーダから意図せずに伝送されたゴーストパルスとし得る（装置間の距離が短い、例えば１０ｃｍのとき）。

以下説明する実施形態を、ゴーストパルスに起因して起こり得るいずれの欠点も最小限にするように設計する。

図２１Ａに、本発明の少なくとも一実施形態による３つのフェーズ（同期検索、同期シーケンスおよび微調整、および通信）を含む例示的な同期スキーム全体を示す。一番上の時間軸は、リーダの信号を示し、一番下の時間軸はタグの信号を示す。この場合、リーダによって伝送され（破線の囲み）、かつタグによって反射されるパルスの第１の合致を、上手く使用して、装置間の同期通信を検出しかつ開始する。図２１Ｂに、第１の反射期間中のパルスのタイミングを示す拡大図を示す。一番上の時間軸はリーダの信号を示し、中央の時間軸はタグの信号を示し、および一番下の時間軸はデータのデューティサイクルを示す。パルスの第１の合致は、時間的に正確に整列されるので、ゴーストパルスの悪影響は経験されない。

図２２Ａに、同期のフォールスアラームがタグで発生する状況を示す。破線の囲みの拡大図を図２２Ｂに示す。図２２Ｂのリーダの時間軸上の第１のパルスは、リーダによって伝送される値「１」の実際のパルスである。図２１Ｂと同様に、伝送パルスの後には、リーダにおいて検出期間が続き、この期間内にリーダにおいて検出パルスが発生される。いずれのタグからも第１の意図的な伝送パルスへの反射信号がないので、リーダにおける発振は、入来「１」パルスを示すために定められた検出閾値を超えない。しかしながら、得られる発振は、リーダによってその後に伝送されるゴーストパルスとして見られ、かつ（リーダからの）ゴーストパルスの伝送が、タグの検出時間に関して正しいときに発生するので、タグによって検出される（装置間にそれ以前の同期は達成されていない）。値「１」の意図的な伝送パルスよりもゴーストパルスの振幅は小さいが、モバイル機器間の距離が変化することで生じる経路損失変動のために、フォールスアラームが発生する。起こり得る問題は、タグが、リーダからの誤った確認応答として入来ゴーストパルスを検出するために、同期手順においてフェーズ２を続ける（あるいはデータ転送を開始する）ことである。これに対し、リーダは、その検出期間中にいかなるＲＦパルスも検出しなかったため、いかなる状態遷移も行わない。

従来技術の方法による意図的でないパルスの伝送を回避する最も単純な方法は、受信機にＬＮＡを使用して、発振器とアンテナとの間の緩衝器としての機能を果たすことである。しかしながら、ＬＮＡはまた、入来「１」を受信するときに反射信号の伝送を回避する。１つの可能性は、ＴｘおよびＲｘ信号に専用の経路を使用することであるが、これは、送受信機をより複雑にし、かつ電力消費を増大させる。緩衝ＬＮＡが存在しないことが、本発明の実施形態の主な態様の１つであり、それにより、パルスの反射および反射の利用を位相同期および通信において好都合にできる。それゆえ、緩衝増幅器に対する代替的な解決法を、特に超低電力システムを標的とするＲＦＩＤ適用の場合にゴーストパルスに起因して起こり得るいかなる問題も克服するように考慮する必要がある。

従って、図２３Ａ〜図２３Ｄおよび図２４を参照して本発明の別の実施形態を説明する。別の実施形態の方法によれば、先の実施形態で上述したように、同期検索フェーズ１中にタグにおいて行われる３つの異なる検出の代替方法がある。代替方法のそれぞれを図２３Ａに示す。

タグで発生した第１の信号は、タグのアンテナ入力部における雑音によるものであり、リーダから受信した入来伝送パルスによるものではない（図２３Ａの破線の囲み内の信号）。これは、イニシエータ、この場合リーダからのパルスシーケンスとの合致が見つからないことが分かったことを意味する。意図的な信号の入来がないことを検出すると（ＳＤ３）（すなわちゼロの検出）、タグにおいてこれ以上の検出動作を引き起こさない。しかしながら、タグおよびリーダの双方とも、通常その予め定められた時間ホッピングスキームに従って、低デューティサイクル検出シーケンスを続ける（ＳＤ２）。

図２３Ａのタグの時間軸に示すようにタグで発生した次の信号は、振幅がより大きく、かつタグで検出される（一番左の破線の囲み内の信号）。しかしながら、この信号の発生は、リーダによって伝送されたゴーストパルスに起因する。経路損失が変動するために、入来パルスが、リーダの検出期間に由来するゴーストパルスの、リーダからの実際に意図的な伝送パルス（または他の干渉からの）であるかどうか、タグは判断できない。図２３Ｂに、このシナリオをより詳細に示す。提案した別の実施形態によれば、タグにおける第１の検出期間（ＳＤ３）の後には、追加的な検出期間（ＳＤ４）が続く。この追加的な検出期間は、第１の検出ビットが「１」である場合にのみアクティブにされる。これを「条件付き」二重検出と呼ぶ。なぜなら、第１の検出が「０」のときには二重検出が行われない、すなわち第２の検出期間が省略されるためである。図２３Ｂに示すように、後者の検出期間中はタグにおいて入来パルスが受信されておらず、全体的な検出結果は「１０」となっている。この結果から、タグは、第１のパルスはフォールスアラームであったこと、そして結果として同期フェーズ１に留まる（ＳＤ１）と結論し得る。

システムのさらなる改善点として、タグはその検出タイミングを、（リーダの）ＴｘおよびＲｘの期間のパルス間隔に対応する期間だけタイミングを進めることによって微調整し得る（ＳＤ７）。ゴーストパルスの認識された検出を、調整のための入力として使用し得る。そうすることで、リーダから来るパルスとの次の合致が、「１」の振幅で伝送された実際のパルスでありゴーストパルスではない可能性が高くなる。これは、リーダが、パルスの伝送および受信に同じ長さの期間を必要とするためであり、かつタグが最初に、リーダにおける検出に起因するゴーストパルスを検出する場合、タグにおける次の検出のタイミングを、リーダのＴｘ（伝送）期間とＲｘ（受信）期間との間の間隔に等しい期間だけ進めることが有利であるためである。実際には、リーダは、擬似ランダム時間ホッピングシーケンスに従ってパルスを伝送し、かつ、連続したＴｘパルス間の時間は、ランダムな整数×スロットの持続時間である（インパルスＵＷＢフレームをスロットに分割するため）。タグによって検出された第１のパルスが、リーダのＲｘ期間に関連したゴーストパルスである場合、スロット持続時間（ＳＤ７）の半分だけ（タグにおいて）タイミングを進めることによって、後に続く同期シーケンスの合致中に正しいパルス（リーダから「１」）を検出する確率は高くなる。

図２３Ａに示すように、タグにおいて後に続く検出期間は「１１」となる（第２の破線の囲み）。このシナリオを詳細に図２３Ｃに示す。当然ながら、タグにおいて、「１０」検出と「１１」との間にゼロを複数検出することは可能であり得る。図２３Ｃでは、タグにおける「１」の第１の検出（ＳＤ３）は、リーダによって伝送された意図的な伝送パルスに起因する。しかしながら、上述のように、モバイル機器間の距離が変化するためにこれはタグには明らかでない。それゆえ、入来パルスがリーダから意図的に伝送されたパルスであるかどうか判断するために、追加的な検出（ＳＤ４）がタグにおいて必要となる。この場合、後者の検出（ＳＤ４）もまた「１」を生じ、それは、第１のパルスがゴーストパルスではなかったことを意味する。この実施形態の方法によると、タグにおける「１１」の検出の結果として、先の実施形態で説明したように、タグは同期手順のフェーズ２（ＳＤ６）（位相同期検証フェーズ）を続ける。検証および微調整期間が完了するまで、必要であればフェーズ２の期間中に二重検出を使用することができる。リーダの観点から、手順は先の実施形態の方法に類似している。反射信号が、時間内に正しい瞬間にタグから受信される場合、反射信号はリーダに検出され、かつ上述のように同期フェーズ２を続ける。

図２４に示すように、第１の検出（ＳＤ３）の結果が「１」となる場合、タグにおいて二重検出（ＳＤ４）を使用する必要があるだけである。フェーズ１では、第１の検出の結果が「０」となる場合、タグにおいて２つの検出期間を有する必要はない。さらに、フェーズ３の同期通信中、タグにおいて二重検出を使用する必要はない。

同期方法の代替的な実施形態について、以下、図２５を参照して説明する。この代替的な実施形態によってもたらされる重要な改善点は、同期フェーズ１および２の期間中に単一のインパルスを伝送する代わりに、リーダが、予め定められたビットパターンを使用してインパルスのシーケンス（またはバースト）を伝送することである。ビットパターンは、少なくとも１つのゼロを含んで、リーダからの不要な反射（「ゴーストパルス」）に関連する問題を回避できるようにする必要がある。説明のため、位相同期手順において単純な３ビットパターン「１０１」を使用するときに、この方法がどのように働くかを説明する。代替的なビットパターンを使用し得ることを理解されたい。

図２５に、タグとの位相同期を得ようとするときにリーダがビットパターン「１０１」を伝送する例を示す。リーダ側において、実線によって示されたインパルスは、リーダによって伝送された「１」信号を表す。点線で示されたインパルスは、リーダによって受信されたインパルスを表す。タグ側において、実線で示されたインパルスは、タグによって受信された信号を表す。同期ビットパターンにはゼロがあるとき、リーダは実際に何も伝送せず、タグから発生し得る反射信号を受け取るだけでよいことに留意されたい。タグ側の受信機は、リーダ側において同じタイミングのパターンを使用してアクティブにされる。

図２５（ｉ）は、リーダおよびタグが同相にある最適なケースを示す。この場合、タグによって受信されたビットパターンは、公知の同期パターン（この例では「１０１」）と合致し、位相同期が成立したことを示す。リーダおよびタグが同相にあるとき、タグによって受信されたビットパターンは、上述の実施形態の反射信号の送信と類似の方法で、反射されてリーダに戻る。このように、リーダは、位相同期に達したことを検出することができる。

図２５（ｉｉ）は、タグのタイミングがわずかにリーダより遅れており、タグ受信スロットが、リーダによって発生された不要なゴーストパルスと一致した、タグおよびリーダの位相が不一致であるケースを示す。フェーズ１からフェーズ２へ移るときに、判断基準として唯一個のパルスの反射を使用した場合、同期手順において、フォールスアラームが発生する可能性がある。しかしながら、図２５（ｉｉ）に示すように、タグによって受信されたビットパターンは「１１１」（およびリーダによるものは「０００」）であり、それは同期パターン「１０１」に合致しない。それゆえタグ（およびリーダ）は、位相同期にまだ達していないことを検出することができ、それにより、フォールスアラームが発生し得る危険性を排除する。

上述の実施形態のいくつかの変形例が可能であることを理解されたい。例えば、位相同期手順の頑健性をさらに改善するために、より長いビットシーケンスを使用することが可能である。さらに、ビットパターンの選択（換言すれば、「ゼロ」の位置）を変更して、同期手順を微調整することができる。装置はまた、検出されたインパルスに依存して伝送／検出ビットパターンの長さを動的に微調整し得る。

原理上、連続的な伝送同期パターンの伝送間のアイドル期間を、任意に選択することができる。しかしながら、伝送ＲＦスペクトルは規制限度内にあることを保証するために、バーストは、均一な間隔では発生しないが、バースト間の間隔は、インパルスＵＷＢ通信における方法で広く使用されているいくつかの（擬似）ランダムタイミングパターンに従うことは必要であり得る。放射されたＲＦスペクトルをさらに調整するために、同期パターン内のパルスのタイミングを調整することが可能である。１つのパターン内のパルスは、時間内において等しい間隔である必要はない。例えば、上述の例示的な３パルスシーケンスの場合、第１のパルスと第２のパルスとの間の時間は、第２のパルスと第３のパルスとの間の時間と異なってもよい。

上述の実施形態と比べて、この実施形態による同期手順の主な利点は、マルチビット同期パターンを使用することにより、同期の検出の信頼性がより高くなることにある。同期検索（フェーズ１）から微調整（フェーズ２）への移行がなされるとき、判断決定を支援するために利用可能なデータがより多くあり、かつフォールスアラームの確率は低くなる。タグから反射される同期パターンをまた使用して、リーダとタグとの間のＲＦリンクに関する追加的な情報を得ることができる。例えば、「１」および「０」シンボルの振幅レベルをリーダによって観察することができ（同期パターンは少なくとも１つの「０」シンボルを含む）、かつこの情報を使用して、リーダの受信機において「１」と「０」との間の閾値を自動的に調整できる。

図２６〜図２７を参照して本発明のさらに別の実施形態について説明する。本発明のこの実施形態による位相同期の方法を相互後方散乱同期と呼ぶ。この文脈において用語「相互同期」は、通信装置の位相同期が、開始機能と応答機能との間の役割の切り替えを含むことを意味する。上述の方法では、イニシエータは常に反射を検出している。しかしながら、パルスの反射に基づく同期方法のロバストネスを改善するために、応答機／タグ装置もまたパルスを開始し、かつ開始されたパルスに対する反射を検出することが有益である。この文脈において用語「後方散乱」は、確認応答パルス（入来パルスに対する応答）が、応答機によって質問機に直接後方散乱されることを意味する。

この実施形態による同期手順の第１のフェーズでは、第１の装置（例えば、リーダ）は、２つの装置間の通信用のイニシエータとして動作し、同期を示す可能性のある信号が検出される場合、システムの他方の側（例えばタグ）が、予め定められた期間Ｔ_ｖａｌ後に反対方向にイニシエータの機能を繰り返すことによって同期を検証する。換言すると、イニシエータの役割を一時的に切り替えて、検出結果が正しかったかどうか検証し、かつフォールスアラームに起因し得るいかなる問題も回避する。検証状態の結果が正しくない場合、意図せずに同期フェーズ２に変化した装置は、すぐにフェーズ１に戻ってもよい。

図２６を参照して、パルスの後方散乱に基づく相互同期の原理を説明する。同期フェーズ１の期間中、タグには、３つの機能的な代替物がある可能性がある（それぞれ図２６に示す）。フェーズ１に伝送された最後の信号は、同期フェーズ１からフェーズ２への正しい移行を生じる。この実施形態に従って動作するタグおよびリーダの例示的な状態図を図２７に示す。同期フェーズ１の開始時、リーダおよびタグは上述の実施形態と同様に動作する。リーダは開始伝送パルスを伝送しＳＲ２、伝送パルスの伝送後、反射信号を検出するＳＲ３。タグは、予め定められた時間ホッピングスキームに従って、リーダからの入来パルスを検出するＳＴ２、ＳＴ３。

図２６では、タグにおける雑音による第１の検出の結果がゼロとなる（破線の囲み）。ゼロの検出は、タグにおいていかなる状態遷移も引き起こさないが、タグおよびリーダの双方とも、その予め定められた時間ホッピングスキームに従って検出を続ける（ＳＴ２、ＳＲ２）。

タグで検出された第２の信号は「１」となり、それは、図２６において一番左の破線の囲みで示される。検出結果「１」は、リーダ装置によって伝送されたゴーストパルスによって引き起こされる。しかしながら、正しいアラームとフォールスアラームとの判断決定を簡単に行うために、タグはイニシエータ状態に移り、公知の期間ｔｖａｌ後にパルスを伝送するＳＴ４。それに対応して、リーダは、開始パルス後に「１」を検出した場合には、イニシエータ状態から応答機状態に切り替わるＳＲ３。タグによって検出されたパルスが、リーダからの正しい同期パルスであった場合、リーダは第１の反射を「１」として検出し、かつｔｖａｌ後に、タグによって伝送された開始パルスに対して応答したであろうＳＲ４。しかしながら、この場合タグはゴーストパルスを検出したため、その結果リーダは「０」を検出しＳＲ５（すなわちタグからの同期パルスはない）、リーダにおいて状態遷移は生じず、その結果タグはその開始パルスに対する応答を獲得しない、すなわちタグは「０」を検出して、同期フェーズ１に戻るＳＲ１。上述の実施形態と同様に、リーダおよびタグは、微調整プロセスを経由してもよいＳＴ７、ＳＲ７。

パルスのタイミングが正しく合致していることを、図２６の最も右側の破線の囲みに示す。この場合、リーダおよびタグの双方とも、「実際」の反射の結果、「１」を正しく検出するＳＴ３、ＳＲ３。検出結果が正しいことを保証するために、イニシエータから応答機への役割の切り替え（リーダにおいて）、およびその逆（タグにおいて）が実施されるＳＴ４、ＳＲ４。ハードウェア実装を単純にするために、予め定められた期間ｔｖａｌは、次の反射のタイミングを規定する。上述のように、期間ｔｖａｌ後、タグはイニシエータとして動作し（開始パルスを伝送し、かつ反射信号を検出する）、リーダは応答機として動作する（入来開始パルスのみを検出する）。両装置における検出結果が「１」である場合、システムの両側とも、高い確率で、第１の検出パルスが正しかったことを確信し得る。

異なる役割における反射の数を２以上とし、フェーズ３（通信状態）への移行前に正しい同期の確率を高め得ることを理解されたい。図２６に示す例では、イニシエータ−応答機の組み合わせにおける２つの反射が、例示的な通信がオン／オフキーイング（ＯＯＫ）を使用して行われる通信フェーズ３への最終的な移行前に行われる（合計４つの反射を生じる）。

ここで説明した実施形態の主な利点は、上述の条件付き二重検出の実施形態と比べてタイミングの条件が緩やかなことである。ｔｖａｌの持続時間を、例えば、インパルスＵＷＢ時間ホッピングスキームの観点から１フレーム以上とし得る。タグの電力レベルもまた、ｔｖａｌの選択において考慮に入れてもよい。なぜなら、イニシエータとしての動作は、入来パルスの検出のみよりもわずかに多くの電力を消費するためである。所望の収集時間と、送受信機の性能のための条件セットとの間のトレードオフを、ｔｖａｌに対して最も好適な値を見つけるために、柔軟に使用することができる。ｔｖａｌの選択に対する主な条件は、他の動作状態の時間ホッピングスキームにおいて同じ期間が度々発生すべきではないことである（同期フェーズ１のように）。他の時間ホッピングシーケンスにおいてｔｖａｌが存在しないことにより、収集時間全体を長くする連続的なフォールスアラームの確率を最小限にする。

上述の方法のより一般的な実施形態を、以下図２８Ａ〜図２８Ｃを参照して説明する。上述の各実施形態は、送受信機構造が、リーダ装置によって伝送された開始パルスへの応答として即座に反射信号を伝送すると仮定している。ここで説明する実施形態では、送受信機を、検出期間中すぐにゴーストパルスを伝送しないが、同期を見つけるために「遅延反射」を使用する、より高品質な送受信機とし得る。

ここで説明する実施形態は、上述した超再生受信機の固有の反射を利用する必要はない。受信状態では、超再生発振器からの信号の意図的でない伝送を、ＬＮＡなどの緩衝増幅器を使用することにより回避し得る。換言すると、高品質の送受信機を用いると、ゴーストパルスに関連した問題は少なくなるが、送受信機の効率的な位相同期については依然として課題がある。本実施形態によれば、パルスが検出された場合にのみ確認応答が発生され、および確認応答は、予め定められた遅延後に発生される。超再生送受信機アーキテクチャを使用する場合、これを、再生パルスが入来パルスを示した後に、発生パルスを適用することによって達成できる。

この原理に基づいて一般的な相互同期順序付けを提案する：（１）まず、リーダが伝送パルスを発生させ、予め定められた時間ウィンドウ後に、フィールド内のタグの確認応答を受け取る。タグは、フィールド内の入来パルスを受け取り、パルスが検出されるときかつそのときに限り、予め定められた遅延後に確認応答を発生する；（２）第１のシーケンスを達成した後、リーダおよびタグの双方とも、上述の実施形態で導入された役割切り替えに匹敵する第２のシーケンスを開始し、タグが伝送パルスを発生し、かつリーダからの確認応答を受け取る。リーダがタグからの入来伝送パルスを受け取って、確認応答を返信する。そのフェーズ２のパルスが発生するときに、予め定められる。

この２位相同期順序付けの例を図２８Ａに示す。「Ｏｓｃ（発振）」、「クエンチ」および「データ」プロットは、それぞれ、発振ピーク包絡線、クエンチ信号（または、超再生アーキテクチャではない場合にはいずれかの受信機／エミッタ起動信号）、および回路によって検出された論理状態を表す。ゴーストパルスを発生しない送受信機を使用している場合には、破線で表されたパルスを省略できる。発振ピーク包絡線振幅によれば、論理信号が発生され、かついずれかの再生クエンチ信号の各立ち下がりにサンプルされる。その結果はデータ信号である。データ信号は、送受信機の同期ステータスを特徴づける（同期または非同期）。提案した順序付けは、２位相同期処理を達成した後に、リーダおよびタグの双方とも同期されるか（リーダおよびタグにおいてデータ＝「１」）、または双方とも非同期にされる（リーダおよびタグにおいてデータ＝「０」）ことを保証する。図２８Ｂおよび図２８Ｃに、緩衝増幅器を使用しない低コストの送受信機の場合に可能であるゴーストパルス検出の場合の順序付けを示す。発生パルスと再生パルスとの間のタイミングおよびまたフェーズＩとＩＩとの間のタイミングを、フォールスアラームの良好な拒絶を保証するために適切な方法で定義する必要がある。

この実施形態で説明した相互同期順序付けはまた、上述のマルチビット同期パターン実施形態の延長線上にあることが考慮される。

本実施形態の一般化相互同期または「遅延反射」に関する１つの欠点は、同期フェーズにおいてパルス数が多くなり、それにより干渉レベルを増大させ得ることである。ゴーストパルスを発生する送受信機の場合に本方法を上述の実施形態と比較すると、１回の反射で発生されたパルスの全体数は、上述の実施形態では３つであるのに対し、本実施形態では４つである。

しかしながら、上述のように、この実施形態による一般化相互同期方法をまた、検出期間中にゴーストパルスを発生しないインパルスＵＷＢ送受信機の位相同期に使用することができる。そのような場合では、一般化相互同期を使用して送受信機のタイミング条件を緩める。

本発明の実施形態によってもたらされた主な利点は、システムのプロトコル層（Ｌ２）上の物理層Ｌ１に存在する低コストの超再生送受信機の欠点のいくつかを改善する可能性があることである。提案した実施形態は、高速データ転送速度を目的とする超低電力（インパルス無線ベースの）ＵＷＢ ＲＦＩＤシステムに対して期待できる解決法とみられる新規の同期方法の有用性を改善する。

Claims (24)

1. 第１の送受信機から第２の送受信機へ伝送パルス信号を伝送すること、
   前記第２の送受信機において前記第２の送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に前記伝送パルス信号が受信される場合、前記伝送パルス信号に応答して前記第２の送受信機から前記第１の送受信機へ反射信号を伝送すること、および
   前記第１の送受信機によって前記反射信号を検出すること
   を含む方法。
2. 前記第２の送受信機によって超再生発振器が使用され、前記アクティブな受信タイムスロット期間内に前記伝送パルス信号を検出する、および／または前記反射信号を発生する、請求項１に記載の方法。
3. 前記伝送パルス信号の検出および前記反射信号の発生が双方とも、前記アクティブな受信タイムスロット期間内に行われる、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の送受信機によって超再生発振器が使用されて、第１のタイムスロット中に前記伝送パルスを発生するおよび／または前記アクティブな受信タイムスロットに対応する第２のタイムスロットに続く第３のタイムスロット中に前記反射信号を検出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記反射信号に応答して、前記第１の送受信機において前記反射信号を検出するのに使用される前記超再生発振器によって検出信号が発生され；次いで前記検出信号が前記第１の送受信機から前記第２の送受信機へ伝送され、かつ前記第２の送受信機において、前記第３のタイムスロットに続く第４のタイムスロット期間内に前記検出信号が超再生発振器によって受信される、請求項３または４に記載の方法。
6. 各超再生発振器に対して、クエンチ信号を使用して前記超再生発振器における自励発振を開始することを可能にし、および信号の発生または受信用の前記タイムスロットが、前記クエンチ信号によって制御されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 信号の振幅が、予め定められた閾値を超えるときに、前記信号が検出される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１の送受信機が、一連のタイムスロット中、設定されたビットパターンに従ってパルスのシーケンスを伝送し、ビット「０」または「１」が前記タイムスロットの１つに関連するときに、このタイムスロット中に前記超再生発振器によって伝送パルスが発生され、およびビット「１」または「０」が前記タイムスロットの１つに関連するときに、このタイムスロット中に前記超再生発振器によって伝送パルスが発生されず；前記設定されたビットパターンが少なくとも１つの「０」および１つの「１」を含む、請求項３または４に記載の方法。
9. 前記反射信号が、前記アクティブな受信タイムスロットとは異なる伝送タイムスロット中に前記第２の送受信機から前記第１の送受信機へ伝送され、両タイムスロットが、予め定められた遅延によって離れている、請求項１、２または４に記載の方法。
10. 前記アクティブな受信タイムスロットに続く予め定められた時間間隔（ｔｖａｌ）後に、 前記第２の送受信機から前記第１の送受信機へ第２の伝送パルス信号を伝送するステップ、
    前記第１の送受信機において前記第１の送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に前記第２の伝送パルス信号が受信される場合、前記第２の伝送パルス信号に応答して第２の反射信号を前記第１の送受信機から前記第２の送受信機へ伝送するステップ、および
    前記第２の送受信機によって前記第２の反射信号を検出するステップ
    を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第２の送受信機において前記第２の送受信機の前記アクティブな受信タイムスロット期間内に前記伝送パルス信号が受信される場合、前記第２の送受信機が前記第１の送受信機と同期する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第１の送受信機において、予め定められた受信タイムスロット期間内に前記反射信号が受信される場合、前記第１の送受信機が前記第２の送受信機と同期する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. さらに、
    予め定められたシーケンスに従って前記第１の送受信機から前記第２の送受信機へ伝送パルス信号のシーケンスを伝送するステップ；
    伝送パルス信号が前記第２の送受信機のアクティブな受信タイムスロットに受信される場合、前記伝送パルス信号の少なくとも１つに応答して前記第２の送受信機から前記第１の送受信機へ反射信号を伝送するステップ；および
    少なくとも１つの反射信号を検出して、前記第１の送受信機と前記第２の送受信機との間の連続同期を判定するステップ
    を含む請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. パルス信号を受信するように構成された受信機；
    受信した前記パルス信号が前記受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信される場合、前記パルス信号に応答して反射信号を発生するように構成された信号発生器；
    協働する送受信機へ前記反射信号を伝送するように構成された送信機
    を含む装置。
15. 前記受信機および／または前記信号発生器が超再生発振器である、請求項１４に記載の装置。
16. 前記受信機および／または前記信号発生器が前記装置のアンテナに直接結合される、請求項１４または１５に記載の装置。
17. さらに、前記反射信号を検出するように構成された検出器を含む、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. パルス信号を伝送するように構成された送信機；
    伝送した前記パルス信号が、協働する送受信機のアクティブな受信タイムスロット期間内に受信された場合、前記パルス信号に応答して、前記協働する送受信機によって伝送された反射信号を受信するように構成された受信機；および
    前記反射信号を検出するように構成された検出器
    を含む装置。
19. さらに、前記反射信号に応答して検出信号を発生するための超再生発振器を含む、請求項１８に記載の装置。
20. 前記検出器が、前記反射信号の振幅が予め定められた閾値を超えたことを検出するように構成される、請求項１７または１８に記載の装置。
21. 前記送受信機がＲＦＩＤリーダまたはＲＦＩＤタグである、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法をプロセッサベースの装置、端末装置、ネットワーク装置、携帯端末、家庭用電子機器、または無線通信を可能にする端末に実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
23. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法をプロセッサベースの装置、端末装置、ネットワーク装置、携帯端末、家庭用電子機器、または無線通信を可能にする端末に実現させるプログラム。
24. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたチップセット。

Images