Base stations and check system for the method and method for determining the distance between the base station and the movable object

本発明は、ベースステーションと可動対象物との間の距離を決定するための方法、特に、例えば発送システム、輸送システム、或いは製造システムにおいて、物体に取り付けられ物体に関連する状態データやプロセスデータを検出するため可動対象物としての少なくとも１つの可動データメモリを備える確認システムにおけるベースステーションと可動対象物との間の距離を決定するための方法に関する。

従来技術として、例えばレーダーのような距離決定のための方法は知られている。 固定したベースステーションからレーダー波が送出され、例えば車両、人、トランスポンダ等のような可動の又は動く対象物によって後方散乱される。 その場合、距離決定のためには、例えばFMCW、LFM又はFSK変調方法のような、連続的な正弦波信号（連続波）をベースとする既知の変調方法を有利に使用することができる。 上述の変調方法を実施するための普通に可能な方法は、IQ変調器（直交振幅変調器）の使用である。 種々の周波数に対する搬送波位相測定によって、距離決定及び場合によっては近くに存在する可動対象物の速度決定も可能である。

さらに、１つ又は複数の固定したベースステーション（いわゆる読取り／書込み装置）であって、一般に無線通信に基づくデータ伝送路を介して可動対象物としての可動データメモリとデータを無接触式に交換するベースステーションを含む確認システムが知られている。 このようなシステムは、多数の物体ないし品物ができるだけ速くかつ自由に動かされなければならない技術装置に使用される。 その際物体には異なる種類があり、例えば発送装置におけるパケット、製造設備における組み立て部品、輸送システムにおける手荷物及びその他さまざまなものがある。

このような確認システムの一例は、ISO-18000-4-MOD3標準において、「項目マネージメントのための無線周波数確認標準−エアー・インタフェース」なるタイトルで記載されている。 規格には、読取り／書込み装置により、検出領域における可動データメモリの存在の問い合わせが行われることがあらかじめ定められている。 そのため、この読取り／書込み装置は、例えば2.45GHzのような規定の高周波搬送周波数を持った変調されない高周波搬送信号を送出する。 この搬送信号は、近くに存在する可動データメモリによって受動的に、例えばいわゆる「後方散乱」により読取り／書込み装置にデータ変調されて後方散乱され、そこでさらに処理され得る。

例えば隣接する製造ラインのような、２つ又はそれ以上の、特に互いに近く配置されたベースステーション及び可動データメモリを作動させる場合には、例えば個々のベースステーション及び各可動データメモリ間の限界を越える伝播によって望ましくない相互作用に至らないように顧慮すべきである。 それ故、各ベースステーションの検出領域は制限されることが必要である。 このことは、例えばベースステーションと可動データメモリとの間の距離決定の基礎に生じ得る。

距離決定のため従来周波数を生成する場合には、著しい測定の不精確が生じ得る。 その原因は、ベースステーションにおいて発生される周波数のスタート位相が関連しない、即ち相関しないことである。 このことは例えば、各周波数が異なる発振器から出るものであるか、周波数の発生がPLL（Phase Locked Loop）を用いて行われる場合である。 それ故、所望の相互関係を得るためには、各周波数における信号位相が費用のかかる回路により先ず第一に送信部で測定されなければならない。

本発明の課題は、ベースステーションと少なくとも１つの可動対象物との間の距離決定のための改善された方法を提供することにある。 さらに本発明の課題は、このような方法のためのベースステーション及び確認システムを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を有する方法により解決される。 方法の有利な変形は従属請求項２〜８に記載されている。

この方法は更に、輸送物体に取り付けられ物体に関連する状態データ及びプロセスデータ又はそのいずれか一方を検出するための少なくとも１つの可動データメモリを有する確認システムにおいて有利に作動せしめることができる。

ベースステーションに対しては、請求項１０の特徴によって、確認システムに対しては請求項１１の特徴によって解決される。

本発明による方法においては、ベースステーションと可動対象物との間の距離を決定するため、ベースステーションにおいて高周波搬送周波数とオフセット周波数とがIQ変調のために設定される。 高周波搬送周波数は時間的に順次オフセット周波数だけ高められ、また低められることにより、変調された高周波搬送信号に生じる高周波搬送ベース周波数が周波数変化の際同位相を有する。 高周波搬送信号は続いて送出され、同時に、可動対象物によって後方散乱された高周波搬送信号と搬送波位相信号に混合される。 両高周波搬送ベース周波数に対し、所属の搬送波位相が時間的に順次求められ、次いでその差からベースステーションと各可動対象物との間の距離が決定される。

これによって、高周波搬送信号においてIQ変調された両高周波搬送ベース周波数の位相がベースステーションにおいて等しいことが達成される。 それによって、周波数変化の際さもなければ通常の位相ジャンプが生ずることなく、有利である。 ベースステーションの送信器における補助の測定及びそのために必要な測定時間はそれによりなくなり有利である。

本方法の有利な変形によれば、２つの距離決定の間で高周波搬送周波数及びオフセット周波数又はそのいずれか一方が変えられる。 それにより、ある周波数帯に擾乱が存在する場合他の周波数帯に切り換えることができる。 その際周波数帯は異なる周波数チャネルに相応し得る。

本方法の他の有利な変形によれば、複数の距離決定と従ってすべての個々の距離決定の平均を行うことができる。

それにより測定精度を高めることができる。 距離決定は従って極めて正確に行うことができる。

本方法の１つの変形においては、ベースステーションは読取り／書込み装置であり、可動対象物は可動データメモリである。 周波数技術的な互いの同調によって、例えば後方散乱法を用いて、距離決定のための良好な後方散乱特性が有利に与えられる。

本方法の有利な変形によれば、読取り／書込み装置と可動データメモリとの間の距離測定が伝送チャネルにおいて、特に４つのチャネルを有する伝送チャネルにおいて行われ、その際個々のチャネルにさまざまな周波数の信号が送出される。

本発明による方法は有利にISO-18000-4-MOD3標準の伝送方法に依拠し、修正のもとに少なくとも1つのそこに存在するチャネルを引き継ぐ。

ISO-18000-4-MOD3標準の適合のもとに、伝送チャネルはISO-18000-4-MOD3標準のノティフィケーッション・チャネル（Notification-Channel）に相応することができる。 場合によってはそのため通信チャネルの少なくとも１つのチャネルをも上述の標準に相応して引き入れることができる。

それぞれの割り当てにおいて、伝送チャネルのチャネルはISO-18000-4-MOD3標準のノティフィケーッション・チャネルにおけるR2・チャネルであってよい。

本方法は、ベースステーションと、輸送物体に取り付けられ物体に関連する状態データ及びプロセスデータ又はそのいずれか一方を検出するための可動データメモリとを備える確認システムに有利に使用することができる。

本方法は本発明によれば、少なくとも１つの送受信器と電子式信号処理手段とを有するベースステーションによって実施することができ、その際送受信器は少なくとも１つのディジタルIQ変調器、高周波搬送信号を放射及び受信するための送信及び受信アンテナ、及びベースステーションと可動対象物との間の距離を決定するため電子式信号処理手段により搬送波位相信号を形成するため高周波搬送信号に対する混合器を備える。

本質的な利点は、高周波搬送周波数を変更するためのPLL、データ変調のためのIQ変調器のような既に存在する回路要素を使用することにより搬送波位相測定が可能なことである。 従って、電子式回路要素に余分の費用をかけることなく十分に高い精度で距離測定が可能である。

次に本発明を図面について詳細に説明する。

図１は読取り／書込み装置としてのベースステーションSLG及び複数の可動データメモリDT1〜DT3を使用した例を示す。 データメモリDT1〜DT3とベースステーションSLGとの間にあるエアー・インタフェースLSと共に、これらは確認システムISを形成する。 可動データメモリDT1〜DT3の可能な種々の運動方向は図に模範的に記入されている。 データメモリDT1〜DT3及びベースステーションSLGは各アンテナANT、SEAを介してデータ通信に用いられる。 ベースステーションSLGには一点鎖線で示された送受信器SEが認められ、これは本発明による方法を実施するために用いられる。

図２は可動データメモリDT1〜DT3と読取り／書込み装置SLGとの間の情報伝達のための伝送チャネルN-CHの模範的なデータ構造が示されている。 この場合伝送チャネルN-CHのデータ構造は、ISO-18000-4-MOD3標準のノティフィケーション・チャネルに依拠している。 ところで、１つ又は複数の距離測定を実施するために、１つ又は複数のチャネルK1〜K4が設けられている。 ISO-18000-4-MOD3標準に依拠する場合、これらのチャネルK1〜K4はISO-18000-4-MOD3標準のノティフィケーション・チャネルのR2・チャネルR2に相応する。 この図では、５つのタイムブロックを有するR2・チャネルR2の模範的なサブ構造が示されている。 第１のブロックKONFでは高周波搬送周波数foの調整のためのPLLのプログラミングが行われる。 次のブロックNPMにおいては、IQ変調器MODによる下方の高周波搬送ベース周波数fo−dfへの負の周波数ジャンプが調整される。 続いて搬送波位相信号PSにおいて第１の搬送波位相PH1及び対応する測定データDAT1が例えばディジタルの信号プロセッサ（DSP）によってさらに処理される。 それに続いて、タイムブロックPPMにおいて周波数fo＋dfへの正の周波数ジャンプが行われ、第１の測定データDAT1と共に、第２の測定データDAT2により搬送波位相差dPHが形成される。 従って上述の標準に対しては約0.5msでR2・チャネルにおける距離測定が可能である。

図３は、IQ変調器MOD及び搬送波位相信号PSを形成するための混合器MIX3を有するベースステーションSLGの送受信器SEの模範的な構造を示す。 IQ変調器MODは図の例では２つのいわゆるルック・アップ・テーブルILT、QLTを備え、これらは変調に必要な信号波形に対するディジタルの走査値を含む。 走査値はクロック発生器CLKを介して時間的に制御されてそれぞれディジタル・アナログ変換器DAC1、DAC2に導かれ、それぞれアナログ信号に変換される。 このアナログ信号は、90°ずれた２つの高周波搬送周波数OSZ、fo、PHSを用いて両混合器MIX1、MIX2により搬送波に直交変調される。 混合された両信号は高周波結合器HFCにより高周波搬送信号TSにまとめられ、送信のためアンテナSEAに導かれる。 可動対象物DT1〜DT3により後方散乱してきた高周波搬送信号RSは、送信すべき高周波搬送信号TSと共に混合器MIX3により搬送波位相信号PSに混合される。 後方に接続された例えば低域フィルタのようなフィルタFILを介して、擾乱となる周波数成分は除去される。 各位相PH1、PH2は電子式信号処理手段SVに導かれ、差dPH形成後所属の距離が算出される。

図４は、距離決定のための模範的な測定点MP1、MP2をグラフで示すための模範的な位置関係線図を示す。 各２つの搬送ベース周波数fo＋df、fo−dfの各位相PH1、PH2に対する各２つの測定点MP1、MP2が記入されている。 ここで描かれた直線は、位相PH1、PH2に対し平均を求めた結果の実例を示す。

読取り／書込み装置としてのベースステーションと模範的な可動対象物としての複数の可動データメモリとを使用した例の構成配置図である。

伝送チャネルの模範的なデータ構造の説明図である。

IQ変調器及び搬送波位相信号を形成するための混合器を有するベースステーションの送受信器の模範的な構造の構成配置図である。

各２つの高周波搬送周波数の各位相の模範的な測定点をグラフで示すための模範的な位置関係線図である。

符号の説明

SLG ベースステーション（読取り／書込み装置）
DT1〜DT3 可動データメモリ
LS エアー・インタフェース
IS 確認システム
BR1〜BR3 移動方向
SE 送受信器
N−CH 伝送チャネル
K1〜K4 チャネル
R2 R2・チャネル
KONF、NPM ブロック
PPM タイムブロック
DAT1 第１の測定データ
DAT2 第２の測定データ
MOD IQ変調器
CLK
MIX1、MIX2、MIX3 混合器
ILT、QLT ルック・アップ・テーブル
DAC1、DAC2 ディジタル・アナログ変換器
MIX1、MIX2 混合器
HFC 高周波結合器
TS 高周波搬送信号
SEA アンテナ
RS 高周波搬送信号
PS 搬送波位相信号
FIL フイルタ
SV 信号処理手段
MP1、MP2 測定点
fo 高周波搬送周波数
df オフセット周波数
PH1、PH2 位相
dPH 位相差